In der Automobilindustrie spielt bei der Herstellung von schalenförmigen Faserverbundkomponenten mit komplexer Geometrie das Resin-Transfer- Moulding-Verfahren (RTM) eine bedeutende Rolle. Um Verschnitt sowie Umformgrad zu reduzieren werden geometrisch komplexe, großflächige Strukturen aus einzelnen Sub-Preforms zusammengesetzt. Während der Preform-Montage entstehen im Überlappungsbereich des Bauteils Wanddickensprünge sowie lokale Abweichungen vom gestreckten Faserwinkel. Der textile Fügebereich der Sub-Preforms ist nicht nur für die mechanischen Eigenschaften eines Bauteils ausschlaggebend, sondern hat auch direkten Einfluss auf das Füllverhalten bei der Bauteilherstellung im RTM-Prozess. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung flexibler, werkstoff- und prozessgerechter Preforms für hochbeanspruchte Faserverbund-Komponenten im Automobilbau. Textilien welche mit dem TFP-Verfahren hergestellt werden erfüllen die Anforderungen der Großserie bei Gewährleistung der Richtungsflexibilität. Diese Arbeit bietet Lösungen für eine gekoppelte Drapier- und Füllsimulation von lastpfadgerechten technischen Gesticken, sowie einen Abgleich mit experimentell gewonnenen Erkenntnissen. Prozessrelevante Parameter, wie Spaltabstände und Überlapplängen werden analysiert, bewertet und gegenübergestellt. Erkenntnisse bzgl. dem Einfluss von Drapierprozessen auf das Füllverhalten werden ermittelt und mit den Auswirkungen dieser Überlappungen auf die mechanischen Eigenschaften verknüpft.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Das Tailored Fibre Placement (TFP) ist ein Verfahren mit, dem Textilien für faserverstärkte Kunststoffe (FVK) lastgerecht und endkonturnah hergestellt werden können. Aufgrund der komplexen Bauteilauslegung und des fehlenden Wissensmanagements findet die TFP-Technologie trotz ausgereifter Maschinentechnologie wenig Einsatz für FVK-Bauteile. Derzeit gibt es kein einheitliches, systematisches Vorgehen, mit dem Prozessketten zur TFP-Bauteilherstellung gestaltet werden können.
In dieser Arbeit wird die ganzheitliche Gestaltung von Technologieketten durch Berücksichtigung der Prozessschritte Imprägnierung und Konsolidierung zum finalen FVK-Bauteil entwickelt, um Faserverschnitt und damit Halbzeugkosten zu reduzieren. Dafür wird eine sechsstufige Methodik zur Gestaltung der Technologiekette für TFP-Bauteile entwickelt, welche die gesamte Prozesskette von der Faser bis zum fertigen FVK-Bauteil betrachtet und auf der integrierten und operativen Technologieplanung basiert. Dabei wird ein systematisches Vorgehen für die effiziente und übersichtliche Prozessplanung entwickelt.
Die entwickelte Methodik wird an drei industrienahen Bauteilen (Sitzteiler, Radlauf und Cabriodach) angewendet. Dadurch werden neue, innovative und ganzheitliche Technologieketten für TFP-Bauteile gestaltet und mit Bauteilen aus Referenzmaterialien verglichen. Dabei zeigen die Ergebnisse des technisch-wirtschaftlichen Vergleichs eine Steigerung der Performance bzw. Funktionalisierung der Bauteile bei einhergehenden Kostenvorteilen. Der Faserverschnitt wird durch den Einsatz der TFP-Technologie bis zu 30 % reduziert. Gegenüber der konventionellen Technologiekettengestaltung entfallen Iterationen bei der Auslegung und Preforming, sodass der Prozessplanungsaufwand um bis zu 30 % reduziert werden kann.
Aktualisiert: 2021-05-20
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