Methodik zur Steigerung der Homogenität von im Faserblasverfahren hergestellten Langfaserpreforms

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Fleischer
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 439709829

Aufgrund der Verknappung von Ressourcen und Energie, strengerer Gesetzgebung hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Emissionen im Transportsektor und dem steigenden Umweltbewusstsein in der Bevölkerung nimmt die Bedeutung des systemeffizienten Leichtbaus in den letzten Jahren deutlich zu. Hohes Potential haben hierbei Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) aufgrund ihrer dichtespezifisch sehr guten Steifigkeit und Festigkeit. Aktuell ist der Einsatz von FKV aufgrund der hohen Material- und Fertigungskosten in der Großserie die Ausnahme. Langfaserverstärkte Halbzeuge stellen eine kostengünstige Alternative in semi-strukturellen Anwendungen, wie z.B. Verkleidungen, dar.Zur Herstellung von Langfaserpreforms nach aktuellem Stand der Technik kommen mehrheitlich sequentielle Verfahren zur Anwendung, wo aus Vliesen und Matten, die als flächiges Halbzeug in Form von Rollenware vorliegen, die Kontur geschnitten und anschließend umgeformt wird. Dies geht mit entsprechendem Verschnitt einher, was zu höheren Materialkosten führt. Weiterhin gibt es direkte Verfahren, wobei insbesondere das Faserspritzverfahren zu nennen ist.Ein vielversprechender Ansatz zur direkten Fertigung von dreidimensionalen Langfaserpreforms ohne den Zwischenschritt über zweidimensionale Halbzeuge stellt das Faserblasverfahren dar. Das Verfahren erlaubt die verschnittfreie Herstellung von dreidimensional geformten Langfaser-Halbzeugen durch das Einblasen von Fasern mittels eines Luftstroms in ein geschlossenes Formwerkzeug. Dieses Verfahren besitzt das Potential, dass die Dichte der Faserstruktur lokal eingestellt werden kann. Ein Hemmnis beim Einsatz des Faserblasens als Preformingverfahren ist die bislang erreichbare Homogenität, welche zu Problemen bei der nachfolgenden Infiltration führt.Um das Faserblasverfahren als wirtschaftliches prozesssicheres Preformingverfahren nutzen zu können, muss daher die Homogenität der hergestellten Bauteile verbessert werden. Hierbei soll aufbauend auf den gezeigten Vorarbeiten insbesondere der Einblasvorgang genauer untersucht werden. Durch eine gleichmäßige Füllung des Einblaswerkzeugs trotz des durch die Bildung von Faserballen inkonstanten Faservolumenstroms sollen homogenere Eigenschaften erreicht werden. Ziel ist es daher den Prozess durch eine Regelung der für den Einblasvorgang relevanten Parameter aktiv zu beeinflussen, um eine gleichmäßige Faseranlagerung zu erhalten.Die geplanten Untersuchungen sollen einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Wirkzusammenhänge zwischen den Einblasparametern und den resultierenden Eigenschaften, insbesondere der Homogenität, der fasergeblasenen Preforms leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen