AT516904A1 - Fiber composite component and method of manufacture - Google Patents

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AT516904A1
AT516904A1 ATA115/2015A AT1152015A AT516904A1 AT 516904 A1 AT516904 A1 AT 516904A1 AT 1152015 A AT1152015 A AT 1152015A AT 516904 A1 AT516904 A1 AT 516904A1
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AT
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composite component
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fiber composite
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Paul Msc Bsc Zwicklhuber
Lorenz Dipl Ing Dr Reith
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Engel Austria Gmbh
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Abstract

Faserverbundbauteil mit einem faserverstärkten Grundkörper (2) und einer am Grundkörper (2) angeordneten Funktionalstruktur (3), insbesondere einer Verstärkungsstruktur, wobei der Grundkörper (2) und die Funktionalstruktur (3) zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt sind, wobei zumindest ein Dorn (4) und/oder zumindest eine Stange (5) sowohl in den Grundkörper (2) als auch in die Funktionalstruktur (3) zumindest teilweise eingebettet sind.Fiber composite component having a fiber-reinforced base body (2) and a functional structure (3), in particular a reinforcing structure, arranged on the base body (2), wherein the base body (2) and the functional structure (3) are at least partially made of plastic, wherein at least one mandrel (4 ) and / or at least one rod (5) are at least partially embedded both in the base body (2) and in the functional structure (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Faserverbundbauteil (im Folgenden auch kurz als Bauteil bezeichnet) mit einem faserverstärkten Grundkörper und einer am Grundkörper angeordneten Funktionalstruktur, insbesondere einer Verstärkungsstruktur, wobei der Grundkörper und die Funktionalstruktur zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt sind, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10.The invention relates to a fiber composite component (hereinafter also referred to as component) having a fiber-reinforced base body and a functional structure arranged on the base body, in particular a reinforcing structure, wherein the base body and the functional structure are at least partially made of plastic, according to the features of the preamble of claim 1 , as well as a method for producing a fiber composite component with the features of the preamble of claim 10.

Faserverbundbauteile dieser Art werden oft auch als Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile (oder kurz: FKV-Bauteile) bezeichnet.Fiber composite components of this type are often referred to as fiber-plastic composite components (or short: FKV components).

Betrachtet man die Kunststofftechnik, so gibt es eine Vielzahl an Möglichkeiten um Bauteileigenschaften maßzuschneidern. Wenn es um die Bauteilsteifigkeit bzw. Festigkeit geht, gibt es grundsätzlich zwei Hauptfaktoren. Auf der einen Seite können die Festigkeit bzw. Steifigkeit gesteigert werden, indem das verwendete Material modifiziert wird und auf der anderen Seite gibt es auch die Möglichkeit die Steifigkeit bzw. Festigkeit über die Geometrie zu erhöhen. Beispiele dafür sind z.B. in der Spritzgusstechnik zu finden. Hier werden die mechanischen Eigenschaften einerseits durch die Zugabe von Verstärkungsfasern in die Matrix erhöht, anderseits kann die Mechanik durch Wanddickensprünge, Sicken oder durch eine Verrippung erhöht werden. Eine solche Rippenverstärkung hat den Vorteil, dass die Bauteilhöhe mit der dritten Potenz die Steifigkeit erhöht. Zur Darstellung entsprechender Bauteile mit Rippenverstärkungen gibt es verschiedenste Ausführungsfolgen, wobei sich die folgende Anführung zunächst auf die Rippenverstärkung endlosfaserverstärkter Grundkörper beschränkt:If you look at the plastic technology, there are a lot of possibilities to tailor component properties. When it comes to the component stiffness or strength, there are basically two main factors. On the one hand, the strength or rigidity can be increased by modifying the material used and, on the other hand, there is also the possibility of increasing the rigidity over the geometry. Examples are e.g. to find in the injection molding technology. Here, the mechanical properties are increased on the one hand by the addition of reinforcing fibers in the matrix, on the other hand, the mechanism can be increased by wall thickness jumps, beads or by a ribbing. Such a rib reinforcement has the advantage that the component height with the third power increases the rigidity. To represent corresponding components with rib reinforcements, there are a great variety of execution sequences, the following listing initially being restricted to the rib reinforcement of endless fiber-reinforced basic bodies:

Betrachtet man duroplastische Kunststoffe, so können grundsätzlich auch hier die mechanischen Eigenschaften erhöht werden, indem Fasern und andere Füllstoffe der Matrix beigemengt werden.If thermosetting plastics are considered, then in principle the mechanical properties can be increased by adding fibers and other fillers to the matrix.

