Automatisiertes Preforming von Kohlefaserhalbzeugen mit aktiven Materialführungssystemen zur Herstellung komplexer Faserverbundstrukturen

Im Automobilbau gefertigte Preforms für den Resin Transfer Moulding (RTM) Prozess werden aufgrund der geringen Taktzeit, der hohen Reproduzierbarkeit und der geringen Kosten unter anderem im Umformverfahren hergestellt. Komplexe Geometrien weisen dabei häufig qualitative Defizite bezüglich ihrer Formgüte und Faserausrichtung auf. Die vorliegende Arbeit analysiert mit einem skalen- und komplexitätsübergreifenden Ansatz die Möglichkeit, mit aktiven Materialführungssystemen die Qualität von umformtechnisch hergestellten Preforms zu steigern. Mit Hilfe eigens entwickelter Charakterisierungswerkzeuge und Prozessstände zeigt sich, dass der aktuelle industrielle und akademische Entwicklungsstand von Materialführungssystemen dem werkstoffinhärenten geschichteten Charakter nicht gerecht wird und Fehlstellen provozieren kann. Der abgeleitete prozessintegrative Verfahrensansatz basiert auf einer kombinierten einzellagenspezifischen Materialklemmung und der Reduktion der Reibung der Einzellagen durch hochfrequente Schwingungsinitiierung mit aktorischen Zwischenlagen. Anhand einer automobilen Realbauteilgeometrie wird die Umsetzung der Technologie demonstriert und eine Technologieerprobung mit Bewertung der qualitativen Auswirkungen durchgeführt. Es zeigt sich, dass aktuelle Verfahrensgrenzen erweitert werden können, indem einerseits die Formgebungsgüte erhöht (reduzierte Faltenbildung und Faserverschiebungen) und andererseits die Faserorientierung beeinflusst wird. Allerdings geht damit trotz einfacher Automatisierung eine größere Prozesskomplexität einher. Das Verfahrenskonzept eignet sich somit insbesondere für Anwendungen mit komplexen Geometrien oder bei hohen Qualitätsansprüchen (z. B. im Sicht- und Funktionsflächenbereich).