Experimentelle Untersuchung und numerische Simulation der Tränkung und Kompaktierung von Rovings in Injektionsboxen

Hauptgurte für Rotorblätter von Windenergieanlagen werden überwiegend aus Faser-Kunststoff-Verbundprofilen hergestellt. Diese Profile werden im Injektionspultrusionsverfahren vorgefertigt. Dabei werden vorgespannte Rovings (Faserbündel) durch eine Injektionsbox gezogen und mit einem flüssigen Harzgemisch getränkt, das anschließend aushärtet. Zur Senkung der Profilkosten wird eine schnellere Tränkung angestrebt.
Die für diese Dissertation durchgeführten Versuche zeigen, dass zwei Phänomene die Tränkbarkeit der Rovings erschweren: die ungleichmäßige Faserverteilung in der Injektionsbox und die durch den Fluiddruck verursachte Kompaktierung der Rovings. Es wird ein Verfahren zur Tränksimulation entwickelt, das diese Fluid-Struktur-Interaktion erstmals realitätsnah berücksichtigt. Die dafür benötigten nichtlinearen Materialmodelle (Roving-Kompaktierung und Roving-Permeabilitäten) werden auf Basis von Messungen mit teils neuartigen Prüfverfahren entwickelt. Die Simulationsergebnisse ermöglichen die Auswahl von Materialien, Prozessparametern und einer Injektionsboxgeometrie, die den Materialdurchsatz und die Effizienz des Tränkprozesses erhöhen.