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Entwicklung eines adaptiven Bebinderungsprozesses für die Preformherstellung

  • Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist es, für den innerhalb der Faserkunststoffverbunde etablierten Liquid Composite Molding (LCM) Herstellungsprozess, eine optimierte Preformherstellung aus unidirektionalen (UD) Verstärkungsfasern zu entwickeln. Dies beinhaltet auch das lokale Verstärken einer textilen Preform. Der ausschlaggebende Prozess ist hierbei der Preform-Prozess, da dieser Kostentreiber innerhalb der LCM-Prozesskette ist, in welchem die Verstärkungsfasern zu einem trockenen, transportfähigen und meist flächigen Faserrohling verbunden werden. Innerhalb des hier entwickelten Preformingprozesses werden Kohlenstofffasern, sogenannte Heavy Tows mit einem pulverförmigen Bindersystem eingebracht, erhitzt und mittels Endeffektor beim Ablegen konsolidiert. Die für den Prozess benötigten Module und Systeme wurden vor der Online-Bebinderung zuerst an einem separaten Offlinebebinderungsprüfstand montiert. Mittels dieses Offlinebebinderungsprüfstandes war die Optimierung und Analyse der einzelnen Module und Systeme durch die Herstellung eines kontinuierlich bebinderten Rovings (Halbzeug) außerhalb der diskontinuierlichen Online-Bebinderung möglich. Zugleich wurden mit dem Offlineprüfstand Halbzeuge mit unterschiedlichem Bindergehalt und unterschiedlichem Bindertyp hergestellt um einen Einfluss des Bindergehaltes als auch des Bindertyps auf die Eigenschaften der Preform und des infiltrierten Bauteiles zu analysieren. Die Analyse der Versuche zeigte deutlich, dass die Wahl des Bindertyps bei gleichbleibender Infiltrationsmatrix einen signifikanten Einfluss auf die Performance des Bauteils hat, wohingegen die Bindermenge tendenziell einen untergeordneten Einfluss zeigt. Nach der Sicherstellung der Funktionsfähigkeit der Module wurden diese an ein robotergestütztes Ablegesystem zur Online-Bebinderung installiert. Die Applizierung der Binderpartikel innerhalb der Online-Bebinderung erfolgt temporär während des Ablegeprozesses. Zur Demonstration der Funktionsfähigkeit wurde eine quasiisotrope Glasfaserpreform lokal mit den Kohlenstofffasern verstärkt. Die hergestellte ebene Preform wurde im Anschluss erwärmt, kompaktiert und in eine 3 dimensionale Preform umgeformt. Den Abschluss der Arbeit bildet eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des entwickelten Prozesses im Vergleich zu zwei „State of the Art“ Preformherstellungsprozessen. Hierbei konnte gezeigt werden dass die Kosten des gesamten Bauteiles um 3,7 % sinken unter Anwendung des neu entwickelten Verfahrens der Online-Bebinderung.

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Metadaten
Verfasserangaben:Jens Mack
URN (Permalink):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-47329
ISBN:978-3-944440-11-8
Schriftenreihe (Bandnummer):IVW-Schriftenreihe (115)
Verlag:Institut für Verbundwerkstoffe GmbH
Verlagsort:Kaiserslautern
Betreuer:Peter Mitschang
Dokumentart:Dissertation
Sprache der Veröffentlichung:Deutsch
Veröffentlichungsdatum (online):09.08.2017
Jahr der Veröffentlichung:2015
Veröffentlichende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Titel verleihende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Datum der Annahme der Abschlussarbeit:23.04.2015
Datum der Publikation (Server):10.08.2017
Seitenzahl:XVI, 146
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)