Die Herstellung von Faserverbundbauteilen kann beispielsweise durch das Harzinjektionsverfahren (Resin Transfer Molding (RTM)) erreicht werden. Dabei können trockene textile Verstärkungselemente in einThe production of fiber composite components can be achieved, for example, by the resin injection molding process (Resin Transfer Molding (RTM)). This dry textile reinforcing elements in a

Formgebungswerkzeugwerkzeug eingelegt werden. Nach dem Einlegen der textilenForming tool are inserted. After inserting the textile

Verstärkungselemente wird das Werkzeug dicht verschlossen und die reaktiven Ausgangsstoffe, welche später zur Matrix ausreagieren, werden vermischt und in das Werkzeug injiziert. Während des Injektions- und Füllvorgangs werden die Fasern von der reaktiven Mischung benetzt und imprägniert, sodass man nach dem Aushärtungsvorgang ein faserverstärktes Bauteil erhält. Im Harzinjektionsverfahren können die mechanischen Eigenschaften der hergestellten Bauteile gezielt über die Anzahl der textilen Verstärkungslagen bzw. den Aufbau des textilen Verstärkungsmaterials den Anforderungen entsprechend modifiziert werden.Reinforcing elements, the tool is sealed tight and the reactive starting materials, which later react to the matrix, are mixed and injected into the tool. During the injection and filling process, the fibers are wetted and impregnated by the reactive mixture, so that a fiber-reinforced component is obtained after the curing process. In the resin injection process, the mechanical properties of the components produced can be specifically modified according to the requirements by the number of textile reinforcing layers or the structure of the textile reinforcing material.

Die geometrische Verstärkung durch Funktionalisierung mit Rippenelementen kann bei duroplastischen Bauteilen unter anderem durch ein nachträgliches Hinterspritzen mit einem Thermoplast geschehen, eine befriedigende mechanische Anbindung an den Grundkörper wird aber auf diese Weise kaum erreicht. In diesem Kontext wurden verschiedene Methoden vorgeschlagen die entsprechende Anbindung zu optimieren, exemplarisch seien hierbei folgende Strategien erwähnt: So wurde beispielsweise vorgeschlagen nach Herstellung des faserverstärkten Grundkörpers einen Teil der duroplastischen Matrix thermisch oder mittels Laser zu pyrolysieren, um ein direktes Hinterspritzen auf die partiell freiliegenden Fasern zu ermöglichen. Durch derartige Verfahren ist es zwar möglich eine befriedigende Haftung der Verstärkungsstruktur auf dem Trägermaterial zu erreichen, allerdings ist es durch den zusätzlichen thermischen Prozessschritt nicht möglich die Prozesse in einem Formgebungswerkzeug zu kombinieren und eine ökonomische Rentabilität ist nicht mehr gegeben.The geometric reinforcement by functionalization with rib elements can be done with thermosetting components, inter alia, by a subsequent injection molding with a thermoplastic, but a satisfactory mechanical connection to the body is hardly achieved in this way. In this context, various methods have been proposed to optimize the corresponding connection, the following strategies are mentioned as examples: For example, it has been proposed after preparation of the fiber-reinforced body to pyrolyze a portion of the thermoset matrix thermally or by laser, to direct injection back to the partially exposed fibers to enable. Although such methods make it possible to achieve a satisfactory adhesion of the reinforcing structure to the carrier material, the additional thermal process step makes it impossible to combine the processes in a forming tool and no economic profitability is given.

All diesen Verfahren ist demnach gemein, dass nach der Herstellung des FKV-Bauteiles zumindest ein weiterer Prozessschritt notwendig ist, durch welchen die funktionalisierte Struktur, insbesondere die Rippenstruktur aufgebracht wird.Accordingly, all these methods have in common that after the production of the FRP component at least one further process step is necessary, through which the functionalized structure, in particular the rib structure, is applied.

Beispielsweise in der DE 10 2013 005 290 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem Funktionalisierungselemente aus einer duroplastischen Matrix dargestellt werden, allerdings erfordert auch dieses Verfahren einen mehrstufigen Injektionsprozess in Verbindung mit aufwendiger Werkzeugtechnik (bewegliche Elemente zum verschließen bzw. Freilegen von Teilkavitäten).For example, DE 10 2013 005 290 A1 describes a method in which functionalizing elements are represented by a thermosetting matrix, although this method also requires a multi-stage injection process in conjunction with complex tool technology (movable elements for closing or exposing partial cavities).

Zur Erhöhung der Steifigkeit bei Rippenelementen gibt es weiters die Möglichkeit Kurzglasfasern oder endlosfaserverstärkte Rippeneinsätze vor der Injektion der reaktiven Matrix in die Rippenkavität einzubringen. Entsprechende Lösungen sind allerdings zum einen sehr schlecht automatisierbar und kaum ökonomisch realisierbar.To increase the rigidity of rib elements, there is also the possibility of introducing short glass fibers or continuous fiber-reinforced rib inserts into the rib cavity before the injection of the reactive matrix. However, corresponding solutions are on the one hand very difficult to automate and hardly economically feasible.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein stabileres Faserverbundbauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen.The object of the invention is to provide a more stable fiber composite component and a method for producing the same.

Hinsichtlich des Faserverbundbauteils wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.With regard to the fiber composite component, this is achieved by the features of claim 1. With regard to the method, this is achieved by the features of claim 10.

Dies geschieht, indem zumindest ein Dorn und/oder zumindest eine Stange sowohl in den Grundkörper als auch in die Funktionalstruktur zumindest teilweise eingebettet sind.This is done by at least one mandrel and / or at least one rod at least partially embedded both in the main body and in the functional structure.

