Perfekt gelöst

Steinbeis-Team entwickelt Technologie zum Entfernen der Schutzfolien von Prepregzuschnitten

Der Leichtbau hält Einzug in alle Branchen: Auch in der Luft- und Raumfahrt sowie der Fahrzeugindustrie werden zunehmend Leichtbaustrukturen auf Basis faserverstärkter Kunststoffe hergestellt. Ein großes Anwendungsfeld bildet die Verarbeitung sogenannter Prepregs, also bereits vorimprägnierter Faserhalbzeuge. Üblicherweise werden dabei Glas- oder Kohlenstofffasern eingesetzt, die als textiles Gewebe oder Gelege zur Verfügung stehen. Das Harz, in dem die Fasern eingebettet sind, unterliegt einer kontinuierlichen Härtungsreaktion, weshalb eine Lagerung bei -18 °C notwendig wird. Mit dem Harzanteil verbunden ist eine hohe Haftkraftwirkung an der Oberfläche. Um Transport, Lagerung und Weiterverarbeitung zu ermöglichen, wird das Prepreg beiderseits mit Folie kaschiert. Für die Entwicklung einer serientauglichen Greiftechnik zur Entfernung der Folie haben das Chemnitzer Steinbeis-Innovationszentrum Antriebs- und Handhabungstechnik, das Institut für Konstruktion- und Verbundbauweisen und die Cotesa GmbH die Wirkverbindung zwischen Schutzfolie und Prepreg näher erforscht.

Im bisherigen Verarbeitungsprozess sticht der Werker nach dem Zuschnitt die Schutzfolie mit einem Cutter-Messer an einer Ecke des Zuschnittes ein, hebt die Ecke an und zieht anschließend den Folienzuschnitt manuell ab. Je nach Haftkraftbeziehung gestaltet sich dieser Prozess mehr oder weniger aufwendig und stellt einen erhöhten Arbeitsaufwand dar.

Um die Wirkverbindung zwischen Folie und Prepreg zu charakterisieren, hat das Projektteam spezielle Prüfeinrichtungen entwickelt. So konnten unterschiedliche Prepregs aus carbonfaserverstärktem Kunststoff mit einer Flächenmasse zwischen 110 g/m² und 650 g/m² und Deckfolien im Bereich zwischen 32 g/m² und 96 g/m² untersucht werden. Für einen möglichen Einsatz herkömmlicher Greiftechnik wurde die Oberflächentopographie der Schutzfolien optisch näher untersucht und deren Haftkräfte ermittelt. Die Untersuchungen haben unter anderem ergeben, dass die Haftkräfte im Wertebereich zwischen 2 N/cm² und 12 N/cm² liegen.

Die Untersuchungsergebnisse sowie die Forderung einer partiellen Trennung im Kantenbereich waren die Grundlagen zum Test herkömmlicher Greiftechnik. Maßgabe an die Experten war dabei, ein sicheres Abheben zu ermöglichen, ohne dass eine Beschädigung der eingebetteten Fasern erfolgt. Das Ergebnis zeigte schnell, dass dies nur bei minimalen Haftkräften mit einem Vakuumsauger möglich war. Da aber der überwiegende Teil der Deckfolien sehr viel stärker auf dem Prepreg haftet, ist ein sicheres Lösen der Folie mit der herkömmlichen Greiftechnik nicht möglich.

Bei der Entwicklung eines speziell angepassten Greifers machte sich das Projektteam die Eigenschaft zu Nutze, dass Haftkräfte durch die partielle Einwirkung von Kältemittel erheblich reduziert werden können. Nachdem die Trenneinrichtung mit der Schutzfolie in Kontakt gekommen ist, wird durch eine Kanüle Kältemittel zugeführt. Anschließend trennt ein Vakuumsauger die Schutzfolie partiell vom Prepregzuschnitt. Das patentierte Verfahren und die entwickelten Vorrichtungen können sowohl manuell als auch im automatisierten Verarbeitungsprozess eingesetzt werden.

Die Entwicklung der Trenneinrichtung setzten das Steinbeis-Innovationszentrum Antriebs- und Handhabungstechnik und seine Partner innerhalb eines ZIM-Projektes um, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wurde.

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Eberhard Köhler
Steinbeis-Innovationszentrum Antriebs- und Handhabungstechnik (Chemnitz)
su1230@stw.de

Dr.-Ing. Uwe Lauschke
Institut für Konstruktion- und Verbundbauweisen (Chemnitz)

Dr.-Ing. Udo Berthold, Jorg Hüsken
Cotesa GmbH (Mittweida)

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