Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Automatisierte großserienfähige Fertigungstechnologie für mehrlagig gewebte komplexe 3D-Knotenstrukturen

Abstrakt „automatisierte Fertigung Knotenelemente“

Mit der Entwicklung von lastangepassten Knotenelementen in Integralbauweise auf Basis der Bandwebtechnik können, in Kombination mit vorhandenen Profilen, leichte und hochsteife Rahmentragwerke in Faserverbundbauweise für zahlreiche Industrieanwendungen bereitgestellt werden. Für die breite Anwendung der Knotenelemente sind die Weiterentwicklung der Knotenstrukturen und die Erarbeitung eines neuen Verfahrens mit einer vollautomatisierten Prozesskette für die Herstellung hochkomplexer 3D-Preformen erforderlich. Das Ziel des Projektes besteht deshalb in der Entwicklung einer simulationsgestützten Prozesskette für die vollautomatisierte Fertigung von neuen anforderungsgerechten hochkomplexen 3D-Preformen mit homogener Fadenanordnung für FKV-Knotenelementbauteile in reproduzierbaren Abmessungen. Aufbauend auf den bisherigen Erfahrungen zu einfach verzweigten Strukturen werden die Halbzeuge zu hochkomplexen räumlich mehrfach verzweigten Knotenelementen weiterentwickelt. Es wird eine Methode zur CAD-gestützten geometrischen und bindungstechnischen Entwicklung vielfältigster anforderungsgerechter 2,5D-Halbzeuge für Knotenelemente erarbeitet. Mit einem dynamischen FE-Model werden der nachfolgende Ausformprozess technologisch beschrieben und die wesentlichen Prozessparameter spezifiziert. Die reproduzierbare Fertigung wird an Hand der erreichbaren minimalen Fertigungstoleranz von max. ± 2 mm, bezogen auf die Halbzeugabmessungen, überprüft. Auf Basis der entwickelten Prozesskette, die in den Textilfirmen als One-Shot-Technologie umzusetzen ist, werden für die Bereiche Automobil-, Maschinen- und Sportgerätebau lastangepasste 3D-Knotenelementpreformen zum Einsatz als Rahmentragwerke für einen effizienteren Leichtbau mit Materialeinsparungen (40 %) und hoher Kostenreduktion (50 %) bereitgestellt. Mit, heute im Markt verfügbaren, mehrschüssigen und mehrgängigen Bandwebmaschinen können die 3D-Knotenelement-Preformen in ca. 1 Min. gefertigt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Durch die erfolgreiche Bearbeitung dieses Forschungsprojektes konnte eine neuartige Technologie zur vollautomatisierten Ausformung und somit wirtschaftlichen Herstellung von komplexen Knotenelementhalbzeugen entwickelt werden. Mit dieser Technologie können Preformen in unter einer Minute zu 3D Halbzeugen ausgeformt werden. Es wurden sowohl die Technologie für die Ausformung außerhalb der Webmaschine als auch innerhalb der Webmaschine realisiert. Der modulare Aufbau der Ausformungseinheit mit einfachen und kostengünstigen Teilkomponenten ermöglicht eine Erweiterung der Gestaltungsvielfalt gegenüber formbasierten Preformingverfahren. Durch die Projektbearbeitung ist es ebenfalls gelungen, den Komplexitätsgrad von gewebten Knotenelementhalbzeuge deutlich zu erhöhen und dabei die Faserschädigung zu reduzieren.

Für viele Anwendungen in den Bereichen der Energietechnik, Maschinen- und Automobilbau werden komplex geformte Verbundbauteile für den Leichtbau und Rahmentragwerke benötigt, wie zum Beispiel Chassis für moderne Elektroautos und Fachwerkbrücken. Deshalb ist durch die entwickelte Preforminganlage und dem erarbeiteten Know-how zu der Strukturvielfalt eine hervorragende, zeitnahe und breite Umsetzbarkeit der erzielten Forschungsergebnisse in die industrielle Praxis gegeben.