Verbundwerkstoffmaterial für Hochleistungs-Formwerkzeug
Zu gängigen Materialien, die in Formwerkzeug verwendet werden und die zur Herstellung von RTMs genutzt werden, zählen unter anderem Aluminium, Stahl und Fiberglas. Die Materialauswahl basiert auf einer Vielzahl von Faktoren wie bspw. der Teilmenge, -größe und -komplexität sowie auf der Oberflächenqualität und der erforderlichen Zykluszeit. Bei einer Herstellung in großen Mengen werden Formen üblicherweise erhitzt und in Regelsysteme integriert, um den gesamten Prozess zu automatisieren. Die Verwendung von Stahl und Metallen als Werkzeugmaterial hat zu zahlreichen Herausforderungen hinsichtlich des erforderlichen Energie- und Materialinputs geführt. Da das hergestellte Verbundwerkstoffteil außerdem unterschiedliche Eigenschaften aufweist, führt dies zu einer Verformung des fertigen Teils, mit der finanzielle Ausgaben verbunden sind. Um diese Herausforderungen zu adressieren, wurde im Rahmen des EU-finanzierten Projekts LEETORB (Lightweight, energy-efficient tooling for the manufacturing of rotor blades) stattdessen die Verwendung von Kohlenstofffasern als Werkzeugmaterial vorgeschlagen. Eine in Relation zum Gewicht hohe Stärke und Festigkeit im Vergleich zu Metallen waren der Grund dafür, warum Verbundwerkstoffe das Material der Wahl waren. Die geringe thermische Masse führt außerdem zu bedeutenden Verringerungen im Energieverbrauch, die bis zu 50 % reichen. Forscher führten erfolgreich einen Grundsatzbeweis für ihre Ideen durch, indem ein RTM-Werkzeug für die Produktion von Helikopter-Rotorblättern vorgestellt wurde, das auf kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff basiert. Um den Herstellungsprozess weiter zu verbessern und die Energie zu senken, integrierte das Team eine Wärmevorrichtung, die bedarfsweise Wärme abgibt. Es wurde ein Kohlenstofffaserstrang als elektrischer Leiter verwendet und an Glasgewebe befestigt. Bei Befestigung an eine Energiequelle fungierte der Kohlenstofffaserstrang als Widerstandsheizung und die zugeführte Wärme wurde je nach Muster angepasst. Auf der Rückseite des Kohlenstofffasergehäuses wurden ein Versteifungsrippen sowie ein Stahlrahmen angewandt, um die durch Kompaktions- und Injektionskräfte verursachten Verformungen zu reduzieren. Die Verwendung von faserverstärktem Kunststoff als zentralem Material ermöglichte leichtere Werkzeugsysteme in Kombination mit einem effizienteren Aufheiz- und Abkühlvorgang. Die neu entwickelten Prototypen ermöglichten von der Werkzeugherstellung bis zur Rotorblattproduktion substanzielle Einsparungen im Hinblick auf die Energiezuführung.
Schlüsselbegriffe
Verbundwerkstoffteile, Harzinjektionsverfahren, Werkzeug, LEETORB, Rotorblätter
