Am Standort Stade sind automatisierte Legetechnologien eines der Forschungsschwerpunkte des IFW im Bereich der Faserverbundtechnologien. Für das automatisierte Tapelegen in der Luft- und Raumfahrt werden vor allem vorimprägnierte Kohlenstofffasertapes (sog. Prepregs) eingesetzt. Ein Derivat der Prepregs sind vorimprägnierte Faserbündel (sog. Towpregs). Sie unterliegen durch den Herstellungsprozess einer höheren Dimensionsvarianz, bieten jedoch gegenüber klassischen PrePregs einen erheblichen Kostenvorteil. Das macht sie vor allem für kostensensitive Anwendungen interessant.
Zusammen mit der Schütze GmbH forscht das IFW im BMWK geförderten Projekt „TowPregRod“ an der Verarbeitung von Towpregs in einem kontinuierlichen Prozess zu CFK-Sandwichstäben. Innerhalb des Projekts betreibt der Projektpartner Schütze die Prozessentwicklung und -erforschung für die Ablage der Towpregs in Stabrichtung. Anschließend wird der unidirektional verstärkte Stab über eine vom IFW entwickelte multi-orbitale Legeeinheit mit Winkellagen versehen. Dazu legen zwei gegensinnig rotierende Orbitalträger mit jeweils bis zu zwölf Ablegeeinheiten die Towpregs auf dem Stab kontinuierlich und vollflächig ab. Die Anzahl der benötigten Ablegeeinheiten ist dabei abhängig vom Stabdurchmesser und dem gewünschten Faserwinkel. Die Anlage ist modular aufgebaut und soll den Anforderungen entsprechend an die gewünschte Stabkonfiguration angepasst werden können. Geplant ist die Endlosfertigung torsionssteifer Stäbe in einem Durchmesserbereich von 15 – 80 mm und Winkellagen im Bereich von 30 – 85°. Im Anschluss an die Belegung werden die Stäbe im Online-Prozess unter Druck und Temperatur ausgehärtet.
Da CFK-Bauteile entlang der Faserrichtung hohe Festigkeiten aufweisen, kann durch die zusätzlichen Winkellagen das Anwendungsgebiet der CFK-Sandwichstäbe deutlich erweitert werden. Während unidirektionale CFK-Lagen entlang der Stabachse vor allem die mechanischen Zug- und Druckeigenschaften verbessern, bewirken Winkellagen die diagonal zur Längsachse angeordnet sind eine Erhöhung der Torsionssteifigkeit. Darüber hinaus können Rohre mit Winkellagen deutlich höheren Innendrücken standhalten und eignen sich dadurch auch zur Medienführung unter hohem Druck.
Das im Projekt erlangte Wissen zur Verarbeitung von Towpregs kann in allgemeine Konstruktionsrichtlinien für kostengünstige, robuste Legesysteme für vorimprägnierte Rovings überführt werden und so das Einsatzspektrum der Towpregs auf weitere, von Nasslaminierverfahren dominierten Kleinserienproduktionen ausdehnen.
Wir bedanken uns für die im Rahmen des sechsten zivilen Luftfahrtforschungsprogramms (LuFo VI) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) zur Verfügung gestellten Mittel, sowie die gute Zusammenarbeit mit der Schütze GmbH.
Kontakt:
Für weitere Informationen steht Ihnen Marco Bogenschütz, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 (0) 4141 - 77638 – 25 oder per E-Mail unter bogenschuetz@ifw.uni-hannover.de gern zur Verfügung.
