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Preformherstellung Chemisches Nähen in der CFK-Automation

| Autor / Redakteur: Bernd Thoma und Frank Henning / Stéphane Itasse

Das Chemical-Stitching – chemisches Nähen – erweist sich als vielversprechend für die Automatisierung der Preformherstellung beim RTM-Verfahren. Es basiert auf einer lokalen Binderapplikation. Wie beim üblichen Nähen wird eine punktuelle Haftung der Halbzeuge oder Rovings erzeugt. Der Prozess ist einfach und schnell durchführbar.

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Das chemische Nähen ist ein vielversprechendes RTM-Verfahren für die Automatisierung der Preformherstellung. Es basiert auf einer lokalen Binderapplikation.
Das chemische Nähen ist ein vielversprechendes RTM-Verfahren für die Automatisierung der Preformherstellung. Es basiert auf einer lokalen Binderapplikation.
(Foto: Fraunhofer ICT)

Hochleistungsfaserverbunde bieten dank ihrer herausragenden dichtespezifischen mechanischen Eigenschaften ein besonders großes Potenzial für den Leichtbau. Vor allem die Luftfahrttechnik, die Automobilindustrie und der Maschinenbau profitieren von diesem Materialcharakter. Für die Herstellung komplexer Verbundbauteile in der Großserie mangelt es jedoch bis heute an automatisierten wirtschaftlichen Prozessen.

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RTM-Verfahren liefert Ansatz für eine Automatisierung

Das aktuell vielversprechendste Verarbeitungsverfahren für diesen Anwendungsbereich ist das RTM-Verfahren – Resin Transfer Moulding – bei dem eine niedrigviskose duromere oder thermoplastische Matrix mit textilen Verstärkungsstrukturen kombiniert wird und wodurch man nach der Polymerisation beziehungsweise dem Aushärten der Matrix ein Faserverbundbauteil vorliegen hat. Die Hauptprozessschritte gliedern sich in das Zuschneiden von Faserhalbzeugen, in das genaue Platzieren der trockenen Verstärkungsfasern in eine beheizte Kavität, in das Infiltrieren des Matrixharzes in die Faserstruktur und in die Entformung des ausgehärteten Faserverbundbauteils.

Entwicklungsbedarf bei der Preformplatzierung

Zusätzlich zur Prozessoptimierung bei der Harzinfiltration in Textilstrukturen besteht ein großer Entwicklungsbedarf in der genauen, reproduzierbaren und automatisierten Platzierung der Verstärkungsstrukturen in die Kavität. Als geeigneter Ansatz bietet sich die Verarbeitung von textilen Vorformlingen, sogenannten Preforms, an. Bis heute fehlt es jedoch an wirtschaftlichen und automatisierten Herstellungsprozessen für diese komplexen Preforms. Neben den bekannten Binderumformtechniken, wie dem flächigen Einbringen von Sprühklebstoffen, Bindervliesen und -pulvern steht ein neuer Preformansatz im Fokus der Untersuchungen: das sogenannte Chemical-Stitching. Es basiert auf einer lokalen Binderapplikation und wird innerhalb des Fraunhofer Innovationsclusters Kite Hylite untersucht.

Dazu wurde am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT), Pfinztal, eine Chemical-Stitching-Laboranlage konzipiert und aufgebaut. Diese Anlage ermöglicht eine reproduzierbare Herstellung ebener, lokal fixierter Preformlinge. Der Aufbau, dem ein X-Y-Z-Portal zugrunde liegt, umfasst sechs Basiskomponenten. Ein ebener Vakuumtisch dient zum „Spannen“ und Kompaktieren der zu verarbeitenden Textilstrukturen. Weitere Komponenten sind ein Nadelventil mit Druckbehälter für die Bereitstellung und reproduzierbare Applikation der benötigten Klebstoffmenge sowie eine UV-Licht- oder Wärmequelle zum beschleunigten Aushärten angepasster Klebstoffsysteme. Die positionsgenaue Ansteuerung der Injektionsnadel in Z-Richtung wird über einen Infrarot-Abstandssensor realisiert.

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