Umformung naturbasierter Faserwerkstoffe unter Einflussnahme von Wasserdampf

Von:

Georg Wilken Franke

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Neben der grundsätzlichen Vermeidung von Abfällen steht die Substitution von Werkstoffen, die aus fossilen und begrenzten Rohstoffen hergestellt werden, durch nachhaltige und biologisch zersetzbare Werkstoffe im Fokus der Gesellschaft. Natürliche Faserwerkstoffe wie Papier stellen in diesem Zusammenhang flexibel und vielseitig einsetzbare Alternativen dar. Die Verarbeitung dieser Werkstoffe zu dreidimensionalen Produkten wird durch das richtungsabhängige Materialverhalten und die eingeschränkte Umformbarkeit begrenzt. Methoden des Standes der Technik zur Erweiterung dieser Grenzen wie die Befeuchtung des Umformmaterials oder der Erwärmung der Umformwerkzeuge führen bei Kombination zu einem Zielkonflikt. Der Einsatz von Wasserdampf bei der Umformung von naturbasierten Faserwerkstoffen kann dazu beitragen, diesen Zielkonflikt zu lösen und bestehende Grenzen der Umformung zu überwinden. Darüber hinaus kann neben der Erhöhung der Dehnungsgrenzen auch die Faltenverpressung verbessert und Auswirkungen der Anisotropie entgegengewirkt werden. Basierend auf Materialuntersuchungen unter Einfluss von Feuchtigkeit, erwärmten Werkzeugen, dem Umgebungsklima und der Materialkompression wird in der vorliegenden Arbeit die Wirkungsweise dieser Einflussgrößen ermittelt. Zusätzlich kann damit ein Beitrag zur Klärung der wirkenden Umformmechanismen geleistet werden. Mit Hilfe eines entwickelten Werkzeuges mit der Möglichkeit zur Einbringung von Wasserdampf in das Umformmaterial werden die Erkenntnisse aus der Materialuntersuchung auf einen Umformprozess übertragen. Anhand von Umformversuchen kann sowohl die Funktion sowie die positive Wirkung des Prozesses bewiesen, als auch grundlegende Wirkungsweisen und Parameter für eine Übertragung auf die industrielle Produktion ermittelt werden.