Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer Technologie zur kontinuierlichen Herstellung mehrfach gekrümmter 3D-Preforms mit unterschiedlichen Querschnitten

Ziel des Projekts ist die simulationsgestützte Entwicklung und Umsetzung eines kontinuierlichen, flexiblen Verfahrens und einer Einrichtung zur Realisierung über der Längsachse mehrfach gekrümmter offener und geschlossener Profilpreforms mit unterschiedlichen Querschnitten. Der hohe wissenschaftliche Anspruch besteht in der simulationsgestützten konstruktiv-technologischen Entwicklung von Verfahren, neuartigen, adaptiven Mechanismen und umform- und beanspruchungsgerechter textilen Strukturen zur automatisierten Aus- bzw. Umformung der Preforms mit hoher Flexibilität und mit einer Produktionsleistung von mind. 5 m/min bei hoher Reproduzierbarkeit und lastgerechter Anordnung der Verstärkungsfäden.

Zur Lösung der komplexen Aufgaben sind geeignete Simulationsmodelle zu entwickeln und zu validieren. Diese stehen den KMU nach Projektende für die gezielte lokale und globale Auslegung der textilen Strukturen und die Ermittlung fertigungsrelevanter Parameter der Umform- bzw. Abzugswerkzeuge in Abhängigkeit von Geometrie und Beanspruchung zur Verfügung. Weiterhin sind Bindungstechniken zur Herstellung textiler Strukturen mit lokal einstellbaren Eigenschaften sowie umfassende Lösungen zur Um- bzw. Ausformung der Preforms und dafür notwendiger Werkzeuge bzw. Mechanismen zu entwickeln. Die erforderlichen technologischen Untersuchungen erfolgen an drei komplexen Funktionsmustern mit in Profillängsrichtung unterschiedlichem Querschnitt (F1) und Krümmungen (F2), die final in einen generischen Technologiedemonstrator überführt werden. Als Demonstrator ist eine komplexe Profilstruktur vorgesehen, vorzugsweise ein Abschnitt eines repräsentativen Rahmentragwerks (vgl. Abb. 3 1), das in vielen Bereichen, z. B. Kraftfahrzeug-, Flugzeug , Maschinenbau bzw. Sport- und Möbelindustrie, als tragende Struktur Verwendung findet. Abschließend werden für den Prozess eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt und alle Ergebnisse in einer KMU gerechten Handlungsanweisung aufbereitet.

Ergebniszusammenfassung:

Als Ergebnis des Projekts stehen eine innovative textile Fertigungs- und Umformtechnologie sowie deren Simulationswerkzeuge zur kontinuierlichen Herstellung mehrfach gekrümmter 3D-Preformen mit unterschiedlichen Querschnitten auf Basis von Mehrlagengestricken als Know-how für die KMU des Textilmaschinenbaus, der Textil- und FKV-Herstellung und der Simulationsdienstleistung zur Verfügung. Die im Rahmen des Projektes entwickelten Material- und Prozesssimulationsmodelle bilden die Umformung sowie das Verhalten der Textilstrukturen während der Umformung in sehr guter Näherung zum realen Vorgang ab und ermöglichen somit eine präzise Prozessauslegung. Durch einen konstruktiven Entwicklungsprozess wurden darauf basierende Konzepte und Varianten in enger Verbindung zu den textiltechnischen Fertigungsmöglichkeiten herausgearbeitet, bewertet und Vorzugslösungen in den Bereichen textile Flächenbildung und nachfolgende Umformung abgeleitet. Zur Überwindung der aus den mehrfachen Krümmungen resultierenden Faserlängendifferenzen wurden bauteilbezogene Fadenreserven in die textile Struktur eingebracht. Dazu erfolgte die Entwicklung, Umsetzung und Nutzung einer Kettfadenliefereinrichtung sowie einer Vorgehensweise zur parametrisierbaren Datensatzgenerierung und Steuerung der Flächenbildung. Zur Umformung dieser angepassten Textilstrukturen werden elastischen Umformwerkzeuge mit modifizierten Dehnungseigenschaften eingesetzt, was nach dem aktuellen Stand der Forschung und Technik eine völlig neue, wegweisende Herangehensweise darstellt. Durch den entwickelten, praxistauglichen Gesamtprozess ist infolge der flexiblen, KMU-gerechten Automatisierbarkeit der Fertigungsprozesse sowie infolge der hohe Materialeffizienz eine Reduzierung der Herstellkosten von 50 % erreichbar. Damit sind die Projektergebnisse eine Grundlage für KMU, um am stetig wachsenden Faserkunststoffverbund (FKV)-Markt und dem Geschäftsfeld der Performherstellung zu partizipieren.