Verfahrensmäßig geschieht dies, indem zumindest ein Dorn und/oder zumindest eine Stange in ein Formwerkzeug eingebracht wird, - ein faserverstärkter Grundkörper des Faserverbundbauteils in einem Kunststoffformgebungsverfahren hergestellt wird, wodurch der zumindest eine Dorn und/oder die zumindest eine Stange zumindest teilweise in den Grundkörper eingebettet wird, und - eine Funktionalstruktur, insbesondere eine Verstärkungsstruktur, des Faserverbundbauteils in einem Kunststoffformgebungsverfahren hergestellt wird, wodurch der zumindest eine Dorn und/oder die zumindest eine Stange zumindest teilweise in die Funktionalstruktur eingebettet wird.In terms of method, this is done by at least one mandrel and / or at least one rod is introduced into a mold, - a fiber-reinforced body of the fiber composite component is produced in a plastic molding process, whereby the at least one mandrel and / or the at least one rod at least partially embedded in the body and - a functional structure, in particular a reinforcing structure, of the fiber composite component is produced in a plastic molding process, whereby the at least one mandrel and / or the at least one rod is at least partially embedded in the functional structure.

Durch eine derartige Verbindung zwischen dem faserverstärkten Grundkörper und der Funktionalstruktur, insbesondere der Verstärkungsstruktur, wird zum einen eine bessere Biegesteifigkeit des Faserverbundbauteils als Ganzem und zum anderen eine bessere Anbindung der Funktionalstruktur an den Grundkörper erreicht.Such a connection between the fiber-reinforced base body and the functional structure, in particular the reinforcing structure, on the one hand achieves a better bending stiffness of the fiber composite component as a whole and, on the other hand, a better connection of the functional structure to the base body.

Es ist zu bemerken, dass es für das erfindungsgemäße Verfahren zunächst nicht relevant ist, welche Verfahrensschritte zuerst ausgeführt werden.It should be noted that it is initially irrelevant for the method according to the invention which method steps are carried out first.

Unter Dornen und Stangen sind dabei im Wesentlichen längliche Objekte zu verstehen. Das heißt sie weisen in einer Raumrichtung eine Ausdehnung auf, die größer — vorzugsweise um mehr als einen Faktor 2 und besonders bevorzugt mehr als einen Faktor 3 - ist als eine Ausdehnung in den beiden anderen Raumrichtungen.Thorns and rods are essentially elongated objects. That is to say they have an extension in a spatial direction which is greater-preferably by more than a factor of 2 and particularly preferably more than a factor of 3-as an extension in the other two spatial directions.

Die Funktionalstruktur kann ebenfalls eine Faserverstärkung aufweisen.The functional structure may also have fiber reinforcement.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.Advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der zumindest eine Dorn und/oder die zumindest eine Stange vollständig in den Grundkörper und/oder die Funktionalstruktur eingebettet sein. Dies ist insbesondere für die Optik des Faserverbundbauteils vorteilhaft. Für eine optimale Verstärkung des Faserverbundbauteils kann es vorgesehen sein, dass der zumindest eine Dorn und/oder die zumindest eine Stange im Wesentlichen senkrecht in Bezug auf eine Ebene des Grundkörpers ausgerichtet ist. Für gewisse Geometrien des Faserverbundbauteils kann jedoch eine andere Anordnung bzw. Ausrichtung des zumindest einen Dorn und/oder der zumindest einen Stange vorteilhaft sein. Zum Beispiel könnte eine gebogene Stange sich zwischen dem Grundkörper und der Funktionalstruktur winden, wobei die Stange mehrmals eine Grenzfläche zwischen dem Grundkörper und der Funktionalstruktur durchstößt.In a preferred embodiment, the at least one mandrel and / or the at least one rod can be completely embedded in the main body and / or the functional structure. This is particularly advantageous for the appearance of the fiber composite component. For optimum reinforcement of the fiber composite component, provision may be made for the at least one mandrel and / or the at least one rod to be aligned substantially perpendicular with respect to a plane of the base body. For certain geometries of the fiber composite component, however, a different arrangement or orientation of the at least one mandrel and / or the at least one rod may be advantageous. For example, a curved bar could wind between the body and the functional structure, with the bar piercing an interface between the body and the functional structure several times.

Die Funktionalstruktur kann zur Versteifung des Bauteils dienen (dann also als Versteifungsstruktur für das Bauteil) und insbesondere eine Verstärkungsrippe beinhalten.The functional structure can serve to stiffen the component (in other words as stiffening structure for the component) and in particular include a reinforcing rib.

Um eine Stabilität einer Verstärkungsrippe quer zu ihrer Ausdehnungsrichtung zu erhöhen, kann es vorgesehen sein, dass zumindest zwei Dorne und/oder zumindest zwei Stangen im Wesentlichen in einer Ebene, welche im Wesentlichen senkrecht zu einer Ausrichtung der Verstärkungsrippe steht, angeordnet sind. In vielen Fällen können auch mehr als zwei Dorne und/oder Stangen im Wesentlichen in einer Ebene, welche im Wesentlichen senkrecht zu einer Ausrichtung der Verstärkungsrippe steht, sinnvoll sein.In order to increase a stability of a reinforcing rib transversely to its direction of extension, it may be provided that at least two mandrels and / or at least two rods are arranged substantially in a plane which is substantially perpendicular to an orientation of the reinforcing rib. In many cases, more than two mandrels and / or rods may also be useful in a plane that is substantially perpendicular to an orientation of the reinforcing rib.

