Systematische Gestaltung von Fertigungsprozessen textiler Verstärkungsstrukturen für Hochleistungs-Faserverbundkunststoffe

Bei der Etablierung von Faserverbundkunststoffen (FVK) als wirtschaftlich konkurrenzfähige Leichtbauwerkstoffe kommt der Senkung der Prozesskosten bei der Preformherstellung eine entscheidende Bedeutung zu. Neben der Weiterentwicklung bestehender Prozesse und der Entwicklung neuer Technologien ist hierfür auch eine effiziente und systematische Prozessplanung unerlässlich. Wenngleich für die Planung von Fertigungsprozessen diverse Vorschriften und Methoden existieren, so sind diese vorwiegend auf die Verarbeitung konventioneller Werkstoffe beschränkt. Die besonderen Eigenschaften und Anforderungen von FVK, bei denen der Werkstoff erst während des Fertigungsprozesses entsteht, finden hier bislang keine Berücksichtigung. Die Planung von Prozessen für die Herstellung von FVK-Bauteilen, insbesondere für das textile Preforming, ist daher heute durch ein hohes Maß an Iteration und Intuition geprägt. Während ersteres einen enormen Planungsaufwand verursacht, kann das zweite dazu führen, dass lediglich etablierte Systeme in Betracht gezogen werden. Es besteht die Gefahr, dass technisch und/oder wirtschaftlich vorteilhafte Alternativen nicht in den Planungsprozess einbezogen werden. Das Ziel der Arbeit ist die systematische und effiziente Planbarkeit von Prozessketten zur Herstellung textiler Preforms für FVK-Bauteile, welche den speziellen Anforderungen des Werkstoffs an die Prozessplanung genügt und die Zusammenhänge und Abhängigkeiten zwischen Material, Werkstoff und Prozess berücksichtigt. Der betrachtete Prozess beginnt bei der Verarbeitung textiler Verstärkungshalbzeuge und endet mit der Bereitstellung endkonturnaher textiler Verstärkungsstrukturen, welche in nachgeschalteten Liquid-Composite-Molding- (LCM) Prozessen zu fertigen Hochleistungs-FVK-Bauteilen konsolidiert werden. Hochleistungs-FVK werden hier als Verbund von Endlosfasern aus Glas oder Kohlenstoff mit einem duroplastischen Kunststoff definiert. Es werden sowohl Prozessketten für den Prototypenbau und die Herstellung kleiner Stückzahlen als auch für die Großserienfertigung betrachtet. Es werden zunächst bestehende Methoden zur Prozessplanung betrachtet und bewertet. Die Bewertung erfolgt hierbei hinsichtlich der auf die Planung von FVK-Prozessen übertragbaren Aspekte sowie hinsichtlich diesbezüglicher Defizite. Auf den identifizierten Defiziten aufbauend werden Anforderungen an eine effektive und effiziente Methodik zur Planung von Preformprozessen definiert und formuliert. Zusammenhänge, Abhängigkeiten und Wechselwirkungen zwischen Materialien, Prozessen bzw. Technologien und Bauteilen werden identifiziert und bezüglich ihrer Relevanz für die Prozessplanung bewertet. Es werden reproduzierbare Vorgehensweisen für die einheitliche Klassifizierung von Technologien und Bauteilen erarbeitet. Diese bilden die Grundlage für die Entwicklung einer Sechs-Stufen-Methodik.