Prozesskette zur Herstellung von hybriden Faser-Metall-Preforms
Modellbildung und Optimierung des Binderauftrags und der Drapierung für stabförmige Bauteile
Paul Ruhland
Hybride Faserverbund-Metall-Stäbe sind aufgrund ihres hohen Leichtbau-Potentials für mechanisch hochbeanspruchte Anwendungen prädestiniert. Für die Herstellung derartiger Bauteile wird ein hybrider, endkonturnah drapierter Preform benötigt, welcher bisher nicht reproduzierbar hergestellt werden kann. Das Ziel dieser Arbeit war daher die systematische Entwicklung und Erprobung der Prozesskette zur Herstellung des Preforms.
Die Arbeit gliedert sich in drei Phasen. In der Planungsphase wird eine übergeordnete Prozesskette hergeleitet. Die dabei notwendigen Prozessschritte werden hinsichtlich Ihres Reifegrads analysiert. Prozessschritte, die wissenschaftlich nicht verstanden sind, werden in der anschließenden Einzelprozessphase genauer untersucht. Für diese Prozessschritte wird jeweils ein Anlagenmodul entwickelt sowie ein Prozessmodell aufgebaut.
In der Integrationsphase werden alle Prozessschritte prototypisch implementiert, die Prozesskette erprobt und somit validiert.
Bei der Analyse der Gesamtprozesskette haben sich die Prozessschritte Binderauftrag und Drapierung als wissenschaftlich unzureichend verstanden herauskristallisiert und werden daher in der Einzelprozessphase genauer untersucht.
Für den Binderauftrag wird ein vibrationsbasiertes Binderauftragsmodul entwickelt, welches den pulverförmigen Binder auf den Preform streut. Mit Hilfe eines analytischen, bildbasierten Streumodells kann eine optimale Düsenkonfiguration ausgewählt werden.
Die Drapierung kann durch einen Ansatz mit druckluft-aktuierten Membranen erfolgreich durchgeführt werden. Für eine faltenfreie Drapierung wird ein axialer Längenausgleich benötigt, welcher durch ein kinematisches Drapiermodell berechnet wird.
Die Gesamtprozesskette wird schließlich prototypisch aufgebaut und erfolgreich erprobt.