Besonders bevorzugt kann außerdem eine Ausführungsform sein, wobei der zumindest eine Dorn und/oder die zumindest eine Stange zumindest eine Hinterschneidung zur formschlüssigen Verbindung mit dem Grundkörper und/oder der Funktionalstruktur aufweist. Neben einer stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung des zumindest einen Dorns und/oder der zumindest einen Stange mit dem Grundkörper bzw. der Funktionalstruktur kann eine derartige formschlüssige Verbindung die mechanische Stabilität, insbesondere die Steifigkeit, eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils zusätzlich noch weiter erhöhen.In addition, an embodiment may be particularly preferred, wherein the at least one mandrel and / or the at least one rod has at least one undercut for the positive connection with the base body and / or the functional structure. In addition to a cohesive and / or non-positive connection of the at least one mandrel and / or the at least one rod to the main body or the functional structure, such a positive connection can further increase the mechanical stability, in particular the rigidity, of a fiber composite component according to the invention.

Die angesprochene zumindest eine Hinterschneidung kann in Form einer Nut und/oder einer Rändelung und/oder eines Gewindes und/oder einer Bohrung gestaltet sein.The mentioned at least one undercut can be designed in the form of a groove and / or knurling and / or a thread and / or a bore.

Es ist zu bemerken, dass Hinterschneidungen nicht nur aus dem Gesichtspunkt des Formschlusses positiv sind, sondern auch zur Stoff- oder kraftschlüssigen Verbindung beitragen, da sie die Grenzfläche zwischen dem zumindest einen Dorn und/oder der zumindest einen Stange und dem umgebenden Grundkörper bzw. der umgebenden Funktionalstruktur vergrößern. Für eine weitere Verbesserung der Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem zumindest einen Dorn und/oder der zumindest einen Stange kann es vorgesehen sein, dass der zumindest eine Dorn und/oder die zumindest eine Stange eine Faserverstärkungsstruktur des Grundkörpers durchsetzt.It should be noted that undercuts are positive not only from the point of view of the positive connection, but also contribute to the material or non-positive connection, since they are the interface between the at least one mandrel and / or the at least one rod and the surrounding body or the Enlarge surrounding functional structure. For a further improvement of the connection between the base body and the at least one mandrel and / or the at least one rod, it can be provided that the at least one mandrel and / or the at least one rod passes through a fiber reinforcement structure of the base body.

Dabei kann also der zumindest eine Dorn und/oder die zumindest eine Stange in die Faserverstärkungsstruktur eingebracht werden. Dies kann vor, während oder nach dem Einbringen des zumindest einen Doms und/oder der zumindest einen Stange in das Formwerkzeug geschehen. Wird der zumindest eine Dorn und/oder die zumindest eine Stange während des Einbringens in das Formwerkzeug auch in die Faserverstärkungsstruktur eingebracht kann dies der Optimierung der gesamten Zykluszeit dienen. Die Einbringung des zumindest einen Doms und/oder der zumindest einen Stange in die Faserverstärkungsstruktur vor deren Einbringung ins Formwerkzeug kann es dagegen erlauben, die Fertigung in zwei Schritten zu erledigen. Auch hier kann eine Optimierung der Zykluszeit des letzten Schrittes erreicht werden. Ist besondere Präzision bei der Einbringung des zumindest einen Doms und/oder der zumindest einen Stange in die Faserverstärkungsstruktur gefragt, kann dies nach der Einbringung der Faserverstärkungsstruktur ins Formwerkzeug geschehen. Dies kann auch dann vorteilhaft sein, wenn die Faserverstärkungsstruktur wenig Widerstand bietet und ein Gegendruck des Formwerkzeugs ausgenützt werden kann.In this case, therefore, the at least one mandrel and / or the at least one rod can be introduced into the fiber reinforcement structure. This can be done before, during or after the introduction of the at least one dome and / or the at least one rod in the mold. If the at least one mandrel and / or the at least one rod are also introduced into the fiber reinforcement structure during the introduction into the molding tool, this can serve to optimize the entire cycle time. The introduction of the at least one dome and / or the at least one rod into the fiber reinforcement structure prior to their introduction into the mold, however, may allow the production to be completed in two steps. Again, an optimization of the cycle time of the last step can be achieved. If special precision is required in the introduction of the at least one dome and / or the at least one rod into the fiber reinforcement structure, this can take place after the introduction of the fiber reinforcement structure into the molding tool. This can also be advantageous if the fiber reinforcement structure offers little resistance and a counterpressure of the molding tool can be utilized.

Außerdem kann eine Verbesserung der Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem zumindest einen Dorn und/oder der zumindest einen Stange erreicht werden, indem eine Kopfplatte vorgesehen ist, an welcher der zumindest eine Dorn und/oder die zumindest eine Stange befestigt ist und welche vorzugsweise in den Grundkörper - zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig - eingebettet ist. Diese Kopfplatte kann bevorzugt eine Verstärkungsstruktur des Grundkörpers kontaktieren. Die Kopfplatte kann unter Anderem dafür sorgen, dass Kräfte auf die Funktionalstruktur, insbesondere die Verstärkungsstruktur, großflächiger in den Grundkörper übertragen werden. Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass mehr als ein Dorn und/oder mehr als eine Stange an der Kopfplatte angeordnet sind.In addition, an improvement in the connection between the base body and the at least one mandrel and / or the at least one rod can be achieved by a head plate is provided, to which the at least one mandrel and / or the at least one rod is attached and which preferably in the Basic body - at least partially, preferably completely - is embedded. This top plate can preferably contact a reinforcing structure of the main body. Among other things, the top plate can ensure that forces are transferred to the functional structure, in particular the reinforcing structure, in the main body over a larger area. Furthermore, it can be provided that more than one mandrel and / or more than one rod are arranged on the top plate.

