Formwerkzeuge in der Faserverbundtechnologie, Möglichkeiten und Risiken

Abstract

Das Prinzip der Herstellung von Faserverbundbauteilen beruht auf der Füllung einer Kavität die durch massive Formwerkzeughälften oder durch die Kombination von massiven und flexiblen Formwerkzeughälften gebildet wird. Bei Fertigungsansätzen mit allseitig massiven Formwerkzeug-hälften haben sich international die Begriffe „Resin Transfer Moulding“ (RTM) bzw. „Closed Mould …“ durchgesetzt, während im Falle der teilflexiblen Formwerkzeuge die Begriffe „Liquid Resin Infu-sion“ (LRI), „Liquid Composite Moulding“ (LCM) oder „Open Mould …“ typisch sind. Beide Ansätze (Open und Closed Mould) führen zu unterschiedlichen Fertigungsszenarien mit jeweils spezifi-schen Möglichkeiten und Risiken, da im Fall des „Open Mould“ Fertigungsansatzes ein konstanter Faservolumengehalt bei variabler Geometrie und im Fall des „Closed Mould“ Fertigungsansatzes ein variabler Faservolumengehalt bei konstanter Geometrie priorisiert wird. Die Bauteilrandbedin-gungen entscheiden letztendlich darüber, welcher Ansatz der jeweils günstigere ist.

Neben dem globalen Fertigungsansatz hat auch die Wahl des Formwerkzeugmaterials einen ent-scheidenden Einfluss auf das Fertigungsergebnis. Unter Beachtung von Kriterien wie: Standzeit, Abformungsgenauigkeit, Verfügbarkeit, Prozesssicherheit und nicht zuletzt Kosten lassen sich sehr gezielt Formwerkzeugkonzepte auf ein vorgegebenes Fertigungsszenario hin optimieren. Bei Nichtbeachtung oder falscher Einschätzung der oben genannten Kriterien kann andererseits ein ganzes Produktionskonzept in Gefahr geraten.

Über den globalen Fertigungsansatz und die Werkstoffauswahl hinausgehend kann das Form-werkzeugkonzept auch direkt zur Unterstützung des Fertigungsablaufes genutzt werden, indem z.B. der Ablegevorgang, die Infiltration einer Faserpreform oder aber auch die Ankopplung der Peripherie (Sensorik, Leitungen, etc.) sinnvoll unterstützt wird. Zunehmend wichtig wird auch die prozessbegleitende Überwachung aller Vorgänge im Formwerkzeug im Sinne einer Online Quali-tätsüberwachung. Die Überwachung der Durchtränkung, des Vernetzungsgrades der Formwerk-zeugdichtigkeit und auch möglichst der Geometrie können in hohem Maße zur Reduzierung von Fehlproduktionen und damit zur Verbesserung der Fertigungsbilanz beitragen.

Der optimale Kompromiss eines Formwerkzeugkonzeptes besteht erfahrungsgemäß aus einer zielgerichteten Mischung aller oben angesprochenen Aspekte, die sich allerdings nur selten direkt von einem auf andere Fertigungsszenarien übertragen lassen. Aus diesem Grund wird die For-schung im Bereich der Formwerkzeuge für Faserverbundbauteile auch weiterhin zu den For-schungsschwerpunkten gehören.