Gelegeherstellung Wirtschaftliche Fertigung mehrlagiger multiaxialer Gelegestrukturen

Mit mehrlagigen multiaxialen Gelegestrukturen kommt man dem Optimum textiler Verstärkungshalbzeuge für belastungsgerechte CFK-Bauteile bereits sehr nah. Ziel des Textilmaschinenherstellers Karl Mayer ist es, dies auch in puncto Produktivität und Fertigungsflexibilität zu erreichen. Dazu wurde die Hochleistungs-Nähwirkanlage entwickelt.

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Schages GmbH & Co.KG

AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

KARL MAYER Technische Textilien GmbH

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) sind in der Luft- und Raumfahrtindustrie oder im Rennsport kaum noch wegzudenken. Neben solchen Spezialanwendungen werden diese stark belastbaren und dennoch leichten Werkstoffe mit hoher Festigkeit und hoher Steifigkeit nunmehr vermehrt auch im Automobilbereich und anderen Industriezweigen in Großserienproduktion eingesetzt.

Kernforderungen der meist sehr dynamischen Branchen sind Wirtschaftlichkeit und damit hohe Produktivität, Flexibilität sowie Reproduzierbarkeit bei hoher Eigenschaftsausnutzung der Faser – Ansprüche, für deren Erfüllung CFK-Bauteile mit mehrlagigen Gelegestrukturen als textiles Verstärkungshalbzeug prädestiniert sind.

Verarbeitung von Carbonfaserrovings in gespreizter Aufmachung

Auf der Fachtagung Carbon Composites 2011 stellt Swen Petrenz, Key Account Manager Carbon Technology bei der Karl Mayer Malimo Textilmaschinenfabrik GmbH, Chemnitz, Fertigungsmöglichkeiten für mehrlagige multiaxial ausgerichtete Strukturen auf einer Hochleistungs-Nähwirkanlage vor: der Malitronic Multiaxial C&L. Diese Anlage ist auf die Verarbeitung von Carbonfaserrovings in gespreizter Aufmachung ausgerichtet und kann – beginnend bei der Zuführung des Vorlagematerials bis zur Nähwirkverfestigung – gemäß den Erfordernissen kundenspezifisch angepasst werden.

Generell liegen die Carbonfaserfilamente in einem schmalen, teilweise ungleichmäßig breiten Roving mit unterschiedlicher Spannung vor. Beim Spreizen werden sie zu einem vergleichmäßigten Band mit definiertem Flächengewicht ausgerichtet.

Carbonfaserrovings geringer Feinheiten (12K, 24K) lassen sich vorzugsweise per Online-Zuführprozess hochqualitativ verarbeiten. Um auch die kostengünstigeren Industrie–Carbonfasertypen in hervorragender Qualität mit zugleich erhöhter Produktivität und Wirtschaftlichkeit verarbeiten zu können, wurde der Spreizvorgang von der Gelegefertigung entkoppelt.

Carbonfasertapes mit Breiten bis zu 600 mm und definierten Flächengewichten

Ergebnis des innovativen Offline-Spreizprozesses sind bis zu 600 mm breite Carbonfasertapes mit definierten Flächengewichten. Diese Faserbänder über Zuführsysteme in der erforderlichen Winkellage in die Anlage eingetragen ermöglichen eine hohe Produktivität, Qualität und Reproduzierbarkeit.

Neben der Flexibilität hinsichtlich der Winkellage sorgt auch eine Flexibilität beim Lagenaufbau für eine individuelle Gestaltung der Gelegestrukturen. So können Vliesstoffbahnen oder Folien ebenso als Grundwarenbahnen integriert werden wie andere durchstechbare Flächengebilde.

Zudem lassen sich die Anlagen der Baureihe Malitronic durch ihre modulare und flexible Bauweise an die sich verändernden Anforderungen des Marktes anpassen. Beispielhaft wird dazu auf der Fachtagung die Einbindung einer Einrichtung zur variablen Ablage von Stehfadenscharen beschrieben.

Verstärkungsfasern erhalten weitere Funktionen durch Beschichten

Die Integration des Moduls ermöglicht eine zusätzlich bauteilgerecht angepasste Ausrichtung von lastaufnehmenden Hochleistungsfasern und damit die Erzeugung bionischer Strukturen. Weiterhin kann auch eine zusätzliche Funktionalisierung durch Beschichtung oder Bepulverung nach dem Konsolidierungsprozess des Lagenaufbaues, zum Beispiel durch Nähwirken, in das Anlagenkonzept integriert werden.

Die am Ende des Teilfertigungsprozesses „Gelegeherstellung“ als Warenbahn in Rollenform aufgewickelten Gelegestrukturen sind die Grundlage für Weiterverarbeitungsprozesse wie Press-RTM-Verfahren oder andere Infusionsverfahren, worauf im Vortrag Bezug genommen wird.

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