FOR 860: New Process Chains for Composites: Integration of Preforming, Impregnation, Forming and Curing
Final Report Abstract
Die Forschergruppe 860 mit dem Titel „Neue Prozessketten für endlosfaserverstärkte Kunststoffbauteile: Integration von Preformen, Imprägnieren, Formen und Vernetzen“ betrachtet die Fertigung von endlosfaserverstärkten Kunststoffbauteilen (FVK) ganzheitlich vom Roving bis zum endgültigen Bauteil mit der wesentlichen Zielsetzung der Erhöhung der Serientauglichkeit der eingesetzten Fertigungsverfahren. Dabei werden drei Prozessketten erforscht. Die Erforschung der Herstellung von Faserpreforms für alle drei Prozessketten findet am Institut für Textiltechnik statt. Anschließend folgen den Prozessketten entsprechend die Teilprojekte am Institut für Kunststoffverarbeitung, in denen unterschiedliche Imprägnierstrategien, Formgebungs- und Vernetzungsvorgänge betrachtet werden. Übergreifend bearbeitet das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) alle Fragestellungen, die die Handhabung betreffen. Im Rahmen von sieben Teilprojekten wurden in der zweiten Förderperiode die neuen Prozessketten zur großserientauglichen Herstellung von Hochleistungsbauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen weiterentwickelt und an komplexen Bauteilen mit Durchbrüchen, Krafteinleitungselementen und Versteifungsstrukturen erforscht. In den ersten beiden Teilprojekten wurde die Herstellung textiler Preforms als einstufiger bzw. mehrstufiger Prozess untersucht. Die Ergebnisse der Untersuchungen der multiaxialen Gelegetechnologie und der einzelnen Technologien des mehrstufigen Preformings zeigen, dass eine Kombination der entwickelten Techniken zu sehr guten Ergebnissen hinsichtlich wirtschaftlicher Gesichtspunkte führt. In der ersten Prozesskette „In-Mould-Imprägnierung“ wurden die Preforms im Spaltimprägnierverfahren imprägniert und ausgehärtet (Imprägnierzeit = 14 s, Zykluszeit = 280 s). In der Prozesskette „PUR-Sprühimprägnierung“ konnte im Rahmen der Untersuchungen gezeigt werden, dass die Imprägnierung und Aushärtung der Bauteile mit einem hohen Automatisierungsgrad in 5 min realisiert werden kann. Anhand der durchgeführten Untersuchungen konnte für die dritte Prozesskette „Hochdruck-Imprägnierung“ ein umfassendes Prozessverständnis aufgebaut werden. Hierdurch konnten die Bauteile in Zykluszeiten von 3 min imprägniert und eingefroren werden. Die Weiterverarbeitung in TP 8 benötigt 5 min, so dass aufgrund der Parallelisierung beider Teilprozesse eine Gesamtzykluszeit von 5 min anzugeben ist. Um ein tieferes Prozessverständnis zu erlangen und die Grundlagen für eine prozesskettenintegrierte Qualitätssicherung aufzubauen, wurden in allen Prozessketten Messsysteme zur Bestimmung der Imprägnierqualität eingesetzt. Bei den Untersuchungen verschiedener Handhabungssysteme werden verschiedene Greifmechanismen und -kinematiken erforscht, um die Prozesskette vollständig zu automatisieren. Es wurden verschiedene Ansätze wie das elektrostatische Greifen verfolgt, um leicht verzerrbare textile Halbzeuge handhaben zu können. Zur Anpassung von biegesteifen Halbzeugen an gekrümmte Formen wurde eine adaptive Greifkinematik auf Basis des Flossenstrahl Effekts untersucht. Außerdem wurde in interdisziplinärer Zusammenarbeit ein Greifer zur Imprägnierung und Handhabung der Preforms in der Prozesskette „PUR-Sprühimprägnierung“ entwickelt, welcher durch die Kombination der beiden Prozessschritte Imprägnieren und Handhaben wirtschaftliche und technische Vorteile bietet.
