Automatisierte, kraftgesteuerte Fadenvorspannung in der Wickeltechnik der Faserverbundfertigung von Hochleistungsverbundbauteilen

Kurzfassung

Deutsch: Das Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik am Deutschen Zentrum für Luftund Raumfahrt ist spezialisiert auf den Entwurf und die Realisierung innovativer Leichtbausysteme. Hierbei liegt der Fokus unter anderem auf der Erforschung und Entwicklung von Herstellungsverfahren für Hochleistungsverbundbauteile unter der Verwendung der Wickeltechnik. Innerhalb dieser Diplomarbeit wurde der Einfluss der Fadenvorspannkraft auf den Wickelprozess untersucht. Ziel der Arbeit war die Implementierung von Methoden, welche die Automatisierung einer konstanten Fadenvorspannkraft und somit einer gleichmäßigen Eigenschaftsausprägung in Bauteilen, auch mit variierendem Durchmesser, realisieren. Die Umsetzung der Automatisierung erfolgte auf dem Prinzip der Regelung, wobei zur Erfassung der Prozessgrößen sowie für die Ausgabe von Stellsignalen die Elemente der Wickelanlage des DLR in Braunschweig zur Verfügung standen. Die Ermittlung der Prozessparameter erfolgte durch einen Kraftsensor und einen inkrementalen Drehgeber. Die aktorische Beeinflussung des Prozesses ermöglichten regelbare Hysteresebremsen. Zur autonomen Steuerung des Regelungsvorgangs wurde ein CompactRIO-System eingesetzt, welches mit der Programmierumgebung LabVIEW konfiguriert wurde. Die Betrachtungen ergaben, dass die Vorspannkraft mit der vorhandenen Aktorik geregelt werden kann und die Herstellung verschiedener rotationssymmetrischer Wickelkörper umsetzbar ist. Durch die Einstellung der Regelparameter können Schwankungen der Fadenvorspannkraft eliminiert werden. Die erstellte Programmierung bietet hierbei die Möglichkeit den Prozess autonom zu steuern und zu optimieren. English: The Institute of Composite Structures and Adaptive Systems at the German Aerospace Center Brunswick is an expert for design and realization of innovative light weight systems. Among other research specializations, one focus lies on the development of manufacturing processes for high performance composite components by using filament winding. Within the thesis, the influence of filament tension force on winding processes was examined. The aim of the work was the implementation of methods which realize the automation of a constant filament tension force, whereby the results were supposed to unify characteristics in components with varying diameters. While conducting the process, the implementation of the automation was based on adjustment control. The acquisition of process parameters and the output of control signals were realized by using the elements of winding system of the DLR in Brunswick. Furthermore, the determination of process parameters was performed by a force sensor and an incremental encoder while adjustable hysteresis brakes transmitted the control signals. To implement an autonomous control of the process the CompactRIO system was used, whereas the programming was configured with LabVIEW. The observations showed that the filament tension force can be regulated with the existing actuators and that the fabrication of various rotation-symmetrical components is feasible. By setting the control parameters, fluctuations of the filament tension force can be eliminated. The created program offers an opportunity to control the process and to optimize the data processing.