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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
Verfasserangaben:Marcel Christmann
URN (Permalink):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-47142
ISBN:978-3-944440-10-1
Schriftenreihe (Bandnummer):IVW-Schriftenreihe (114)
Verlag:Institut für Verbundwerkstoffe GmbH
Verlagsort:Kaiserslautern
Betreuer:Peter Mitschang
Dokumentart:Dissertation
Sprache der Veröffentlichung:Deutsch
Veröffentlichungsdatum (online):07.08.2017
Datum der Erstveröffentlichung:23.09.2014
Veröffentlichende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Titel verleihende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Datum der Annahme der Abschlussarbeit:23.09.2014
Datum der Publikation (Server):07.08.2017
Seitenzahl:XIV, 137
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Sachgruppen:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Lizenz (Deutsch):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell, keine Bearbeitung (CC BY-NC-ND 4.0)