DE102008064676B4

DE102008064676B4 - Method and device for producing a fiber composite component

Info

Publication number: DE102008064676B4
Application number: DE102008064676.8A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Ilzhöfer Karl-Heinz; Dipl.-Ing. Salkic Asmir
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2028-05-31

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Matrixmaterials, zumindest in Form von Matrixharzen, b) Aufbringen des Matrixmaterials auf einzelne Verstärkungsfasern oder Faserbündel (14), c) Zusammenführen der Verstärkungsfasern oder Faserbündel (14), auf die das Matrixmaterial aufgebracht wurde, unter Bildung eines imprägnierten Fasermaterials (40) in unmittelbarer Nähe vor einer verstellbaren Formdüse (44), d) Formen des imprägnierten Fasermaterials (40) durch die Formdüse (44) zu einem imprägnierten Faserbündel (46) mit spezieller Querschnittsgeometrie und d1) Aufbringen des imprägnierten Faserbündels (46) auf eine zwei- oder dreidimensionale Trägerstruktur, die die Form des Faserverbundbauteils nachbildet, zur Herstellung einer Preform, wobei die Anordnung des Fasermaterials bezogen auf das herzustellende Faserverbundbauteil kraftfluss- und spannungsoptimiert erfolgt, wobei die Querschnittsgeometrie des imprägnierten Faserbündels (46) mittels der verstellbaren Formdüse (44) während des Aufbringens des imprägnierten Faserbündels (46) variiert wird und hierdurch Aufdickungen oder Verflachungen der abgelegten Strukturen eingestellt werden, die lokal unterschiedlichen Verstärkungsanforderungen des Faserverbundbauteils entsprechen, und e) Aushärten des auf die Trägerstruktur aufgebrachten Matrix-imprägnierten Faserbündels (46) unter Bildung des Faserverbundbauteils.Method for producing a fiber composite component, in particular for a motor vehicle, comprising the steps of: a) providing a matrix material, at least in the form of matrix resins, b) applying the matrix material to individual reinforcing fibers or fiber bundles (14), c) merging the reinforcing fibers or fiber bundles (14 ) to which the matrix material has been applied, forming an impregnated fiber material (40) in the immediate vicinity in front of an adjustable shaping nozzle (44), d) forming the impregnated fiber material (40) through the shaping nozzle (44) into an impregnated fiber bundle (46). with special cross-sectional geometry and d1) application of the impregnated fiber bundle (46) on a two- or three-dimensional support structure, which simulates the shape of the fiber composite component, for producing a preform, wherein the arrangement of the fiber material based on the fiber composite component to be produced is power flow and voltage optimized, wherein the cross section geometry of the impregnated fiber bundle (46) is varied by means of the adjustable die (44) during the application of the impregnated fiber bundle (46) and thereby discontinuities or flattening of the deposited structures are set, which correspond locally different reinforcement requirements of the fiber composite component, and e) curing of the carrier structure applied matrix-impregnated fiber bundle (46) to form the fiber composite component.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for producing a fiber composite component, in particular for a motor vehicle, and to an apparatus for carrying out this method.

Im Leichtbau, insbesondere im Automobilbau werden für tragende Konstruktionskomponenten zunehmend faserverstärkte Verbundbauteile eingesetzt. Für den gewichts- und kostenoptimierten Leichtbau mit Faserverbundbauteilen ist der Einsatz der kostenbestimmenden Werkstoffe, insbesondere der Faseranteile zu minimieren. Hierfür wurde vorgeschlagen, dass die Fasern kraftflussgerecht in der Bauteilstruktur integriert werden, ohne dass ein Faserverschnitt anfällt. Dies wird durch verschiedene Textiltechniken, wie z. B. Flechten, Weben, Nähen usw., ermöglicht, die zur Herstellung von so genannten Faservorformlingen (so genannte Preforms) für endlosfaserverstärkte Verbundbauteile eingesetzt werden. Diese Verfahren ermöglichen die Erkenntnisse von Kraftfluss- und Spannungsanalysen in eine entsprechend textile Verstärkungsstruktur. Bei Verwendung einer Stick- oder Nähtechnik werden die Verstärkungsfasern mit einem Stickautomaten entsprechend den Anforderungen aus der analytischen Bauteilberechnung auf einem Stickgrund fixiert. Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, dass nach der Herstellung der Preform die entsprechende Faserstruktur mit Harz bzw. Kunststoff imprägniert werden muss. Dadurch ergibt sich ein zusätzlicher Verfahrensschritt, der die Zykluszeiten des Fertigungsprozesses deutlich erhöht. Bei der Verwendung von duroplastischen Werkstoffen zur Herstellung der Matrix des Faserverbundbauteils stehen für diese nachträgliche Imprägnierung der Faserstruktur so genannte Infusionsverfahren, wie z. B. RTM (Resin Transfer Molding, SRIM (Structural Resin Injection Molding), oder Vakuuminjektion, zur Verfügung bei der die Kunststoffmatrix mittels eines Kolbens in ein entsprechendes Formnest des Faserverbundbauteils eingespritzt wird und unter Wärme und Druck aushärtet. Die Infusions-Verfahren sind jedoch relativ aufwändig und lassen nur eine geringe Produktivität aufgrund relativ langer Produktionszyklen zu. Des Weiteren sind so genannte Prepregs bekannt mit denen üblicherweise ein endlosfaserverstärktes duroplastisches Halbzeug bezeichnet wird. Nachteilig an diesen vorimprägnierten Fasern ist jedoch, dass das entstehende Halbzeug aufgrund seiner Beschaffenheit nur für geometrisch einfache Strukturen anwendbar ist und zudem einen sehr hohen Verbrauch an Fasermaterial bedingen, da immer ein Zuschneiden der Prepregs auf die gewünschte Kontur bzw. Form des Faserverbundteils erfolgen muss. Dadurch entstehen entsprechende Faserabfälle, die die Herstellung von Faserverbundbauteilen unter Verwendung von Prepregs deutlich verteuern.In lightweight construction, especially in the automotive industry increasingly fiber-reinforced composite components are used for supporting structural components. For weight and cost-optimized lightweight construction with fiber composite components, the use of cost-determining materials, in particular the fiber content, must be minimized. For this purpose, it has been proposed that the fibers be integrated into the component structure in accordance with the flow of force without producing any fiber waste. This is achieved by various textile techniques, such. As braiding, weaving, sewing, etc., allows, which are used for the production of so-called fiber preforms (so-called preforms) for continuous fiber reinforced composite components. These methods allow the findings of force flow and stress analyzes in a corresponding textile reinforcing structure. When using an embroidery or sewing technique, the reinforcing fibers are fixed on a embroidery base with an embroidery machine according to the requirements of the analytical component calculation. A disadvantage of this method, however, is that after the preparation of the preform, the corresponding fiber structure must be impregnated with resin or plastic. This results in an additional process step, which significantly increases the cycle times of the manufacturing process. When using thermoset materials for producing the matrix of the fiber composite component are for this subsequent impregnation of the fiber structure so-called infusion process, such. As RTM (Resin Transfer Molding, SRIM (Structural Resin Injection Molding), or vacuum injection, available in which the plastic matrix is injected by means of a piston in a corresponding mold cavity of the fiber composite component and cures under heat and pressure., However, the infusion processes are relatively Furthermore, what are known as prepregs, which are usually referred to as continuous-fiber-reinforced thermoset semifinished products, is disadvantageous in these prepreg fibers, however, because of the nature of the resulting semi-finished products only for geometrically simple structures is applicable and also require a very high consumption of fiber material, as always a cutting of the prepreg must be made to the desired contour or shape of the fiber composite part significantly more expensive using prepregs.

