Das Fiber Patch Placement Glossar

Genau wie die Faserverbundtechnologie kommt auch die Fiber Patch Placement Technologie nicht ohne Fachbegriffe aus.
Unsere Experten erläutern die wichtigsten in diesem Glossar.

A
  • Anisotrop
    Richtungsabhängigkeit von (werkstoffspezifischen) Eigenschaften. Bei faserverstärkten Kunststoffen bestimmt die Orientierung der Fasern den Grad der mechanischen Eigenschaften (Steifigkeit und Festigkeit). Der Werkstoff ist generell stark anisotrop. Er bietet damit viele Möglichkeiten, auf die lokalen Produkteigenschaften Einfluss zu nehmen.
  • ARTIST STUDIO
    Auf eine integrierte und schnelle Produktentwicklung zugeschnittene CAD-CAM-Software von Cevotec. Leistungsstarke Algorithmen errechnen ein optimiertes Patch-Laminat aus CAD-Dateien und erzeugen Maschinendaten für SAMBA, was eine einfache Roboterprogrammierung sowie schnelle Prototyping-Zyklen ermöglicht.
  • Autoklav
    Gasdicht verschließbarer Druckbehälter, der für die thermische Behandlung von Stoffen im Überdruckbereich eingesetzt wird. Im Faserverbundbereicht werden mit einem Epoxidharzsystem vorimprägnierte Faserhabzeuge verpresst und ausgehärtet. Dies führt zu hohen Faservolumengehalt in den Bauteilen und guten mechanischen Eigenschaften der Hochleistungskomponenten.
B
  • noch kein Eintrag
C
  • cevoPad
    Patchstapel, der ein Loch in einem Bauteil verstärkt (Lochverstärkung). Definiert durch ein rotationssymmetrisches Muster mit radialen und tangential angeordneten Patches.
  • cevoTape
    Ein in verschiedenen Auführungen erhältliches gespreiztes und bebindertes Faserband. Ein Band wird durch das Filamentmaterial, die Garnstärke, die Breite, das Flächengewicht und das Bindemittelmaterial spezifiziert.
  • Coanda Vakuumgenerator
    Vakuumerzeugung auf Grundlage der Tendenz von Gas- oder Flüssigkeitsströmungen, entlang einer konvexen Oberfläche „zu laufen“, anstatt sich zu lösen und der ursprünglichen Strömungsrichtung zu folgen. Durch die beschriebene vektorielle Ablenkung wird einem Luftstrom aus einem Überdruckbereich eine Richtung gegeben und Luft aus der Umgebung anzusaugen, wodurch das Vakuum erzeugt wird.
D
  • noch kein Eintrag
E
  • Endkontur
    Durch die endkonturnahe Fertigung von Bauteilen entfallen im Fiber Patch Placement basierten Produktionsprozess Umformschritte, was zur Einsparung von Produktionskosten führt.
F
  • Faser
    Aus vielen Filamenten einer natürlichen oder chemischen Substanz hergestelltes fadenförmiges Material.
  • Faserarchitektur
    Fasern, die in einer bestimmten Weise angeordnet sind, um den Vorformling oder Bauteil die gewünschten Eigenschaften zu geben. In herkömmlichen Hestellungsprozessen zählen Gelege, Gewebe sowie Geflechte zu den Faserarchitekturen. In der Fiber Patch Placement Technologie kann die Faserorientierung aufgrund der extrem hohen Freiheit bei der Faserablage belastungsgerecht optimiert und die mechanische Performance um bis zu 150% erhöht werden. Die Faserablage erfolgt direkt und in Endkontur auf einer dreidimensionalen Bauteilgeometrie.
  • Faserrichtung (Orientierung) 
    Ausrichtung der Längsachse einer Faser in Bezug auf eine vorgegebene Achse.
  • Faserverbundstruktur
    Ganz oder teilweise aus Faserverbundwerkstoffen hergestellte Struktur.
