DE102007032904B3 - Verfahren zur Strukturfixierung von textilen Flächengebilden für Hochleistungs-Faserverbundbauteile und ein nach diesem Verfahren hergestelltes textiles Flächengebilde - Google Patents

Verfahren zur Strukturfixierung von textilen Flächengebilden für Hochleistungs-Faserverbundbauteile und ein nach diesem Verfahren hergestelltes textiles Flächengebilde Download PDF

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    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/54Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/543Fixing the position or configuration of fibrous reinforcements before or during moulding

Abstract

Für ein textiles Flächengebilde für Hochleistungs-Faserverbundbauteile wird eine lokale Positionierung strukturfixierender Mittel für die Fäden des Flächengebildes in Bereichen mit nur geringer Scherverformung bei gleichzeitig gewährleisteter Scherverformung der Fäden in während der Preformherstellung stark zu verformenden Bereichen vorgesehen und ein automatisierbares Verfahren hierzu vorgestellt.

Description

  • Anwendungsgebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturfixierung von textilen Flächengebilden für Hochleistungs-Faserverbundbauteile mit und ohne thermoplastischer Komponente und ein nach diesem Verfahren hergestelltes textiles Flächengebilde.
  • Im Vergleich mit metallischen Werkstoffen weisen textilverstärkte Kunststoffe interessante Eigenschaftsprofile, aber auch erhöhte Fertigungskosten auf. Mit textiltechnischen Flächenbildungsverfahren werden die Fäden der Verstärkungstextilien so ausgerichtet, dass sie in Richtung der Belastungen eines späteren Kunststoffbauteiles ausgerichtet sind. Als Alternative zur kostenintensiven Nasstechnologie mit vorgetränkten Halbzeugen aus Endlosfäden kommen zunehmend trockene textile Vorformlinge, in der Fachsprache Preformen genannt, zur Anwendung. Die Preformen werden aus textiltechnisch hergestellten Flächen unter Nutzung einer Zuschnitttechnik wie CAE-Technik und einer Verbindungstechnik aus dem Bereich der textilen Konfektionstechnik meist aus mehreren Schichten endkonturnah zum angestrebten Kunststoffbauteil montiert. Zusätzlich können textile Elemente wie Geflechte und nichttextile Bauteile als Inserts in den Preformaufbau einbezogen sein. Die Weiterverarbeitung im Kunststoffprozess erfolgt entweder durch Infiltrieren duromerer Harze mit anschließendem Aushärten zu duromeren Kunststoffbauteilen oder unter Anwendung einer thermoplastischen Matrix, wobei das deutlich weniger fließfähige thermoplastische Matrixmaterial als Folie, als Granulat oder auch in textiler Aufmachungsform in die trockene Preform bereits bei der Preformherstellung anteilsgerecht eingefügt wird.
  • Technisches Problem
  • Die Kombination unterschiedlicher Verstärkungstextilflächen zum Gewährleisten der aus Belastungsgründen einzuhaltenden Fadenverstärkungsrichtungen im Preformdesign wird nur dann zielführend, wenn die Dimensionierungen durch genaue Kenntnis des Materialverhaltens beim textilen Zuschnitt, bei der räumlichen Formgebung in die Preformgeometrie und bei der textilen Montage durch Nähen und/oder Tufting unterstützt und durch qualitätssichernde Maßnahmen tangiert werden.
  • Die Fertigungskette zur Preformherstellung erfüllt die in Hochtechnologiebereichen gestellten Qualitätsanforderungen bisher nur teilweise. Bisher verhindern verschobene und/oder herausfallende Randfäden sowie teilweise erhebliche Geometrieveränderungen bei spitzwinkligen Konturen infolge einer hohen Scherneigung der praxisüblichen textilen Halbzeuge während des Einlegens der Zuschnitte die gewünschte Reproduzierbarkeit der Preformqualität und der daraus resultierenden strukturmechanischen Eigenschaften des konsolidierten Bauteiles.
