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49,80 €ISBN 978-3-8440-5982-3Paperback252 Seiten117 Abbildungen338 g21 x 14,8 cmDeutschDissertation
Juni 2018
Klaus Vonberg
Konzept und Umsetzung für eine modular aufgebaute Anlage zur Hybridrovingherstellung
Hybridrovings bestehen aus verschiedenen Faserkomponenten mit dem Ziel, die Stärken der einzelnen Komponenten im Garnverbund hervorzuheben. Gerade im Bereich der thermoplastischen Faserverbundkunststoffe kommen Hybridrovings verstärkt zum Einsatz. Diese bestehen aus Verstärkungsfasern wie Glas- oder Carbonfasern sowie thermoplastischen Filamentgarnen. Solche Hybridrovings können auf konventionellen Textilmaschinen zu Halbzeugen verarbeitet werden. Durch die vorliegende Durchmischung liegen beide Komponenten nebeneinander vor, sodass die Fließwege der Matrix bei der anschließenden Konsolidierung im Formwerkzeug gering ausfallen. So ist das Potential für kurze Zykluszeiten bei der Herstellung solcher FVK beispielsweise für Anwendungen im Automobilbereich gegeben. Das Defizit bei den am Markt erhältlichen Hybridrovings liegt vor allem in der inhomogenen Durchmischung sowie den begrenzten verfügbaren Materialkombinationen. Dies gilt insbesondere für Hybridrovings, basierend auf Carbonfaser-Heavy-Tows. Dazu wird im Rahmen dieser Dissertation eine modular aufgebaute Anlage zur Herstellung von Hybridrovings entwickelt. Der modulare Aufbau ermöglicht die Herstellung von Zwischenprodukten wie Slit Tows sowie eine zügige Anpassung der Maschine an mögliche, geänderte Marktanforderungen. Für eine hohe Produktivität des Prozesses liegt der Fokus auf Carbonfaser-Heavy-Tows.
Der Ansatz der Maschinenentwicklung erfolgt über ein Basiskonzept, das die Teilmodule „Abziehen“, „Spreizen“, „Schneiden“, „Positionieren“, „Bebindern“, „Mischen“, „Heizen“ und „Aufwickeln“ enthält. Dazu erfolgt zu Beginn eine Analyse dieses Prozesses, basierend auf den Anforderungen an die einzelnen Module zur Verarbeitung von Carbonfaser-Heavy-Tows zu Hybridrovings. Hieraus ergeben sich in der Konzeptionierungsphase Lösungsprinzipien, aus denen im weiteren Verlauf verschiedene Gesamtkonzepte abgeleitet werden. Dabei werden ein kostenorientiertes, ein qualitätsorientiertes sowie ein nutzenorientiertes Konzept entwickelt. Eine Bewertung der Konzepte unter technologischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten stellt die Grundlage zur Auswahl des final umgesetzten Konzepts dar. Die Bewertung der Anlage von Prozessseite erfolgt über Untersuchungen am Modul „Schneiden“, da dieses als kritisch für die Prozessstabilität angesehen wird. Dazu werden Slit Tows produziert und gleichzeitig eine Erfassung der Breitenschwankung der Slit Tows durchgeführt. Die Bewertung der Technologie von Materialseite erfolgt durch die Produktion von Hybridrovings sowie deren Verarbeitung zu FVK. Zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften werden Hybridrovings basierend auf Carbonfasern und Polyamid 6.6 Filamentgarnen hergestellt und zu unidirektionalen FVK mittels Heißpressen verarbeitet. Die Bewertung der Anlage unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten geschieht durch eine modulare Prozessanalyse basierend auf 50 K Carbonfaser-Heavy-Tows.
Der Ansatz der Maschinenentwicklung erfolgt über ein Basiskonzept, das die Teilmodule „Abziehen“, „Spreizen“, „Schneiden“, „Positionieren“, „Bebindern“, „Mischen“, „Heizen“ und „Aufwickeln“ enthält. Dazu erfolgt zu Beginn eine Analyse dieses Prozesses, basierend auf den Anforderungen an die einzelnen Module zur Verarbeitung von Carbonfaser-Heavy-Tows zu Hybridrovings. Hieraus ergeben sich in der Konzeptionierungsphase Lösungsprinzipien, aus denen im weiteren Verlauf verschiedene Gesamtkonzepte abgeleitet werden. Dabei werden ein kostenorientiertes, ein qualitätsorientiertes sowie ein nutzenorientiertes Konzept entwickelt. Eine Bewertung der Konzepte unter technologischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten stellt die Grundlage zur Auswahl des final umgesetzten Konzepts dar. Die Bewertung der Anlage von Prozessseite erfolgt über Untersuchungen am Modul „Schneiden“, da dieses als kritisch für die Prozessstabilität angesehen wird. Dazu werden Slit Tows produziert und gleichzeitig eine Erfassung der Breitenschwankung der Slit Tows durchgeführt. Die Bewertung der Technologie von Materialseite erfolgt durch die Produktion von Hybridrovings sowie deren Verarbeitung zu FVK. Zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften werden Hybridrovings basierend auf Carbonfasern und Polyamid 6.6 Filamentgarnen hergestellt und zu unidirektionalen FVK mittels Heißpressen verarbeitet. Die Bewertung der Anlage unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten geschieht durch eine modulare Prozessanalyse basierend auf 50 K Carbonfaser-Heavy-Tows.
Schlagwörter: Hybridroving; Faserverbundkunststoffe; Textilmaschinenbau; Carbonfasern
Textiltechnik/Textile Technology
Herausgegeben von Univ.-Prof. Professor h. c. (MGU) Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Thomas Gries, Aachen
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