Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung verschnittarmer Biaxialgelege auf Basis der Kettenwirktechnik für großserientaugliche Leichtbauanwendungen

Aktuell werden in hochautomatisierten Fertigungsprozessen für Faserkunststoffverbund (FKV)-Bauteile hauptsächlich 2D-Strukturen als Rollenware verwendet. Die Außenkonturanpassung erfolgt derzeit durch einen automatisierten Schnittbilderstellungs- und Zuschnittvorgang. Der Einsatz von bisher nicht vorhandenen endkonturnahen Textilien ermöglicht im Vergleich dazu ein enormes Ressourceneinsparungspotential.

Aufgrund der Produktivität und Strukturvielfältigkeit ist die Kettenwirktechnologie zur Fertigung derartiger Textilien prädestiniert. Da Gelege bisher nur mit einer konstanten Breite gefertigt werden können, ist eine Weiterentwicklung der Kettenwirktechnik zur Fertigung von schusslängenendkonturnahen, verschnittarmen Biaxialgelegen notwendig. Dies wird durch das Bereitstellen der jeweils notwendigen Schussfadenlänge mittels einer neuen Einhänge- und Transporttechnologie erreicht. Zu diesem Zweck wird ein neu zu entwickelndes breitenvariables Schussfadenzuführsystem realisiert. Hierfür erfolgen die Erarbeitung und Analyse verschiedener Konzepte zur Herstellung von Gelegen mit außenkonturgerechten Schussfadenverläufen. Die herauszuarbeitende Vorzuglösung wird konstruktiv-technologisch umgesetzt und erprobt. Ein anwendungsnaher Demonstrator wird angefertigt. Die Entwicklungsarbeiten erfolgen unter Beachtung der späteren Integrierbarkeit der entwickelten Technologie zur gezielten Kettfadenzustellung und damit Bildung eines kettfaden- und schusslängenendkonturnahen, verschnittarmen Geleges auf Basis konventioneller Multiaxialkettenwirkmaschinen.

Vor allem die KMU-geprägten Unternehmen des verarbeitenden Gewerbes, besonders Textilfirmen sowie potenzielle Anwender von FKV-Bauteilen, vorrangig Firmen des Maschinen-, Fahrzeug- und Bauwesens, werden aus dem erarbeiteten Know-how großen Nutzen ziehen. Damit entsteht für die textilen KMU ein erheblicher Mehrwert, da mit der zu entwickelnden Technologie ressourceneffizient endlosfaserverstärkte Bauteile hergestellt werden können.

Ergebniszusammenfassung:

Um den Verschnitt der Hochleistungsfasermaterialien zu reduzieren, wurde ein alternierendes Schussfadensystem entwickelt. Bei diesem können die Fadenmaterialien des Schussfadens während des Schusslegevorgangs gewechselt werden ohne das der kontinuierliche Schusslegevorgang unterbrochen werden muss. Der alternierende Schussfaden wird aus zwei verschiedenen Fadenmaterialien gefertigt: 1. dem Verstärkungsfaden (bspw. aus Carbon) und 2. dem Haltefaden (bspw. Glas). Der Haltefaden wird in die Transportkette eingehangen. Über die definierte Einstellung der Länge der jeweiligen Fadenabschnitte wird die Kontur des abgewickelten FKV-Bauteils kostenreduziert umgesetzt. Die Technologie ist modular für jede Multiaxialkettenwirkmaschine nachrüstbar und für hohe Produktionsgeschwindigkeiten skalierbar.

Die KMU werden in die Lage versetzt Multiaxialgelege zu fertigen, die über bauteilgerechte Verstärkungsstrukturen verfügen. Die so gefertigten Halbzeuge sind kostenreduziert gegenüber Halbzeugen gefertigt auf Basis konventioneller Fertigungsverfahren. Dies kann sowohl in der Auftragsfertigung als auch für den eigenen Bedarf von Endverbrauchern genutzt werden. Die Kosten für ein FKV-Bauteil können um rund 25 % reduziert werden (bei einem ursprünglichen Verschnitt von 40 %). Durch die Entwicklung des alternierenden Fadensystems eröffnen sich zudem neue Anwendungsmöglichkeiten auch in anderen Flächenbildungsverfahren, wie dem Weben und Stricken, sodass von den Projektergebnissen auch KMU aus anderen Branchen profitieren werden.