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Sphären weben leicht gemacht

Die Situation

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) ersetzen aufgrund ihres geringen Gewichts zunehmend konventionelle Werkstoffe im Maschinen-, Fahrzeug- und Anlagenbau Anlagenbau zum Beispiel als Karosserieteile oder Behälterböden. Doch wie schafft man es eigentlich, die normalerweise flächigen FVK-Textilien so zu gekrümmten Bauteilen umzuformen, dass keine unerwünschten Strukturverzerrungen auftreten? Ohne, dass die Anordnungen der Verstärkungsfäden verschoben werden, die Strukturdichte geändert oder Einschnitte bzw. Überlappungen im Material entstehen?

Bislang werden alle Produktionsschritte, wie drapieren oder konfektionieren der Halbzeuge, manuell durchgeführt. Diese handwerklich aufwändige Fertigung schöpft das technische und wirtschaftliche Potenzial der textilen Verbundmaterialien jedoch nicht einmal ansatzweise aus.

Das Projekt

In einem Projekt des Instituts für Textilmaschinen und textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden wurde eine Technologie entwickelt, mit der spährisch gekrümmte, belastungsgerechte Verstärkungsstrukturen - deren Oberfläche einen kugelförmigen Ausschnitt bildet - weitgehend automatisiert direkt im Webprozess produziert werden können. Das Weben ermöglicht die Herstellung dreidimensionaler Gewebestrukturen aus Hochleistungsfilamentgarnen mit hoher Produktionsleistung.

Das im Projekt entstandene Schussfadenrückhaltesystem mit Haken ist in alle konventionellen Webmaschinen integrierbar. Damit können Gewebe gefertigt werden, die aufgrund unterschiedlicher Bindungskombinationen entlang der Gewebebreite unterschiedliche Kettfadenlängen aufweisen. Aus der gezielten Einstellung dieser Längenunterschiede resultiert eine dreidimensionale Gewebestruktur. Grundlage des Verfahrens ist eine am ITM entstandene CAD-gestützte Prozesskette. Diese überführt die Zielgeometrie in eine Steuerungsdatei für die Webmaschine, wobei Simulationsmodelle prüfen, ob und wie sich die Geometrie umsetzen lässt.

Der Nutzen für den Mittelstand

Den meist kleinen und mittleren Webereien wird eine Technologie für die Produktion maßgeschneiderter dreidimensionaler Gewebestrukturen zur Verfügung gestellt, die relativ einfach und mit geringen Investitionskosten umsetzbar ist. Frühere zeit- und kostenintensive Technologien können damit ersetzt werden. Darüber hinaus können Kunststoffverarbeiter die Ergebnisse für die effiziente Herstellung von FVK-Produkten nutzen und somit neue, kostengünstigere Produkte am Markt platzieren.

Ansprechpartner

Dr. Gerald Hoffmann
gerald.hoffmann@tu-dresden.de
+49 351 4633 5239

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)" 19805 BR.