Faserverbundwerkstoffe (FVK) haben sich aufgrund ihrer spezifischen mechanischen Eigenschaften als Konstruktionswerkstoff für Leichtbauanwendungen etabliert. Im Automobil bieten insbesondere Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) die Möglichkeit zur Gewichtsreduktion, welche vor allem bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen von großem Interesse ist. Hohe Herstellkosten u. a. verhindern aktuell den flächendeckenden Einsatz von CFK in der Automobilindustrie. Die Anwendungen beschränken sich punktuell auf ausgewählte Fahrzeugkomponenten und vereinzelt auf vollständige Fahrgastzellen. Ein Verfahren zur Herstellung von CFK-Strukturbauteilen ist das RTM-Verfahren (Resin Transfer Molding). Dabei werden trockene textile Halbzeuge, hauptsächlich Carbonfasergelege (CF NCF), zunächst lastpfadgerecht aufgebaut, automatisiert umgeformt und anschließend z. B. mit Epoxidmatrix unter Hochdruck imprägniert (HD-RTM). In Kombination mit den großflächig herstellbaren CF NCF bietet dieses Produktionssystem die Möglichkeit, die Fahrzeugvolumen einer automobilen Großserienproduktion in der notwendigen Taktzeit, der geforderten Qualität und zu tragfähigen Kosten zu realisieren. Damit die Industrialisierung von CFK-Fahrzeugkomponenten weiter vorangeht, muss den bestehenden wirtschaftlichen und produktionstechnischen Herausforderungen konsequent begegnet werden. Ein Hauptfaktor ist die Sicherstellung von robusten Produktionsprozessen als Voraussetzung für eine kosteneffiziente, automatisierte Faserverbundproduktion. Das Verständnis der Wirkzusammenhänge der eingesetzten Werkstoffverfahrenskombination, CF-NCF und RTM, entlang der Wertschöpfung (Gelege – Stack – Preform – RTM) ist der Schlüsselparameter um dieses Ziel zu erreichen und der Fokus der vorliegenden Arbeit. Mit der Identifikation der verarbeitungsrelevanten Produkteigenschaften der CF NCF gelingt die Korrelation zu den textilen und prozesstechnischen Stellgrößen, die die Bauteilqualität beeinflussen. Dies eröffnet die Möglichkeit Toleranzen zu definieren und die einzelnen Prozessschritte dieses generativen Herstellprozess aufeinander abzustimmen. Im Rahmen der Untersuchungen werden als relevante Materialeigenschaften vorrangig die Durchlässigkeit (Permeabilität) und die Strukturstabilität (Kompaktierungsverhalten) der eingesetzten Halbzeuge erkannt. Sie beeinflussen signifikant die Formfüllung bei der Hochdruckinjektion und damit die erzielbare Bauteilgüte der CFK-Komponenten. Um die „Stellhebel“ zur Produkt- und Prozessmodifikation zu identifizieren, werden umfangreiche Studien mit unterschiedlichen Gelegetypen und Verarbeitungsparametern durchgeführt. Als Lösungswerkzeug wird ein Qualifizierungsprogramm erarbeitet, welches geeignet ist die Imprägniereigenschaften von CF-NCF schrittweise zu bewerten: Den Ausgangspunkt bildet die optische Analyse der textilen Struktur, gefolgt von der Bestimmung der korrespondierenden Permeabilität und der Kompaktierungseigenschaften der Halbzeuge. Daran anknüpfend folgt die Bewertung im ebenen, zweidimensionalen RTM-Fließkanal. Die gewonnen Erkenntnisse werden in einem dritten Schritt an einem dreidimensionalen, serienäquivalenten Versuchsträger (HD-RTM) validiert und verifiziert. Somit ist eine Bewertungsgrundlage geschaffen, die es erlaubt die Wirkmechanismen von CF NCF, welche die Imprägniereigenschaften beeinflussen, zu evaluieren. Es wird deutlich, dass sich Permeabilität und Kompaktierungsverhalten der CF-NCF gezielt durch die textile Architektur sowie die Prozessführung beim Umformen und Imprägnieren variieren lassen. Dies eröffnet die Möglichkeit das Eigenschaftsprofil der CF-NCF in der automobilen Serienproduktion zielgerichtet zu konfigurieren und die Bauteilqualität zu verbessern.     «

Faserverbundwerkstoffe (FVK) haben sich aufgrund ihrer spezifischen mechanischen Eigenschaften als Konstruktionswerkstoff für Leichtbauanwendungen etabliert. Im Automobil bieten insbesondere Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) die Möglichkeit zur Gewichtsreduktion, welche vor allem bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen von großem Interesse ist. Hohe Herstellkosten u. a. verhindern aktuell den flächendeckenden Einsatz von CFK in der Automobilindustrie. Die Anwendungen beschränken sich punktue...     »

Fiber-reinforced plastics have established themselves as a construomponents are mainly realized using a complex, automated RTM (Resin Transfer Molding) process. The automated conversion of dry textile semi-finished products (primarily carbon fiber non-crimped fabrics (CF-NCF) and the subsequent high-pressure injection with an epoxy matrix (HP-RTM), represents the baseline for the number and the quality of parts required at an industrial volume scale. This enables the use in automotive mass production at sustainable costs. For further development of CFRP industrialization, it is necessary to continue to meet existing challenges to cost, production and technology consistently. A main factor in this context is to ensure robust manufacturing processes, as a prerequisite for cost efficient and automated composite production. The understanding of the – so-called "cause and effect relationships" – of the materials used and their interaction with the manufacturing processes is highly important to achieve this goal. Only the identification of the relevant product properties, and the avoidance of interference, will effectively manage the correlation to the significant control variables, which influence the generative manufacturing process. This forms the basis for process optimization, definition of the processing window, and finally the establishment of tolerances to ensure consistent component quality. For the automated high pressure RTM-process, the main material parameters are the permeability and compaction behavior of the CF-NCF used. All of these factors can be influenced by the textile architecture and the used process parameters while preforming and injection. These factors themselves influence the achievable quality of the CFRP component. In the experiments introduced in this thesis, different textile structures are examined regarding their injection capacity. A qualification program is generated, that, starting from the ction material for lightweight applications due to their specific mechanical properties. In automotive application, carbon fiber reinforced plastics (CFRP) in particular offer the possibility of weight reduction, which is important in electrically powered vehicles. The high cost of production limits the application of CFRP in automotive industry to specific vehicle components and individual passenger cells. These canalysis of the global textile structure, utilizing the corresponding permeability (in lateral and transverse direction) and the compaction behavior of these materials, shows their influence to a high-pressure inplane RTM injection (2D-HP-RTM). Furthermore, the relevant manufacturing parameters at preforming and injection are investigated utilizing the introduced qualification logic. Finally, the obtained results are verified in an industrially relevant high-pressure RTM process (3D-HP-RTM), demonstrating the correlation from textile architecture to filling behavior using a serial equivalent injection mold. This provides a basis for assessing the “Cause and Effect relationships” of CF-NCF in automotive serial production and to optimize their characteristics profile to improve parts quality.     «

Fiber-reinforced plastics have established themselves as a construomponents are mainly realized using a complex, automated RTM (Resin Transfer Molding) process. The automated conversion of dry textile semi-finished products (primarily carbon fiber non-crimped fabrics (CF-NCF) and the subsequent high-pressure injection with an epoxy matrix (HP-RTM), represents the baseline for the number and the quality of parts required at an industrial volume scale. This enables the use in automotive mass produ...     »