  • Faservolumengehalt
    Menge an Fasern in einem Verbundteil im Verhältnis zum Matrixwerkstoff, ausgedrückt in Volumenprozent (siehe auch Faservolumenanteil).
  • Festigkeit
    Die Festigkeit eines Werkstoffes beschreibt die maximal aufbringbare Beanspruchbarkeit durch mechanische Belastungen, bevor es zu einem Versagen kommt und wird als mechanische Spannung (Kraft pro Querschnittsfläche) angegeben. Das Versagen kann eine unzulässige Verformung sein, insbesondere eine plastische (bleibende) Verformung oder auch ein Bruch. Die Festigkeit ist abhängig vom Werkstoff, vom zeitlichen Verlauf der Beanspruchung (konstant, wechselnd, schwellend) und von der Art der Beanspruchung (Zug, Druck, Biegung, Scherung).
    Werkstoffe mit hoher Festigkeit können mit höheren Spannungen beansprucht werden als Werkstoffe mit geringer Festigkeit. Erstere eignen sich daher im Allgemeinen für den Leichtbau, insbesondere Werkstoffe mit einer hohen spezifischen Festigkeit (Festigkeit pro Dichte).
    Von der Festigkeit sind einige ähnliche Kennwerte zu unterscheiden: Steifigkeit beschreibt den Zusammenhang zwischen Verzerrungen und mechanischen Spannungen, während die Härte eines Werkstoffes seinen Widerstand gegenüber eindringenden Körpern beschreibt.“
  • Fiber Patch Placement (FPP)
    Automatisiertes Preformingverfahren für die Herstellung von Kohlenstofffaserverbundbauteilen bei der Faserbandstücke (Patches) additiv und gerichtet verarbeitet werden.
  • Fiber Placement
    Sammelbegriff für die Herstellung von Laminaten durch Anlegen von Fasern auf ein Werkzeug.
  • Filament
    Eine einzelne Faser beliebiger Länge und kleinste Einheit eines Faserbündels (Roving).
  • Flächengewicht
    Einheit für die flächenspezifische Masse eines textilen Halbzeugs in der Einheit Gramm pro Quadratmeter. Typischerweise in der Composites-Industrie verwendet, um Gewebe, Gelege oder Faserbänder zu spezifizieren.
  • Förderband
    Transportsystem zum Führen von Material. In SAMBA das Transportband für geschnittene Patches.
  • FPP
    Abkürzung für Fiber Patch Placement
  • Führungskurve
    CAD-basierte Einheit, die eine Patch-Kette beschreibt. Die Führungskurve definiert im Fiber Patch Placement Verfahren die Faserorientierung eines Layers und wird verwendet, um benachbarte Kurven, sog. Slave Curves, innerhalb einer Patch-Zone zu erzeugen.
G
  • Gelenkachse  
    Rotationsachse bei Robotern
  • Grenzfläche   
    Grenze oder Oberfläche zwischen den einzelnen, physisch unterscheidbaren Bestandteilen eines Faserverbundbauteils. Auch als Begriff für die Oberfläche vewendet, die zwei Teile oder Laminatschichten trennt.
H
  • Harz
    Organisches Polymer oder Präpolymer, das als Kleber oder als Matrix verwendet wird, die die faserförmige Verstärkung in einem Verbundmaterial enthält.
  • Harz Volumen Gehalt (HVG)
    Prozentualer Volumengehalt des Harzes als Matrix in einem Faserverbundwerkstoff. Bei zweikomponentigen FVK beträgt der HVG=1- Faservolumengehalt (FVG). Der FVG ist die üblichere Kenngröße zur Beschreibung des Volumenverhältnisses.
  • Hilfskurven
    Kurven, die durch gleichmäßiges Versetzen der Leitkurve entstehen, um die Patchzone abzudecken.
I
  • Imprägnierung
    Allgemeiner Begriff für Benetzung der Faserstruktur mit einem Matrixwerkstoff.
  • Imprägnier-Werkzeug
    Formwerkzeug, das verwendet wird, um den trockenen Faservorformling während des Imprägnierungsprozesses stabil zu halten.
