TFPInsert: Krafteinleitungselemente einsticken

Demonstrator für die im Projekt TFPInsert entwickelte Technologie: Der Kraftaufnehmer aus CFK ist Teil einer Fahrrad-Bremsscheibe. (Quelle: ITA |KEM)

Das jetzt abgeschlossene Projekt TFPInsert eröffnet die Möglichkeit, Composites bereits im Preforming-Prozess mit metallischen Inserts auszustatten, wie das Magazin KEM Konstruktion berichtet. Mit Hilfe der Technologie können hybride Leichtbaukomponenten mit lösbaren Verbindungen zwischen Faserverbund- und Metallbauteilen automatisiert hergestellt werden.

Bisher müssen metallische On- oder Inserts entweder mit hohem Zeitaufwand auf das konsolidierte Bauteil aufgeklebt werden, oder es werden Bohrungen zum Einkleben von Inserts im bereits ausgehärteten Bauteil angebracht. Die Nachteile: Aufgeklebte Inserts sind durch die Klebefläche beschränkt. Andererseits führt das Integrieren von Inserts in Bohrungen zu einem hohen Werkzeugverschleiß.

Im Projekt TFPInsert wurde ein automatisiertes Verfahren entwickelt, mit dem die Preforms hergestellt und im Prozess bereits mit metallischen Verbindungselementen funktionalisiert werden können. Genutzt wird dazu das Tailored Fibre Placement (TFP) – ein spezielles Verfahren, das eine kraftflussgerechte, endkonturnahe und effiziente Faserablage möglich macht. Verschnittraten unter fünf Prozent können so erreicht werden. TFP kommt bereits vereinzelt für Komponenten in der Luft- und Raumfahrt und im Automobil zum Einsatz.

Die Projektpartner – das Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University und die technische Stickerei Hollmann – haben einen sogenannten Insert-Applikator für den TFP-Prozess entwickelt: Er kann metallische Verbindungselemente (Inserts) während der Preforming-Herstellung automatisiert und präzise ablegen. Die Vorrichtung fixiert die Krafteinleitungselemente in den Preforms aus Verstärkungsfasern.

Zwei Konzepte haben die Projektpartner untersucht: das Übersticken mit Carbonfaserbündeln und das zusätzliche Feststicken auf den Preform-Lagen. Beiden gemeinsam ist, dass nach dem aktuellen Stand der Technik jeweils zwei Preforms mit bidirektionaler Faserorientierung (0° und 90°) abgelegt werden. Das Insert wird zwischen den beiden Preforms eingelegt. Für die Gewindebuchse des Inserts muss ein Loch in den oberen Preform gestanzt werden. Durch das Integrieren der Inserts im TFP-Verfahren im ersten Verfahren kann die Ausreißfestigkeit um 20 bis 40 Prozent erhöht werden. Das zusätzliche Feststicken der überstickten Inserts beim zweiten Konzept führt zu einer weiteren Erhöhung der Ausreißfestigkeit um acht Prozent.

Viel entscheidender ist nach Angaben der Forschenden aber die Einsparung der Prozesszeit beim Applizieren der Inserts. Die Produktionszeit für das Sticken ist mit maximal 850 Stichen/min vorgegeben. Doch der neu entwickelte Insert-Applikator macht den Griff zu Fixierspray und Schablone überflüssig und kann so den Prozess deutlich verkürzen. Während die manuelle Insert-Ablage über eine Minute benötigt, positioniert der Applikator das Insert in wenigen Sekunden. Das zusätzliche Feststicken des Inserts benötigt insbesondere durch manuelle Stiche über fünf Minuten. Der Insert-Applikator hingegen kann das Bereitstellen, präzise Positionieren und Fixieren des Inserts in rund zehn Sekunden erledigen.


Quelle und weitere Infos: KEM Konstruktion, Industrieanzeiger

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