Faserverbund

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Faserverstärkte Kunststoffe werden hauptsächlich durch eingebettete Glasfasern oder Kohlenstofffasern verstärkt. Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) zeichnen sich durch ihr noch besseres Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht aus. Dieses Material wird vorwiegend in den Branchen Automobil, Luftfahrt und Windkraft eingesetzt, findet aber auch bei Sportartikeln, in der Bauindustrie und anderen Bereichen Verwendung.

Die Herstellungsverfahren von Faserverbundwerkstücken stellen hohe Anforderungen an die Vakuumtechnik. Die Ausrichtung der einzelnen Fasern beeinflusst die Steifigkeit der Werkstücke, so dass sensibles Handhaben der Halbzeuge von enormer Wichtigkeit ist, damit die Faserorientierung nicht beeinträchtigt wird.

Dokumentationen

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Herstellungsverfahren

RTM-Verfahren

Bei der Herstellung im RTM-Verfahren (Resin Transfer Molding) werden aus den trockenen CFK-Textilien in CNC-Bearbeitungszentren die benötigten Formen herausgeschnitten. Ein Greifer nimmt die empfindlichen Werkstücke vom Cutter und legt diese auf einem Tisch oder in einem Magazin ab. Abhängig vom Prozess werden die Zuschnitte manuell oder automatisiert drapiert, um einen endkonturnahen Vorformling, das sogenannte Preform, zu erzeugen.

Nach dem Preforming wird das noch poröse, instabile, dreidimensional geformte Preform aus dem Werkzeug genommen. Das Preform wird anschließend in der RTM-Presse ausgehärtet. Dazu wird flüssiges Harz in das Werkzeug injiziert und das Werkstück unter Druck und Hitze ausgehärtet. Nach der Entnahme aus der Presse erhält das Werkstück in einem Nachbearbeitungsschritt seine finale Kontur. Dies geschieht meist über Wasserstrahlschneiden oder in einer CNC-Bearbeitungsmaschine.

Neben der Herstellung im RTM-Verfahren gibt es eine Vielzahl an weiteren Herstellungsabläufen, wie beispielsweise die Herstellung im Heißpressen. Einige verwenden halbfertige Produkte, wie Prepregs oder Organobleche. Abhängig vom jeweiligen Prozess werden Werkstücke gehandhabt, die bis ihrem Schmelzpunkt (300°C) aufgeheizt wurden. Dies stellt hohe Ansprüche an die Greiftechnik, nicht nur wegen der hohen Temperatur, sondern auch durch die veränderten Eigenschaften des Werkstücks, wie Eigenstabilität und Klebrigkeit.

Anforderungen und Vakuum-Lösungen im Bereich Faserverbund

Anforderungen an die Vakuumtechnik

Sicheres Greifen der porösen Textilien
Die Textilien sind äußerst empfindlich; bei der Handhabung ist entscheidend, dass die Faserorientierung nicht beeinflusst wird. Schmalz empfiehlt in diesem Handhabungsschritt den Einsatz des Composite-Greifers SCG oder des Nadelgreifers SNG. Der Composite-Greifer ist eine anschlussfertige Greifeinheit mit integrierter Vakuumerzeugung und steht für schonendes Greifen der sensiblen Werkstücke. Der Nadelgreifer SNG dringt mit bis zu 24 Nadeln in das Werkstück ein. Die Nadeln sind gegenläufig angeordnet, um die nötige Spannkraft für den sicheren Halt des Textils zu erzeugen.

Handhabung von aufgeheizten Halbzeugen, z.B. Organoblechen
Die Bestückung der Pressen mit über 200° C heißen Halbzeugen wird mit den Nadelgreifern SNG-V-HT oder mit Sauggreifern realisiert. Die Hitzebeständigkeit der Sauggreifer ist dabei von entscheidender Bedeutung. Schmalz bietet für diese Anforderung die speziellen Saugerwerkstoffe HT1, HT2 und FPM. Der Flachsauggreifer vom Typ SGPN verfügt über eine flache, lang auslaufende Dichtlippe und eine im Sauger angebrachte Abstützung. Das verhindert, dass der Sauger den Werkstoff „einzieht“ und bleibende Verformungen am Material hinterlässt.

Spannen von ausgehärteten Bauteilen
In den letzten Bearbeitungsschritten erhält das Werkstück seine finale Kontur. Zur Bearbeitung in CNC-Bearbeitungszentren oder beim Wasserstrahlschneiden müssen die Werkstücke sicher fixiert werden. Diese sogenannten Freiformflächen sind entsprechend aufwändiger zu bearbeiten und stellen vor allem die Aufspanntechnik vor neue Herausforderungen. „Basic Holding Fixture“ nennt Schmalz seine neu entwickeltes Vakuum-Aufspannsystem, mit dem sich komplexe Bauteile für die CNC-Bearbeitung einfach aufspannen lassen.

Entnahme und Stapelung von ausgehärteten Bauteilen
Die ausgehärteten oft noch heißen Bauteile müssen bei der Entnahme aus dem RTM-Werkzeug sicher gegriffen werden, ohne dass Rückstände hinterlassen werden. Sauggreifer aus dem Material HT1 eignen sich besonders für diesen Prozess. Die Sauggreifer sind hitzebeständig sowie frei von silikonhaltigen und lackbenetzungsstörenden Substanzen. Werden die CFK-Bauteile später lackiert, sind Beeinträchtigungen der Oberflächen ausgeschlossen.