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DP:
1) Aufheizen des flüssigen Eduktgemischs (ca. 120°C)
2) Isotherme Vernetzungs- reaktion, Formgebung
3) Abkühlen auf Entformungstemperatur

TP:
a) Aufschmelzen des festen Polymers (ca. 180°C)
b) (Isotherme) Formgebung
c) Abkühlen auf Entformungstemperatur

• Kurzfasern: bis 1mm
• Langfasern: bis 50mm
• Endlosfasern: >50mm

Eigenschaften, die durch die Faserlänge beeinflusst werden:
1. Mech. Eigenschaften: E-Modul, Festigkeit, Schlagzähigkeit
2. Formgebungsfreiheit

Technisch:
• Einsetzbare Materialien
• Mechanische Bauteileigenschaften
• Bauteilkomplexität
• Oberflächeneigenschaften

Wirtschaftlich:
• Materialeinsatzquote/ Materialausnutzung
• Werkzeugkosten/ Anlagenkosten
• Zykluszeit/ Ausbringungsmenge
• Verbrauchsmaterialien

Wirtschaftlich und technisch:
• Automatisierungsgrad
• Funktionsintegration
• Prozessrobustheit/ Reproduzierbarkeit

• Spritzgießen
• Fließpressen
• Nasspressen
• Handlaminieren
• Harzinfusion
• RTM (Resin Transfer Moulding)
• Nasswickeln
• Pultrusion
• Tapelegen

• Spritzgießen
• Fließpressen
• Thermoformen
• Pultrusion
• Tape-Placement
• Faserspritzen

+ Gute Materialausnutzung
+ Geringe Anlagenkosten
+ Hoher Automatisierungsgrad und gute Reproduzierbarkeit
+ Gute Oberflächenqualität
+ Hohe Formgebungsfreiheit
+ Gute Funktionsintegration
+ Mehrfach Formnester auf einer Maschine möglich

- Geringe bis mittlere Faservolumengehalte
- Kürzere Fasern, daher schlechtere mechanische Eigenschaften als bspw. bei SMC
- Werkzeugbeschichtung erforderlich (abrasive Fasern)
- hohe Werkzeugkosten

1. DP: kompressionslose Förderschnecke zur Vermeidung von Scherwärme
2. DP: Einspritzen in heißes Werkzeug T=130-190°C (TP: T=20-180°C)
3. DP: Werkzeug muss zur Vernetzungsreaktion beheizt werden, wohingegen das TP-Werkzeug abgekühlt wird (Plastifiziereinheit gekühlt)
4. DP: Höhere Einspritzdrücke von bis zu 2500 bar (TP bis 1500)

+ Gute Materialausnutzung
+ Geringe Werkzeugkosten (vgl. mit Spritzgießen)
+ Höhere Maßgenauigkeit und Reproduzierbarkeit als Spritzgießen
+ Hoher Automatisierungsgrad
+ Geringe Faserschädigung bei der Verarbeitung verglichen z.B.
mit Spritzgießen → längere Fasern in Bauteil
+ Mittlere Faservolumengehalte und Faserlängen
+ Mittlere bis hohe Formgebungsfreiheit (z.B. starke Verrippung)
+ Gute Oberflächeneigenschaften (SMC)
+ Kurze bis mittlere Zykluszeiten (1 bis 6 min)

- Hohe Anlagenkosten (vgl. mit Spritzgießen)

DP-Nasspressen reduziert Taktzeiten durch:
- kurze Imprägnierzeiten
- hohe Reaktivität der Harzsysteme
- Mehrkavitätenwerkzeuge
- Parallelität der Prozesse

Nachteil DP-Nasspressen
- Bauteilkomplexität
- keine Integration von Funktionselementen

• Niederdruck-RTM (ND-RTM)
• Hochdruck-RTM (HP-RTM)
• Spaltimprägnieren
• Compression-RTM (C-RTM)
• Vacuumassisted-RTM (VA-RTM)
• Thermoplastisches RTM (TP-RTM)
• Schlauchblas RTM

+ Geeignet für große Bauteile
+ Hohe Materialeinsatzquote
+ Geringe Werkzeugkosten
+ Hoher Automatisierungsgrad und gute Reproduzierbarkeit
+ Hohe Faservolumengehalte und Endlosfasern → gute mechanische Eigenschaften
+ Einstellen der Bauteileigenschaften durch Wahl des
Ablagemusters
+ Hoher Massendurchsatz bei breiten Rovingbändern bzw. kontinuierlicher Ablage mit mehreren Systemen

− Hohe Anlagenkosten
− Nur einseitig (innenliegend) gute Oberfläche
− Sehr geringe Formgebungsfreiheit

+ Hohe Materialeinsatzquote
+ Hoher Automatisierungsgrad und Hohe Reproduzierbarkeit
+ Sehr hohe Faservolumengehalte möglich (>>60%)
+ Gute mechanische Eigenschaften
+ Hohe Produktivität und damit hohe Wirtschaftlichkeit

