Profil-Preforming erzeugt Versteifungselemente

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Schages GmbH & Co.KG

Renishaw GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Institut für Verbundwerkstoffe GmbH

Entwicklung des Continuous Profile Preforming System (CPPS)

Es existieren verschiedene Ansatzpunkte, um die händischen Arbeitszeiten und die verhältnismäßig hohen Kosten sowie Produktionszeiten zu reduzieren. Eine Möglichkeit ist der Einsatz von Robotern, um die Prozesse möglichst weitgehend zu automatisieren und so eine Effektivitätssteigerung zu erreichen. Andere Ideen verfolgen die kontinuierliche Herstellung von Preforms. Diese Systeme sind bis dato noch zu langsam für den breiten industriellen Einsatz, da zur Fixierung der Preforms meist die Bindertechnologie eingesetzt wird, welche aufgrund der benötigten Binderaktivierung (Aufheizen) und anschließenden Abkühlung zusätzliche Prozesszeit in Anspruch nimmt und somit die Produktionsgeschwindigkeit limitiert. Alternative Preformingverfahren sind das 3D-Weben, Flechten oder Stricken. Diese Verfahren werden als direkte Preformingverfahren bezeichnet. Aufgrund von relativ geringen Produktionsgeschwindigkeiten und Limitierungen bezüglich der realisierbaren Faserorientierungen eignen sich diese Verfahren zurzeit eher nicht für die Großserienherstellung faserverstärkter Profile.

Schnellerer Prozess durch Nähen

Im Rahmen des von der EU geförderten Forschungsprojektes Innovative Material Synergies & Composite Processing Strategies (IMS & CPS) entwickelte das Institut für Verbundwerkstoffe (IVW) das Continuous Profile Preforming System (CPPS). Ziel dieser neuen Anlagentechnik ist die kontinuierliche, qualitätsgesicherte und kosteneffiziente Herstellung von Profilpreforms aus Carbon- und oder Glasfaserhalbzeugen. Durch den völlig neuen Einsatz der Nähtechnologie können damit höhere Prozessgeschwindigkeit erreicht werden, weil die Aufheiz- und Kühlzeiten wegfallen. Gleichzeitig werden die mechanischen Eigenschaften in Materialdickenrichtung deutlich verbessert.

Zu Beginn dieser Systementwicklung wurden verschiedene Fragestellungen zum Prozess, zum Materialhandling und zur Steuerung durchdiskutiert. Eine der wesentlichen Herausforderungen bei der kontinuierlichen Preformherstellung ist die pausenlose Formung der textilen Halbzeuge unter der Prämisse, die Faserorientierung ohne Verzug oder gar Zerstörung der Materialien zu schaffen. Zusätzlich sollte der neuartige Prozess im Vergleich zu existierenden Systemen günstiger und auf ähnlich gestaltete Profile adaptierbar sein.

Vernähte Net-Shape-Preforms am laufenden Band

Das entwickelte kontinuierliche Preformingsystem CPPS besitzt die Maße 5600 mm × 1500 mm × 1900 mm. Mit diesem Preformingsystem, bestehend aus Materialzuführungs-, Formbildungs-, Fixierungs-, Trenn- und Trimmeinheit, können bis zu 16 Textillagen mit einer Geschwindigkeit von maximal 4 m/min zu Net-Shape-Profilpreforms verarbeitet werden. Die textilen Halbzeuge (wie etwa Gelege) stehen dem Prozess direkt von der Rolle mit einer Höchstbreite von circa 800 mm zur Verfügung. Die Halbzeuge, positioniert auf einem Förderband (Materialzuführungseinheit), werden dabei kontinuierlich und materialschonend im gewünschten Lagenaufbau zur Formbildungseinheit transportiert. In dieser erzeugt ein fünfteiliges Schienensystem dann die erwünschte Profilform. Das obige Bild zeigt die Entstehung eines I-Profils aus CFK mithilfe der Formgebungseinheit. Der erste (untere) Teil der Preform wird beim Durchlaufen einer unteren, zwei seitlicher und einer mittleren Führungsschiene kontinuierlich vorgeformt. Der zweite (obere) Teil der Preform, auch Decklage genannt, wird auf einer darüber positionierten Schiene am Ende der Formgebungseinheit zugeführt. Während der Profilformgenerierung werden an den Kreuzungspunkten von Steg und Flanken zusätzlich kontinuierlich sogenannte Zwickel zugefügt.

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