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Faserverbundsstoffe > Fertigung > Flashcards

Fertigung Flashcards

1
Q

Was sind die 8 wichtigen Schritte beim Preforming?

A
  1. Zuschneiden der Einzellagen
  2. Binderauftrag
  3. Lagenaufbau (evtl. Vorfixierung)
  4. Thermische Aktivierung des Bindersystems
  5. Einlegen in Preformingwerkzeug
  6. Werkzeug schließen und abkühlen
  7. Entnahme des formstabilen Preforms
  8. Zuschnitt auf Bauteilendkontur
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2
Q

Fertigungsverfahren, sortiert nach Faservolumengehalt (von niedrig zu hoch)

A 
Faserspritzen (niedrig)
Handlaminieren
GMT-Pressen
SMC-Pressen
Nasspressen
RTM
Schlauchblasen
Flechten
Wickeln
Umformen
Autoclav/RI
Pultrusion (hoch)
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3
Q

Fertigungsverfahren, sortiert nach Stückzahlen (von niedrig zu hoch)

A 
Autoclav/RI (niedrig)
Handlaminieren
Faserspritzen
Wickeln
Flechten
Schlauchblasen
Umformen
Nasspressen
RTM
GMT-Pressen
SMC-Pressen
Pultrusion (hoch)
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4
Q

Auswahl an Fertigungsverfahren nach Gestalt und Form der Bauteile:

  • Für rotationssymmetrische Bauteile
  • Für Bauteile mit höchsten mechanischen Eigenschaften
  • Für flächige Bauteile mit hohen mechanischen Eigenschaften
  • Für flächige Bauteile mit mittleren mechanischen Eigenschaften
  • Für Bauteile mit niedrigen mechanischen Eigenschaften und hohen Stückzahlen
  • Für Profile
  • Für Einzelteilfertigung von Bauteilen
A
  • Für rotationssymmetrische Bauteile: Wickelverfahren.
  • Für Bauteile mit höchsten mechanischen Eigenschaften: Autoklav.
  • Für flächige Bauteile mit hohen mechanischen Eigenschaften: RTM.
  • Für flächige Bauteile mit mittleren mechanischen Eigenschaften: Pressen.
  • Für Bauteile mit niedrigen mechanischen Eigenschaften und hohen Stückzahlen: Spritzgießen.
  • Für Profile: Pultrusion.
  • Für Einzelteilfertigung von Bauteilen: Handlaminierverfahren.
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5
Q

Ablauf Handlaminierverfahren

A
  • Gelcoat in Form auftragen, angelieren lassen
  • Laminierharz verteilen
  • Trockene textile Verstärkungsstruktur (Matte, Gewebe etc.) einlegen
  • Verstärkungsfasern entlüften (Pinsel, Roller, …)
  • Evtl. Abreißgewebe auflegen und im Vakuumaufbau verdichten
  • Aushärten lassen
  • Entformen
  • Nachbearbeitung
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6
Q

Vor und Nachteile des Handlaminierverfahren

A

+ sehr geringe Anlagen- und Werkzeugkosten
+ geeignet für Prototypenfertigung
+ gute Oberflächenqualität durch Gelcoatschichten möglich

  • Bauteilqualität abhängig von Handlaminierer
  • lange Zykluszeit (mehrere Stunden)
  • Reproduzierbarkeit gering
  • Nur geringe Faservolumengehalte erreichbar
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7
Q

Ablauf der Prepreg / Autoklavtechnik

A
  • Aufbringen einer Trennschicht (Gelcoat, Folientrennmittel, Wachs etc.)
  • Lagenaufbau mit vorimprägnierten Halbzeugen (Prepregs) vornehmen
  • Trennfolie, Saugvlies und
  • Luftverteilergewebe aufbringen
  • Gesamtaufbau in Vakuumsack verpacken
  • Vakuum anlegen
  • Aushärtung im Autoklav mit
  • Druck: < 10 bar
  • Temperatur: 100-200°C
  • Entformen
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8
Q

Vor und Nachteile der Prepreg / Autoklavtechnik

A

+ geringe Werkzeugkosten
+ geeignet für Prototypenfertigung und Kleinserie
+ Konstante, hohe Laminatqualität durch Verwendung von Prepregs
+ Vielfältige Einsatzmöglichkeiten (z.B. hohe Oberflächenqualitäten, Formenbau, komplexe Geometrien)

