Konturnahe Faserablage für CFK-Bauteile

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines optimierten Verfahrens zur direkten Herstellung von Gelegeaufbauten im Filament-Winding-Verfahren.

Im Rahmen der Untersuchungen wurden zunächst grundlegende Versuche zum Wickeln von flächigen  Stackaufbauten mit verschiedenen Verstärkungsfasern und Faserorientierungen durchgeführt. Dabei kam ein  2D-Wickelrahmen zum Einsatz, mit dem die Führung und Ablage der Rovings getestet werden konnte. Es zeigte sich, dass verschiedene Orientierungen realisierbar sind, wobei aber beim Überwickeln  von schrägen Kanten die Fixierung der gespreizten Rovings ein wesentliches Problem darstellt.

In einem weiteren Schritt wurde ein Musterbauteil ausgewählt und der Prozess auf einen 3D-Wickelkörper übertragen. Damit konnten grundlegende Probleme bei der Rovingablage gelöst und gleichzeitig mehrere Konturen gewickelt werden. Die Verfestigung der erzeugten Stacks wurde durch Einsatz von Bindefilamenten und nachfolgende thermische Fixierung der Wicklung realisiert.

Aus den erzeugten Lagenaufbauten wurden Verbunde mit Epoxidharzmatrix gepresst. Die mechanischen Eigenschaften der gewickelten Lagenaufbauten sind vergleichbar mit Stackaufbauten aus Gelege. Abschließend wurden Musterbauteile gepresst. Damit konnte der Nachweis erbracht werden, dass 3D-Bauteile ohne den aufwändigen Zwischenschritt der Gelegeherstellung im Filament-Winding-Verfahren hergestellt werden können.

Bei dem entwickelten Verfahren lassen sich durch die lastgerechte Faserablage und die nahezu abfallfreie Bauteilherstellung, ohne teure textile Vorprozesse, die Produktionskosten senken. Dieser Punkt ist ein wesentlicher Treiber bei der industriellen Umsetzung der Forschungsergebnisse. Das Verfahren kann insbesondere bei der Herstellung von Verbundbauteilen in kleinen und mittleren Serien zur Anwendung kommen. Potenzielle Anwender sind vor allem Firmen, die bereits die Wickeltechnik zur Herstellung von Rohren und Behältern anwenden.