Handhabung von unterschiedlich fixierten Halbzeugen und Preforms zur Übergabe an Spritzgieß- und RTM-Werkzeuge (IGF-AiF 16429 BG)

Aufgabenstellung

Fadenverschiebungen innerhalb der Lagen eines Verstärkungstextils sowie gegenseitige Verschiebungen einzelner Lagen bei mehrlagigem Aufbau treten in allen Stufen der Fertigung von Faserverbundbauteilen beginnend bei der Flächenbildung, dem Zuschnitt und dem Lagenaufbau über Transport- und Handhabungsprozesse der Preform bis hin zum Drapieren textiler Verstärkungen in 3-dimensionalen Konsolidierungswerkzeugen auf. Diese nur schwer beherrschbaren intra- und interlaminaren Verschiebungen sind insbesondere bei mehrlagigen Aufbauten nicht ohne weiteres zerstörungsfrei detektierbar und beeinflussen die Bauteileigenschaften und deren Reproduzierbarkeit nachteilig. Durch die Einarbeitung von Markerfäden während des Herstellungsprozesses der textilen Verstärkungshalbzeuge sollen die Detektion und ggf. notwendige Korrekturen von Lageverschiebungen bei der Preformhandhabung unter Einsatz unterschiedlicher Greifertechniken erleichtert werden.

Lösungsweg

Das Forschungsvorhaben beinhaltete die Entwicklung und Integration von Markerfäden in Preforms, die auf Grund ihrer besonderen Eigenschaften wie Färbung, Fluoreszenz, Röntgenkontrast, elektrische Leitfähigkeit oder Erwärmung bei Stromfluss eine zerstörungsfreie Detektion von Verschiebungen bei der Preformhandhabung ermöglichen. Die Integration der Markerfäden erfolgt unmittelbar bei der Herstellung der Verstärkungstextilien in Form von Gewirken, Geweben oder Geflechten in einem kostengünstigen einstufigen Verfahren. Projektbegleitend erfolgte die Spezifizierung von Prüfmethoden zur Detektion der Markerfäden im Handhabungsprozess. Hierzu wurden an Funktionsmustern Messungen mit Hilfe bildgebender (digitale Bildverarbeitung, Röntgenprüfung, Thermografie) und elektrischer (Durchgangsprüfung, Widerstandsmessung, Impulsecho) Verfahren durchgeführt. Ausgehend von den Vorgaben für ein beschädigungsfreies Greifen, einen zeitoptimierten Transport sowie ein sicheres und wiederholbares Einlegen der Preform in die Kavität wurden Anforderungsprofile an die in die Verstärkungstextilien zu integrierenden Markerfäden erstellt. Im Mittelpunkt stand dabei die Anpassung der Eigenschaften der Markerfäden an die bildanalytischen Untersuchungen der Faserlagenorientierung der verwendeten Glasfaserpreforms sowie die optimale Anpassung an die von den verwendeten Detektions- und Greifsystemen vorgegebenen Randbedingungen.

Anwendung/Einsatzmöglichkeiten

Die im Verstärkungstextil eingearbeiteten Markerfäden erleichtern eine Bewertung und Korrektur von Lageverschiebungen während des gesamten Verarbeitungsprozesses von der Flächenherstellung bis zum fertiggestellten Bauteil. Dies geschieht vorzugsweise auf bildanalytischem Wege. Weitere Methoden wurden getestet und in Bezug ihrer Machbarkeit bewertet. Damit wird eine reproduzierbare, schädigungsfreie und wiederholgenaue Positionierung der Preforms im verwendeten Werkzeug durch eine intelligente Handhabungstechnologie ermöglicht. Nachgeschaltete, aufwendige Qualitätskontrollen des Fertigteils können ersetzt werden, was zu einer Kosteneinsparung im Bereich der Bauteilherstellung führt. Ebenso werden Einzelteilprüfungen anstelle von Typprüfungen möglich. Darüber hinaus wird eine Erhöhung der Funktionssicherheit, der Schadensprävention sowie der Einsparung hochwertiger Verstärkungsfaserstoffe durch Abfallvermeidung erreicht.


Visualisierungsmöglichkeiten eines elektrisch leitfähigen Markerfadens

Abb 1: Visualisierungsmöglichkeiten eines elektrisch leitfähigen Markerfadens mittels Färbung, elektrischer Beheizung und Thermografie, Schwarzlichtbeleuchtung sowie Röntgenkontrast

Bildanalyseauswertung eines Gewirkes

Abb. 2: Bildanalyseauswertung eines Gewirkes mit erkannter Markerfadenorientierung (Quelle: FIBRE)

Ansprechpartner

Dr. Wolfgang Scheibner

 
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