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COPRO: Effiziente Fertigung von Faserverbund-Profil-Preforms

aktualisiert am 10.09.2015 von Arne Stahl

Gestiegene Umweltschutzanforderungen erfordern leichtere Strukturen für Flugzeuge und Automobile. Leichte und steife Profilbauteile aus Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) sind eine ideale Basis für Leichtbauweisen. Wirtschaftliche Faktoren erfordern kosteneffiziente Fertigungsverfahren. Die neuartige COPRO-Preform-Technologie ermöglicht durch eine schnelle kontinuierliche Fertigung die effiziente Herstellung von Kohlenstofffaser-Profilpreforms für den RTM-Prozess.

Continuous Preforming (COPRO) zur kosteneffizienten FKV-Profilerstellung
Continuous Preforming (COPRO) zur kosteneffizienten FKV-Profilerstellung

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Innerhalb der RTM-Prozesskette (Resin Transfer Moulding) stellt das Preforming einen kostenintensiven Fertigungsschritt dar. Die Automatisierung dieses Prozesses kann die Bauteilkosten erheblich reduzieren. Die neue COPRO-Technologie bietet eine kosteneffiziente, kontinuierlich arbeitende Alternative zum etablierten sequentiellen Verfahren für die Herstellung von Preforms für Faserverbundprofile in Fahrzeug- und auch Luftfahrtanwendungen.
Integriert in die RTM-Prozesskette stellt die Technologie in Verbindung mit Multiaxialgelege (MAG) eine zukunftsträchtige Möglichkeit zur CFK-Bauteilfertigung auch im automobilen Großserienprozess dar.

Die COPRO-Preformtechnologie im Detail

Die patentierte COPRO-Technologie nutzt rotierende Walzenpaare mit variierbarer Rotationsgeschwindigkeit, um textile Halbzeuge kontinuierlich und materialschonend zu Profilpreforms umzuformen. Das COPRO-Prinzip ist in Abbildung 1 dargestellt. Die kontinuierliche Herstellung vereint die üblicherweise handlingintensiven sequentiell ablaufenden Prozessschritte eines roboterbasierten Preformprozesses in einem kontinuierlichen Prozess. Dadurch reduzieren sich die Handlingschritte, in denen das Material geschädigt werden kann und die Zykluszeiten werden verkürzt. Durch die stufenlose Variation der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Walzenpaaren können Profilpreforms mit frei einstellbaren Krümmungsradien realisiert werden. Die Abbildung 3 und Abbildung 4 zeigen die Anlagentechnologie. Die COPRO–Technologie kann offene Profilquerschnitte wie C, Z, T oder Ω oder geschlossene Profile im kontinuierlichen Fertigungsprozess darstellen. Die gleichzeitige Verarbeitung von mehreren Lagen ist dabei genauso möglich wie Online-Integration von Verstärkungslagen oder Patches. Für Hybridanwendungen ist auch eine gleichzeitige Verarbeitung von Glasfaser-, Aramid- und Carbonfaserhalbzeugen oder auch Metallbändern möglich.

COPRO- Prozesskennzahlen

  • variabler Profilquerschnitt (siehe Abbildung 5)
  • variable Krümmungsradien
    • rmin = 900 mm
    • rmax = ∞
  • Fertigungsgeschwindigkeit
    • vg = 400 mm/s (gerade)
    • vw = 50 mm/s (gekrümmt)

Integrierte Qualitätssicherung

Die Bauteilqualität wird durch den Einsatz von verschiedenen Sensoren direkt im Prozess sichergestellt. Durch den Einsatz von optischen Sensoren zur Kantendetektion wird ein präzise geregelter Materialdurchlauf gewährleistet. Berührungslose Temperatursensoren stellen die gleichmäßige Materialerwärmung sicher. Der spezielle Hochleistungs-Faserwinkelsensor sorgt für die Aufnahme und Speicherung der Materialausrichtung aller gefertigten Lagen und ermöglicht somit eine lückenlose Qualitätssicherung.

Einordnung, Kostenreduktionspotential und Einsatzmöglichkeiten

Die COPRO-Technologie bietet eine schnelle, hoch flexible und qualitätsgesicherte Alternative zum sequentiellen Preforming von Profilen mittels Roboter. Durch die vollautomatisierte und kontinuierliche COPRO–Technologie kann eine Reduktion von bis zu 35% der Preformkosten gegenüber dem diskontinuierlichen Roboterpreforming erzielt werden. Die COPRO–Technologie stellt einen Teilprozess in der RTM-Prozesskette dar und kann somit problemlos auch in bereits bestehende Fertigungsprozesse integriert werden.
Damit schafft die COPRO-Technologie mit ihren Eigenschaften ideale Voraussetzungen für die Etablierung von FKV-Profil-Anwendungen auch in kostensensitiven Großserienprozessen im Automotive- und Luftfahrt-Bereich.

Arne Stahl
Arne Stahl
18 Jahre
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik
www.dlr.de/fa
Entwicklungsingenieur
arne.stahl (at) dlr.de
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