Kontinuierliche Herstellung dreidimensionaler faserverstärkter Multistegplatten mit pinverstärkten Sandwichkernen (KoMP)

Das Ziel des Forschungsvorhabens KoMP war die Entwicklung einer PRTM-Prozesskette zur kontinuierlichen Herstellung von dreidimensionalen faserverstärkten Multistegplatten mit pinverstärkten Sandwichkernen. Damit sollen zukünftig geschlossene mehrwandige Sandwichstrukturen auf Basis textiler Halbzeuge vollautomatisiert und damit kosteneffizient sowie ressourcenschonend und in hoher Qualität gefertigt werden können. Diese dreidimensionalen Hochleistungsstrukturen können im Schadensfall große Mengen Energie aufnehmen und u.a. als automobile Crashstruktur genutzt werden. Es wird eine Reduktion der Fertigungskosten von 30 % gegenüber konventionellen Prozessen zur Faserverbundherstellung erwartet.

Die Forschungsarbeiten erfolgten am Beispiel einer industrienahen Demonstratorgeometrie. Diese war angelehnt an eine automobile crashgefährdete Seitenschwellerstruktur, die mit Unterstützung des projektbegleitenden Ausschusses (PA) festgelegt wurde. Zur kontinuierlichen Herstellung dieser Multistegstruktur in Faserverbund-Sandwichbauweise mit pinverstärkten Schaumkernen wurde die PRTM-Technologie weiterentwickelt, um den Herausforderungen des komplexen mehrwandigen Profils gerecht zu werden. Im Fokus standen dabei die kontinuierlichen Prozesselemente des Vorformens der trockenen textilen Halbzeuge sowie der Kombination mit einem pinverstärkten Schaum, die Imprägnierung des Faser-Schaum-Preforms sowie im Anschluss daran die Konsolidierung der imprägnierten komplexen Profilstruktur in einer getaktet arbeitenden RTM Presse.

Mit dem beschriebenen Verfahren wurden erfolgreich Demonstratorbauteile gefertigt. Der PRTM Prozess stellte sich als sicher und stabil heraus. Die Durchtränkung der gepinnten Schäume, auch im Innenbereich der Konstruktion, war gewährleistet. Nach eingehender Analyse der Bauteile ergeben sich noch Verbesserungspotenziale bei der Einhaltung des Faservolumengehaltes und der Formstabilität. Die spezifische Energieaufnahme der Multistegplatten konnte gegenüber unverstärkten Schäumen mehr als verdoppelt werden.

Mit der entwickelten Prozesskette lassen sich zukünftig erstmals hochbelastbare Multistegprofile mit zusätzlichen Verstärkungselementen wie pinverstärkten Schaumkernen kontinuierlich verarbeitet. Um eine Anwendung dieser Strukturen als Energieabsorber im Crashfall zu evaluieren, wurden neben weiteren mechanischen Untersuchungen, Crashversuche an Demonstratoren durchgeführt.