Ein weiterer Nachteil ist, dass z. B. Schalen-Bauteile vollflächig aus dem teuren Verbundwerkstoff hergestellt werden müssen, obwohl nur in Teilbereichen strukturelle Eigenschaften benötigt werden. Das so genannte Tailored Fiber Placement (Verwendung schmaler vorimprägnierter Bändchen) stellt hierzu eine Weiterentwicklung dar. Die Einschränkung bezüglich Bauteilgeometrie und Materialeinsatz gilt jedoch auch hier.Another disadvantage is that z. B. shell components over the entire surface must be made of the expensive composite material, although only in some areas structural properties are needed. The so-called Tailored Fiber Placement (use of narrow preimpregnated tapes) represents a further development. However, the restriction regarding component geometry and material usage also applies here.

Um die oben genannten Nachteile zu umgehen ist in der US 2004/0119188 A1 ein Verfahren beschrieben, welches ein vorimprägniertes Endlosfaserbündel zur Verfügung stellen soll. Hierzu werden zunächst zwei getrennte Endlosfaserbündel vorbereitet und vorgeformt, welche dann getrennt mit jeweils einer Komponente eines Matrixharzes imprägniert werden. Die einzelnen Harzkomponenten sind für sich genommen nicht reaktiv und aushärtbar. Erst wenn die beiden getrennten Faserbündel zusammengeführt und zu einem einzigen Faserbündel geformt werden, bilden die Harzkomponenten eine reaktive Mischung, welche nach Legen des Faserbündels in seine gewünschte Form aushärtbar ist.To bypass the above mentioned disadvantages is in the US 2004/0119188 A1 a method is described which is intended to provide a preimpregnated continuous fiber bundle. For this purpose, first two separate continuous fiber bundles are prepared and preformed, which are then impregnated separately with one component each of a matrix resin. The individual resin components are not reactive and curable per se. Only when the two separate fiber bundles are brought together and formed into a single fiber bundle, the resin components form a reactive mixture, which is curable after placing the fiber bundle in its desired shape.

Ein solches Verfahren erlaubt zwar eine kontinuierliche Imprägnierung eines Endlosfaserbündels, welche nahezu gleichzeitig mit seiner Weiterverarbeitung erfolgen kann, insbesondere auch mit duroplastischen oder elastomeren Matrixharzen. Durch die separate Vorimprägnierung zweier getrennter Faserbündel ist das Verfahren jedoch prozesstechnisch und apparativ aufwendig, insbesondere da Vorrichtungen zum Abrollen der Endlosfasern, Vorrichtungen zu deren Formen zu einem Faserbündel sowie Vorrichtungen zum Imprägnieren der Faserbündel jeweils doppelt bereitgestellt werden müssen. Weiterhin kann, insbesondere bei einer hohen Anzahl von Einzelfasern (sogenannte Heavy tows) das Formen eines Faserbündels vor dessen Imprägnierung problematisch sein, da insbesondere bei der Formung von sehr flachen Bändern die Einzelfasern nicht beschädigungsfrei aneinander abgleiten können.Although such a method allows a continuous impregnation of a continuous fiber bundle, which can be done almost simultaneously with its further processing, in particular with thermosetting or elastomeric matrix resins. Due to the separate pre-impregnation of two separate fiber bundles, the process, however, is technically and technically complex, especially since devices for rolling the continuous fibers, devices for their forms into a fiber bundle and devices for impregnating the fiber bundles must be provided in duplicate. Furthermore, especially in the case of a high number of individual fibers (so-called heavy tows), the shaping of a fiber bundle prior to its impregnation can be problematic, since the individual fibers can not slide against one another without damage, especially when forming very flat bands.

Aus der EP 0320649 A2 ist ein Pultrusionsverfahren bekannt, bei dem das Verhältnis von Harz zu Verstärkungsfaser ohne Unterbrechung der Produktion verändert werden kann. Dies erfolgt über eine einstellbare Formdüse.From the EP 0320649 A2 For example, a pultrusion process is known in which the ratio of resin to reinforcing fiber can be changed without interrupting production. This is done via an adjustable die.

Aus der EP 0269197 A2 ist ein Pultrusionsverfahren bekannt, bei der das Material direkt aus einer Pressform in eine Fertigungsform gelangt. Die Faseranordnung um die Achse der Pressform bleibt in der Form erhalten, die der Form der Außenkontur im Querschnitt des Endprodukts entspricht.From the EP 0269197 A2 a pultrusion process is known in which the material passes directly from a mold into a manufacturing mold. The fiber arrangement around the axis of the mold is maintained in the shape corresponding to the shape of the outer contour in cross-section of the final product.

Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils bereitzustellen, welches eine apparative prozesstechnisch einfache kontinuierliche Imprägnierung eines Endlosfaserbündels, sowie eine optimierte Formung eines solchen Faserbündels ermöglicht.The present invention is therefore based on the object, a method for producing a To provide fiber composite component, which allows an apparatus-technically simple continuous impregnation of a continuous fiber bundle, as well as an optimized shaping of such a fiber bundle.

Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils bereitzustellen, mittels welcher ein solches Verfahren durchführbar ist.It is a further object of the present invention to provide an apparatus for producing a fiber composite component, by means of which such a method is feasible.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils umfasst die Merkmale des Patentanspruchs 1.The method according to the invention for producing a fiber composite component comprises the features of patent claim 1.

Durch das erfindungsgemäße Zusammenführen von Verstärkungsfasern und Matrixmaterial welches bevorzugt in Form von Matrixharzen und/oder Matrixfasern vorliegt, kann die aus dem Stand der Technik bekannte Verdoppelung von Abwickel-, Form- und Imprägniereinrichtungen vermieden werden. Das Verfahren ist daher apparativ wesentlich einfacher durchzuführen. Durch das direkte Aufbringen des Matrixmaterials auf die Verstärkungsfasern, welche als Endlosfasern bereitgestellt sind und der anschließenden Verarbeitung dieser Fasern durch Zusammenführen zu einem imprägnierten Fasermaterial, welches für eine anschließende textile Verarbeitung zur Verfügung steht, können endkonturnahe Vorformlinge erzeugt werden, die anschließend durch eine entsprechende Aushärtung in ein entsprechendes Faserverbundbauteil umgewandelt werden.By combining reinforcing fibers and matrix material according to the invention, which is preferably present in the form of matrix resins and / or matrix fibers, it is possible to avoid the doubling of unwinding, shaping and impregnating devices known from the prior art. The process is therefore much simpler to implement. By directly applying the matrix material to the reinforcing fibers, which are provided as continuous fibers and the subsequent processing of these fibers by merging into an impregnated fiber material, which is available for subsequent textile processing, near-net shape preforms can be produced, which are then cured by a corresponding be converted into a corresponding fiber composite component.

