Hybride Fertigungsverfahren: Kombination von Prepreg- und Harzinjektionstechnologie zur Herstellung von Kohlefaserverbundbauteilen

Kurzfassung

In diesem Vortrag wird eine neuartige Fertigungstechnologie zur Herstellung von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen vorgestellt. Diese so genannte hybride Fertigung basiert auf der Kombination der industriell bereits etablierten Prepreg- und Injektionstechnologie. Diese so genannte „hybride Fertigung“, deren spezifische Besonderheit im gleichzeitigen Aushärten injizierter und vorimprägnierter Bauteilbereiche besteht, verspricht durch die Vereinigung der Verfahrensvorteile beider Methoden sowohl hohe mechanische Bauteilkennwerte als auch einen verringerten Fertigungsaufwand. Im Bild 1 ist dieser Sachverhalt schematisch illustriert. Von praktischer Bedeutung ist eine derartige Fertigungstechnologie vor allem für Bauteile, die sich sowohl durch geometrisch komplexe als auch einfache Bereiche auszeichnen. Ein anschauliches Bespiel bilden hierfür Stringer-Haut-Strukturen von Flugzeugleitwerken oder auch stringerver-steifte Rumpfsegmente. Zum Nachweis einer prinzipiellen Eignung dieses Verfahrens wurden zahlreiche experimentelle Untersuchungen durchgeführten, die vorwiegend der Charakterisierung der Kontaktzone, die beim Einsatz von zwei Matrixsystemen entsteht, gewidmet waren. Anhand von Fließversuchen mit einem gefärbten Injektionsharzsystem (Bild 2) sowie durch mechanische Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass von der Übergangszone der beiden Matrixwerkstoffe, im Fall der untersuchten Materialien keine nachteiligen Auswirkungen auf den Verbund ausgehen. Darüber hinaus lagen die ermittelten Festigkeitswerte von hybrid- gefertigten Materialproben oberhalb derer von reinen Injektionsbauteilen. Die prinzipielle Eignung dieser Technologie für die Herstellung von Faserverbundwerkstoffen kann somit in dem Vortrag ausführlich dargestellt werden.