Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung für das Recycling von thermoplastischem Faserverbundmaterial, welches in mindestens einer Ablage-Schicht in einem Bauteil angeordnet ist.

Bauteile aus oder mit thermoplastischem Faserverbundmaterial können vielfältig genutzt werden, insbesondere als hochfeste Bauteile, wie z.B. Rohre für Pipelines oder Drucktanks. Oftmals weist das Faserverbundmaterial endloses, das heißt

unterbrechungsfreies, Fasermaterial auf. Das Fasermaterial kann dabei beispielsweise als mit Kunststoffmatrix vorimprägniertes Halbzeug vorliegen. Dies können z.B.

einschichtige Faserhalbzeuge, sogenannte Bändchenhalbzeuge sein, bei denen die Fasern entweder unidirektional oder multidirektional vorliegen. Solche Halbzeuge können in verschiedenen Verfahren, u.a. einem Bändchenablege- oder Wickelverfahren zu Bauteilen verarbeitet und insbesondere auch in mehreren Schichten aufgetragen werden.

Recycling von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen wurde bereits diskutiert

(Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe im Fahrzeugbau - Ressourceneffizienz und Technologien; VDI ZRE Publikationen: Kurzanalyse Nr. 3, VDI Zentrum für

Ressourceneffizienz, 2013, überarbeitete Auflage März 2014). Demnach ist es bekannt, das der Wiederverwertung zuzuführende Material zu zerschneiden, was mit einer entsprechenden Verkürzung der Kohlenstofffasern einhergeht. Damit kommt es zu einem sogenannten Downcycling, d.h. das wiedergewonnene Material ist von minderer Qualität und nur entsprechend beschränkt einsetzbar. Zudem wird gelehrt, dass es auf eine effiziente Trennung von Fasern und Matrixmaterial ankommt.

Aus der EP 1892072 A1 ist ein Verfahren zum Recycling von thermoplastischen kohlenstofffaserverstärkten Materialien bekannt, bei dem das Verbundmaterial zunächst geschreddert und anschließend einem Spritzgussprozess zugeführt wird. Das durch das Recycling gewonnene Material liegt auch hier lediglich mit kurzen Kohlenstofffasern vor. Aus der DE 10201 1 1 15966 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstofffaser- Recyclats für CFK-Bauteile bekannt, bei dem ein CFK-Material zerkleinert wird, welches Kohlenstofffaser-Bündel in einem Matrixmaterial aufweist. Ziel ist es, ein Recyclat- Ausgangsmaterial zu erhalten, in dem von Matrixmaterial umgebene Kohlenstofffaser- Bündel-Abschnitte vorliegen. Das Recyclat-Ausgangsmaterial wird einer

Zersetzungsbehandlung in Form einer Pyrolyse oder Carbonisierung des

Matrixmaterials unterzogen. Auch hierbei können die Kohlenstofffasern nicht ihre ursprüngliche Länge behalten.

Aus der EP 1 160068 B1 ist es bekannt, Verbundmaterial derart einer

Mikrowellenstrahlung auszusetzen, dass das Matrixmaterial soweit zersetzt wird, dass die darin enthaltenen Kohlenstofffasern weitgehen schadlos herausgetrennt werden können. Dabei kann auch der Einsatz eines Lösungsmittels für das Matrixmaterial vorgesehen werden, so dass die Fasern anschließend im Lösungsmittel schwimmen. Für die Mikrowellenbehandlung ist es allerdings erforderlich, passende Stücke des Verbundmaterials vorzubereiten, weshalb auch hier in der Regel die Fasern gegenüber dem Zustand im Originalbauteil zerkleinert werden.

Aus der EP 22822879 B1 ist es bekannt, die Kohlenstofffasern z.B. mittels eines Pyrolyseprozesses, für ein Recycling vom Matrixmaterial zu trennen. Die dabei entstehenden freien Fasern werden mit einem Bindemittel versehen. Mit dem

Bindemittel werden Pakete von Fasern erzeugt, die in ihrer Struktur der Anordnung im ursprünglichen Material entsprechen. Die Bildung von Faserschlaufen wird vermieden, und die Pakete können zur Fertigung von neuem Halbzeug verwendet werden. Auch diese Verfahrensweise erfordert jedenfalls bei großen Bauteilen eine Zerstückelung des ursprünglichen Verbundmaterials.

Aus der WO 2010075952 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum

Rückgewinnen von Kohlenstofffasern aus kohlenstofffaserverstärkten

Kunststoffgegenständen bekannt, bei denen eine Prozesskammer vorgesehen ist, die mindestens eine Mikrowellen-Strahlenquelle und/oder mindestens einen Heißgas- Einlass und/oder mindestens eine elektrische Widerstandsheizung aufweist. Wiederum ist eine Abtrennung des Matrixmaterials von den Fasern das Ziel. Das wieder zu verwertende Verbundmatehal wird stückweise über ein endloses Förderbann durch die jeweiligen Behandlungsstufen geführt, so dass endlose Kohlenstofffasern nicht als Recycling produkt erhalten werden können.

