Die Situation
Um Faserkunststoffverbunde (FVK) serienmäßig und wirtschaftlich rentabel einsetzen zu können, müssen vorab auch die textilen 3D-Preformen deutlich kostengünstiger produziert werden. Das lässt sich insbesondere durch hochautomatisierte Fertigungs- und Umformprozesse und eine signifikante Reduzierung des Verschnitts der textilen Flächengebilde erreichen. Eine Herausforderung ist dies vor allem bei der Herstellung mehrfach gekrümmter profilförmiger 3D-Preformen. Das Problem: Beim Preforming entstehen durch die Krümmungen beträchtliche Fadenlängendifferenzen in der textilen Verstärkungsstruktur. Zum einen sind diese Unterschiede in der Fadenlänge nur begrenzt abbildbar, da die Preformen normalerweise aus ebenen, textilen Flächen bestehen. Speziell die darin enthaltenen Glas- oder Carbon-Hochleistungsfasern sind dabei eine Hürde. Und zum anderen stellt es die Anlagentechnik derzeit vor hohe Herausforderungen, eben diese flächigen Gebilde zu gekrümmten profilförmigen 3D-Preformen umzuformen.
Das Projekt
Am Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden wurde daher eine innovative textile Fertigungs- und Umformtechnologie entwickelt, mit der sich mehrfach gekrümmte 3D-Preformen virtuell entwickeln und automatisch herstellen lassen. Dazu gehören auch entsprechende Simulationswerkzeuge.
Die neue Technologie arbeitet bauteilbezogene Fadenreserven in die textile Struktur ein und überwindet so die Faserlängendifferenzen. Während eine speziell entwickelte mechanische Einrichtung dafür zuständig ist, die nötigen Kettfadenreserven in den Prozess einzubringen und textiltechnisch in der Fläche zu verarbeiten, wird die gesamte Flächenbildung bedarfsgerecht von einer entsprechenden Software gesteuert.
Die so entstehenden angepassten Textilstrukturen werden durch neuartige elastische Werkzeuge mit modifizierten Dehnungseigenschaften umgeformt. Die im Rahmen des Projektes entwickelten Material- und Prozesssimulationsmodelle bilden die Umformung sowie das Verhalten der Textilstrukturen während der Umformung sehr realitätsnah ab und ermöglichen somit eine virtuelle Prozessauslegung.
Der Nutzen für den Mittelstand
Mit der dargestellten Prozessroute ist eine nahezu vollständige Vermeidung von Materialverschnitt möglich. Letztlich lassen sich die Herstellungskosten um circa 50 Prozent verringern. Das innovative Know-how steht kleinen und mittleren Unternehmen des Textilmaschinenbaus sowie der Textil- und FKV-Herstellung zur Verfügung. Für die Betriebe eröffnet sich mit den Forschungsergebnissen die Möglichkeit, eine höhere Wertschöpfung zu generieren, da sich die textilen 3D-Preformen nun mit höherer Produktivität und Materialeffizienz herstellen lassen.
Ansprechpartner
Eric Häntzsche
eric.haentzsche@tu-dresden.de
+49 351 463 36217
Fördergeber
Finanzielle Förderung über das Forschungskuratorium Textil als Mitglied der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungseinrichtungen (AiF) aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) 19806 BR.