Hybridtextil mit der Matrix an Bord

Für die Serienfähigkeit ist die Zykluszeit, das heißt die Zeit, in der ein Bauteil auf der Maschine entstehen kann, entscheidend. Limitierend ist bei leichten Strukturbauteilen aus Faserverbundwerkstoffen dabei der hohe Handhabungsaufwand aufgrund einiger Umlagerungen in der Fertigungszelle.

Ein wichtiger Schritt ist dem Unternehmen Gustav Gerster gelungen: In einem Hybridtextil wurden Verstärkungsfaser und Kunststoffmatrix in einem Gewebe vereint. Das Textil bleibt trotz eingewebter Matrix hochdrapierfähig und ist für endkonturnahe Umformungen geeignet. Im Prozess könnte es das bisher verwendete Organoblech ersetzen. Die Innovation wurde 2020 durch die Leichtbau BW mit einem der monatlichen ThinKing-Awards ausgezeichnet.

Häufig werden als Halbzeuge Organobleche in Form konsolidierter, zugeschnittener Platten eingesetzt, die zuvor aus endlosen Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix hergestellt wurden. Zum Formen des Bauteils muss das Organoblech erneut aufgeheizt und anschließend umgeformt werden.

„Die Idee hinter Drapfix beziehungsweise Draptex Hybrid ist, sich in diesem Prozess einen Aufheizschritt zu sparen. Dazu verwenden wir Hybridtextilien, die die thermoplastische Matrix bereits im Garn enthalten, sodass sie nur ins zu verstärkende Bauteil oder ins Werkzeug eingelegt werden müssen, bevor man sie zeitgleich erhitzt und umformt.“
(Annika Muckenhaupt, Projektleiterin Composites bei Gustav Gerster GmbH & Co. KG, Geschäftsbereich Gerster Tech-Tex)

Das Biaxial-Gelege (0°/90°) mit endlosen Verstärkungsfasern und einer thermoplastischen Matrix wird aus Hybridgarnen hergestellt. Diese entstehen beim Spinnprozess, bei dem sich beide Materialien – Glasfaser und Thermoplast – homogen im Garn verteilen. So entstehen beim Aufschmelzen des Halbzeugs besonders kurze Fließwege für den Thermoplast. Daraus wiederum resultieren kurze Zykluszeiten für das Herstellen des faserverstärkten Bauteils.

Mit der Direktumformung konnten bisher Demonstratoren mit Glasfasern und PP (Polypropylen) als Matrix erfolgreich produziert werden. In der Testphase befinden sich Bauteile mit Hybridtextilien aus Glasfasern und PA (Polyamid) als Matrix. Denkbar seien jedoch auch Naturfasern, beispielsweise Leinen, als Verstärkungsfasern.

Wird das Hybridmaterial direkt in die Form eingelegt, passt es sich dank der guten Drapiereigenschaften des Grundtextils faltenfrei an. Die mechanischen Eigenschaften des späteren Bauteils profitieren davon, dass die Fasern dabei ihre gewünschte Ausrichtung und Lage im Textil – und damit im fertigen Bauteil – beibehalten. In der Fertigung erfolgt das Ausstreichen von Hand oder automatisiert mithilfe kleiner Rollen. Komplexe Geometrien wie Eckwinkel oder tiefe Mulden sind in einem Schritt drapierbar.

Hier liegt auch ein entscheidender Unterschied dieser Alternative zu Organoblechen: Durch die Biegeschlaffheit des Textils und die besondere Bindung passt sich das Hybrid-Material auch dort sehr gut den vorgegebenen Geometrien an, wo beispielsweise die Drapierbarkeit von Organoblechen an Grenzen stößt.

Anwendungen des textilen Halbzeugs finden sich in der Automobil-Branche sowie in der Luft- und Raumfahrt. Hersteller von Nutzfahrzeugen oder Reisemobilen könnten von diesem Material ebenso profitieren wie Sportgerätehersteller.

Das Unternehmen Gustav Gerster sucht für dieses innovative Hybridmaterial Industriepartner, um in einem gemeinsamen Projekt den Weg in die Serie weiter voranzutreiben.


Quelle und weitere Infos: Leichtbau BW

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