Beim Zusammenführen der Verstärkungsfasern und des Matrixmaterials findet, zumindest bei flüssigem Matrixmaterial eine weitgehend vollständige Imprägnierung der Fasern bzw. Faserbündel statt, so dass Lufteinschlüsse weit gehend verdrängt werden. Als Fasermaterial werden bevorzugt die verfügbaren Endlosfaser-Bündel oder Rovings eingesetzt, die typischerweise Filamentzahlen im Bereich von 12.000 bis 48.000 (12 bis 48 K) aufweisen. Angesichts der hohen Filamentzahl und dem Ziel eine möglichst vollständige Imprägnierung bis ins Innerste des Bündels zu erreichen, kommt dem Verfahrensschritt des Zusammenführens eine besondere Bedeutung zu. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahrensschritt kann ein dichtes Faserbündel zur späteren Ablage bereitgestellt werden.When merging the reinforcing fibers and the matrix material takes place, at least for liquid matrix material, a substantially complete impregnation of the fibers or fiber bundles, so that air bubbles are largely displaced. The fiber material used is preferably the available continuous filament bundles or rovings, which typically have filament numbers in the range of 12,000 to 48,000 (12 to 48 K). In view of the high number of filaments and the goal of achieving as complete a impregnation as possible up to the innermost part of the bundle, the process step of bringing together is of particular importance. With the method step according to the invention, a dense fiber bundle can be provided for later storage.

Durch die unmittelbare zeitliche und räumliche Nähe zwischen den Prozessschritten des Zusammenführens und Ablegens des imprägnierten Faserbündels treten keine Veränderungen des Faser/Matrix-Verhältnisses bzw. der Konsistenz des Fasermaterials mehr auf.Due to the immediate temporal and spatial proximity between the process steps of merging and depositing the impregnated fiber bundle, there are no longer any changes in the fiber / matrix ratio or the consistency of the fiber material.

In weiterer Ausgestaltung lässt sich der Prozess des Zusammenführens auch so gestalten, dass das Matrix/Faserverhältnis lokal variiert wird. In diesem Prozessschritt lässt sich überschüssiges Matrixmaterial noch abstreifen und dadurch der Fasergehalt im Fasermaterial erhöhen. Dies kann beispielsweise für eine lokale Erhöhung des Verstärkungseffektes im Zielbauteil genutzt werden.In a further embodiment, the process of merging can also be designed so that the matrix / fiber ratio is locally varied. In this process step, excess matrix material can still be stripped off, thereby increasing the fiber content in the fiber material. This can be used, for example, for a local increase in the reinforcement effect in the target component.

Es ist dabei ganz besonders vorteilhaft, in dem Verfahrensschritt d) das Fasermaterial in einer Formdüse zu formen. Darunter ist zu verstehen dem Fasermaterial bzw. imprägnierten Faserbündel eine spezielle Querschnittsgeometrie mitzugeben. Je nach Anwendungsfall sind unterschiedliche Fasermaterialgeometrien von Vorteil. Beispielsweise können breite und flache Faserbündel eingestellt werden, oder auch dicke und schmale. Da das Aufbringen der gemischten Komponenten auf die Verstärkungsfasern vor diesem Formungsschritt d) durchgeführt wird, ist eine bessere Gleitfähigkeit der Fasern gegeneinander gewährleistet. Dadurch wird ein schädigungsarmes Abgleiten der Einzelfasern aneinander ermöglicht, so dass beispielsweise auch sehr flache Faserbänder mit guten Festigkeitseigenschaften geformt werden können.It is particularly advantageous in this case to form the fiber material in a shaping die in process step d). This is to be understood as including a special cross-sectional geometry for the fiber material or impregnated fiber bundles. Depending on the application, different fiber material geometries are advantageous. For example, wide and flat fiber bundles can be adjusted, or even thick and narrow. Since the application of the mixed components to the reinforcing fibers is carried out before this forming step d), a better lubricity of the fibers against each other is ensured. This allows a low-damage sliding of the individual fibers together, so that, for example, very flat slivers with good strength properties can be formed.

Beim Ablegen des Fasernmaterials, beziehungsweise der imprägnierten Faserbündel zur Preform, erfolgt die Ausrichtung der Fasern unter gezielten vorgegebenen Raumrichtungen. Die Fasern werden bezogen auf den späteren Hauptlastfall des herzustellenden Faserverbundbauteils, kraftfluss- und spannungsoptimiert ausgerichtet. Typischerweise wird dabei eine parallele Ausrichtung zu den Hauptkraftlinien des Verbundbauteils erfolgen. Das erfindungemäße Verfahren erlaubt es in sehr einfacher Weise maschinengesteuert auch komplexe Konturen und Richtungsverläufe abzubilden.When depositing the fiber material, or the impregnated fiber bundles to the preform, the orientation of the fibers is carried out under specific predetermined spatial directions. The fibers are aligned with respect to the later main load case of the fiber composite component to be produced, with optimized flow and voltage. Typically, this will be a parallel alignment with the main lines of force of the composite component. The erfindungemäße method allows machine-controlled to map complex contours and directional curves in a very simple manner.

Durch die Einstellung von variablen Querschnittsgeometrien der Faserbündel während des Ablegevorgangs mittels der Formdüsen, ist es insbesondere auch möglich zielgenau Aufdickungen oder Verflachungen der Abgelegten Strukturen zu generieren; entsprechend lokal unterschiedlicher. Verstärkungsanforderungen des Bauteils.By setting variable cross-sectional geometries of the fiber bundles during the depositing operation by means of the shaping nozzles, it is also possible in particular to generate precisely targeted thickening or flattening of the deposited structures; correspondingly locally different. Reinforcement requirements of the component.

Unter dem Matrixmaterial ist dabei die formbare und aushärtbare Vorstufe der späteren Matrix des entsprechenden Verbundbauteils zu verstehen. Hierbei kann es sich um flüssige aushärtbare Harze oder Kunststoffe handeln. Ebenso sind auch Kunststoffgemische aus formbaren und härtbaren Anteilen geeignet. Werden Fasern aus Matrixmaterial (Matrixfasern) verwendet, wirken diese wie die formbare Vorstufe der späteren Matrix des entsprechenden Verbundbauteils.Under the matrix material is to be understood the moldable and curable precursor of the later matrix of the corresponding composite component. These may be liquid curable resins or plastics. Likewise, plastic mixtures of moldable and curable portions are suitable. If fibers of matrix material (matrix fibers) are used, they act like the moldable precursor of the later matrix of the corresponding composite component.

Eine weiterer Typ an Matrixmaterial sind feste Harze, die beispielsweise als Feinpulver aufgetragen werden können, oder in Lösung auf die Faser aufgezogen und getrocknet werden können. Geeignete Feststoff-Harze sind intermediär schmelzbar, damit vor deren Aushärtung im Schritt e) eine gleichmäßige Infiltration der Verstärkungsfasern erfolgen kann. Zu bevorzugten Harzen zählen hierbei schmelzbare Phenolharze, Urethanpolymere oder ungesättigte Polyesterharze welche thermisch ausgehärtet werden.Another type of matrix material are solid resins, which can be applied, for example, as a fine powder, or can be applied to the fiber in solution and dried. suitable Solid resins are intermediately meltable, so that before their curing in step e) a uniform infiltration of the reinforcing fibers can be done. Preferred resins include fusible phenolic resins, urethane polymers or unsaturated polyester resins which are thermally cured.

