Entwicklung und Validierung einer Technologie zur wirtschaftlichen Herstellung geometrisch komplexer Langfaser-Preforms unter Großserienrandbedingungen

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines neuartigen Preformingverfahrens zum Einsatz in der Fertigung von Faserverbund-Bauteilen für die Automobilindustrie. Für eine zielgerichtete Prozessentwicklung wird der spezifische Bedarf der Branche sowie der bisherige Einsatz derartiger Materialien analysiert. Auf Basis des Analyseergebnisses wird mithilfe systematischer Methoden ein neues Verfahren entwickelt, welches die direkte Verarbeitung von Carbonfaser-Rovings zu geometrisch komplexen Preforms ermöglicht. Das auf der präzisen und schnellen Ablage von Faserabschnitten beruhende Verfahren bietet das Potential zur Kosteneinsparung sowie die Einsatzfähigkeit in einer Großserienfertigung. Aufgrund der guten Umformbarkeit der entstehenden Langfasertextilien ist der Prozess in zwei Schritte unterteilt. Zuerst erfolgt die Ablage der Fasern in der Ebene zu zweidimensionalen Platinen. Mittels eines nachfolgenden Pressprozesses werden diese Platinen dann zu komplexen dreidimensionalen Strukturen umgeformt. Die Entkopplung der beiden Prozessschritte bietet Vorteile hinsichtlich Taktzeit und Gesamtanlageneffektivität. Den Kern der Arbeit stellt die Technologie der Faserablage dar, welche mit einem Vorversuchsstand grundlegend erforscht und schließlich in einer vollautomatisierten Prototypenanlage erprobt wird. Nachfolgend wird im Rahmen einer ausführlichen Analyse die Homogenität der Faserabschnitte sowie die Präzision und Geschwindigkeit der Faserablage untersucht. Weiterhin werden die Umformeigenschaften der zweidimensionalen Platinen sowie die physikalischen Wirkmechanismen experimentell betrachtet. Neben der Umformung diverser Platinen erfolgt eine Untersuchung der Reibeigenschaften zwischen den Faserschichten. Abschließend wird das neue Verfahren durch eine technische und wirtschaftliche Betrachtung hinsichtlich der anfangs gestellten Anforderungen bewertet. Es zeigt sich, dass die neue Technologie das Potential besitzt, eine Alternative zu bisherigen Preformingverfahren in einer Faserverbundfertigung zu bieten.