− Eingeschränkte Formgebungsfreiheit
− Hohe Anlagen- und Werkzeugkosten
− Geringe Oberflächengüte

1. Spulengatter
2. Matte- / Gewebespulen
3. Tränkbad
4. Werkzeug
5. Abzug

+ Gute Reproduzierbarkeit
+ Hohe Materialeinsatzquote
+ Fertigung großer Bauteile möglich
+ Funktionsintegration möglich
+ Mittlere bis hohe Faservolumengehalte möglich

− Hoher Maschineninvest (>>1 Mio USD)
− Geringe bis mittlere Bauteilkomplexität
− Mittlerer Durchsatz (10-40kg/h)

+ Hohe Materialeinsatzquote
+ Geringe bis mittlere Anlagenkosten
+ Sehr hoher Automatisierungsgrad und gute Reproduzierbarkeit
+ Gute Funktionalisierungsintegration (bspw. durch parallelen Einsatz verschiedener Matrixsysteme)
+ Sehr große Formgebungsfreiheit
+ Gute Oberflächenqualität, kein Entgraten notwendig
+ Mehrfach Formnester auf einer Maschine möglich
+ Sehr kurze Zykluszeiten

- Nur geringe Faserlängen einsetzbar → eingeschränkte
mechanische Eigenschaften
- Hohe Werkzeugkosten

+ Gute Materialausnutzung
+ Geringe Werkzeugkosten (vgl. mit Spritzgießen)
+ Hoher Automatisierbarkeit und gute Reproduzierbarkeit
+ Geringe Faserschädigung bei der Verarbeitung (vgl. z.B. mit Spritzgießen)
+ Gute Funktionsintegration
+ Kurze Zykluszeiten

- Hohe Anlagenkosten (vgl. mit Spritzgießen)
- Nur geringe bis mittlere Faservolumengehalte (φ<25 bis 45%)
- Mäßige Oberflächeneigenschaften
- Nicht für Strukturbauteile geeignet
- Hohe Temperaturen und Drücke für die Verarbeitung notwendig

1. Vorkonfektionieren des Organoblechs und Lagenaufbau
2. Fixieren des Organoblechs in einem Spannrahmen mit Führungssystem
3. Erwärmen auf ca. 20-40K oberhalb der Schmelztemperatur des TP
4. Umformen und auskühlen (Umformdruck 5 bis 30 bar)
5. Entformen des formstabilen Bauteils

+ Reproduzierbar mit hoher Genauigkeit/ Hoher Automatisierungsgrad
+ Mittlere bis hoher Faservolumengehalt
+ Gute mechanische Eigenschaften (hohe Schlagzähigkeit, optimale Faserausrichtung einstellbar)
+ Gute Oberflächenqualität
+ Reduzierung von Verschnitt durch Erstellung von individuellen
Halbzeugen, sogenannten „taylored blanks“

- Hohe Anlagenkosten/ komplexer Maschinenaufbau
- Komplexe Steuerungs- und Regelungstechnik
- Geringe bis mittlere Formgebungsfreiheit
- Mäßige Zykluszeiten

+ Aufgabenteilung in der Wertschöpfungskette
+ Spezialisierungseffekte
+ Möglichkeit zum Outsourcing und Zentralisierung
+ Skaleneffekte
+ Versorgungssicherheit
+ Reproduzierbare Produkteigenschaften

– I.d.R. höherer Verschnitt
– Geringere Flexibilität (Standardgeometrien und -materialien)
– Profitmargen von Zulieferer und Transportkosten
– Rückverfolgung von Qualitätsmängeln aufwändiger

Faserbasierte Halbzeuge:
+ Imprägnierungsprozess von ebenen, dünnen Profilen einfach und skalierbar
+ Einfache Handhabung

– Verschnitt i.d.R. nicht wiederverwertbar
– Trennmaterialien notwendig
– Geringe bis mittl. Absatzzahlen von FVK reduzieren Skaleneffekte

1. Standardisierung, Normierung
2. Outsourcing

Veredelungszustand: Imprägnierungsgrad
Bsp.:
• Nicht imprägniert (Faser-Rovings, Gewebe, Gelege)
• Vermischt (Hybridgarn, Hybridgewebe)
• Teilimprägniert (Tow-Pregs)
• Vollimprägniert/konsolidiert (Prepregs, SMC, Organoblech)

Lösungsmittelimprägnierung (In-Line)
- Harz mit Lösungsmittel auf gewünschte Viskosität bringen
- bei Raumtemperatur oder kurz darüber
- Tränkbad

Gesonderte Vorrichtung (Schmelzharzimprägnierung)
- bei 60 - 120 Grad und 10 - 300 g/m2 auf Trägerfolie aufgerakelt
- Walzendruck imprägniert die Fasern

• Bombage (Balligschliff):
  - Mittige Verdickung der (letzten) walzen
  - Wölbende Verformung
  - Gleicht Durchbiegung der Walze aus (Spalt gleichmäßig)

