Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Thematik Leichtbau wird mit knapper werdenden Ressourcen fossiler Brennstoffe in allen Verkehrsbereichen immer bedeutsamer. Bauteile- bzw. Baugruppen aus Carbonfasern sind bei gleicher Festigkeit deutlich leichter als andere moderne Werkstoffe wie hochlegierte St\u00e4hle oder Aluminium. In nur wenigen Jahren wird bei neuen Flugzeugen der Anteil der Carbon-Composite-Werkstoffe den Anteil von Aluminium \u00fcbersteigen. Die Firma SAERTEX ist qualifizierter Zulieferer von Multiaxialgelegen aus Carbonfasern f\u00fcr AIRBUS.
\nIn der Automobilindustrie besteht ebenfalls ein starker \u00f6konomischer und \u00f6kologischer Druck zum Leichtbau. Durch immer mehr Zusatzausstattungen und Sicherheitspakete hat sich das durchschnittliche Gewicht der Fahrzeuge in den letzten Jahren stark erh\u00f6ht. Nur durch gravierende Gewichtsreduzierungen wird sich der Kraftstoffverbrauchen reduzieren lassen. Aus diesen Gr\u00fcnden arbeiten heute nahezu alle Automobilhersteller an Projekten mit neuen, leichteren Werkstoffen, insbesondere mit Carbonfasern. Die Umsetzung dieser Technologie aus den Erfahrung von Kleinserien oder aus dem Rennsport in Gro\u00dfserien h\u00e4ngt wesentlich von der Kostensituation ab. Mit dem heutigen Stand der Technik ist die Wirt-schaftlichkeit nur in hochwertigen Einsatzf\u00e4llen gegeben.
\nZiel des Projektes ist die Reduzierung der Kosten f\u00fcr das Carbongelege, welches als Halbzeug zu Bauteilen verarbeitet wird. Mit folgenden Ma\u00dfnahmen sollten die Herstellungskosten der Halbzeuge (Gelege) f\u00fcr Carbonbauteile reduziert und qualitative Materialkennwerte verbessert werden:
\n–\tEinsatz kosteng\u00fcnstigerer Carbonfasern bei gleichen oder besseren Materialeigenschaften in Bezug auf Festigkeit und homogenerer Filamentverteilung als es mit Herstellverfahren, die dem Stand der Technik entsprechen, m\u00f6glich war;
\n–\tReduzierung der Schnittabf\u00e4lle hochwertiger Carbonfaser-Gelege und Erh\u00f6hung der Wirtschaftlichkeit durch eine anwendungsgerechte Produktionsbreite der Fl\u00e4chenware;
\n–\tEntwicklung einer neuen Generation an Gelegen mit leichteren Fl\u00e4chengebilden und besseren mechanischen Kennwerten.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm ersten Schritte musste ein Verfahren entwickelt werden, das es erm\u00f6glicht, multiaxiale Fadengelege herzustellen, deren Koh\u00e4renz nur eine sehr geringe Verbindungsdichte quer zu den unidirektionalen Lagen besitzen, so dass eine gute Drapierbarkeit der multiaxialen Gelege aufrechterhalten werden kann.
\nEin weiteres Ziel war es, eine m\u00f6glichst gro\u00dfe Breite bei geringer Dicke und fl\u00e4chenbezogene Masse zu erreichen, wobei die Verteilung der Filamente gleichm\u00e4\u00dfiger ausfallen sollte als es bei der Verwendung einzelner Carbonfasern der Fall ist. Zur Herstellung der Fadengelege (Tapes), sollte eine Vorrichtung konstruiert werden, die das Eintragen in ein Transportsystem \u00fcbernimmt, die notwendige Spannung aufbringt ohne die Tapes zu besch\u00e4digen und vor dem Ablegen vom nachfolgendem Tape trennt. Da die Tapes v\u00f6llig andere Anforderungen an das Transportsystem stellen als es bei herk\u00f6mmlichen Anlagen der Fall ist, sollte eine spezielle Klemmvorrichtung die Aufgabe der \u00fcblichen Einh\u00e4ngefassungen \u00fcbernehmen.
