Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer flexiblen Technologie zur effizienten Fertigung maschenfreier Multiaxialgelege mit bedarfsgerechten Drapiereigenschaften

Ziel ist die Entwicklung einer neuartigen simulationsgestützten hoch-produktiven Technologie zur effizienten und kostengünstigen Fertigung maschenfreier Multiaxialgelege durch flexible Fixierung der Fadenlagen, um beim Drapieren eine beanspruchungs-, d. h. lastpfadgerechte Anordnung der Verstärkungsfäden in den hoch beanspruchten Bereichen, im umgeformten Zustand, zu erreichen. Diese maschenfreien Gelege werden auf Basis der bewährten Multiaxialtechnologie herge-stellt, wobei zur Flächenbildung jedoch der Kettenwirkprozess durch eine innovative Bebinderungs- und Fixierungstechnologie ersetzt wird, mit der über die Gelegefläche durch einen punktuell in Position und Menge gesteuerten Bindemitteleintrag lokal abgestufte Fixierungsgrade erreicht werden. Zur Realisierung derartiger textiler Gelege wird ein skalenübergreifendes Simulationsmodell entwickelt, mit dem die Bestimmung der Fixierungsstellen und Fixierungsgrade auf Basis der strukturmechanischen Anforderungen im späteren Verbundbauteil erfolgt, d. h. es wird als Vorgabe für den Flächenbildungsprozess ein Bebinderungsmuster erzeugt, dass die in der Fläche abgestuft einzubringende Bindemittelverteilung vorgibt. Mit dieser neuartigen Technologie, welche die Vorteile der Multiaxialtechnik mit den Vorteilen der bindemittelbasierten Fadenlagenfixierung vereint, wird es möglich sein, textile Preforms wesentlich besser als bisher für die Anforderungen im späteren Verbundbauteil auszulegen und dadurch zum einen den Materialverbrauch deutlich zu senken und zum anderen durch höhere Maschinengeschwindigkeiten und einen wesentlich weniger aufwendigen Umformprozess die Effektivität signifikant, zu steigern. Für die damit verstärkten Verbundbauteile ergeben sich dadurch Kostensenkungen, um mindestens 50 %. Durch die Projektergebnisse werden die KMU in die Lage versetzt, neue Produkte im stark wachsenden Leichtbausektor zu platzieren und konkurrenzfähige Lösungen für innovative Faserverbundbauweisen zu etablieren.

Ergebniszusammenfassung:

Im Ergebnis der Forschungsarbeiten wurde eine Technologie zur Herstellung von maschenfreien Multiaxialgelegen mit bedarfsgerechten Drapiereigenschaften durch eine flexible Fixierung der Fadenlagen mittels lokal unterschiedlicher pulverbasierter Bebinderung erfolgreich entwickelt und umgesetzt. Im Ergebnis des Drapiervorgangs und den dabei ablaufenden Strukturveränderungen wird im umgeformten Zustand in den hoch beanspruchten Bereichen eine beanspruchungs- und lastpfadgerechte Anordnung der Verstärkungsfäden erreicht.

Der Fokus lag dabei auf der Entwicklung von Modulen zum Bindemitteleintrag mit den zugehörigen Komponenten und notwendigen kinematischen Abläufe sowie für die unmittelbar anschließende Fixierung der Fadenlagen durch Bindemittelaktivierung.

Es wurden zur Bewertung von Evaluierung von Qualität und Reproduzierbarkeit textilphysikalische Eigenschaften ermittelt. Zur Charakterisierung des 3-Komponenten-Systems aus textilen verstärkungsfäden, dem fixierenden Bindemittel in der textilen Fläche und dem auf Epoxidharz basierenden duroplatischen Matrixsystem erfolgte mittels Verbundprüfungen.

Weiterhin wurde ein Simulationstool zur Auslegung der Bebinderungsmuster für die bedarfsgerechte Drapierung der textilen Halbzeuge in die dreidimensionale Bauteilgeometrie entwickelt.

Durch die erfolgreich abgeschlossenen Projektarbeiten ist eine solide Basis geschaffen wurden, auf Basis dessen textile Verstärkungshalbzeuge durch lokal in der Fläche abgestuften Drapiereigenschaften genau an die Bauteilgeometrie angepasst werden können. Durch die modulare Bauweise ist eine Integration in bestehende Multiaxialkettenwirkmaschinen möglich, so dass KMU mit moderatem Aufwand ihre vorhandene Maschinentechnik erweitern können. Dadurch profitieren sowohl die KMU der Textil- als auch der Bau- und Faserverbundindustrie, die ihr Leistungsportfolio um neue innovative Produkte erweitern können.