Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von verschnittfrei und endkonturgerecht gewebten 3D-Preformen für High-Tech-Anwendungen

Die Webtechnik wird im Faserkunststoffbereich bisher vor allem für die Fertigung von Rollenware eingesetzt. Das hohe Potenzial für die Fertigung mehrlagiger und komplexer 3D Halbzeuge in einem Prozessschritt wird bisher nicht genutzt. Der einer Einsatz webtechnischen Direkt Preformingtechnologie hat gegenüber sequenziell hergestellten Preformen folgende Vorteile: kein Zuschnitt, kein Materialverlust, Kostenreduktion, Verringerung von Delaminationsneigung durch Verstärkungsfäden in out-of-plane Richtung.

Das Ziel des Projektes ist die simulationsgestützte Struktur- und Technologieentwicklung zur verschnittfreien Herstellung gewebter, endkonturgerechter 3D-Preformen mit komplexer Kontur aus Hochleistungsfasern mit hoher Feinheit für Faserverbundbauteile. Die neuen Gewebestrukturen zeichnen sich durch eine hohe Gewebedicke und ein anforderungsgerechtes Verhältnis von Kett- und Schussfadendichte aus. Die zu entwickelnde Technologie ermöglicht die kosteneffiziente Herstellung von 3D-Preformen mit komplexer und variabler Außenkontur in einem einstufigen Fertigungsverfahren. Die Fertigungstechnologie für die verschnittfrei gewebten 3D-Preformen muss zur wirtschaftlichen und ressourceneffizienten Herstellung entlang der gesamten Prozesskette konstruktiv-technologisch sowie zur Reduktion von Trial-and-Error-Versuchsreihen simulationsgestützt entwickelt und erprobt werden. Zur Erreichung des Zieles wird eine neue Lösung für die schädigungsarme Verarbeitung von Hochleistungsfasern entwickelt.

Durch die zielführende wissenschaftlich fundierte und interdisziplinäre Projektarbeit mit Unterstützung der entlang der gesamten Wertschöpfungskette tätigen Mitglieder des PA sind sowohl eine hohe Akzeptanz der Ergebnisse in der Industrie als auch eine kurz- bis mittelfristige Überführung der entwickelten Direkt Preformingtechnologie sichergestellt. Mit der Bereitstellung dieser neuen Technologie können die KMU das Produktsortiment um verschnittfreie dickwandig 3D Preformen erweitern.

Ergebniszusammenfassung:

Durch die erfolgreiche Bearbeitung dieses Forschungsprojektes konnte eine neuartige Technologie zur automatisierten Fertigung und somit wirtschaftlichen Herstellung von verschnitt freien gewebten, endkonturgerechtem 3D-Preformen mit komplexer Kontur und hohen Wandstärken aus Hochleistungsfasern entwickelt werden.

Insbesondere wurde eine Technologie für die automatisierte Entnahme und Wiedervorlage von Kettfäden umgesetzt. Der modulare Aufbau der erarbeiteten Prozesskette und das mit einfachen und kostengünstigen Teilkomponenten aufgebaute Zusatzmodul zur Entnahme und Wiedervorlage von Kettfäden ermöglichen gegenüber dem sequentiellen Preforming eine effiziente Strukturauslegung und Fertigung. Durch die Projektbearbeitung ist es ebenfalls gelungen, den Komplexitätsgrad dickwandiger gewebter Preformen deutlich zu erhöhen.

Für viele Anwendungen in den Bereichen der Energietechnik, dem Maschinen- und dem Automobilbau werden komplex geformte Verbundbauteile für den Leichtbau und für Rahmentragwerke benötigt, zum Beispiel Chassis für moderne Elektroautos und Crashstrukturen. Die Gestaltung der dickwandigen und endkonturgerechten Preform ermöglicht eine deutliche Steigerung der Materialeffizienz. Gegenüber der sequentiellen Fertigung von Preformen kann mit der entkonturgerechten Fertigung eine Kosteneinsparung von bis zu 30 % erzielt werden. Deshalb ist durch die entwickelten Preformen und dem erarbeiteten Know-how zu der Strukturvielfalt eine hervorragende, zeitnahe und breite Umsetzbarkeit der erzielten Forschungsergebnisse in die industrielle Praxis gegeben.