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Die Formgebung von Carbonfasergewebe in komplexe dreidimensionale Bauteilgeometrien erfordert eine Drapierung des zweidimensionalen Zuschnitts. Aufgrund der hohen Steifigkeit und der vernachlassigbar kleinen Bruchdehnung erfolgt die Formgebung hauptsachlich uber den Mechanismus der Scherdeformation. Eine Vorhersage der Formbarkeit, Faltenbildung und des Faserverlaufs kann uber die Durchfuhrung einer Drapiersimulation erreicht werden. Zur Erzielung einer realitatsnahen Ubereinstimmung sind die Materialkennwerte des Gewebes erforderlich. Einer der wichtigsten Kennwerte ist das charakteristische Scherverhalten uber den Verlauf des Scherwinkels. Nach dem Stand der Forschung wird diese Kenngrose beispielsweise uber einen Picture Frame Test, unidirektionalen Bias Extension Test oder unter Berucksichtigung der Zugspannungsversteifung, einen Biaxialer Bias Extension Test ermittelt. Bei nahezu allen Drapiermethoden entstehen bei der Formgebung Zugkrafte in Faserrichtung sowie Normalkrafte, die senkrecht auf das Gewebe wirken. Die Scherversteifung durch die Zugkrafte wurde in zahlreichen Arbeiten erforscht und beruht indirekt auf Normalkrafte, die durch die Ondulation der Faserbundel an den Kreuzungspunkten des Gewebes entstehen. Der Einfluss der direkt auf das Gewebe einwirkenden Normalkrafte auf das Scherverhalten wurde bisher nur wenig erforscht. In der Arbeit wird zunachst eine neue Prufeinrichtung entwickelt, mit der die Scherkennlinie unter Normaldruck und bei verschiedenen Temperaturen zur Prufung von einseitig mit Binder versehenem Gewebe ermittelt werden kann. Die Prufeinrichtung wird auf der Basis der gangigen Prufmethode des unidirektionalen Bias Extension Tests und des Picture Frame Tests aufgebaut und anhand eines Carbonfaser-Leinwandgewebes auf seine Eignung getestet. Es zeigt sich hierbei, dass der modifizierte Picture Frame Test die zuverlassigere Methode zur Messung des Scherverhaltens unter Normalkraft und Temperaturen im Schmelzbereich des Binders ist. Unter Normalkraft entstehen reibungsbehaftete Relativbewegungen zwischen dem Gewebe und den Druckplatten, an den Kreuzungspunkten innerhalb des Gewebes (intralaminiar) und zwischen benachbarten Lagen eines Mehrschichtstapels (interlaminar). Die Reibkrafte werden in umfangreichen Messreihen unter Variation der Normalkraft, der Reibgeschwindigkeit, der Temperatur, mit und ohne Binderauftrag und die Art der Schichtung des Mehrschichtstapels untersucht. Auf Basis der Ergebnisse der Reibwertuntersuchung wird eine Berechnungsgleichung aufgestellt, mit der die viskos-elastische Reibung in Abhangigkeit von der Viskositat, dem Normaldruck und der Reibgeschwindigkeit ermittelt werden kann. Anhand von Mikrographieaufnahmen wird das Tragbildung an den Kreuzungspunkten des Gewebes aufzeigt und lasst Ruckschlusse auf das viskos-elastische Verhalten des Binders bei der Scherung zu. Mit der entwickelten Prufeinrichtung auf Basis des Picture Frame Tests unter Normaldruck und Temperatur werden mit einem Leinwandgewebe mit T700SC 12K 50C Fasern und einseitig aufgetragenem Reaktivbindersystem des Herstellers Toray unter Variation des Normaldrucks, der Temperatur, mit und ohne Binder und Art der Stapelbildung zahlreiche Messreihen durchgefuhrt. Hierbei bestatigt sich der signifikante Einfluss der Normalkraft auf die Scherkennlinie des verwendeten Gewebes. Die Verifizierung der Ergebnisse erfolgt uber die Durchfuhrung von Simulationen der Schercharakterisierung der wesentlichen Messreihen. Um eine Verifizierung erreichen zu konnen wird ein mathematischer Ansatz aufgestellt, der die Wirkzusammenhange fur die Reibung des Gewebes zu den Druckplatten, des intralaminaren Scherwiderstandes und des interlaminaren Scherwiderstandes beschreibt. Fur alle Varianten wird somit ein durchgehend gleicher Rechenansatz gewahlt, der auf physikalische Grosen, wie Reibungskoeffizient, Normalkraft und Ubersetzungsverhaltnis (Proportionalitatskonstante) beruht. Die abstrahierten Scherkennlinien werden hierbei in drei charakteristische Bereiche eingeteilt, dem Anfangshaftreibungsbereich, dem Plateau Bereich und dem Scherversteigungsbereich. Die Untersuchung zeigt, dass die intralaminare Scherversteifung zu einem grosen Teil durch die Querkompression der Faserbundel entsteht und stark von der Normalkraft abhangt. Hierbei zeigt sich auch, dass die Querkompression unter Normaldruck bereits vor dem Schliesen der Lucken zwischen benachbarten Faserbundeln eintritt. Der Grenzwinkel (Locking Angle) ab dem die Scherversteifung einen progressiven Anstieg verzeichnet, setzt bei steigender Normalkraft bereits bei einem geringeren Scherwinkel ein. Dieses Phanomen wird auf den reduzierten Mikroporengehalt der Faserbundel durch den Normaldruck zuruckgefuhrt.

Entwicklung und Validierung einer neuen Methode zur Charakterisierung des Scherverhaltens von Carbonfasergewebe mit Binderauftrag unter Normalkraft und viskoser Reibung bei hohen Prozesstemperaturen