CFK- Großserienbauteile aus Hybridrovings

In diesem Buch werden die Forschungsergebnisse des gleichnamigen AiF-Projektes aus den Jahren 2009-2011 veröffentlicht. Das Ziel des Forschungsvorhabens bestand in der Entwicklung und Bewertung einer automatisierten Prozesskette für die Herstellung von endlosfaserverstärkten Thermoplastbauteilen. Die Anwendbarkeit des genannten Verfahrens und die Kombination zu einer wirtschaftlichen Prozesskette für ein Großserienbauteil sollte nachgewiesen werden.
Kernbestanteil der untersuchten Prozesskette sind Hybridrovings, welche neben den Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff einen abgestimmten Anteil an thermoplastischen Fasern aufweisen. Mit dem Tailored-Fibre-Placement (TFP) Verfahren wurden dabei diese Hybridrovings kraftflussgerecht auf Bauteilendkontur abgelegt, so dass ein anschließender Zuschnitt entfallen kann. Es folgt das Konsolidieren und Thermoformen in einem Prozessschritt in einer solchen geometrischen Bauteilqualität, die es ermöglicht, auf eine mechanische Nacharbeit zu verzichten.
Es konnte gezeigt werden, dass die mechanischen Eigenschaften von Prüflaminaten aus TFP-Hybridpreforms mit PPS Matrix auf dem Niveau konventioneller, luftfahrtzertifizierter, aus Gewebe aufgebauten Organoblechen der Firma TenCate Advanced Materials liegen.
Die Einbindung hybrider Preforms in die Faserverbundbauteilfertigung ist charakterisiert durch einen hohen Automatisierungsgrad, geringe Fertigungskosten und schweißbare Bauteile (z. B. für Kleinteile). Die Aufgabenstellung wurde an einer automobilen Beispielstruktur untersucht, welche neben einer dreidimensionalen Fachwerkstruktur und Winkelprofilen auch lokale Verstärkungen, Aufdickungen aufweist.
Zum Abschluss des Projektes konnte die Prozesssicherheit, der effiziente Werkstoffeinsatz und die Umsetzbarkeit kurzer Zykluszeiten der Fertigungskette nachgewiesen werden. Die grundlegenden Werkstoffeigenschaften für die Dimensionierung von neuen textilen Anwendungen stehen damit zur Verfügung. Eine Kostenanalyse ermöglicht den Vergleich dieser Prozesskette zu einer CFK-Prozesskette mit duromeren Matrixsystemen.
Der Nachweis der Eignung des Verfahrens für den Großserieneinsatz ermöglicht es, typische Metallbauteile durch textile Produkte zu ersetzen und das Leichtbaupotential von CFK im Maschinen-, Fahrzeug- und Luftfahrzeugbau für z.B. Sitzgestelle, Pleuel, Fahrwerkskomponenten oder Zug-Druckstreben zu nutzen.