Faserverbundwerkstoff Hybridtextil als zeitsparende Alternative zum Organoblech

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Gustav Gerster vereint Verstärkungsfasern und Kunststoffmatrix in einem Hybridtextil. So lässt sich gegenüber dem bisher verwendeten Organoblech ein Prozessschritt bei der Leichtbauteil-Fertigung sparen.

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Wird das Hybridmaterial in die Form eingelegt, passt es sich dank der guten Drapiereigenschaften des Grundtextils Drapfix faltenfrei an.
Wird das Hybridmaterial in die Form eingelegt, passt es sich dank der guten Drapiereigenschaften des Grundtextils Drapfix faltenfrei an.
(Bild: Gustav Gerster)

Für Leichtbauteile aus Faserverbundwerkstoffen geht der Trend in den letzten Jahren zur Variante mit thermoplastischer Matrix. Häufig werden als Halbzeuge Organobleche in Form konsolidierter, zugeschnittener Platten eingesetzt, die zuvor aus endlosen Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix hergestellt wurden. Zum Formen des Bauteils muss das Organoblech erneut aufgeheizt und anschließend umgeformt werden. Das erhöht den Handhabungsaufwand. Für die Serienfähigkeit ist jedoch die Zykluszeit, das heißt die Zeit, in der ein Bauteil auf der Maschine entstehen kann, entscheidend. Ein wichtiger Schritt ist nun dem Unternehmen Gustav Gerster gelungen: In seinem Hybridtextil Draptex Hybrid wurden Verstärkungsfasern und Kunststoffmatrix in einem Gewebe vereint. Im Produktionsprozess kann so ein Aufheizschritt gespart und bisher verwendete Organobleche ersetzt werden.

Direktumformung spart Zykluszeit

Draptex Hybrid ist ein Biaxial-Gelege (0°/90°) mit endlosen Verstärkungsfasern und einer thermoplastischen Matrix, hergestellt aus Hybridgarnen. Die Hybridgarne entstehen beim Spinnprozess, über den gewährleistet wird, dass sich beide Materialien – Glasfaser und Thermoplast – homogen im Garn verteilen. Durch die gleichmäßige Durchmischung beider Werkstoffe im Garn – und so auch im Textil – entstehen beim Aufschmelzen des Halbzeugs besonders kurze Fließwege für den Thermoplast. Daraus wiederum resultieren kurze Zykluszeiten für das Herstellen des faserverstärkten Bauteils. Diese Zeiten sind unterschiedlich und abhängig vom Bauteil sowie der gewählten Faser-Matrix-Kombination im Textil.

Bisher konnten Demonstratoren mit Glasfasern und PP (Polypropylen) als Matrix erfolgreich produziert werden. Die glatte, faltenfreie Oberfläche wird durch die Drapierfähigkeit des Textils erreicht.
Bisher konnten Demonstratoren mit Glasfasern und PP (Polypropylen) als Matrix erfolgreich produziert werden. Die glatte, faltenfreie Oberfläche wird durch die Drapierfähigkeit des Textils erreicht.
(Bild: Gustav Gerster)

Mit der Direktumformung konnten bisher Demonstratoren mit Glasfasern und PP (Polypropylen) als Matrix erfolgreich produziert werden. In der Testphase befinden sich Bauteile mit Draptex Hybrid aus Glasfasern und PA (Polyamid) als Matrix. Denkbar sind als Verstärkungsfasern auch Naturfasern, beispielsweise Leinen.

Faltenfreie Anpassung gewährleistet

Wird das Hybridmaterial in die Form (zu verstärkendes Bauteil oder Werkzeug) eingelegt, passt es sich dank der guten Drapiereigenschaften des Grundtextils Drapfix faltenfrei an. Das Umformen wird so deutlich erleichtert und das Bauteil in seinen mechanischen Eigenschaften verbessert. Denn die Fasern behalten ihre gewünschte Ausrichtung und Lage im Textil – und damit im fertigen Bauteil – bei. Textiltechnisch sind dafür frei bewegliche Fasern verantwortlich. In der Fertigung erfolgt das Ausstreichen von Hand oder automatisiert mithilfe kleiner Rollen. Komplexe Geometrien wie Eckwinkel oder tiefe Mulden sind in einem Schritt drapierbar. Daher eignet sich das Biaxial-Gelege aufgrund seiner exzellenten Drapierbarkeit insbesondere für hochkomplexe Strukturen.

Tankdeckel-Demonstrator gefertigt aus mehreren Lagen Drapfix GF/PP mit anschließendem Anspritzen von Haltungselementen.
Tankdeckel-Demonstrator gefertigt aus mehreren Lagen Drapfix GF/PP mit anschließendem Anspritzen von Haltungselementen.
(Bild: Gustav Gerster)

Hier liegt auch ein entscheidender Unterschied dieser Alternative zu Organoblechen: Durch die Biegeschlaffheit des Textils und die besondere Bindung passt sich das Hybrid-Material auch dort sehr gut den vorgegebenen Geometrien an, wo beispielsweise die Drapierbarkeit von Organoblechen an Grenzen stößt.

Hybridtextil spart Zeit und Kosten

Aufgrund dieser geschmeidigen Anpassungsfähigkeit an die Form fällt der ein oder andere Arbeitsschritt weg. Dazu zählt die Nacharbeit im Bauteil, zum Beispiel das Einschneiden von Ecken, um eine Faltenbildung zu minimieren. Hinzu kommt, dass sich die hochdrapierbaren Hybrid-Gelege endkonturnah umformen lassen. Der Einsatz von Drapfix/Draptex Hybrid führt so nicht nur zu Zeit- und Kosteneinsparungen, sondern unterstützt durch einen materialeffizienten Prozess auch die wirtschaftliche Bauteilfertigung. Anwendungen finden sich in der Automobil-Branche sowie in der Luft- und Raumfahrt. Hersteller von Nutzfahrzeugen oder Reisemobilen könnten von diesem Material ebenso profitieren wie Sportgerätehersteller.

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