Projektbeschreibung:

Im Rahmen des benannten Vorhabens wollen die Projektpartner eine Prozesskette zur Fertigung eines Faserverbund-Metall-Hybridmaterial-Lashing-Rods, für den Einsatz in der kommerziellen Containerseeschifffahrt, entwickeln.

Der zunehmende internationale Warenverkehr wird zu zwei Dritteln durch die weltweite Containerschifffahrt abgewickelt (141 Mio. TEU in 2017). Signifikanter Arbeitsfaktor bei der Be- und Entladung der Containerschiffe ist dabei die ausschließlich manuell durchgeführte Sicherung und Entsicherung der Frachtcontainer (engl. Lashing). Die dafür verwendete Lashing-Ausrüstung ist schwer und unhandlich (konventioneller Stahl-Lashing Rod bis ca. 28 kg bei ca. 5 m Länge) und der Transport der Ausrüstung über weite Strecken (mehrere hundert Meter) an Bord, sowie die Fixierung von hochliegenden Containern auf Deck, ein entsprechend kraftaufwendiger und störanfälliger Vorgang, der ein großes Unfall- und Verletzungsrisiko birgt (Todesfälle kommen vor). Faserkunststoffverbund-basierte Materialien bieten in diesem Anforderungsumfeld enorme Vorteile. So verringern leichtere Lashing Rods das Unfall-, Verletzungs- und Erkrankungsrisiko und erlauben, durch eine bessere Handhabung, gleichzeitig eine schnellere Abfertigung der Containerschiffe. Die Ausführung von Lashing-Rods als Hybridbauteile, aus der Kombination von hochfesten, jedoch leichten, endlosfaserverstärkten Faserverbundmaterialien und metallischen Lasteinleitungselementen, würde somit die Handhabung der Lasch-Stangen an Bord deutlich vereinfachen und gleichzeitig die hohen Lastanforderungen beim Verzurren erfüllen.
 

Um die Herstellung eines solchen Hybrid-Lashing-Rods zu erreichen, entwickeln die Projektpartner für jedes Teilmaterial passende Fertigungs- und Verbindungstechnologien. Der eigentliche Stab des Lashing-Rods ist als thermoplastischer Faserverbund vorgesehen, welcher mittels Insitu-Pultrusion hergestellt wird. Im Vergleich zu konventionellen thermoplastischen Pultrusionsverfahren kann mit der Insitu-Pultrusion ein höherer Faservolumengehalt und damit eine höhere Festigkeit und Steifigkeit erreicht werden, da die Kunststoffmonomere erst im Pultrusionswerkzeug zum Thermoplast polymerisieren. Um die an den Endpunkten des Lashing-Rods auftretenden, komplexen Spannungszustände zu beherrschen, werden metallische Lasteinleitungselemente konstruiert und diese in einem zu entwickelnden Fügeverfahren unter Anwendung von Induktionsschweißtechnologie mit dem thermoplastischen Faserverbund gefügt. Die Metalloberfläche der Lasteinleitungselemente wird dafür speziell mikro-strukturiert, sodass der im Fügeprozess aufschmelzende, thermoplastische Kunststoff in die Mikrostruktur hineinfließt und eine feste Hybridmaterial-Verbindung entsteht. Dieser Schweißprozess kann zudem reversibel durchgeführt werden, um das Hybridmaterial wieder aufzutrennen und so ein stoffliches Recycling zu ermöglichen. Im Projektverlauf wird zudem die Wiederverwendbarkeit der Metallelemente untersucht werden. Für den Faserverbundanteil wird ein Recycling durch Re-Granulation für Spritzgussprozesse untersucht.
 

Für den Schutz des Lashing-Rods vor Feuchtigkeit und mechanischen Schlagbelastungen im Einsatz, wird ein geeignetes Beschichtungsmaterial in einem entsprechend zu entwickelnden Beschichtungsprozess auf die gefügten Hybridmaterialien aufgetragen. Für die Qualitätsanalyse der aufgetragenen Beschichtung, und auch zur Überwachung der anderen Prozessschritte, wird schließlich eine jeweils passende Qualitätssicherung entwickelt und in die Prozesskette integriert. Methoden zur Qualitätsuntersuchung werden dabei die Terahertz-Spektroskopie zur Charakterisierung der Pultrudatqualität sowie Ultraschallmethoden zur Untersuchung der Verbindungsqualität zwischen den Hybridmaterialien sein. Die gesamte Prozesskette sowie das entwickelte Demonstratorbauteil werden schließlich in speziellen Leistungstests auf ihr technisches Leistungsvermögen hin bewertet sowie die wirtschaftliche Prozessführung im Rahmen eines industriellen Produktionskonzepts nach definierten Kriterien evaluiert.

Projektdaten:

Projektpartner:

		CompriseTec GmbH (Projektkoordinator)
		MEC Container Safety Systems GmbH
		Phi-Stone AG
		Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik
assoziierte Partner:
		Weber Fibertech GmbH