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Verarbeitung von Reaktionsharzen - Wickel- und Tapelegetechnik

Kontur-Tapelegen von Duroplasten

Auszug aus

Handbuch Verbundwerkstoffe

Herausgeber: Manfred Neitzel, Peter Mitschang, Ulf Breuer
07/2014, 576 Seiten, € 179,99
ISBN: 978-3-446-43696-1
Seite 347

Das Duroplast-Kontur-Tapelegen (im Englischen „Contour Tape Laying“, „Automated Tape Lay-up“ oder „Tape Laying“ genannt) bezeichnet das Ablegen eines sehr breiten Bandes. Gängige Halbzeugbreiten liegen etwa zwischen 2,5 cm bis 30 cm (1 inch bis 12 inch) [1]. Bei dem Halbzeug handelt es sich um ein Band aus vorimprägnierten, unidirektionalen Fasern – in der Regel Kohlenstofffasern mit Epoxidharz. Auf der Ober- und Unterseite sind die Tapes, ähnlich einem doppelseitigen Klebeband, mit einer Schutzfolie versehen und werden auf einer Spule in Längen von 305 bis 457 m geliefert. Hersteller von Kontur-Tapelegeanlagen sind beispielsweise Cincinnati Machine und Ingersoll Milling, MAG und Goldworthy, alle USA.

Prepreg-Tape für das Duroplast-Kontur-Tapelegen (Bild: Handbuch Verbundwerkstoffe)

Vor dem Ablegen wird die Schutzfolie auf der Unterseite des Tapes abgezogen. Die obere wird weiter als Transportmedium benutzt und erst hinter dem Ablegepunkt auf einer Spule aufgewickelt. Dadurch können kürzere minimale Ablegelängen realisiert werden, als durch den konstruktiv bedingten Abstand zwischen Schneide und Kompaktierungsrolle vorgegeben wird. Obwohl die freiliegende Unterseite des Tapes am Ablegepunkt mit Heißgas zur Erhöhung der Klebrigkeit erhitzt wird, haftet das Tape manchmal stärker an der oberen Schutzfolie als auf der Werkzeugoberfläche bzw. dem Laminat. Infolgedessen können sich besonders am Bahnanfang (Ansetzen) und am Bahnende (Absetzen) Legefehler ergeben.
Des Weiteren unterscheidet man beim Kontur-Tapelegen zwischen ein- und zweistufigem Legekopf. Der einstufige („single-stage“) Legekopf beinhaltet alle Funktionen zum Konfektionieren und Ablegen des Tapes. Beim zweistufigen Kopf ist die Konfektionierung, das Schneiden des Tapes, aus dem Legekopf ausgelagert [2], [3]. Dadurch ergeben sich folgende Vorteile für den Legeprozess [4]:

  • geringere Baugröße des Kopfes,
  • höhere Legegeschwindigkeit,
  • nahezu beliebig konturierte Tapes ablegbar,
  • Möglichkeit für Längsschnitte,
  • Entfernung der Verschnittreste vor dem Ablegen.

Dazu wird das Tape in einer separaten Anlage umgespult und während des Umspulens geschnitten. Dies ist nur durch die doppelseitige Schutzfolie möglich, da sie ein Verrutschen oder Vertauschen der konfektionierten Bandstücke verhindert und die Handhabung erst möglich macht.

In der Literatur wird auch ein dreistufiger Prozess beschrieben [5]. Hier dient der Duroplast-Kontur-Tapeleger lediglich zum Ablegen eines ebenen Laminats. Dieses wird erst im nächsten Schritt auf der Werkzeugoberfläche geschnitten. Im dritten Schritt wird das konfektionierte Laminat mit Hilfe einer Robotereinheit über ein konturiertes Werkzeug drapiert, bevor es mit Hilfe des Autoklaven ausgehärtet wird.

In der Regel wird jedoch der einstufige Prozess mit Tapebreiten von 7,5 cm oder 15 cm eingesetzt. Abgesehen vom großvolumigen Bauraum solcher Verlegeköpfe können derart breite Tapes quasi nur gerade bzw. geodätisch abgelegt werden. Der Prozess wird daher nur zur Herstellung von sehr großen Strukturen mit geringer Formkomplexität oder zur Herstellung großer, vorkonfektionierter, ebener Laminate eingesetzt. Als Anlagentechnik sind große Portalachsanlagen notwendig, an denen der Verlegekopf hängend montiert ist. Das Werkzeug ist meist schalenartig und feststehend auf dem Boden platziert.

Auszug aus

Handbuch Verbundwerkstoffe

Herausgeber: Manfred Neitzel, Peter Mitschang, Ulf Breuer
07/2014, 576 Seiten, € 179,99
ISBN: 978-3-446-43696-1
Seite 347


Literaturhinweis

[1] Kitson, L.; Johnson, B.: Fiber Placement Technology Advancements at Boeing Helicopters, AHS annual conference, May 9 -11 1995, p. 69 -79

[2] Steiner, K. V.: Einsatz einer robotergesteuerten Anlage zum Bandablegen von thermoplastischen Verbundwerkstoffen, Diss., Universität Kaiserslautern, VDI Fortschritt-Berichte, Reihe 2/Nr. 369, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1995

[3] Zender, H.: Einsatz von Industrierobotern zur Fertigung von Faserverbundbauteilen im Wickel- und Tapelegeverfahren, Diss., RWTH Aachen, Shaker Verlag, Aachen 1992

[4] Vor dem Esche, R.: Herstellung langfaserverstärkter Thermoplastbauteile unter Zuhilfenahme von Hochleistungslasern als Wärmequelle, Berichte aus der Produktionstechnik Band 18/2001, Shaker Verlag, Aachen, 2001

[5] Klenner, J.: Bewertungs- und Auswahlalgorithmen kostenoptionaler Prepreg-Applikationsverfahren im Rahmen der Fertigung hochbelasteter Flugzeugbauteile aus faserverstärktem Kunststoff, Diss., TU Braunschweig, 1989

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