Moderne Flugzeuge lassen auch hinsichtlich der beabsichtigten Leichtbauweisen einen vermehrten Einsatz an kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) als Werkstoff mit zukünftigen Gewichtsanteilen von über 60% erkennen. Die damit einhergehende Wirtschaftlichkeit des leichten Werkstoffes durch eine Senkung des Treibstoffverbrauchs wirkt den steigenden Treibstoffkosten entgegen und der damit verbundene Aspekt des geringeren CO2-Austsosses wirkt sich auch positiv auf den Umweltschutz aus. Zu den gewichtsspezifischen Eigenschaften zählen zudem die hohen Festigkeiten und Steifigkeiten von CFK. Auch das Forschungsprojekt HP CFK zielt darauf ab, einen Rumpfauschnitt eines Flugzeuges komplett aus CFK herzustellen. Die dafür angedachte Prozesskette zur Herstellung dieses Rumpfauschnittes muss zur optimalen Auslegung auf vorhandene prozessübergreifende Wechselwirkungen untersucht werden. Dadurch können die einzelnen Fertigungsprozesse aufeinander abgestimmt werden.
In dieser Arbeit werden die vorhandenen Wechselwirkungen innerhalb der Prozesskette durch Beschreibung der Prozesskette identifiziert. Im nächsten Schritt erfolgt während eines Workshops die Bewertung der erarbeiteten Wechselwirkungen, so dass die Auswahl der Wechselwirkung mit dem größten Einfluss auf die Bauteilqualität vorgenommen wird. Die anschließende Charakterisierung dieser Wechselwirkung beinhaltet die Untersuchung der in Wechselwirkung zueinander stehenden Fertigungsprozesse. Dabei werden Einflussgrößen beider Fertigungsprozesse auf ein gemeinsames Qualitätskriterium erarbeitet und modelliert. Diese gewonnen Ergebnisse werden bei der experimentellen Untersuchung der Wechselwirkung dazu genutzt, das Modell zu parametrieren und mittels der durchgeführten Versuche die Stärke des Einflusses auf das Qualitätskriterium zu ermitteln. Dazu werden aus den Prozessparametern Paarungen gebildet und diese untereinander variiert. Nach der Auswertung der durchgeführten Versuche liefert ein abschließender Vergleich der experimentell erzielten Ergebnisse mit den theoretischen Vorüberlegungen einen Überblick hinsichtlich einer Übereinstimmung des Einflusses der Einflussgrößen auf das Qualitätskriterium.
Inhaltsverzeichnis
- Abbildungsverzeichnis
- Tabellenverzeichnis
- Abkürzungsverzeichnis
- Einleitung
- Stand der Technik
- Faserverbundkunststoffe
- Allgemeine Faserverbundwerkstoffe
- Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe
- Duromere
- Thermoplaste
- Halbzeuge
- Fertigungsverfahren
- Handlaminieren
- LCM-Verfahren
- Tapelegen/ Automatic Fiber Placement
- Autoklavtechnik
- Pultrusion
- Wickeltechnik
- Prüfmethoden
- Technologische Schnittstellen und Wechselwirkungen
- Faserverbundkunststoffe
- Identifizierung von möglichen Wechselwirkungen
- Prozesskette des Forschungsprojektes HP CFK
- Identifizierung möglicher Wechselwirkungen innerhalb der Prozesskette
- Auswahl der zu untersuchenden Wechselwirkung
- Theoretische Analyse der Wechselwirkung Infusion/ Autoklav mit dem Qualitätskriterium Poren
- Poren in CFK-Bauteilen
- Einfluss des Infusionsprozesses auf Poren
- Einfluss des Autoklaven auf Poren
- Experimentelle Untersuchung der Wechselwirkung
- Versuchsaufbau
- Harzsystem
- Verstärkungsfasern
- Wärme- und Trockenofen
- Vakuumaufbau
- Versuchsdurchführung
- Versuchsauswertung
- Beobachtungen und Erkenntnisse der Versuchsdurchführung
- Einfluss des Vakuumdruckes nach der Infusion
- Einfluss des Druckgradienten während der Infusion
- Einfluss der Luftfeuchtigkeit
