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Automatisierte Herstellung von hybriden Preforms mittels ‚Ultrasonic Fiber Placement‘ (UFP)

Ref-Nr: TA-17/008TLB


Kurzfassung

Die hier vorgestellte Erfindung bietet vor allem Industriezweigen wie Luftfahrt- und Automobilindustrie, die ein natürliches Interesse an Leichtbauweise haben, einen Wettbewerbsvorteil, da das neue Verfahren eine automatisierte Herstellung von lastpfadgerechten Faserverbund- und Hybridbauteilen sowie textilen Faser-Matrix-Halbzeugen (‚Preforms‘) ermöglicht.
Es können sowohl biegesteife Preforms als auch fertige Bauteile mit komplexen Geometrien produziert werden.


Hintergrund

Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) auf Thermoplastbasis wird vor allem im Automobilbau ein hohes Potenzial zu­geschrieben. Die gängigste Methode ist die Verarbeitung von thermoplastischen Prepregs (mit Kunststoff vorim­prägnierte Fasern) deren Herstellung in einem separaten Verarbeitungsschritt erfolgt.


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Problemstellung

Eine lastpfadgerechte Aus­legung der Fasern, für einen optimalen Einsatz von FKV unabdingbar, ist durch diese Methode jedoch nicht voll­ständig realisierbar. Zwei bekannte Verfahren zur last­pfadgerechten Ablage der Fasern sind das „Automated Fiber Placement“ (AFP) und das „Tailored Fiber Place­ment“ (TFP).


Lösung

Ähnlich wie beim TFP werden beim UFP die Fasern in Form eines Rovings oder Garns auf die Ablagefläche aufgebracht. Jedoch wird der Stickkopf durch eine Ultra­schall-Sonotrode ersetzt und die Ablagefläche dient als Amboss.
Durch Ultraschalleintrag schmilzt die Thermoplast-kom­ponente des faserverstärkten Hybridgarns und ver­schweißt die Fasern mit dem Untergrund. Durch die Regulierung des lokalen Wärmeeintrages wird die Anzahl der Schweißpunkte bzw. deren Abstand bis zur voll­ständigen Verschweißung optimiert. Somit kann wahl­weise ein mehr oder weniger biegesteifer Preform (nur teilweise konsolidiert) oder ein fertiges Bauteil (vollständig konsolidiert bzw. aufgeschmolzen und verfestigt) entste­hen. Zur lastpfadgerechten Auslegung der Halbzeuge oder Bauteile kann die Sonotrode an einen Roboter mon­tiert werden, der sich bewegt. Alternativ kann die Ablage­fläche selbst bewegt werden. Dies ermöglicht die Reali­sierung von komplexen Bauteilen.


Vorteile

  • Simultanes Ablegen und Fügen von lastgerecht verstärkten und verlaufenden Strukturen
  • Für thermoplastische Kunststoffteile geeignet
  • Flexible Versteifung des Bauteils
  • Komplexe Bauteilgeometrie realisierbar
  • Hochqualitative Verfertigung der Bauteile
  • Energieeffiziente Herstellung der Bauteile

Anwendungsbereiche

Lastgerecht faserverstärkte Hybridbauteile könnten auf lange Sicht selbst Aluminium ersetzen, da diese Bauteile eine höhere Festigkeit bei geringem Gewicht und größere Funktionalisierungsmöglichkeiten als Aluminium bieten.
Die hier vorgestellte Erfindung bietet vor allem Industrie­zweigen wie Luftfahrt- und Automobilindustrie, die ein natürliches Interesse an Leichtbauweise haben, einen Wettbewerbsvorteil, da das neue Verfahren eine automa­tisierte Herstellung von lastpfadgerechten Faserverbund- und Hybridbauteilen sowie textilen Faser-Matrix-Halb­zeugen (‚Preforms‘) ermöglicht.

 

 


Service

Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwer­tung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.


Technologie-Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

Dr. Dirk Windisch
+ 49 721 790 040
windisch@tlb.de
www.tlb.de
Adresse
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe



Entwicklungsstand

Demonstrationsexemplar


Patentsituation

  • DE 102017116803 A1 anhängig

Stichworte

Ultraschallschweißen, Kunststoff-Verstärkungfaser, Ultraschallfaserplatzierung, FKV, FRP, Ultraschall, Ultraschallschweißen, automatisierte Faserplatzierung, maßgeschneiderte Faserplatzierung

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Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr