Fördereinrichtung: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Projektpartner: Institut für Verbundwerkstoffe GmbH Kaiserslautern, Bilsing Automation GmbH, Gustav Gerster GmbH & Co. KG
Projektzeitraum: 07/2020 - 06/2022
Profile aus Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV), speziell solche mit kontinuierlicher und gerichteter Faserverstärkung, besitzen ein großes Leichtbaupotential bei gleichzeitig hoher Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit. Damit eignen sie sich für vielfältige industrielle Anwendungen, bspw. in der Luftfahrt, im Maschinen- und Fahrzeugbau sowie im Bauwesen. FKV-Profile werden heute überwiegend mittels Pultrusion unter Verwendung duroplastischer Matrixsysteme hergestellt, wodurch die Wahl der Faserorientierung eingeschränkt und eine nachfolgende Umformung nicht möglich ist. Mit der Pultrusion können nur gerade Profile oder Profile mit konstantem und geringer Krümmung erstellt werden. Eine flexible Anpassung an unterschiedliche Anwendungen ist nicht möglich, stattdessen muss für jede Variante ein neues Formwerkzeug entwickelt werden. Dies führt zu kostenintensiven Produktionsprozessen und hindert die weitere Verbreitung von Faser-Verbund-Profilen.
Der Lehrstuhl für Umformtechnik der Universität Siegen (UTS) forscht - gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe sowie den Industriepartnern Gustav Gerster GmbH und Bilsing Automation GmbH - an Material- und Prozesstechnologien, die die variable Biegung zunächst gerade hergestellter Konstruktionsprofile aus Faser-Kunststoff-Verbund ermöglichen sollen. Im Projekt „Curved Composites“ werden dazu auf Basis etablierter Serienprozesse, wie dem Resin Transfer Molding, Profile aus textilverstärktem Acrylharz hergestellt. Derartige thermoplastische Harzsysteme können wie duroplastische Harzsysteme verarbeitet werden, weisen jedoch nach erfolgter Polymerisation alle von Thermoplasten bekannten verarbeitungsseitigen Vorteile auf. Hierzu gehören neben Umformbarkeit und Schweißbarkeit insbesondere auch die verbesserte Recyclierbarkeit. Das Abbilden von Profilen mit variablen Profilkrümmungsradien und die nachträgliche Anpassung der Profilgestalt an die Belastungssituation ist daher mittels einer nachgelagerten Warmumformtechnik möglich.
Von großer Bedeutung für die Umformbarkeit der FKV-Profile ist die Gestaltung der Textilverstärkungen. Unter weitgehender Beibehaltung ihrer mechanischen Eigenschaften dürfen diese bei einer nachträglichen Profilumformung weder reißen noch Falten werfen. Die Gustav Gerster GmbH arbeitet in diesem Zusammenhang an neuartigen Textilkonzepten für Faserverstärkungen, die mit hoher Dehn- und Drapierbarkeit weiterverarbeitet werden können.
Der Lehrstuhl für Umformtechnik befasst sich mit der Untersuchung des Erwärmungs- und Biegeverhaltens im Verbund und der Auslegung des Biegeprozesses unter Berücksichtigung von Wärmeeintrag, Formverhalten und der Prozesskinematik. Die Untersuchungen des Umformverhaltens der Profile erfolgen in enger Abstimmung mit der Bilsing Automation GmbH, die im Rahmen des Projektes „Curved Composites“ eine prozessautomatisierte Anlagentechnik mit geeigneter Handlingeinheit für die Profilumformung entwickeln wird.
Das Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe untersucht, unter welchen Prozessparametern eine sichere und vollständige Imprägnierung geeigneter Textilien mit dem Acrylharz gewährleistet ist. Diese Betrachtungen werden von Permeabilitätsmessungen und Injektionssimulationen begleitet. Neben der Entwicklung einer Injektionsstrategie für das Acrylharzsystem liegt der Forschungsschwerpunkt auf dem Umformverhalten der Textilverstärkung. Zielsetzung ist es, aus dem Verhalten der Textilien im trockenen Zustand Rückschlüsse auf das Ausmaß des Umformvermögens im Verbund ziehen zu können.
Das Kooperationsprojekt wird gemeinsam mit folgenden Partnern realisiert:
Das Projekt „Curved Composites – Entwicklung von Materialien und Prozessen zur Herstellung von nachträglich umformbaren Profilen aus Faser-Kunststoff-Verbund; Konzeption, Entwicklung und Auslegung eines Prozesses zum Biegen von Profilen aus Faserkunststoffverbund“ wird durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert (Förderkennzeichen ZF4162314KI9).
