HotTube - Konsolidierung gekrümmter Profile

Mission Statement

Pultrudierte Profile aus Faserverbundkunststoffen (FVK) eignen sich auf-grund des Leichtbaupotentials als Substitutionswerkstoff für Stahl und Aluminium beispielsweise in Dachstrukturen von Automobilen. Einen Ansatz zur wirtschaftlichen Fertigung von Profilen bietet das Multifilament-Wickelverfahren. Dieses zeigt eine 81 % höhere Produktivität als etablierte Rundflechtverfahren. Bei der Herstellung komplexer bzw. gekrümmter Wickelprofile werden nach dem Stand der Technik Teilsegmente umwickelt, welche anschließend zu einem komplexen Gesamtprofil gefügt werden. Dies bedeutet einen zusätzlichen Prozessschritt, Materialanhäufungen an den Fügestellen sowie eine Unterbrechung des Kraftflusses der Verstär-kungsfasern. Eine Maschinenentwicklung des japanischen Projektpartners Murata Machinery Ltd., ermöglicht das direkte Umwickeln gekrümmter Pro-file ohne Fügen einzelner Elemente.


Bei der Konsolidierung wird in aktuellen Prozessen die gesamte Konsolidierungsform aufgeheizt. Komplexe und individuelle Geometrien erfordern aufwendiges und teures Maschinenequipment. Im Rahmen des For-schungsvorhabens entwickelt die Firma Up2-Tec Prototyping GbR, Aachen, eine innovative Konsolidierungstechnik. Diese überwindet die Herausforderungen der homogenen und vollständigen Konsolidierung flexibel gestalteter und dreidimensional gekrümmter Profile. Dabei kann Up2-Tec Prototyping auf die Erfahrung von über fünf Jahren erfolgreich umgesetzter Innovationen im Bereich flexibler Konsolidierungstechniken und -Anlagen zurückgreifen.


Derzeit werden vorwiegend duroplastische Matrixsysteme eingesetzt. Auf-grund der langen Aushärtezeiten (>60 min) ist der Herstellungsprozess für die Serie unwirtschaftlich und bildet ein Nischenprodukt beispielsweise im Rennsport. Der Einsatz von thermoplastischen Matrixsystemen kann die Prozesszeit signifikant reduzieren. Dafür wird neben der Anlagentechnik auch die Materialauslegung ein Fokus des Forschungsvorhabens sein. Die Wirtschaftlichkeit des gesamten Prozesses steigt und eine schnelle Marktdurchdringung wird begünstigt.


Lösungsweg:

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer energieeffizienten und wirtschaftlichen Konsolidierungsmethode zur Fertigung von gekrümmten Wickelprofilen aus thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen.


Eine Maschinenentwicklung von Murata Machinery Ltd., Japan, bildet einen innovativen Ansatz zum Umwickeln dreidimensional gekrümmter Profilgeometrien. Die Profile werden im gesamten umwickelt und der Prozessschritt des Fügens entfällt. Der Kraftfluss innerhalb der Verstärkungsfasern wird nicht durch störende Fügestellen unterbrochen und das Profil kann bei geringem Gewicht last- und strukturgerecht ausgelegt werden.

HoopUnit      Muratec

Abb. 1 Wickelmaschine [Quelle: Murata Machinery Ltd.]

 

Die Firma Up2-Tec Prototyping GbR aus Aachen entwickelt als ein Spezialist im Prototypenbau und Composite Bereich eine neue Verfahrenstechnik zur Konsolidierung der Profilbauteile.


Diese Technik umfasst einerseits den drei-dimensional gebogenen, zu umwickelnden Kern und umfasst andererseits variable Methoden zur Konsolidierung der Profile. In Abhängigkeit der Anforderungen des Bauteils wie Oberflächengüte und Profiltreue, werden die Prozeßparameter Druck und Temperatur individuell geführt. Der Kern ist mit einer variothermen und elastischen Membran umhüllt und kann mit Druck beaufschlagt werden. Dieser flexible Kern wird in einer, die  drei-dimensionale Geometrie abbildenden Urform eingestellt und für das Wickeln und Konsolidieren quasi starr arre-tiert. Die zentrale Herausforderung der gleichmäßigen Konsolidierung aller gewickelten Schichten wird durch diese Technik gelöst.

 

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Abb. 2 Konsolidierungsmethode [Quelle: Up2-Tec Prototyping GbR]

Danksagung
Wir danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie für die Förderung des Forschungsprojektes im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand.

Kontakt

Roman Holtz
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Telefon: +49 (0) 241 412 503 – 40

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