In-situ Messung der Faserhalbzeugdeformation im Drapierprozess von Kohlenstofffaserverstärkungen

Bei der Herstellung von Faserverbundstrukturen mittels flächiger Faserhalbzeuge wird im Rahmen des Preformings ein Umformschritt durchlaufen, um die dreidimensionale Zielgeometrie abzubilden. Eine lastpfadgerechte Anordnung der Verstärkungsfasern ist hierbei essentiell, um effizienten Leichtbau zu ermöglichen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird das Drapieren im Stempelprozess, welches zu den etablierten textilen Umformverfahren gehört, exemplarisch untersucht. Zur Analyse der Umformqualität wird eine in-situ Messung der Faserhalbzeugdeformation im geschlossenen Drapierwerkzeug umgesetzt. Dies geschieht durch Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung von gedruckten resistiven Dehnungssensoren. Ein methodisches Vorgehen ermöglicht deren Anwendung auf verschiedenen Faserhalbzeugen. Neben den Prozessrandbedingungen des Stempelverfahrens ist im Besonderen zu beachten, dass Faserhalbzeug und Sensorik einen wechselseitigen Einfluss aufeinander ausüben. Dies hat einen unmittelbaren Einfluss auf die Qualität der Deformationsmessung im Drapierprozess, wie Umformversuche mit verschiedenen Faserhalbzeugen zeigen. Anhand eines Gewebehalbzeugs werden lokal gemessene Deformationsgrößen mithilfe eines segmentierten Niederhaltersystems gezielt beeinflusst. Durch aktive Einbringung lokaler Membranspannungen auf der Grundlage von in-situ gemessenen Faserhalbzeugdeformationen kann eine Qualitätsoptimierung des Drapierprozesses demonstriert werden. Diese Ergebnisse stellen die Grundlagen für die Entwicklung selbstgeregelter Prozesse für das qualitätsoptimierte Drapieren im Stempelverfahren dar.