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Forschungsziel: Das wesentliche Anliegen des Verbundprojektes KonText ist die Reduzierung der Kosten von FVK-Bauteilen durch die Bereitstellung eines textilen Fertigungsprozesses und die nachfolgende Herstellung kraftflussgerechter thermoplastischer Faserverbundbauteile. Hierzu wird die gesamte Prozesskette von der C-Faser-Optimierung, über die Fertigungs- und Struktursimulation von kraftflussgerechten Textilien sowie Anlagenentwicklung und -erprobung bis zur Herstellung der Bauteile mittels klassischer Großserientechnik -Umformen- bereitgestellt. Die angestrebte Kostenreduzierung des Demonstratorbauteils liegt bei 30% im Vergleich zu klassischen Herstellungsprozessen von Faserverbundbauteilen (z. B. im RTM-Verfahren) bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung um 25% im Vergleich zu aktuell gefertigten Großserienbauteilen. Das Verbundprojekt wird im Rahmen der ForschungsCampus Initiative -Open Hybrid LabFactory- durchgeführt.
Dipl.-Ing. Claudius Noll
+49 721 608-24953
claudius.noll@kit.edu
Problemstellung
Der Einsatz klassischer FVK-Materialen mit duroplastischer Matrix in der Großserie wird trotz ihres großen Leichtbaupotenzials durch die kosten- und zeitaufwendige Fertigung behindert. Dies ist im Wesentlichen auf die energieintensive Herstellung, die hohen Verschnittkosten und die verhältnismäßig aufwendige Prozesstechnologie (schlechte Automatisierbarkeit) zurückzuführen. Ein Lösungsansatz zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit ist die Nutzung klassischer großserientechnischer Fertigungsverfahren (z. B. Umformen) durch den Einsatz thermoplastischer Matrixsysteme sowie die angepasste, kraftflussgerechte Fertigung der Preforms. Neben der Entwicklung der Anlagentechnik zur effizienten Fertigung der kraftflussgerechten Textilien inklusive deren Qualitätssicherung ergeben sich aus der Verwendung thermoplastischer Mat-rices verschiedene Herausforderungen, wie etwa die Kompatibilität von Kohlenstofffaser und Matrix oder die effektive Imprägnierung und Umformung der Textilien.
Projektziele
Das Verbundprojekt – Kontinuierliche kraftflussgerechte Textiltechnologien für Leichtbaustrukturen in Großserie (KonText) – hat zum Ziel, eine Produktionstechnologie für die automobile Großserienfertigung bereitzustellen, mit der es möglich ist, lastpfadgerechte, thermo-plastische Faserverbundbauteile kosteneffizient mit hoher Qualität herzustellen. Als Kennwerte ist angestrebt ein Bauteil in Faserverbundbauweise zu fertigen, dass 25% leichter ist, als das aktuelle Referenzbauteil und um 30% günstiger, als in klassischer CFK-Fertigung.
Vorgehensweise
Zur Umsetzung der genannten Ziele werden zu Beginn des Projektes das spätere Demonstratorbauteil sowie grundlegende Prozesseigenschaften definiert. Darauf aufbauend erfolgt die Konstruktion und Anlagenentwicklung zur Realisierung von lastpfadgerechten Textilien mittels Kett- und Schussfadenversatztechnologie. Neben verschiedenen Fragestellungen wie etwa der Faser/Matrix-Haftung oder der interlaminaren Festigkeit durch die Nutzung von Hilfsmitteln , die sich aus der Nutzung thermoplastischer Matrices ergeben, wird im weiteren Projekt-verlauf ein wesentliches Augenmerk auf das Umformverhalten der Textilien, deren thermoplastische Imprägnierung sowie deren Endkonsolidierung gelegt. Diese Thematiken sowie der gesamte Prozess werden unter dem Gesichtspunkt der numerischen Simulation untersucht und bestehende FE-Werkzeuge hinsichtlich der neuen Technologie angepasst, bzw. diese Tools neu entwickelt. Auf der im Projekt entwickelten und am Standort der Open Hybrid LabFactory in Wolfsburg installierten Anlagentechnik wird für eine technologische und wirtschaftliche Bewertung ein Technologieträger gefertigt und geprüft. Um eine erfolgreiche Projektbearbeitung zu gewährleisten, sind im Projektkonsortium kompetente Partner der gesamten Prozesskette, ausgehend von der Faserherstellung über die Anlagentechnik bis zum Endanwender vertreten.
Anwendungspotenzial
Das Projekt KonText trägt durch die Reduzierung des Verschnitts und die effiziente Nutzung teurer C-Fasern zur Kostenreduzierung von Faserverbundbauteilen und somit zu deren Etablierung in der Großserientechnik bei. Die entwickelte Prozesstechnologie wird nach Projektende zum einen durch die beteiligten Partner und zum anderen im Rahmen der Open Hybrid LabFactory für den Einsatz in der Großserienfertigung vorbereitet. Darüber hinaus wird die Fertigungstechnologie sowie die im Projekt entwickelten Teilsysteme und -komponenten bspw. im Bereich der Simulation oder der Faser/Matrix-Kompatibilität nach Projektende von der Projektpartnern für andere Anwendungsbereiche weiterentwickelt. Somit ergibt sich hin-sichtlich der Anschlussfähigkeit, dass bis zum Jahre 2020 die im Rahmen des Projektes entwickelte Anlagentechnik für weitere Branchen verfügbar ist. Darüber hinaus sollen zum gleichen Zeitpunkt erste Bauteile in der automobilen Serienfertigung gefertigt werden. Die Forschungsergebnisse werden darüber hinaus während und nach der Projektlaufzeit in verschiedenen Fachzeitschriften oder auf Kongressen veröffentlicht, um die Forschungsaktivität der OHLF darzustellen.
Campusbeitrag
Das geplante Vorhaben KonText trägt mit seinen Untersuchungen im Themenschwerpunkt Faser/Matrix Halbzeuge zur Erreichung der Gesamtziele der Open Hybrid LabFactory bei. Durch die Bereitstellung einer Prozesskette bzw. Anlagentechnik zur Herstellung kraftflussgerechter Preforms werden die weiteren Projekte der Initiative unterstützt und eine Basis für die Entwicklung neuer Projekte geschaffen.
In der folgenden Liste sehen Sie Ihre ausgewählten Projekt-Favoriten.
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