Es können außerdem mehrere Dorne und/oder mehrere Stangen vorgesehen sein. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Dorne und/oder die Stangen - vorzugsweise paarweise - mittels eines Verbindungselements verbunden sind, wodurch die Dorne und/oder die Stangen vorzugsweise jeweils paarweise U-förmig angeordnet sind.It can also be provided several mandrels and / or more rods. It may be advantageous if the mandrels and / or the rods - preferably in pairs - are connected by means of a connecting element, whereby the mandrels and / or the rods are preferably arranged in pairs in a U-shape.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass der zumindest eine Dorn und/oder die zumindest eine Stange aus einem Material mit einer höheren mechanischen Stabilität als ein Material des Grundkörpers und/oder ein Material der Funktionalstruktur gefertigt ist. Beispiele wären Metalle, Keramiken und/oder faserverstärkte Kunststoffe.In a particularly preferred embodiment it can be provided that the at least one mandrel and / or the at least one rod is made of a material having a higher mechanical stability than a material of the base body and / or a material of the functional structure. Examples would be metals, ceramics and / or fiber-reinforced plastics.

Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass der Grundkörper und die Funktionalstruktur einen gleichen Kunststoff aufweisen. Insbesondere kann dies erlauben, den Grundkörper und die Funktionalstruktur in einem einzigen oder gleichzeitig durchgeführten Kunststoffformgebungsverfahren herzustellen. Diese Ausführung hat somit unter anderem den Vorteil, die Herstellung des Faserverbundbauteils und der Funktionalisierung (bspw. Rippenstruktur) in einem Schritt zu bewerkstelligen. Resultat ist also, nicht nur ein stabileres Faserverbundbauteil, sondern auch eine Vereinfachung der Herstellung.It may also be provided that the main body and the functional structure have a same plastic. In particular, this may allow to prepare the main body and the functional structure in a single or simultaneous plastic molding process. This embodiment thus has, inter alia, the advantage of accomplishing the production of the fiber composite component and the functionalization (eg rib structure) in one step. The result is not only a more stable fiber composite component, but also a simplification of the production.

Unter dem Ausdruck „gleichzeitig“ ist hierbei nicht eine enge Auslegung im Sinne gleichzeitiger Start- und Endpunkte der Kunststoffformgebungsverfahren zu wählen. Vielmehr sollen zwei Kunststoffformgebungsverfahren schon als gleichzeitig durchgeführt gelten, wenn sie sich zeitlich überlappen.The expression "at the same time" does not mean a narrow interpretation in terms of simultaneous start and end points of the plastic molding process. Rather, two plastic molding processes should already be considered as being performed simultaneously if they overlap in time.

Eine einstufige Prozessführung zur Darstellung von Funktionalstrukturen wurde bis jetzt, insbesondere bei RTM Verfahren, noch nicht kommerziell genutzt, da duroplastische Matrixsysteme ein sprödes Verhalten aufweisen und daher Harzanhäufungen bei der Bauteilauslegung vermieden wurden. Mittlerweile gibt es allerdings Matrixsysteme, welche sich durch erhöhte Zähigkeit auszeichnen, wodurch das Einbringen von Rippenverstärkungen auch mittels RTM Verfahren ein gangbarer Weg ist. In bestimmten Situationen ist hierbei allerdings darauf zu achten, dass durch einen genügend hohen Druck in der Kavität die Schwindung in den Reinharzbereichen möglichst minimiert wird, um einen unnötig hohen Verzug der Bauteile zu unterbinden.A one-step process control for the representation of functional structures has not yet been used commercially, in particular in RTM processes, since thermosetting matrix systems have a brittle behavior and therefore resin accumulations during component design have been avoided. Meanwhile, however, there are matrix systems that are characterized by increased toughness, whereby the introduction of rib reinforcements is also a feasible way by RTM method. In certain situations, however, care must be taken here that the shrinkage in the pure resin areas is minimized as far as possible by sufficiently high pressure in the cavity in order to prevent an unnecessarily high distortion of the components.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Funktionalstruktur mittels des Kunststoffformgebungsverfahrens an den Grundkörper angeformt wird.However, it can also be provided that the functional structure is molded onto the base body by means of the plastic molding process.

Harzinjektionsverfahren (Spritzpressen, englisch: resin trasfer mold, RTM) und/oder reaktive Gussverfahren können eine bevorzugte Methode zur Herstellung desResin injection methods (RTMs) and / or reactive casting methods can be a preferred method of making the invention

Grundkörpers und/oder der Funktionalstruktur darstellen. (Reaktive Gussverfahren werden beispielsweise oft bei der Herstellung von Polyamid-Bauteilen eingesetzt.)Represent the main body and / or the functional structure. (Reactive casting processes are often used, for example, in the production of polyamide components.)

