Methodik zur endkonturnahen, faltenfreien Herstellung von textilen Preforms mit Hilfe einer segmentbasierten Stempeldrapierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Fleischer
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 377740863

Die Verknappung von Energie und Ressourcen haben die Bedeutung von Leichtbau in industriellen Anwendungen in den vergangenen Jahren deutlich erhöht. Ein möglicher Weg zur Gewichtseinsparung ist der Einsatz von Faserverstärkten Kunststoffen, da diese besonders herausragende dichtespezifischen Eigenschaften, wie Steifigkeit und Festigkeit, aufweisen. In diesem Zusammenhang ist das Resin-Transfer-Moulding-Verfahren (RTM) ein erfolgversprechendes Verfahren, da es zum einen die Herstellung von endlosfaserverstärkten Kunststoffen, denen höchste Leichtbaugrade zu zusprechen sind, ermöglicht und zum anderen das Potential zur Industrialisierung in der Großserie mit Minutentakt aufweist. Das Preforming innerhalb der RTM-Prozesskette ist dabei als kritischer Prozessschritt zu betrachten, da die Formgebung und Drapierung der biegeschlaffen, textilen Fasern wesentlich die Eigenschaften des Bauteils beeinflussen. Um die Wirtschaftlichkeit und Konkurrenzfähigkeit des Verfahrens weiter zu steigern, wurde in zahlreichen Projekten die Automatisierung des Preformings mit unterschiedlichen Ansätzen verfolgt.Ein großes Potential zur Realisierung der hohen Stückzahlen in der Großserie besitzt die Binder-Umformtechnik durch eine Umformung des kompletten Lagenaufbaus mit Hilfe einer Stempelvorrichtung. Ein interessanter Ansatz zur automatisierten Drapierung ist der Einsatz segmentierter Stempel. Hierbei wird der textile Lagenaufbau in Analogie zu einem Tiefziehprozess mittels Matrizen und mehreren Schiebern und Stempeln in Form gebracht. Die Fixierung der Lagen zueinander sowie die Formstabilisierung des Preforms werden über einen Binder erzielt.Um das Potential der automatisierten Drapierung mit Segmentstempeln für eine große Anzahl an Bauteilen ausschöpfen zu können, soll eine Methodik erarbeitet werden, welche die Vorgehensweise zur Prozessauslegung systematisiert. Mit Hilfe einer Geometrieanalyse und einer finiten-Element basierten Drapiersimulation soll eine eindeutige Stempelunterteilung sowie reihenfolge ermittelt werden. Hierbei müssen geeignete Fallunterscheidungen, Grenzwerte oder Mengenbeschränkungen sowie Rekursions- oder Iterationsvorschriften gefunden werden und in ein zielführendes methodisches Schema überführt werden. Die geplanten Untersuchungen sollen einen wesentlichen Beitrag zum Mechanismenverständnis der automatisierten Herstellung von Preforms im Stempelverfahren leisten. Durch die Methodik werden die Parameter Stempelreihenfolge und -unterteilung bestimmt, sodass eine geforderte Formtreue, Faserorientierung und Faserstraffung eines zu fertigenden Preforms abgebildet werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen