Projektbereich A: Textile Prozessgestaltung
Im Mittelpunkt der textilen werkstoff- und halbzeugorientierten Arbeiten des Projektbereichs A stehen die Entwicklung von Hybridgarnen aus Verstärkungsfasern und thermoplastischen Matrixfasern sowie deren reproduzierbare Weiterverarbeitung auf Strick- und Webmaschinen bis hin zu Preforms für endmaßgenaue Leichtbauteile. Die Beherrschung der textilen Prozesskette vom Filament bis zur Übergabe des textilen Halbzeuges an die Bauteilpresse stellt eine essentielle Voraussetzung für die spätere industrielle Nutzung der Technologie dar. Die Forschungsarbeiten werden exemplarisch mit Glasfilamenten als Verstärkungsmaterial und Polypropylenfilamenten als Thermoplastgarnkomponente durchgeführt. In den Technologiestufen werden Lösungen zur Funktionsintegration erarbeitet, die die Integration von Sensoren und Aktuatoren in den Bauteile ermöglicht. Im Bereich der Flächenbildung werden die Geometrien für eine endkonturnahe Fertigung erweitert.
Das Ziel des Teilprojektes A1 besteht in der weiteren Entwicklung der Online-Schmelzspinntechnologie. Diese neue Hybridgarngeneration eröffnet entscheidende Vorteile. Ein separater Hybridisierungsschritt kann entfallen, die Durchmesserverhältnisse der beiden Filamentkomponenten lassen sich aufeinander abstimmen und das Grenzschichtdesign ist während des Simultanspinnens realisierbar. Durch technologische Modifikationen und ein gezieltes Grenzschichtdesign wird das Hybridgarn den Anforderungen der folgenden technologischen Stufen angepasst. Durch das Grenzschichtdesign werden mittels Nanostrukturierung multifunktionale Eigenschaften generiert und die Fasermatrixhaftung im Verbund entscheidend gesteigert.
Im Mittelpunkt des Teilprojektes A2 steht die Entwicklung der Flachstricktechnik zu einer unikalen Basistechnologie für mehraxial verstärkte textile Preforms aus Hybridgarnen. Aufbauend auf den Grundlagenuntersuchungen werden Mehrlagengestricke mit gesteigerter Lagenzahl und reproduzierbarer Qualität entwickelt. Durch die Integration von Sensornetzwerken im Strickprozess werden die Grundlagen für Verbundwerkstoffe mit Funktionsintegration geschaffen. Die Entwicklung einer Prozesskette von der Bauteilgeometrie über computergestützt ermittelte Gestrickkonturen bis zu 2D/3D-formgerechten, biaxial verstärkten Mehrlagengestricken bilden eine wesentliche Grundlage für die reproduzierbare Formgebung und belastungsgerechte Verstärkungsstruktur der textilen Halbzeuge.
Grundlegende Untersuchungen zur Verarbeitung von Hybridgarnen zu flachgestrickten und gewebten spacer fabrics sind Gegenstand des Teilprojektes A3. Die Struktur der spacer fabrics wird von Rechteckquerschnitten auf trapezförmige Querschnitte erweitert. Für die Gestaltung variabler Bauteilgeometrien werden im nächsten Schritt Lösungen für die Bildung von Ecken und von einfach gekrümmten spacer Strukturen entwickelt. Die Modifikation der Gewebestruktur und die Integration von Sensorfäden im Webprozess ermöglichen die Intergration von Inserts und die Entwicklung von Sensornetzwerken. Die Struktur der gestrickten spacer fabrics wird vor allem für den Einsatz in Crashelementen modifiziert.
Die Voraussetzungen zur reproduzierbaren Fertigung textiler Preforms werden mit den Untersuchungen im Teilprojekt A4 geschaffen. Die entwickelte Gerätetechnik für das Faltenweben, das Abziehen, Zuschneiden und Abstapeln wird für die Anforderungen der neuen spacer Geometrien entsprechend TP A3 angepasst. Schwerpunkt bildet die reproduzierbare Fertigung der spacer fabrics mit schonender Materialverarbeitung und minimalen geometrischen Strukturtoleranzen. Dieses Ziel wird durch die durchgängige Modellierung der technologischen Parameter mittels parametrischer Mehrkörper-Simulationsmodelle erreicht.
Die Teilprojekte A1 bis A4 schaffen somit die Grundlagen für textilverstärkte Verbundkomponenten mit reproduzierbaren Eigenschaften und die zugehörigen Fertigungsprozesse zur Filament-, Garn- und Halbzeugherstellung und -verarbeitung. In den weiteren Projektphasen werden die im Projektbereich A entwickelten neuartigen textilen Halbzeuge über die jetzt vorgesehenen Basiskomponenten hinaus für die Herstellung unterschiedlicher Frontmodule speziell angepasst.