Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) gewinnen in den letzten Jahren zunehmend an
Bedeutung insbesondere im Transport- bzw. Automobilbereich, wo durch Leichtbau
bewegte Massen auf ein Minimum reduziert und dadurch der Treibstoffverbrauch
gesenkt werden können. Innerhalb dieser Werkstoffgruppe bieten FVK mit thermoplastischer
Matrix Vorteile hinsichtlich kurzer Herstellungszyklen, hochkomplexer
Bauteilgeometrien und Recycling. Darüber hinaus ermöglichen diese Materialien
höhere Bruchdehnungen. Die bisher etablierten Umformverfahren zur Verarbeitung
von thermoplastischen FVK eignen sich nicht zur Herstellung komplexer Hohlkörperbauteile
in einem Schritt. In der vorliegenden Arbeit wird daher eine Verfahrenstechnik
entwickelt und untersucht, die dies in einem Herstellungsschritt ermöglicht.
Bei dieser Verfahrenstechnik werden vorgeformte Preforms aus drapierfähigen
Hybridgarnhalbzeugen verarbeitet, welche sowohl Thermoplastfasern (Matrix) als
auch Verstärkungsfasern enthalten. Zur Ausformung des Preforms wird eine mit
Druckluft beaufschlagbare Membran verwendet. Neben der Entwicklung und Konstruktion
von Maschinenelementen wird eine Verfahrensanalyse an einer komplexen
Demonstratorgeometrie durchgeführt. Anschließend werden die Erkenntnisse auf
einen praxisnahen Druckbehälter übertragen.
Neben der Bauteilherstellung werden auch die thermischen Prozessabläufe der
Verfahrenstechnik untersucht. Auf Basis dieser Temperaturmessungen wird ein
FESimulationsmodell zur Abbildung der Temperaturverläufe im Material erstellt.
Neben den Materialdaten werden auch die Kontaktbedingungen und weitere Randbedingungen
ermittelt, um eine realitätsnahe Simulation der thermischen Prozessabläufe
durchführen zu können.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass Hohlkörperstrukturen aus faserverstärkten
Thermoplasten in kurzen Zykluszeiten hergestellt werden können. Große
Vorteile hinsichtlich der Integration von Verbindungstechniken und von Einlegeteilen
können mit dieser Verfahrenstechnik bspw. gegenüber den Wickelverfahren
erzielt werden.
Aktualisiert: 2019-03-15
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