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Methode zum Wickeln von Endlosfaser-Rovings für die Herstellung komplexer faserverstärkter Kunststoffbauteile

Kurzfassung

Kernloses Wickeln zur Herstellung komplexer dreidimensionaler Tragstrukturen

Hintergrund

Das kernlose Wickelverfahren (coreless filament winding) ist ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Verbundbauteilen. Mittels des Verfahrens können korrosionsbeständige Strukturbauteile mit hohen masse-spezifischen mechanischen Kennwerten und einem hohen Maß an geometrischer Gestaltungsfreiheit kostengünstig hergestellt werden.

Problemstellung

Während beim kernlosen Wickeln recht einfach komplexe dreidimensionale Tragstrukturen erzeugt werden können, weisen die einzelnen Elemente hohe Abweichungen in ihrer Querschnittsform auf. Dies erschwert die Berechenbarkeit der Strukturen und verursacht relativ große Sicherheitsfaktoren.

Lösung

Wissenschaftler der Universität Stuttgart und der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung haben ein Verfahren zur Herstellung kernlose gewickelter komplexer Strukturbauteile mit einstellbarem Querschnitt entwickelt. Unter der Nutzung von Glasfaser-Rovings, kombiniert das erfindungsgemäße Verfahren die große Gestaltungsfreiheit des Wickelverfahren mit der hohen Formgenauigkeit von Pultrusionsprofilen. Zur Herstellung des Bauteils wird der Faserstrang kontinuierlich entlang räumlich angeordneter Umlenkpunkte (Hülsen, Pins, …) frei im Raum gewickelt. Während des Wickelvorgangs wird der Faserstrang nur zwischen den Umlenkpunkten ausgehärtet; an den Umlenkpunkten bleibt der Faserstrang flexibel. Diese unmittelbare Aushärtung mittels UV-Strahlung sorgt für die Formgebung des Faserstrangs, welcher somit nicht abgelängt werden muss und eine integrale Bauweise erlaubt. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von belastbaren Bauteilen mit komplexen Bauteilgeometrien bei einstellbaren und konstanten Faserstrangquerschnitten und Faser-Volumen-Gehalten.

UV-getriggerte Vernetzung zur Herstellung von GFK-Strukturen.
UV-getriggerte Vernetzung zur Herstellung von GFK-Strukturen.

Vorteile

  • Große Freiheit bei der Bauteilgestaltung
  • Konstanter Faserstrangquerschnitt
  • Einstellbare Querschnittsform
  • Reduzierte Sicherheitsfaktoren
  • Glatte Bauteiloberfläche
  • Hohe Automatisierbarkeit
  • Einstellbarer Faser-Volumen-Gehalt
  • kein Abtropfen von Harz während der Fertigung

Anwendungsbereiche

Mögliche Anwendungsgebiete sind Strukturbauteile, die derzeit aus zwei oder mehr Teilen bestehen (verschraubt oder verschweißt) und die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Stück hergestellt werden können. Mögliche Anwendungen sind z.B. Fahrradrahmen, Halterungen für Außenspiegel, Satellitenanlagen, Heckspoiler oder jegliche Art von Verstärkungsstreben.

Exposé
Kontakt
Dr. Dirk Windisch
TLB GmbH
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe | Germany
Telefon +49 721-79004-0
windisch(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
TRL 4 – Technologie im Labor überprüft
Patentsituation
DE102019127568A1 anhängig
EP3808547A1 anhängig
Referenznummer
19/038TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.