Lokale Verstärkung mit Verfahren der Luftfahrttechnik

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wbk Institut für Produktionstechnik Universität Karlsruhe (TH)

Lokale Verstärkung von Bauteilen mit eingebetteten Inserts

Ein potenzieller Anwendungsbereich des Legekopfes ist die lokale Verstärkung von Bauteilen mit eingebetteten Krafteinleitungselementen (sogenannte Inserts). Solche Elemente werden derzeit am Institut entwickelt [6]. Über die eingebetteten Elemente werden punktuell Kräfte in die Bauteile eingeleitet, wodurch hohe Belastungen des Laminats auftreten. Eine lokale Verstärkung kann das Laminat gezielt verstärken und somit helfen, die Belastbarkeit der Elemente zu steigern.

Untersuchung der Auszugsfestigkeit von Krafteinleitungselementen

Am Institut wird derzeit der Einfluss auf die Auszugsfestigkeit der eingebetteten Krafteinleitungselemente durch die lokale Verstärkung untersucht. Zur Verstärkung dienen um das Insert abgelegte Kohlenstofffaser-Rovings auf einem Preform aus Glasfasergewebe. Durch Harzinfiltration und -aushärtung wurde aus dem Preform, den Rovings und dem Insert ein Bauteil für die Ermittlung der Auszugsfestigkeit hergestellt.

Die parallele Ablage von bis zu vier Rovings und deren Fixierung in einem neuartigen Verfahren verleiht dem am Institut entwickelten Legekopf die Fähigkeit, die Produktivität von Leichtbauteilen aus Preforms mit lokaler Endlosfaserverstärkung (Rovings) zu erhöhen – im Vergleich zum derzeit häufig eingesetzten klassischen TFP-Verfahren.

Das Fixiersystem ermöglicht zudem eine hohe Variabilität bezüglich der einsetzbaren Rovings und der zur Faserfixierung verwendeten Thermoplaste. Die Leistungsfähigkeit des Legekopfes, die Eignung verschiedener Thermoplaste zur Faserfixierung sowie die Steigerung der Performance von eingebetteten Krafteinleitungselementen durch lokale Verstärkungen müssen in weiteren Untersuchungen noch ermittelt werden.

Die Entwicklung des Legekopfes wird durch die Europäische Union – europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) – sowie das Land Baden-Württemberg gefördert. Verwaltungsbehörde des operationellen Programms RWB-EFRE ist das Ministerium für ländlichen Raum, Ernährung und Verbraucherschutz Baden-Württemberg. Weitere Informationen: www.rwb-efre.baden-württemberg.de.

Literatur

[1] Heuss, R.: et al.: Lightweight, heavy impact - How carbon fiber and other lightweight materials will develop across industries and specifically in automotive; McKinsey & Company, January 2012.

[2] Kisch, A.: Automated Fiber Placement Historical Perspective; Sampe 2006, April 30th – May 4th 2006 in Long Beach (Carlifornia, USA).

[3] Thomas, M.: Entwicklung eines Legekopfes zur Ablage von Kohlenstofffaserrovings, Studienarbeit wbk Institut für Produktionstechnik am KIT 2012.

[4] Mattheij, P., K. Gliesche und D. Feltin: Tailored Fiber Placement-Mechanical Properties and Applications; Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol. 17, No. 9/1998; S. 774 – 786.

[5] Kühne, E., B. Wielage, R. Sbosny und D., Kresse: Klebefixieren von Rovings erhöht die Belastbarkeit. Kunststoffe 7/2009. S. 77–79.

[6] Fleischer, J., J. Elser, J. Gebhardt und T. Weingärtner: Entwicklung von hochbelastbaren Krafteinleitungselementen für den hybriden Leichtbau. Lightweight Design 5/2012, S.32-37.

* Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer ist als Leiter des wbk Instituts für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) verantwortlich für den Bereich Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung. Dipl.-Ing. Johannes Gebhardt ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Gruppe Leichtbaufertigung am Institut

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