Es kann vorgesehen sein, dass vor der Herstellung des Grundkörpers mittels des Kunststoffformgebungsverfahrens eine Faserverstärkungsstruktur in das Formwerkzeug eingebracht wird.It may be provided that a fiber reinforcement structure is introduced into the mold before the production of the base body by means of the plastic molding process.

Beispiele für derartige Verstärkungsstrukturen sind Fasergewebe, Kurzfasern, Langfasern, Fasergewirke, Wirrfasern, Fasermatten oder Fasergelege.Examples of such reinforcing structures are fiber fabrics, short fibers, long fibers, Fasergewirke, tangled fibers, fiber mats or Fasergelege.

Es kann aber auch von Vorteil sein, die Faserverstärkung direkt in die Matrix , das heißt vor dem Einbringen in die Formkavität, beizumischen.However, it may also be advantageous to mix the fiber reinforcement directly into the matrix, that is to say prior to introduction into the mold cavity.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass der zumindest eine Dorn und/oder die zumindest eine Stange nach dem Einbringen der Faserverstärkungsstruktur und vor der Durchführung des Kunststoffformgebungsverfahrens zur Herstellung des Grundkörpers in das Formwerkzeug eingebracht wird. Dies ermöglicht ein Durchstechen bzw. Durchdringen der Faserverstärkungsstruktur mittels des zumindest einen Doms und/oder der zumindest einen Stange, was - wie erwähnt - die Stabilität des Faserverbundbauteils erhöhen kann.In a very particularly preferred embodiment it can be provided that the at least one mandrel and / or the at least one rod is introduced into the mold after the introduction of the fiber reinforcement structure and before the implementation of the plastic molding process for the production of the base body. This allows piercing or penetrating the fiber reinforcement structure by means of the at least one dome and / or the at least one rod, which - as mentioned - can increase the stability of the fiber composite component.

Schutz wird ebenfalls für die Verwendung von Formgebungsmaschinen zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens begehrt. Beispiele für derartige Formgebungsmaschinen sind Spritzpressen Pressen, Dosiereinheiten und dergleichen.Protection is also sought for the use of forming machines for carrying out a method according to the invention. Examples of such molding machines are transfer molding presses, metering units and the like.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sind anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:Further advantages and details of the invention will become apparent from the figures and the associated description of the figures. Showing:

Fig. 1 ein Faserverbundbauteil gemäß dem Stand der TechnikFig. 1 is a fiber composite component according to the prior art

Fig. 2 bis 5 verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßenFig. 2 to 5 different embodiments of an inventive

Faserverbundbauteils sowieFiber composite component as well

Fig. 6a bis 6f verschiedene Darstellungen zur Verdeutlichung eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.6a to 6f different representations to illustrate a manufacturing method according to the invention.

Die Faserverbundbauteile 1 sind in den Figuren 1 bis 5 jeweils in einer Schnittdarstellung gezeigt.The fiber composite components 1 are shown in FIGS. 1 to 5 in each case in a sectional illustration.

In Figur 1 ist ein dem Stand der Technik entsprechendes Faserverbundbauteil 1 gezeigt, welches eine Rippenverstärkung als Funktionalelement 3 besitzt. Bei Biegebelastung einer solchen Struktur ist es sehr wahrscheinlich, dass das Bauteil an der Verbindungsfläche zwischen Rippe und Grundkörper 2 versagt.FIG. 1 shows a fiber composite component 1 corresponding to the prior art, which has a rib reinforcement as a functional element 3. With bending load of such a structure, it is very likely that the component fails at the connecting surface between rib and body 2.

In Figur 2 ist ein Grundkörper 2 mit einer eingebetteten Stange 5 zu erkennen. Durch die Stange 5 können die Kräfte nun direkt von der Rippe (Funktionalstruktur 3) in den Grundkörper 2 übertragen werden. Dadurch ergibt sich eine höhere Gesamtfestigkeit. Weiters sind bei dieser Ausführungsvariante Nuten 11 in die Stange 5 eingeformt. Diese helfen einerseits, da die Oberfläche und somit die Kontaktfläche zwischen Stange 5 und Matrix maximiert wird und anderseits da durch die Hinterschnitte eine mechanische Verhakung (d.h. Formschluss) stattfindet.FIG. 2 shows a basic body 2 with an embedded rod 5. By the rod 5, the forces can now be transmitted directly from the rib (functional structure 3) in the main body 2. This results in a higher overall strength. Furthermore, in this embodiment, grooves 11 are formed in the rod 5. These help on the one hand, because the surface and thus the contact surface between rod 5 and matrix is maximized and on the other hand because of the undercuts a mechanical entanglement (i.e.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform mit einer Kopfplatte 7 mit vier daran befestigten Dornen 4. Die Kopfplatte 7 ist vollständig in den Grundkörper 2 eingebettet.FIG. 3 shows an embodiment with a top plate 7 with four spikes 4 attached thereto. The top plate 7 is completely embedded in the main body 2.

