Formkomplexe Faserverbundstrukturen automatisiert fertigen

Forschende des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover sowie der  Technischen Universitäten Clausthal und Braunschweig haben am Forschungszentrum CFK-Nord in Stade eine neue Legetechnolgie für entwickelt.

Ziel des Forschungsprojekts war die Entwicklung einer Technologie zum kontinuierlichen Nassdrapieren trockener Textilbahnen auf individuellen Strukturbauteilen. Das Drapiersystem sollte dabei flexibel auf die Ansprüche unterschiedlicher Anwendungsfelder konfigurierbar, die Technologie skalierbar sein.

Dazu konstruierten die Wissenschaftler ein neuartiges Strukturkonzept mit diagonalversteiftem Flugzeugrumpf. Dessen bionisch anmutende Versteifungsarchitektur ist individuell an die Belastungen im zugehörigen Rumpfsegment angepasst. Zudem wurden in der Strukturauslegung tesxtilspezifische Restriktionen in der Fertigung berücksichtigt.

Das Drapiersystem haben die Forscher modular aufgebaut. Das Faserhalbzeug kann vor dem eigentlichen Drapiervorgang in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten vorbereitet werden. Das Textil wird dabei in seinen Drapiereigenschaften durch Vorfixierung eines Thermoplastbinders beeinflusst, auf seine Endkontur zugeschnitten und mit einer duroplastischen Matrix im Mehrdüsen-Sprühauftrag imprägniert. Herzstück der Technologie ist das letzte Modul in der Kette, das Drapiermodul. Es platziert das Faserhalbzeug auf nahezu beliebig gekrümmten Oberflächen in textilgerechter Weise.

Mit dem neuen Strukturkonzept und der im Projekt umgesetzten Fertigungstechnologie lassen sich künftig das Hautfeld und die Versteifungsstruktur von Flugzeugrümpfen ohne zusätzliche Nietverbindungen fügen. So ensteht über die direkte Ablage der Versteifungen auf der noch unausgehärteten Rumpfaußenhaut ein Integralbauteil.

Das Legesytem soll nun in weiteren Anwendungen erprobt werden. Mit den Partnern   M&D Composites Technology und Schottel Hydro wird in dem Forschungsprojekt „Autoblade“ die Herstellung von Strukturen mit einem hohen Aspektverhältnis, wie etwa der Rotorblätter von Gezeitenströmungsturbinen erforscht.

Bild oben: Drapierung formkomplexer Strukturen. (Quelle: Universität Hannover)