Ziel der Entwicklung
Carbonfasern als Armierung faserverstärkter Kunststoffe sind aktuell die Werkstoffe mit dem höchsten mechanischen Eigenschaftspotential hinsichtlich Steifigkeit und Festigkeit in Bezug auf die Dichte. Diese herausragen-den Eigenschaften werden in großer Vielfalt und mit stetig steigendem Marktvolumen für Leichtbauanwendungen genutzt. Andere Eigenschaften der Carbonfasern stehen weit weniger im Focus der Anwender. So wird zum Beispiel die elektrische Leitfähigkeit der Carbonfaser in ausgewählten Anwendungen zum Widerstandsheizen eingesetzt (tausende Filamente werden zu Carbon-Rovings zusammengefasst). Ein Grundprinzip der Konstruktion mit Faserverbundkunststoffen ist die Multifunktionalität. Darunter versteht man, dass ein Bauteil nicht nur eine Funktion, wie zum Beispiel die Aufnahme mechanischer Kräfte, übernimmt, sondern weitere Funktionen, wie Wärmeisolation, Schalldämmung oder Abschirmung gegen Strahlung. Ziel dieses Projekts war es, die elektrische Leitfähigkeit der Carbonfasern in Textilstrukturen und Laminaten zur fremdstofffreien Datenspeicherung unter induktiven bzw. kapazitiven Auslese nutzbar zu machen. Im Projekt wurde ein völlig neuer Weg beschritten, Datenspeicherung ohne RFID und damit fremdstofffrei direkt im Werkstoff umzusetzen. Dieser innovative Ansatz wurde im Projekt für die Werkstoffgruppe der Faserverbundwerkstoffe (FVK) untersucht, speziell für carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK). CFK wird vor allem wegen seiner außerordentlichen mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Steifigkeit, im Leichtbau genutzt und besitzt großes Potenzial für die Herausforderungen der Gegenwart, also im Kampf gegen den Klimawandel und für einen schonenden Umgang mit Energie und stofflichen Ressourcen. Im Projekt konnte erstmals nachgewiesen werden, dass die Werkstoffkomponente der Carbonfaser zusätzlich zu ihren mechanischen Aufgaben im Bauteil auch Funktionen der Informationsspeicherung und Datenauslese übernehmen kann. Damit wird das konstruktive Grundprinzip der Funktionsintegration auf den Bereich von Datenerfassung und Datenverarbeitung im Zeitalter von Industrie 4.0 ausgeweitet.
Vorteile und Lösungen
Mit dieser Entwicklung wird die bisherige Datenspeicherung über Fremdwerkstoffe auf das Prinzip der intrinsischen Datenspeicherung umgestellt. Zur Speicherung von Informationen werden Strukturen des Werkstoffs selbst genutzt. Die einzelnen wissenschaftlichen Ansprüche konnten erfüllt werden:
- Schaffung der Grundlagen eines digitalen Schriftcodes auf Basis von Carbonfasern,
- Entwicklung und Funktionsnachweis induktiver Auswertetechnik,
- Nachweis berührungsloser Speicher- und Lesbarkeit.
Zielgruppe und Zielmarkt
Anwendungsmöglichkeiten bieten sich für alle Beteiligten an den Material- und Prozessketten im Leichtbau. Das betrifft konkret:
- Hersteller von Textilmaschinen mit Zusatzequipment für Datenträger,
- Produzenten technischer Textilien als Hersteller RFID-interner Flächengebilde,
- Laminat- und Bauteilhersteller,
- Endproduzenten in der Montage, Produktverfolgung, Garantieleistungen und Reparaturen.
Die Nutzung von Carbonfaser-Datenträger in Laminaten zur Datenspeicherung betrifft eine Werkstoffgruppe mit einem begrenzten Anteil am Gesamtaufkommen an Werkstoffen. Entscheidend für die Zukunft wird sein, das Prinzip der fremdwerkstofffreien Datenspeicherung auf andere Werkstoffgruppen und Verfahren zu übertragen. Auf diesem Gebiet sind umfangreiche weiterführende Forschungsvorhaben, auch außerhalb der Textilindustrie und des Leichtbaus, notwendig und möglich.