  • Autoklav notwendig
  • teure Prepregs mit begrenzter Lagerfähigkeit (Duroplaste)
  • Lange Zykluszeit (mehrere Stunden)
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9
Q

Ablauf des Harzinfusionsverfahrens

A
  • Aufbringen einer Trennschicht (Gelcoat, Folientrennmittel, Wachs etc.)
  • Lagenaufbau mit Preform oder trockenen Halbzeugen vornehmen
  • Formgebung durch Drapieren der Halbzeuge in ein i.d.R. einseitiges eingetrenntes Formwerkzeug
  • Abreißgewebe, Verteilmedium, Harzzulauf (z.B. Ω-Tubes, Spiralschlauch) und lokales Luftverteilergewebe aufbringen
  • Gesamtaufbau in Vakuumsack verpacken
  • Vakuum anlegen
  • Aushärtung bei Umgebungsbedingungen oder im Autoklav
  • Entformen
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10
Q

Vor und Nachteile des Harzinfusionsverfahrens

A

+ relativ geringe Werkzeug- und Anlagenkosten
+ Geeignet für Prototypenfertigung und Kleinserie, insbesondere für großflächige Bauteile
+ Konstante Bauteilqualität
+ flächige Matrixverteilung
+ schnelle Imprägnierung in Dickenrichtung
+ geschlossener Prozess

  • Lange Zykluszeiten (bis zu mehreren Stunden)
  • Bisher hohe Verbrauchsmittelbedarf (Folien)
  • Schlecht automatisierbar
  • Hoher manueller Aufwand
  • Nur einseitig glatte Oberflächen
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11
Q

Ablauf des Nasspressverfahrens

A
  • Vorbereitung:
    • Textiles Halbzeug (Vlies) zuschneiden
    • Lagen zurechtlegen

-Imprägnierung:
• Harzauftrag auf die trockenen Fasern
• Ruhephase zur Vorvernetzung

-Formgebung:
• Einlegen und imprägnieren des Lagenaufbaus im das Werkzeug

-Aushärtung:
• Aushärtung bei 80-130°C
• Nachtemperierung möglich

-Entformung:
• Entformung und Nachbearbeitung

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12
Q

Vor und Nachteile des Nasspressverfahrens

A

+ niedrige Werkzeugkosten
+ geringe Presskräfte realisierbar (> 10 bar)
+ Reduzierung Taktzeiten
+ Sehr hohe Faservolumengehalte
+ Hoher Automatisierungsgrad
+ Großflächige Bauteile mit beidseitig hoher Oberflächengüte
+ Hinterschnitte mit teilelastischen Formwerkzeugen realisierbar

-Nur Bauteile mit geringer 3-dimensionaler
Komplexität

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13
Q

Ablauf des Resin Transfer Moulding (RTM)

A
  1. Einlegen des Preforms
  2. Injektion der Matrix
  3. Aushärten unter Nachdruck
  4. Entformen des Bauteils
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14
Q

Vor und Nachteile des Resin Transfer Moulding (RTM)

A 
\+ Realisierung von Bauteilen mit hohen Faservolumengehalten (bis 65%)
\+ Relativ kurze Zykluszeiten (> 2 min bis mehrere Stunden)
\+ Geschlossener Prozess
\+ Kaum Emissionen
\+ Kein direkter Kontakt mit dem Harz
\+ Beidseitig gute Oberflächenqualität
\+ Reproduzierbare Qualität
\+ Kaum Harzabfall
\+ Hoher Automatisierungsgrad
  • Mehrteilige Werkzeuge
  • Aufwendige Injektionstechnik notwendig
  • Aufwändige Dichtungstechnik
  • Hoher Werkzeugverschleiß aufgrund signifikanter Faserabrasion
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15
Q

Ablauf des Stempelumformverfahren

A
  1. Einlegen
  2. Aufheizen
  3. Umformen
  4. Entformen
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16
Q

Vor und Nachteile des Stempelumformverfahren

A

+ Sehr kurze Zykluszeiten (1-5 min)
+ Geeignet für mittlere und große Serien und relativ kleine Bauteile
+ Konstante, hohe Laminatqualität Nachteile

