| Fördereinrichtung: | Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen |
| Projektpartner: | AFPT GmbH |
| Projektzeitraum: | 02/2014 - 05/2016 |
In diesem ZIM-Kooperationsprojekt wurde ein Biegeverfahren entwickelt, welches das Biegen von endlosfasverstärkten Thermoplastrohren (TFVR) ermöglicht. Die TFVR werden im Tapewickelverfahren hergestellt und bestehen aus mehreren, in ihrer Orientierung auf die Einsatzbedingungen angepassten, Verstärkungslagen. Die TFVR können aus reinen Wickellagen aufgebaut, oder mit einem Linerrohr versehen sein. Als Liner kommen insbesondere extrudierte Thermoplastrohre mit zum Tapematerial identischem Thermoplast infrage. Die Linerrohre sind zur Gewährleistung der Dichtigkeit der TFVR in Leitungssystemen erforderlich.
Der Biegeprozess basiert auf dem Rotationszugbiegen und gliedert sich in die drei Prozessschritte Erwärmen, Umformen und Abkühlen. Dabei erfolgt die Erwärmung stets lokal und ist auf die spätere Umformzone beschränkt. Der formgebundene Prozess ermöglicht eine präzise Formgebung und gewährleistet die Rekonsolidierung der bis oberhalb der Schmelztemperatur des Thermoplasts erwärmten Rohrabschnitte. Zur Vermeidung der Deformation des TFVR während der Erwärmung und dem Transfer ins Werkzeug zu vermeiden, wird dieses mittels eines flexiblen Dorns gestützt. Der Dorn verbleibt auch während der Umformung im TFVR und wird nach der Abkühlung aus dem Rohr gezogen.
Die Formung der TFVR erfordert eine Formänderung über den Querschnitt des Rohres, die am Außen- und Innenbogen maximal wird. Da die Verstärkungsfasern aufgrund der hohen Steifigkeit in erster Näherung als dehnstarr angenommen werden können, erfolgt die Formänderung durch Verlagern der Fasern. Die Verlagerung kann mittels optischer Messverfahren in Form geänderter Faserwinkel dargestellt werden. Darüber hinaus kann die Änderung der Wanddicke über den Umfang des Rohres mittels Querschliffen messtechnisch erfasst werden.
Aufgrund der Notwendigkeit der Faserverlagerung bestehen Prozessgrenzen bezüglich möglicher Wickelwinkel bei gegebenem Biegeverhältnis. Insbesondere kleine Wickelwinkel sind bei kleinen Biegeverhältnissen kritisch, da die Fasern am Außen- und Innenbogen annähernd parallel zur Hauptdehnungsrichtung verlaufen und somit die Verlagerung durch Winkeländerung nicht gegeben ist. In diesem Fall kommt es zu Einschnürungen am Außenbogen und Faltenbildung am Innenbogen.
Neben der Analyse der Faserverlagerung wurden im Projekt auch Berstdruckversuche an gebogenen TFVR mit Linerrohr durchgeführt. Als Ergebnis der Versuche kann eine hohe Druckbeständigkeit bei Innendruck genannt werden, welche den Einsatz als fluidführende Leitung mit hohen Betriebsdrücken nahe legt. Das hohe Leichtbaupotential und die Möglichkeit des belastungangepassten Lagenaufbaus der TFVR macht diese somit attraktiv für Hochdruckleitungen beispielsweise im Flugzeugbau, aber auch als Strukturbauteil im Fahrzeugbau.
| Fördereinrichtung: | Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen |
| Projektpartner: | AFPT GmbH |
| Projektzeitraum: | 02/2014 - 05/2016 |
In diesem ZIM-Kooperationsprojekt wurde ein Biegeverfahren entwickelt, welches das Biegen von endlosfasverstärkten Thermoplastrohren (TFVR) ermöglicht. Die TFVR werden im Tapewickelverfahren hergestellt und bestehen aus mehreren, in ihrer Orientierung auf die Einsatzbedingungen angepassten, Verstärkungslagen. Die TFVR können aus reinen Wickellagen aufgebaut, oder mit einem Linerrohr versehen sein. Als Liner kommen insbesondere extrudierte Thermoplastrohre mit zum Tapematerial identischem Thermoplast infrage. Die Linerrohre sind zur Gewährleistung der Dichtigkeit der TFVR in Leitungssystemen erforderlich.
Der Biegeprozess basiert auf dem Rotationszugbiegen und gliedert sich in die drei Prozessschritte Erwärmen, Umformen und Abkühlen. Dabei erfolgt die Erwärmung stets lokal und ist auf die spätere Umformzone beschränkt. Der formgebundene Prozess ermöglicht eine präzise Formgebung und gewährleistet die Rekonsolidierung der bis oberhalb der Schmelztemperatur des Thermoplasts erwärmten Rohrabschnitte. Zur Vermeidung der Deformation des TFVR während der Erwärmung und dem Transfer ins Werkzeug zu vermeiden, wird dieses mittels eines flexiblen Dorns gestützt. Der Dorn verbleibt auch während der Umformung im TFVR und wird nach der Abkühlung aus dem Rohr gezogen.
Die Formung der TFVR erfordert eine Formänderung über den Querschnitt des Rohres, die am Außen- und Innenbogen maximal wird. Da die Verstärkungsfasern aufgrund der hohen Steifigkeit in erster Näherung als dehnstarr angenommen werden können, erfolgt die Formänderung durch Verlagern der Fasern. Die Verlagerung kann mittels optischer Messverfahren in Form geänderter Faserwinkel dargestellt werden. Darüber hinaus kann die Änderung der Wanddicke über den Umfang des Rohres mittels Querschliffen messtechnisch erfasst werden.
Aufgrund der Notwendigkeit der Faserverlagerung bestehen Prozessgrenzen bezüglich möglicher Wickelwinkel bei gegebenem Biegeverhältnis. Insbesondere kleine Wickelwinkel sind bei kleinen Biegeverhältnissen kritisch, da die Fasern am Außen- und Innenbogen annähernd parallel zur Hauptdehnungsrichtung verlaufen und somit die Verlagerung durch Winkeländerung nicht gegeben ist. In diesem Fall kommt es zu Einschnürungen am Außenbogen und Faltenbildung am Innenbogen.
Neben der Analyse der Faserverlagerung wurden im Projekt auch Berstdruckversuche an gebogenen TFVR mit Linerrohr durchgeführt. Als Ergebnis der Versuche kann eine hohe Druckbeständigkeit bei Innendruck genannt werden, welche den Einsatz als fluidführende Leitung mit hohen Betriebsdrücken nahe legt. Das hohe Leichtbaupotential und die Möglichkeit des belastungangepassten Lagenaufbaus der TFVR macht diese somit attraktiv für Hochdruckleitungen beispielsweise im Flugzeugbau, aber auch als Strukturbauteil im Fahrzeugbau.