Automatisierte Preformerstellung eines ... ... DLR.de • Chart 14 > Automatisierte...

download Automatisierte Preformerstellung eines ... ... DLR.de • Chart 14 > Automatisierte Preformerstellung

If you can't read please download the document

  • date post

    23-May-2020
  • Category

    Documents

  • view

    1
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Automatisierte Preformerstellung eines ... ... DLR.de • Chart 14 > Automatisierte...

  • Automatisierte Preformerstellung eines Feststoffraketenantriebs im Full- Scale Maßstab aus im Wickel- und Legeprozess verarbeiteten trockenen Kohlenstofffasern

    Dipl.-Ing. Mona Eckardt, Dr. Roland Glück Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Augsburg

    Experience Composites, Augsburg, 22.10.2016

    Dipl.-Ing. Ralf Hartmond MT Aerospace AG, Augsburg

  • Überblick

    • Aktueller Stand: - Stahlbooster - Feststoffbooster in Unterstufe

    • Neuer Ansatz:

    - Carbonverstärkte Kunststoffe (CFK) - Preforming mit trockenen Kohlefasern (Wickeln and Tapelegen) - Infusionsprozeß mit Epoxydharz

    • Hersuaforderungen:

    - Gewichtsreduktion - Senkung der Produktionskosten - Entwicklung eines wettbewerbsfähigen Produkts - autoklavlose Produktion

    > Automatisierte Preformerstellung eines Feststoffraketenantriebs im Full-Scale Maßstab aus im Wickel- und Legeprozess verarbeiteten trockenen Kohlenstofffasern> Mona Eckardt, Roland Glück > Augsburg, 22.09.2016 DLR.de • Chart 2

    Vorführender Präsentationsnotizen Produktionskosten zukünftiger träger senken um konkurrenzfähig im weltmarkt zu bleiben Deutschland nachweis technologiereife eines kosteneffizienten (senkung herstellungskosten) Produktionsverfahren  bauteil im originalmaßstab nötig Produktionsverfahren bekannt, Herausforderung bauteil im Originalmaßstab Duromeres bauteil  nasswickeln topfzeit Autoklav bei prepreg anschaffung und energiekosten

  • Aufbau und Abmessungen des Motorgehäuses

    • Durchmesser Ø = 3.5m • Länge L ≥ 6m • Dicke t ≈ 30mm

    > Automatisierte Preformerstellung eines Feststoffraketenantriebs im Full-Scale Maßstab aus im Wickel- und Legeprozess verarbeiteten trockenen Kohlenstofffasern> Mona Eckardt, Roland Glück > Augsburg, 22.09.2016 DLR.de • Chart 3

    Reference for both figures: Wolff, M.; Scharringhausen, J.; Hartmond, R.: Development of a Solid Rocket Motor Case Demonstrator for Ariane 6, Conference Paper Sampe Europe, Liege, 2016

  • DLR Augsburg  Die multifunktionale Zelle

    • Abmessungen: - Länge: 30m - Breite: 15m - Höhe: 7m

    • Sechs Roboter: - drei Industrieroboter - drei Portalroboter (Sonderanfertigungen)

    • Alle Roboter in Überkopfposition (bessere Erreichbarkeit auch für Negativformen)

    > Automatisierte Preformerstellung eines Feststoffraketenantriebs im Full-Scale Maßstab aus im Wickel- und Legeprozess verarbeiteten trockenen Kohlenstofffasern> Mona Eckardt, Roland Glück > Augsburg, 22.09.2016 DLR.de • Chart 4

  • Herstellung des Druckbehälters  Wickelprozeß

    • Spulenschrank für 12 Spulen mit Protokollsystem • Wickelroboter mit

    - Fadenumlenkung - Fadenklemmung - Fadenführung - Absaugung

    • Drehgestell mit Wickeldorn und Antrieb

    • Anlagensteuerung

    > Automatisierte Preformerstellung eines Feststoffraketenantriebs im Full-Scale Maßstab aus im Wickel- und Legeprozess verarbeiteten trockenen Kohlenstofffasern> Mona Eckardt, Roland Glück > Augsburg, 22.09.2016 DLR.de • Chart 5

  • Herstellung des Druckbehälters Lagenaufbau

    • Kreuzlagen - Wickelwinkel unter 50° - bedecken das gesamte Bauteil

    > Automatisierte Preformerstellung eines Feststoffraketenantriebs im Full-Scale Maßstab aus im Wickel- und Legeprozess verarbeiteten trockenen Kohlenstofffasern> Mona Eckardt, Roland Glück > Augsburg, 22.09.2016 DLR.de • Chart 6

    • Kompaktierungslagen - fast parallel zur Querschnittsfläche - bedecken den zylindrischen Teil des Kerns - hohe Fadenspannung für sichere Kompaktierung - hohe Fadenspannung fixiert unterliegende Lagen

  • Wulstbildung an den Polen

    • An den Polen wird Material immer an der gleichen Stelle abgelegt  Wülste bilden sich aus

    • Probleme:

    - Entstehen von Hohlräumen/Lücken  Harzansammlung während Infusionsprozeß - starke Verdichtung der Fasern

     Harzfluß kann gestört werden

    • Lösung: - virtuelles Erhöhen der Fadenanzahl  Verringerung der Wickeldurchläufe  größere simulierte Bandbreite

    > Automatisierte Preformerstellung eines Feststoffraketenantriebs im Full-Scale Maßstab aus im Wickel- und Legeprozess verarbeiteten trockenen Kohlenstofffasern> Mona Eckardt, Roland Glück > Augsburg, 22.09.2016 DLR.de • Chart 7