- Einfluss des Umgebungsdruckes beim Aushärten
- Einfluss der Infusionstemperatur
- Einfluss der Fadenorientierung
- Zusammenfassung der experimentellen Ergebnisse
- Versuchsaufbau
- Abgleich der experimentellen Ergebnisse mit den theoretischen Vorüberlegungen
- Vergleich der Ergebnisse zu den Einflussgrößen Harzgeschwindigkeit/ Infusionstemperatur
- Vergleich der Ergebnisse zur Einflussgröße Prozessdruck
- Vergleich der Ergebnisse zur Einflussgröße Fadenorientierung
- Vergleich der Ergebnisse zur Einflussgröße Vakuumdruck nach der Infusion bzw. beim Aushärten
- Vergleich der Ergebnisse zur Einflussgröße Luftfeuchtigkeit
- Vergleich der Ergebnisse Umgebungsdruck beim Aushärten
- Zusammenfassung
- Zusammenfassung Ausblick
- Literaturverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Auswahl und Charakterisierung einer spezifischen technologischen Schnittstelle und Wechselwirkung innerhalb einer CFK-Prozesskette. Ziel ist es, die Auswirkungen von Prozessparametern auf die Qualität von CFK-Bauteilen zu untersuchen und die Fertigungsprozesse so zu optimieren, dass eine hohe Bauteilqualität sichergestellt wird.
- Identifizierung und Analyse von Wechselwirkungen innerhalb einer CFK-Prozesskette
- Charakterisierung der Wechselwirkung Infusion/ Autoklav
- Untersuchung des Einflusses der Wechselwirkung auf die Porenbildung in CFK-Bauteilen
- Entwicklung von Empfehlungen zur Optimierung der Prozesskette
- Steigerung der Bauteilqualität durch gezielte Prozessoptimierung
Zusammenfassung der Kapitel
Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die den Hintergrund und die Motivation der Arbeit erläutert. Anschließend wird der Stand der Technik zu Faserverbundkunststoffen, Fertigungsverfahren und Prüfmethoden dargestellt. Im dritten Kapitel werden mögliche Wechselwirkungen innerhalb der Prozesskette zur Fertigung eines Demonstrators des Forschungsprojektes HP CFK identifiziert und die zu untersuchende Wechselwirkung ausgewählt. Das vierte Kapitel befasst sich mit der theoretischen Analyse der Wechselwirkung Infusion/ Autoklav mit dem Qualitätskriterium Poren. Hier werden die Ursachen für Poren in CFK-Bauteilen sowie der Einfluss des Infusionsprozesses und des Autoklaven auf die Porenbildung untersucht. Im fünften Kapitel werden die experimentellen Untersuchungen der Wechselwirkung beschrieben. Hier werden die Versuchsdurchführung, die Versuchsauswertung und die gewonnenen Erkenntnisse dargestellt. Im sechsten Kapitel werden die experimentellen Ergebnisse mit den theoretischen Vorüberlegungen abgeglichen. Abschließend werden die Ergebnisse zusammengefasst und ein Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten gegeben.
Schlüsselwörter
Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Fertigung von CFK-Bauteilen, die Prozesskette, die technologische Schnittstelle, die Wechselwirkung, die Porenbildung, die Qualitätssicherung und die Prozessoptimierung. Die Arbeit befasst sich insbesondere mit der Wechselwirkung zwischen dem Infusionsprozess und dem Autoklavprozess und deren Einfluss auf die Porenbildung in CFK-Bauteilen. Die Ergebnisse der Arbeit können dazu beitragen, die Fertigungsprozesse von CFK-Bauteilen zu optimieren und die Bauteilqualität zu verbessern.
- Quote paper
- Labinot Jashari (Author), 2014, Auswahl und Charakterisierung einer spezifischen technologischen Schnittstelle und Wechselwirkung innerhalb einer CFK-Prozesskette, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/280111
