ISBN 9783843933032

978-3-8439-3303-2, Reihe Ingenieurwissenschaften

Christoph Sebastian Ebel
Hochgeschwindigkeitsumflechten für die Fertigung von Faserverbundbauteilen (Band 26)

305 Seiten, Dissertation Technische Universität München (2017), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Der Flechtprozess ist ein vorteilhaftes Fertigungsverfahren für Hohlprofilbauteile aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK), weil wenig Verschnitt an Kohlenstofffasern entsteht und die Materialeigenschaften gut an die Bauteilbelastung angepasst werden können. Der Materialdurchsatz ist jedoch zu gering, um Bauteile in der für Automobilanwendungen gewünschten Taktzeit herzustellen.

Um Ansätze zur Produktivitätssteigerung zu finden, werden zunächst die Zusammenhänge verschiedener Prozess-, Material- und Anlagenparameter auf Basis der heute verwendeten Klöppelflechttechnik modelliert. Mit diesem Berechnungsmodell wird untersucht, wie sich Änderungen einzelner Parameter auf die Produktivität des Verfahrens auswirken. Es zeigt sich, dass verschiedene Maßnahmen die Produktivität steigern - die deutlichsten Verbesserungen lassen sich jedoch durch höhere Maschinengeschwindigkeiten erreichen.

Da die Arbeitsgeschwindigkeit von Klöppelflechtmaschinen bauartbedingt kaum gesteigert werden kann, wird die Hebelarmflechttechnik als alternatives Fertigungsverfahren untersucht. Versuche zeigen, dass die Verarbeitung von Verstärkungsfasergarnen auf solchen Maschinen möglich ist. Aktuell verfügbare Hebelarmflechtmaschinen sind für die Herstellung von Vorformlingen für die Faserverbundbauteilfertigung aber nur eingeschränkt geeignet.

Es wird daher das Anforderungsprofil einer Hebelarmflechtmaschine entwickelt, die für die Fertigung von CFK-Automobilbauteilen optimiert ist. Lösungsansätze zum Aufbau einzelner Anlagenbestandteile werden vorgestellt und anhand von Versuchsaufbauten überprüft.

In einer zweiten Produktivitätsberechnung wird abschließend das theoretische Leistungsvermögen der vorgeschlagenen Maschine mit Hilfe dimensionsanalytischer Skalierungsmethoden abgeschätzt und mit der Produktivität bestehender Anlagen verglichen. Die Analyse zeigt, dass mit der Hochgeschwindigkeits-Umflechttechnik die Produktivität gegenüber dem heute eingesetzten Stand der Technik potenziell auf das Fünffache gesteigert werden kann.