Технологии

Ручное или контактное формование

Das Handlaminieren stellt das älteste und einfachste Herstellungsverfahren für faserverstärkte duroplastische Bauteile dar (FVK).

Bereits in den 50er Jahren wurde es als “Handauflegeverfahren” im Bootsbau, Segelflugzeugbau und für die Behälter- und Beckenauskleidung angewendet.  Als das Verfahren mit den geringsten Investitionskosten und maximaler Freiheit bei der formlichen Bauteilgestaltung ist das Handlaminieren heute noch weit verbreitet.

Ein weiterer Vorteil ist die große Vielfalt an geeigneten Faserhalbzeugen in Form von Matten, Geweben, Gelegen, Vliesen und Kernlagenmaterialien. In offenen, vorwiegend muldenartig gewölbten Formwerkzeugen wird das Fasermaterial Lage für Lage eingelegt, mittels Fellroller und Pinsel mit Harz imprägniert und mit Entlüftungswalzen verdichtet.

In Handarbeit entstehen Laminate mit einer formglatten und einer faserstrukturierten Seite. Wegen des hohen manuellen Aufwands und der geringen Reproduzierbarkeit der Endqualität wird das Handlamierverfahren überwiegend für die Herstellung von Einzelteilen oder Baureihen mit geringer Stückzahl eingesetzt.

Напыление рубленного ровинга

Das Harz-Faserspritzen stellt eine Weiterentwicklung des Handlaminierens dar.

Mittels einer Spritzpistole wird das Harz-Härtergemisch in das offene Formwerkzeug gesprüht. Ein auf der Pistole angebrachtes rotierendes Schneidwerk zieht auf der einen Seite den Textilglasroving ein und schleudert auf der anderen Seite die geschnittenen Fasern direkt in den Harzstrahl.

Der im Formnest applizierte “Faserpelz” muss – wie beim Handlaminieren – lagenweise mit Laminierrollern entlüftet und verdichtet werden. Durch die teilweise Mechanisierung des Materialauftrags durch Faserspritzmaschinen ist der Herstellungsprozess mit einem verringerten handwerklichen Anteil verbunden.

Das Faserspritzverfahren eignet sich für mittlere Stückzahlen großer und sehr großer Bauteile mit geringen Anforderungen an die mechanische Festigkeit. Ein erheblicher Vorteil gegenüber Verfahren, die mit flächigen Textilverstärkungen arbeiten, ist die hohe Materialausbeute. Harz und Fasern werden nahezu abfallfrei an der gewünschten Stelle und im vorgewählten Mischungsverhältnis aufgetragen.

Мокрое прессование

Unter Nasspressen versteht man die Verarbeitung flüssiger Reaktionsharze und Verstärkungsfasern in zweiteiligen Formen, die mittels einer Presse geschlossen werden. Das Harz wird dabei meist zentral oder nach einem festen Gießplan auf das Faserpaket gegossen.

Während des Schließvorgangs verteilt sich das Harz im gesamten Formnest und benetzt die Verstärkungsfasern.  Nach einer Härtungsphase wird das Werkzeug geöffnet und das Formteil entnommen. In beheizten Werkzeugen sind Taktzeiten von wenigen Minuten realisierbar.

Die Formteile zeichnen sich durch einen sehr hohen Faservolumenanteil aus und sind beidseitig glatt. Von der Beschickung der Form mit vorgeformtem Faserhalbzeug, über  das druck- und geschwindigkeitsgeregelte Zufahren und Zuhalten, bis zu Auswerfersystemen, die die Entformung unterstützen: das Nasspressen lässt sich in hohem Maße automatisieren und programmierbar steuern.

Je nach Größe der Fertigungsserie werden Werkzeuge aus Kunstharz, Alu oder Stahl verwendet. Die Pressenbelegungszeit lässt sich durch Einsatz von Schiebetischpressen und Wechsel-Unterschalen reduzieren.

Филаментная намотка

Im Wickelverfahren werden vorzugsweise rotationsymmetrische Formteile wie Behälter, Rohre, Wellen und Walzen hergestellt. Die Bauteilgeometrie wird dabei durch den Wickelkern vorgegeben, auf dem die mit Harz imprägnierten Fasern abgelegt werden. Bei zylinder- oder kegelförmigen Teilen kann der Kern wiederverwendet werden. Bei geschlossenen Formen verbleibt der Kern im Bauteil
(verlorener Kern / Liner).

Beim Wickeln wird das Fasermaterial, meist Rovings, durch ein mit dem Reaktionsharz gefülltes Imprägnierbad geführt und über einen Abstreifer dem Legekopf zugeführt. Der Legekopf legt den Roving nach einem vorprogrammierten Muster auf den rotierenden Kern ab. Dabei lässt sich die Verdichtung des entstehenden Laminats u.a. über die Fadenspannung zwischen Legekopf und Wickelkern regulieren. Um ein Zusammenlaufen des Harzes an der tiefsten Stelle zu vermeiden, wird der Körper bis zum Gelieren des Harzes unter Rotation gehalten.

