Sequenziellen Preforming textiler Halbzeuge

Prozessentwicklung zum sequenziellen Preforming

© Foto Fraunhofer ICT

Fertigung von Strukturbauteilen für den Fahrzeugleichtbau im Preform Center.

Der Klimawandel und seine Folgen drängen die Gesellschaft weltweit zu einem energie- und ressourceneffizienten Lebensstil. Nur wenn die Emission von Treibhausgasen in den nächsten Jahren stark zurückgeht, lässt sich die Erderwärmung langfristig begrenzen. Da die emittierten Schadstoffe unmittelbar vom Energieverbrauch eines Fahrzeuges abhängen, wird der Leichtbau in der Fahrzeugindustrie zukünftig an
strategischer Relevanz gewinnen.

Neben den etablierten Leichtbauwerkstoffen kommen immer häufiger faserverstärkte Kunststoffe zur Anwendung. Diese haben aufgrund ihrer dichtespezifischen Materialeigenschaften großes Potenzial. Insbesondere Hochleistungsfaserverbunde mit hohem Faservolumengehalt, sind aufgrund ihrer hohen mechanischen Eigenschaften von besonderem Interesse. Vor allem anisotrope, lastpfadorientierte Lagenaufbauten
bieten Einsatzmöglichkeiten für hochfeste Strukturbauteile in Leichtbauanwendungen. Um dieses Werkstoffsystem erfolgreich in die automobile Großserie einzuführen bedarf es zukünftig automatisierter, robuster und qualitätsgesicherter Fertigungstechnologien.

Das Technologie-Cluster Composites (TC2) zielte unter anderem auf die Industrialisierung der RTM-Prozesskette zur Fertigung von Strukturbauteilen für den Fahrzeugleichtbau ab. Herausragendes Merkmal von TC² war die ganzheitliche Betrachtung der technologischen Herausforderungen, die nicht von Einzelproblemen ausgeht, sondern Zusammenhänge und Wechselwirkungen innerhalb durchgängiger Ketten in den Fokus stellt.

Betrachtet man die Kostenstruktur entlang der RTM-Prozesskette wird deutlich, dass dem automatisierten Preforming eine Schlüsselfunktion zukommt. Durch Automatisierung der Handhabungsoperationen sowie des Umformvorgangs (Drapierprozess) innerhalb des Preforming-Verfahrens können Zykluszeiten bei der Produktion drastisch verringert werden, was zu einer signifikanten Reduktion der Gesamtproduktionskosten des RTM Prozesses führt. Gleichzeitig steigt bei zunehmendem Automationsgrad die Reproduzierbarkeit der Bauteilqualität, was sich unwillkürlich in sinkenden Produktionsausschussraten bemerkbar macht.

Im Rahmen von TC² wurden durch die beteiligten Verbundpartner Fraunhofer ICT, Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart (IFB), Institut für Textil- und Verfahrenstechnik Denkendorf (ITV) sowie der Institute für Produktionstechnik (wbk) und Fahrzeugsystemtechnik (FAST) des Karlsruher Instituts für Technologie grundlegende Drapier- und Fixierstrategien zur Preformherstellung entwickelt und validiert. Für die automatisierte Herstellung komplex geformter Bauteilgeometrien hat sich das sequenzielle Umformen von kompletten Lagenaufbauten, sog.
Stacks, mit Hilfe eines Mehrfachstempel-Werkzeuges herausgestellt. Dabei wurden die Lagenaufbauten lokal vorgespannt. Zur Form- und Lagefixierung der textilen Halbzeuge hat sich die lokale Applikation reaktiver Bindersysteme bewährt. Basierend auf diesen grundlegenden Vorarbeiten wurde von der Dieffenbacher GmbH ein PreformCenter zur automatisierten Preformherstellung konzipiert und am Fraunhofer ICT installiert. Mit Hilfe dieser Anlagentechnik kann die komplette Preform
Herstellung vom Lagenzuschnitt über die Binderapplikation bis hin zur Formgebung abgebildet werden. Die Verknüpfung der Einzelprozessschritte wird durch geeignete Handhabung sichergestellt. Diese erfolgt durch ausgewählte Greifer als Endeffektoren der eingesetzten Roboter.