• Crossing Over (Walzenschrägstellung):
  - Achsenversetzung des Wahlzenpaares
  - Bei starker Schrägstellung, kleine Durchmesser vorziehen
    (dynamisch höher belastbar)
  - Einhaltung eines einheitlichen Walzenspaltes

n(Fasern) = (0,6 * A) / (pi * r²) = 74,8 * 10⁶

A(Faser) = pi * D * L

Hochviskose Konsistenz

Doppelbandpresse

1. Isobar (weggesteuert): Druck durch Materialzufuhr definiert
2. Isochor (kraftgesteuert): Halbzeugdicke durch Materialzufuhr definiert

Isobar
  1. Luftkissen
  2. Ölkissen

Isochor
  1. Feststehende Rollen
  2. Rollenteppich
  3. Gleitschuh

Isobar:
  1. Aufwändiges Dichtungssystem

Isochor:
  1. Kalibrierung des Halbzeugs bei Maximaltemperatur des Prozesses
  2. Temperatur < 240°C (bedingt durch PTFE)

Für beide: Querführung des Bandes

Geringe Zykluszeiten
Ggf. Kostenvorteile

• Aufbringen und Halten der notwendigen Press-/ Schließkraft (bis 50.000 kN, max. 100.000 kN)
• Hohe Schließ- (bis 1.000 mm/s) und Arbeitsgeschwindigkeiten (bis 80 mm/s)
• Gute Zugänglichkeit
• Möglichst geringe Bauhöhe
• Präzises Abfahren von Kraft-/ Geschwindigkeitsprofilen
• Parallelität der Werkzeughälften auch bei hohen/ exzentrischen Werkzeuginnendrücken
• Energieeffizienz

Hydraulikpressen:
  • Kurze Druckaufbauzeiten
  • Hohe Umformkräfte über längere Zeit
  • Hohe Positioniergenauigkeit
  • Energieverluste durch Übertragunsmedium (evtl. Kühlung)

Mechanische Pressen:
  • Höherer Energieaufwand (Motor läuft ständig)
  • Energetisch günstiger Einsatz von Schwungscheiben
  • Wartungsintensive Bauteile (Riementrieb, Kupplung, Bremse)

Servopressen:
  • Präzise Positions- und Drehzahlregelung in Echtzeit
  • Stößelgeschwindigkeit programmierbar
  • Energieeffizient und leise
  • Nennpresskraft nur über kurzen Weg verfügbar
  • Hoher Mehraufwand für große Kräfte

• Die Inkompressibilität von Flüssigkeiten verhindert das Speichern von Druckenergie
• Hydropneumatische Speicher ermöglichen es, durch die Kompression eines Gases kurzzeitig sehr hohe Drücke und Durchflüsse zu realisieren
• Bei Abrufen von Ölvolumen aus dem Ölspeicher (max. 1/6 des Speichervolumens) sorgen der Stickstoffspeicher durch Expansion für die Aufrechterhaltung des Öldrucks.

• Thermoformen (Diaphragma): 5 - 10 bar
• Thermoformen (Stempel): 2 - 30 bar
• TP-Fließpressen (LFT): 25 - 300 bar
• DP-Fließpressen: 15 - 250 bar
• DP-Nasspressen: 4 - 25 bar
• HP-RTM: 40 - 150 bar
• ND-RTM: 0 - 8 bar
• Autoklav: 2 - 10 bar / 5 - 7 bar / Luft&Raumfahrt 10 - 20 bar

1. Eilsenken des Stößels unter ständiger Parallelitätsregelung
2. Stößel erreicht Widerlagerposition
3. Stößelverriegelung durch Fixierung der Antriebswelle
4. Arbeitshub durch mehrere, unter der Druckplatte liegende Hauptzylinder (parallelgeregelt)

Durch einen außermittigen Kraftschwerpunkt der Werkzeugformen sowie unsymmetrische Bestückung (bspw. Fließpressen) oder Harzinjektion (bspw. RTM) kann es beim Schließen des Werkzeugs oder im Prozess zu einer exzentrische Belastung & Schrägstellung des Stößels und Druckplatte zueinander kommen.

Ziel der Parallelitätsregelung ist nicht zwingend das parallele Verfahren von Stößel und Druckplatte, sondern primär das parallele Schließen der Werkzeughälften für:
  • eine einwandfreien Bauteilqualität durch das reproduzierbare Einhalten gewünschter Wandstärken
  • die Minimierung des Werkzeugverschleißes durch das Vermeiden nichtparalleler Werkzeugschließbewegungen

Antwort

Formträger:
• Geringe Genauigkeit
• Keine Verformkräfte vor Verriegeln zulässig
• Genauigkeit kommt ausschließlich aus dem Werkzeug
• Maximale Kraft begrenzt
• Geringe Invest-Kosten
• Geringe Energieeffizienz, da elektrisch
• Geringe Lärmemissionen
• Wartungsarm
• Sicherheit: nur allgemeine Maschinenrichtlinien und Normen (keine Pressennorm)

Komponenten:
  1. Werkzeuge/ Formgeber
  2. Spann-/ Halteelemente
  3. Temperiersysteme
  4. Schließbewegung/ Pressen