  • Beim Einlegen der ebenen Zuschnitte in räumlich geformte Fixiervorrichtungen oder Formwerkzeuge zur Herstellung einer endkonturnahen Preform mit konfektionstechnischen Mitteln ist eine Verformung der ebenen textilen Fläche zur durch die Fixiervorrichtung vorgegebenen räumlichen Geometrie erforderlich. Diese Verformung wird aufgrund der hohen Dehnsteifigkeiten der Verstärkungstextilfaserstoffe vorwiegend durch eine Scherverformung realisiert. Zusätzlich tritt auch eine mit Textilien leicht realisierbare Biegeverformung auf. Empirisch quantifizierte Beanspruchungen, zum Beispiel durch das meist manuelle Handling, führen zu teilweise erheblichen, nicht gewünschten Geometrieabweichungen zwischen der konfektionierten Preform und dem konzipierten Bauteil. Insbesondere bei textilen Halbzeugen ohne thermoplastische Komponente ist nach dem Zuschnitt eine Qualitätsminderung infolge einer Geometrieveränderung während der nachfolgenden Behandlungs- und Formgebungsvor gänge zu verzeichnen. Die in der Flächenbildung exakt zueinander angeordneten Fäden werden zueinander verschoben, so dass sie nicht mehr die ursprünglich angestrebte Positionierung nach der Belastungsrichtung innehaben.
  • Beim Trennen von textilen Halbzeugen mit einer thermoplastischer Komponente mittels thermisch wirksamen Schneidmedien wie Lasercutter oder Ultraschall-Schneidtechnik treten bei nicht geeigneter Wahl der Verfahrensparameter geschmolzene, verkrustete und/oder verkohlte Schnittkanten auf. Das Aufschmelzen im Bereich der Schneidkante führt beim Schnitt einer Lage zur Kantenfixierung. Beim Mehrlagenschnitt kann es zusätzlich auch zur Fixierung der einzelnen Textillagen kommen, so dass die Schnittteile nicht mehr behinderungsfrei voneinander getrennt und dann einzeln in der Fixiervorrichtung positioniert werden können. Diese Art der Fixierung behindert außerdem die Scherverformung zur Herstellung komplexer Preformen.
  • Stand der Technik
  • In der DE 199 52 443 A1 wird ein Verfahren zur Erzeugung von ebenen, maßgenauen und nicht ausfransenden Faser-Halbzeugen für die Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbundbauteilen beschrieben. Um ein Ausfransen an den Zuschnitträndern zu vermeiden, werden parallel zur Zuschnittkontur Nähte eingebracht. Diese erhöhen die Schiebefestigkeit an den Rändern. Eine verformungsgerechte Strukturfixierung ist nicht vorgesehen. Eine Behinderung der Verformung bei der Herstellung komplexer Preformen infolge der parallelen Nähte entlang der Randkontur ist wahrscheinlich.
  • Aus der EP 0 567 845 B1 ist es bekannt, einer flächigen Trägerlage Verstärkungsfäden zuzuordnen und diese Verstärkungsfäden in Flächenabwicklung eines zu erstellenden Formteils kraftlinienorientiert zu legen und durch Stickfäden zu fixieren. Dabei kann der Verlauf der kraftlinienorientierten Verstärkungsfäden beispielsweise computerunterstützt berechnet werden.
  • Nachteilig ist, dass die mit Verstärkungsfäden versehenen Trägerlagen jeweils individuell für ein bestimmtes Formteil hergestellt werden müssen, was die Produktion verteuert. Inwieweit beim Einlegen der durch Verstärkungsfäden ertüchtigten Flächengebilde sich diese innerhalb der Fadenscharen der Grundtextilie verschieben, bleibt unberücksichtigt, obwohl dies natürlich auch die Lage der aufgestickten Verstärkungsfäden beeinflusst. Gleiches trifft auf ein beanspruchungsgerechtes Verstärkungsgebilde nach DE 197 16 666 A1 zu.
