Thermoplastisches Tape-Legen Orientierte UD Lagen als Problemlöser

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

EDAG, Fraunhofer ICT und Ticona haben ein thermoplastisch umgeformtes Nutzfahrzeug-Bauteil aus PP und UD-GF präsentiert.

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Kostengünstig und leicht: Die Matrix aus Polypropylen (PP) und unidirektional orientierten Glasfasern (UD-GF) bildet die optimierte Ausrichtung der UD-Tapes in Form eines mehrschichtigen Geleges.
Kostengünstig und leicht: Die Matrix aus Polypropylen (PP) und unidirektional orientierten Glasfasern (UD-GF) bildet die optimierte Ausrichtung der UD-Tapes in Form eines mehrschichtigen Geleges.
(Bild: Ticona)

Ihr Ziel: Die Konzeption und prototypische Darstellung am Beispiel eines Verstärkungsrahmens für eine gewichtsoptimierte Nutzfahrzeug-Staufachklappe aus neuartigen Werkstoffen mit Hilfe der innovativen Technologie des thermoplastischen Tape-Legens bei optimaler Ausnutzung der materialspezifischen Eigenschaften. Außerdem wollten die Entwickler in gemeinsamer Zusammenarbeit zeigen, dass nicht nur sehr kostenintensive High-End-Leichtbauwerkstoffe Leichtbaupotenzial aufweisen, sondern auch preiswerte Matrix- und Faserwerkstoffe, vorausgesetzt, man bedient sich innovativer Herstellverfahren. Für das Verstärkungs-Inlay der Klappe wurden Polypropylen (PP) als Matrixwerkstoff und unidirektional orientierte Glasfasern (UD-GF) als Verstärkungsfasern in Form von so genannten UD-Tapes eingesetzt. Ihre Ausrichtung erfolgte lastpfadgerecht in Form eines mehrschichtigen Geleges. Durch Abwicklung der im 3D-Raum optimierten Struktur in die 2D-Ebene konnte mit Hilfe einer Tape-Legemaschine im ersten Prozessschritt ein flächiges Gelege erzeugt werden, das nach thermischer Konsolidierung als bauteiloptimiertes Halbzeug weiterverarbeitet werden kann. Besitzen Bauteile, wie das vorliegende Verstärkungs-Inlay, eine rahmenartige Struktur, liegt in diesem Schritt ein signifikantes Material-Einsparpotenzial vor. Denn bei diesem Prozess wird nur in denjenigen Bauteilbereichen UD-Tape abgelegt, an denen es auch gebraucht wird. Somit wird die Verschnittmenge, je nach Bauteilgeometrie, weitgehend reduziert. Wasserstrahlschneider besäumen in diesem Fall das Faserverbundbauteil und bringen Montage- und Funktionsöffnungen ein. Anschließend wird bei der Endmontage durch Rollfalzen die Stahlaußenhaut mit der Komposite-Struktur verbunden. Gegenüber einer heute üblichen Stahlbauweise konnte am demonstrierten Bauteil deutlich Gewicht eingespart werden. Dank geringer Werkzeugkosten, lastgerechter Bauteilauslegung, gezielter Materialeinsatzminimierung und der Entscheidung für die vergleichsweise preiswerte Werkstoffkombination PP-GF70 konnte eine auch für Kleinserienproduktionen wirtschaftliche Lösung gefunden werden. (qui)

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