Anforderungen und Umsetzungen auf folgenden Karteikarten

Anforderung:
  • Hohe Abformgüte
  • Hohe Oberflächengüte (beider Seiten)
  • Gute Kompaktierung des Halbzeugs
  • Gute Wärmeabfuhr

Umsetzung:
  • Umformen durch Fluid
  • Umformen durch Stempel
  • Kombination von beidem

Anforderungen:
  • Vermeidung von Faltenbildung durch Aufbringen von Vorspannkräften
  • Sicheres Handling

Umsetzung:
  • Niederhalter, Hochhalter, Spannrahmen

Anforderungen:
  • Hohe Heizrate
  • Hohe Maximaltemperatur
  • Gleichmäßige Aufheizung (Fläche & Tiefe)
  • Gute Temperaturregelbarkeit
  • Hohe Energieeffizienz

Umsetzung:
  • Infrarot Heizung
  • Kontaktheizung
  • Ofenheizung

Anforderungen:
  • Hohe Schließgeschwindigkeit
  • Großer Öffnungshub
  • Präzises Verfahren
  • Gleichmäßige Wandstärke

Umsetzung:
  • Mechanisch
  • Hydraulisch
  • Sonderform

1. Springwinkel
  • Ursache: Eigenspannungen
  • Abhilfe: Abkühlrate verringern, Umformgeschwindigkeit verringern, Werkzeugabstimmung verbessern

2. Faserbrüche
  • Ursache: Umformkräfte zu groß
  • Abhilfe: Abkühlrate verringern, Umformgeschwindigkeit verringern, Pressspalt vergrößern

3. Oberflächenrauigkeit
  • Ursache: Matrixpenetration
  • Abhilfe: Pressspalt anpassen, Werkzeugoberfläche polieren, Matrixgehalt erhöhen
4. Verfärbung
  • Ursache: Oxidation
  • Abhilfe: Aufheizzeit und Temperatur verringern, Trennfolie verwenden, Inertgas-Atmosphäre

Komponenten:
  1. Fördersystem
  2. Mischkopf
  3. Temperiereinheit
  4. Materialspeicher
  5. Entlüftungseinheit

Anforderungen und Umsetzungen auf folgenden Karteikarten

Anforderungen:
  • Konstante Injektionsdrücke
  • Konstante Einspritzvolumina

Umsetzung:
  • Drucktopf
  • Injektionskolben
  • Zahnradpumpe
  • Axialkolbenpumpe

Anforderungen:
  • Gute und exakte Vermischung der Komponenten
  • Exakte Dosierung

  • Zudosierung von Trennmitteln und Additiven

  • Einfache Reinigung

Umsetzung:
  • Hochdruckmischkopf
  • Niederdruckmischkopf

  • Statisches oder dynamisches Mischelement bei ND-verfahren
  • Gegenstrominjektionsprinzip bei HD- Verfahren

  • Einwegmischer
  • Selbstreinigende Mischköpfe (nur bei Hochdruckmischköpfen)

Anforderungen:
  • Homogene Temperaturverteilung

Umsetzung:
  • Temperierte, doppelwandige Materialbehälter
  • Temperierte Schläuche am Mischkopf
  • Plattenwärmetauscher/ Hochdruckwärmetauscher

Anforderungen:
  • Einfache Befüllung

  • Vermeiden von Auskristallisieren des Harzsystems

  • Vortemperieren des Harzes

Umsetzung:
  • Niederdruckpumpe

  • Rührwerk
  • Heizelemente

  • Heizelemente

Anforderungen:
  • Vermeiden von Lufteinschlüssen im Produkt

Umsetzung:
  • Formentlüftungsbaustein oder Steiger zur Entgasung des Werkzeugs
  • Vakuumpumpe

Komponenten:
  • Antrieb
  • Plastifiziereinheit/ Spritzeinheit
  • Schließeinheit

Anforderungen und Umsetzungen auf folgenden Karteikarten

Anforderungen:
  • Öffnen und Schließen des Werkzeugs Rotieren und Vor-Zurückfahren der Schnecke
  • Energieeffizienz

Umsetzung:
  • Hydraulisch
  • Elektrisch

Anforderung: Befüllen mit Kunststoff
Umsetzung: Einfülltrichter, Schneckenstopfeinrichtung für DP

Anforderung: Plastifizieren, homogenisieren und fördern des Kunststoffes
Umsetzung: Schnecke, Zylinder, Heizbänder

Anforderung: Dosieren und Einspritzen der Schmelze
Umsetzung: Schnecke

Anforderung: Vermeiden von Rückströmen
Umsetzung: Rückstromsperre

Anforderung: Verbinden und Zuhalten von Plastifiziereinheit und Werkzeug
Umsetzung: Düse

Anforderungen:
  • Aufbringen der Zuhaltekraft
  • Energieeffizienz

Umsetzung:
  • Mechanisch
  • Hydraulisch
  • Sonderform

Elektrisch:
   • geringer Energieverbrauch durch Direktantrieb
   • hohe Präzision
   • Synchronbewegungen
   • keine Öl-Leckagen
   • geringere Lärmbelästigung
   • gut bei rotatorischen Bewegungen

