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T1 - Optimierung des Schlauchblas-RTM-Verfahrens zur effizienten Fertigung von endlosfaserverstärkten Hohlkörperstrukturen

AU - Schillfahrt, Christian

N1 - gesperrt bis 25-10-2022

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Das Schlauchblas-RTM (BARTM) Verfahren gehört zu den geeignetsten Verarbeitungsmethoden zur flexiblen sowie effizienten Fertigung von komplexen, endlosfaserverstärkten Hohlkörperstrukturen. Ein Schlüsselfaktor stellt hier die kontrollierte Kompaktierung und Imprägnierung der trockenen Preform dar, was angesichts der Vielzahl an unterschiedlichen Verfahrensvarianten und Prozessparametern jedoch nur schwierig zu beherrschen ist und dazu beiträgt, dass diese Technologie in Literatur und Praxis noch wenig Behandlung findet. Die vorliegende Arbeit adressiert daher die Optimierung der Injektionsphase eines druckgesteuerten BARTM-Prozesses unter Verwendung von geflochtenen Halbzeugen und wiederverwendbaren elastomeren Blasschläuchen mit Untermaß. Der gewählte methodische Ansatz umfasst einerseits eine grundlegende modellbasierte Beschreibung der relevanten Einflussgrößen der Kompaktierungs- und Infiltrationsphase sowie eine entsprechende Verifizierung durch praktische Untersuchungen. Aufbauend darauf erfolgten anhand von Füllversuchen eine systematische Evaluierung unterschiedlicher Prozesseinstellungen und die Identifikation eines hinsichtlich Füllzeit und Bauteilqualität optimalen Parametersets. Die Basis hierfür wurde durch die Entwicklung eines neuartigen anwendungsnahen Versuchsstands geschaffen, der eine automatisierte Tränkung von schlauchartigen Verstärkungsmaterialien unter kontrollierten Verarbeitungsbedingungen durch Einsatz eines nicht-reaktiven Testfluids erlaubt. Zur Beschreibung der verfahrensbedingten Kompaktierung der Preform wurde ein Prozessmodell erstellt, das eine Vorhersage der relevanten lokalen Kompaktierungsdrücke während der Infiltrationsphase ermöglicht. Eine effiziente Bewertung des Füllverhaltens von biaxialen Rundgeflechten erfolgte durch Charakterisierung der ungesättigten scheinbar globalen Permeabilität. Basierend auf den Ergebnissen der Prozessoptimierung wurde ein allgemein gültiges Prozessfenster des BARTM-Verfahrens abgeleitet, das kritische und empfohlene Arbeitsbereiche innerhalb der technischen Anlagengrenzen aufzeigt. Dies liefert somit einen wertvollen Beitrag hinsichtlich der Forderung nach einfachen Methoden zur Auslegung eines kontrollierten reproduzierbaren Herstellprozesses.

AB - Das Schlauchblas-RTM (BARTM) Verfahren gehört zu den geeignetsten Verarbeitungsmethoden zur flexiblen sowie effizienten Fertigung von komplexen, endlosfaserverstärkten Hohlkörperstrukturen. Ein Schlüsselfaktor stellt hier die kontrollierte Kompaktierung und Imprägnierung der trockenen Preform dar, was angesichts der Vielzahl an unterschiedlichen Verfahrensvarianten und Prozessparametern jedoch nur schwierig zu beherrschen ist und dazu beiträgt, dass diese Technologie in Literatur und Praxis noch wenig Behandlung findet. Die vorliegende Arbeit adressiert daher die Optimierung der Injektionsphase eines druckgesteuerten BARTM-Prozesses unter Verwendung von geflochtenen Halbzeugen und wiederverwendbaren elastomeren Blasschläuchen mit Untermaß. Der gewählte methodische Ansatz umfasst einerseits eine grundlegende modellbasierte Beschreibung der relevanten Einflussgrößen der Kompaktierungs- und Infiltrationsphase sowie eine entsprechende Verifizierung durch praktische Untersuchungen. Aufbauend darauf erfolgten anhand von Füllversuchen eine systematische Evaluierung unterschiedlicher Prozesseinstellungen und die Identifikation eines hinsichtlich Füllzeit und Bauteilqualität optimalen Parametersets. Die Basis hierfür wurde durch die Entwicklung eines neuartigen anwendungsnahen Versuchsstands geschaffen, der eine automatisierte Tränkung von schlauchartigen Verstärkungsmaterialien unter kontrollierten Verarbeitungsbedingungen durch Einsatz eines nicht-reaktiven Testfluids erlaubt. Zur Beschreibung der verfahrensbedingten Kompaktierung der Preform wurde ein Prozessmodell erstellt, das eine Vorhersage der relevanten lokalen Kompaktierungsdrücke während der Infiltrationsphase ermöglicht. Eine effiziente Bewertung des Füllverhaltens von biaxialen Rundgeflechten erfolgte durch Charakterisierung der ungesättigten scheinbar globalen Permeabilität. Basierend auf den Ergebnissen der Prozessoptimierung wurde ein allgemein gültiges Prozessfenster des BARTM-Verfahrens abgeleitet, das kritische und empfohlene Arbeitsbereiche innerhalb der technischen Anlagengrenzen aufzeigt. Dies liefert somit einen wertvollen Beitrag hinsichtlich der Forderung nach einfachen Methoden zur Auslegung eines kontrollierten reproduzierbaren Herstellprozesses.

KW - Hohlkörperstrukturen

KW - Faserverbundrohre

KW - Geflechte

KW - Resin Transfer Molding

KW - Schlauchblas-Verfahren

KW - Prozessmodellierung

KW - Prozesscharakterisierung

KW - Prozessoptimierung

KW - Permeabilität

KW - Infiltration

KW - Kompaktierung

KW - hollow composite structures

KW - composite tubes

KW - braided fabrics

KW - resin transfer molding

KW - bladder inflation molding

KW - process modeling

KW - process characterization

KW - process optimization

KW - permeability

KW - saturation

KW - compaction

M3 - Dissertation

ER -