Aushärtesystem für Faserverbundwerkstoffe
Final Report Abstract
Die Anlage besteht aus drei individuell regelbaren Temperierkreisläufen für Thermalöl mit einem hohen Durchsatz und hoher thermischer Leistung. Zweck der Anlage ist die regelbare Aufheizung, Temperierung und Abkühlung von RTM-Werkzeugen bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen mit duromerer Matrix. Das als Zubehör beschaffte Universalwerkzeug kann durch seine Konstruktion mit Oberflächennahen Temperierkanälen schnell und lokal unterschiedlich beheizt werden. Anlage und Universalwerkzeug sind sowohl vorgesehen, um Probekörper und Versuchsbauteile herzustellen, als auch dazu geeignet, eigene Fragestellungen, die sich nur mit der Anlagen- und Werkzeugkonfiguration erzeugen lassen, zu untersuchen. Das Gerät wurde daher im betrachteten Zeitraum in großem Umfang genutzt, um hochwertige Probe- und Prüfkörper für laufende Projekte, z.B. für das DFG-Vorhaben FOG 1224 I "Schwarz-Silber", herzustellen. Zudem konnten mit dem Einsatz der Anlage eine Vielzahl von Demonstratorbauteilen für das Forschungsprojekt KOLIPRI (Luftfahrtforschungsprogramm VI) erzeugt werden. Darüber hinaus leistet(e) die Anlage einen wichtigen Beitrag zur Herstellung von Bauteilen und Prüfkörpern für Vorarbeiten für neue Forschungsanträge. Dazu wurden u.a. für einen geplanten DFG-Antrag mit dem Gerät Prüfkörper mit integrierten optischen Sensoren hergestellt, um die Bildung von Eigenspannungen im Aushärteprozess zu quantifizieren. Die Möglichkeiten, die sich durch die Anlagekonfiguration selbst ergeben, wurden im Förderprojekt FAST-RTM eingehend untersucht. Ziel des Projektes waren die Analyse der Wirtschaftlichkeit verschiedener Aufheiztechnologien und deren Kombinationen sowie die Untersuchung des Einflusses verschiedener Werkzeugkonstruktionen. Die Validierung umfangreicher Arbeiten zur thermischen Simulation der RTM- Prozessführung wurden mit dem Gerät durchgeführt. Ergebnisse dieser Arbeiten, insbesondere eine neue entwickelte Hybridheizung unter zusätzlicher Nutzung von beheizbaren, "verlorenen" Kernen konnten im Forschungsprojekt CFK-Integral verwendet werden. Diese Arbeit leistetet einen wichtigen Beitrag dazu, die Fertigungsmöglichkeit einer neuer Bauweise eines Flugzeugstrukturbauteils nachzuweisen. Gemäß der Beantragung des Großgerätes wurde und wird der Einfluss der Prozessführung auf die entstehende inneren und äußere Bauteilqualität untersucht. Dazu wurden systematisch Verformungen der Bauteile beobachtet und analysiert, die sich durch verschiedene Aufheizgeschwindigkeiten und Haltetemperaturen ergeben. Die Beobachtungen wurden zur Verbesserung und Validierung von thermomechanischen Werkstoffmodellen für die Matrix und den Faserverbundwerkstoff verwendet. Die Untersuchungen führten zur diversen Abschlussarbeiten und Veröffentlichungen. Die Ergebnisse führten zu weiteren Versuche, bei denen die Prozessführung im Werkzeug bzw. Bauteil lokal variiert wurde, um eine gezielte Verzugseinstellung des Bauteils zu generieren. Diese erfolgreichen Versuche sollen fortgesetzt werden, um ein Verfahren zu entwickeln, mit welchen eine Verzugskompensation möglich wird. Weiterhin sind, wie im Antrag des Geräts beschrieben, Untersuchungen zur Beeinflussung des Porengehalts durch die Prozessführung und die Einbettung weiterer Sensoren im Bauteil geplant.
Publications
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Beschleunigte Prozesskette für die Herstellung von CFK-spanten in hoher Stückzahl. DGLR Kongress 2010, 31.8.-2.9.2010 Hamburg
Holger Purol, André Stieglitz, Peer Woizeschke, Axel Herrmann
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Accelareted heating of water-soluble mandrel materials. JEC Composite, Magazine Issue 63 (3.2011), S 81
André Stieglitz
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Analyse der prozess-bedingten Verformungen einer versteiften CFK-Composite Schale unter Anwendung von kohäsiven Elementen. NAFEMS Online Magazin, Nr. 1 (2011) Ausgabe 18, S. 44-54
Christian, Brauner, Axel Herrmann
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RTM Tool heating and online manufacturing control for accelerated and high quality frame structure production. JEC Show Asia 2011 - International Composite Summit, 2011, Singapur
André Stieglitz, Mirko Christ, Christian Brauner, Axel Herrmann
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Sensor Integration and Beyond: sensorial Material: Smart Materials Processing -Integration of Sensors ins Polymeric Composites. Euromat 2011, Montpellier (F), 2011
Mirko Christ, Christian Brauner, Konstantin Schubert, André Stieglitz, Simon Kibben, Axel Herrmann
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Microlevel Manufacturing Process Simulation of Carbon Fiber/Epoxy Composites to analyse the Effect of Chemical and Thermal induced Residual Stresses. Journal of Composite Materials 2123 - 2143, 2012
Christian Brauner, Tim Berend Block, Holger Purol, Axel Herrmann
