Faserverbundwerkstoffe stellen einen möglichen Werkstoff für den Leichtbau im Automobil dar. Ein Beispiel ist der Einsatz in Druckbehältern zur Speicherung von Erdgas oder Wasserstoff. Faserverstärkte Behälter weisen eine deutliche Gewichtseinsparung gegenüber Metallbehältern aus, sind jedoch auch deutlich kostenintensiver.
Nach dem Stand der Technik werden Faserverstärkte Druckbehälter derzeit im Nasswickelverfahren hergestellt; das Laminat besteht aus Carbonfasern mit duroplastischer Matrix. Ein alternatives Fertigungsverfahren für profilartige Hohlstrukturen ist das Flechten. Dieses findet immer stärker Einzug in der Herstellung von Halbzeugen für Faserverbundwerkstoffe. In dieser Arbeit wird das Umflechtverfahren als alternatives Verfahren für die Herstellung des Behälterlaminats untersucht und dessen Kosten- und Leichtbaupotential in Bezug auf Druckbehälter evaluiert. Insbesondere die für FVK-Bauteile typische Abhängigkeit der Fertigungsverfahren, Materialien und Produktcharakteristika werden diesbezüglich adressiert.
Das Ziel der Arbeit ist die systematische und effiziente Planbarkeit der Prozesskette zur Herstellung von Preforms als Verstärkungsstruktur in Druckbehältern zu erarbeiten. Dies wird erreicht durch eine systematische Aufarbeitung der nötigen Vorgehensweisen und des geforderten Prozesswissens. Es wird ein gezieltes Gestalten und Bewerten des Prozesses sowie der Architektur des resultierenden Verstärkungstextils unter Berücksichtigung der spezifischen Produktcharakteristika aufgezeigt. Für die typische Geometrie sowie resultierend aus dem Hauptlastfall des Innendrucks werden das Vorgehen für jede Stufe von der Vorauslegung bis hin zur Gestaltung der Fertigungszelle durchgeführt und diskutiert.
Aktualisiert: 2020-12-08
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3D- und Umflechtverfahren sind automatisierte textile Preformingmethoden (Flechtpreformingverfahren). Als Direktverfahren besitzen sie ein hohes wirtschaftliches Potential für die Serienproduktion von faserverstärkten Kunststoffen. Methoden zur Prozessauslegung und Wirtschaftlichkeitsbewertung der genannten Verfahren waren bislang nicht bekannt.
In dieser Arbeit wird eine Methodik zur Prozessgestaltung von Flechtpreformingprozessen entwickelt, die ein softwarebasiertes Werkzeug zur Wirtschaftlichkeitsbewertung dieser Prozesse beinhaltet. Dabei wird eine umfangreiche Informationsbasis zum Prozesswissen von Flechtpreformingprozessen unter Berücksichtigung des Stands der Forschung sowie eigener Untersuchungen geschaffen. Ein methodisches Vorgehen zur Gestaltung von produktspezifischen Fertigungsmitteln wird am Beispiel eines Flechtkerns mit Funktionsintegration vorgestellt. Die entwickelte Methodik zur Prozessgestaltung und das Tool zur Wirtschaftlichkeitsbewertung werden anhand des Fallbeispiels „Omega-Spantpreform in Sandwichbauweise“ validiert. Dabei wird ein Vergleich der Wirtschaftlichkeit von 3D-Flechtprozess und Umflechtprozess vorgenommen und diskutiert.
Aktualisiert: 2019-12-12
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