Filament Winding, auf Deutsch Wickelverfahren oder Faserwickeln, ist ein meist maschinelles Verfahren zur Herstellung von rotationssymmetrischen Faserverbund-Bauteilen, also runden Teilen wie Rohren, Tanks oder Druckbehältern. Endlosfasern (lange, durchgehende Fasern als Rovings, das sind Bündel paralleler Filamente) werden mit Harz getränkt und unter gleichmäßigem Zug auf einen rotierenden Kern (Mandrel oder Wickelkern) gewickelt. So entsteht Schicht für Schicht eine Wand aus exakt ausgerichteten Fasern.

Das Besondere: Anders als beim Handlaminieren liegen die Fasern hier nicht zufällig, sondern in einem genau berechneten Winkel und Muster. Ein Verlegekopf fährt entlang des drehenden Kerns hin und her. Aus dem Verhältnis von Vorschub zu Drehzahl ergibt sich der Wickelwinkel. So lässt sich die Festigkeit gezielt in die Richtung legen, in der das Bauteil später belastet wird. Das ergibt sehr leichte und zugleich hochfeste Teile.

Man unterscheidet grob drei Wickelarten: Umfangswicklung (Hoop, nahe 90 Grad) bringt maximale Festigkeit in Umfangsrichtung, ideal gegen Innendruck. Kreuzwicklung (Helical, je nach Auslegung etwa 20 bis 85 Grad) verteilt die Last zwischen Längs- und Umfangsrichtung. Polwicklung (niedrige Winkel) verstärkt die Längsrichtung und die Endkappen (Dome) von Behältern. Bei einem geschlossenen Zylinder unter reinem Innendruck ist die Umfangsspannung etwa doppelt so groß wie die Längsspannung; daraus ergibt sich rund 54,7 Grad als rechnerischer Richtwert für ein ausgewogenes Bauteil (je nach Auslegung und Datenblatt).

Beim Tränken unterscheidet man Nassverfahren (Wet Winding) und Prepreg-Verfahren. Beim Nassverfahren laufen die Fasern durch ein Harzbad; das ist günstig und flexibel, aber unsauberer und der Harzanteil schwankt stärker. Beim Prepreg-Verfahren sind die Fasern bereits vorimprägniert, also fertig mit Harz versehen; das ist sauberer und genauer im Harzanteil, aber teurer. Nach dem Wickeln wird das Teil ausgehärtet (im Ofen oder Autoklav), danach wird der Kern entfernt: auflösbar, zerlegbar, aufblasbar oder als Liner im Bauteil verbleibend.

Im Detail

  • Worauf es ankommtEntscheidend sind gleichmäßiger Faserzug (verhindert Welligkeit und Harznester), passende Harzviskosität und Badtemperatur im Nassverfahren sowie die exakte Synchronisation von Drehzahl und Vorschub für den richtigen Winkel. Auch das Verhältnis von Fasern zu Harz (Faservolumengehalt) bestimmt die Festigkeit mit.
  • Typische Bauteile und MaterialienVerbreitet sind Rohre, Tanks, Walzen, Antriebswellen sowie Druckbehälter für Gas oder Wasserstoff. Als Faser dient meist E-Glas (günstig), Carbonfaser (leicht und steif) oder Aramid; als Harz oft Epoxidharz, Vinylesterharz oder Polyesterharz, je nach Anforderung und Datenblatt.

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