  • Nach der DE 102 50 826 A1 werden bereits eine Orientierung und die Grundgeometrie textiler Ausgangsmaterialien für ein zweidimensionales, in einer Ebene liegendes Gelege durch Rückrechnung aus der dreidimensionalen Zielform bestimmt. Das Verfahren nutzt den Umstand, dass am Ende eines flächenbildenden Textilprozesses die Fasern noch nicht endgültig fixiert sind. Durch Umformen/Drapieren werden die bis dahin noch verschieblichen Fasern in die gewünschte Orientierung und Geometrie gebracht, womit die dreidimensionale Zielform die Faserorientierung und die Geometrie aufweist, die von der Preform gefordert wird. Vor dem Legevorgang ist es erforderlich, die Faserorientierung und die Geometrie der ebenen Preform zu berechnen, so dass sich nach dem Umformvorgang/Drapiervorgang die geforderte Faserrichtung und Geometrie tatsächlich auch einstellt. Die Orientierung und das Umformen/Drapieren der textilen Ausgangsmaterialien kann dabei durch einen in der Geometrie angepassten Zwischenträger und verschiedene Umformwerkzeuge erreicht werden. Die Fixierung der Fasern erfolgt mechanisch mittels Pins, Klemmelementen, Haftstreifen, Bürsten und Vernähen oder chemisch mittels eines Binders. Eine Fixierung lediglich ausgewählter Fasern oder Fasernscharen ist nicht offenbart. Das Legen der Preform zum zweidimensionalen, in einer ebene liegenden Flächengebilde durch z. B. Wickeln um Pins oder mit anderen Fixierungshilfen, durch Tow-Placement/Fibre-Placement (Prepreg oder Binder) oder durch Legen von trockenen Fasern mit anschließender Vernähung ist relativ aufwändig.
  • Letztlich ist aus der EP 0 607 306 B1 bereits ein Verfahren zum Formen eines Materials in eine vorbestimmte Gestalt bekannt, bei dem eine Relativbewegung zwischen dem Material und einer Übergangsfläche herbeigeführt wird, und wobei, während das Material durch die Übergangsfläche tritt, zumindest eine Variable der Gruppe von Variablen verändert wird, bestehend aus den Änderungsraten der Querschnittsabmessungen des Materials, den Bewegungsraten des Materials, den Differenzbewegungsraten des Materials, den Momentanbewegungswinkeln des Materials und den Momentandifferenzbewegungswinkeln des Materials, jeweils relativ zu der Übergangsfläche, wobei die Querschnittsabmessungen sich denen der vorbestimmten Gestalt anpassen. Dabei wird das Material bei Erreichen des gewünschten Querschnitts und Bewegungswinkels durch die Übergangsfläche durch ein Stabilisierungselement abrupt stabilisiert, so dass das Material ein Zusatz zu einem stabilisierten Abschnitt der geformten Gestalt wird, und wobei die Position, Orientierung und Geschwindigkeit relativ zu der Übergangsfläche gesteuert wird. Die EP 0 607 306 B1 gibt jedoch keine dahingehende Anleitung, die Vorausberechnungen der Zielstruktur in entsprechende Anweisungen für einen lokal bzw. bereichsweise unterschiedlichen Strukturfixiermittelauftrag in Abhängigkeit einer jeweiligen Scherverformung umzusetzen.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein nach diesem Verfahren hergestelltes textiles Flächengebilde zu schaffen, dass Fixierungen der Flächenstruktur ermöglicht, die ein Auseinanderfallen der textilen Halbzeuge beim Zuschnitt und den anschließenden Stapel- und Formgebungsvorgängen mit technologisch einfachen Mitteln verhindern, dabei aber nicht zu einer Einschränkung der Scherverformung der textilen Halbzeuge und einer Einschränkung bei einer endkonturennahen Fertigung für komplexe Formen führen.
  • Darlegung des Wesens der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Strukturfixierung von textilen Flächengebilder für Hochleistungs-Faserverbundbauteile gemäß Anspruch 1 und ein Textiles Flächengebilde für Hochleistungs-Faserverbundbauteile gemäß Anspruch 8 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Strukturfixierung von textilen Flächengebilden für Hochleistungs-Faserverbundbauteile mit und ohne thermoplastischer Komponente zeichnet sich dadurch aus, dass eine Zuschnittgenerierung nach der zu erzielenden Bauteilgeometrie computerunterstützt mittels inverser Berechnungsverfahren unter Berücksichtigung der das Deformationsverhalten der textilen Halbzeuge beeinflussenden mechanischen Kenngrößen Schersteifigkeit, Biegesteifigkeit und Dehnsteifigkeit erfolgt, wobei eine anschließende Analyse der nach der erfolgten Deformation auftretenden Scher- und anderen Belastungen eine Verifizierung der Zuschnitte und eine Festlegung geeigneter lokaler Fixierungsstellen ermöglichen. Als lokale Fixierungsstellen sind erfindungsgemäß die Bereiche geeignet, die nur geringe Verschiebungen durch die Verformung erfahren werden.
