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Vortrag

Analyse eines Prozessansatzes zur Herstellung von Triaxialgeflechten mit lokal angepasster Stehfadenzahl

Thursday (27.06.2019)
13:40 - 14:00 Uhr

Um die Kosten- und Materialeffizienz von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff weiter zu erhöhen, hat sich in vielen Anwendungsfeldern der Einsatz lokal verstärkter Laminate bewährt. Für geflochtene Hohlprofile sind entsprechende Möglichkeiten zur Variation der mechanischen Eigenschaften prozessbedingt jedoch eingeschränkt: Auf lokal variierende Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen kann im Rahmen der Bauteilauslegung nur in begrenztem Umfang durch Variation des Flechtwinkels reagiert werden. Größere Wanddickensprünge entlang der Bauteilachse sind mithilfe der 2D-Umflechttechnik nur unter hohem Aufwand realisierbar, beispielsweise durch Umkehr der Flechtrichtung oder durch Kombination mit Preformverfahren wie der Wickeltechnik. Diese Ansätze erlauben zudem keine Eigenschaftsvariation über den Profilumfang.

Im Flechtprozess besteht die Möglichkeit in Abzugsrichtung ein drittes Fadensystem, sog. Stehfäden, zuzuführen. In dieser Studie wird ein Ansatz zur lokalen Variation der Stehfadenanzahl von Triaxialgeflechten zum Einsatz bei der Herstellung von Hohlprofilen durch Umflechten vorgestellt. Die Technik ermöglicht separates Abschalten einzelner oder mehrerer Stehfäden zum Flechtbeginn und separates Zuführen der Fäden im Verlauf der jeweiligen Flechtlage. Die Zuführung der betreffenden Stehfäden wird mithilfe mechanischer Fadenbremsen bei Prozessbeginn blockiert, sodass deren Fadenenden bei Fortschritt des Flechtprozesses im Bereich des Flechtpunkts verbleiben bis die Fäden freigegeben werden. Dies geschieht taktzeitneutral und kann für jeden Stehfaden und jede Geflechtlage unabhängig gesteuert werden. Auf Bauteilebene ermöglicht der Ansatz die gezielte Reduktion der Materialmenge auf einem Längenabschnitt des Profils oder in Bereichen niedriger Belastung des Profilquerschnitts. Auf Werkstoffebene werden Triaxial- und Biaxialgeflecht lokal variiert, wodurch sich bei gleichbleibendem Faservolumenanteil einerseits die Wanddicke verändert und andererseits die mechanischen Werkstoffeigenschaften eingestellt werden können.

Reibkräfte zwischen Stehfäden, Flechtfäden und Flechtkern haben eine erhöhte Fadenspannung sowie Faserschädigung der blockierten Stehfäden zur Folge, was zur Störung des Flechtprozesses führen kann. Im Rahmen einer Versuchsreihe wurde der Einfluss verschiedener Prozessparameter wie Flechtfadenspannung, Flechtwinkel, Kernmaterial und Abzugsgeschwindigkeit auf die Fadenspannung der blockierten Stehfäden untersucht, wobei sich diese als aussagekräftiger Wert zur Beurteilung der im Prozess auftretenden Reibkräfte herausgestellt hat. Auf dieser Basis wurde ein Modell entwickelt, welches für verschiedene Geflechtkonfigurationen eine Vorhersage über die maximale Anzahl blockierter Stehfäden ermöglicht, sodass trotz erhöhter Prozesskräfte ein fehlerfreier Flechtprozess möglich ist.

Sprecher/Referent:
Eric Eschler
Technische Universität München
Weitere Autoren/Referenten:
  • Julius Hüls
    Universität Duisburg-Essen
  • Prof. Dr. Klaus Drechsler
    Technische Universität München
  • Swen Zaremba
    Technische Universität München