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2020 | Buch

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Kontinuierliche kraftflussgerechte Textiltechnologien für Leichtbaustrukturen in Großserie

Ergebnisse aus dem BMBF-Verbundprojekt KonText

herausgegeben von: Prof. Dr. Klaus Dilger

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : Zukunftstechnologien für den multifunktionalen Leichtbau

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Das Buch stellt den Abschlussbericht zumVerbundprojekt KonText vor. Das wesentliche Anliegen des Verbundprojektes war die Reduzierung der Kosten von FVK-Bauteilen durch die Bereitstellung eines textilen Fertigungsprozesses und die nachfolgende Herstellung kraftflussgerechter thermoplastischer Faserverbundbauteile. Hierzu wurde die gesamte Prozesskette von der C-Faser-Optimierung, über die Fertigungs- und Struktursimulation von kraftflussgerechten Textilien sowie Anlagenentwicklung und -erprobung bis zur Herstellung der Bauteile mittels klassischer Großserientechnik „Umformen“ bereitgestellt. Das Verbundprojekt wurde im Rahmen der ForschungsCampus Initiative „Open Hybrid LabFactory“ durchgeführt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Das wesentliche Anliegen des Verbundprojektes KonText war die Reduzierung der Kosten von FVK-Bauteilen durch die Bereitstellung eines textilen Fertigungsprozesses und die nachfolgende Herstellung kraftflussgerechter thermoplastischer Faserverbundbauteile. In diesem Kapitel werden Problemstellung und Projektziele formuliert.

Markus Mannig

2. Wissenschaftlicher und technischer Stand zu Beginn des Vorhabens

Zusammenfassung

Zur Einordnung der im Laufe des Verbundprojektes KonText entwickelten Technologien wird im Folgenden ein Überblick über den relevanten Stand der Technik ausgeführt. Hierzu sind verschiedene Fertigungsverfahren zur endkonturnahen und belastungsgerechten Herstellung von Hochleistungstextilien gegenübergestellt und unter anderem mit ihren Quellen bzw. unterschiedlichen Patenten belegt. Im Wesentlichen werden hierzu textile Legetechniken mit Versatz, Tapelegen, Stricken, Wirken, Weben und Flechten betrachtet und bezogen auf die spezielle Anwendung in komplexen Bauteilen erläutert.

Hans-Jürgen Heinrich

3. Projektziele

Zusammenfassung

Im Folgenden wird die Zielstellung des Projektes im Detail ausgeführt und die Motivation anhand einer beispielhaften Anwendung in Form des ausgewählten Demonstratorbauteils verdeutlicht. Hierzu ist das Kapitel einerseits in die Darstellung des Zielbauteils und andererseits in die Zielstellung der Weiterentwicklung der Anlagentechnik und damit der textilen Fertigungstechnologie unterteilt.

Das ausgewählte und hier genauer beschriebene Bauteil fokussiert auf die wirtschaftliche Nutzung von Hochleistungsfasern in einer günstigen Grundstruktur mit starker Verschnittreduzierung und Beibehaltung einer hohen Produktionsgeschwindigkeit zur Demonstration der Großserientauglichkeit.

Dies bedeutet Herausforderungen für die Weiterentwicklung der genutzten Anlagen und textilen Fertigungstechnologie durch Module, deren zu erfüllende Funktionen durch die geometrischen und technischen Anforderungen der ausgelegten Bauteile vorgegeben werden. Gleichzeitig muss berücksichtigt werden, dass die Steuerung und Programmierung dieser Funktionalitäten ausgebaut und in die bestehende Anlage integriert werden kann.

Enrico Körner, Thomas Heinecke

4. Voruntersuchungen

Zusammenfassung

Neben der Anlagentechnik ist eine Grundvoraussetzung für die erfolgreiche Produktion qualitativ hochwertiger Bauteile das Erlangen eines umfangreichen Material- und Prozessverständnisses. Hierzu wird in diesem Kapitel zunächst die Auswahl und Charakterisierung der einzusetzenden Materialien in Form von thermoplastischen Kunststoffen und Faserhalbzeugen durch verschiedene Imprägnierversuche und mechanische Prüfungen dargestellt.