  • Die Strukturfixierung ist damit auf konkrete, mittels CAD berechnete Zuschnittgeometrien ausgerichtet. Die Art der Fixierung richtet sich nach den jeweiligen Flächengebildestrukturen und den zu verarbeitenden Faserstoffen. Die Ausführung der Strukturfixierung kann kontinuierlich oder auch diskontinuierlich in die Fertigungskette zur Preformfertigung eingegliedert werden. Eine Möglichkeit ist beispielsweise die zu einem CNC-Zuschnitt parallel erfolgende Strukturfixierung an dem gleichen oder parallel arbeitenden Portal. In der Reihenfolge kann sich die Strukturfixierung vor dem Schneidprozess als vorteilhaft erweisen.
  • Vorteilhaft erfolgen auf diese Weise ein Auftrag flüssiger oder fester Strukturfixierungsmittel und/oder eine thermische Aktivierung thermoplastischer Komponenten des Verstärkungstextils oder zusätzlich ausgebrachter Thermoplastkomponenten in Form von Granulat oder Folie.
  • Als Fixiertechnik kann bei einer thermoplastischen Matrix eine lokale Anwendung von Wärmeenergie spendender Technik sein. Alternativ kann ein lokaler Klebstoffauftrag erfolgen, wobei der Klebstoff kompatibel zum angewandten Matrixmaterial und auch zur vorgesehenen Nutzung des Faserverbund-Bauteiles sein muss.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt eine diskontinuierliche Positionierung von mechanischen und/oder chemisch wirksamen Strukturfixierungsmitteln auf bereits ausgeschnittenen Zuschnittteilen.
  • In einer Ausprägung der Erfindung erfolgt ein konturgerechtes Stapeln von Strukturfixierungsmaterialzuschnitten und/oder auch Verstärkungstextilzuschnitten unter Berücksichtigung von Schnittbildinformationen. Derartige Schnittbildinformationen lassen sich beispielsweise leicht durch Projektion der Markierungen mittels Lasertechnik erzeugen.
  • Vorteilhaft lassen sich flüssige Strukturfixierungsmitttel durch Sprühen, Tropfen oder Schwammstrukturen aufbringen, während feste Strukturfixierungsmittel durch Stapeln, Streuen von Granulat, Auflegen von Foliezuschnitten oder Abrollen von Foliebändern, letztere beiden Mittel mit insbesondere thermisch aktivierbarem Klebstoff versehen, aufgebracht werden.
  • Verfahrensgemäß erfolgt ferner eine Minimierung der Größe und Menge des Strukturfixierungsmittels unter Berücksichtigung der meist porösen Struktur des Verstärkungstextils, sowohl um die Einsatzmenge von Strukturfixierungsmittel zu minimieren als auch um eine gute Verformbarkeit der Preform zu erhalten.
  • Bei einer verfahrensgemäßen Herstellung eines textilen Flächengebildes für Hochleistungs-Faserverbundbauteile erfolgt eine lokale Positionierung strukturfixierender Mittel für die Fäden des Flächengebildes in den Bereichen mit nur geringer Scherverformung bei gleichzeitig gewährleisteter Scherverformung der Fäden in den während der Preformherstellung stark zu verformenden Bereichen.
  • Als strukturfixierende Mittel in Form von lokalen Fixierungsmitteln in punktförmiger, linienförmiger, netzförmiger, rasterartiger oder flächiger Anordnung, wobei eine flächige Anordnung sowohl als eine vollflächige Strukturfixierung eines Bereichs mit nur geringer Scherverformung als auch eine rasterartige oder un regelmäßige Strukturfixierung eines Bereichs mit nur geringer Scherverformung ausführbar ist, kommen Mittel in flüssiger, pastöser oder fester Form, wie Tropfen, Paste oder Granulat, und/oder in Form thermisch aktivierter, aufgetragener Thermoplastkomponenten wie Vlies oder Folie oder Thermoplastkomponenten des Verstärkungstextils in Betracht, wobei auf eine Matrixverträglichkeit des Strukturfixierungsmittels bzw. eine Strukturfixierung thermoplastischer Komponenten durch ein thermoplastisches Matrixmaterial zu achten ist. So lässt sich das Matrixmaterial selbst zur Strukturfixierung nutzen, wie beispielsweise eine thermoplastische Komponente von Hybridgarnkonstruktionen im Verstärkungstextil oder ein Granulat oder eine Folie.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf unter Berücksichtigung der Bauteilgeometrie maßgeschneiderte lokale Fixierungen, die ein Auseinanderfallen der textilen Halbzeuge beim Zuschnitt und den anschließenden Stapel- und Formgebungsvorgängen verhindert.
