Die innovative Methode des Compression-RTM-Verfahrens stellt hohe Anforderungen an die Presse

Die innovative Methode des Compression-RTM-Verfahrens stellt hohe Anforderungen an die Presse

Mit dem HP-RTM-Verfahren lassen sich Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen wie CFK in Serie herstellen. Dabei kommt zunächst ein vorgeformtes Fasergelege, die Preform, in das Werkzeug. Anschließend fährt die Presse exakt bis zur angestrebten Dicke des Bauteils zu. Mit bis zu 80 bar wird nun Harz in die evakuierte Form eingespritzt. Der hohe Druck ist notwendig, um das Harz auch bei komplexen Geometrien an alle Stellen zu transportieren und eine gute Faserimprägnierung zu erzielen.
Nachteil dieser Methode ist, dass sich bei dem hohen Druck Fasern verschieben und Verwerfungen entstehen können, so dass der Kraftfluss im Bauteil negativ beeinflusst und die Stabilität reduziert werden kann.
Injektionsschnelligkeit von Vorteil
Mit einer Weiterentwicklung des Verfahrens schaffte Dieffenbacher, Eppingen, Abhilfe für dieses Problem. Beim Compression-RTM-Verfahren fährt die Presse nicht bis zur Bauteildicke zu, sondern zunächst auf eine Spaltimprägnierposition, die sich 0,5 bis 1 Millimeter über der Enddicke befindet. Das in die evakuierte Form eingespritzte Harz hat somit mehr Platz, um sich zu verteilen. Deshalb genügt schon ein Einspritzdruck von 5 bis 10 bar, der den Faserverbund der Preform nicht stört. Außerdem lässt sich das Harz schneller injizieren, weil es viel weniger Fließwiderstand überwinden muss.
Die Schnelligkeit der Injektion des Harzes ist hierbei ein bedeutender Vorteil. Je schneller das Harz in die Form eingefüllt ist und die Fasern imprägniert sind, desto reaktiver kann das Harz eingestellt werden. Aufgrund schnellerer Aushärtung können kürzere Zykluszeiten erreicht werden.
Der geringe Einspritzdruck beim Compression-RTM reicht jedoch noch nicht aus, um die Faserbündel der Preform vollständig mit Harz zu benetzen. Das flüssige Gemisch aus Harz und Härter verteilt sich zunächst flächig über der Preform und dringt nur oberflächlich ein. Den hohen Einspritzdruck, den man beim herkömmlichen RTM-Verfahren für die komplette Imprägnierung aufbringen muss, wird beim Compression-RTM-Verfahren durch die Schließkraft der Presse erzeugt. Die Presse fährt bis zur gewünschten Bauteildicke zu, und der Kompressionshub drückt dabei das Harz durch die Preform hindurch. So werden sämtliche Fasern benetzt.

Prozessablauf beim HD-Compression-Verfahren

Prozessablauf beim HD-Compression-Verfahren

Ein weiterer Vorteil des Compression-RTM-Verfahrens ist, dass man im Vergleich zum herkömmlichen RTM-Verfahren Bauteile mit höherem Faservolumengehalt herstellen kann. Hiermit lassen sich problemlos Faservolumengehalte von bis zu 60 Prozent erzeugen, die beim reinen Injektionsprozess aufgrund der extrem hohen Fließwiderstände nicht mehr möglich sind. Durch den höheren Faservolumengehalt werden Festigkeit und Steifheit verbessert und das Leichtbaupotential erhöht.
Trockene Stellen vermieden
Darüber hinaus hat das Compression-RTM-Verfahren den Vorteil, dass trockene Stellen an der Bauteiloberfläche effektiv vermieden werden. Beim reinen Injektionsprozess, muss die trockene Preform bereits mit dem Schließen der Form verdichtet werden. Der hohe Kontaktdruck zwischen Fasergelege und der Innenwand der Form, erschwert während der Injektionsphase die vollständige Imprägnierung der Bauteiloberfläche. Die innovative Methode des Compression-RTM-Verfahrens stellt hohe Anforderungen an die Presse. Sie muss nicht nur die Presskraft zum Zuhalten der Form aufbringen, sondern zunächst ein äußerst präzises Spaltmaß und absolute Parallelität des Imgrägnierspalts sicherstellen. Während des Schließhubs der Presse ist die Parallelität in der Schließbewegung aufrecht zu erhalten. Bereits geringste Abweichungen führen bei dem niedrigviskosen Harz zu asymmetrischem und unerwünschtem Fließverhalten. Die Toleranzanforderungen sind bei dem hochsteifen CFK in der Regel deutlich höher im Vergleich zu herkömmlichen Faserverbundbauteilen. Dieffenbacher hat hierauf schnell reagiert und mit der neuen Compress Lite Baureihe (DCL) eine spezielle, darauf ausgerichtete Presse entwickelt.

Prozessablauf beim Composites-HD-Injektion-RTM-Verfahren

Prozessablauf beim Composites-HD-Injektion-RTM-Verfahren

Die Presse ist mit einem sogenannten Kompressions-Hubtisch ausgestattet, der über eine Mehrzylinderanordnung in seiner Biegelinie dynamisch verändert werden kann. Hierdurch ist es möglich, dass die Biegelinie des Hubtisches an die Biegelinie des Pressenstössels angepasst wird und dadurch die Dickentoleranzen optimiert werden können. Die Optimierung erfolgt durch eine einfache Eingabe der Einstellparameter in der Pressensteuerung. Bereits beim nächsten Zyklus wird die Änderung aktiv. Das Ergebnis ist am nächsten Bauteil bereits überprüfbar.
Bei herkömmlichen Pressen war dies bisher nicht möglich. Veränderungen in der Biegelinie, die durch die Änderung der Presskraft oder beim Einbau unterschiedlicher Formgrößen resultieren, mussten durch eine Werkzeugnacharbeitung kompensiert werden. Dies kann nun weitestgehend vermieden werden. Mit der dynamischen Anpassung der Biegelinie wird es außerdem möglich, den Fließprozess in den verschiedenen Pressphasen zu unterstützen. Durch eine aktive Veränderung der Biegelinie, zum Beispiel in der Injektionsphase, kann das Fließbild beeinflusst oder während des Compressionshubs der Materialfluss erleichtert werden.n

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