Die Dornen 4 durchstoßen eine Faserverstärkungsstruktur 6, welche im Grundkörper 2 angeordnet ist. Es ist zu bemerken, dass die Faserverstärkungsstruktur 6 in den Figuren 1 bis 5 nicht explizit dargestellt ist. Dies dient der Übersichtlichkeit der Darstellungen. Die Faserverstärkungsstruktur 6 ist in den Figuren 6a bis 6c dargestellt. Ihre Lage wird durch Figur 6c deutlich.The spikes 4 pierce a fiber reinforcement structure 6, which is arranged in the base body 2. It should be noted that the fiber reinforcement structure 6 is not explicitly shown in FIGS. 1 to 5. This serves for the clarity of the representations. The fiber reinforcement structure 6 is shown in FIGS. 6a to 6c. Their position is clear from Figure 6c.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kunststoff des Grundkörpers und der Funktionalstruktur der gleiche.In this embodiment, the plastic of the main body and the functional structure is the same.

Figur 4 zeigt eine Ausführungsform mit einer Stange 5, welche zur Verstärkung der Verbindung mit dem Grundkörper 2 und der Funktionalstruktur 3 drei Bohrungen 12 aufweist. Durch diese wird neben der Stoff- und unter Umständen kraftschlüssigen Verbindung außerdem ein Formschluss erzeugt, welcher die Verbindung verstärkt.FIG. 4 shows an embodiment with a rod 5, which has three holes 12 for reinforcing the connection to the base body 2 and the functional structure 3. In addition to the material and possibly non-positive connection, this also produces a positive connection, which reinforces the connection.

Figur 5 zeigt eine Ausführungsform mit zwei verbundenen Dornen 4. Diese sind durch ein Verbindungselement 9 verbunden, sodass sich in der Schnittdarstellung ein U-förmiges Profil ergibt.Figure 5 shows an embodiment with two connected thorns 4. These are connected by a connecting element 9, so that there is a U-shaped profile in the sectional view.

Sowohl in Figur 3 als auch in Figur 5 sind die Dornen 4 in einer Ebene, welche senkrecht zur Ausdehnung der Verstärkungsstruktur liegt, angeordnet. Dies erhöht die Steifigkeit der Verstärkungsstruktur gegen Querbelastungen.Both in FIG. 3 and in FIG. 5, the spikes 4 are arranged in a plane which is perpendicular to the extension of the reinforcing structure. This increases the stiffness of the reinforcing structure against transverse loads.

Den Ausführungsbeispielen aus den Figuren 2 bis 5 ist weiterhin gemeinsam, dass die Dornen 4 bzw. Stangen 5 jeweils im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene A ausgerichtet sind.The exemplary embodiments from FIGS. 2 to 5 furthermore have in common that the spikes 4 or rods 5 are each aligned essentially perpendicular to a plane A.

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils 1 anhand der Figuren 6a bis 6f beschrieben. In eine untere Hälfte eines Formwerkzeuges 8 wird zunächst eine Faserverstärkungsstruktur 6 eingelegt (Figur 6a und 6b). Durch diese Faserverstärkungsstruktur 6 wird ein Dorn 4 getrieben (Figur 6c).In the following, a method for producing a fiber composite component 1 according to the invention will be described with reference to FIGS. 6a to 6f. In a lower half of a molding tool 8, a fiber reinforcement structure 6 is first inserted (Figure 6a and 6b). Through this fiber reinforcement structure 6, a mandrel 4 is driven (Figure 6c).

Sodann wird das Formwerkzeug 8 geschlossen (Figur 6d). Es folgt das Einbringen eines Harzes in die dadurch entstehende Kavität (Figur 6e). In diesem Schritt wird also gleichzeitig der faserverstärkte Grundkörper 2 und die Funktionalstruktur 3 — in diesem Fall eine Verstärkungsstruktur - gefertigt.Then the mold 8 is closed (Figure 6d). This is followed by the introduction of a resin into the resulting cavity (FIG. 6e). In this step, therefore, at the same time the fiber-reinforced base body 2 and the functional structure 3 - in this case a reinforcing structure - made.

Nach dem Aushärten des Harzes kann das Formwerkzeug 8 geöffnet werden und das fertige Faserverbundbauteil 1 entnommen werden.After curing of the resin, the mold 8 can be opened and the finished fiber composite component 1 are removed.

Innsbruck, 4. März 2015Innsbruck, March 4, 2015

Claims (16)

