Prozesskettenentwicklung zur Produktion dreidimensional geflochtener keramischer Strukturen für Hochtemperaturanwendungen

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Oxidkeramische Faserverbundwerkstoffe (OFC) bieten aufgrund ihres quasi-duktilen Bruchverhaltens, der hohen Dauereinsatztemperatur sowie der chemischen und oxidativen Beständigkeit vielversprechende Möglichkeiten für Anwendungen in der Luftfahrt und Energietechnik. Eine wesentliche Einschränkung ist jedoch die hohe Scheranfälligkeit. Ziel dieser Arbeit ist es, die interlaminare Scherfestigkeit von OFC durch eine neu entwickelte dreidimensional geflochtene Verstärkungsstruktur zu erhöhen. Hierfür wird ein faserschonender Klöppel mit adaptiver Fadenführung entwickelt, um die auf das Roving wirkenden Querkräfte zu minimieren. Zudem wird ein Fadenbruchdetektionssystem, basierend auf magnetischen Näherungssensoren, angepasst, um auf zusätzliche Fadenleitelemente verzichten zu können. Die Prozessauslegung erfolgt durch die Erstellung eines virtuellen Zwillings, der ein Auslegungstool mit einer Mehrkörpersimulation kombiniert. Eine topologische Simulation wird zur Modellierung der textilen Struktur mit einem Kompaktierungsalgorithmus erweitert. Dank der adaptiven Fadenführung sinken die Fadenspannungsschwankungen um 43 % und die Filamentbruchrate um 55 %. In einem Benchmark zwischen 2D-gewobenen und 3D-geflochtenen OFC zeigt sich bei einem z-Faseranteil von 13,1 % ein Anstieg der interlaminaren Scherfestigkeit um 96 %. Mit dem simulationsgestützten Auslegungstool ‚Virtual Braiding Simulation‘ (ViBraSi) können Preformarchitekturen var