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Faserverbundtechnologie

           Faserverbund

Der Fokus in der Abteilung liegt im „Preforming“. Bei dieser Fertigungsmethode wird zunächst ein endkonturnaher, textiler Vorformling hergestellt, welcher anschließend infiltriert wird und so nach dem Aushärten zu einem FVW-Bauteil wird. Die hierfür angewandten Technologien sind:

  • Textiles Preforming

               - Flechttechnik
               - 3D-Nähtechnik (Zweinadelnähen, Blindstichnähen, Tufting)
               - Tailored Fiber Placement (TFP)
               - Drapiertechnik

  • Verbindungstechnik,Hybridbauweisen
  • Sandwichtechnologie
  • Infiltrations- und Aushärtetechnik
  • Werkstoff- und Bauteilprüfung
  • Entwicklung und Analyse von Fertigungsprozessketten
  • Automatisierungstechnik

Die Motivation hinter aktuellen Entwicklungen in der Verkehrstechnik in das Bestreben nach geringerem Treibstoffverbrauch sowie Abgasausstoß. Diese Ziele können nur durch einen konsequenten Leichtbau erreicht werden, bei dem das Leichtbaupotential von Faserverbundwerkstoffen (FVW) ausgenutzt wird. Dies gilt sowohl für die Luft- und Raumfahrttechnik als auch für den Automobilbau, zwei Branchen, die in den kommenden Jahrzehnten deutlich wachsen werden.

Arbeitsgruppe Flechttechnik


Das Flechten bildet eine der Kernkompetenzen des Forschungsbereichs Faserverbundtechnik. Ausgestattet mit zwei Flechtmaschinen der Fa. August Herzog Maschinenfabrik GmbH & Co. KG, Oldenburg können Bauteile mit geflochtener Faserverstärkung in einem großen Durchmesserspektrum gefertigt werden.
Um die Kerne während des Flechtprozesses mit gleichmäßiger und reproduzierbarer Geschwindigkeit und Orientierung zu führen, besitzt das IFB zwei Industrieroboter der Fa. KUKA Roboter GmbH, Augsburg. Exakt einstellbare Faserwinkel sind so auch bei komplexen Bauteilgeometrien möglich.
Es können verschiedene Fasertypen verarbeitet werden, innerhalb des Forschungsbereichs sind Kohlenstoff-, Glas- und Aramidfasern regelmäßig im Einsatz. Die Materialien können auch zu Hybrid-Faserarchitekturen kombiniert werden.

Arbeitsgruppe TFP (Tailored Fiber Placement)


In der Natur finden sich häufig Faserverbundstrukturen, deren Geometrie und Faserverstärkung optimal an die auftretenden Belastungen angepasst ist. Beispiele hierfür sind Bäume, Gräser oder Knochen. Beim TFP werden Verstärkungsfasern entlang meist gekrümmter Lastpfade abgelegt. Dazu werden die Rovings auf einem textilen Untergrund mit Hilfe eines Nähfadens fixiert. Die Bauteile mit angepasster Dickenverteilung und belastungsgerechter Faserstruktur weisen ein sehr hohes Leichtbaupotenzial auf. Das automatisierte additive Verfahren bietet hohe Reproduzierbarkeit bei geringstem Verschnitt. Zwei Beispiele sind in den folgenden Abbildungen zu sehen.

 

Tanzmaus
Abb. 1: Preform für einen Mountainbike Brake Booster

 

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Abb. 2: Parabolantenne für den Raumfahrteinsatz

 

Arbeitsgruppe Drapiertechnik

Die automatisierte Umformung flächiger Fasermaterialien ist eine Schlüsseltechnologie für die Nutzung in Automobilbau und ähnlichen Industrien mit hohen Stückzahlen. Viele offene Fragen müssen dabei zusammen beantwortet werden.
Welche Geometrien sind überhaupt automatisiert realisierbar?
Mit welchen Materialien oder welchen Prozessen können optimale Ergebnisse erreicht werden?