Im Weiteren wird die Optimierung der Bauteilauslegung beschrieben. Indem das Drapierverhalten durch Umformversuche erprobt und gleichzeitig simuliert wird, können die Faserausrichtung und der Lagenaufbau im textilen Halbzeug virtuell erprobt werden, um die spätere Umformung zum Bauteil zu begünstigen.

Im Speziellen wird außerdem das Interface zwischen Faser und thermoplastischer Kunststoffmatrix betrachtet und mit verschiedenen Verfahren hinsichtlich Benetzung und Haftung analysiert. Dies ermöglicht eine passende Auswahl verschiedener Materialkombinationen zur Optimierung der Performance im Verbundbauteil.

Daniel Nebel, Holg Elsner, Markus Mannig

5. Entwicklung Legetechnologie

Zusammenfassung

Die Entwicklung der Legetechnologie ist Kernthema des Verbundprojektes KonText und muss in die Beeinflussung des Kettfadenversatzes (Ablage in Produktionsrichtung) und des Schussfadenversatzes (Ablage quer zur Produktionsrichtung) unterteilt werden. Hierzu wird jeweils unabhängig voneinander ein Funktionsmodul zur Erweiterung der Serienanlage entwickelt und aufgebaut.

Grundsätzlich werden in diesem Kapitel für beide Funktionsmodule die technischen Entwicklungsschritte beschrieben, beginnend mit Lösungskonzepten und Funktionsprinzipien über Versuchsstände und Optimierungsschritte der prototypischen Funktionen bis hin zur endgültigen Umsetzung als fertige Funktionsmodule mit Integration in die Anlage. Die jeweils spezifisch notwendige Peripherie, wie z. B. Fixiereinheiten, werden ebenso wie die Bedien- und Steuerkonzepte bis hin zur Programmiersoftware berücksichtigt.

Hans-Jürgen Heinrich, Thomas Heinecke

6. Halbzeug- und Bauteilherstellung

Zusammenfassung

In Kapitel 6 wird die Anwendung der entwickelten Technologie anhand einer Bauteilstudie validiert. Zunächst wird hierzu basierend auf einem Referenzbauteil ein virtuelles Modell zur Berechnung und Optimierung basierend auf dem Einsatz der belastungsgerechten hybriden Textilien aufgebaut und der passende Lagenaufbau mit jeweils geometrischer Ausprägung der Verstärkungsfasern ermittelt.

Im Anschluss werden alle weiteren Schritte von der textilen Produktion unter Einsatz der entwickelten Funktionsmodule inkl. Betrachtung der auftretenden Herausforderungen wie z. B. Fehlstellen und Ungenauigkeiten über den Zuschnitt und die Imprägnierung als ebene Halbzeuge bis hin zur Fertigung des endgültigen Demonstratorbauteils durch Umformung und Spritzguss detailliert ausgeführt. Abschließend wird ein Fazit zur Eignung der textilen Technologie und des erzielten Erfolges unter Betrachtung der bestehenden Herausforderungen gegeben.

Daniel Nebel

7. Zusammenfassung/Ausblick

Zusammenfassung

Innerhalb des Verbundprojektes KonText wurde im Rahmen der fünfjährigen Projektlaufzeit die Technologie zum großserientauglichen Einsatz eines Kett- und Schussfadenversatzes für die lastpfadgerechte Verstärkung im Multiaxialgelege entwickelt, aufgebaut und erprobt.

Markus Mannig

Backmatter

Titel: Kontinuierliche kraftflussgerechte Textiltechnologien für Leichtbaustrukturen in Großserie
herausgegeben von: Prof. Dr. Klaus Dilger
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-61003-9
Print ISBN: 978-3-662-61002-2
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-61003-9

Springer Professional

Über dieses Buch

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

2. Wissenschaftlicher und technischer Stand zu Beginn des Vorhabens

3. Projektziele

4. Voruntersuchungen

5. Entwicklung Legetechnologie

6. Halbzeug- und Bauteilherstellung

7. Zusammenfassung/Ausblick

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