\nUm bedarfsgerecht in verschieden Breiten produzieren zu k\u00f6nnen, war eine technische L\u00f6sung zu entwerfen, die eine Breitenverstellung des Transportsystems zulie\u00df.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Bei der Entwicklung einer Vorrichtung zur maschinellen Herstellung von Tapes aus Carbonfasern mit h\u00f6herem Titer als 200 tex (3 K) , erwiesen sich die Luftfeuchtigkeit, Temperatur in Verbindung mit der Laufzeit von der Spule, bis zum Verlassen der Tapemaschine, ebenso wie Art der Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit und H\u00e4rte der Werkstoffe aller von der Carbonfaser tangierten F\u00fchrungen und Umlenkungen, als nicht zu vernachl\u00e4ssigende Einflussgr\u00f6\u00dfen. Erst die Untersuchung der Einflussgr\u00f6\u00dfen im Einzelnen und sp\u00e4ter in verschiedenen Kombinationen machte es m\u00f6glich, alle Einflussgr\u00f6\u00dfen so einzustellen, dass sie m\u00f6glichst positiv auf den Prozess einwirkten. Die so erhaltenen Tapes sind derzeit bis hinunter zu einem Lagengewicht von 100 g\/m\u00b2 perfekt geschlossen und zeichnen sich durch eine sehr homogene Filamentverteilung aus. Sie k\u00f6nnen mittels Greifern, die auf Linearmodule montiert sind, aufgenommen werden und \u00fcber das Transportsystem eingetragen werden. Vor Erreichen der Endlage wird die notwendige Tape-spannung durch Aufbringen einer Bremskraft eingestellt. Das Tape wird an die Position des zuvor abgelegten Tapes gefahren und ebenfalls abgelegt. Die Enden des Tapes werden durch einen Spachtel automatisch in spezielle Klemmen eingestochen. Durch den Einsatz dieser Klemmen fallen nur noch 20 % der bisher notwendigen prozessbedingten Kantenabf\u00e4lle an (in Millimeter stellt sich dieses Verh\u00e4ltnis 20mm \/ 127 mm dar). Nach dem Herausfahren des Spachtels schlie\u00dfen die Klemmen und fixieren das Tape in der Transportvorrichtung.
\nDie Einstellung anwendungsgerechter Produktionsbreiten erfolgt \u00fcber eine Vielzahl von Linearmodulen auf denen die Transportschienen, montiert wurden. Die Linearmodule werden im Kollektiv angetrieben und positionieren das Transportsystem \u00fcber die gesamte Maschinenl\u00e4nge in einem Bereich von 1270mm bis 2540mm Breite. Diese Einstellbarkeit optimiert in einem konkreten Beispiel, bei dem ein Automobilhersteller 1400mm breite Gelege zur Herstellung von Autod\u00e4chern ben\u00f6tigt, die Materialausnutzung um 45 %, da am Markt lediglich Gelegebreiten von 2540 mm verf\u00fcgbar w\u00e4ren.
\nDas Ergebnis der Projektentwicklung ist ein komplett neues Produkt. Es bietet f\u00fcr den Anwender Kosteneinsparungen, die sich aus dem Einsatz g\u00fcnstigerer Fasern ergeben. Zus\u00e4tzlich \u00fcbertreffen die mechanischen Kennwerte der Laminatproben und somit auch die der Bauteile bei gleichem Gewicht die der herk\u00f6mmlichen Carbongelege. Durch belastungsbezogene Auslegung der Bauteile werden weitere Einspa-rungen beim Einsatz in der Luftfahrt- und Fahrzeugindustrie m\u00f6glich.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Das neue Produkt wurde erstmals im Fr\u00fchjahr 2005auf der JEC in Paris, der wichtigsten Messe f\u00fcr die Composite-Industrie vorgestellt. Unter dem Markennamen SAERTOW erfolgt seitdem die Vermarktung mit einem sehr gro\u00dfen Erfolg. Bereits jetzt ist die Kapazit\u00e4t der neu entwickelten Maschine kaum ausreichend, um die Nachfrage zu decken. Die \u00d6ffentlichkeitsarbeit der neuen Technologie erfolgt \u00fcber verschiedene Vortr\u00e4ge in Arbeitsgemeinschaften und Foren wie SAMPY oder PARAMAX.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Alle verfahrenstechnischen Ziele wurden erreicht und ein komplett neues Produkt ist entstanden, dass Meilensteine f\u00fcr die schnelle Verbreitung von Carbonfasern in der Automobil- und Luftfahrtzeugindustrie setzen kann. Die individuelle Breitenverstellung hat sich als sehr effektives Werkzeug zur Rohstoffein-sparung bew\u00e4hrt. Damit ist es m\u00f6glich, bis zu 45 % der Rohstoffe einzusparen. Auf Grund des hohen Einsparungspotentials wurde die Technologie der Breitenverstellung auch beim Umbau einer herk\u00f6mmlichen multiaxialen Legemaschine erfolgreich umgesetzt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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