In den letzten 20 Jahren näherte sich der einst nur für die Luft- und Raumfahrt entwickelte kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) mehr und mehr der industriellen Umsetzung in anderen Bereichen an. Die CFK-Halbzeuge und -Bauteile sind nun auch preislich in der Lage, unter Anwendung angepasster Fertigungsverfahren breiter eingesetzt zu werden. Der Fokus dieser Arbeit richtet sich exemplarisch auf die kosten- und energieeffiziente Herstellung von schnell laufenden CFK-Verbundwalzen und soll aufzeigen, dass Kostenersparnisse über Leane Fertigungsmethoden auch in der FKV-Industrie von großem Vorteil sind. Somit liefert diese Dissertationsschrift einen beispielgebenden Beitrag für den Durchbruch von Faserverbund-werkstoffen im industriellen Bereich. Darüber hinaus werden durch Prozessoptimierung Alternativen aufgezeigt, qualitativ hochwertigere und gleichsam kosteneffiziente Bauteile herzustellen.

Fügen und Montieren spielt seit jeher eine entscheidende Rolle in der Herstellung von Alltags- bis hin zu Hochtechnologieprodukten. Die Füge- und Montagetechnik ist an der Technischen Universität Chemnitz fast seit ihrer Gründung eine etablierte Wissenschaftsdisziplin. So wurde bereits 1922 an der damaligen staatlichen Gewerbeakademie als erste Hochschule Deutschlands das Fachgebiet Schweißtechnik in Lehre und Forschung eingerichtet. Mit der wissenschaftlichen Fachkonferenzreihe FüMoTeC will das Institut für Füge- und Montagetechnik (IFMT) der Technischen Universität Chemnitz seine laufenden Erkenntnisse in Wissenschaft und Forschung einem breiten Publikum zugänglich machen aber auch eine Plattform für Industrie und Wissenschaft zur Diskussion füge- und montagetechnischer Aspekte bieten. / Joining and Assembly has always played a crucial role in the production of everyday up to high-technology products. These research priorities are well-established scientific disciplines at the Technische Universität Chemnitz almost since its foundation. Already in 1922 at the former state “Gewerbeakademie” the field of welding technology was set up in teaching and research for the first time in Germany. With the scientific conference series FüMoTeC the institute for joining and assembly technology (IFMT) of the Technische Universität Chemnitz wants to present current findings in science and research to a broad audience as well as offering a platform for industry and academia for discussions.

Fügen und Montieren spielt seit jeher eine entscheidende Rolle in der Herstellung von Alltags- bis hin zu Hochtechnologieprodukten. Die Füge- und Montagetechnik ist an der Technischen Universität Chemnitz fast seit ihrer Gründung eine etablierte Wissenschaftsdisziplin. So wurde bereits 1922 an der damaligen staatlichen Gewerbeakademie als erste Hochschule Deutschlands das Fachgebiet Schweißtechnik in Lehre und Forschung eingerichtet. Mit der wissenschaftlichen Fachkonferenzreihe FüMoTeC will das Institut für Füge- und Montagetechnik (IFMT) der Technischen Universität Chemnitz seine laufenden Erkenntnisse in Wissenschaft und Forschung einem breiten Publikum zugänglich machen aber auch eine Plattform für Industrie und Wissenschaft zur Diskussion füge- und montagetechnischer Aspekte bieten. / Joining and Assembly has always played a crucial role in the production of everyday up to high-technology products. These research priorities are well-established scientific disciplines at the Technische Universität Chemnitz almost since its foundation. Already in 1922 at the former state “Gewerbeakademie” the field of welding technology was set up in teaching and research for the first time in Germany. With the scientific conference series FüMoTeC the institute for joining and assembly technology (IFMT) of the Technische Universität Chemnitz wants to present current findings in science and research to a broad audience as well as offering a platform for industry and academia for discussions.

