Teilprojekt D4: Textilgerechte Verarbeitungs- und Bearbeitungstechnologien für ebene und einfach gekrümmte Demonstratorkomponenten
In D4 werden die technologischen Grundlagen zur presstechnischen Verarbeitung von Hybridgarn-Textil-Thermoplast-Halbzeugen zu Tragwerkskomponenten mit hoher Funktionsintegration entwickelt. In der Verknüpfungsphase soll diese Technologie auf die Fertigung einfach gekrümmter Sandwich-Schalen erweitert werden. Für eine reproduzierbare Fertigung bilden die Auslegung halbzeugspezifischer prozessaktiver Werkzeugsysteme sowie die Entwicklung angepasster Handhabungssysteme wesentliche Arbeitsschwerpunkte. Dabei soll der Verarbeitungsprozess mittels thermischer Simulationen ausgelegt werden.
Das wesentliche Anliegen des Teilprojektes D4 ist die wissenschaftliche Durchdringung offener technologischer Fragestellungen bei der Verarbeitung von Hybridgarn-Textil-Thermoplast-(HGTT-)Halbzeugen zu funktionsintegrierenden Leichtbau-Tragwerkskomponenten. Die Vielzahl der im SFB zu entwickelnden neuartigen HGTT-Halbzeuge wie etwa Mehrlagengestricke (MLG) mit funktionalisierten Hybridgarnen und integrierten Sensornetzwerken sowie gestrickte bzw. gewebte (spacer fabrics) und genähte (spacer preforms) textile Abstandsstrukturen erfordert dabei die Erarbeitung individuell angepasster Verarbeitungstechnologien.
In der Antragsphase I (Basisphase) sind im Rahmen von ersten Fertigungsstudien und begleitenden Prozesssimulationen grundlegende Erkenntnisse zum Heißpressen von biegeschlaffen MLG sowie spacer fabrics und spacer preforms, sog. Spacer-Textilien, zu ebenen Basiskomponenten erarbeitet worden. Hierfür wurden spezielle Werkzeugsysteme konstruiert und gefertigt, die kurze Taktzeiten bei gleichzeitig faserschonender Verarbeitung der HGTT-Halbzeuge erlauben. Das Verpressen der Spacer-Textilien erfordert angepasste Konsolidierungskinematiken, die gemeinsam mit dem Teilprojekt A5 ausgelegt, konstruiert und in das Werkzeugsystem integriert wurden.
In der Verknüpfungsphase (Antragsphase II) sollen die für ebene Basiskomponenten erarbeiteten technologischen Grundlagen auf die Verarbeitung von funktionalisierten MLG und einfach gekrümmten Spacer-Textilien erweitert werden. Die einzelnen Prozessschritte (Bestücken, Evakuieren, Heizen, Pressen, Kühlen und Entnehmen) sind dabei auf die speziellen Erfordernisse der in den MLG integrierten elektronischen Komponenten anzupassen. Für die Herstellung einfach gekrümmter Sandwich-Schalen aus neuen Spacer-Textilien, bei denen zur Querschnittsauflösung Stege in axialer Richtung im Stützkern angeordnet sind (sog. axiale Spacer-Textilien), soll ein prozessaktives Werkzeugsystem mit integrierten Konsolidierungskinematiken und wirkmedienbasierter Temperierfunktion entwickelt werden. Zur Ausformung der verschiedenen Sandwichquerschnittskonturen wie etwa symmetrische oder schrägsymmetrische Trapeze soll ein Kinematikbaukastensystem erarbeitet werden, dessen Einzelkomponenten sich kollisionsfrei in den Spacer-Textilien entfalten. Die prozessgerechte Auslegung und Konstruktion dieser Konsolidierungskinematiken im aktiven Werkzeugsystem erfordert eine noch engere Verzahnung der bisherigen Teilprojekte A5 und D4, so dass sie zum verarbeitungstechnisch orientierten Teilprojekt D4 zusammengeführt werden.
Die zu entwickelnden Verarbeitungstechnologien müssen eine hohe Reproduzierbarkeit gewährleisten. Dazu ist die Kenntnis der komplexen Wechselwirkungen sowohl zwischen den einzelnen Prozessschritten als auch zwischen Werkstück, Werkzeugsystem und Maschine zwingend erforderlich. Hierfür sind umfangreiche numerische Simulationen des gesamten Verarbeitungsprozesses geplant, deren Verifizierung anhand der vorgesehenen Fertigungsstudien erfolgt. Darüber hinaus ist zur Erzielung einer hohen Bauteilqualität ein automatisiertes Handhabungssystem als Schnittstelle zwischen der Textilherstellung und dem Konsolidierungsprozess für die textilschonende Verarbeitung der vielfältigen SFB-Halbzeuge zu entwickeln.
In der abschließenden Demonstratorphase (Phase III) sollen dann auf Basis der Erkenntnisse zur Verarbeitung von axialen Spacer-Textilien Konsolidierungsverfahren und Werkzeugsysteme für Sandwich-Schalen mit Tangential-Stegen erarbeitet werden. Darüber hinaus werden in D4 als zentrales Verarbeitungsprojekt die technologischen Lösungen der einzelnen Teilprojekte zusammengeführt und die funktionsintegrierenden Komponenten des generischen SFB-Demonstrators Funktionsintegrativer Fahrzeugsystemträger (FiF) gefertigt.
Leitung
Dr.-Ing. Frank Adam
TU Dresden
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
01062 Dresden
Tel.: +49 351 463-38149
Fax: +49 351 463-38143
Prof. Dr.-Ing. habil. Knut Großmann
TU Dresden
Institut für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik
01062 Dresden
Tel.: +49 351 463-34358
Fax: +49 351 463-37073
Prof. Dr.-Ing. habil. Eckhard Beyer
TU Dresden
Institut für Fertigungstechnik
01062 Dresden
Tel.: +49 351 463-31993
Fax: +49 351 463-37755