TY - BOOK

T1 - Entwicklung einer modellbasierten Fertigungstechnik zur intrinsischen Herstellung von hybriden Verbundwerkstoffen

AU - Hergan, Patrick

N1 - nicht gesperrt

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Das One-Shot-Hybrid-RTM (OSH-RTM) Verfahren bezeichnet einen Prozess zur intrinsischen Fertigung von hybriden Verbundwerkstoffen. Obwohl diese Verfahrensvariante bereits in einigen Forschungsarbeiten aufgegriffen wurde, fand sie bis dato nur wenig Zuspruch in der Industrie. Grund hierfür dürfte ein fehlendes Verständnis der Einflüsse der Prozessparameter auf die Qualität des Hybridverbundes sein. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit darauf eingegangen und es werden modellbasierte Lösungsansätze für die gefundenen Herausforderungen präsentiert. Mithilfe einer Design of Experiments Studie wurden die wichtigsten Einflussgrößen ermittelt. Hierzu zählen neben der Werkzeug- und Harztemperatur auch der Massestrom der Injektion. Diese Parameter sowie deren Wechselwirkung wirken sich insbesondere auf das Leerstellenvolumen der Verbundkomponente aus. Um diesem Effekt entgegenzuwirken wurde unter Anwendung des Gesetzes von Darcy eine Fließgeschwindigkeitsregelung entwickelt. Mithilfe von kapillaren Steigexperimenten an der Preform konnte eine ideale Fließgeschwindigkeit ermittelt werden, welche zu einem reduzierten Porenvolumen im Bauteil führt. Des Weiteren wurde der Einsatz von vibrierenden Ventilen an den Entlüftungsleitungen des Formwerkzeugs untersucht. Während des Spülvorganges führt das zyklische Schließen und Öffnen der Leitungen zu einem pulsierenden Fluiddruck im Forminneren. Dieser erzwingt ein Vibrieren der in der Faserstruktur eingeschlossenen Poren, wodurch sich diese leichter mit dem Fluidstrom mitbewegen können. Mit der Methodik lässt sich das Leerstellenvolumen in den angussfernen Zonen des Bauteils weiter reduzieren. Des Weiteren wurde der Einfluss der Oberflächenstruktur der Metallkomponente auf die Interfacestärke des Hybridverbundes untersucht. Um eine konstante Aushärtung des Verbundwerkstoffes garantieren zu können wurde eine Methodik zur online Ermittlung des Glasübergangspunktes entwickelt. Hierdurch ist eine ganzheitlich modell- und sensorgestützte Prozessregelung aller im geschlossenen Formwerkzeug ablaufender Prozessschritte des OSH-RTM Verfahrens möglich.

AB - Das One-Shot-Hybrid-RTM (OSH-RTM) Verfahren bezeichnet einen Prozess zur intrinsischen Fertigung von hybriden Verbundwerkstoffen. Obwohl diese Verfahrensvariante bereits in einigen Forschungsarbeiten aufgegriffen wurde, fand sie bis dato nur wenig Zuspruch in der Industrie. Grund hierfür dürfte ein fehlendes Verständnis der Einflüsse der Prozessparameter auf die Qualität des Hybridverbundes sein. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit darauf eingegangen und es werden modellbasierte Lösungsansätze für die gefundenen Herausforderungen präsentiert. Mithilfe einer Design of Experiments Studie wurden die wichtigsten Einflussgrößen ermittelt. Hierzu zählen neben der Werkzeug- und Harztemperatur auch der Massestrom der Injektion. Diese Parameter sowie deren Wechselwirkung wirken sich insbesondere auf das Leerstellenvolumen der Verbundkomponente aus. Um diesem Effekt entgegenzuwirken wurde unter Anwendung des Gesetzes von Darcy eine Fließgeschwindigkeitsregelung entwickelt. Mithilfe von kapillaren Steigexperimenten an der Preform konnte eine ideale Fließgeschwindigkeit ermittelt werden, welche zu einem reduzierten Porenvolumen im Bauteil führt. Des Weiteren wurde der Einsatz von vibrierenden Ventilen an den Entlüftungsleitungen des Formwerkzeugs untersucht. Während des Spülvorganges führt das zyklische Schließen und Öffnen der Leitungen zu einem pulsierenden Fluiddruck im Forminneren. Dieser erzwingt ein Vibrieren der in der Faserstruktur eingeschlossenen Poren, wodurch sich diese leichter mit dem Fluidstrom mitbewegen können. Mit der Methodik lässt sich das Leerstellenvolumen in den angussfernen Zonen des Bauteils weiter reduzieren. Des Weiteren wurde der Einfluss der Oberflächenstruktur der Metallkomponente auf die Interfacestärke des Hybridverbundes untersucht. Um eine konstante Aushärtung des Verbundwerkstoffes garantieren zu können wurde eine Methodik zur online Ermittlung des Glasübergangspunktes entwickelt. Hierdurch ist eine ganzheitlich modell- und sensorgestützte Prozessregelung aller im geschlossenen Formwerkzeug ablaufender Prozessschritte des OSH-RTM Verfahrens möglich.

KW - One-Shot-Hybrid-Resin-Transfer-Moulding

KW - Resin-Transfer-Moulding

KW - Hybrid Composites

KW - Modell-Based-Processing

KW - One-Shot-Hybrid-Resin-Transfer Moulding

KW - Resin-Transfer-Moulding

KW - Hybridverbund

KW - Modellbasierte Fertigung

M3 - Dissertation

ER -