Per integrierter Sensorik den Energiebedarf beim Autoklavprozess zu senken, das hat sich die Firma Invent vorgenommen. Gemeinsam mit dem Textil vernetzt-Partner Hahn-Schickard arbeitet Maik Wonneberger daran, bei der Herstellung carbonfaserverstärkter Kunststoff-Komponenten neue Wege zu gehen. Mit ihm haben wir darüber gesprochen, was ein Autoklavprozess ist, wie es zur Zusammenarbeit kam und welchen Mehrwert die Digitalisierung gerade kleinen und mittleren Unternehmen bietet.

 

Herr Wonneberger, gemeinsam mit unserem Textil vernetzt-Partner Hahn-Schickard prüfen Sie, ob eine integrierte Sensorik den Energiebedarf für den Autoklavprozess auf das absolut benötigte Minimum senken kann. Bevor wir in die Details gehen, erklären Sie uns doch bitte, was ein Autoklavprozess ist.

Wir sind Hersteller von Leichtbaukomponenten für die Luft- und Raumfahrt. Diese Bauteile bestehen aus Kohlenstofffasergeweben, die in einen Kunststoff eingebettet werden. Auf diese Weise bilden sie ein sehr leichtes, aber trotzdem sehr stabiles Material. Für den Einbettungsprozess der Textilien benötigt man Temperaturen von 120 - 180° C und einen Überdruck von 6 bar. Diese Bedingungen erzeugt man in einem beheizbaren Druckbehälter, dem Autoklaven. Das ist unser wichtigstes Fertigungsmittel. Ein solcher Autoklavprozess, bei dem je nach Größe der Bauteile eines oder auch mehrere Teile gefertigt werden können, dauert jeweils mehrere Stunden. In unserem Unternehmen sind insgesamt drei solcher Autoklaven im Einsatz.

Was hat Sie dazu veranlasst, bei der Herstellung carbonfaserverstärkter Kunststoff-Komponenten neue Wege zu gehen?

Anhand der bereits genannten Rahmenbedingungen von bis zu 180° C und 6 bar Druck kann man sich vorstellen, dass diese Prozesse sehr energieintensiv sind. Die Beheizung erfolgt elektrisch. Trotz einer Photovoltaikanlage auf dem Dach unserer Fertigungsstätten machen uns die zunehmenden Energiepreise zu schaffen. Außerdem möchten wir in Erfahrung bringen, ob hier Einsparungen möglich sind. Dabei spielt natürlich auch der Gedanke der Verminderung von CO2-Emissionen eine Rolle.

Mit welchem Ziel sind Sie auf Hahn-Schickard zugegangen?

Wir möchten zuerst den Ist-Stand erfassen. Das bedeutet, wir wollen ermitteln, wie hoch der tatsächliche Energiebedarf für die Fertigung des jeweiligen Bauteils ist. Das ist dann unsere Basis. Wir arbeiten an verschiedenen Konzepten zur Energieeinsparung: Um diese bewerten zu können, benötigen wir aber eine solide Datenbasis. Bisher arbeiten wir mit Annahmen und Schätzwerten. Diese möchten wir nun durch die Zusammenarbeit mit Hahn-Schickart validieren. Außerdem wollen wir damit gleichzeitig eine Methode schaffen, unsere Prozessdaten direkt am Bauteil präzise zu erfassen und aufzuzeichnen.

Sie haben sich nicht nur vorgenommen, sensorische Konzepte für die ln-Line-Prozessüberwachung zu erarbeiten und zu vergleichen, sondern Sie wollen auch das Einsparpotenzial an Ressourcen und CO2-Ausstoß ermitteln. Wie gehen Sie hier vor?

Für einen sicheren Prozess müssen wir sicherstellen, dass die Bauteile für eine Mindestzeit die erforderliche Temperatureinwirkung erfahren haben. Durch die In-Line-Prozessüberwachung können wir diese Zeit viel präziser direkt am Bauteil ermitteln. Dadurch erhoffen wir uns, die Zykluszeiten verkürzen zu können. Dies soll dadurch gelingen, dass wir ein besseres Bild von den am Bauteil während des Autoklavprozesses herrschenden Bedingungen gewinnen. Dann können wir Prozessoptimierungen vornehmen. Außerdem verlangen unsere Kunden aus der Luft- und Raumfahrt eine präzise Dokumentation aller Prozesse und derer Randbedingungen. Hier würde uns die In-Line-Prozessüberwachung auch zunutze kommen.

Worin liegt für Sie als KMU der Mehrwert der Digitalisierung und was waren Ihre Lessons Learned bei der Projektzusammenarbeit mit Hahn-Schickard?

Vor der Digitalisierung kann man sich nicht zurückziehen. Auch in unserer Branche besteht ein entsprechender Handlungsdruck. Die Qualität unserer Bauteile hängt in großem Maße von der Einhaltung aller Prozessrandbedingungen über die gesamte Herstellungskette ab. Da man den Bauteilen eventuelle Prozessfehler nicht auf den ersten Blick ansieht, ein Bauteilversagen insbesondere in der Luftfahrt aber fatale Folgen haben kann, gibt es entsprechend hohe Anforderungen an die Prozessüberwachung und -dokumentation.

Momentan passiert hier noch vieles „von Hand“. Das heißt, die Auswertung und Überprüfung erfolgt durch unsere Mitarbeiter. Hier könnte durch Digitalisierung die Effizienz gesteigert und die Fehlerquote verringert werden. Voraussetzung dafür ist aber ein Prozessmonitoringsystem, das die erforderlichen Daten erfasst und verarbeitet. Hier setzen wir auf die Expertise von Hahn-Schickard, um uns den gesteckten Zielen anzunähern.

Erfahren Sie hier mehr zum Projekt Sensorgestützte Einsparung von Energie im Autoklavierprozess.