Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Technologieentwicklung zur Umsetzung endkonturgerechter 3D-MLG-Schlauchstrukturen mit längsvariabler Querschnittsgeometrie

Faserkunststoffverbunde (FKV) weisen ein enorm hohes Potenzial zur Reduktion bewegter Bauteilmassen und somit zur Steigerung der Energieeffizienz auf. Der zukunftsträchtige FKV-Markt weist folglich sehr hohe Wachstumsraten auf. Die weitere positive Entwicklung des Marktes erfordert dennoch serienfähige textiltechnische Verfahren, die eine schnelle Entwicklung und Umsetzung kostengünstiger, endkontur- und kraftflussgerechter Verstärkungshalbzeuge mit hoher Materialeffizienz und bei reproduzierbarer Bauteilqualität erlauben.

In der FKV-Industrie besteht derzeit ein hoher Bedarf an endkonturgerecht gefertigten schlauch- bzw. profilförmigen textilen Verstärkungshalbzeugen mit in Bauteillängsrichtung unterschiedlichen Querschnitten sowie belastungsgerecht angeordneten Verstärkungsfäden, für deren Herstellung aktuell jedoch keine industrietauglichen Verfahren verfügbar sind.

Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung eines Verfahrens zur direkten Herstellung mehrfach gekrümmter, biaxial verstärkter Schlauchstrukturen mit über der Längsachse unterschiedlichen Durchmessern sowie ggf. in die Schlauchflächen eingebrachten Durchbrüchen bei konstanten Verstärkungsfadendichten und Flächenmaßen. Das erfordert die Entwicklung, Umsetzung und Erprobung von Mechanismen und Einrichtungen zu bedarfsgerechter Kettfadenmanipulation und Maschentransfer.

Nach Projektabschluss stehen den KMU der Textilindustrie und der FKV-Bauteilherstellung neuartige, komplex geformte schlauch- bzw. profilförmigen 3D-Halbzeuge mit in Bauteillängsrichtung unterschiedlichen Querschnitten zur Verfügung. Die materialeffiziente Herstellung der Halbzeuge in Integralbauweise und reproduzierbarer Qualität erlaubt einen serienfähigen Preformaufbau und somit eine kostengünstige Herstellung hochbelastbarer 3D-FKV-Bauteile. Durch den Wegfall von bei sequentieller Preformherstellung notwendigen Konfektionierungsschritten sinken die Preformkosten um ca. 40 %.

Ergebniszusammenfassung:

In der Faserkunststoffverbund-Industrie besteht derzeit ein hoher Bedarf an endkonturgerechten, schlauch- bzw. profilförmigen textilen Verstärkungshalbzeugen mit in Bauteillängsrichtung variierenden Querschnitten und belastungsgerecht angeordneten Verstärkungsfäden.

Im Rahmen des IGF-Forschungsprojektes 20493 BR wurde ein innovatives Verfahren auf Basis der hochflexiblen Mehrlagenflachstricktechnik zur direkten Herstellung biaxial verstärkter Schlauchstrukturen mit in Bauteillängsrichtung variierenden Durchmessern sowie in den Schlauchflächen eingebrachten Durchbrüchen erfolgreich entwickelt, umgesetzt und erprobt.

Wesentliche Vorteile dieser integral gefertigten Strukturen gegenüber nachträglich konfektionierten Preformen sind ein deutlich schnellerer Preformaufbau sowie eine deutlich höhere mechanische Belastbarkeit daraus herstellbarer FKV-Bauteile durch die nicht unterbrochenen Verstärkungsfäden in Längs- sowie in Umfangsrichtung der 3D-Schlauchpreformen. Die daraus hergestellten FKV-Rohre sind dadurch wesentlich materialeffizienter auslegbar. Außerdem entfällt durch die integrale Fertigung die zur Vermeidung eines Bauteilversagens bisher notwendige Überdimensionierung von Subpreformen, die zuvor als materialintensive Überlappungen zum Ausgleich von durch das Konfektionieren entstandenen lokalen Unterbrechungen der Verstärkungsfäden unerlässlich waren. Die materialeffiziente Herstellung der Halbzeuge in Integralbauweise und in reproduzierbarer Qualität erlaubt schließlich einen serienfähigen Preformaufbau und somit eine kostengünstige Herstellung hochbelastbarer 3D-FKV-Rohre mit komplexer Geometrie.

Eine industrielle Anwendung der Projektergebnisse ist insbesondere bei der Herstellung von komplexen Druckleitungen für die Luftfahrt, von Schlauchlinern für die grabenlose Kanalsanierung (insb. Hausanschlüsse), von Wasserstofftanks und Druckbehältern im Automobilbau sowie von orthopädischen Hilfsmitteln für die Medizintechnik (insb. Prothesenschäfte) zu erwarten.