Was sind die 8 wichtigen Schritte beim Preforming?
- Zuschneiden der Einzellagen
- Binderauftrag
- Lagenaufbau (evtl. Vorfixierung)
- Thermische Aktivierung des Bindersystems
- Einlegen in Preformingwerkzeug
- Werkzeug schließen und abkühlen
- Entnahme des formstabilen Preforms
- Zuschnitt auf Bauteilendkontur
Fertigungsverfahren, sortiert nach Faservolumengehalt (von niedrig zu hoch)
Faserspritzen (niedrig) Handlaminieren GMT-Pressen SMC-Pressen Nasspressen RTM Schlauchblasen Flechten Wickeln Umformen Autoclav/RI Pultrusion (hoch)
Fertigungsverfahren, sortiert nach Stückzahlen (von niedrig zu hoch)
Autoclav/RI (niedrig) Handlaminieren Faserspritzen Wickeln Flechten Schlauchblasen Umformen Nasspressen RTM GMT-Pressen SMC-Pressen Pultrusion (hoch)
Auswahl an Fertigungsverfahren nach Gestalt und Form der Bauteile:
- Für rotationssymmetrische Bauteile
- Für Bauteile mit höchsten mechanischen Eigenschaften
- Für flächige Bauteile mit hohen mechanischen Eigenschaften
- Für flächige Bauteile mit mittleren mechanischen Eigenschaften
- Für Bauteile mit niedrigen mechanischen Eigenschaften und hohen Stückzahlen
- Für Profile
- Für Einzelteilfertigung von Bauteilen
- Für rotationssymmetrische Bauteile: Wickelverfahren.
- Für Bauteile mit höchsten mechanischen Eigenschaften: Autoklav.
- Für flächige Bauteile mit hohen mechanischen Eigenschaften: RTM.
- Für flächige Bauteile mit mittleren mechanischen Eigenschaften: Pressen.
- Für Bauteile mit niedrigen mechanischen Eigenschaften und hohen Stückzahlen: Spritzgießen.
- Für Profile: Pultrusion.
- Für Einzelteilfertigung von Bauteilen: Handlaminierverfahren.
Ablauf Handlaminierverfahren
- Gelcoat in Form auftragen, angelieren lassen
- Laminierharz verteilen
- Trockene textile Verstärkungsstruktur (Matte, Gewebe etc.) einlegen
- Verstärkungsfasern entlüften (Pinsel, Roller, …)
- Evtl. Abreißgewebe auflegen und im Vakuumaufbau verdichten
- Aushärten lassen
- Entformen
- Nachbearbeitung
Vor und Nachteile des Handlaminierverfahren
+ sehr geringe Anlagen- und Werkzeugkosten
+ geeignet für Prototypenfertigung
+ gute Oberflächenqualität durch Gelcoatschichten möglich
- Bauteilqualität abhängig von Handlaminierer
- lange Zykluszeit (mehrere Stunden)
- Reproduzierbarkeit gering
- Nur geringe Faservolumengehalte erreichbar
Ablauf der Prepreg / Autoklavtechnik
- Aufbringen einer Trennschicht (Gelcoat, Folientrennmittel, Wachs etc.)
- Lagenaufbau mit vorimprägnierten Halbzeugen (Prepregs) vornehmen
- Trennfolie, Saugvlies und
- Luftverteilergewebe aufbringen
- Gesamtaufbau in Vakuumsack verpacken
- Vakuum anlegen
- Aushärtung im Autoklav mit
- Druck: < 10 bar
- Temperatur: 100-200°C
- Entformen
Vor und Nachteile der Prepreg / Autoklavtechnik
+ geringe Werkzeugkosten
+ geeignet für Prototypenfertigung und Kleinserie
+ Konstante, hohe Laminatqualität durch Verwendung von Prepregs
+ Vielfältige Einsatzmöglichkeiten (z.B. hohe Oberflächenqualitäten, Formenbau, komplexe Geometrien)
- Autoklav notwendig
- teure Prepregs mit begrenzter Lagerfähigkeit (Duroplaste)
- Lange Zykluszeit (mehrere Stunden)
Ablauf des Harzinfusionsverfahrens
- Aufbringen einer Trennschicht (Gelcoat, Folientrennmittel, Wachs etc.)