  • Hauptprobleme während der Herstellung des Druckbehälters

    • Fadenbrüche an verschiedenen Positionen: - zwischen Spulenschrank und Roboter - nach dem Roboter auf dem Kern

    > Automatisierte Preformerstellung eines Feststoffraketenantriebs im Full-Scale Maßstab aus im Wickel- und Legeprozess verarbeiteten trockenen Kohlenstofffasern> Mona Eckardt, Roland Glück > Augsburg, 22.09.2016 DLR.de • Chart 8

    • Synchronisierung von Roboter- und Kernbewegung - anwachsende Masse des Kern führt zu Steuerungsproblemen - Nachjustage der Steuerungsparameter notwendig

  • Video: Wickelprozeß des Druckbehälters

    > Automatisierte Preformerstellung eines Feststoffraketenantriebs im Full-Scale Maßstab aus im Wickel- und Legeprozess verarbeiteten trockenen Kohlenstofffasern> Mona Eckardt, Roland Glück > Augsburg, 22.09.2016 DLR.de • Chart 9

    - Videos\Wickeln\DSC_9319.MOV - Videos\Wickeln\IMG_1507.MOV

  • Schürzenherstellung  Tapelegeprozeß

    • Form zur Herstellung von zwei Schürzen in einem Teil - Durchmesser angepasst an Druckbehälter(ca. 3.5m)

    • Länge: 4m

    • Tapelegekopf samt Materialvorrat an

    Portalroboter angebracht

    > Automatisierte Preformerstellung eines Feststoffraketenantriebs im Full-Scale Maßstab aus im Wickel- und Legeprozess verarbeiteten trockenen Kohlenstofffasern> Mona Eckardt, Roland Glück > Augsburg, 22.09.2016 DLR.de • Chart 10

  • Schürzenherstellung  Tapelegekopf

    • Trockene unidirektionale Tapes mit Epoxydbinder

    • Tapebreite: 50mm

    • Tapedicke: 0.31mm

    • Länge pro Spule: 600m (approx. 12kg)

    • Infrarotlampen zum Aufschmelzen des Binders

    > Automatisierte Preformerstellung eines Feststoffraketenantriebs im Full-Scale Maßstab aus im Wickel- und Legeprozess verarbeiteten trockenen Kohlenstofffasern> Mona Eckardt, Roland Glück > Augsburg, 22.09.2016 DLR.de • Chart 11

  • Schürzenherstellung  Lagenaufbau

    • Sechs Lagenpackungen

    • Jede Packung besteht aus mehreren Lagen plus eine Wickellage

    • Legewinkel zwischen -45° und 45°

    • Wickellage analog zu Kompaktierungslage

    • Maximale Lagenlänge: ca. 2200mm

    • minimale Lagenlänge: ca. 200mm

    • Ablegegeschwindigkeit: 6m/min

    > Automatisierte Preformerstellung eines Feststoffraketenantriebs im Full-Scale Maßstab aus im Wickel- und Legeprozess verarbeiteten trockenen Kohlenstofffasern> Mona Eckardt, Roland Glück > Augsburg, 22.09.2016 DLR.de • Chart 12

  • Video: Tape-Laying process of the skirts

    > Automatisierte Preformerstellung eines Feststoffraketenantriebs im Full-Scale Maßstab aus im Wickel- und Legeprozess verarbeiteten trockenen Kohlenstofffasern> Mona Eckardt, Roland Glück > Augsburg, 22.09.2016 DLR.de • Chart 13

    - Videos\Tapelegen\20160705_082621.mp4

  • Ergebnisse und Ausblick

    • Ergebnis: - Herstellung der einzelnen Teile (Druckbehälter und Schürzen) ist abgeschlossen

    • Nächste Schritte: - Druckbehälter und Schürzen verbinden - Strukturtest durchführen

    • Zukünftige Arbeit: - Prozeßoptimierung in Hinblick auf Robustheit und Prozeßgeschwindigkeit - Konzept für automatisches Ablegen von Hilfsstoffen für den Infusionsprozeß

    > Automatisierte Preformerstellung eines Feststoffraketenantriebs im Full-Scale Maßstab aus im Wickel- und Legeprozess verarbeiteten trockenen Kohlenstofffasern> Mona Eckardt, Roland Glück > Augsburg, 22.09.2016 DLR.de • Chart 14

    Reference: Wolff, M.; Scharringhausen, J.; Hartmond, R.: Development of a Solid Rocket Motor Case Demonstrator for Ariane 6, Conference Paper Sampe Europe, Liege, 2016

  • Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Fragen?

    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie | Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie Am Technologiezentrum 4 | 86159 Augsburg | Deutschland Dipl.-Ing. Mona Eckardt Dr. Roland Glück Tel +49 821 / 319874-1063 Tel +49 821 / 319874-1069 mona.eckardt@dlr.de roland.glueck@dlr.de

    Automatisierte Preformerstellung eines Feststoffraketenantriebs im Full-Scale Maßstab aus im Wickel- und Legeprozess verarbeiteten trockenen Kohlenstofffasern Überblick Aufbau und Abmessungen des Motorgehäuses DLR Augsburg  Die multifunktionale Zelle Herstellung des Druckbehälters  Wickelprozeß Herstellung des Druckbehälters Lagenaufbau Wulstbildung an den Polen Hauptprobleme während der Herstellung des Druckbehälters Video: Wickelprozeß des Druckbehälters Schürzenherstellung  Tapelegeprozeß Schürzenherstellung  Tapelegekopf Schürzenherstellung  Lagenaufbau Video: Tape-Laying process of the skirts Ergebnisse und Ausblick Vielen Dank für Ihre Aufm