Werden Matrixfasern eingesetzt so erfolgt dies bevorzugt in der Form von Hybridgarnen aus Verstärkungsfasern Matrixfasern. Die Matrixfasern sind dabei geeignet bei der Aushärtung im Schritt e) ebenfalls auszuhärten. Werden die Matrixfasern ohne Harz eingesetzt, so sind nur intermediär schmelzende Fasertypen geeignet. Hierbei kann es sich um vorvernetzte Polymerfasern handeln, die thermisch vollständig aushärten. Werden Matrixfasern und Harz eingesetzt, können auch nichtschmelzbare Kunststofffasern eingesetzt werden, die dann weiter aushärtbar oder mit dem Harz vernetzbar sind.If matrix fibers are used, this is preferably done in the form of hybrid yarns of reinforcing fibers of matrix fibers. The matrix fibers are suitable for hardening in step e) also harden. If the matrix fibers are used without resin, only intermediately melting fiber types are suitable. These may be precrosslinked polymer fibers which cure completely thermally. If matrix fibers and resin are used, it is also possible to use non-meltable synthetic fibers, which can then be further hardened or crosslinked with the resin.

Da während der Aushärtung, bzw. dem Aufschmelzen und Aushärten der Matrixfasern automatisch die Imprägnierung, bzw. Durchdringung der Verstärkungsfasern und -faserbündel durch das Matrixmaterial aus Kunststoff erfolgt, kann erfindungsgemäß auf einen zusätzlichen Imprägnierungsschritt verzichtet werden.Since, during the curing or melting and curing of the matrix fibers, the impregnation or penetration of the reinforcing fibers and fiber bundles takes place automatically through the plastic matrix material, it is possible according to the invention to dispense with an additional impregnation step.

Das Aushärten kann thermisch und/oder photoinitiiert, oder auch durch Kalthärtung erfolgen.The curing can be carried out thermally and / or photoinitiated, or by cold curing.

Zu den bevorzugten Aushärteverfahren zählt die thermische Aushärtung, insbesondere unter äußerem Druck, da während oder unmittelbar vor der Aushärtung die Harzviskosität sinkt, beziehungsweise Feststoff-Harze aufschmelzen und das Harz in die von den Fasern gebildeten Zwischenräume fließt. Die thermische Härtung wird durch angepasste Erhitzung durchgeführt, wobei die Matrixfasern und/oder das Harz vor dem Aushärten unterhalb der Aushärtetemperatur des Fasermaterials aufschmelzen und bei Erreichen der Aushärtetemperatur thermisch vernetzen.Among the preferred curing methods is the thermal curing, especially under external pressure, because during or immediately before curing, the resin viscosity drops, or solid resins melt and the resin flows into the spaces formed by the fibers. The thermal curing is carried out by adapted heating, wherein the matrix fibers and / or the resin melt before curing below the curing temperature of the fiber material and thermally crosslink when reaching the curing temperature.

Das photoninitiierte Aushärten, insbesondere durch UV-Licht, wird bevorzugt für Fasermaterial mit flüssigen Harzen angewendet. Gegebenenfalls können zunächst eine photochemische Vorvernetzung und hierauf eine thermische Endvernetzung erfolgen.The photon initiated curing, especially by UV light, is preferably used for fiber material with liquid resins. Optionally, a photochemical pre-crosslinking and then a thermal end-crosslinking can be carried out first.

Dadurch ergeben sich verringerte Zykluszeiten des Fertigungsprozesses, so dass die Kosten für die Herstellung der Faserverbundbauteile deutlich gesenkt werden können.This results in reduced cycle times of the manufacturing process, so that the cost of manufacturing the fiber composite components can be significantly reduced.

Von besonderem Vorteil ist es, dass die Verstärkungsfasern oder -faserbündel zusammen mit der Vorstufe der Matrix in einem Zustand hervorragender Formbarkeit vorliegen, der sich neben der Direktablage des aus der Formdüse austretenden Materials, insbesondere für die anspruchsvollen Strick, Web- oder Knüpfverfahren eignet.It is particularly advantageous that the reinforcing fibers or fiber bundles are present together with the precursor of the matrix in a state of excellent formability, which is in addition to the direct deposition of emerging from the molding die material, in particular for the sophisticated knitting, weaving or Knüpfverfahren.

Die Verstärkungsfasern- oder -faserbündel bringen die benötigte Matrix für den zu formenden Verbundkörper bereits mit. Ein gesonderter Verfahrenschritt einer Harz-Imprägnierung, wie beispielsweise bei dem RTM-Verfahren erforderlich, entfällt.The reinforcing fiber or fiber bundles already provide the required matrix for the composite body to be molded. A separate process step of a resin impregnation, as required for example in the RTM process, is eliminated.

Zudem erlaubt das erfindungsgemäße Aufbringen des Fasermaterials ein geometrisch optimiertes Aufbringen des Fasermaterials unter Vermeidung von Faserabfall und optimaler Faserausnutzung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist äußerst wirtschaftlich bei der Herstellung von Leichtbau-Faserverbundkonstruktionen, da durch die endkonturtreuen Preforms Faserabfall vermieden wird, da das Fasermaterial durch eine kraftfluss- und spannungsgerechte Anordnung optimal genützt wird und zudem durch die definierte, fehlerarme Faseranordnung eine hohe Qualitätskonstanz der hergestellten Faserverbundteile gewährleistet ist.In addition, the inventive application of the fiber material allows a geometrically optimized application of the fiber material while avoiding fiber waste and optimum fiber utilization. The inventive method is extremely economical in the production of lightweight fiber composite structures, as is avoided by the endkonturtreuen preforms fiber waste, since the fiber material is optimally exploited by a power flow and voltage arrangement and also by the defined, low-defect fiber assembly high quality consistency of the fiber composite parts produced is guaranteed.

Als Matrixmaterial kann Harz und Matrixfasern aus der Gruppe der vernetzbaren duroplastischen und/oder elastomeren Kunststoffe verwendet werden.Resin and matrix fibers from the group of crosslinkable thermosetting and / or elastomeric plastics can be used as the matrix material.

Als Harz sind insbesondere die thermischen, kalthärtenden oder UV-härtenden Polyester, Polyurethane, Epoxide, Phenole oder Vinylester geeignet. Als Polymerblends sind Vinylester-Polyurethan-Blends besonderes bevorzugt.Particularly suitable as the resin are the thermal, cold-curing or UV-curing polyesters, polyurethanes, epoxides, phenols or vinyl esters. As polymer blends vinyl ester polyurethane blends are particularly preferred.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt im Verfahrensschritt b) ein Aufbringen des Kunststoffs mittels einer Pulver-, Schmelz- oder Lösungsmittelimprägnierung. Dadurch ist ein optimales Benetzen der Fasern oder Faserbündel mit dem Harz gewährleistet. Feststoffharz kann dabei zunächst in Lösung auf die Verstärkungsfasern oder Rovings aufgebracht werden und hierauf zu einem gelartigen oder festen Oberzug getrocknet werden.In an advantageous embodiment of the method according to the invention takes place in step b) applying the plastic by means of a powder, melt or solvent impregnation. This ensures optimal wetting of the fibers or fiber bundles with the resin. Solid resin can be applied first in solution to the reinforcing fibers or rovings and then dried to a gel-like or solid topcoat.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt im Verfahrensschritt d) das Aufbringen des Fasermaterials durch ein Ablegen und/oder Weben und/oder Flechten und/oder Sticken und/oder Nähen auf die Trägerstruktur.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention in step d) the application of the fiber material by depositing and / or weaving and / or braiding and / or embroidering and / or sewing on the support structure.

Die Trägerstruktur kann dabei zwei- oder dreidimensional ausgebildet sein, sie kann zudem in einem späteren Verfahrensschritt von dem Faserverbundteil entfernt werden oder auch an dem Faserverbundbauteil verbleiben. Die genannten Aufbringtechniken, insbesondere die erwähnte Nähtechnik bewirkt eine definierte, fehlerarme Faseranordnung und trägt damit ebenfalls zu einer optimalen Fasermaterialausnutzung bei einer hohen Qualitätskonstanz bei. Des Weiteren ergibt sich eine im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich höhere Designfreiheit.The support structure may be formed two- or three-dimensional, it may also be removed in a later step from the fiber composite part or remain on the fiber composite component. The aforementioned application techniques, in particular the mentioned sewing technique causes a defined, low-defect fiber arrangement and thus also contributes to optimal fiber material utilization with a high quality consistency. Furthermore, there is a much higher design freedom compared to the prior art.

Besonders bevorzugt ist die Trägerstruktur dreidimensional ausgebildet, insbesondere in Form gewölbter Flächen.Particularly preferably, the support structure is formed in three dimensions, in particular in the form of curved surfaces.

Beim Nähen wird in bevorzugter Ausgestaltung keine Verstärkungsfaser sondern ein Nähfaden aus Baumwoll-, oder Kunststofffasern verwendet. Der Nähfaden stellt dabei im Wesentlichen lediglich die feste Fixierung des Fasermaterials auf der Trägerstruktur sicher. Der Nähfaden kann aus einem schmelzbaren Kunststoff bestehen, der sich beim thermischen Aushärten auflöst. Eine weitere Varianz bei der Bildung der Preform durch die oben genannten Aufbringtechniken ist bei der Verwendung der geometrisch variablen Formdüsen gegeben.When sewing, no reinforcing fiber but a sewing thread made of cotton or plastic fibers is used in a preferred embodiment. The sewing thread essentially ensures only the firm fixation of the fiber material on the support structure. The sewing thread may consist of a fusible plastic, which dissolves during thermal curing. Another variance in the formation of the preform by the above deposition techniques is given in the use of the geometrically variable shaping dies.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Aushärten des Faserverbundmaterials gemäß Verfahrensschritt e) ein Pressen, die Aufbringung von äußerem Druck und/oder ein Erwärmen des Faserverbundmaterials. Dabei können die im Verfahrensschritt d) hergestellten Preformen in einem vorzugsweise beheizten Werkzeug gepresst und ausgehärtet werden. Auch die Verwendung von so genannten Autoklaven oder Mikrowellenvorrichtungen sind in dem Aushärteschritt denkbar. Die Preform wird im Autoklaven bevorzugt in bekannter Weise in eine Schutzfolie eingehüllt, um den äußeren Druck flächig auf das Fasermaterial aufzubringen.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the curing of the fiber composite material according to method step e) comprises pressing, the application of external pressure and / or heating of the fiber composite material. In this case, the preforms produced in process step d) can be pressed and cured in a preferably heated tool. Also, the use of so-called autoclave or microwave devices are conceivable in the curing step. The preform is preferably wrapped in a protective foil in a known manner in an autoclave in order to apply the external pressure over the surface of the fiber material.

Insbesondere in Abhängigkeit vom Matrixtyp kann das Aushärten entweder integral erfolgen, d. h. erst wenn alle Fasern abgelegt sind, oder aber auch differentiell, das heißt Faserbündel wird nach dem Ablegen sofort lokal ausgehärtet.In particular, depending on the matrix type, curing may be either integral, i. H. only when all fibers are deposited, or else differentially, that is to say fiber bundles are locally cured immediately after depositing.

Die integrale Vorgehensweise ist beispielsweise dann besonders günstig, wenn thermisch härtende Matrixmaterialien verwendet werden und die fertige Preform als ganzes in einen Härte-Ofen eingebracht wird.The integral procedure is particularly advantageous, for example, when thermosetting matrix materials are used and the finished preform is introduced as a whole into a hardness oven.

Eine differentielle Aushärtung ist beispielsweise für UV-härtende Matrixsysteme möglich, indem dem Faser-Ablegekopf eine UV-Härtelampe nachgeführt wird.Differential curing is possible, for example, for UV-curable matrix systems in that the fiber-laying head is followed by a UV curing lamp.

Bevorzugt werden als Verstärkungsfasern Glasfasern, Kohlefasern, Keramikfasern, Metallfasern, Naturfasern oder einem Gemisch von mindestens zwei dieser Fasermaterialien verwendet. Weitere geeignete Verstärkungsfasern sind Aramidfasern oder hochmodulige Polyethylenfasern.Glass fibers, carbon fibers, ceramic fibers, metal fibers, natural fibers or a mixture of at least two of these fiber materials are preferably used as reinforcing fibers. Other suitable reinforcing fibers are aramid fibers or high modulus polyethylene fibers.

Die Trägerstruktur kann beispielsweise aus einem vorvernetzten, bei Raumtemperatur festen Kunststoff bestehen, wobei der Kunststoff der Trägerstruktur dem Kunststoff des Matrixmaterials entsprechen kann. Dadurch ist in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass beim Aushärten des auf die Trägerstruktur aufgebrachten Fasermaterials der Kunststoff der Trägerstruktur ebenfalls zur Imprägnierung des Fasermaterials beitragen kann und im resultierenden Faserverbundbauteil nicht als Fremdmaterialeinschlüsse wirkt.The support structure may for example consist of a pre-crosslinked, solid at room temperature plastic, wherein the plastic of the support structure may correspond to the plastic of the matrix material. This ensures in an advantageous manner that during curing of the fiber material applied to the carrier structure, the plastic of the carrier structure can also contribute to the impregnation of the fiber material and does not act as a foreign material inclusions in the resulting fiber composite component.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Trägerstruktur aus einer vorvernetzten Kunststoffform, welche beim Verfahrensschritt e) vollständig aushärtet. Der Kunststoff der Trägerstruktur ist bevorzugt mit dem Matrixmaterial chemisch verwandt.In a further embodiment of the invention, the support structure consists of a pre-crosslinked plastic mold, which cures completely in process step e). The plastic of the support structure is preferably chemically related to the matrix material.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Trägerstruktur aus einem textilen Material oder einem papierartigen Material, aufgebaut, das mit einem Harz getränkt ist, welches im Schritt e) aushärtet. Das ausgehärtete Trägermaterial verbleibt dabei typischerweise als flächiges und unverstärktes Flächengebilde im fertigen Bauteil.In a further embodiment, the support structure of a textile material or a paper-like material is constructed, which is impregnated with a resin which cures in step e). The cured support material typically remains as a flat and unreinforced fabric in the finished component.

