Faserverbundbauweisen Fertigungsverfahren mit duroplastischer Matrix

Dies ist das dritte Buch der Autoren über Faserverbundbauweisen. Das erste befaßte sich mit den grundlegenderen Fasern und Matrices, das zweite beschreibt genauso detailliert und aktuell die im Fertigungsprozeß eine Stufe weiter stehenden Halbzeuge und Bauweisen. Dieser Band behandelt die speziellen Fertigungsverfahren für Faserverbundbauweisen mit Duroplastmatrix. Besonders angesprochen ist die chemische Industrie, Fahrzeug- und Flugzeugbauer sowie andere Industrien, die Leichtbaumaterialien einsetzen. Die Autoren sind seit vielen Jahren auf dem Gebiet der Faserverbundbauweisen tätig, in der Luft- und Raumfahrtindustrie, bei Faserherstellern und in Wissenschaft und Forschung.

1. Einleitung.- 2. Übersicht.- 3. Naßlaminier-und Imprägnierverfahren.- 3.1 Handlaminierverfahren.- 3.2 Maschinelles Laminierverfahren.- 3.3 Beispiel für die Herstellung eines Strukturbauteils in der Naßlaminiertechnik.- 4. Prepreg - Niederdruckautoklavverfahren mit duromeren Harzsystemen.- 4.1 Das Halbzeug „Prepreg“.- 4.2 Aufmachung und Eigenschaften der wichtigsten Prepregs.- 4.3 Besonderheiten beim Laminierprozeß zur Herstellung von Laminaten und Bauteilen.- 4.4 Fertigungsspezifische Aspekte bei der Herstellung von Prepreggelegen.- 4.5 Prepregweichkerntechnik.- 4.6 Prepreghartkerntechnik.- 4.7 Optische Positionierung und automatisches Zuschneiden von Prepregzuschnitten beim Aufbau von Prepreggelegen.- 4.7.1 Prepregzuschneideeinrichtung - Beschreibung der Arbeitsweise.- 4.7.2 Optische Laser - Positioniereinrichtung.- 5. Fasernaßwickeltechnik.- 5.1 Anlagenkomponenten.- 5.1.1 CNC - Wickelanlage.- 5.1.1.1 Drehwickelmaschine.- 5.1.1.2 Steuerungskomponenten.- 5.1.2 Periphere Anlagenkomponenten.- 5.1.2.1 Imprägnieranlage.- 5.1.2.2 Fadenführungssystem.- 5.1.2.3 Fadenspanner.- 5.2 CAW-Technik (Computer Aided Winding).- 5.2.1 Generierung des Wickeldorns.- 5.2.1.1 Übersicht.- 5.2.1.2 Modellierung der Wickeldornoberfläche.- 5.2.2 Simulation des Laminataufbaus.- 5.2.2.1 Wickelparameter.- 5.2.2.2 Modellierung des Wickelpfades.- 5.2.3 Erstellung des Maschinenprogramms.- 5.2.3.1 Parameter des Post-Prozessors.- 5.2.3.2 Fertigung des Bauteils.- 5.3 Modellierung des Rovings und des Wickeldorns.- 5.3.1 Einführung in die Faserablagespurberechnung.- 5.3.1.1 Problemstellung und Zielsetzung.- 5.3.1.2 Themengebiete des Wickelprozesses.- 5.3.2 Differentialgeometrische Modellierung des Rovings.- 5.3.3 Differentialgeometrische Modellierung des Wickeldorns.- 5.3.3.1 Idealisierung des Wickeldorns.- 5.3.3.2 Parameterdarstellung der Fläche und der Flächenkurve.- 5.3.3.3 Theorie der Flächenkrümmung.- 5.3.3.4 Beschreibung allgemeiner Drehkörper.- 5.4 Beschreibung des Laminataufbaus und der Rovingablage.- 5.4.1 Differentialgeometrische Beschreibung des Laminataufbaus.- 5.4.1.1 Definition des Wickelwinkels.- 5.4.1.2 Beschreibung der Laminatdicke.- 5.4.1.3 Beschreibung des Wickelmusters.- 5.4.2 Statische Beschreibung der Rovingablage.- 5.4.2.1 Kräftegleichgewicht am abgelegten Rovingelement.- 5.4.2.2 Haftbedingung des Rovings.- 5.4.2.3 Verdichtungsdruck am Rovingelement.- 5.4.2.4 Abhebebedingung des Rovings.- 5.5 Berechnung ausgewählter Faserablagespuren.- 5.5.1 Ablagespuren auf allgemeinen Drehflächen.- 5.5.1.1 Haftsichere Ablagespuren.- 5.5.1.2 Spezielle nicht-haftsichere Ablagespuren.- 5.5.1.3 Diskussion der Haftsicherheit.- 5.6 Beispiel eines Wickelbauweisenkonzeptes für Composite-Schienenfahrzeugstrukturen mit integrierten Funktionen.- 5.6.1 Übersicht.- 5.6.2 Bauweisen-und Fertigungskonzept eines Waggonkastens.- 5.6.2.1 Bauweisenkonzept.- 5.6.2.2 Integration von System-und Strukturfunktion.- 5.6.2.3 Fertigungskonzept.