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PulForm - Energieeffiziente Herstellung komplexer Hochleistungsfaserverbundbauteile



Ziel des Vorhabens ist es eine einstufige, wirtschaftliche und energieeffiziente Herstellungstechnologie zu entwickeln, um Hochleistungsfaserverbundbauteile mit einer komplexen Geometrie zu fertigen. Die Entwicklung der ressourcen- und energieeffizienten PulForm-Technologie soll nicht nur Serienanwendungen in der Automobilindustrie attraktiver machen, sondern sich auch in anderen Branchen verbreiten. Dazu zählen die Luft- und Raumfahrt, der Schienen- und Nutzfahrzeugbau, der Bootsbau, Windenergieanlagen, die Bauindustrie aber auch die Sport- und Freizeitindustrie.


PulForm Prozesskette

Problemstellung

Effizienter Leichtbau ist vor dem Hintergrund verknappender Ressourcen eine wichtige Zukunftstechnologie. Eine besondere Rolle kommt dabei den Carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) mit belastungsgerechter Endlosfaserverstärkung zu. Diese bieten nicht nur vielfältige funktionale Vorteile, sondern auch 60 Prozent Gewichtseinsparung im Vergleich zu Stahl und 30 Prozent im Vergleich zu Aluminium. Für industrielle Serienanwendungen müssen wirtschaftliche und flexible automatisierte Herstellungstechnologien entwickelt werden.

Vorgehensweise

 Schädigungsfreies Handling des Materials ist Teil der PulForm Prozesskette
zum Bild Schädigungsfreies Handling des Materials ist Teil der PulForm Prozesskette

Durch eine Verkettung von Pultrusion, In-Line Flechten, Blasumformung und Endbearbeitung entsteht eine durchgängige und vollautomatisierte Fertigungskette. Um den Preform-Prozess (zum Beispiel In-Line-Flechten) mit anderen Prozessschritten zu verbinden, werden zunächst die Verstärkungsfasern belastungsorientiert kontinuierlich der Pultrusion zugeführt und mit einem Harzsystem imprägniert. Bei einer relativ geringen Temperaturveränderung reagiert das Harzsystem innerhalb des Pultrusionswerkzeugs nur teilweise. So entsteht ein handhabbarer Vorformling. Dieser wird dann in einem Heißpresswerkzeug mittels Blasumformung in die gewünschte Form gebracht und bei erhöhter Temperatur zum fertigen Bauteil ausgehärtet. Darauf folgt die Endbearbeitung.

Dieses Verbundvorhaben leistet innovative Beiträge in folgenden Bereichen:
·Weiterentwicklung und Verkettung der einzelnen bisher räumlich und zeitlich getrennten Prozessschritte
·Einsatz von maßgeschneiderten Lösungen zur Handhabung der Preforms
·Techniken der prozessintegrierten Qualitätssicherung
·Prozess- und Struktursimulation

Mechatronische Handhabung und Qualitätssicherung

Das ZLP am Standort Augsburg entwickelt im Rahmen des Verbundvorhabens PulForm wirtschaftliche Herstellungs- und Bearbeitungsmethoden - vom Werkzeug über das Handling des Materials bis hin zur produktionsintegrierten Qualitätssicherung. Beim Handling besteht die Aufgabe im sichereren und schädigungsfreien Handhaben von biegeschlaffen Preforms. Dazu entwickelt das DLR materialschonende Greifersysteme, die biegeschlaffe Zuschnitte aufnehmen und in gekrümmte Formen ablegen können.

Die produktionsintegrierte Qualitätssicherung untersucht Möglichkeiten den kontinuierlichen Fertigungsprozess möglichst effektiv und kosteneffizient zu begleiten. Damit soll der Entwicklungsprozess unterstützt und Kosteneinsparungspotenziale aufgezeigt werden. Beispielsweise wird die Positioniergenauigkeit von CFK-Zuschnitten verbessert und eine entsprechende Lagekontrolle integriert. Erste Ergebnisse lassen die Position eines trockenen CFK-Halbzeugs mit der Genauigkeit von 0,4 mm bestimmen.

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmenkonzept „Forschung für die Produktion von morgen“ gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.

 

 


Kontakt
Thomas Schmidt
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie

Tel.: +49 821 319874-1050

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