Leichtbau für die E-Mobility

Effiziente Preform-Herstellung für Massenproduktion von Carbonbauteilen

Mit der Dieffenbacher Preform Technologie ist es gelungen, die Herstellung von komplexen trockenen Carbonfaser-Preforms in vollautomatischem Ablauf und mit kurzen Zykluszeiten von 90 Sekunden, beziehungsweise 40 Preforms pro Stunde, zu erreichen. Dabei werden aus Carbonfasergewebe mehrere individuelle Lagen ausgeschnitten und zu einer endkonturnahen dreidimensionalen Preform drapiert. Die Preform wird im anschließenden HP-RTM-Prozess zum fertigen Bauteil verpresst.

Im Gegensatz zu einem Spannrahmenverfahren bietet die Dieffenbacher Preform-Technologie mehrere Vorteile. Durch endkonturnahes Preforming wird deutlich weniger des wertvollen Ausgangmaterials Carbon verbraucht. Außerdem sind sowohl individuell geschnittene Lagen für partielle Verstärkungen innerhalb einer Preform, als auch mehrere Preformen innerhalb eines Zyklus möglich. Die maximale Schnittgröße liegt bei 4.000 x 2.500 Millimetern.

Verkürzte Zykluszeiten mit neuem Compression RTM-Verfahren

Dieffenbacher ist es gelungen, mit einer Modifikation des HP-RTM-Verfahrens bei der Bauteilfertigung aus Carbon die Taktzeiten zu verkürzen und die Herstellungskosten zu senken. Beim herkömmlichen HP-RTM-Verfahren wird mit einem hohen Druck von bis zu 80 bar das Harz in das komplett geschlossene Werkzeug eingespritzt. Nachteil dieses Verfahrens ist, dass durch den hohen Druck Beschädigungen der Preform mit Beeinträchtigung der Bauteilqualität entstehen können. Im dem neuen Compression RTM-Verfahren wird mit einem Druck von nur 5-10 bar das Harz in das nicht ganz geschlossene Werkzeug gespritzt. Für die Verteilung des Harzes und die Durchdringung der Preform sorgt die Kraft der Presse, die sich nach dem Benetzungsvorgang schließt. Vorteile sind die kürzeren Injektionszeiten sowie die Möglichkeit, mehr Carbonfasern zu verwenden, wodurch das Bauteil eine höhere Festigkeit erhält.

Mit Surface-RTM erstklassige Carbon-Oberfläche ohne Nachbehandlung

Serienmäßig lassen sich nun kohlefaserverstärkte Teile als Außenhaut-Bauteile herstellen. Möglich macht dies das neu entwickelte Surface-RTM-Verfahren. Ohne aufwendiges, manuelles Nacharbeiten entstehen lackierfähige Oberflächen. Zusammen mit weiteren Partnerunternehmen hat Dieffenbacher dieses Verfahren entwickelt und zur Serienreife gebracht. Der Produktionszyklus orientiert sich im ersten Prozessschritt am herkömmlichen RTM-Verfahren. Nachdem das Bauteil im Werkzeug ausgehärtet ist, werden die Werkzeughälften minimal geöffnet. Nun beginnt der zweite Prozessschritt: Das Überspritzen der Oberfläche mit einem Primer. Einfallstellen und andere Oberflächenfehler werden so ausgeglichen und es bildet sich eine lackierfähige Schicht. Soll die Carbonoptik erhalten bleiben, kann in diesem zweiten Prozessschritt auch gleich ein Klarlack eingespritzt werden.

Nasspressverfahren für Carbonbauteile

Eingesetzt wird das Nasspressverfahren zur Herstellung von Carbonfaserbauteilen mit geringer 3-dimensionaler Komplexität, wie zum Beispiel Fahrzeug-Antriebstunnel oder Verstärkungen im Dachbereich, die besonders hohe Belastungen aushalten müssen. Das Nasspressverfahren ist eine wirtschaftlichere Alternative zum mittlerweile etablierten HP-RTM-Verfahren, mit einer einfacher gehaltenen Prozesskette. Bei diesem Verfahren handelt es sich um einen offenen duroplastischen Prozess, in dem das Bauteil in der Presse unter Druck und Temperatur ausgehärtet wird.

Hybridtechnologie optimiert den Einsatz verschiedener Materialien

Mit der Dieffenbacher Fertigungslinie für Hybridbauteile lassen sich unterschiedliche Werkstoffe miteinander kombinieren. Das können verschiedene faserverstärkte Kunststoffe oder die Verbindung von Metall und Kunststoff sein. Mit dieser Technologie können Bauteile gezielt verstärkt werden. Damit können hohe Festigkeiten bei reduziertem Gewicht erreicht und Materialkosten eingespart werden.

Tailored LFT-D zur lokalen Verstärkung

Beim Dieffenbacher Tailored LFT-D-Verfahren werden in Kombination mit dem LFT-D-Werkstoff zusätzliche lokale Verstärkungsmaterialien dort im Bauteil platziert, wo erhöhte Anforderungen an Steifigkeit erforderlich sind. Für die Umsetzung dieses Prozesse bietet Dieffenbacher die Fiberforge Relay Station an. Hier wird parallel zur LFT-D Anlage ein Tape-Fiber-Placement geschaltet. Die unidirektionalen Fasertabes bestehen als Glas- oder Carbonfaser und sind in eine thermoplastische Matrix eingebettet. Sie kommen als Rollenware zum Einsatz. Der gesamte Prozess zur Verarbeitung ist vollautomatisiert in die LFT-D-Anlagentechnik integriert.

Kontakt: Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagebau, www.dieffenbacher.de
Composites Europe 2015 in Halle 7 Stand D04