Greiftechnik Prozesssicheres Absortieren von Faserverbundtextilien

Autor / Redakteur: Simon Berger und andere / Rüdiger Kroh

Die zunehmende Verbreitung von Faserverbundbauteilen, auch in größeren Stückzahlen, erfordert einen automatisierten Fertigungsprozess. Für die Handhabung der textilen Halbzeuge wurde ein Greifer nach dem Prinzip des Niederdruckflächensaugens entwickelt, der insgesamt 25 Saugstellen hat.

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Bild 1: Der Vakuumgreifer ermöglicht ein konturnahes Absortieren von textilen Halbzeugen.
Bild 1: Der Vakuumgreifer ermöglicht ein konturnahes Absortieren von textilen Halbzeugen.
(Bild: Fraunhofer IWU)

Der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen im industriellen Umfeld bietet ein hohes Potenzial zur Gewichtsreduktion und damit effektive Vorteile hinsichtlich der Werkstoffausnutzung. Insbesondere im Automobilbau und in der Luft- und Raumfahrtindustrie kann auf diese Weise Kraftstoff eingespart und die Ressourceneffizienz nachhaltig erhöht werden. Aus diesem Grund wird bis zum Jahr 2020 eine jährliche Wachstumsrate von etwa 17 % für Faserverbundwerkstoffe erwartet [1].

Luftfahrtbranche nutzt Faserverbundstrukturen seit rund 35 Jahren

In der Luftfahrtbranche finden Faserverbundstrukturen bereits seit rund 35 Jahren Anwendung, beispielsweise für zahlreiche Teile des Leitwerks und der Tragflächen [2]. Diese Bauteile lassen sich vor allem dadurch charakterisieren, dass für deren Fertigung flächige Textilien eingesetzt werden. Sie haben dabei konturvariante Geometrien und werden in der Fertigungsumgebung manuell gehandhabt. Aufgrund der niedrigen Stückzahlen in der Luftfahrtbranche wurden die erhöhten Kosten bei der Handhabung bisher in Kauf genommen. Für Faserverbundbauteile erschließen sich immer neue Anwendungsfälle, woraus eine stärkere Verbreitung resultiert. Beispielsweise werden kohlefaserverstärkte Bauteile im Automobilbau eingesetzt, um das Gewicht von Fahrzeugen zu reduzieren [2]. Die verwendeten Bauteile sind im Vergleich zur Luftfahrtbranche häufig sehr viel kleiner und auch filigraner. Aufgrund der höheren Stückzahlen im Vergleich zur Luftfahrtbranche ist die automatisierte und prozesssichere Handhabung der Halbzeuge ein notwendiger Schritt zur Umsetzung eines wirtschaftlichen Fertigungsprozesses [3].

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Betrachtung der Prozesskette zur Handhabung von CFK-Bauteilen

Um das Potenzial zur Automatisierung bewerten zu können und die notwendigen Handhabungsschritte bei der Produktion vorzustellen, wird im Folgenden ein typischer industrieller Fertigungsprozess für Faserverbundwerkstoffe beschrieben, der in Bild 2 dargestellt ist. Nach der Bereitstellung der textilen Halbzeuge als Rollenware und dem anschließenden Zuschnitt auf die gewünschten Abmessungen werden die Bauteile vom Absortiertisch aufgenommen und von den Schnittresten getrennt. Die absortierten Textilien werden auf einem weiteren Tisch für den Formgebungsprozess abgelegt, um diese drapieren zu können. Dieser Schritt zum Vereinzeln der Textilien wird als Absortieren bezeichnet.

Darauffolgend werden die textilen Halbzeuge im weiteren Prozess in eine Form eingelegt und mittels eines thermoplastischen Binders zu einer Preform weiter verarbeitet, was als Preforming bezeichnet wird. Schließlich wird die fertige Preform mit Harz infiltriert, ausgehärtet und gelangt dann zur Weiterverarbeitung. Speziell der Absortiervorgang stellt einen Teilschritt dar, für den bisher nur unzureichende Lösungen im industriellen Umfeld bestehen [5].

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