1 Einleitung ................................................... i
1.1 Motivation und Zielsetzung .............................. 2
1.2 Gliederung der Dissertation ............................. 2
2 Stand der Forschung und Technik .............................. 4
2.1 Kohlenstofffaserhalbzeuge ............................... 5
2.1.1 Kohlenstofffasern ................................ 6
2.1.2 Schlichte ........................................ 8
2.1.3 Rovings(1D) ...................................... 9
2.1.4 Gelege (2D) ...................................... 9
2.1.5 Gewebe (2D) ..................................... 10
2.1.6 Gestricke und Gewirke ........................... 11
2.2 Faserverbundfertigungsverfahren ........................ 12
2.2.1 Nasstechnik ..................................... 12
2.2.2 Prepregtechnik .................................. 13
2.2.3 Infusionsverfahren .............................. 14
2.3 Prozesskette Liquid Composite Moulding Technik ......... 16
2.4 Prozessschritt: Preformen .............................. 18
2.4.1 Mechanische Fixiertechnik (Textilverfahren) ..... 19
2.4.2 Friktionsbasierte Fixiertechnik
(Vakuumtechnik/Vorrichtungen) ................... 20
2.4.3 Adhäsionsbasierte Fixiertechnik
(Bindertechnik) ................................. 21
2.5 Binderaktivierung ...................................... 22
2.5.1 Konvektiv ....................................... 22
2.5.2 Konduktiv ....................................... 24
2.5.3 Strahlung ....................................... 26
2.5.4 Anforderungen an die Binderaktivierung .......... 31
2.6 Hilfsstoffe für das bindergestützte
Preformen .............................................. 32
2.6.1 Unterteilung der Binder nach chemischem
Verhalten ....................................... 33
2.6.2 Unterteilung der Binder nach Verarbeitungsform
und Konsistenz .................................. 34
3 Hypothese ................................................... 35
3.1 Wissenschaftlich-technische Aufgabenstellung ........... 35
4 Theoretische Untersuchungen und Auswertung der Literatur .... 36
4.1 Grundlagen der induktiven Erwärmung von
Kohlenstofffasern ...................................... 36
4.1.1 Grundprinzip .................................... 36
4.1.2 Erwärmungsmechanismen ........................... 37
4.1.3 Bewertung der Erwärmungsmechanismen für
das volumetrische Preformen ..................... 40
4.2 Identifikation der theoretischen Einflussfaktoren ...... 40
4.2.1 Halbzeugeinfluss ................................ 41
4.2.2 Kompaktierung ................................... 43
4.2.3 Induktorabstand ................................. 44
4.2.4 Anregungsfrequenz ............................... 46
4.2.5 Wirktiefe und Skineffekt ........................ 47
4.2.6 Anlagenleistung ................................. 49
4.2.7 Aktivierungszeit ................................ 51
4.2.8 Thermodynamische Effekte ........................ 52
4.3 Einflüsse auf die Bauteilqualität ...................... 52
4.4 Hardware ............................................... 53
4.4.1 Induktionsanlage / Frequenzgenerator ............ 53
4.4.2 Hochfrequenzleitung ............................. 55
4.4.3 Induktor ........................................ 56
4.5 Benötigte Leistung und Wirkungsgrad .................... 58
5 Experimentelle Untersuchungen ............................... 59
5.1 Versuchsaufbau und Durchführung ........................ 59
5.1.1 Aufbau zum Ermitteln der Binder und
Halbzeugeinflüsse ............................... 59
5.1.2 Aufbau zum Ermitteln der
Kompaktierungseinflüsse ......................... 61
5.1.3 Aufbau zur Ermittlung des Frequenz-, Leistungs-
und Zeiteinflusses .............................. 62
5.2 Ergebnisse der Versuche ................................ 65
5.2.1 Halbzeugeinfluss ................................ 65
5.2.2 Kompaktierung ................................... 69
5.2.3 Induktorabstand ................................. 71
5.2.4 Anregungsfrequenz ............................... 72
5.2.5 Anlagenleistung ................................. 72
5.2.6 Aktivierungszeit ................................ 74
5.3 Einflüsse auf die Bauteilqualität ...................... 74
5.3.1 Visuelle Prüfung mittels
Rasterelektronenmikroskop (REM) ................. 75
5.3.2 Untersuchung der Einflüsse auf die
mechanischen Eigenschaften ...................... 76
5.3.3 Prüfmethoden und deren Durchführung ............. 78
5.3.4 Diskussion und Ergebnisse ....................... 78
6 Schlussfolgerung und Abstraktion der empirischen
Parameter ................................................... 83
6.1 Abstraktion der empirischen Ergebnisse zur
Modellbildung .......................................... 84
6.1.1 Identifikation von Parametergruppen ............. 84
6.1.2 Grundlage der Modellbildung ..................... 84
6.1.3 Datenaufbereitung ............................... 85
6.1.4 Methode zur Identifikation der
Einzeleinflussparameter ......................... 86
6.2 Identifikation der Funktionen und Parameter ............ 88
6.2.1 Halbzeugeinfluss ................................ 88
6.2.2 Kompaktierung ................................... 93
6.2.3 Induktorabstand ................................. 94
6.2.4 Anregungsfrequenz ............................... 96
6.2.5 Anlagenleistung ................................. 97
6.2.6 Aktivierungszeit ................................ 99
6.2.7 Thermodynamische Effekte ........................ 99
6.3 Mathematisches Gesamtmodell zur Prozessauslegung ...... 102
7 Überprüfung der Skalierbarkeit und
Prozessgeschwindigkeit ..................................... 105
7.1 Manuelle Herstellung einer generischen Preform ........ 105
7.2 Teilautomatische Herstellung einer Flügelrippe
mittels Lineareinheit ................................. 108
7.3 Herstellung von komplexen Preformen mittels
Industrieroboter ...................................... 110
7.4 Herstellung von Endlosprofilen ........................ 112
8 Zusammenfassung ............................................ 114
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