  • Industrielle Bildverarbeitung 
    Am menschlichen Sehen orientierte computergestützte Analyse und Kontrolle. In der Fiber Patch Placement Technologie genutzt, um den Patch-Schneideprozesses und die Patchaufnahme zu überwachen und zu protokollieren.
  • Infusion
    Geschlossenes Formverfahren unter Verwendung von atmosphärischem Druck, um Harz in eine vakuumierte Form zu ziehen.
  • Injektion
    Geschlossenes Formverfahren, das thermoplastische oder wärmehärtbare Polymere in eine Form presst.
J
  • noch kein Eintrag
K
  • Kalander
    Auf einander gepresstes Leitwalzenpaar, welches beim Herstellen von cevoTape und in der SAMBA Anlage zum schlupffreien Faserbandführen verwendet wird.
  • Kohlenstofffaser
    Kohlenstofffasern (auch Carbonfasern bzw. fälschlicherweise Kohlefasern) sind industriell hergestellte Fasern aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, die durch an den Rohstoff angepasste chemische Reaktionen in graphitartig angeordneten Kohlenstoff umgewandelt werden. Man unterscheidet isotrope und anisotrope Typen: Isotrope Fasern besitzen nur geringe Festigkeiten und geringere technische Bedeutung, anisotrope Fasern zeigen hohe Festigkeiten und Steifigkeiten bei gleichzeitig geringer Bruchdehnung in axialer Richtung. Eine Kohlenstoff-Faser hat einen Durchmesser von etwa 5–9 Mikrometer. Üblicherweise werden 1.000 bis 60.000 Filamente zu einem Multifilamentgarn (Roving) zusammengefasst, das aufgespult wird.
  • Kritische Länge
    Minimale Länge eines einzelnen Filaments, die für eine (fast) vollständige Kraftübertragung zwischen Patches notwendig ist.
L
  • Laminat
    Werkstoff aus zwei oder mehr miteinander verklebten Schichten gleicher oder unterschiedlicher Faserorientierung.
  • Laser-Schneideinheit 
    Teil der SAMBA Series Produktionsanlagen zum Trennen des Faserbandes in Patches. Der Laser bietet die Möglichkeit verschleißfrei und wartungsarm eine quasi beliebige Anzahl an Schnitten durchzuführen. Geführt wird der Laserpunkt durch eine bewegliche Scaner-Optik.
  • Layer  
    Bezeichnet in der Fiber Patch Placement Technologsy eine Einheit von Sublayern, die durch einen Satz von Parametern wie Patch Zone, Guide Curve definiert ist.
  • Lay-up
    Laminataufbau, das durch aufeinanderfolgende Schichten besteht
  • L-Overlap
    Überlappung in Faserrichtung / Längsüberlappung zwischen zwei Patches in zwei Sublayern.
  • Lücke 
    Lücke zwischen zwei aufeinanderfolgender Patches in Faserlängsrichtung.
M
  • Matrix
    In einem Faserverbundwerkstoff umgibt die (stützende) Matrix die (lasttragenden) Fasern, die durch adhäsive Wechselwirkungen an die Matrix gebunden sind. Ohne Matrixwerkstoff sind die hohen spezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten der Verstärkungsfaser nicht nutzbar. Erst durch die geeignete Kombination von Faser- und Matrixwerkstoff entsteht ein neuer Konstruktionswerkstoff.
  • MOTION ARTIST
    Modul der CAD-CAM Software ARTIST STUDIO. MOTION ARTIST verwendet die in PATCH ARTIST generierten Laminate zur automatischen Offline-Programmierung der SAMBA Roboter mit eingebauter Kollisionserkennung und visueller Prozesssimulation.
N
  • noch kein Eintrag
O
  • Optimale Faserorientierung  
    Ausrichtung der Fasern entlang von Lastpfaden zum Erreichen hoher mechanischer Eigenschaften bei geringem Eigengewicht.