Gegebenenfalls kann die Trägerstruktur auch nach dem Aushärten des Fasermaterials in einem weiteren Prozessschritt entfernt werden.If appropriate, the carrier structure can also be removed after curing of the fiber material in a further process step.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird beim Nähen, Sticken oder Weben ein Funktionsteil in das Faserverbundbauteil integriert. Als Funktionsteil können insbesondere metallische Anbindungsteile für die Befestigung an eine Fahrzeugkarosserie fungieren. Als weiteres Beispiel können auch Kabel oder Medienleitungen aufgenäht und in die Faserstruktur integriert werden.In a preferred embodiment, a functional part is integrated into the fiber composite component during sewing, embroidery or weaving. As a functional part in particular metallic connecting parts can act for attachment to a vehicle body. As another example, cables or media lines can be sewn on and integrated into the fiber structure.

Die Erfindung betrifft zudem ein Faserverbundbauteil, insbesondere ein Faserverbundbauteil für ein Kraftfahrzeug hergestellt nach einem im vorhergehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. Bevorzugte Bauteile sind Verkleidungsteile des Fahrzeuginterieurs.The invention additionally relates to a fiber composite component, in particular a fiber composite component for a motor vehicle, produced by a method according to the invention described above. Preferred components are trim parts of the vehicle interior.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils nach dem oben dargestellten Verfahren. Eine solche Vorrichtung umfasst eine Mischvorrichtung zum Mischen von zumindest zwei Komponenten eines Matrixmaterials, zumindest eine Aufbringstation zum Aufbringen der gemischten Komponenten auf Verstärkungsfasern unter Bildung eines imprägnierten Fasermaterials, zumindest eine Konfektionierstation zum Aufbringen des Fasermaterials durch Weben, Sticken, Flechten, Nähen oder dergleichen auf eine die Form des Faserverbundbauteils nachbildende Trägerstruktur zum Herstellen einer Preform, sowie zumindest eine Aushärtestation zum Aushärten des auf die Trägerstruktur aufgebrachten Faserverbundmaterials.The invention further relates to an apparatus for producing a fiber composite component according to the method described above. Such a device comprises a mixing device for mixing at least two components of a matrix material, at least one application station for applying the mixed components to reinforcing fibers to form an impregnated fiber material, at least one confectioning station for applying the fiber material to one by weaving, embroidering, braiding, sewing or the like the shape of the fiber composite component replica support structure for producing a preform, and at least one curing station for curing the fiber composite material applied to the carrier structure.

Weiterhin ist eine Bündelungs- und Faserformungseinrichtung zum Bündeln und Formen des imprägnierten Fasermaterials vorgesehen. Anstelle von reinen Verstärkungsfasern können in einer solchen Vorrichtung auch Hybridgarne aus Verstärkungsund Matrixfasern verwendet werden.Furthermore, a bundling and fiber-forming device for bundling and forming the impregnated fiber material is provided. Instead of pure reinforcing fibers, hybrid yarns of reinforcing and matrix fibers can also be used in such a device.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung sind eine optimierte Fasermaterialausnutzung und eine verringerte Zykluszeit des Fertigungsprozesses zur Herstellung eines Faserverbundbauteils gewährleistet. Insbesondere kann durch eine räumliche und zeitliche Trennung von Aufbringstation, Bündelungs- und Faserformungseinrichtung, Konfektionierstation und Aushärtestation der Fertigungsablauf rationell, einfach und schnell gestaltet werden. Durch das Aufbringen von Matrixmaterial aus Harz auf einzelne Fasern oder Faserbündel und das entsprechende Aufbringen dieses beschichteten Fasermaterials in der Konfektionierstation auf die entsprechende Trägerstruktur und die damit verbundene Herstellung endkonturtreuer Preformen wird ein Faserverschnitt vermieden, wobei gleichzeitig die einzelnen Fasern und Faserbündel kraftfluss- und spannungsoptimiert aufgetragen werden können. Das Harz kann dabei aus der Gruppe umfassend duroplastische und elastomere Flüssig- oder Feststoffharze ausgewählt werden.The inventive device ensures optimized fiber material utilization and a reduced cycle time of the production process for producing a fiber composite component. In particular, by a spatial and temporal separation of application station, bundling and fiber-forming device, assembly station and curing station, the production process can be rational, simple and fast. By applying matrix material made of resin to individual fibers or fiber bundles and the corresponding application of this coated fiber material in the confectioning on the corresponding support structure and the associated production endkonturtreuer preforms fiber blending is avoided, at the same time applied the individual fibers and fiber bundles kraftfluss- and voltage optimized can be. The resin can be selected from the group comprising thermosetting and elastomeric liquid or solid resins.

In vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Aufbringstation mindestens eine Imprägnierdüse und/oder mindestens ein Harz- oder Flüssigharzbett auf. Mittels der Imprägnierdüse kann das Harz in flüssiger Form oder auch Pulverform auf die Fasern und Faserbündel aufgetragen werden. In dem Harzbett kann das Material in fester Form, wie zum Beispiel als Pulver oder einzelnen Fasern enthalten sein, wobei die zu beschichtenden Fasern und Faserbündel durch das Harzbett hindurchgeleitet werden.In advantageous embodiments of the device according to the invention, the application station has at least one impregnation nozzle and / or at least one resin or liquid resin bed. By means of the impregnation nozzle, the resin can be applied in liquid form or powder form to the fibers and fiber bundles. In the resin bed, the material may be contained in solid form, such as a powder or individual fibers, with the fibers and fiber bundles to be coated passed through the resin bed.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Konfektionierstation mindestens eine Web- und/oder Stick- und/oder Nähvorrichtung auf. Dabei kann die Konfektionierstation bzw. die Web- und/oder Stick- und/oder Nähvorrichtung eine programmierbare Steuerungsvorrichtung aufweisen, so dass die vorimprägnierten Fasern bzw. Faserbündel entsprechend den Anforderungen einer im vorhergehenden berechneten und in der Steuerungsvorrichtung entsprechend abgelegten Bauteilberechnung auf der Trägerstruktur abgelegt werden können.In a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the packaging station has at least one weaving and / or embroidery and / or sewing device. In this case, the packaging station or the weaving and / or embroidery and / or sewing device can have a programmable control device, so that the prepreg fibers or fiber bundles are deposited on the carrier structure in accordance with the requirements of a component calculation calculated in advance and correspondingly stored in the control device can.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Aushärtestation mindestens ein druckbeaufschlagbares und/oder beheizbares Werkzeug, mindestens einen Autoklaven oder mindestens eine Mikrowellenvorrichtung, IR-Bestrahlungsvorrichtung oder UV-Bestrahlungsvorrichtung auf. Die genannten Vorrichtungen erlauben das notwendige Aushärten der Preformen zu den resultierenden Faserverbundbauteilen.In a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the curing station has at least one pressurizable and / or heatable tool, at least one autoclave or at least one microwave device, IR irradiation device or UV irradiation device. The devices mentioned allow the necessary curing of the preforms to the resulting fiber composite components.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung besteht das Fasermaterial aus Glasfasern, Kohlefasern, bzw. Kohlenstofffasern oder Carbonfasern, Keramikfasern, Metallfasern, Naturfasern oder einem Gemisch von mindestens zwei dieser Fasermaterialien.In further advantageous embodiments of the invention, the fiber material consists of glass fibers, carbon fibers, or carbon fibers or carbon fibers, ceramic fibers, metal fibers, natural fibers or a mixture of at least two of these fiber materials.