Hydraulisch:
   • höhere Leistungsdichte (Servo- und Speicherhydraulik)
   • geringe Investitionskosten
   • eine Pumpe ist für verschiedene Achsen nutzbar
   • gut bei linearen Bewegungen
   • geringer Platzbedarf

Abhängig vom Produktdesign und mechanischen Anforderungen

1. Ausschnitte (weniger Verschnitt)
2. Lastoptimierung

Prozessgeschwindigkeit : Begrenzt auf maximale Prozessabläufe (Konsolidierung, Interdiffusion, Porenbildung)

Tapedicke: Kann nicht unendlich erhöht werden, aufgrund des Thin-Ply Effektes

Tapebreite: Reduziert die Auflösung (Erhöht Verschnitt)

Dichte: Kann nicht vom System beeinflusst werden

Maschinenverfügbarkeit: Qualitätskenngrößen der Maschine

Systemeffizienz: Heutzutage durch die Produktionssyssteme begrenzt

DP: Trennfolie entfernen, Wärmestrecke
TP: Wärme punktuell erst kurz vor der Andruckrolle

1. Aufschmelzen des TP durch Heizquelle
2. Andrücken und Konsolidieren

Sehr gute Steuerbarkeit (Trägheit)
Hoher Materialdurchsatz

• In-Situ Konsolidierung
• Post-Konsolidierung

Skizze

A) Rotation des Kerns, Translation des Legekopfes
B) Rotation und Translation des Wickelkerns
C) Rotation und Translation des Legekopfes
D) Rotation des Legekopfes, Translation des Kerns

• Raupenabzug
• Bandabzug

Skizze

1. Wickelkarussell
2. Wickelportal
3. Wickelzelle (langsam)

Rotationssymmetrische Bauteile

Bernoulli-Greifer:
  + geeignet für alle Halbzeugarten (auch getränkt)
  + schnell und zuverlässig
  + Harz leicht entfernbar
  + kein Kontakt, keine Faserstrukturschädigung
  -  geringe Haltekräfte
  -  Abstand zwischen Greifern nötig
Anwendung: alle Halbzeuge die nicht stark luftdurchlässig sind.

Gefrier-Greifer:
  + hohe Haltekraft auch bei nichtverklebten Halbzeugen
  -  Harz schlecht entfernbar
  -  lange Taktzeiten
Anwendung: Kleinserien

Nadel-Greifer:
  + hohe Haltekraft auch bei nicht verklebten Halbzeugen
  + kurze Taktzeiten
  + zuverlässig
  -  Harz schlecht entfernbar
  -  Schädigung der Faserstruktur
Anwendung: Großserien

Elektrostatikgreifer:
  + kann flexibel gebogen werden
  geeignet für luftdurchlässige Halbzeuge
  geeignet für Glas- und Kohlefaser (wenn trocken)

Handhabungsgeschwindigkeit
<––>
Handhabungssicherheit und -genauigkeit
<––>
Geringe mechanische Beeinflussung des Guts
<––>

Die Greifkraft ist proportional zur Greiffläche

   • Geringe Biegesteifigkeit
   • Nicht verschiebefest
   • Luftdurchlässigkeit

Bei harzgetränkten Halbzeugen nimmt die Biegesteifigkeit sowie die Luftdurchlässigkeit ab. Es kommt zu einem stärkeren Anhaften des Halbzeugs auf der Auflagefläche. Das klebrige Harz verschmutzt zudem die Greifer.

• Hohes Vakuum „zieht“ Thermoplast aus den Textilien heraus
• Mechanisches Klemmen erzeugen Verschnitt und Abkühlung
• Viskoser Thermoplast bleibt am Greifer kleben, z. B. Nadelgreifer
•  Vakuumnäpfe werden automatisiert gereinigt
• Abkühlung während des Transports muss minimiert/kompensiert werden, insbesondere bei dünnen Tapes
• Lokal abgekühlte Stellen führen zu Rissen und Eigenspannungen
• Jeglicher Kontakt von Maschinenelementen mit T<Tschmelz führt zur Abkühlung des Halbzeugs

Überall

Ziele:
   • Transportzeit minimieren
   • Beschleunigung am Halbzeug minimieren

Randbedingungen:
   • Massenbeschleunigung des Roboters sind begrenzt
   • Enge Bahnkurven erzeugen Fliehkräfte
   • Werkzeugraum
   • Maschinenrahmen

• Vorformgeben (Kanten, Tiefziehen, Verzerren)
• Temperieren (Erwärmen, Kühlen)
• Funktionalisieren (Inserts, Kleber)
• Prüfen (Temperatur, Geometrie, Position, Defekte)

Qualität

Umstellung auf billige Werkzeuge nur nach und nach; nicht auf einmal. Da sonst nur Ausschuss -> pleite

Thermoformen -> Besäumen -> Hinterspritzen
(Verschnitt)

