Herstellungsmethode für thermoplastische faserverstärkte Hohlkörperstrukturen

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) gewinnen in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung insbesondere im Transport- bzw. Automobilbereich, wo durch Leichtbau bewegte Massen auf ein Minimum reduziert und dadurch der Treibstoffverbrauch gesenkt werden können. Innerhalb dieser Werkstoffgruppe bieten FVK mit thermoplastischer Matrix Vorteile hinsichtlich kurzer Herstellungszyklen, hochkomplexer Bauteilgeometrien und Recycling. Darüber hinaus ermöglichen diese Materialien höhere Bruchdehnungen. Die bisher etablierten Umformverfahren zur Verarbeitung von thermoplastischen FVK eignen sich nicht zur Herstellung komplexer Hohlkörperbauteile in einem Schritt. In der vorliegenden Arbeit wird daher eine Verfahrenstechnik entwickelt und untersucht, die dies in einem Herstellungsschritt ermöglicht. Bei dieser Verfahrenstechnik werden vorgeformte Preforms aus drapierfähigen Hybridgarnhalbzeugen verarbeitet, welche sowohl Thermoplastfasern (Matrix) als auch Verstärkungsfasern enthalten. Zur Ausformung des Preforms wird eine mit Druckluft beaufschlagbare Membran verwendet. Neben der Entwicklung und Konstruktion von Maschinenelementen wird eine Verfahrensanalyse an einer komplexen Demonstratorgeometrie durchgeführt. Anschließend werden die Erkenntnisse auf einen praxisnahen Druckbehälter übertragen. Neben der Bauteilherstellung werden auch die thermischen Prozessabläufe der Verfahrenstechnik untersucht. Auf Basis dieser Temperaturmessungen wird ein FESimulationsmodell zur Abbildung der Temperaturverläufe im Material erstellt. Neben den Materialdaten werden auch die Kontaktbedingungen und weitere Randbedingungen ermittelt, um eine realitätsnahe Simulation der thermischen Prozessabläufe durchführen zu können. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass Hohlkörperstrukturen aus faserverstärkten Thermoplasten in kurzen Zykluszeiten hergestellt werden können. Große Vorteile hinsichtlich der Integration von Verbindungstechniken und von Einlegeteilen können mit dieser Verfahrenstechnik bspw. gegenüber den Wickelverfahren erzielt werden.