- Lagenaufbau mit Preform oder trockenen Halbzeugen vornehmen
- Formgebung durch Drapieren der Halbzeuge in ein i.d.R. einseitiges eingetrenntes Formwerkzeug
- Abreißgewebe, Verteilmedium, Harzzulauf (z.B. Ω-Tubes, Spiralschlauch) und lokales Luftverteilergewebe aufbringen
- Gesamtaufbau in Vakuumsack verpacken
- Vakuum anlegen
- Aushärtung bei Umgebungsbedingungen oder im Autoklav
- Entformen
Vor und Nachteile des Harzinfusionsverfahrens
+ relativ geringe Werkzeug- und Anlagenkosten
+ Geeignet für Prototypenfertigung und Kleinserie, insbesondere für großflächige Bauteile
+ Konstante Bauteilqualität
+ flächige Matrixverteilung
+ schnelle Imprägnierung in Dickenrichtung
+ geschlossener Prozess
- Lange Zykluszeiten (bis zu mehreren Stunden)
- Bisher hohe Verbrauchsmittelbedarf (Folien)
- Schlecht automatisierbar
- Hoher manueller Aufwand
- Nur einseitig glatte Oberflächen
Ablauf des Nasspressverfahrens
- Vorbereitung:
• Textiles Halbzeug (Vlies) zuschneiden
• Lagen zurechtlegen
-Imprägnierung:
• Harzauftrag auf die trockenen Fasern
• Ruhephase zur Vorvernetzung
-Formgebung:
• Einlegen und imprägnieren des Lagenaufbaus im das Werkzeug
-Aushärtung:
• Aushärtung bei 80-130°C
• Nachtemperierung möglich
-Entformung:
• Entformung und Nachbearbeitung
Vor und Nachteile des Nasspressverfahrens
+ niedrige Werkzeugkosten
+ geringe Presskräfte realisierbar (> 10 bar)
+ Reduzierung Taktzeiten
+ Sehr hohe Faservolumengehalte
+ Hoher Automatisierungsgrad
+ Großflächige Bauteile mit beidseitig hoher Oberflächengüte
+ Hinterschnitte mit teilelastischen Formwerkzeugen realisierbar
-Nur Bauteile mit geringer 3-dimensionaler
Komplexität
Ablauf des Resin Transfer Moulding (RTM)
- Einlegen des Preforms
- Injektion der Matrix
- Aushärten unter Nachdruck
- Entformen des Bauteils
Vor und Nachteile des Resin Transfer Moulding (RTM)
\+ Realisierung von Bauteilen mit hohen Faservolumengehalten (bis 65%) \+ Relativ kurze Zykluszeiten (> 2 min bis mehrere Stunden) \+ Geschlossener Prozess \+ Kaum Emissionen \+ Kein direkter Kontakt mit dem Harz \+ Beidseitig gute Oberflächenqualität \+ Reproduzierbare Qualität \+ Kaum Harzabfall \+ Hoher Automatisierungsgrad
- Mehrteilige Werkzeuge
- Aufwendige Injektionstechnik notwendig
- Aufwändige Dichtungstechnik
- Hoher Werkzeugverschleiß aufgrund signifikanter Faserabrasion
Ablauf des Stempelumformverfahren
- Einlegen
- Aufheizen
- Umformen
- Entformen
Vor und Nachteile des Stempelumformverfahren
+ Sehr kurze Zykluszeiten (1-5 min)
+ Geeignet für mittlere und große Serien und relativ kleine Bauteile
+ Konstante, hohe Laminatqualität Nachteile
- Konsolidierte Prepregs (Faser + Thermoplast) notwendig
- Simulationsgestützte Verfahrensauslegung erforderlich (Spaltberechnung Patrize/Matrize,
Drapierbarkeit ohne Faltenbildung, etc.)