  • Gegenwärtig folgt nach der Konzipierung von Bauteilen aus textilverstärkten Verbundstrukturen die Umsetzung des gewünschten Designs in mehreren Iterationen, so dass die Bauteilentwicklung und -fertigung ein meist langwieriger und kostenintensiver Prozess ist. Damit die geforderte beanspruchungsgerechte Bauteilauslegung in kurzer Entwicklungszeit erfolgen kann, werden erfindungsgemäß für die Entwickler die technologischen Möglichkeiten der Preformfertigung vervollkommnet. Effiziente Werkzeuge zur Produktentwicklung sind mit der Anwendung der CAE-Technik vorhanden, wenn die Spezifika der Verbundwerkstoffherstellung in die Abläufe zielführend integriert werden. Daraus folgen die reproduzierbaren Fertigungsverfahren, die in vertretbarer Produktionszeit mit marktakzeptablen Produktionskosten die Verbundwerkstoffbauteilfertigung gewährleisten.
  • Ausführungsbeispiel
  • Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
  • 1 verschiedene Bauteilgeometrien und zwar
  • 1a) eine einfach gekrümmte Schaufel eines Rotors
  • 1b) eine weitere einfach gekrümmte Schaufel eines Rotors und
  • 1c) einen Teil eines doppelt gekrümmten Deckels eines Rotors,
  • 2 Konturen der ebenen Zuschnitte mit Kennzeichnung der Gebiete mit hoher Scherbelastung und der Bereiche, in denen eine lokale Strukturfixierung möglich ist für
  • 2a) eine einfach gekrümmte Schaufel nach 1a)
  • 2b) eine einfach gekrümmte Schaufel nach 1b) und
  • 2c) einen Teil eines doppelt gekrümmten Deckels einer Schaufel nach 1c).
  • 3 Verfahrensschritte für verschiedene Herstellungsweisen und zwar unterteilt für
  • 3a) Flächengebilde mit einer thermoplastischen Komponente und
  • 3b) Flächengebilde ohne thermoplastische Komponente.
  • Für die in den 1a) bis 1c) herzustellenden dreidimensionalen Rotorbauteile sind in den 2a) bis 2c) die textilen Zuschnitte in zweidimensionaler Ebene dargestellt. Aus Computerberechnungen sind die Gebiete mit hoher Scherbelastung bekannt sowie die Bereiche, in denen eine lokale Strukturfixierung aufgrund der Tatsache möglich ist, so dass sich dort die Fäden bzw. Fadenscharen der Zuschnitte bei der dreidimensionalen Verformung zu Rotorformlingen nicht verschieben werden bzw. nicht oder nur unwesentlich scheren.
  • Bei der hohen Komplexität einer Bauteilgestaltung sind zur Fertigung der textilen, biegeweichen Preforms folgende Arbeitsschritte erforderlich:
    • – dreidimensionale Konstruktion der Schnittteile
    • – Generierung der zweidimensionalen Schnittteile unter Berücksichtigung des Materialverhaltens
    • – Festlegung der Art und Lage der strukturfixierenden Maßnahmen
    • – Strukturfixierung und Zuschnitt
    • – Stapeln
    • – Vorfertigung und Montage der dreidimensionalen Preform.
  • Die Auswahl des Verfahrens zur Konsolidierung der Bauteile erfolgt unter Berücksichtigung werkstoffspezifischer, gestalterischer und wirtschaftlicher Aspekte. Im Ausführungsbeispiel gelangt eine thermoplastische Matrix in Hybridgarnform zum Einsatz, die mittels Autoklav-Technologie konsolidiert wird.
