Verbundvorhaben V 4.13 „Carbon Concrete Heating Tool“
Das Potenzial von C³-Carbonbeton reicht weit über den bloßen Einsatz als (Fertig-)Bauteil hinaus. Durch die Erforschung und Entwicklung eines hochleistungsfähigen Betons und den späteren Einsatz als temperaturbeständiges und heizbares Formgebungswerkzeug kann ein intelligenter und leistungsfähiger Verbundwerkstoff sein Anwendungsspektrum auch auf den Formen- und Maschinenbau ausweiten und somit weniger beständige Werkstoffe opportun ersetzen.
Die Herstellung eines beheizbaren Formwerkzeuges für die kunststoffverarbeitende Industrie steht bei V 4.13 im Vordergrund. Der Fokus dieser Formwerkzeuge liegt dabei auf dem Bereich der Faserverbundwerkstoffe, die in der Automobil- sowie in der Luftfahrtindustrie zunehmend eingesetzt werden. Bei derzeitigen Formen wird vorwiegend eine Epoxidharzmatrix eingesetzt. Auch Metallformen kommen bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen zum Einsatz. Doch da Epoxidharz bei höheren Temperaturen schneller altert und Formgebungswerkzeuge aus Metall sehr kostenintensiv sind, soll ein adäquater Werkstoff die Defizite mindern.
Im Projekt ist es gelungen eine temperatur- und schwindreduzierte Carbonbetonmatrix zu entwickeln, welche die Grundlage für das elektrisch beheizbare Formwerkzeug bildet. Die entwickelte Carbonbetonrezeptur weißt bei zyklischen Temperaturbeanspruchungen im Bereich von 200°C bis 400°C eine hohe Dauerhaftigkeit auf und ist für die Verwendung als Formwerkzeug geeignet.
Die Entwicklung der Betonrezeptur erfolgte auf der Basis zementärer Bindemittel. Gleichzeitig wurden geeignete Betonmischungen durch den Einsatz von Glasfasern und Steinkohleflugasche noch modifiziert. Im Ergebnis gelang es so einen Beton mit einer möglichst geringen Wärmedehnung und hoher Kantenstabilität bereit zu stellen. Neben klassischen Baustoffuntersuchen zur Charakterisierung der Mischung wie Festigkeitsuntersuchungen, Schwindversuche am Frischbeton, Untersuchungen zur Wärmedehnung, wurden auch Versuche an Demonstratoren mit bereits integriertem Gelege durchgeführt. Hierbei konnte unter realen Bedingungen das Verformungsverhalten des Systems über photogrammetrische Messungen dokumentiert werden.
Durch die Integration von textilen Kohlenstofffaser-Heizstrukturen in den Beton, sogenannten Carbonrovings, wird die effektive Erwärmung der Formwerkzeuge ermöglicht. Insbesondere im Bereich der Preformtechnik mit einem mittleren Anspruch an Maßtoleranzen kann der Carbonbeton somit eine kostengünstige und langlebige Alternative zum bislang verwendeten Epoxidharz darstellen. Der Markteintritt für Produktionsfirmen mit kleineren Stückzahlen wird so erleichtert. Damit werden die Markteintrittsbarrieren für innovative Produkte gesenkt. Dem Endkunden wird ein innovatives, langlebiges und damit kostengünstiges Werkzeug bereitgestellt.