  • Konsolidierte Prepregs (Faser + Thermoplast) notwendig
  • Simulationsgestützte Verfahrensauslegung erforderlich (Spaltberechnung Patrize/Matrize,
    Drapierbarkeit ohne Faltenbildung, etc.)
17
Q

Anwendungsgebiete des Stempelumformverfahren

A

Feuerwehr-Schutzhelm

18
Q

Vor und Nachteile des Vakuumumformens

A 
\+ Niedrige Werkzeugkosten
\+ Geeignet für Prototypen und
Kleinserienfertigung, besonders für
große Bauteile
\+ Konstante, hohe Laminatqualität
  • Drapierbare Halbzeuge benötigt (Hybridgewebe aus Verstärkungs- und thermoplastischen Filamenten)
  • Lange Zykluszeiten (bis zu mehreren Stunden)
19
Q

Ablauf des Nicht-isothermes Diaphragma-Umformens

A
  1. Einlegen
  2. Heizen / Konsolidieren
  3. Umformen
  4. Entnehmen
20
Q

Vor und Nachteile des Nicht-isothermes Diaphragma-Umformens

A

+ Kurze Zykluszeiten möglich (ca. 2 min)
+ Geeignet für Prototypen, Klein- und Mittelserienfertigung wergen geringer Werkzeugkosten
+ Konstante hohe Laminatqualität
+ Sehr flexible Verfahrenstechnik
+ Fast alle Preforms verarbeitbar (vorkonsolidiert oder Hybridfasern)
+ In-Mould-Dekoration möglich
+ Sehr geringe Emissionen durch geschlossenen Prozess Nachteile

  • Noch keine industriellen Maschinen
    verfügbar
21
Q

Fertigungsverfahren für Multiaxial-Gelege und Gewebe aus

a) Duroplasten
b) Thermoplasten

A

a)

  • Handlaminierverfahren
  • Prepreg-/Autoklavtechnik
  • Harzinfusionsverfahren
  • Nasspressen
  • RTM

b)
- Stempelumformverfahren
- Vakuumumformen
- Nicht-isothermes Diaphragma-Umformen
- Tapeverarbeitung

22
Q

Einordnung ausgewählter Herstellungsprozesse für FVK, bei denen die Komplexität des Bauteils abnimmt (Y-Achse), aber die Wirtschaftlichkeit steigt (X-Achse)

A 
Handlaminieren
Resin Infusion
RTM
Autom. Tapelegen
Faserwickeln
Pultrusion
23
Q

Verfahrensvarianten des Wickelverfahrens

A

-Nasswickeln:
• Fäden werden vor dem Ablegen auf dem Wickelkern getränkt

-Trockenwickeln:
• Fäden werden nach dem Ablegen auf dem Kern im Harzinfusionsverfahren oder im RTM-Verfahren getränkt

-Prepreg-Wickeln (auch: Towpreg-Wickeln):
• Vorimprägnierte Bänder mit definiertem Faservolumengehalt werden im Wickelverfahren verarbeitet
• In Sonderfällen auch Verarbeitung thermoplastischer Matrices

24
Q

Vor und Nachteile des Wickelverfahrens

A

Vorteile:
+ geeignet für kleine und mittlere Serien
+ gute Automatisierbarkeit
+ konstante, sehr hohe Laminatqualität (Faservolumengehalt bis 60%)
+ auch große Bauteile herstellbar (z.B. Eisenbahnwagenkasten)

Nachteile:

  • Grenzen bei kleinen Wickelwinkeln und stark konkav gekrümmten Geometrien
  • relativ lange Zykluszeiten
25
Q

Ablauf des Pultrusionsverfahrens

A
  • Materialversorgung:
    • Bereitstellung der Fasern
    • Definierte Faserzuführung

-Imprägnierung
• Benetzung der Rovings mit Harz
•Mikroimprägnierung

-Aushärtung
• Formgebung
•Aushärtung des Matrixmaterials

-Abzug
• Aufbringen der Abzugskraft
• Konfektionierung

26
Q

Rovingbasierte Fertigungsverfahren für duroplastische und thermoplastische FVK

A
  1. Wickelverfahren
  2. Pultrusionsverfahren
  3. Faserspritzverfahren
  4. UD-Tapeherstellung
  5. Fibre Placement Verfahren / Tapelegen

Faserverbundsstoffe (11 decks)

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