Automatisch verstärken

Meinolf Droege,

Verbundwerkstoffe für extreme Einsätze

Anspruchsvolle Bauteile aus Verbundwerkstoffen für Leichtbauanwendungen sollen sich mit der AFP-Technologie effizienter fertigen.

Anspruchsvollen Bauteile aus Verbundwerkstoffen entstehen auf einer automatisierten AFP-Anlage (Automated Fiber Placement). © Trelleborg

Automated Fiber Placement (AFP) steht für einen automatisierten Fertigungsprozess von Bauteilen aus Verbundwerkstoffen. Sie kommen in der Öl- und Gasindustrie sowie in der Luft- und Raumfahrt, wo sie häufig extremen Belastungen ausgesetzt sind, zum Einsatz.

Hinter AFP (Automated Fiber Placement) verbirgt sich ein additives Verfahren zur Herstellung von Verbundbauteilen. Robotergeführt werden faserverstärkte Kunststoffbänder unter Druck und Temperatur entlang eines vorgegebenen Pfads auf der Werkzeugoberfläche abgelegt. Die AFP-Technologie ermöglicht es, während des gesamten Prozesses Temperatur und Druck sowie die Legegeschwindigkeit zu überwachen. Dies führt zu einem Fertigungsprozess ohne Autoklav, der sich wiederholen lässt und den manuellen Arbeitsaufwand sowie die Bearbeitungszeit senkt. Gleichzeitig können komplexe Geometrien gefertigt werden, die sich sonst nur schwer herstellen lassen. Die gefertigten Verbundbauteile eigenen sich für Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie, der Luft- und Raumfahrt sowie in Industrien, bei denen es auf Leichtbauweise und hohe Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse ankommt.

Ein Produktbeispiel für die Öl- und Gasindustrie, ist die mit Carbonfasern verstärkte Hydraulikpumpe, die Trelleborg gemeinsam mit einem Dienstleister für Ölfeldservice aus dem texanischen Houston (USA) entwickelt hat. Sie ist für den Einsatz in extrem tiefen Gewässern konzipiert, in denen Salzwasserkorrosion, niedrige Temperaturen und hoher Wasserdruck zu teuren Ausfällen in Anlagen führen können. Durch das laserbasierte Herstellungsverfahren mit AFP werde der Fertigungsdurchsatz erheblich erhöht, was gerade bei Großprojekten entscheidend ist, da diese häufig Hunderte oder Tausende von Kilogramm Verbundwerkstoff pro Bauteil erfordern.

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Der größte Teil des eingesetzten Materialien ist inert und hält extremen Bedingungen Der Prozess beginnt mit einem unidirektionalen Prepreg-Composite (Prepregs sind mit Reaktionsharzen vorimprägnierte textile Faser-Halbzeuge), das es ermöglicht, Verbundwerkstoffe mit AFP in einer sehr präzisen Geometrie auszulegen und dabei hohe Festigkeit zu erreichen. Verbundwerkstoffe sei nicht neu, aber ihr Einsatz in der Öl- und Gasindustrie.

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