  • Um die Verstärkungsstrukturen belastungsgerecht und ohne Nacharbeit in die gewünschte dreidimensionale Bauteilform zu bringen, erfolgt die Schnittteilentwicklung direkt auf dem virtuellen Geometriemodell. Der Zuschnitt der textilen Flächen wie Gewebe oder Multiaxialgelege wird so gestaltet, dass eine faltenfreie Verformung möglich ist. Dazu ist insbesondere das Scherverhalten der verwendeten textilen Fläche zu berücksichtigen.
  • Aus den Ergebnissen der Zuschnittberechnung wird anhand der lokal unterschiedlich auftretenden Scherwinkel ersichtlich, in welchen Bereichen der Zuschnittgeometrie eine lokale Strukturfixierung möglich ist, ohne die benötigte Verformung zu beeinflussen. Ebenso werden kritische Bereiche, die durch einen hohen Scherwinkel charakterisiert sind, ausgewiesen.
  • Die beanspruchungsgerechte Verstärkung und die gewünschte Bauteildicke werden durch Stapeln und Fügen mehrerer Lagen mit unterschiedlichen Vorzugsrichtungen der Orientierung der Verstärkungsfäden umgesetzt. Damit wird für die Beispielgeometrien eine quasiisotrope Werkstoffstruktur erzeugt.
  • Varianten der Strukturfixierung sind in 3 systematisiert. Eine diskontinuierliche Arbeitsweise geht von einem klassischen CNC-Zuschnitt mit Einzellagen oder auch Stoffstapeln aus. Es schließt sich eine Strukturfixierung an, wobei die Zuschnittteile einzeln fixiert werden, und zwar durch eine lokal begrenzte punktförmige Strukturfixierung entsprechend 2a) bis 2c). Diese Strukturfixierungen können beispielsweise mit den folgenden Mittel ausgeführt werden:
    • – Einsatz von Klebstoffen, Klebevliesen und Klebebändern
    • – Einsatz modifizierbarer, oberflächenstrukturierter, thermoplastischer und/oder klebfähiger Fäden oder Überzüge.
  • Bei einer kontinuierlichen Kopplung der Strukturfixierung kann der Zuschnitt einlagig bzw. mehrlagig ausgeführt werden. Durch den Einsatz von Methoden zur optimalen Schnittbildgestaltung werden die für ein oder mehrere Bauteile benötigten Schnittteile so im textilen Halbzeug angeordnet, dass eine belastungsgerechte Verstärkung bei gleichzeitiger Minimierung der Produktionsabfälle erzielt wird. Diese Optimierungsaufgabe wird mit der 2D-CAD-Technik für die Zuschnittvorbereitung ausgeführt. Die damit bekannte Anordnung der Schnittteile im textilen Halbzeug wird dazu verwendet, parallel zum Zuschnitt strukturfixierende Maßnahmen durch punkt- oder linienförmiges Verkleben oder Verschmelzen rechnergestützt ausführen zu können. Das Aufbringen der gewählten Fixierungsmittel erfolgt unter Nutzung der CAD-Informationen. Für besondere Fixieraufgaben können jedoch linien- oder auch flächenförmig netzförmige Fixierungen angezeigt sein.
  • Außerdem ist ein zusätzliches Stapeln (Auflegen) bereits vorgeschnittener Teile auf die Zuschnittlage vor dem Einzellagenzuschnitt möglich. Dieser Vorgang kann mit Maßnahmen zur Strukturfixierung kombiniert werden und dient dem Aufbau eines Lagenstapels mit reproduzierbarer Qualität. Zum Stapeln werden die Schnittbildinformationen aus dem CAD-System einschließlich der Informationen zur Fadenorientierung der Zusatzteile aus Verstärkungstextil und/oder aus Fixiermaterial zur Ansteuerung einer maschinellen Stapelvorrichtung genutzt, alternativ kann manuelles Stapeln durch in gleicher Weise angesteuerte Projektionsmöglichkeiten, beispielsweise mittels Lasers, unterstützt werden.
