Effektive neue Selbsterwärmungstechnologie
In zahlreichen Anwendungen setzt man zunehmend auf Verbundwerkstoffe, so dass die derzeitige Nachfrage die Produktionskapazitäten der Hersteller überschreitet. Textile Preforms in Kombination mit flüssig formenden Technologien bieten spannende Möglichkeiten zur Automatisierung und Steigerung der Produktivität, aber zum Meistern bestimmter technischer Herausforderungen braucht es Innovationen. EU-Finanzmittel verschafften Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern die Möglichkeit, im Rahmen des Projekts http://www.embroidery-project.eu./ (EMBROIDERY) Lösungen zu entwickeln. Schwerpunkt war die gezielte Anwendung der TFP-Technologie (Tailored Fibre Placement), die in den 1990er Jahren für Stickmaschinen entwickelt wurde. Die Forschenden passten sie an die Herstellung moderner Verbundwerkstoffe an, indem Kohlenstofffasern oder Metalldrähte in elastomere Materialien oder starre Verbundlaminate eingebettet wurden, um eine sich durch Widerstand selbst erwärmende Schicht zu erzeugen. Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) benannten drei Anwendungsfälle: selbstbeheizte flexible Membranen für Preform- oder Reparaturaufgaben, selbsterwärmende starre Laminate für den Werkzeugbau (Formverfahren) und selbsterwärmdende starre Laminate für multifunktionale Komposite. Das Team entschied sich zu Versuchszwecken für Silikonmembranen in Kombination mit Prepreg-Materialien, einem Harz zum Flüssiglaminieren und einer Gel-Oberflächenbeschichtung für die Laminate. Mit Wärmeübertragungssimulationen erkundete man die beste Konfiguration der selbsterwärmenden Laminate für eine homogene Wärmeverteilung in den RTM-Formen (Resin Transfer Moulding, Harzinjektion). TFP ermöglicht eine Lenkung der Fasern, so dass die Faserorientierung entsprechend dem Spannungsfeld zur optimalen Verstärkung, dem Materialeinsatz und den extrem leichten Bauteilen ausgerichtet werden kann. Die Wissenschaftler führten Einbettungsversuche zur Validierung der flexiblen Membranen und Prepreg-Materialien für starre Laminate durch. Die elektrischen und thermischen Eigenschaften der Probestücke zeigten, dass diese Technologie sämtliche Anforderungen erfüllen kann. Es konnten neuartige hochleistungsfähige Prototypen hergestellt werden. Die Forschenden entwickelten die Computeralgorithmen zur automatisierten Faserlenkung mittels Spindelsteuerung einer endlosen Zuführungseinrichtung zwecks maximaler Leistungen. Die EMBROIDERY-Konzepte zur Selbsterwärmung auf Basis von eingebetteten TFP-Schichten versprechen im Vergleich zu den derzeit gefertigten Bauteilen beträchtliche Kostensenkungen und ein bedeutendes Umsatzwachstum. Diese Technologie verringert die Fertigungszeit und den Energieverbrauch bei gleichzeitiger Erhöhung der Qualität der Bauteile. Sie wird einen wichtigen Einfluss auf die Wettbewerbsfähigkeit der KMU dieses Sektors ausüben.
