Das Hochdruck Resin Transfer Molding (HD-RTM) gewinnt bei der Serienfertigung von Strukturbauteilen aus Faserverbundkunststoffen zunehmend an Bedeutung. Im Rahmen einer engen Zusammenarbeit zwischen der Toho Tenax Europe GmbH, Wuppertal, und […]
Das Testbauteil wurde mit verschiedenen Schwierigkeitsgraden ausgelegt, die mit herkömmlichen Preform-Technologien nur sehr aufwendig und mit hohen CF-Abfallraten darstellbar sind. (Foto: Frimo)
Das Hochdruck Resin Transfer Molding (HD-RTM) gewinnt bei der Serienfertigung von Strukturbauteilen aus Faserverbundkunststoffen zunehmend an Bedeutung. Im Rahmen einer engen Zusammenarbeit zwischen der Toho Tenax Europe GmbH, Wuppertal, und der Frimo Group GmbH, Lotte, wurde eine wirtschaftliche Lösung entwickelt, die wesentliche Vorteile bei der Fertigung dieser hochfesten Bauteile mit den benötigten Formen und Eigenschaften bietet.
Die von Toho Tenax entwickelte Technologie Part via Preform (PvP) führt in nur einem Schritt von der Roving-Spule zum Preform. Das hierzu verwendete Tenax-Bindergarn besteht aus speziellen Kohlenstofffasern mit polymeren Bindern. Dieses Garn ermöglicht die automatische Fertigung von Preforms direkt in die dreidimensionale Form des Bauteils. Dazu werden Kohlenstofffasern sowohl ungerichtet als auch unidirektional, auf Geometrie- und Belastungsrichtungen des Bauteils hin optimiert, per Roboter in ein entsprechendes Werkzeug abgelegt. Die optimierte Kombination der Fasern führt zu einem günstigen Verhältnis von Fertigungskosten in Bezug auf die erreichbaren mechanischen Eigenschaften.
Das automatisierte Verfahren erlaubt die Fertigung von Preforms für jede gewünschte Geometrie oder Form. Gegenüber konventioneller Preform-Fertigung aus textilen Flächenhalbzeugen wie Matten oder Geweben von der Rolle punktet das PvP-Verfahren mit geringeren CF-Abfallraten und einem höheren Automatisierungsgrad.
Frimo hat das Verhalten dieser optimierten Preforms bei der Weiterverarbeitung im HD-RTM Verfahren positiv getestet. Dazu wurde gemeinsam mit Toho Tenax ein anspruchsvolles Testbauteil entwickelt. Dieses wurde mit verschiedenen Schwierigkeitsgraden ausgelegt, die mit herkömmlichen Preform-Technologien nur sehr aufwendig und mit hohen CF-Abfallraten darstellbar sind. Dazu gehören zum Beispiel Wanddickensprünge von 2 auf 15 mm in mehreren Stufen sowie enge Radien und auch scharfe Kanten und Kofferecken.
Frimo konstruierte und fertigte hierzu ein Versuchswerkzeug zur Weiterverarbeitung der komplexen Preforms im HD-RTM-Verfahren. Das Werkzeug wurde flexibel und gleichzeitig seriennah ausgerüstet. Es verfügt z.B. über:
- Fließfrontsensoren zur Harzerkennung
- automatisch gesteuerte Vakuumbausteine mit Wechseloption
- verschiedene Angussvarianten
- Wechseleinsätze zur Variation der Bauteilgeometrie
- flexibel einstellbare Faserklemmung
- Stahlkavitäten
- seriennahe Temperierung
Im Rahmen der Versuche wurden die Preforms mit unterschiedlichen Matrixmaterialien sowohl auf der Basis von Polyurethan als auch Epoxidharz getränkt. Im Rahmen der Kooperation von Toho Tenax und Frimo konnte damit nachgewiesen werden, dass sich PvP-Preforms im HD-RTM-Verfahren mit verschiedenen Matrixmaterialien zu RTM-Bauteilen mit sehr guten mechanischen Eigenschaften verarbeiten lassen. Entsprechende Musterteile stehen bei Frimo und Toho Tenax zur Verfügung.