Um diesen Fragestellungen effektiv nachzugehen hat sich vor einem Jahr die Arbeitsgruppe Drapiertechnik, rund um Tony Pickett gegründet. Sowohl experimentell als auch simulativ, vor allem auf Mesoebene, wird an den erwähnten Fragestellungen gearbeitet um die Zusammenhänge zwischen Geometrie, Material und Prozess beschreiben und nutzen zu können. Hierfür wurden im letzten Jahr zwei innovative Teststände für Prozess- und Materialcharakterisierung entwickelt. Diese erzeugen die notwendig präzisen, reproduzierbaren und hochwertigen Daten, die für die Weiterentwicklung der Simulationsmodelle, vor allem im Bereich der Meso-Auflösung nötig sind. Durch dieses eng verzahnte Vorgehen können den beschriebenen Fragestellungen ganzheitlich begegnet werden und die Erkenntnisse auf konkrete Bauteile und Bauteilentwicklungen übertragen werden.


 

Team:
Stefan Carosella (Gruppenleiter)
Annika Ackermann
Holger Ahlborn
Markus Blandl
Patrick Böhler
Mathias Engelfried
Gerd Falk
Daniel Fernández
Julian Fial
Florian Gnädinger
Frieder Heieck
Florian Helber
Klaus Heudorfer
Daniel Michaelis
Marko Szcesny
Benjamin Wolfinger


Projekte:

TC² BaWü - Projekt "RTM CAE/CAx"

Projektinhalt

Ziel des Projekts ist die Schaffung einer durchgängigen numerischen Modellierung (Simulation) von neuen Werkstoffen und Bauteilstrukturen, von der Simulation des Fertigungsprozesses bis zu den resultierenden Bauteileigenschaften im Betrieb. Betrachtet wird das RTM-Verfahren.

IFB-Beitrag

  • Modellierung und Beschreibung des Drapierverhaltens
  • Abbildung von Prozessen der zerstörungsfreien Prüfung in der Simulation
  • Modellierung des Werkstoffverhaltens unter statischer Belastung
  • Modellierung von Schädigungsmechanismen
  • Beschreibung der Materialeigenschaften unter Fatiguebelastung

Projektleitung

Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - FAST

Projektpartner

Fraunhofer Institut für Chemische Technologien (Fh ICT)
Fraunhofer Institut für Kurzzeitdynamik (Fh EMI)
Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik (Fh IWM)
Hochschule Esslingen (HS ES)
Hochschule Konstanz (HS-Kon)
Institut für Bauweisen und Konstruktionsforschung am DLR (DLR BK)
Institut für Textil- und Verfahrenstechnik Denkendorf (ITV)
Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - ITCP
Uni Stuttgart - IFB

Finanzierung

Forschungsschwerpunktprogramm Baden-Württemberg

Laufzeit

Juli 2010 - Juli 2013

Kontakt

Dipl.-Ing. Frank Härtel

 

KITe hyLITE PLUS – Technologie- und Netzwerkentwicklung für hybride Leichtbaulösungen in der Automobilindustrie

Projektinhalt

  1. Erforschung neuer Technologien für den hybriden Leichtbau
  2. Entwicklung von leichten Strukturen vorzugsweise mit Faserverbundkunststoffen und Materialkombinationen zur Kraftstoffverbrauchssenkung
  3. Ergebnisssammlung aus drei Kernthemen Methoden, Werkstoffe und Produktion
  4. Gewichts- und Leistungsoptimierte Auslegung

IFB-Beitrag

  • Textiltechnik
  •  Preforming

Projektleitung

KITe hyLITE Plus (Koordinator)

Projektpartner

ICT Fraunhofer, IWM Fraunhofer, LBF Fraunhofer, FAST, IAM-WK, wbk, IPEK

Finanzierung

EU

Laufzeit

Oktober 2009 bis September 2013

Kontakt

Dipl.-Ing. Virginia Bozsak

   

 


RTM - InnoHoch RTM-Fertigungsprozesskette – Innovativ, hochintegriert


Projektinhalt

Textiltechnik: Um eine komplexe Bauteilgeometrie einfach vorformen zu können sind optimierte Faser- bzw. Textilstrukturen nötig. Dazu stehen Technologien wie das Flechten oder das Faserlegen mittels Sticktechnik zur Verfügung, die hinsichtlich ihres Grundprinzips auf traditionelle Textiltechniken zurückgreifen. Der Stand der Technik erlaubt es kleine und mittlere Stückzahlen zu produzieren. In diesem Arbeitspaket werden die einzelnen Textiltechnologien so weiterentwickelt, dass sie in eine Großserienproduktion in der Automobilindustrie ökonomisch sinnvoll mit eingebunden werden können. Des Weiteren werden die einzelnen Textiltechniken hinsichtlich ihrer Kombinationsmöglichkeit („Baukastensystem Textiltechnik“) untersucht.

