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Compositeverarbeitung

Die Preformfertigung klappt jetzt direkt vom Roving

| Autor/ Redakteur: Christian Hopmann, Lorenz Wruck und Kai Fischer / Peter Königsreuther

Forscher am IKV entwickeln ein Herstellungsverfahren für last- und verschnittoptimierte Preforms. Der hohe Automatisierungsgrad und die Nutzung günstiger Rovings als Ausgangsmaterial, spart Geld und bietet neue Freiheitsgrade bei der Laminatgestaltung.

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Bild 1: Eine gewickelte unidirektionale Faserschicht auf einem neuartigen, modular ausgelegten Wickelrahmen.
Bild 1: Eine gewickelte unidirektionale Faserschicht auf einem neuartigen, modular ausgelegten Wickelrahmen.
(Bild: IKV)

Die serientaugliche Herstellung von Strukturbauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) erfordert insbesondere bei einem hohen Automatisierungsgrad und geringen Zykluszeiten einen effizienten Materialeinsatz, um im Vergleich mit anderen Werkstoffen wirtschaftlich wettbewerbsfähig sein zu können. Für die Umsetzung von FVK-Bauteillösungen stehen diverse Herstellungsverfahren zur Verfügung, wobei Flüssigimprägnierverfahren, wie beispielsweise das Resin Transfer Moulding (RTM), aufgrund einer sehr guten Automatisierbarkeit und hohen Bauteilqualität für hoch belastete Bauteile häufig eingesetzt werden.

Die übliche Preformherstellung verliert durch manuelle Tätigkeiten

Die Herstellung von Bauteilen in diesen Verfahren erfordert einen endkonturnahen textilen Preform, wobei die Preforming-Kosten bis zu 50 % der Bauteilkosten ausmachen können [1], weil die Preformherstellung häufig mit einem hohen manuellen Aufwand und viel Verschnitt von kostenintensiven Faserhalbzeugen einhergeht. Dieses Problem adressieren bereits viele Hersteller und bieten Lösungen für eine sehr flexible Produktion oder effiziente Möglichkeiten zur Herstellung spezifischer Preforms an [2]. Dennoch fehlt bisher ein hochautomatisiertes, produktives Verfahren, das sowohl eine große Flexibilität als auch hohe Produktivität vereint. Denn für die Wettbewerbsfähigkeit eines Preforming-Verfahrens ist sowohl die Qualität der hergestellten Preforms entscheidend als auch deren effiziente und automatisierte Herstellung [3].

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Spezieller Wickelrahmen als neuartiges Ablagewerkzeug

Das Faserwickelverfahren erfüllt diese Anforderungen allgemein für die Herstellung rotationssymmetrischer FVK-Bauteile und eröffnet durch die Verarbeitung von Faserrovings und einen geringen Materialverschnitt große Einsparpotenziale. Insbesondere moderne Wickelmaschinen zeichnen sich durch eine hohe Dynamik aus, sodass Rotationsgeschwindigkeiten von 120 min-1 heute Standard sind. Abhängig von der Geometrie des Wickelrahmens und der Feinheit der eingesetzten Fasern sind so hohe Materialablageraten von über 100 kg/h möglich.

Im Gegensatz zum bekannten Preforming werden im Faserwickeln in der Regel imprägnierte Fasern verarbeitet respektive diese im Verarbeitungsprozess imprägniert. Darüber hinaus weicht die Gestalt von Preforms in den meisten Fällen von einer rotationsymmetrischen Form ab, sodass die Prozesseinflüsse auf die Preformeigenschaften untersucht und beherrscht werden müssen. Aus diesem Grund ist in dem durch die AiF geförderten Projekt am IKV ein geeignetes Ablagewerkzeug, ein sogenannter Wickelrahmen, entwickelt worden, das die Herstellung von Preforms mit hoher Qualität mittels Wickeln ermöglicht.

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