Dipl.-Ing. Jan Böcking Wiss. Mitarbeiter Umformung thermoplastischer Faserverbunde E-Mail: jan.boecking@uni-siegen.de Telefon: +49 271 740 2428
Fördereinrichtung: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Projektpartner: Institut für Verbundwerkstoffe GmbH Kaiserslautern, Bilsing Automation GmbH, Gustav Gerster GmbH & Co. KG
Projektzeitraum: 07/2020 - 06/2022
Profile aus Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV), speziell solche mit kontinuierlicher und gerichteter Faserverstärkung, besitzen ein großes Leichtbaupotential bei gleichzeitig hoher Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit. Damit eignen sie sich für vielfältige industrielle Anwendungen, bspw. in der Luftfahrt, im Maschinen- und Fahrzeugbau sowie im Bauwesen. FKV-Profile werden heute überwiegend mittels Pultrusion unter Verwendung duroplastischer Matrixsysteme hergestellt, wodurch die Wahl der Faserorientierung eingeschränkt und eine nachfolgende Umformung nicht möglich ist. Mit der Pultrusion können nur gerade Profile oder Profile mit konstantem und geringer Krümmung erstellt werden. Eine flexible Anpassung an unterschiedliche Anwendungen ist nicht möglich, stattdessen muss für jede Variante ein neues Formwerkzeug entwickelt werden. Dies führt zu kostenintensiven Produktionsprozessen und hindert die weitere Verbreitung von Faser-Verbund-Profilen.
Der Lehrstuhl für Umformtechnik der Universität Siegen (UTS) forscht - gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe sowie den Industriepartnern Gustav Gerster GmbH und Bilsing Automation GmbH - an Material- und Prozesstechnologien, die die variable Biegung zunächst gerade hergestellter Konstruktionsprofile aus Faser-Kunststoff-Verbund ermöglichen sollen. Im Projekt „Curved Composites“ werden dazu auf Basis etablierter Serienprozesse, wie dem Resin Transfer Molding, Profile aus textilverstärktem Acrylharz hergestellt. Derartige thermoplastische Harzsysteme können wie duroplastische Harzsysteme verarbeitet werden, weisen jedoch nach erfolgter Polymerisation alle von Thermoplasten bekannten verarbeitungsseitigen Vorteile auf. Hierzu gehören neben Umformbarkeit und Schweißbarkeit insbesondere auch die verbesserte Recyclierbarkeit. Das Abbilden von Profilen mit variablen Profilkrümmungsradien und die nachträgliche Anpassung der Profilgestalt an die Belastungssituation ist daher mittels einer nachgelagerten Warmumformtechnik möglich.
Von großer Bedeutung für die Umformbarkeit der FKV-Profile ist die Gestaltung der Textilverstärkungen. Unter weitgehender Beibehaltung ihrer mechanischen Eigenschaften dürfen diese bei einer nachträglichen Profilumformung weder reißen noch Falten werfen. Die Gustav Gerster GmbH arbeitet in diesem Zusammenhang an neuartigen Textilkonzepten für Faserverstärkungen, die mit hoher Dehn- und Drapierbarkeit weiterverarbeitet werden können.
Der Lehrstuhl für Umformtechnik befasst sich mit der Untersuchung des Erwärmungs- und Biegeverhaltens im Verbund und der Auslegung des Biegeprozesses unter Berücksichtigung von Wärmeeintrag, Formverhalten und der Prozesskinematik. Die Untersuchungen des Umformverhaltens der Profile erfolgen in enger Abstimmung mit der Bilsing Automation GmbH, die im Rahmen des Projektes „Curved Composites“ eine prozessautomatisierte Anlagentechnik mit geeigneter Handlingeinheit für die Profilumformung entwickeln wird.
Das Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe untersucht, unter welchen Prozessparametern eine sichere und vollständige Imprägnierung geeigneter Textilien mit dem Acrylharz gewährleistet ist. Diese Betrachtungen werden von Permeabilitätsmessungen und Injektionssimulationen begleitet. Neben der Entwicklung einer Injektionsstrategie für das Acrylharzsystem liegt der Forschungsschwerpunkt auf dem Umformverhalten der Textilverstärkung. Zielsetzung ist es, aus dem Verhalten der Textilien im trockenen Zustand Rückschlüsse auf das Ausmaß des Umformvermögens im Verbund ziehen zu können.
Das Kooperationsprojekt wird gemeinsam mit folgenden Partnern realisiert:
Das Projekt „Curved Composites – Entwicklung von Materialien und Prozessen zur Herstellung von nachträglich umformbaren Profilen aus Faser-Kunststoff-Verbund; Konzeption, Entwicklung und Auslegung eines Prozesses zum Biegen von Profilen aus Faserkunststoffverbund“ wird durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert (Förderkennzeichen ZF4162314KI9).
Dipl.-Ing. Jan Böcking Wiss. Mitarbeiter Umformung thermoplastischer Faserverbunde E-Mail: jan.boecking@uni-siegen.de Telefon: +49 271 740 2428