Aus der DE 102010031602 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem für einen

Recyclingprozess ebenfalls ein Pyrolyseprozess vorgesehen wird, um die Matrix abzutrennen. Das Ausgangsmaterial wird erforderlichenfalls zerstückelt. Die

Pyrolysegase können zur Energiegewinnung eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren sowie eine

Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die eine Alternative zum Stand der Technik darstellen und ein verbessertes Recycling-Ergebnis,

insbesondere unter Erhalt größerer Längen des Fasermaterials bieten können.

Das technische Problem wird bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.

Demnach wird das Faserverbundmaterial, das der Wiederverwertung zugeführt werden soll, schichtweise im Verbund von Fasern und Matrixmaterial vom restlichen Bauteil abgezogen. Dabei werden die reversiblen Schmelzeigenschaften der thermoplastischen Matrix ausgenutzt. Das Verfahren ist allgemein für Verstärkungsfasern aller Art geeignet, insbesondere für Kohlenstofffasern, aber auch z.B. Glasfasern oder

Basaltfasern.

Da das Faserverbundmaterial dem Bauteil in der Regel in mehreren Schichten vorliegt, erfolgt das Abziehen der Abzieh-Schicht von einer darunterliegenden weiteren Schicht desselben Faserverbundmaterials. Die Abzieh-Schicht kann aber auch abgelöst werden von einem Basismaterial, z.B. einem anderen Faserverbundmaterial oder von einem Basismaterial des Bauteils, auf dem die ursprünglich unterste Schicht oder einzige Schicht des Faserverbundmatenals aufgebracht wurde. Bei einer Abzieh-Schicht handelt es sich vorzugsweise um eine vollständige Laminatschicht, wie sie zuvor im Bauteil vorhanden war.

Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf eine Trennung des Matrixmaterials von den Fasern und auf ein die Faserlänge kürzendes Zerschneiden verzichtet werden. Wenn Matrixmaterial und Fasern im Verbund des Recyclats verbleiben, kann ein erheblicher Energieaufwand zur Herstellung eines neuen einsatzfähigen Materials, insbesondere der Energieaufwand für die Faserherstellung und/oder die Imprägnierung, eingespart werden. Der beschriebene Recycle-Prozess kann für viele Herstellungsprozesse von Bauteilen mit Faserverbundmaterial als

Umkehrung eines Herstellungsschrittes betrachtet werden, nämlich dem schichtweisen Auftragen des Faserverbundmaterials und dem Verbinden der Schichten. Das Abziehen des Faserverbundmaterials kann so erfolgen, dass ein einziges zusammenhängendes Recyclat-Stück entsteht. Bei ein und demselben Bauteil kann das Abziehen einer Abzieh-Schicht aber auch mehrfach gestartet werden, so dass aus einem Bauteil eine Vielzahl von Recyclat-Stücken entstehen können. Ein Recyclat-Stück kann eine Länge von mehreren Zentimetern bis mehreren Kilometern, z.B. 10 km, aufweisen können

Für das Abziehen der Abzieh-Schicht kann vorgesehen werden, das

Faserverbundmaterial zu erwärmen. Dabei kann global das gesamte

Faserverbundmaterial erwärmt werden oder lokal beschränkt das Faserverbundmaterial im Ablösebereich. Die Erwärmung erleichtert den Abziehprozess und kann

Beschädigungen der Abzieh-Schicht verhindern. Mögliche Heizquellen sind z. B.

Infrarotstrahler, Laser, elektrischer Widerstand, Heißluft oder Heißgas, Mikrowelle, Ultraschall oder ein Ofen, z.B. ein Umluftofen. Die Prozesstemperatur kann dabei sowohl unterhalb als auch oberhalb der Schmelztemperatur des Matrixmaterials des Faserverbundmaterials liegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass das

Faserverbundmaterial in Bandform abgezogen wird. Eine bandförmige Abzieh-Schicht hat den Vorteil, dass das abgelöste Faserverbundmaterial leicht auf einem

Vorratselement, insbesondere auf einer Vorratsrolle, gesammelt werden kann. Wenn das ursprüngliche Faserverbundmatehal bereits in Bandform geliefert und für die Fertigung des Bauteils aufgetragen wurde, kann es erreicht werden, dass das abgezogene Material dem ursprünglichen Bandmaterial zumindest weitgehend entspricht. Idealerweise kann das aufgesammelte bandförmige Material gleich wieder für die Herstellung eines neuen Bauteils eingesetzt werden.