Im Folgenden soll anhand der Zeichnung die Erfindung und ihre bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert werden, wobei die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.In the following, the invention and its preferred embodiments will be explained in more detail with reference to the drawing, wherein the single figure shows a schematic representation of an apparatus for performing the method according to the invention.

Zur Erhöhung der Übersichtlichkeit wurde in der Figur auf die Darstellung der Konfektionierungs- und Aushärtestation der Vorrichtung 10 verzichtet. Diese Stationen entsprechen im Wesentlichen dem Stand der Technik, und sind nicht vom erfindungswesentlichen Gedanken betroffen.To increase the clarity was in the figure on the representation of confectioning and curing station of the device 10 waived. These stations essentially correspond to the state of the art, and are not affected by the concept essential to the invention.

Die Figur zeigt eine Abwickelstation 12, welche eine Mehrzahl von Fasern 14, welche der Übersichtlichkeit halber nicht alle bezeichnet sind, zur Verfügung stellt.The figure shows a unwinding station 12 containing a plurality of fibers 14 , which for clarity are not all designated, provides.

Bei den Fasern 14 kann es sich dabei um reine Verstärkungsfasern in Form von Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, Polyethylenfasern, Keramikfasern, Metallfasern und/oder Naturfasern handeln. Es ist jedoch auch möglich, Hybridfasern aus einem Gemisch von solchen Verstärkungsfasern mit vernetzbaren oder aufschmelzbaren Matrixfasern zu verwenden.With the fibers 14 these may be pure reinforcing fibers in the form of glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, polyethylene fibers, ceramic fibers, metal fibers and / or natural fibers. However, it is also possible to use hybrid fibers of a mixture of such reinforcing fibers with crosslinkable or fusible matrix fibers.

Die Fasern 14 werden von einer Mehrzahl von Spulen 16 abgewickelt und der Aufbringstation 18 zugeführt. Diese umfasst ein trichterförmig sich verjüngendes Gehäuse 20 in welchem die Fasern 14 über einen ersten Führungssteg 22 zu einem Harzverteiler 24 geleitet werden. Der Harzverteiler 24 ist dabei über eine Leitung 26 mit der Mischvorrichtung 28 verbunden. In dieser Mischvorrichtung 28 sind Vorratsbehälter 30 für verschiedene Komponenten des verwendeten Matrixmaterials vorgesehen. Über Leitungen 32 sind diese Vorratsbehälter 30 mit einer Mischkammer 34 verbunden, in welcher die Komponenten des Matrixmaterials gemischt werden und anschließend in die Leitung 26 und zum Harzverteiler 24 weitergeleitet werden.The fibers 14 are from a plurality of coils 16 unwound and the application station 18 fed. This includes a funnel-shaped tapered housing 20 in which the fibers 14 over a first guide bar 22 to a resin distributor 24 be directed. The resin distributor 24 is over a line 26 with the mixing device 28 connected. In this mixer 28 are storage tanks 30 provided for various components of the matrix material used. Via cables 32 are these reservoirs 30 with a mixing chamber 34 connected, in which the components of the matrix material are mixed and then in the line 26 and to the resin distributor 24 to get redirected.

Im Bereich der Leitungen 32, 26, sowie der Mischkammer 34 können selbstverständlich noch weitere Regel- und Dosiervorrichtungen vorgesehen sein, welche hier nicht gezeigt werden.In the area of the lines 32 . 26 , as well as the mixing chamber 34 Of course, further control and metering devices can be provided, which are not shown here.

Die in den Vorratsbehältern 30 gelagerten Komponenten des Matrixmaterials sind für sich allein genommen nicht reaktiv und nicht aushärtbar, erst nach ihrer Mischung in der Mischkammer 34 erlangt das Matrixmaterial seine gewünschte Aushärtbarkeit. Über den Harzverteiler 24 wird dieses nun aushärtbare Matrixmaterial auf die Fasern 14 aufgetragen. Die Fasern 14 werden weiter durch einen sich verjüngenden Bereich 36 der Aufbringstation 18 zusammengeführt, bis sie in Form eines Faserbündels in die Bündelungs- und Faserformungseinrichtung 38 einlaufen. Die Einzelfasern 14 werden dort zu einem kompakten Faserbündel 40 zusammengefasst, dessen Eigenschaften beispielsweise durch Umlenkrollen 42 weiter beeinflusst werden können. In der Bündelungs- und Faserformungseinrichtung können weiterhin Heizeinrichtungen oder andere Vorrichtungen zur Energieeinkopplung beispielsweise durch UV-Strahlung, Laserstrahlung oder Ultraschalleinkopplung vorhanden sein, welche die Komponenten des Matrixmaterials zu einer ersten Reaktion bringen, um so beispielsweise eine Vorvernetzung des Matrixmaterials zu erreichen.The in the storage containers 30 stored components of the matrix material are not reactive on their own and not curable, only after their mixing in the mixing chamber 34 the matrix material obtains its desired curability. About the resin distributor 24 This now curable matrix material on the fibers 14 applied. The fibers 14 Continue through a tapered area 36 the application station 18 merged until in the form of a fiber bundle in the bundling and fiber forming device 38 enter. The individual fibers 14 become a compact fiber bundle there 40 summarized whose properties, for example, by pulleys 42 can be further influenced. Furthermore, heating devices or other devices for energy coupling, for example by UV radiation, laser radiation or ultrasound coupling, can be present in the bundling and fiber-forming device, which bring the components of the matrix material to a first reaction in order, for example, to achieve pre-crosslinking of the matrix material.

