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Erzeugen von kohlenstofffaserverstärkten Teilen simulieren und automatisieren

Eine Software zur Simulation der Erzeugung von kohlenstofffaserverstärkten Bauteilen entwickelt nun ein Forscherteam der Jade Hochschule. Gemeinsam mit Ingenieuren des Oldenburger Unternehmens SWMS Systemtechnik schreiben die Forscher die Software, mit der zudem die Fertigung der Bauteile automatisiert werden kann. Das automatisierte Verfahren soll sowohl das Potenzial für geschwindigkeits- als auch für kostenmäßige Vorteile bei der serienmäßigen Fertigung verstärkter Bauteile bergen, erklärt die Hochschule.

"Ziel des Projektes ist es, in Kooperation mit Industriepartnern aus der Fertigung die Software so weiterzuentwickeln, dass diese als Standardlösung für die entsprechenden Anlagen eingesetzt werden kann", erklärt Marc Loegel. Er hat im Rahmen des Projektes seine Masterarbeit verfasst und ist mittlerweile bei der SWMS Systemtechnik beschäftigt.

Bei gleichen mechanischen Eigenschaften besitzen Bauteile aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) ein um bis zu 70 Prozent geringeres Eigengewicht im Vergleich zu Stahl, weiß die Hochschule. Insbesondere in der Luft- und Raumfahrt spielen sie eine Rolle, Rennwagen in der Formel 1 bestehen fast vollständig aus ihnen, und auch in den Alltag erhalten die verstärkten Bauteile beispielsweise in der Automobilindustrie oder bei der Produktion von Windkraftanlagen Einzug - bisher jedoch oftmals nur in manuellen Verfahren. "Bei der manuellen Fertigung faserverstärkter Bauteile sind viele einzelne Schritte erforderlich. Zudem entstehen schädliche Stäube und Dämpfe", erläutert Dr. Ludger Wolters, Professor im Fachbereich Ingenieurwissenschaften. Beim automatisierten Verfahren werden mittels eines Roboters vorimprägnierte Faserbänder (Tapes) in mehreren Lagen auf eine Grundform aufgebracht und anschließend zu einem Bauteil verbacken. Das Prinzip gleiche dabei dem Bekleben einer Fläche mit Klebeband. Damit der Roboter weiß, wo und wie die Tapes auf der Form verlegt werden sollen, benötigt er ein entsprechendes Programm, so die Hochschule.

Hier setzt die entwickelte Softwarelösung namens Tape Station an. Sie soll es ermöglichen, das Verlegen der Tapes auf Basis eines CAD-Modells der Grundform zu simulieren, zu visualisieren und zu analysieren. Das auf diese Weise erzeugte und optimierte Simulationsmodell wird abschließend von der Software in ein für den Roboter verständliches Programm umgewandelt, erklärt die Hochschule. Dabei würden gängige Typen von Industrierobotern unterstützt.

"Die von uns entwickelte Softwarelösung greift für die Simulation auf das bestehende CAD-Modell der Grundform zu. Dies ist wichtig für Unternehmen, da Mehraufwände bei der Datenhaltung vermieden werden", so Wolters. "Eine Besonderheit der Software ist zudem, dass Sie es durch die Unterstützung von Industrierobotern ermöglicht, auch kleinere Serien von Bauteilen rentabel automatisiert zu fertigen", ergänzt Werner Meyer, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachbereich Ingenieurwissenschaften.
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