Generell kann die Abzieh-Schicht weitgehend in der Form dem ursprünglich

aufgebrachten Material entsprechen. Wurde das ursprüngliche Material z.B. in einem Bandchenablageprozess oder einem Wickelprozess in mehreren Schichten hergestellt, kann die Abzieh-Schicht dem ursprünglichen Band entsprechen. Das

erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei Ausgangsmaterial durchgeführt werden, welches auf andere Weise als durch einen Tapelegeprozess oder Wickelprozess hergestellt wurde, beispielsweise ohne Einsatz eines Lasers, z.B. durch anderweitige Erwärmung und anschließendem Pressen. Die Abzieh-Schicht kann auch

rotationssymmetrisch, plattenartig oder in anderer Weise geformt sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass zum

Abtrennen der Abzieh-Schicht vom Bauteil ein Trennwerkzeug eingesetzt wird. Bei einem solchen Trennwerkzeug kann es sich z. B. um ein Schermesser oder um ein keilförmiges Trennelement handeln, das im Zwickelbereich, d. h. an der Kontaktstelle zwischen der Abzieh-Schicht und dem noch im Bauteil verbliebenen Material, eingesetzt wird.

Das Trennwerkzeug kann erwärmt sein, z. B. durch Wärmeleitung, elektrischen

Widerstand, Bestrahlung oder anderen Maßnahmen. Es kann vorgesehen werden, dass die Abzieh-Schicht mittels einer gegenüber dem Trennwerkzeug angeordneten

Führungsrolle geführt wird. Hierdurch kann ein Knicken der Abzieh-Schicht und damit der darin vorhandenen Fasern verhindert werden. Auch die Führungsrolle kann beheizt sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise auch so ausgeführt werden, dass bei der Herstellung des Bauteils Bauteildaten, insbesondere zur

Faserlage und/oder Verlegerichtung gespeichert und für die Unterstützung des Recyclingverfahrens, insbesondere zur Ermittlung einer Abziehrichtung und/oder eines Startpunkts für den Abziehprozess, verwendet werden.

Das Ablösen der Abzieh-Schicht erfolgt idealerweise in Faserrichtung, um eine

Zerstörung der Fasern oder eines Teils der Fasern möglichst zu verhindern. Ist die bei der Herstellung des Bauteils eingesetzte Verlegerichtung bekannt, kann in umgekehrter Richtung die Ablösung der Abzieh-Schicht erfolgen, so dass in Richtung des

Faserverlaufs abgelöst wird. Idealerweise kann dabei die Faserstruktur über die gesamte Länge des abzuziehenden Fasermaterials erhalten bleiben. Des Weiteren kann erreicht werden, dass neben den Fasern auch das Matrixmaterial weitgehend unbeschädigt bleibt, so dass die Abzieh-Schicht im Idealfall ohne weitere Bearbeitung desselben wieder verwendet werden kann.

Die Bauteildaten können auslesbar im oder am Bauteil gespeichert werden, z. B. durch RFID (radio frequency Identification) oder QR-Code oder Barcode. Die Daten können selbstverständlich auch in einem gesonderten Datenträger getrennt vom Bauteil vorliegen.

Das Bauteil kann auch Markierungen aufweisen, die eine automatische Erkennung der geometrischen Orientierung des Bauteils im Raum ermöglicht, wodurch eine

automatische Verarbeitung des Bauteils zum Recycling unterstützt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass mittels mindestens eines nicht zerstörenden Materialprüfungsverfahrens das

Faserverbundmaterial vor, während und/oder nach der Ablösung vom restlichen Bauteil untersucht wird und das Ergebnis der Untersuchung zur Steuerung oder Regelung des Abziehprozesses eingesetzt wird.

Es ist des Weiteren möglich, die Abzieh-Schicht in ihrer Form zu verändern,

insbesondere durch Pressen, z. B. mittels mindestens eines Kalanders, und/oder durch Materialauftrag, z. B. durch Extrusion. Mit dem Materialauftrag kann degradiertes oder verlorenes Matrixmaterial ersetzt werden. Auch die Formgebung durch ein

Pultrusionswerkzeug ist denkbar. Es ist auch denkbar, Teile der Abzieh-Schicht nach dem Ablösen vom Bauteil abzutrennen, z. B. durch einen Schneideprozess. Dies kann erforderlich werden, um zu stark beschädigtes Material zu entfernen oder die Abmessungen der Abzieh-Schicht auf ein bestimmtes benötigtes Maß zu verringern.

Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren auch eine Trennung von Fasern und Matrixmaterial in der Abzieh-Schicht vorsehen, z.B. durch aus dem Stand der Technik bekannte Trennverfahren, wie z.B. mittels Mikrowelle oder Pyrolyse. Dabei kann das Fasermaterial für die Herstellung eines neuen Faserverbundmaterials eingesetzt werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann gleichzeitig zur Herstellung von Neubauteilen aus dem recycelten Faserverbundmaterial eingerichtet sein. Somit ist eine

Kombinationsvorrichtung, die sowohl ein Recyclat als auch ein Neubauteil aus dem gewonnenen Recyclat herstellen kann. Eine solche Kombinationsvorrichtung kann z.B. durch Einbau eines Recycling-Moduls in eine bestehende Neubauteil- Produktionsanlage, z.B. eine Wickelanlage, verwirklicht werden.

Beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind im Folgenden anhand zweier Figuren dargestellt.

Es zeigt schematisch

Fig. 1 : das Recycling von Faserverbundmaterial von einem Bauteil mit runder

Oberfläche und

Fig. 2: das Recycling von Faserverbundmaterial von einem plattenförmigen

Bauteil.

Fig. 1 zeigt ein Bauteil 1 in Zylinderform, dessen Oberfläche aus einem Band 2 aus einem Faserverbundmaterial hergestellt ist. Üblicherweise sind auf einem solchen Bauteil 1 mehrere Schichten des Bandes 2 abgelegt, wobei - hier nicht dargestellt - das Band 2 in den unterschiedlichen Schichten unterschiedliche Orientierungen aufweisen kann. Hier ist lediglich zur einfacheren Darstellung und Erkennbarkeit das Band 2 in einer einzigen Schicht und mit Abstand zwischen den Umläufen dargestellt.

Für das Ablösen des Faserverbundmaterials wird mit einem hier nicht dargestellten Greifer eine Abzieh-Schicht 10 vom Bauteil 1 abgehoben und einer Vorratsrolle 3 zugeführt. Die Abzieh-Schicht 10 entspricht in der Form dem auf dem Bauteil 1 befindlichen Band 2 oder ist im Idealfall mit diesem identisch. Zur Erleichterung des Ablösens der Abzieh-Schicht 10 ist ein keilförmiges Trennwerkzeug 4 vorgesehen, welches zwischen dem bereits abgelösten Teil der Abzieh-Schicht 10 und dem Bauteil 1 eingreift. Mittels einer Führungsrolle 5 wird die Abzieh-Schicht 10 geführt, wodurch einem möglichen Knicken der Abzieh-Schicht 10 und der hier nicht gesondert dargestellten in der Abzieh-Schicht 10 enthaltenen Fasern vorgebeugt wird. Vor dem Aufrollen auf die Vorratsrolle 3 durchläuft die Abzieh-Schicht 10 noch ein Rollenpaar 6, welches z. B. zur Formgebung als Kalander für die Abzieh-Schicht 10 und/oder zur Stabilisierung der Orientierung der Abzieh-Schicht 10 im Raum dienen kann. Auf die dargestellte Weise, kann das komplette auf dem Bauteil 1 befindliche Band 2 als Abzieh-Schicht 10 auf die Vorratsrolle 3 aufgespielt und anschließend einem

Verwertungsprozess zugeführt werden. Dabei kann die Abzieh-Schicht 10 unzerstörte Endlosfasern enthalten.

Fig. 2 zeigt das Ablösen einer weiteren Abzieh-Schicht 7 eines Faserverbundmaterials, hier jedoch in Streifenform, welches sich an einem plattenförmigen Bauteil 8 befindet, dessen Ausdehnung in seiner Ebene die Länge von Streifen 1 1 des

Faserverbundmaterials beschränkt. Mit einer zangenförmigen Greifeinheit 9, von der in Fig. 2 schematisch lediglich zwei Zangenelemente zu sehen sind, wurde die Abzieh- Schicht 7 gegriffen und vom Bauteil 8 abgehoben. Dabei wird ein keilförmiges

Trennwerkzeug 4 zur Unterstützung des Ablöseprozesses eingesetzt. Über seine gesamte Länge hinweg kann die Abzieh-Schicht 10 so ohne Zerstörung der darin enthaltenen Fasern vom Bauteil 1 abgehoben werden. Die streifenförmigen Abzieh- Schichten 7, die im Idealfall den ursprünglich auf dem Bauteil befindlichen Streifen 1 1 entsprechen, können gesammelt und einer Wiederverwertung zugeführt werden. Bezugszeichenliste

1 Bauteil

2 Band

3 Vorratsrolle

4 Trennwerkzeug

5 Führungsrolle

6 Rollenpaar

7 Streifen

8 Bauteil

9 Greifeinheit

10 Abzieh-Schicht

1 1 Streifen