Faserverbundproduktion

Faltenfrei

Automatisierte Faserverbundproduktion aus Bremen
Ablegen der Fasermatte mit Effektoren (Fotos: bwm)
Die Zuwachsraten für die Anwendung von Faserverbundwerkstoffen steigen. Vorzugsweise im Flugzeugbau, bei Windenergieanlagen, im Schiff- und Fahrzeugbau sind Faserverbunde zunehmend bedeutende Werkstoffe. Gefragt deshalb sind innovative Prozesstechnologien für eine flexible und qualitätsorientierte Faserverbundfertigung.

Derzeit werden Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffe basierend auf variierenden Halbzeugen mit unterschiedlichen Prozessen hergestellt. Die Herstellung von Hochleistungsverbundbauteilen erfolgt entweder mit so genannten Prepregs oder mit trockenen Textilien und anschließender Harzinjektion. Die Fertigungsverfahren werden oft noch manuell ausgeführt – die Manufaktur hat deshalb auch die typischen Nachteile: geringer Durchsatz, hoher Personalanteil, schwankende Qualität. Für Serienanwendungen erfordert die Herstellung eine Prozessautomatisierung. Für die Gestaltung von Prozessketten in unterschiedlichen Verfahrensvarianten hat das Unternehmen Bremer Werk für Montagesysteme (bwm) die entsprechende Systemtechnik aus Robotik, Sensorik, Steuerungstechnik und Effektoren entwickelt. Es kommen unter anderem vier Spezialgreifer für textile Halbzeuge zum Einsatz, für die bwm die Patente erworben hat. Die Herstellung des textilen Bauteilaufbaus – Preforming – ist Voraussetzung zur rationellen Fertigung und Sicherung der Qualität des eigentlichen Bauteils bei Harzinjektionsverfahren. Aufgabenstellung für das bwm-Entwicklungsteam war es, die wesentlichen Schritte der Faserverbundfertigung, Anlieferung der Halbzeugrollen, Zuschnitt, Handhabung der Zuschnitte und insbesondere das Drapieren der Halbzeuge in Formwerkzeugen mit der Erfahrung der Automatisierungstechnik zu verknüpfen.

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Die unterschiedlich aufgebauten Textil-Verstärkungen haben stark variierende mechanische Eigenschaften; schon geringe mechanische Belastungen können die textile Struktur beschädigen. Mögliche Prozessfehler durch eine nicht materialgerechte Handhabung sind Winkeländerungen, Faltenbildung, Verzerrung und Verschiebung von Fasern. Diese Fehlerbilder werden durch den kontrollierten Legevorgang eliminiert. In einer zweistufigen Prozesskette nutzt das Bremer Werk für Montagesysteme das Know-how in der Roboterentwicklung. Das kontrollierte Ablegen und Drapieren trockener Textilfaserbahnen geschieht mit rezepturgesteuerten Sechs-Achs-Robotern. Dabei ergänzen aktive Fixierelemente autark die Lagekontrolle auch komplexer Konturen. Flexibilität bezüglich des Lagenaufbaus innerhalb eines oder zwischen unterschiedlichen Bauteilen wird durch vorgeschaltete Logistik- und Cutter-Module erreicht. Bauteilgeometrien sind durch den Einsatz von sechster und siebter Achse kaum Grenzen gesetzt. bwm entwickelt daraus einen Systembaukasten für unterschiedliche Anforderungen diverser Branchen. Das ermöglicht den kontinuierlichen Ausbau der Automatisierung in beherrschbaren Schritten. Nicht zuletzt Prozesse wie das Dosieren von Gel-Coat oder Fräs- und Schleifoperationen sowie Lackierungen im Finish lassen sich durch die Erkenntnisse modular in die Kette einfügen.

Der Hersteller unterstützt die Kunden bei der Integration der Produktionsplanung und -gestaltung während der eigentlichen Bauteilentwicklung. Ziel ist es, die komplexen Herstellungsprozesse in Teilprozesse aufzuteilen, um dadurch eine gezielte Entwicklung von Bearbeitungsmodulen für jeden Teilschritt gesondert umzusetzen. Diese Methodik ermöglicht sowohl dem Anlagenhersteller als auch dem Kunden schon im frühen Stadium der Auftragsphase eine Einschätzung zur Prozessfähigkeit der Anlage; damit lassen sich Kosten und Erstellungszeiten reduzieren. Für unterschiedliche Teilprozesse sind Prozessmodule bereits entwickelt, umgesetzt und evaluiert worden. PR/pb

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