Beitrag zur Qualitätssicherung beim in-situ Tape-Legen komplexer Laminate

• Contribution to quality assurance in in-situ tape laying of complex laminates

Buschhoff, Clemens; Brecher, Christian (Thesis advisor); Hopmann, Christian (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : Apprimus Verlag (2022)
Buch, Doktorarbeit

In: Ergebnisse aus der Produktionstechnik 9/2022
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Der Klimawandel und die daraus resultierenden ambitionierten Klimaziele zur Reduktion von CO2-Emissionen stellen insbesondere den Verkehrssektor vor eine Herausforderung. In der Nutzungsphase beeinflusst die Masse den Energiebedarf eines Fahrzeugs in entscheidendem Maße. Die Elektromobilität verstärkt diesen Trend, da Batteriegewichte kompensiert und die Reichweite maximiert werden müssen. Daher ist Leichtbau in der Entwicklung neuer Produkte ein vielfach gefordertes Kriterium. Faserverbund-Kunststoffe ermöglichen hier Leichtbauteile mit hohen mechanischen Eigenschaften. Die Herausforderung liegt dabei in einem effizienten Fertigungsprozess. Mit dem in-situ Tape-Legen ist es möglich, unidirektional faserverstärkte Thermoplast-Tapes last- und gewichtsoptimiert abzulegen und somit Bauteile sowohl generativ als auch automatisiert herzustellen. Thermoplastische Matrixsysteme sind hierbei sehr vielversprechend. Das Tape-Legen kann unter anderem mit bereits ausgereiften Technologien, wie dem Spritzgießen, kombiniert werden. Um die Technologie vermehrt anzuwenden, ist eine Auseinandersetzung mit den qualitätsbeeinflussenden Faktoren notwendig. Bislang wenig beachtete Faktoren sind die Eigenschaften des zu verarbeitenden Tapes. Durch schwankende Tape-Qualitäten und laterale Kurvenbahnen entstehen Defekte in Form von Faserwellungen und Fehlstellen. In dieser Arbeit wird daher das Tape-Legen von lateralen Kurvenbahnen untersucht. Dazu werden zunächst die Einflussfaktoren auf die Qualität beim Tape-Legen definiert und auf die Beeinflussbarkeit hin untersucht. Auf dieser Basis werden zwei Ansätze zur Qualitätssicherung entwickelt. Mit der Modifizierung des Tapes vor Ablage von Kurvenbahnen wird die Laminatqualität bei kurvigen Pfaden verbessert. Darüber hinaus wird mit einer in-Prozess Tape-Überwachung das eingehende Tape geprüft, wodurch sich der Tape-Lege-Prozess entsprechend anpassen und regeln lässt. Für beide Ansätze werden Module entwickelt, welche sich in bestehende Produktionssysteme integrieren lassen. Schließlich wird der Nachweis erbracht, dass mit den entwickelten Modulen Kurven mit größeren Winkeln, engeren Radien und breiteren Tapes als bisher realisierbar sind. Zudem ist auch eine kontinuierliche Erfassung charakteristischer Tape-Eigenschaften möglich.