Systematische Technologiekettengestaltung für endkonturnahe Strukturbauteile mittels Tailored Fibre Placement

  • Systematic technology chain design for near-net-shape structural components using tailored fibre placement

Schwab, Max Ferdinand; Gries, Thomas (Thesis advisor); Herrmann, Axel (Thesis advisor)

Düren : Shaker Verlag (2021)
Buch, Doktorarbeit

In: Textiltechnik/Textile technology
Seite(n)/Artikel-Nr.: III, 227 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Das Tailored Fibre Placement (TFP) ist ein Verfahren, mit dem Textilien für faserverstärkte Kunststoffe (FVK) lastgerecht und endkonturnah (Faserverschnitt < 5 %) hergestellt werden können. Aufgrund der komplexen Bauteilauslegung und des fehlenden Wissensmanagements findet die TFP-Technologie trotz ausgereifter Maschinentechnologie wenig Einsatz für FVK-Bauteile. Derzeit gibt es kein einheitliches, systematisches Vorgehen, mit dem Prozessketten zur TFP-Bauteilherstellung gestaltet werden können. In dieser Arbeit wird die ganzheitliche Gestaltung von Technologieketten durch Berücksichtigung der Prozessschritte Imprägnierung und Konsolidierung zum finalen FVK-Bauteil entwickelt, um Faserverschnitt und damit Halbzeugkosten zu reduzieren. Dafür wird eine sechsstufige Methodik zur Gestaltung der Technologiekette für TFP-Bauteile entwickelt, welche die gesamte Prozesskette von der Faser bis zum fertigen FVK-Bauteil betrachtet und auf der integrierten und operativen Technologieplanung basiert. Dabei wird ein systematisches Vorgehen für die effiziente und übersichtliche Prozessplanung entwickelt. Die entwickelte Methodik wird an drei industrienahen Bauteilen (Sitzteiler, Radlauf und Cabriodach) angewendet. Dadurch werden neue, innovative und ganzheitliche Technologieketten für TFP-Bauteile gestaltet und mit Bauteilen aus Referenzmaterialien verglichen. Dabei zeigen die Ergebnisse des technisch-wirtschaftlichen Vergleichs eine Steigerung der Performance (15 %) bzw. Funktionalisierung (100 %) der Bauteile bei einhergehenden Kostenvorteilen (12 %). Der Faserverschnitt wird durch den Einsatz der TFP-Technologie bis zu 30 % reduziert. Gegenüber der konventionellen Technologiekettengestaltung entfallen Iterationen bei der Bauteilauslegung und dem TFP-Preforming, sodass der Prozessplanungsaufwand um bis zu 30 % reduziert werden kann. Somit können die zielführende Umsetzbarkeit und damit Effektivität bzw. Effizienz der entwickelten Methodik gezeigt werden. Durch die übersichtliche Prozessplanung können neue Kombinationsmöglichkeiten zur Herstellung funktionalisierter, innovativer TFP-Bauteile generiert werden.

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