P
  • Pachbinder
    Einseitig auf das Faserband aufgebrachtes Kunststoffnetz, das thermisch aktivierbar ist. Der Binder stabilisiert das Faserband während der Verarbeitung und Handhabung und verbindet die Patches nach der thermischen Aktivierung auf der Werkzeugoberfläche oder dem bereits gelegten Substrat.
  • Patch
    Von einem Faserband abgeschnittenes Stück mit einer spezifizierten Schnittkante am Anfang und am Ende sowie zwei parallelen Kanten in Faserrichtung.
  • PATCH ARTIST
    Modul der CAD-CAM Software ARIST STUDIO. PATCH ARTIST erzeugt Patch-basierte hochperformante Laminate mit variabler Faserorientierung und Laminatdicke. Die Ergebnisse werden visualisiert, überprüft und ggf. leicht modifiziert.
  • Patch Gipper 
    Schlüsselelement der SAMBA Series Produktionssysteme. Der von Cevotec entwickelte formadaptive Patchgreifer passt sich passiv an die komplexen Oberflächen der Halbzeuge an und ermöglicht so die exakte Positionierung der Patches auf komplexen Geometrien.
  • Patch Laminat
    Laminataufbau aus mehreren Patches der aus mindestens einem Sublayer besteht.
  • Patch Länge
    Länge des vom Faserband abgeschnittenen Patches.
  • Patch Übergabebereich
    Der Bereich im Raum, innerhalb dessen der Patch vom Patchgreifer auf das Preformingwerkzeug übertragen wird.
  • Patch Zone
    Fläche eines Bauteils, die mit Patches gefüllt werden soll.
  • Patchkette
    Entlang einer Kurve längsseits aufgereihte Kette von Patches.
  • Pick & place Roboter
    Für die Fiber Patch Placement Technologie eingesetzter mehrachsiger Roboter, dessen Hauptfunktion das Transportieren eines Objektes von einer Stelle zur anderen Stelle ist. Derzeit wird mit dem Stäubli TP80 das schnellste Modell auf dem Markt verwendet.
  • Preform Greifer
    Standard-Greiferelement, das im Fiber Patch Placement Verfahren genutzt werden, um den Vorformling automatisch von der Form abzulösen und dem nächsten Produktionsschritt zuzuführen.
  • Prepreg
    Mit Harzen vorimprägniertes textiles Faser-Matrix-Halbzeug.
  • Pyrometer
    Thermometer zur berührungslosen Temperaturmessung.
Q
  • noch kein Eintrag
R
  • Roving
    Bündel oder Strang aus parallel angeordneten Filamenten (Endlosfasern), der überwiegend in der Fertigung von Faserverbundkunststoffen verwendet wird. Am häufigsten werden Filamente aus Glas, Aramid oder Kohlenstoff zu Rovings zusammengefasst. Der Roving ist das Ausgangsmaterial für die Herstellung von Fasertapes, die in einer FPP Anlage verarbeitet werden.
  • RTM
    Resin Transfer Moulding, Injektionsverfahren zur Imprägnierung von Halbzeugen in einem geschlossenen Werkzeug zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffbauteile.
S
  • SAMBA
    Die High-Tech Fertigungsanlage zur automatisierten und qualitätsübewachten Herstellung komplexer 3D Bauteile und lastpfadorientierter Verstärkungen in hoher Stückzahl und Qualität.
  • SCARA Roboter
    Selective Compliance Assembly Robot Arm, Industrieroboter, dessen Aufbau einem menschlichen Arm ähnelt.
  • Schicht
    Schichten, aus denen ein Stapel oder Laminat besteht.
  • Schnittgeometrie
    Form der Schnittkante eines Patches
  • Stapel 
    Besteht aus mehreren (teilweise) überlappenden Ebenen. Es kann eine Überlappung zwischen Stapeln geben, aber es muss keine sein.
  • Startpunkt Entfernung
    Abstand zwischen dem Startpunkt einer Führungskurve und der ersten Patchposition.
