TopTape - Tapewickelprozess mit integriertem Qualitätsprüfprogramm

In den letzten 20 Jahren ist ein stetiger Aufwährtstrend beim Einsatz von Faser-Thermoplast-Verbundwerkstoffen (FTV) zu beobachten, der vor allem von der Automobil-, Luftfahrt- und Energiewirtschaft vorangetrieben wird. Für die wirtschaftliche Verarbeitung von endlosfaserverstärkten Thermoplasten (eFTV) eignen sich vor allem Schweißprozesse mit in-situ Konsolidierung wie der lasergestützte Tapewickelprozess (LATW – laser assisted tape winding) der AFPT GmbH. Mit diesem Prozess können diese Werkstoffe als bandförmiges Halbzeug (Tape) ohne komplexe Vor- oder Nachbereitung zu Strukturbauteilen wie z.B. Wasserstoffdruckbehälter verarbeitet werden.

Obwohl mit diesem Fertigungsverfahren bereits ein hoher Automatisierungsgrad erreicht wurde, waren noch manuelle Arbeitsschritte nötig. Auch fehlten einfache und effiziente Methoden zur Bewertung der Bauteilqualität, die eine effiziente Großserienproduktion begünstigen.

Im Rahmen des Projekts „TopTape“ wurden diese Problemstellungen bearbeitet, um einen vollautomatisierten Fertigungsprozess mit integriertem Qualitätsprüfprogramm zu realisieren. In der Prozesstechnik wurden Lösungen zur Automatisierung der Erstlagenanbindung, der Bauteilbeschriftung und des Bauteilzuschnitts entwickelt.

Im zweiten Abschnitt des Projektes wurden Methoden zur Prozessparameteroptimierung und Qualitätsbewertung erarbeitet. Bei der Ermittlung geeigneter Parameter wurde bisher ausschließlich auf Erfahrungswerte der Bedienenden bzw. Maschinehersteller zurückgegriffen. Um diesen wichtigen Schritt bedienerunabhängig zu gestalten, wurden einfach anzuwendende Prüfmethoden entwickelt, die eine effiziente Bewertung der mechanischen Eigenschaften ermöglichen. In Kombination mit einer lückenlosen Prozessüberwachung konnte so ein großer Bereich im Prozessfenster getestet werden, um optimale Fertigungsparameter für den zu verarbeitenden Werkstoff zu ermitteln.

Am Beispiel eines kohlenstofffaserverstärkten Polycarbonats (CF-PC) konnte durch die neue Prozessoptimierung eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften um bis zu 50% erreicht werden.

Andreas Kenf, M.Sc.
Wiss. Mitarbeiter
Mechanische Charakterisierung & Modellierung
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