Пултрузия

Das Strangziehverfahren ist ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Stäben, Rohren und Profilen. Je nach Anforderung an Festigkeit und Oberflächengüte können eine Vielzahl an Faserhalbzeugen verwendet werden.

Rovings, Matten, Gewebe, Gelege und Vliese werden aus einem Vorratsmagazin abgezogen und im gewünschten Lagenaufbau zu einem Strang gebündelt. Dieser trockene Compound wird durch ein Harzbad und dann durch mehrere hintereinandergeschaltete, beheizte Werkzeugdüsen gezogen.

Neben der Auswahl der Verstärkungsfasern und der Harzrezeptur können die Endeigenschaften der Pultrudate auch durch Variation der Werkzeugtemperatur und der Abzugsgeschwindigkeit gesteuert werden. Nach der Heizstrecke durchlaufen die gehärteten Profile eine Kühlung, bevor sie durch mitlaufende Sägen abgelängt werden. Dünne Stäbe und flache Profile lassen sich auch auf großen Trommeln endlos aufwickeln.

Вакуумная инфузия

Die Vakuuminfusion ist das einfachste Harzinjektionsverfahren. Als Gegenform dient eine harz- und gasdichte Folie, die mittels Dichtband am Formrand angeklebt wird.

Das Harzgemisch wird mittels Unterdruck durch die Kavität transportiert. Auf diese Weise erhält man Faserverbundteile, die eine glatte Vorder- und eine leicht wellige Rückseite haben. Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber dem Handlaminieren ist die höhere Reproduzierbarkeit im Hinblick auf den Faservolumengehalt. Ein Nachteil ist der relativ hohe Zeitaufwand für das Anbringen der Harzleitungen und das Abdichten der Vakuumfolie. Daher eignet sich dieses Verfahren nur für Kleinserienproduktion.

Da der komplette für die Infusion benötigte Harzansatz vorgemischt wird, können in der Regel nur mittel- und niedrigreaktive Systeme verarbeitet werden. Durch den Einsatz von Hilfsmaterialien, wie z.B. Verteilmedium und Membranleitung, lässt sich die Prozesssicherheit deutlich verbessern. Vorgeformte, wiederverwendbare Vakuumdichthauben aus Silikon reduzieren den manuellen Aufwand beim Schließen und Abdichten der Form.

Инжекция в закрытую форму (RTM)

Das Harzinjektionsverfahren, auch RTM genannt (Resin Transfer Moulding), hat sich in den letzten Jahren als kostengünstiges Verfahren zur Herstellung beidseitig glatter FVK-Bauteile für kleine und mittelgroße Produktionsserien permanent weiterentwickelt.

Die Investitionskosten für Anlagen und Werkzeuge können insbesondere bei Verwendung von Kunststoffformen niedrig gehalten werden. In das zwei- oder mehrteilige Werkzeug werden flächige Verstärkungstextilien, Sandwichmaterialien und Einleger schichtweise von Hand eingelegt. Dieser zum Teil aufwändige manuelle Arbeitsschritt wird in zunehmendem Maße durch einen vorgeschalteten Preforming-Prozess ersetzt.

Der trockene Faserpreform lässt sich maschinell ins Werkzeug einlegen. Nach dem Schließen des Werkzeugs wird das Harz-Härtergemisch unter Druck in die Form injiziert und durchtränkt auf seinem Fließweg das Faserpaket. Die eingeschlossene Luft kann durch sogenannte Entlüftungssteiger entweichen. Nachdem die Form vollständig gefüllt ist, wird der Anguss geschlossen und die Härtung abgewartet. Die Härtungszeit kann mittels beheizter Werkzeuge auf wenige Minuten verkürzt werden.

Автоклавное формование

Der Autoklav ist ein beheizbarer Druckkessel zur Aushärtung von Fasercompounds mit hohem Faservolumengehalt und geringer Porigkeit.

Mit Harz vorgetränkte Faserhalbzeuge (Prepregs) werden von Hand lagenweise in ein offenes Werkzeug eingelegt und mit einer harz- und gasdichten Folie als Gegenform abgedeckt. Die Kavität unter der Folie wird evakuiert. Die Aushärtung erfolgt im Autoklav je nach Material bei Drücken von 2 – 10 bar und 100 – 180°C.

Wie bei der Vakuuminfusion erhält man Bauteile mit einer glatten Vorder- und einer leicht welligen Rückseite. Die Reproduzierbarkeit ist sehr hoch. Sandwichmaterialien, lokale Faserverstärkungen und metallische Einleger lassen sich leicht und relativ exakt positionieren. Der Investitionsaufwand ist vergleichsweise hoch, die Produktivität niedrig. Autoklavpressen wird überwiegend dort eingesetzt, wo Kleinserien in höchster Qualität hergestellt werden müssen, z.B. in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Motorsport, Windenergie, Sportgeräte oder Medizintechnik.

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