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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Hohe Verschnittmengen und vielstufige Prozesse im Preforming sind wesentliche Kostentreiber bei der Herstellung von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK). Verfahren zur Herstellung lokal verstärkter Verstärkungstextilien, sog. Tailored Textiles, bieten das Potential, den Verschnitt und die Prozessschritte in der Preformherstellung wesentlich zu reduzieren. Bisher wird der breite industrielle Einsatz jedoch gehemmt, da bestehende Prozesse zur Auslegung und Herstellung von Faserverbundbauteilen auf der Verwendung uniformer Rollenware bestehen und eine systematische Berücksichtigung von Tailored Textiles bisher nicht möglich ist.
Im Rahmen der Arbeit wird der Produktentstehungsprozess von Bauteilen aus FVK ganzheitlich betrachtet und notwendige Modifizierungen sowie Ergänzungen zur Berücksichtigung von Tailored Textiles werden vorgenommen. Innerhalb des modifizierten Vorgehens benötigte Methoden und Werkzeuge werden entweder auf Basis bestehender Methoden vorgeschlagen oder nach Bedarf neu entwickelt. Für die im Rahmen dieser Arbeit erfolgenden technologiebezogenen Entwicklungen wird das Open-Reed-Webverfahren als repräsentativer Herstellungsprozess für Tailored Textiles betrachtet. Bei Analyse des Produktentstehungsprozesses werden die Aspekte der Bauteilkonzeptionierung, Bauteilauslegung, Produktionsplanung und Prozessentwicklung berücksichtigt. Der aufgestellte modifizierte Produktentstehungsprozess umfasst die Schritte von der Bauteilkonzipierung bis zur Herstellung. Das entwickelte Vorgehen wird schließlich anhand von Validierungsstudien erprobt und anhand eines Demonstrators das Kosten- und Gewichtseinsparpotential beispielhaft ermittelt.
Aktualisiert: 2020-12-08
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