Verbindung zwischen den untschiedlichen Materialien (Temperaturunterschiede an der Fügestelle)

• Hohe Temperaturen (PEEK: bis 400 °C)
• Abrasive Fasern -> Abriebfestigkeit
• Aufbringung seitlichen Konsolidierungsdrucks an steilen Werkzeugflanken
• Spaltmaß zwischen Matrize und Patrize beeinflusst die Konsolidierung, durch isochoren Druckaufbau
• Oberflächenrauigkeit (bei Sichtteilen)
• Geringe Benetzbarkeit
• Positionierung, Fixierung und Vorspannung des warmen FVKs
• Faseranhäufungen müssen kompaktiert werden
• Hohe Drücke beim Spritzguss; niedrige für das Drapieren

Bewegliche Halteelemente
Haltenadeln
Gefederte Führungsleisten
Spannbacken

   • Schmelze kühlt bei langen Fließwegen ab
   • Temperatur der Schmelze reicht nicht zur Anbindung
   • Nachdruck (sonst Einfallstellen)

1. Dichtung in Trennebene
2. Dichtung in Scherebene

   • nicht auf Sichtstellen
   • gleichmäßiger Auswurf (verkanten)
   • nicht an Schwachstellen des Bauteils

• Silikonkautschuk (ca. 250°C)
• Fluorkautschuk (ca. 280°C)

• Stetigkeit der Oberflächen
• große Differenzen bzgl. mechanischer Eigenschaften (Steifigkeit, Festigkeit, Elastizität)
• Abformen der Eckradien
• Aktivierung aller Einzelaktuatoren -> hohe Stromaufnahme und hoher Steuerungsaufwand

Werkzeug
   • Temperaturbeständigkeit des Silikons
   • Standhalten großer Dehnungen
   • Scharfkantige Halbzeuge
   • Schwierige Kühlung aufgrund Wärmeleitfähigkeit
   • (Dichtheit)

Endeffektor
   • Mikroskopische Faserausrisse an Laminatoberfläche
     - raue Oberfläche
   • Transparenz der Silikonrolle kann verloren gehen
     - Absorptionsgrad für Strahlung steigt an
     - Erwärmung
   • Schwierige Kühlung aufgrund Wärmeleitfähigkeit

• Auswahl der richtigen Materialkombinationen
    – unterschiedliche Verarbeitungstemperaturen
    – unterschiedliche Wärmeausdehnung
    – galvanische Korrosion
• Entwicklung neuer Fügetechnologien
   – unterschiedliche Oberflächenenergien
   – unterschiedliche funktionale Gruppen
   – fasergerechtes Fügen
• Neue Methoden der Qualitätssicherung (zerstörungsfrei) müssen entwickelt werden
• Entwicklung neuer Simulationswerkzeuge (bspw. Kupplungsmodelle)
• Werkstoffgerechtes Recycling und Reparaturfähigkeit
• Übergreifende Kenntnis von Verarbeitungsverfahren und Designansätzen

• Ausnutzen der spezifischen Vorteile jedes Werkstoffes für den jeweiligen technischen Anwendungsfall:
   – Verbesserung der mechanischen Eigenschaften (Festigkeit, Steifigkeit, Alterungs- und Crashverhalten)
   – Ausnutzen der werkstoffspezifischen Eigenschaften wie bspw. elektrische Leitfähigkeit von CF, zur Funktionsintegration (bspw. Structural Health Monitoring bei textilverstärktem Beton, Oberflächen und Korrosionsschutz von FVK)

• Ausnutzen von Prozessvorteilen verschiedener Werkstoffe, bspw. Formgebungsfreiheit bei FVK oder in der Industrie weit etablierte Herstellungsverfahren für Metalle
• Verbesserte Performance
• Reduzierte Kosten gegenüber monolithischen Bauteilen.

1. Airbaggehäuse, Türaufprallträger, Bremspedal...
• Organoblech mit hinterspritzten Kurzfaser-TP
• Kurz-/Langfasergranulat mit Endlosfaser-UD-Tapes
  + Anpassbar an Lastfall
  + Funktionsintegration
  + Stoffschlüssiger Verbund möglich
  + Steigerung mechanischer Eigenschaften
  + Materialeinsparung
  -  Komplexe Prozesstechnik
  -  Hohe Zykluszeiten
  -  Hohe Investitionskosten
  -  Stoffschluss nur bei kompatiblen Polymeren möglich

2. Flugzeug-Innenverkleidung, Cabriodachmodul, Hutablage...
• Endlosfaser-Decklagen mit PUR-Schaumkern/Wabenkern
• Organoblech mit TP-Wabenstruktur
  + Sehr guter konstruktiver Leichtbau
  + Aufnahme von Zug und Druckkräften sowie Biegemomente
  + Materialeinsparung
  + Geringere Pressdrücke
  + Geringere Werkzeugkosten
  -  Formstabiler Schaumkern notwenig (aufwändige Herstellung)