In einer formverstellbaren oder wechselbaren Formdüse 44 erhält das Faserbündel schließlich seine endgültige Form, hier im Beispiel als flaches Faserband 46. Die Geometrie der Formdüse ist während des Ablegevorgangs verstellbar ausgestaltet. Dieses Faserband 46 kann nun direkt einer Konfektionierstation, welche hier nicht gezeigt ist, zugeführt werden, wo dieses Faserband durch Weben, Sticken, Flechten, Nähen oder dergleichen auf eine Trägerstruktur aufgebracht werden und anschließend ausgehärtet werden kann.In a mold-adjustable or exchangeable molding nozzle 44 Finally, the fiber bundle gets its final shape, here in the example as a flat sliver 46 , The geometry of the shaping nozzle is designed to be adjustable during the laying process. This sliver 46 can now be fed directly to a confectioning station, which is not shown here, where this sliver can be applied by weaving, embroidery, braiding, sewing or the like on a support structure and then cured.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Matrixmaterials, zumindest in Form von Matrixharzen, b) Aufbringen des Matrixmaterials auf einzelne Verstärkungsfasern oder Faserbündel (14), c) Zusammenführen der Verstärkungsfasern oder Faserbündel (14), auf die das Matrixmaterial aufgebracht wurde, unter Bildung eines imprägnierten Fasermaterials (40) in unmittelbarer Nähe vor einer verstellbaren Formdüse (44), d) Formen des imprägnierten Fasermaterials (40) durch die Formdüse (44) zu einem imprägnierten Faserbündel (46) mit spezieller Querschnittsgeometrie und d1) Aufbringen des imprägnierten Faserbündels (46) auf eine zwei- oder dreidimensionale Trägerstruktur, die die Form des Faserverbundbauteils nachbildet, zur Herstellung einer Preform, wobei die Anordnung des Fasermaterials bezogen auf das herzustellende Faserverbundbauteil kraftfluss- und spannungsoptimiert erfolgt, wobei die Querschnittsgeometrie des imprägnierten Faserbündels (46) mittels der verstellbaren Formdüse (44) während des Aufbringens des imprägnierten Faserbündels (46) variiert wird und hierdurch Aufdickungen oder Verflachungen der abgelegten Strukturen eingestellt werden, die lokal unterschiedlichen Verstärkungsanforderungen des Faserverbundbauteils entsprechen, und e) Aushärten des auf die Trägerstruktur aufgebrachten Matrix-imprägnierten Faserbündels (46) unter Bildung des Faserverbundbauteils.Method for producing a fiber composite component, in particular for a motor vehicle, comprising the steps of: a) providing a matrix material, at least in the form of matrix resins, b) applying the matrix material to individual reinforcing fibers or fiber bundles ( 14 ), c) merging the reinforcing fibers or fiber bundles ( 14 ) to which the matrix material has been applied, to form an impregnated fiber material ( 40 ) in the immediate vicinity in front of an adjustable shaping nozzle ( 44 ), d) shaping the impregnated fiber material ( 40 ) through the die ( 44 ) to an impregnated fiber bundle ( 46 ) with special cross-sectional geometry and d1) application of the impregnated fiber bundle ( 46 ) on a two- or three-dimensional support structure, which simulates the shape of the fiber composite component, for producing a preform, wherein the arrangement of the fiber material with respect to the fiber composite component to be produced flow and voltage optimized, wherein the cross-sectional geometry of the impregnated fiber bundle ( 46 ) by means of the adjustable die ( 44 ) during the application of the impregnated fiber bundle ( 46 ) and thereby adjusting thickening or flattening of the deposited structures which correspond locally to different reinforcement requirements of the fiber composite component, and e) curing the matrix-impregnated fiber bundle applied to the support structure (US Pat. 46 ) forming the fiber composite component.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Aufbringens breite und flache oder auch dicke und schmale Faserbündel eingestellt werden.A method according to claim 1, characterized in that wide and flat or even thick and narrow fiber bundles are adjusted during the application.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Matrixmaterial zusätzlich Matrixfasern vorgesehen sind, die bevorzugt in Form von Hybridgarnen aus Verstärkungsfasern und Matrixfasern eingesetzt werden, wobei Matrixfasern aus vernetzbaren Kunststofffasern verwendet werden.A method according to claim 1 or 2, characterized in that matrix fibers are additionally provided as matrix material, which are preferably used in the form of hybrid yarns of reinforcing fibers and matrix fibers, wherein matrix fibers are used from crosslinkable plastic fibers.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten thermisch und/oder photoinitiiert und/oder durch Ultraschalleinkopplung, oder durch Kalthärtung erfolgt und erst nach der Ausbildung der gesamten Preform integral oder unmittelbar nach der Faserablage differentiell erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the curing takes place thermally and / or photoinitiated and / or by ultrasound coupling, or by cold hardening and takes place only after the formation of the entire preform differentially or immediately after the fiber deposition.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Härtung durch Erhitzung durchgeführt wird, wobei die Matrixfasern und/oder das Harz vor dem Aushärten unterhalb der Aushärtetemperatur des Fasermaterials (40, 46) aufschmelzen und bei der Aushärtetemperatur thermisch vernetzen.A method according to claim 4, characterized in that the thermal curing is carried out by heating, wherein the matrix fibers and / or the resin before curing below the curing temperature of the fiber material ( 40 . 46 ) and thermally crosslink at the curing temperature.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Matrixmaterial Matrixharz oder Matrixfasern aus der Gruppe der vernetzbaren duroplastischen und/oder elastomeren Kunststoffe gewählt werden oder das Matrixharz aus der Gruppe der thermischen, kalthärtenden oder UV-härtenden Polyester, Polyurethane, Epoxide, Phenole oder Vinylester, insbesondere Vinylester-Polyurethan-Blends ausgewählt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that are selected as the matrix material matrix resin or matrix fibers from the group of crosslinkable thermosetting and / or elastomeric plastics or the matrix resin from the group of thermal, cold curing or UV-curing polyesters, polyurethanes, epoxies, phenols or vinyl esters, especially vinyl ester polyurethane blends.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zusammenführen von Verstärkungsfasern und Matrixmaterial das Matrix/Faserverhältnis lokal variiert wird, indem überschüssiges Matrixmaterial abgestreift wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when combining reinforcing fibers and matrix material, the matrix / fiber ratio is locally varied by stripping excess matrix material.

Vorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend: – eine Abwickelstation (12), welche eine Mehrzahl von Einzelfasern aus Verstärkungsfasern oder Faserbündeln (14) bereitstellt, – eine Aufbringstation (18) mit – einem Harzverteiler (24) zum Aufbringen eines Matrixmaterials auf die einzelnen Verstärkungsfasern oder Faserbündeln (14), wobei der Harzverteiler (24) mit einer Mischvorrichtung (28) zum Mischen von zumindest zwei Komponenten des Matrixmaterials verbunden ist, – einem sich an den Harzverteiler (24) anschließenden verjüngenden Bereich (20, 36) zum Zusammenführen der imprägnierten Verstärkungsfasern oder Faserbündeln (14), – einer sich an den verjüngenden Bereich (20, 36) anschließenden Bündelungs- und Faserformungseinrichtung (38), in der Einzelfasern aus Verstärkungsfasern oder Faserbündeln (14) bereitstellt, (40) zusammengefasst werden und die eine formverstellbare Formdüse (44) aufweist, deren Geometrie während des Aufbringens zur Variation des Querschnitts des imprägnierten Faserbündels (46) verstellbar ausgestaltet ist, und – zumindest eine Konfektionierstation zum Aufbringen des imprägnierten und geformten Fasermaterials (46) durch Weben, Sticken, Flechten oder Nähen auf eine die Form des Faserverbundbauteils nachbildende Trägerstruktur zum Herstellen einer Preform, – und zumindest eine Aushärtestation zum Aushärten des auf die Trägerstruktur aufgebrachten Faserverbundmaterials aufweist. Device for producing a fiber composite component, in particular for a motor vehicle, comprising: - an unwinding station ( 12 ) comprising a plurality of individual fibers of reinforcing fibers or fiber bundles ( 14 ), - an application station ( 18 ) with a resin distributor ( 24 ) for applying a matrix material to the individual reinforcing fibers or fiber bundles (US Pat. 14 ), wherein the resin distributor ( 24 ) with a mixing device ( 28 ) is connected for mixing at least two components of the matrix material, - one to the resin distributor ( 24 ) subsequent tapered area ( 20 . 36 ) for combining the impregnated reinforcing fibers or fiber bundles ( 14 ), - one to the rejuvenating area ( 20 . 36 ) subsequent bundling and fiber-forming device ( 38 ), in which individual fibers of reinforcing fibers or fiber bundles ( 14 ), ( 40 ) and the one form-adjustable shaping nozzle ( 44 ) whose geometry during application for varying the cross section of the impregnated fiber bundle ( 46 ) is configured adjustable, and - at least one confectioning station for applying the impregnated and shaped fiber material ( 46 ) by weaving, embroidering, braiding or stitching onto a carrier structure simulating the shape of the fiber composite component for producing a preform, and - and at least one curing station for curing the fiber composite material applied to the carrier structure.