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Optimierung der Organoblechherstellung durch 2D-Imprägnierung

  • Gegenwärtig stellen die hohen Stückkosten das wesentliche Hemmnis für die Marktdurchdringung endlosfaserverstärkter Bauteile dar. Das umfassende Ziel dieser Arbeit war daher die Senkung der Prozesskosten durch die Steigerung der Prozessgeschwindigkeit. Ansatzpunkt bildete der zeitintensive Imprägnierungsvorgang, welcher durch die Verwendung einer in orthogonaler und planarer Richtung ablaufenden 2D-Imprägnierung optimiert wurde. In der Analysephase wurden grundlegende Untersuchungen mit einer semi-kontinuierlich arbeitenden Intervallheißpresse durchgeführt. Dabei zeigten sich komplexe Wechselwirkungen zwischen inhomogenen Temperatureinstellungen, vorliegender Druckverteilung, planarem Fließverhalten des Polymers und der resultierenden Imprägnierungsqualität. Als vorteilhafte Prozessbedingung wurden Polymerfließvorgänge in Richtung der offenen seitlichen und vorderen Werkzeugkante identifiziert, welche durch die bei höheren Randtemperaturen vorliegende Druckverteilung begünstigt werden. Mit einem eigens dafür entwickelten Presswerkzeug ist die prinzipielle Vorteilhaftigkeit einer Kombination aus orthogonalem und planarem Polymerfließen auf die Imprägnierungsgeschwindigkeit nachgewiesen worden. Die durchgeführte Parameterstudie verdeutlicht das Potential durch die Verkürzung der Imprägnierungsdauer um 33 %. Bei der Analyse der Druckprofile ist für den Übergangsbereich von der Heiz- zur Kühlzone ein signifikanter Druckabfall festgestellt worden. Um die dadurch bedingte Dekonsolidierung während der Solidifikation zu verhindern, wurde ein an das Schwindungsverhalten des Laminats angepasstes Werkzeugdesign für den Übergangsbereich entwickelt. Dadurch konnte die Reduktion des applizierten Prozessdrucks verhindert und die Verschlechterung der Organoblechqualität während der Abkühlung ausgeschlossen werden. Für die Modellierung des Imprägnierungsvorgangs wurde das B-Faktor-Modell von Mayer durch die Integration der vom Verarbeitungsdruck abhängigen Sättigungspermeabilität erweitert. Dadurch wird die Abbildung von Prozessen mit nicht konstantem Prozessdruck ermöglicht. Die Ergebnisse der Arbeit bilden die Grundlage für die effektive Prozessgestaltung durch ein materialspezifisches Anlagendesign und die Wahl vorteilhafter Prozessparameter von der Einzel- bis zur Serienproduktion.

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Metadaten
Author:Marcel Christmann
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-47142
ISBN:978-3-944440-10-1
Serie (Series number):IVW-Schriftenreihe (114)
Publisher:Institut für Verbundwerkstoffe GmbH
Place of publication:Kaiserslautern
Advisor:Peter Mitschang
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2017/08/07
Date of first Publication:2014/09/23
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2014/09/23
Date of the Publication (Server):2017/08/07
Number of page:XIV, 137
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell, keine Bearbeitung (CC BY-NC-ND 4.0)