3. A380 Außenhaut, Frontendträger, PKW-Dachrahmen, Autositze..
• Alu und Glasfasergelege mit EP Matrix (GLARE)
• Alu und Aramidfasergelege mit EP Matrix
• Dünnwandig Metallblech mit Kurzfaser-TP

  + Anpassbar an Lastfall
  + Steigerung mechanischer Eigenschaften
  + Materialeinsparung
  + Funktionsintegration
  -  Komplexes Fertigungsverfahren
  -  Hohe Werkzeugkosten
  -  Kein Stoffschluss
  -  Thermische Spannungen

+ Kurze Verarbeitungszyklen (etwa 1 min)
+ Höhere Schlagzähigkeit und Bruchdehnung
+ Höhere Energieabsorption
+ Bessere Ermüdungseigenschaften
+ Gute Medienbeständigkeit
+ Aufschmelzbar
+ Bei Raumtemperatur lagerfähig
+ Rezyklierbar
-  Hohe Prozesstemperaturen und –drücke bei der Verarbeitung erforderlich
-  Hohe Schmelzviskosität erschwert Imprägnierung
-  Kriechen bei hohen Temperaturen

+ Sehr hohe Festigkeit und Steifigkeit
+ Gute Medienbeständigkeit
+ Kostengünstiger
+ Höhere Oberflächengüte
-  Bei Raumtemperatur spröde
-  Längere Verarbeitungszeiten
-  Nicht unbegrenzt lagerfähig
-  Nicht aufschmelzbar
-  Schlecht recyclebar

• Unterschiedliche Schmelzpunkte und Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien
• Wärmeempfindlichkeit der Materialien (z.B. Schädigung der Matrix)
• Schadensinduzierung (Materialermüdungen, Korrosion, Faserbruch, Delamination) durch mechanischen Verbindungstechniken (Stanznieten) bei FVK-Metall-Hybriden
• Materialgerechte Krafteinleitung: optimale Faseranbindung
• Einseitig/ eingeschränkte Zugänglichkeit (z.B. in profilintensiven Bauweisen)
• Neue Methoden der Qualitätssicherung (zerstörungsfrei) müssen entwickelt werden
• Häufig Oberflächenvorbehandlungen nötig
• Kosten für Anlagen, Hilfsfügeteile und Bauteilvorbereitung

• Wirtschaftliche Gestaltung jedes Prozessschrittes in einer Prozesskette, um Gesamtwirtschaftlichkeit zu gewährleisten
• Investitionsentscheidungen entlang der Prozesskette
  – Analyse der Prozesse und Prozessschritte nach bestimmten Kriterium, Investition in den kritischen Prozessschritt zur Erhöhung der Gesamtwirtschaftlichkeit
  – Mittels Skalierungsanalyse: Definition der Austragsleistung und Durchlaufzeiten -> Anzeige der schrittweise zu tätigenden Anlageninvestitionen in Abhängigkeit der definierten Parameter
• Synchronisation der Prozessschritte, um optimalen Ablauf zu garantieren (Vermeidung von Leerlauf und Pufferzeiten) -> Berücksichtigung von unterschiedlichen Maschinenproduktivitäten
• Reduzierung von Logistikkosten durch die Vermeidung von hohen Lagerbeständen, bspw. teure Lagerung von Duroplast-Prepregs, da gekühlte Lagerung erforderlich
• Bedarf einer Produkt- und Prozesskostenrechnung, um eine aussagekräftige Wirtschaftlichkeitsberechnung zu garantieren, da immer mehr indirekte Kosten, die keinen direkten Bezug zur Produktionsmenge haben, ins Gewicht fallen -> Bedarf an komplexen Datenerhebungen

• Abstimmung einzelner Bewegungsabläufe (Werkzeugbewegung, Handhabung, Aufheizen, ...)
• Vernetzung der einzelnen Prozessschritte
   – Daten aus den einzelnen Prozessschritten müssen aufgenommen und einem übergeordneten Produktionsleitsystem zur Verfügung gestellt werden
   – Datenformate und -schnittstellen müssen passen
   – Einheitliche Datenakquisemechanismen
   – Mechanische/ physikalische Schnittstellen für Anlagenkomponenten verschiedener Hersteller
• Kompatibilität zwischen den Betriebssystemen der Fertigungseinheiten herstellen
• Prozessintegrierte Qualitätsüberwachungen aller Eingangsmaterialien, Zwischen- und Endprodukten
realisieren
• Variabilität/ Übertragbarkeit bzw. Integrierbarkeit von weiteren/ neuen Prozessschritten
• Robuste und fehlerfreie Prozessverkettungen, sodass eine hohe Prozessqualität gewährleistet ist
   – Ausfallwahrscheinlichkeit bei einer verketteten Anlage liegt deutlich höher als bei einer Einzeltechnologie
• Einfache Bedienbarkeit
• Unterschiedliche Systemlieferanten:

1. Integrierter Prozess (one-shot)
   • keine Nachbearbeitung
   • kein Materialabfall im Umformprozess
   • weniger Handling
   • hohe Funktionsintegration
   - hohe Werkzeugkosten
   - Prozesskomplexität