Preforming: Eine Grundvoraussetzung für eine wirtschaftliche und reproduzierbare Handhabung von Textilstrukturen ist eine stabile Preformstruktur. Unter einem textilen Preform versteht man ein endkonturnahes, trockenes Fasergebilde mit einer belastungsgerechten Faserstruktur, auch Faservorformling genannt. Die Entwicklung geeigneter Preforming-Technologien ist für die Wirtschaftlichkeit von Injektionsverfahren von entscheidender Bedeutung, da so der Handhabungs- und Legeaufwand und dadurch auch die Zykluszeiten bei der Produktion drastisch verringert werden können.

Dieses Vorhaben wird durch die Europäische Union - Europäischer Fonds für regionale Entwicklung - sowie das Land Baden-Württemberg gefördert. Verwaltungsbehörde des operationellen Programms RWB-EFRE ist das Ministerium für Ländlichen Raum, Ernährung und Verbraucherschutz Baden-Württemberg. Weitere Informationen unter www.rwb-efre.baden-wuerttemberg.de

 Weitere Informationen: ec.europa.eu/regional_policy/index_de.htm

Siehe auch: http://www.fast.kit.edu/lbt/2904.php

IFB-Beitrag

Textiltechnik, Preforming

Projektleitung

FAST

Projektpartner

FAST, HS Weingarten, Fraunhofer ICT, wbk

Finanzierung

EU

Laufzeit

Januar 2011 - Dezember 2013

Kontakt

Dipl.-Ing. Frank Härtel

 

ProCaV - Produktive und schädigungsarme Laserbearbeitung
von Carbonfaser-Verbundwerkstoffen


Projektinhalt

  • Grundlagenentwicklung der Pro­zesse Trennen, Mikro­bohren, Makro­bohren und Frei­stellen mit­tels Laser
  • Online-Diagnostik zur Kon­trolle des Pro­zess­fort­schrittes und der Schä­di­gungs­tiefe
  • Untersuchung der Skalierbarkeit der Prozesse

IFB-Beitrag

  • Entwicklung von Prüfverfahren zur Bewertung der Bearbeitung von lasergeschnittenen Kohlenstofffasern
  • Koordination der Prüfprogramme im Verbund

Projektleitung

TRUMPF GmbH + Co. KG, Ditzingen

Projektpartner

Audi AG - Ingolstadt, Daimler AG - Stuttgart, Porsche Engineering Group GmbH - Weissach, TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH - Ditzingen, GFH GmbH - Deggendorf, IFSW - Universität Stuttgart, IFB - Universität Stuttgart

Finanzierung

BMBF

Laufzeit

Dezember 2011 - November 2014

Kontakt

Dipl.-Ing. T. Prieß

 

LOWFLIP - Low Cost Flexible Integrated Composite Process


Projektinhalt

  • Entwicklung eines Herstellungsprozesses für Strukturbauteile aus CFK im Transportsektor (Luftfahrt, Automobil, Transport)
  • Entwicklung von Technologien mit niedrigen Investkosten, die auch zur Anwendung in KMUs geeignet sind
  • Aufbau einer automatisierten Fertigung mit hoher Produktionsrate und hohem Qualitätslevel
  • Prepreg-Materialentwicklung für „out-of-autoclave“ Prozesse zur Reduktion der Zykluszeiten
  • Entwicklung eines Legekopfes für große Strukturbauteile und eines multifunktionalen Pick & Place Prozesses für kleinere, komplexe Bauteile

IFB-Beitrag

  • Projektkoordination
  • Entwicklung eines Legekopfes zur schnellen, dreidimensionalen Faserablage großflächiger Strukturbauteile
  • Aufbau einer automatisierten Prototypenzelle mit Projektpartnern zur Herstellung von Demonstratorbauteilen
  • Material- und Komponentenprüfung
  • Simulation und experimentelle Untersuchung des Drapierverhaltens

Projektleitung

IFB

Projektpartner

  • Fundacion Tecnalia Research & Innovation
  • Aernnova Engineering Solutions Iberica SA
  • Carbures Europe SA
  • Kögel Trailer GmbH & Co KG
  • ALPEX Technologies GmbH, SGL Carbon GmbH
  • Mecas ESI SRO, FILL GmbH
  • ALMA Consulting Group SAS

Finanzierung

FP7

Laufzeit

Oktober 2013 bis Oktober 2016

Kontakt

Dipl.-Ing. Frieder Heieck

http://www.lowflip.eu/ (Seite im Aufbau)