Fügen und Montieren spielt seit jeher eine entscheidende Rolle in der Herstellung von Alltags- bis hin zu Hochtechnologieprodukten. Die Füge- und Montagetechnik ist an der Technischen Universität Chemnitz fast seit ihrer Gründung eine etablierte Wissenschaftsdisziplin. So wurde bereits 1922 an der damaligen staatlichen Gewerbeakademie als erste Hochschule Deutschlands das Fachgebiet Schweißtechnik in Lehre und Forschung eingerichtet. Mit der wissenschaftlichen Fachkonferenzreihe FüMoTeC will das Institut für Füge- und Montagetechnik (IFMT) der Technischen Universität Chemnitz seine laufenden Erkenntnisse in Wissenschaft und Forschung einem breiten Publikum zugänglich machen aber auch eine Plattform für Industrie und Wissenschaft zur Diskussion füge- und montagetechnischer Aspekte bieten. / Joining and Assembly has always played a crucial role in the production of everyday up to high-technology products. These research priorities are well-established scientific disciplines at the Technische Universität Chemnitz almost since its foundation. Already in 1922 at the former state “Gewerbeakademie” the field of welding technology was set up in teaching and research for the first time in Germany. With the scientific conference series FüMoTeC the institute for joining and assembly technology (IFMT) of the Technische Universität Chemnitz wants to present current findings in science and research to a broad audience as well as offering a platform for industry and academia for discussions.

In den letzten 20 Jahren näherte sich der einst nur für die Luft- und Raumfahrt entwickelte kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) mehr und mehr der industriellen Umsetzung in anderen Bereichen an. Die CFK-Halbzeuge und -Bauteile sind nun auch preislich in der Lage, unter Anwendung angepasster Fertigungsverfahren breiter eingesetzt zu werden. Der Fokus dieser Arbeit richtet sich exemplarisch auf die kosten- und energieeffiziente Herstellung von schnell laufenden CFK-Verbundwalzen und soll aufzeigen, dass Kostenersparnisse über Leane Fertigungsmethoden auch in der FKV-Industrie von großem Vorteil sind. Somit liefert diese Dissertationsschrift einen beispielgebenden Beitrag für den Durchbruch von Faserverbund-werkstoffen im industriellen Bereich. Darüber hinaus werden durch Prozessoptimierung Alternativen aufgezeigt, qualitativ hochwertigere und gleichsam kosteneffiziente Bauteile herzustellen.:1 Einleitung 6 2 Motivation und Zielsetzung 7 3 Entwicklung der Rohstoffkosten 12 3.1 Abhängigkeit vom Rohöl 13 3.2 Preisentwicklung von Stahl 13 3.3 Preisentwicklung von Kohlenstofffaser im Vergleich zu Stahl 14 3.4 Automatisierung 15 4 Selektion des Untersuchungsgegenstandes 17 4.1 Typenauswahl für die Untersuchung 17 4.2 Belastung und Geometrie 19 4.3 Verwendete Rohstoffe 22 4.3.1 Fasern 22 4.3.2 Matrix-System 24 4.4 Hygrothermische Eigenspannungen 29 4.5 Berechnung der Laminatstruktur 32 4.6 Wettbewerbsvorteil und Routine 34 4.7 Das schlanke Produktionskonzept „Lean“ 37 5 Allgemeine Anforderungen an den Prozess 40 5.1 Kernkompetenz und Fertigungstiefe 40 5.2 Prozessbeschreibung 40 5.2.1 Sektionen 41 5.2.2 Auswuchten 74 5.3 Qualität 75 5.3.1 Total Quality Management 75 5.3.2 Prozessintegrierte Qualitätssicherungsverfahren 78 5.4 Der konventionelle Prozess 80 5.4.1 Untersuchte Fertigungsart 80 5.4.2 Materialfluss 81 5.5 Analyse des konventionellen Prozesses 82 5.5.1 Herstellkosten 82 5.5.2 Lernkurve 86 6 Der Leane Ansatz in der Composite-Fertigung 88 6.1 Zielstellung 88 6.2 Lean Prozess in der Umsetzung der Sektionen 88 6.2.1 Störfunktion „Doppelwickeln“ 89 6.2.2 Sektionen 91 6.3 Kostenanalyse 101 7 Zusammenfassung und Ausblick 102 8 Verzeichnisse 104 8.1 Literatur- und Quellenverzeichnis 104 8.2 Abbildungsverzeichnis 113 8.3 Tabellenverzeichnis 116 8.4 Zitierte Patente 116 9 Anhang 117