- 5.6.3 Experimenteller Fertigungsnachweis im Modellversuch.- 5.6.3.1 Variante I: Insitu-Fertigung der Spanten.- 5.6.3.2 Variante II: Fertigung mit Spanthalbzeugen.- 5.6.3.3 Nachbearbeitung der Fenster.- 5.6.3.4 Ergebnisse der Modellversuche.- 5.6.4 Schlußfolgerungen und Zusammenfassung.- 5.6.5 Integrierte Funktionen durch Funktionswerkstoffe.- 6. Die Resin Transfer Moulding Technik (Injektionstechnik).- 6.1 Beschreibung des Verfahrens.- 6.2 Die verwendeten Materialien.- 6.2.1 Die Harzsysteme.- 6.2.1.1 Anforderungen an ein RTM-Matrixsystem.- 6.2.1.2 Gebräuchliche RTM-Matrixtypen.- 6.2.2 Fasersysteme.- 6.2.2.1 Gewebe.- 6.2.2.2 Gelege.- 6.2.2.3 Geflechte.- 6.2.2.4 Wirrfasermatten und Vliese.- 6.3 Der RTM-Prozeß.- 6.3.1 Die Preformtechnik.- 6.3.1.1 „Net-shape“-Preforms.- 6.3.1.2 Umgeformte Preforms aus Endlosfasern.- 6.3.2 Preformanlagen.- 6.3.3 Anlagen für eine RTM-Produktion.- 6.3.3.1 Misch-und Dosiervorrichtungen.- 6.3.3.2 Werkzeuge.- 6.3.3.3 Meßdatenerfassung und Prozeßführung.- 6.3.3.4 Formenträger.- 6.4 Die Simulation des Harzflusses durch anisotrope Strukturen.- 6.4.1 Übersicht.- 6.4.2 Theorie des RTM-Harzflusses.- 6.4.2.1 Die Kontinuitätsgleichung.- 6.4.2.2 Die Navier-Stokes-Gleichungen.- 6.4.2.3 Das Gesetz von Darcy.- 6.4.3 Bestimmung der Eingangsgrößen.- 6.4.3.1 Die Porosität.- 6.4.3.2 Die Viskosität.- 6.4.3.3 Die Permeabilität.- 6.4.3.4 Die rechnerische Bestimmung der Permeabilität.- 6.4.3.5 Die experimentelle Bestimmung der Permeabilität.- 6.4.4 Der Versuchsaufbau.- 6.4.5 Auswertung und Resultate.- 6.4.5.1 Bestimmung der Permeabilität durch visuelle Erfassung des Fließfrontverlaufes.- 6.4.5.2 Zweidimensionale Strömung mit Zentralanguß.- 6.4.6 Nichtisotherme Harzflußsimulation.- 6.4.7 Beispiele für RTM-Harzflußsimulationen.- 6.5 Beschreibung von Verfahren für nahtlose, geschlossene Körper.- 6.5.1 Übersicht über Verfahren zur Herstellung von nahtlosen, geschlossenen Bauteilen.- 6.5.2 Die Schaumkerntechnik.- 6.5.2.1 Übersicht.- 6.5.2.2. Anforderungen an das Schaumkernmaterial.- 6.5.2.3 Herstellung der Schaumkerne.- 6.5.2.4 Häufig verwendete Schaummaterialien.- 6.5.2.5 Verdichten des Laminats durch Druckerzeugung des Schaumkerns.- 6.5.3 Die Hohlkörper-Differenzdrucktechnik.- 6.5.3.1 Übersicht.- 6.5.3.2 Beschreibung des Verfahrens.- 6.5.3.3 Der Blasschlauch.- 6.5.3.4 Die Verfahrensschritte im Detail.- 6.6 Beispiel einer RTM-Serienproduktion.- 6.6.1 Übersicht.- 6.6.2 Das Schaumkernbauteil: Der Fahrradrahmen „Spyce“.- 6.7 Weitere Verfahrensmöglichkeiten zur Verbesserung der RTM-Technik.- 6.7.1 Übersicht.- 6.7.2 Konzepte zur Reduktion der Injektionszeit.- 6.7.2.1 Linienanguß.- 6.7.2.2 Kaskaden-Injektion.- 6.7.2.3 Querimprägnierung mit harzführenden Schichten.- 6.7.2.4 Verteilen des Harzes über ein Kanalsystem.- 6.7.2.5 Veränderung der Permeabilität für die Injektionsphase.- 6.7.2.6 Der SCRIMP-Prozeß.- 7. Form-und Fließpreßmassenverfahren.- 7.1 Pressen.- 7.2 SMC - (sheet moulding compound) Verfahren.- 7.2.1 Handhabung der Halbzeuge im SMC-Prozeß.- 7.2.2 Der Verarbeitungsprozeß.- 7.2.3 Formenkonzepte.- 7.3 Formpreßverfahren.- 7.4 Perspektiven der Preßtechnik.- 8. Sonder-und Kombinationsverfahren.- 8.1 Das S-RIM-Verfahren.- 8.2 Das RFI-Verfahren.- 9. Faser/Harz-Spritzverfahren.- 10. Vakuumsack-und Drucksackverfahren.- 11. Verfahren zur Herstellung von hohlen Faserverbunden.- 12. Arbeits-und Gesundheitsschutz.- 12.1 Sicherheitsmaßnahmen und Arbeitsschutz bei der Herstellung von Faserverbundteilen.- 12.2 Darstellung der Stoffvielfalt bei der Faster-verbundtechnik am Beispiel des ungesättigten Polyesterharzes.- 12.3 Sicherheits-und Schutzmaßnahmen im Umgang mit duromeren Harzsystemen.- 12.4 Gesetze, Verordnungen.- Sachwortverzeichnis.- Abkürzungen.