Einleitung
Wer zum ersten Mal ein faserverstärktes Thermoplastrohr ausschreiben oder beschaffen möchte, steht vor einer ungewohnten Aufgabe: Welchen Wickelwinkel brauche ich? Welche Tapbreite ist sinnvoll? Was bedeutet „Mutterrohr"? Und warum kann eine höhere Stückzahl den Stückpreis plötzlich ansteigen lassen?
Der Alformet Tube Designer – das Online-Konfigurationstool für CFR-TP-Verbundrohre aus dem LATW-Prozess – gibt Ingenieuren und Einkäufern die Möglichkeit, Rohre eigenständig zu konfigurieren und direkt zu bestellen. Damit das gelingt, braucht es ein grundlegendes Verständnis des Prozesses und seiner Parameter. Dieser Artikel liefert genau das.
Was ist Laser-Assisted Tape Winding – und warum ist es relevant?
Laser-Assisted Tape Winding (LATW) ist ein automatisierter Fertigungsprozess, bei dem unidirektionale thermoplastische Prepreg-Tapes (UD-Tapes) mithilfe eines Lasers in-situ konsolidiert auf einen rotierenden Dorn (Mandrel) aufgewickelt werden. Das Ergebnis ist ein kontinuierlich faserverstärktes Thermoplastrohr – ohne Autoklav, ohne Nachpressschritt, mit vollständiger Prozessdokumentation.
Alformet setzt dabei auf Maschinen der Muttergesellschaft AFPT GmbH, einem der weltweit führenden Entwickler von LATW-Technologie (laser-AFP). Dieser Hintergrund ist kein Marketingargument, sondern ein technischer Vorteil: Die Prozesskontrolle – insbesondere die Laserregelung – ist entscheidend für die Konsolidierungsqualität, und genau hier liegt die Stärke des Systems.
Die wichtigsten Begriffe im Überblick
Bevor man den Konfigurator nutzt, lohnt es sich, die Grundterminologie zu verstehen. Sie bestimmt, welche Parameter eingegeben werden – und was sie im Prozess bedeuten.
CFR TP – Continuous Fibre Reinforced ThermoPlastic: Verbundwerkstoff aus Endlosfasern in einer thermoplastischen Matrix. Recyclierbar, schweißbar, umformbar.
Mandrel (Dorn) – Das rotierende Werkzeug, auf das das Tape aufgewickelt wird. Der Innendurchmesser des fertigen Rohres wird durch den Dorn bestimmt – gefertigt nach engste Passungstoleranz.
Track (Bahn) – Ein einzelner Tapestrang, der über die gesamte Länge des Bauteils gewickelt wird.
Layer (Lage) – Eine vollständige Umhüllung des Dorns durch mehrere Tracks – ohne Lücken oder Überlappungen.
Step – Eine Gruppe von Lagen mit gleicher Wickelstrategie.
Winding (Wicklung) – Ein vollständiger Produktionszyklus auf dem Dorn, der ein oder mehrere Bauteile erzeugt.
Mutterrohr – Eine einzelne Wicklung, die mehrere Bauteile in einem langen Rohr enthält, das anschließend abgelängt wird.
Good Length (Nutzlänge) – Die tatsächlich lieferbare Bauteilänge nach Entfernung der prozessbedingten Abfalllängen an den Enden.
Waste Length (Abfalllänge) – Die Endbereiche des Rohres, in denen der Prozess nicht stabil ist. Diese werden vor der Lieferung entfernt und sind im Konfigurator dynamisch berechnet.
Effektiver Wickelwinkel – Der tatsächlich erreichbare Winkel, der eine lückenlose Lage ohne Überlappung ermöglicht – abhängig von Zielwinkel, Dorndurchmesser und Tapbreite.
Produktionszertifikat – Ein vollständiges Qualitätsdokument mit tatsächlichem Wickelwinkel, Konsolidierungsdruck, Wickelgeschwindigkeit, Materialbatch und Prozessgrenzen.
Die hierarchische Struktur einer Wickeloperation lautet: Track → Lage → Step → Bauteil → Wicklung → Auftrag.
Kostenoptimierung: Tapbreite und Bauteilänge als Stellschrauben
Zwei Parameter haben den stärksten Einfluss auf den Stückpreis – und bieten gleichzeitig die meiste Gestaltungsfreiheit:
Tapbreite
UD-Tapes im LATW-Prozess haben typischerweise eine Dicke von 0,15–0,25 mm und eine Breite von 6–50 mm. Im Alformet-Webshop stehen zwei Breitenklassen zur Verfügung:
Schmale Tapes (10–15 mm, inkl. ½ Zoll): Bevorzugt bei kleinen Dorndurchmessern, da die Konformität auf der Oberfläche besser ist und die Qualität steigt.