Anwendungsgebiete des Stempelumformverfahren
Feuerwehr-Schutzhelm
Vor und Nachteile des Vakuumumformens
\+ Niedrige Werkzeugkosten \+ Geeignet für Prototypen und Kleinserienfertigung, besonders für große Bauteile \+ Konstante, hohe Laminatqualität
- Drapierbare Halbzeuge benötigt (Hybridgewebe aus Verstärkungs- und thermoplastischen Filamenten)
- Lange Zykluszeiten (bis zu mehreren Stunden)
Ablauf des Nicht-isothermes Diaphragma-Umformens
- Einlegen
- Heizen / Konsolidieren
- Umformen
- Entnehmen
Vor und Nachteile des Nicht-isothermes Diaphragma-Umformens
+ Kurze Zykluszeiten möglich (ca. 2 min)
+ Geeignet für Prototypen, Klein- und Mittelserienfertigung wergen geringer Werkzeugkosten
+ Konstante hohe Laminatqualität
+ Sehr flexible Verfahrenstechnik
+ Fast alle Preforms verarbeitbar (vorkonsolidiert oder Hybridfasern)
+ In-Mould-Dekoration möglich
+ Sehr geringe Emissionen durch geschlossenen Prozess Nachteile
- Noch keine industriellen Maschinen
verfügbar
Fertigungsverfahren für Multiaxial-Gelege und Gewebe aus
a) Duroplasten
b) Thermoplasten
a)
- Handlaminierverfahren
- Prepreg-/Autoklavtechnik
- Harzinfusionsverfahren
- Nasspressen
- RTM
b)
- Stempelumformverfahren
- Vakuumumformen
- Nicht-isothermes Diaphragma-Umformen
- Tapeverarbeitung
Einordnung ausgewählter Herstellungsprozesse für FVK, bei denen die Komplexität des Bauteils abnimmt (Y-Achse), aber die Wirtschaftlichkeit steigt (X-Achse)
Handlaminieren Resin Infusion RTM Autom. Tapelegen Faserwickeln Pultrusion
Verfahrensvarianten des Wickelverfahrens
-Nasswickeln:
• Fäden werden vor dem Ablegen auf dem Wickelkern getränkt
-Trockenwickeln:
• Fäden werden nach dem Ablegen auf dem Kern im Harzinfusionsverfahren oder im RTM-Verfahren getränkt
-Prepreg-Wickeln (auch: Towpreg-Wickeln):
• Vorimprägnierte Bänder mit definiertem Faservolumengehalt werden im Wickelverfahren verarbeitet
• In Sonderfällen auch Verarbeitung thermoplastischer Matrices
Vor und Nachteile des Wickelverfahrens
Vorteile:
+ geeignet für kleine und mittlere Serien
+ gute Automatisierbarkeit
+ konstante, sehr hohe Laminatqualität (Faservolumengehalt bis 60%)
+ auch große Bauteile herstellbar (z.B. Eisenbahnwagenkasten)
Nachteile:
- Grenzen bei kleinen Wickelwinkeln und stark konkav gekrümmten Geometrien
- relativ lange Zykluszeiten
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Werkstoffe I - Teil 230
-
Werkstoffe I - Faserwerkstoffe29
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Werkstoffe II - Textile Verstärkungshalbzeuge51
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Werkstoffe III - Herstellung und Anwendung von FVK-Halbzeugen33
-
Dimensionieren IIIa) und Festigkeitsanalyse von FVK23
-
Werkstoffe I - Teil 118
-
Dimensionierung, Generell7
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Konstruktion I und II3
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Prüfverfahren, Qualitätssicherung, Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement29
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Analysemöglichkeiten für Faserverstärkte Kunststoffe10
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Fertigung26
