Projekt 08478/01

Aufbereitungs- und Verwertungsstrategien für großformatige GFK-Bauteile (GlasFaserverstärkte Kunststoffe)

Projektdurchführung

Technische Universität ChemnitzInstitut für Allgemeinen Maschinenbau undKunststofftechnik
Reichenhainer Str. 70
09126 Chemnitz

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die durch die Wickeltechnologie für den Wandaufbau von GFK-Rohren erforderliche An- und Abfahrphase bedingt An- und Abfahrrohrstücke unterschiedlicher Nennweiten, die allein in der Flow-Tite-Rohre Deutschland GmbH jährlich 300 Tonnen Abfall verursachen. Durch Produktionssteigerungen werden zukünftig 600- 700 Tonnen Abfall/ Jahr anfallen. Weiterhin werden zur Qualitätsüberwachung ständig Rohrabschnitte (Laborringe) entnommen, die nach durchgeführter Prüfung ebenfalls zum Abfall deklariert werden müssen.
Diese Rohrteile aus duromerem Glasfaser-Quarzsand-Verbund werden ggw. manuell per Trennschleifer in Segmente (20x20cm) geteilt und deponiert. Abgesehen von der ökologischen Belastung, ist diese Technologie mit erheblichen arbeitsschutztechnischen Anforderungen und hohen Werkzeugkosten ver-bunden. Eine feinere Zerkleinerung und Klassierung als Voraussetzung für eine alternative Verwertung der GFK-Segmente ist derzeit auf ökonomisch vertretbarem Weg nicht realisierbar. Alternative Verwendungsmöglichkeiten für den Produktionsabfall sind nicht bekannt. Dem Unternehmen entstehen aus dieser Situation wesentliche Kosten, gleichzeitig resultiert eine erhebliche Umweltbelastung durch die benötigte Transport- und Deponiekapazität. Dem vorliegendem Forschungsvorhaben liegt die Zielstellung zugrunde, die anfallenden Abfallmengen an GFK-Rohrabschnitten durch ein neues, mehrstufiges Zerkleinerungsverfahren effektiv, mit erheblich reduziertem Aufwand so aufzubereiten, dass eine sinnvolle Verwertung durch Rückführung der Abfallstoffe in den Produktionsprozess ermöglicht werden kann


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen durchgeführt zu den Schwerpunkten:
- Wandaufbau der GFK-Rohre,
- Mehrstufige Zerkleinerungstechnologien für großformatige GFK-Bauteile/ Grobzerkleinerung von GFK-Rohren,
- Ermittlung und Reduzierung des Kraftaufwandes, speziell für die Grobzerkleinerungsstufe,
- Einsatz und Verwertung/ Weiterverarbeitung des GFK-Materials.
Dazu sind anzuführen:
- Kleinversuche zur Grobzerkleinerung (Laborpresse), Großfeldversuche der Grobzerkleinerung (250 t-Presse),
- Rohrzerkleinerungsversuche , Ermittlung des Kraftaufwands pro Fläche,
- Druckkraftprüfung an GFK-Rohrstücken, Großfeldversuche,
- FEM-Berechnung von Zerdrückversuchen, Zerdrückversuche mittels Druckplattenwerkzeug.
Es wurden spezielle Werkzeuge für die partielle Zerkleinerung von GFK-Rohrstücken konzipiert und geprüft und Möglichkeiten für Recycling bzw. Weiterverarbeitung der erreichbaren Materialfraktionen erarbeitet.


Ergebnisse und Diskussion

Im Ergebnis der Forschungsvorhabens wurde ein neues, mehrstufiges Zerkleinerungsverfahren für radial gewickelte , großformatige GFK-Bauteile entwickelt und in eine Anlagenkonzeption für die industrielle Umsetzung überführt. Über ein spezielles Werkzeug ist eine Kraftaufwandsreduzierung für die Grobzerkleinerung von 65 % erreichbar.
Die gefundenen Lösungen für den Einsatz als Füllmaterial im Rahmen eines vom Herstellerbetrieb erweiterten Betätigungsfeldes und als Füllstoff für Betonfertigteile im Gleisbau bzw. für die Herstellung von glasfaserverstärkten Betonformelementen, erfordern einen minimalen und damit wirtschaftlich vertretbaren Aufschlussaufwand.
Das im Abschlussbericht angeführte Demonstrationsvorhaben sollte zur effizienten Überführung der Forschungsergebnisse in die betriebliche Praxis (Prototyp Zerkleinerungsanlage) umgehend realisiert werden. Dieses Vorhaben wird durch die Flowtite Rohre GmbH ausdrücklich unterstützt. Das Unternehmen ist bereit, die Anlagentechnik in die Fertigung zu installieren. Die Forschungszielstellung wurde in vollem Umfang erfüllt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Möglichkeit zur Patentanmeldung wird derzeit gemeinsam mit dem Unternehmen geprüft. Die Veröffentlichung der Forschungsergebnisse im Rahmen eines Fachartikels ist im Kunststoffmagazin bzw. der Konstruktionspraxis geplant.


Fazit

Zusammenfassend wird der innovative Charakter des Projekts wie folgt begründet:
· Neues mehrstufiges Zerkleinerungsverfahren für radial gewickelte , großformatige GFK-Bauteile
· Logistikoptimierung
· reduzierter Platzbedarf durch vertikale Anordnung
· Gewinnung von wiederverwertbarem Siebgut
· Erschließung alternativer Verwertungsmöglichkeiten zur Rückführung verarbeitungsfähiger Materialfraktionen in den Produktionsprozess
· Einsparung von Deponie- und Transportkapazität
· Einsatzmöglichkeit des Verfahrens für andere Anwendungsbereiche
· Erhebliche Reduzierung des Arbeitsaufwandes im Vergleich zur konventionellen Technologie.