Breite Tapes (20–26 mm, inkl. 1 Zoll): Höhere Ablegerate, schnellere Produktion, niedrigere Stückkosten – ideal bei mittleren bis großen Durchmessern.
Die Wahl der Tapbreite ist also kein rein werkstofftechnisches Thema, sondern ein direkter Hebel auf Produktionsgeschwindigkeit und Bauteilqualität.
Bauteilänge und Stückzahl
Im High-Mix/Low-Volume-Umfeld entfällt ein erheblicher Anteil der Gesamtkosten auf Rüst- und Nebenzeiten. Einzelteile, die eine eigene Wicklung erfordern, sind entsprechend teurer.
Sobald mehrere Bauteile in einem Mutterrohr gefertigt werden können, verteilen sich Rüst- und Abfallkosten auf mehrere Einheiten – der Stückpreis sinkt. Dabei gilt jedoch eine wichtige Besonderheit:
Achtung bei Stückzahlerhöhungen: Wenn eine zusätzliche Einheit eine zweite Wicklung erfordert, ohne den Dorn vollständig auszunutzen, steigt der Stückpreis sprunghaft an. Erst wenn auch die zweite Wicklung vollständig gefüllt ist, sinkt der Preis wieder auf das Optimum. Diese „Preissprünge" sind im Konfigurator sichtbar und sollten bei der Mengenplanung berücksichtigt werden.
Winkelwickeln vs. Kreuzwickeln: Qualität oder Effizienz?
Im LATW-Prozess stehen zwei grundlegende Wickelstrategien zur Verfügung:
Winkelwickeln (Angle Winding)
Beim Winkelwickeln wird jede Lage einzeln und vollständig abgeschlossen. Der Prozess läuft wie folgt:
Tape wird automatisch zugeführt und „on-the-fly" angeheftet.
Der Track wird über die gesamte Länge gewickelt und am Ende sauber getrennt.
Ein Leergang zurück zum Startpunkt bereitet die nächste Lage vor.
Diese Strategie ermöglicht höchste Bauteilqualität – jede Lage ist präzise definiert, die Wanddickentoleranz beträgt ±1 Tapedicke. Der Nachteil: Die Leerläufe erhöhen die Prozesszeit.
Kreuzwickeln (Cross Winding)
Beim Kreuzwickeln läuft das Tape kontinuierlich in beide Richtungen – über sogenannte Wendzonen. Positive und negative Winkel wechseln sich ab und erzeugen ein geflecht-ähnliches Muster. Vorteile:
Kein Leerlauf → höhere Effizienz und niedrigere Kosten
Geeignet für weniger anspruchsvolle Anwendungen
Nachteile: An den Kreuzungspunkten entstehen Faserondulationen und eine größere Wanddickeneinstellungsmöglichkeit (±2 Tapedicken), da Kreuzlagen immer paarweise (positiver + negativer Winkel) appliziert.
Beide Strategien können kombiniert werden – über die Step-Funktion lassen sich Winkel- und Kreuzwickellagen in einem Bauteil gezielt kombinieren.
Toleranzen: Was ist realistisch?
Innendurchmesser
Der Innendurchmesser wird durch den Dorn bestimmt und liegt in der Regel mit einer h7-Passungstoleranz. Bei größeren Dornen kann der Wärmeausdehnungskoeffizient des Stahls eine geringe Rolle spielen – abhängig von der Vorwärmtemperatur des Werkzeugs.
Wanddicke und Außendurchmesser
Die Wanddicke ergibt sich aus der Anzahl der Lagen multipliziert mit der Tapedicke. Die Toleranz beträgt:
±1 Tapedicke beim Winkelwickeln
±2 Tapedicken beim Kreuzwickeln
Wenn ein spezifischer Außendurchmesser funktionskritisch ist, kann dieser im Kommentarfeld des Konfigurators angegeben werden – inklusive der gewünschten Toleranzrichtung (Plus-, Minus- oder Mittentoleranz).
Fazit: Der Konfigurator als Einstieg in die Thermoplast-Composite-Welt
Der Alformet Tube Designer ist mehr als ein Bestelltool – er ist eine strukturierte Einführung in die Logik des LATW-Prozesses. Wer versteht, wie Tapbreite, Wickelstrategie und Stückzahl zusammenwirken, kann gezielt optimieren: für Qualität, für Kosten oder für beides.
Für Anwendungen außerhalb der Standardkonfiguration – etwa bei sehr kleinen oder sehr großen Durchmessern, Sondermaterialien oder strukturellen Anforderungen – steht das Alformet-Team für eine direkte Beratung zur Verfügung.
Jetzt Rohr konfigurieren oder Experten kontaktieren – auf alformet.com.