Patentansprücheclaims 1. Faserverbundbauteil mit einem faserverstärkten Grundkörper (2) und einer am Grundkörper (2) angeordneten Funktionalstruktur (3), insbesondere einer Verstärkungsstruktur, wobei der Grundkörper (2) und die Funktionalstruktur (3) zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Dorn (4) und/oder zumindest eine Stange (5) sowohl in den Grundkörper (2) als auch in die Funktionalstruktur (3) zumindest teilweise eingebettet sind.1. fiber composite component having a fiber-reinforced base body (2) and a basic body (2) arranged functional structure (3), in particular a reinforcing structure, wherein the base body (2) and the functional structure (3) are at least partially made of plastic, characterized in that at least one mandrel (4) and / or at least one rod (5) are at least partially embedded both in the base body (2) and in the functional structure (3). 2. Faserverbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Dorn (4) und/oder die zumindest eine Stange (5) vollständig in den Grundkörper (2) und/oder die Funktionalstruktur (3) eingebettet ist.2. fiber composite component according to claim 1, characterized in that the at least one mandrel (4) and / or the at least one rod (5) is completely embedded in the base body (2) and / or the functional structure (3). 3. Faserverbundbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Dorn (4) und/oder die zumindest eine Stange (5) im Wesentlichen senkrecht in Bezug auf eine Ebene des Grundkörpers (2) ausgerichtet ist.3. fiber composite component according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one mandrel (4) and / or the at least one rod (5) is aligned substantially perpendicular with respect to a plane of the base body (2). 4. Faserverbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionalstruktur (3) eine Verstärkungsrippe beinhaltet.4. fiber composite component according to one of claims 1 to 3, characterized in that the functional structure (3) includes a reinforcing rib. 5. Faserverbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Dorn (4) und/oder die zumindest eine Stange (5) zumindest eine Hinterschneidung zur formschlüssigen Verbindung mit dem Grundkörper (2) und/oder der Funktionalstruktur (3) aufweist.5. fiber composite component according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one mandrel (4) and / or the at least one rod (5) at least one undercut for positive connection with the base body (2) and / or the functional structure ( 3). 6. Faserverbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Dorn (4) und/oder die zumindest eine Stange (5) eine Faserverstärkungsstruktur (6) des Grundkörpers (2) durchsetzt.6. fiber composite component according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one mandrel (4) and / or the at least one rod (5) passes through a fiber reinforcement structure (6) of the base body (2). 7. Faserverbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kopfplatte (7) vorgesehen ist, an welcher der zumindest eine Dorn (4) und/oder die zumindest eine Stange (5) befestigt ist und welche vorzugsweise in den Grundkörper (2) eingebettet ist.7. fiber composite component according to one of claims 1 to 6, characterized in that a head plate (7) is provided, on which the at least one mandrel (4) and / or the at least one rod (5) is fixed and which preferably in the main body (2) is embedded. 8. Faserverbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Dorn (4) und/oder die zumindest eine Stange (5) aus einem Material mit einer höheren mechanischen Stabilität als ein Material des Grundkörpers (2) und/oder ein Material der Funktionalstruktur (3) gefertigt ist.8. fiber composite component according to one of claims 1 to 7, characterized in that the at least one mandrel (4) and / or the at least one rod (5) made of a material having a higher mechanical stability than a material of the base body (2) and / or a material of the functional structure (3) is made. 9. Faserverbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) und die Funktionalstruktur (3) einen gleichen Kunststoff aufweisen.9. fiber composite component according to one of claims 1 to 8, characterized in that the base body (2) and the functional structure (3) have a same plastic. 10. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei - zumindest ein Dorn (4) und/oder zumindest eine Stange (5) in ein Formwerkzeug (8) eingebracht wird, - ein faserverstärkter Grundkörper (2) des Faserverbundbauteils (1) in einem Kunststoffformgebungsverfahren hergestellt wird, wodurch der zumindest eine Dorn (4) und/oder die zumindest eine Stange (5) zumindest teilweise in den Grundkörper (2) eingebettet wird, und - eine Funktionalstruktur (3), insbesondere eine Verstärkungsstruktur, des Faserverbundbauteils (1) in einem Kunststoffformgebungsverfahren hergestellt wird, wodurch der zumindest eine Dorn (4) und/oder die zumindest eine Stange (5) zumindest teilweise in die Funktionalstruktur (3) eingebettet wird.10. A method for producing a fiber composite component, in particular according to one of claims 1 to 9, wherein - at least one mandrel (4) and / or at least one rod (5) is introduced into a molding tool (8), - a fiber-reinforced base body (2) the fiber composite component (1) is produced in a plastic molding process, whereby the at least one mandrel (4) and / or the at least one rod (5) is at least partially embedded in the base body (2), and a functional structure (3), in particular one Reinforcement structure, the fiber composite component (1) is produced in a plastic molding process, whereby the at least one mandrel (4) and / or the at least one rod (5) is at least partially embedded in the functional structure (3). 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) und die Funktionalstruktur (3) in einem einzigen oder gleichzeitig durchgeführten Kunststoffformgebungsverfahren hergestellt werden.11. The method according to claim 10, characterized in that the base body (2) and the functional structure (3) are produced in a single or simultaneously carried out plastic molding process. 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionalstruktur (3) mittels des Kunststoffformgebungsverfahrens an den Grundkörper (2) angeformt wird.12. The method according to claim 10, characterized in that the functional structure (3) by means of the plastic molding process to the base body (2) is integrally formed. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) und/oder die Funktionalstruktur (3) mittels eines Harzinjektionsverfahrens und/oder eines reaktiven Gussverfahrens hergestellt werden.13. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the base body (2) and / or the functional structure (3) are produced by means of a resin injection process and / or a reactive casting process. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Herstellung des Grundkörpers (2) mittels des Kunststoffformgebungsverfahrens eine Faserverstärkungsstruktur (6) in das Formwerkzeug (8) eingebracht wird.14. The method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that prior to the preparation of the base body (2) by means of the plastic molding process, a fiber reinforcement structure (6) is introduced into the mold (8). 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Dorn (4) und/oder die zumindest eine Stange (5) in die Faserverstärkungsstruktur (6) eingebracht wird.15. The method according to any one of claims 10 to 14, characterized in that the at least one mandrel (4) and / or the at least one rod (5) is introduced into the fiber reinforcement structure (6). 16. Formgebungsmaschine zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 15. Innsbruck, 4. März 201516. Forming machine for carrying out a method according to one of claims 10 to 15. Innsbruck, 4 March 2015
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