Beitrag zur großserientauglichen Fertigung von thermoplastischen endlosfaserverstärkten Sandwichbauteilen

Abstract

This thesis deals with the development of a manufacturing technology for the large-scale production of thermoplastic continuous fiber-reinforced sandwich components with an integrated honeycomb core. The starting point for the development work is the industrially available continuous fiber-rein-forced semi-finished sandwich products, which have so far only been used in flat component applica-tions due to a lack of processing options. This is based on highly developed thermoforming injection moulding technologies, which have been increasingly used in the large-scale production of FRP struc-tural components made of organo sheets in recent years. As part of the work, a novel thermoforming process could be derived through systematic investigations of the processing behavior of the sandwich composites and the associated development work on the tool and system technology. In combination with injection moulding, this can also be implemented as a hybrid thermoforming injection moulding process, which enables the production of multidimensionally curved and ready-to-use functionalized FRP sandwich components at minute interval. One advantage of the hybrid processing approach de-veloped is that the sandwich components functionalized by means of injection moulding can be pro-duced from a fiber-reinforced plastic composite without additional material input. This enables that the produced FRP sandwich components can be produced in a material-efficient manner in accordance with the "lightweight construction" design philosophy and, based on closed recycling management models, can be optimally recycled after their service life.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Fertigungstechnologie zur großseri-entauglichen Herstellung von thermoplastischen endlosfaserverstärkten Sandwichbauteilen mit inte-griertem Wabenkern. Ausgangspunkt der Entwicklungsarbeiten stellen die industriell verfügbaren end-losfaserverstärkten Sandwichhalbzeuge dar, die bislang aufgrund fehlender Verarbeitungsmöglichkei-ten nur in ebenen Bauteilanwendungen zum Einsatz kommen. Dabei wird auf mittlerweile sehr hoch-entwickelten Thermoformspritzgusstechnologien aufgebaut, die in den letzten Jahren verstärkt zur Großserienproduktion von FKV-Strukturbauteilen aus Organoblechen eingesetzt wurden. Im Rahmen der Arbeit konnte durch systematische Untersuchungen des Verarbeitungsverhaltens der Sandwich-verbunde sowie damit verbundener Entwicklungsarbeiten an der Werkzeug- und Anlagentechnik ein neuartiger Thermoformprozess hergeleitet werden. Dieser ist in Kombination mit Spritzgießen auch als hybrider Thermoformspritzgussprozess umsetzbar, was die Fertigung mehrdimensional gekrümm-ter sowie verwertungsfertig funktionalisierter FKV-Sandwichbauteile im Minutentakt ermöglicht. Ein Vorteil des entwickelten hybriden Verarbeitungsansatzes ist, dass die mittels Spritzgießens funktiona-lisierten Sandwichbauteile ohne zusätzlichen Materialeintrag sortenrein aus einem Faserkunststoff-verbund herstellbar sind. Somit kann ermöglicht werden, dass sich die herstellbaren FKV-Sandwichbauteile entsprechend der Konstruktionsphilosophie „Leichtbau“ materialeffizient herstellen sowie angelehnt an geschlossene Kreislaufwirtschaftsmodelle nach ihrer Lebensdauer optimal wieder-verwerten lassen.