Endkonturnahe Fertigung von CFK-Bauteilen in hoher · PDF fileMicrosoft PowerPoint - EVo-Vortrag_Wissenschaftstag_ Author: hoidis Created Date: 10/17/2011 1:56:08 PM

Endkonturnahe Fertigung von CFK-Bauteilen in hoher Stückzahl

S. TorstrickM. MeyerM. Wiedemann

Ziele des Technologieprojekts EVo in Stade

Institut für Faserverbundleichtbau und AdaptronikZentrum für Leichtbauproduktionstechnologie

EVo: Endkonturnahe VolumenbauteileEntwicklung einer vollautomatisierten Prozesskette zur Fertigung komplexer RTM-Bauteile

Komplexe, 3D-gekrümmte Geometrien Luftfahrt und AutomotiveStückzahlen bis 100.000 Stück/Jahr


Endkonturnahe Volumenbauteile

Was bedeutet „Near-Netshape-Bauweise“?Hochgenauer Zuschnitt des Preforms auf die Endkontur des Bauteils

Was sind die Vorteile?Vermeidung von Endkonturbearbeitung am ausgehärteten Bauteil

Keine thermische Schädigung der Matrix Keine mechanische Schädigung der Matrix Weniger WerkzeugverschleißDas Versiegeln der Schnittkanten wird unnötigProzesssicherheit bei der Injektion

Was sind die Nachteile?Kein Klemmen der Fasern im RTM-Werkzeug möglichKeine „Fehlerkorrektur“ möglich


Endkonturnahe Volumenbauteile

Viele ähnliche Bauteile in wenigen Flugzeugen

Wenige gleiche Bauteile in vielen Fahrzeugen

Hohe Stückzahlen

Sehr gute mechanische EigenschaftenSchadenstoleranz

Geringe KostenVerfügbarkeit

Werkstoffe

Qualitätsnachweis durch zerstörungsfreie Prüfung (100%)

Qualitätsnachweis durch Prozessstabilität und StichprobenQualität

Automotive Luftfahrt


Produktion eines „Typical“ Frame

Was bedeutet „Volumenbauteil“ im Bereich Luftfahrt?Hohe Stückzahlen bei leicht variierender Geometrie

140 – 200 CFK-Spante pro Flugzeug500 Flugzeuge pro Jahr

100.000 Spante pro Jahr20 Spante pro Stunde

Herausforderung: zugelassene Harzsysteme haben lange Aushärtezeiten

1K-Epoxidharz RTM6: 90min

Quelle: Airbus


geometrisch bedingterFaserverlauf

Zielbauteil Flugzeugspant

Z-, C- oder LCF-Profil (asymmetrisch, gekrümmt)Lokale AufdickungenLokale VerbreiterungenLaminatdicke 2 bis 5 mm Bogenlänge des Zielbauteils: 3-5m Radius variiert um 3m, nicht konzentrisch

geometrisch bedingter Faserverlauf


Schw

erpu

nkt E

VoAutomotive- Bauteilklassen

• Class-A Oberfläche

• designgetriebene Geometrie

• Gleichmäßige, hohe Energiedissipation bei Frontal- und Seitencrash

• Gestaltfestigkeit bei Frontal- und Seitencrash hohe Biege- und Torsions-steifigkeit

Außenhautbauteile

Energiedissipierende Strukturbauteile

Gestaltfeste StrukturbauteileQuelle: Dallara

Quelle: AudiQuelle: BMW

Quelle: Lotus


Zielbauteil Fahrzeugbodengruppe

Flächiges BauteilLokale AufdickungenMetallinlaysSchaumkerne


Harzsysteme (EP)

1K-SystemeDefinierte ZusammensetzungGekühlte LagerungRückstände in den Harzführenden Leitungen müssen entfernt werden Lange Aushärtezeiten

2K-SystemeKurze AushärtezeitenKeine Aushärtung der KomponentenEinsatz von internem Trennmittel oder Additiven möglichKonstantes Mischverhältnis gegen sich ändernden Forminnendruckmuss gewährleistet sein

Härtungstemperatur

Prozesszeit Materialkenn-werte

Härtungsbedingungen

Prozesszeit Material-kennwerte

Härtungstemperatur




Härtungstemperatur




Härtungstemperatur





Gesamtanlagenkonzept / Systemprozesssteuerung / Digitales LDS

Preforming Injektion

PROZESSRICHTUNG

EVo- Prozesskette

Faserhalbzeug

Materiallager

Geometrie

Sekundäre Preforms Einbinden fertiger Sub-Preforms

Primäres PreformingPreformen innerhalb

der Prozesskette

Feinbesäumen

Einlegen

Harzmatrix

RTM- Prozess

Aushärten

Entformung

Reinigung

Endkonturnahes B

auteil


Endkonturnahes Preforming

Primäre PreformingtechnologieInnerhalb der Anlage hergestellte Preforms

Zuschnitt von flächigem NCFAbsammeln und ZwischenspeichernAutomatisiertes Drapieren und Umformen von EinzellagenVerbinden und Konsolidieren von SubpreformsLokale Kombination mit AFP/DFP (Erweiterung)

Sekundäre PreformingtechnologieZuführen von vorkonfektionierten Sub-Preforms und deren

VerbindungFlechtschläucheKontinuierlich umgeformte Sub-PreformsSandwich-Kerne (Erweiterung)Metall-Inlays (Erweiterung)

FeinbesäumungLaser oder bahngeführtes Ultraschallmesser


AutomatisierteRTM-Anlage

Injektionsanlage TemperofenTemperieranlagePresse und Automation

Werkzeugkonzept

Preform


Gesamtanlagensteuerung & Inline QS

Schnittstellendefinition und Harmonisierung

Integration aller Teilanlagensteuerungen in einem Leitstand

Sammeln relevanter ProzessdatenMaschinenparameter

Sammeln Messtechnischer DatenSensorik, inline-QS

Auswertung und Bewertung von DatenDigitales Life-Data-Sheet

Wissenschaftliche Betrachtung des Zusammenhangs von Qualität, Produktivität und Wirtschaftlichkeit

Prozessfenster

Quelle: RWTH


Ziele und Abgrenzung des Projekts

Endkonturnahes PreformingAutomatisiertes Drapieren komplexer Geometrien Keine Nachbearbeitung am fertigen Bauteil Höhere Prozesssicherheit beim RTM-Prozess

Injektion bei hohen StückzahlenFaserschnelltränkung durch flächigen AngussSenkung der Pressenbelegungszeit durch TemperprozessHohe Variabilität durch mehrteiliges Werkzeugkonzept

Übergeordnete ProzesssteuerungInline-QSVirtueller ProzessOptimierung von Produktivität und Qualität


VIELEN DANK FÜR

IHRE AUFMERKSAMKEIT!

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