RAILS – Recyclingbasierte Anwendung von innovativen Leichtbau-Strukturen im Schienenverkehr

Grenzen bestehender Materialsysteme und Fertigungsprozesse

Insbesondere im Bereich kontinuierlicher Fertigungsprozesse wie der Pultrusion fehlen bislang robuste und industriell skalierbare Lösungen für den Einsatz recyclingbasierter Materialien. Duroplastische Composites erschweren die Wiederverwendung am Ende des Produktlebenszyklus, während thermoplastische Systeme mit Rezyklaten bislang nur begrenzt prozesssicher eingesetzt werden können. Diese Lücke hemmt die Umsetzung einer echten Kreislaufwirtschaft in der Compositeindustrie.

Thermoplastische Pultrusion mit Rezyklaten als innovativer Ansatz

Hier setzt das Forschungsprojekt RAILS an. Ziel ist die Entwicklung eines thermoplastischen Pultrusionsprozesses, der den Einsatz recyclingbasierter Faser- und Matrixmaterialien ermöglicht und gleichzeitig die hohen mechanischen und qualitativen Anforderungen industrieller Anwendungen erfüllt. Der thermoplastische Ansatz eröffnet dabei neue Potenziale hinsichtlich Rezyklierbarkeit, Umformbarkeit und Reparaturfähigkeit der hergestellten Leichtbaustrukturen.

Zielgruppen und Projektziele

RAILS richtet sich grundsätzlich an Compositefertiger, die ihre Material- und Prozessstrategien in Richtung Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft weiterentwickeln möchten. Angesprochen sind insbesondere Unternehmen, die recyclingbasierte Materialien in kontinuierlichen, industriell relevanten Fertigungsprozessen einsetzen wollen.

Im Rahmen des Projektes wird ein prozesssicherer und übertragbarer thermoplastischer Pultrusionsprozess entwickelt und dessen industrielle Umsetzbarkeit exemplarisch demonstriert. Der Schienenverkehr dient dabei als Anwendungsbeispiel, um die Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit des entwickelten Ansatzes unter realistischen Anforderungen aufzuzeigen.

Entwicklung recyclingbasierter Materialsysteme für die Pultrusion

Im Projekt RAILS werden recyclingbasierte Faser- und Matrixmaterialien systematisch für den Einsatz in der thermoplastischen Pultrusion untersucht. Der Fokus liegt auf der Auswahl, Charakterisierung und Kombination geeigneter Rezyklate, die sowohl stabil prozessierbar als auch mechanisch leistungsfähig sind. Es geht darum, Materialsysteme zu definieren, die den Anforderungen kontinuierlicher Fertigungsprozesse gerecht werden und gleichzeitig einen hohen Recyclinganteil ermöglichen.

Prozessentwicklung für thermoplastische Pultrusion mit Rezyklaten

Ein zentraler Schwerpunkt von RAILS ist die Entwicklung eines stabilen und reproduzierbaren thermoplastischen Pultrusionsprozesses für recyclingbasierte Materialien. Hierzu werden Prozessparameter wie Temperaturführung, Imprägnierung, Konsolidierung und Abzug gezielt angepasst und optimiert. Besondere Aufmerksamkeit gilt der Prozessstabilität und Skalierbarkeit, um eine industrielle Übertragbarkeit sicherzustellen.

Herstellung nachhaltiger Leichtbau-Composite-Strukturen

Auf Basis der entwickelten Material- und Prozesskonzepte werden nachhaltige Leichtbau-Composite-Strukturen hergestellt. Diese dienen zur Bewertung der mechanischen Leistungsfähigkeit, der Bauteilqualität sowie der Prozessrobustheit. Dabei wird untersucht, inwieweit recyclingbasierte Materialien vergleichbare oder neue anwendungsrelevante Eigenschaften im Vergleich zu konventionellen Systemen ermöglichen.

Anwendungsnahe Demonstration am Technologieträger Schienenverkehr

Zur Validierung der entwickelten Lösungen wird der Schienenverkehr als exemplarisches Anwendungsfeld herangezogen. Die Herstellung und Bewertung eines Technologieträgers ermöglicht es, reale Anforderungen an Strukturbauteile abzubilden und die industrielle Einsetzbarkeit der entwickelten thermoplastischen Pultrusionsprozesse im industriellen Umfeld zu demonstrieren.

Übertragbarkeit auf weitere Branchen und Compositefertiger

Ein wesentlicher Aspekt von RAILS ist die Übertragbarkeit der Ergebnisse über die konkrete Anwendung hinaus. Die entwickelten Material- und Prozessansätze sollen von Compositefertigern branchenübergreifend genutzt werden können. Dadurch leistet das Projekt einen Beitrag zur breiten Etablierung nachhaltiger, recyclingbasierter Fertigungsprozesse in der Compositeindustrie.

RAILS ist im November 2025 gestartet und befindet sich aktuell in der frühen Projektphase. Der Fokus liegt derzeit auf der Detaillierung der Material- und Prozessanforderungen sowie auf ersten Untersuchungen zu recyclingbasierten Faser- und Matrixmaterialien. Parallel werden die Grundlagen für die Auslegung und Anpassung des thermoplastischen Pultrusionsprozesses erarbeitet. In den kommenden Projektphasen werden die entwickelten Materialsysteme schrittweise in den Pultrusionsprozess integriert, Prozessparameter optimiert und nachhaltige Leichtbau-Composite-Strukturen hergestellt und bewertet. Ziel ist eine robuste, industriell übertragbare Prozesslösung für Compositefertiger mit Fokus auf Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft.

RAILS wird in enger Zusammenarbeit der beteiligten Partner umgesetzt, die unterschiedliche Kompetenzen entlang der Prozesskette einbringen. Autenrieth realisiert die funktionale Integration der pultrudierten Profile im Spritzguss. BWF entwickelt recyclingbasierte Aramdvlies und arbeitet an der Weiterentwicklung der thermoplastischen Pultrusion für komplexere Profilgeometrien sowie an der ökologischen Bewertung im Rahmen von Life-Cycle-Analysen. Reese übernimmt die kontinuierliche Umformung der Pultrudate und die Biegung von Stabstrukturen. Wagenfelder entwickelt pultrusionsfähige Garne aus recycelten Carbonfasern bereit. CIKONI unterstützt das Projekt durch simulationsbasierte Methoden zur Prozess- und Bauteilauslegung.

Das Projekt ist in die Forschungsaktivitäten des Fraunhofer IGCV im Bereich der thermoplastischen Pultrusion eingebettet und baut auf Erfahrungen aus verwandten Fraunhofer IGCV-Projekten wie DRIFT und MaTCH auf, in denen ebenfalls innovative thermoplastische Pultrusionsprozesse entwickelt werden. Darüber hinaus bestehen inhaltliche Schnittstellen zu den Arbeiten der Abteilung Recycling des Fraunhofer IGCV, deren Projekte perspektivisch weitere Synergien im Bereich recyclingbasierter Werkstoff- und Prozessentwicklung ermöglichen.