Inline-Erfassung der Faserbandgeometrie im Nasswickelverfahren

Von:

Nadine Magura

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Das Nasswickelverfahren ist eine etablierte Fertigungstechnologie zur Herstellung rotationssymmetrischer Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK), wie Antriebswellen, Rohren und Drucktanks. Das FVK-Laminat wird hierbei durch die kontinuierliche Ablage eines imprägnierten Faserbandes auf dem Wickelkern in einem an die Bauteilbeanspruchung angepassten Wickelmuster erzeugt. Trotz einer langen Historie der Verfahrensentwicklung bestehen Defizite im Prozessverständnis, ohne welches eine weitere Optimierung der Fertigungstechnologie sowie der resultierenden Bauteile hinsichtlich Kosten- und Materialeffizienz zukünftig an ihre Grenzen stößt. In heutigen Anwendungen wird beispielsweise das Faserband in der Prozesssimulation und Bauteilauslegung zumeist mit einem konstanten rechteckigen Querschnitt angenommen. Diese idealisierte Annahme vernachlässigt Fertigungseinflüsse wie Faserverschiebung und Faserspreizung. Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit durchgeführten Untersuchungen haben zum Ziel, das Prozessverständnis im Nasswickelverfahren durch eine realitätsnahe Beschreibung der Faserbandgeometrie bei der Ablage auf den Wickelkern zu erweitern. Es wird zunächst eine Messstrategie zur inline-Erfassung der Faserbandgeometrie über ihre Kenngrößen, Faserbandbreite und -orientierung sowie die Schichtdickenänderung durch die Faserbandablage, entwickelt und im Nasswickelverfahren umgesetzt. Anschließend erfolgt eine erste Grundlagenuntersuchung zur Entwicklung der Faserbandbreite in Abhängigkeit relevanter Prozessparameter und geometrischer Faktoren durch Integration zweier Infrarotkameras in den Nasswickelprozess. Zudem werden erste Untersuchungen zur Änderung der Schichtdicke während der Faserbandablage durch eine lokale Messung mit einem prozessintegrierten Lasertriangulationssensor durchgeführt.