2. Einleger Prozess (two-shot)
   • mehrere Einleger
   • mehrfach Einspritzungen
   • hohe Oberflächenqualitäten
   • komplexe Geometrie der Einleger
   • niedrige Werkzeugkosten
   - zusätzlicher Prozessschritt
   - Materialabfälle

LFT-D: Langfaserverstärkte Thermoplaste im Direktverfahren
  1. UD-Tape
  2. Tailored Blank mittels FibreForge Ablage
  3. Konsolidiertes Tailored Blank
  4. IR-Heizer
  5. Pressen mit LFT-D

+ Vollautomatisiertes Konzept der Serienfertigung
+ Gewichtsreduzierung durch lokale Verstärkung bei strukturellen und semi-strukturelle Anwendungen
+ Hohe Festigkeit und Steifigkeit durch Verwendung von Langfasern
+ Individuell angepasste Faserorientierung realisierbar
+ Endkonturnahe Fertigung durch die Tailored Blanks im Vergleich zu anderen textilen Halbzeugen -> Verschnittreduktion
+ Gute Möglichkeit zur Rezyklierung von Verschnitt in LFT-Herstellung
+ Kurze Zykluszeiten von unter 30 s realisierbar
+ Hohe Scherfestigkeit der UD-Tapes beim Pressvorgang

- Limitierte Drapierbarkeit der Tailored Blanks
- Limitierte Wirtschaftlichkeit der Tailored Blanke Herstellung

1. Einspritzen der Thermoplastmatrix in die erste Kavität
2. Abkühlen und Aushärten
3. Öffnen des Werkzeugs und Bewegen des
Spritzlings in zweite Kavität
4. Werkzeug schließen
5. Überfluten mit Polyurethan (PUR) oder Polyurea (PUA) in die zweite Kavität (Mischkopf direkt an Kavität im Spritzgießwerkzeug angedockt)
6. Abkühlen und Aushärten des PUR/PUA- Systems
7. Werkzeug öffnen und Bauteil entnehmen

+ Wirtschaftliche Herstellung in einem Arbeitsschritt
+ Geringer Logistikaufwand, da Zwischenlagerung und
Zwischentransport wegfallen
+ Hohe Designfreiheit
+ Verbesserte Haptik, Glanz und Kratzfestigkeit der Bauteile im
Vergleich zu thermoplastischen Teilen
+ Partielles Beschichtenmöglich
+ Kurze Zykluszeiten
+ Vollautomatisierter Prozess, gute Reproduzierbarkeit
-  Schlechte Rezyklierbarkeit
-  Komplexe Prozessführung aufgrund stattfindender chemischer
Reaktion im Werkzeug

1. Einlegen von Rohren (geschlossene Profile) in ein offenes Werkzeug
2. Werkzeug schließen und an Rohrendungen Leitungen andocken
3. Umformen mittels Einpumpen des Wirkmediums
4. Umspritzen des Rohres mit Kunststoff
5. Veränderung des IHU-Mediums mit Luftdruck
6. Werkzeug öffnen und Bauteil entnehmen

+ Geeignet für die Großserienfertigung
+ Belastungsgerechte Gestaltung des Hybridbauteils
+ Gute Oberflächen und festigkeitswerte durch Kaltverformung
des Metalleinlegers
+ Geringere Anlagenkosten als bei getrennter Ausführung der
beiden Prozesse (Wegfall redundanter
Anlagenkomponenten)
-  TeureWerkzeuge

GLARE = Glass Fiber Reinforced Aluminum mit DP-Matrix
Glass Laminate Aluminium Reinforced Epoxy
1. Eloxieren der Alubleche, um sie gegen Korrosion zu schützen
2. Auftragen eines Grundierungsmittel für den Klebstoff
3. Zuschneiden der Sheets
4. Einlegen der Sheets von Hand in den Rumpf
5. Schichtweiser Aufbau von Klebefolie, zugeschnittenen Glasfasermatten und Alu-Sheets (sog. Panels) -> Der wechselnde Aufbau erfolgt nach so genannten Legeplänen.
6. Aushärten im Autoklav und verkleben
  – bei Drücken bis zu 11 bar,
  – Temperaturen bis zu 180° C
  – Dauer bis zu 4 Std.

+ Bessere mechanische Eigenschaften (Festigkeit, Rissbeständigkeit, Ermüdungseigenschaften) als bei reinen Alu- Bauteilen
+ Besserer Korrosionsschutz, da nur die äußere Alu-Schicht von Korrosion betroffen ist
- Lange Zykluszeiten (Aushärtung im Autoklav dauert mehrere Stunden)
- Geringe Scherfestigkeit aufgrund verschiedener Materialien führt zu erhöhter Delaminationsgefahr
- Weiterverarbeitbarkeit ist stark eingeschränkt z. B. mittels Umformen, Bohren, Wärmebehandeln, Spannen, Schweißen, Schmieden
- Sehr teuer (6-facher Preis als von Aluminium)