  • Allen Verfahrensvarianten ist gemeinsam, dass zur erhöhten Reproduzierbarkeit der Preformqualität für textilverstärkte Verbundbauteile eine lokale Strukturfixierung der textilen Zuschnittteile in Bereichen mit nur geringer Scherverformung bei gleichzeitig gewährleisteter Scherverformung in während der Preformherstellung stark zu verformenden Bereichen erfolgt.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Strukturfixierung von textilen Flächengebilden für Hochleistungs-Faserverbundbauteile mit und ohne thermoplastischer Komponente, dadurch gekennzeichnet, dass, ausgehend von einer komplexen Bauteilgeometrie, die der Geometrie einer trockenen Preform weitestgehend entspricht, mittels CAD-Technik unter Berücksichtigung der mechanischen Belastungen bei der Nutzung des Bauteiles, der mehrlagigen Struktur und der Fadenorientierungen der Preformlagen, der Fertigungstechnologien beim Fügen der Preform im mehrstufigen Prozess der textilen Montage durch Nähen und ggf. Tufting sowie im Kunststoffprozess, die Festlegung der Schnittteilkonturen unter Nutzung einer geeigneten Simulationssoftware und die zugehörigen zweidimensionalen Schnittteile durch Abbildung in der Ebene ermittelt werden, wobei Analysetools Aussagen zu auftretenden Scherverformungen beim räumlichen Anordnen der Schnittteile in die Preformgeometrie treffen, durch manuelle, interaktive Interpretation dieser Vorausberechnungen die zur Strukturfixierung verfügbaren Bereiche mit nur geringer Scherverformung identifiziert und in Anweisungen für die manuelle oder maschinelle Positionierung eines Strukturfixiermittelauftrages umgesetzt werden, sowie weiterführend eine automatisierte softwaregestützte Lösung benutzt wird, die den Strukturfixiermittelauftrag in Abhängigkeit der lokalen Bereiche geringer Scherverformung technologisch vorbereitet und fertigungstechnisch steuert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Erweiterung einer CNC-Zuschnitttechnik für textile Flächen durch eine CNC-positionierbare Wirkungseinheit zum Auftrag flüssiger oder fester Strukturfixierungsmittel und/oder zur thermischen Aktivierung thermoplastischer Komponenten des Verstärkungstextils oder zusätzlich ausgebrachter Thermoplastkomponenten.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine diskontinuierliche Positionierung von mechanischen und/oder chemisch wirksamen Strukturfixierungsmitteln auf bereits ausgeschnittenen Zuschnittteilen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein konturgerechtes Stapeln von Strukturfixierungsmaterialzuschnitten und/oder auch Verstärkungstextilzuschnitten unter Berücksichtigung von Schnittbildinformationen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Aufbringen flüssiger Strukturfixierungsmittel durch Sprühen, Tropfen oder Schwammstrukturen.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Aufbringen fester Strukturfixierungsmittel durch Stapeln, Streuen von Granulat, Auflegen von Foliezuschnitten oder Abrollen von Foliebändern, letztere beiden Mittel mit insbesondere thermisch aktivierbarem Klebstoff versehen.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Optimierung der Größe und Menge des Strukturfixierungsmittels unter Berücksichtigung der meist porösen Struktur des Verstärkungstextils.
  8. Textiles Flächengebilde für Hochleistungs-Faserverbundbauteile, hergestellt nach einem Verfahren zur Strukturfixierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine lokale Positionierung strukturfixierender Mittel für die Fäden des Flächengebildes in Bereichen mit nur geringer Scherverformung bei gleichzeitig ge währleisteter Scherverformung der Fäden in während der Preformherstellung stark zu verformenden Bereichen.
  9. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch strukturfixierende Mittel in Form von lokalen Fixierungsmitteln in punktförmiger, linienförmiger, netzförmiger, rasterartiger oder flächiger Anordnung, wobei eine flächige Anordnung sowohl als eine vollflächige Strukturfixierung eines Bereichs mit nur geringer Scherverformung als auch eine rasterartige oder unregelmäßige Strukturfixierung eines Bereichs mit nur geringer Scherverformung ausführbar ist.
  10. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch Strukturfixierungsmittel in flüssiger, pastöser oder fester Form und/oder in Form thermisch aktivierter, aufgetragener Thermoplastkomponenten oder Thermoplastkomponenten des Flächengebildes selbst.
  11. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Strukturfixierungsmittel in Form von Tropfen, Paste, Granulat, Vlies oder Folie.
  12. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine Matrixverträglichkeit des Strukturfixierungsmittels und eine Strukturfixierung thermoplastischer Komponenten durch ein thermoplastisches Matrixmaterial.
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