Profil-Preforming erzeugt Versteifungselemente

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Renishaw GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Institut für Verbundwerkstoffe GmbH

Dadurch wird die Ausbildung von Harznestern in den sich anschließenden LCM-Prozessen vermieden und eine homogene Bauteilqualität sichergestellt. Je nach benötigter Nahtanzahl fixieren mehrere in Reihe angeordnete Säulennähmaschinen nach der Formgebung die Preform in der gewünschten Querschnittsausprägung. Der finale Zuschnitt und das Besäumen der entstehenden Net-Shape-Profilpreform finden danach in der Trenn- und Trimmeinheit statt. Weitere Profilformen, wie beispielsweise T- oder L-Profile, können durch einen Wechsel der mittleren Schiene der Formgebungseinheit auch hergestellt werden. Anschließend kann die so hergestellte Profilpreform zum Beispiel sofort mit dem RTM-Verfahren zu einem fertigen Bauteil weiterverarbeitet werden. Das untere Bild auf Seite 18 zeigt verschiedene I-Profilpreforms und ein T-Profil, die im RTM-Verfahren hergestellt wurden.

Stichlänge beeinflusst die Biegesteifigkeit

Zur Weiterentwicklung des Continuous Profile Preforming System wurden Untersuchungen bezüglich der Nähparameter, der Materialauswahl und des Materialtransports durchgeführt. Wesentliche Ziele waren dabei, die schnellere und faserschonendere Produktion der Preforms zu erreichen. Handlings- und Transporteigenschaften der textilen Halbzeuge konnten mithilfe von Untersuchungen zur Biegesteifigkeit sowie zum Reib- und Drapierverhalten optimiert werden. Die Ergebnisse einer Studie zur Untersuchung der Biegesteifigkeit trockener, vernähter Preforms konnten zeigen, dass die Biegesteifigkeiten der Preforms maßgeblich durch die Variation der Stichlänge beeinflusst werden kann.

Die Proben wurden in Anlehnung an DIN 53362 unter Einsatz eines industriellen Cutters zugeschnitten und mittels modifizierten Doppelsteppstichs unter Variation der Stichlänge (2 bis 5,5 mm) und der Lagenanzahl (2 bis 10) vernäht. Dabei ergaben kleinere Stichlängen höhere Biegesteifigkeiten und vice versa. Auch durch eine steigende Lagenanzahl konnte eine höhere Biegesteifigkeit erzielt werden.

Produktivitätserhöhung durch angepasste Materialauswahl

Untersuchungen zur Gleitreibung zwischen trockenen textilen Faserhalbzeugen und den Materialführungs- und Materialpositionierungselementen des CPPS dienten zur Optimierung der Produktionsgeschwindigkeit. Verschiedene Werkstoffe, wie etwa PTFE, Aluminium und Stahl, wurden dabei als Messschlitten ausprobiert. Zusätzlich zu diesen Werkstoffen wurden insgesamt 18 verschiedene Halbzeuge (Glasfasergewebe und Carbonfasergelege) untersucht.

Zunächst wurden die Halbzeuge in fünf Gruppen eingeteilt, sodass innerhalb einer Gruppe ein direkter, paarweiser Vergleich des Einflusses von linearer Garndichte, Webart, Finish und Sizing auf die daraus resultierende Reibung möglich war. Außerdem konnte die Wirkung von unterschiedlichen Messgeschwindigkeiten, Kompaktierungsdrücken und Faserorientierungen auf die Reibungskoeffizienten der Reibpaare Faserhalbzeug und Messschlitten analysiert werden. So konnten die größten Auswirkungen beim Einsatz der verschiedenen Materialien der Messschlitten beobachtet werden. Dabei erzeugten die Messschlitten aus Aluminium immer die größten Reibwerte im Vergleich zu Stahl und PTFE.

Preforming-System senkt Produktionszeit und Kosten

Der Einfluss der einzelnen textilen Parameter auf das Reibverhalten ist vergleichsweise geringer. Jedoch konnte erfolgreich demonstriert werden, dass sowohl die lineare Garndichte, die Webart sowie Finish und Sizing die Gleitkoeffizienten beeinflussen. Die beiden Säulendiagramme zeigen exemplarisch den Einfluss der Webart (Leinwand versus Köper) und des Finishs auf das Reibverhalten unter konstanten Prüfbedingungen. Die so erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass die Prozessgeschwindigkeit durch zielgerichtete Auswahl der textilen Halbzeuge, der Führungsschienenmaterialien und der Nähprozessparameter maßgeblich gesteigert werden kann. Aktuelle Arbeiten befassen sich nun mit Fragen zur positiven Beeinflussung des Imprägnierprozesses und den umsetzbaren Krümmungsradien der Profilpreforms durch variable Vernähung. Das mit diesen Erkenntnissen entwickelte Preformingsystem bietet offensichtlich ein lohnendes Potenzial, um die Produktionszeiten und –kosten zu senken. Der Einsatz von kommerziell erhältlichen Halbzeugen ermöglicht dabei eine nahezu unbegrenzte Vielfalt und so gut wie frei einstellbare Faserorientierung bei Preforms, welche so an spezifische Lastfälle angepasst werden können.

Das Forschungsvorhaben der IVW GmbH wurde über die Europäische Union innerhalb des Seventh Framework Programme FP7 (IMS & CPS-Projekt) gefördert und dafür möchten wir uns an dieser Stelle herzlich bedanken. ■

* Timo Grieser arbeitet im Bereich Verarbeitungstechnik am Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW) in 67663 Kaiserslautern. Tel. ( 06 31) 3 16 07-42, timo.grieser@ivw.uni-kl.de, www.ivw.uni-kl.de

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