Faserverstärkung endlos

Die Autoren: Prof. Dr.-Ing. Helmut Schürmann ist Leiter des Fachgebietes Konstruktiver Leichtbau und Bauweisen der TU Darmstadt; Dipl.-Ing. Max Ehleben ist dort wissenschaft-licher Mitarbeiter.

Faserverstärkte Kunststoffrohre bieten Vorzüge, aufgrund derer sie Stahl oder Aluminium in Strukturbauteilen ersetzen können. Wird im Laminat eine thermoplastische Matrix verwendet, ist der Werkstoff zudem

– praktisch unbegrenzt lagerfähig

– arbeitshygienisch beim Ver-arbeiten

– schweiß- und nachträglich umformbar sowie

– auf hohem Niveau recycelbar.

Durch die meist hohen Schmelzeviskositäten der Thermoplaste stellt jedoch die Fasertränkung ein Problem dar. So war bislang zum Herstellen endlosfaser-verstärkter Präzisionsrohre mit hochwertigen Oberflächen kein wirtschaftliches Fertigungsverfahren verfügbar. Das TER-Schleuderverfahren (Herstellung von Thermoplastischen Endlosfaserverstärkten Rohren) schließt diese Lücke. Das Verfahren wurde an der TU Darm-stadt, Fachgebiet „Konstruktiver Leichtbau und Bauweisen“ entwickelt. Mit ihm können Rohre mit thermoplastischer Matrix und gezielt einstellbarer, präziser Faserorientierung wirtschaftlich gefertigt werden. Ausgangspunkt ist ein unverstärktes Thermoplastrohr – konventionell extrudiert oder spritzgegossen. Nahezu alle Kunststoffe sind verwendbar. Das „Kernrohr“ wird im ersten Fertigungsschritt mit ungetränkten Verstärkungsfasern mit der Belastung angepasster Faserorientierungen bewickelt. Dann wird es in eine Schleuderkokille eingeschoben und geschmolzen. Hier dient das Rohr als Matrixmaterial, das mittels der Fliehkräfte die Faserverstärkung tränkt.

Die Besonderheit basiert auf der Mehrfach-Nutzung der Thermoplaste:

– Im ersten Schritt wird das Rohr als Wickelkern genutzt. Das ermöglicht zum einen eine gezielte, der Belastung angepasste, präzise Faserorientierung. Zum anderen lässt sich mit hoher Geschwindigkeit wickeln, da die Fasern ungetränkt aufgebracht werden.

– Die zweite Aufgabe des Kernrohres ist es, als aufgeschmolzener Thermoplast das Fasermaterial zu durchtränken und als Matrixmaterial zu dienen. Bei bewusst eingestelltem Überschuss bleibt im Rohrinnern eine Matrixschicht, die als Dichtung oder Verschleißschutz genutzt werden kann. Die Schicht lässt sich gezielt auf spezielle Anforderungen einstellen.

In bisherigen Versuchen wurden Polypropylen und Polyamideals Matrix-, Glas- und Kohlenstofffasern als Verstärkungsmaterialien verwendet. Sowohl der Wickel- als auch der Schleuderprozess lässt sich in kurzen Taktzeiten realisieren. Das Verfahren ist wirtschaftlich und damit auch für Großserien geeignet. Es werden hohe Faservolumenanteile bis zu 60% erreicht, das Laminat ist porenfrei. Bezüglich Rundheit und Wanddicke können sehr enge Toleranzen eingestellt werden. Darüber hinaus werden innen und außen hochwertige, glänzende Oberflächen mit kleiner Rauhtiefe erzielt. Mögliche erste Anwendungsgebiete sind Antriebswellen, Gleitlager oder Hydrozylinder.

Den diesjährigen Innovationspreis der Arbeitsgemeinschaft Verstärkte Kunststoffe-Technische Vereinigung (AVK-TV) erhielt der Fachbereich Maschinenbau der TU Darmstadt. Ausgezeichnet wurde die produktionsreife Entwicklung der Herstellung gezielt faserverstärkter Rohre mit thermoplas-tischer Matrix im TER-Schleuderverfahren.

Ausführliche Informationen

TER-Schleuderverfahren

KEM 527

Internet

http://wwwklubmaschinenbau.tu-darmstadt.de