  • Steifigkeit 
    Größe in der Technischen Mechanik, die den Widerstand eines Körpers gegen elastische Verformung durch eine Kraft oder ein Moment (Biegemoment oder Torsionsmoment, je nach Beanspruchung) beschreibt. Entsprechend gibt es verschiedene Arten von Steifigkeit: Dehn-, Biege- und Torsionssteifigkeit. Für kompliziertere Geometrien ist die Trennung der Steifigkeiten nach Belastungsarten jedoch oft nicht möglich. So kann eine Belastung auf Zug auch zu einer Verwindung führen, z.B. bei einer Helix. Die (absolute) Steifigkeit ist dann ein Tensor.
    Die Steifigkeit eines Bauteils ist abhängig von den elastischen Eigenschaften des Werkstoffs und (entscheidend) von der Geometrie des Bauteils. Sie gilt im linearen (elastischen) Bereich, also nur für kleine Verformungen, bei denen die Verformung noch proportional zur wirkenden Kraft ist.
    Die Steifigkeit ist nicht mit der Festigkeit zu verwechseln, die ein Maß für die ertragbare Grenz-Belastung eines Werkstoffs ist (also für die Spannung an der die elastische in eine plastische Verformung übergeht oder an der es zum Bruch des Materials kommt).
    Der Kehrwert der Steifigkeit wird Nachgiebigkeit genannt.“
  • Stoßkante
    Stoß von Kante an Kante in Faserlängsrichtung der Patches.
  • Sublayer
    Ein Sublayer ist die kleinste Entität, die in der Lage ist, die gesamte Patch Zone mit Patches zu decken. Mindestens zwei Teilschichten sind erforderlich, um die Lastübertragung zu gewährleisten. Mehrere Teilschichten stellen eine Ebene dar.
  • Sublayer Offset Position
    In der Fiber-Patch-Placement-basierten virtuellen Laminatgeneration sollte jede Unterschicht in einer Ebene auch quer verschoben werden, um die mechanische Leistung zu erhöhen. Die Offset-Position muss zwischen Null und der Patch-Breite liegen und ist ein Vielfaches der Patch-Breite, dividiert durch die Anzahl der Sublayer-Positionen. Wenn die Anzahl der Teilschichten höher ist als die Anzahl der Teilschichtpositionen, wird das Kurvenmuster nach der Anzahl der Teilschichten wiederholt.
  • Surface
    Eine CAD-basierte Einheit, die die Teiloberfläche beschreibt, auf der das Patch-Laminat erzeugt werden kann. Es reicht gewöhnlich über die Layer-Boundary hinaus, um zu verhindern, dass Ketten in der Patch Zone enden.
T
  • noch kein Eintrag
U
  • Unidirektional
    Fasern, die einer bestimmten Richtung folgen.
V
  • VAP
    Vacuum assisted process. Von Airbus patentiertes Verfahren, das die  Eigenschaften moderner semipermeabler Membransysteme in hochentwickelten textilen Verbünden nutzt, um die Wirkung des Vakuums in der Niederdruckinfiltration auf die gesamte Bauteilfläche umzusetzen. Luft- und Gaseinschlüsse werden so zuverlässig und effizient entfernt.
  • Versatz 
    Lateraler Versatz von Kurven (Guide Curve – Slave Curve oder Slave Curve – Slave Curve).
  • Vorformling    
    Im Allgemeinen Konstrukt aus trockenen Fasern und/oder Gewebe, in der Fiber Patch Placement-Technologie bereits dreidimensionale Anordnung von Patches.
  • Vorformwerkzeug
    Form, auf der der Vorformling additiv duch Ablegen der Patches entsteht.
W
  • Werkzeug-Roboter 
    Für die Fiber Patch Placement Technologie eingesetzter Knickarmroboter. Derzeit ein Stäubli TX200 mit einer Tragkraft von 100 Kilogramm, der eine präzise Führung auch von schweren Ablegeformen ermöglicht.
X
  • noch kein Eintrag
Y
  • noch kein Eintrag
Z
  • Zwischenraum
    Abstand zwischen zwei benachbarten Patches entlang einer Patch-Kette.