DE102016110143A1

DE102016110143A1 - Core structure for a fiber composite layer component, fiber composite layer component and method for producing a fiber composite layer component

Info

Publication number: DE102016110143A1
Application number: DE102016110143.5A
Authority: DE
Inventors: Clemens Schmidt-Eisenlohr
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2017-12-07

Abstract

Kernstruktur (100) für ein Faserverbund-Schichtbauteil, das Faserverbund-Schichtbauteil aufweisend wenigstens eine Kernstruktur (100) und wenigstens eine Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht, die Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht aufweisend Verstärkungsfasern und eine Kunststoffmatrix, wobei die Kernstruktur (100) in einem generativen Fertigungsverfahren, insbesondere in einem 3D-Druck-Verfahren, hergestellt ist, außenseitig eine matrixmaterialdichte Oberfläche (104) aufweist, innenseitig eine Stützstruktur mit Wandabschnitten und Hohlraumabschnitten aufweist und in einem durchgehenden Herstellungsprozess einstückig hergestellt ist, Faserverbund-Schichtbauteil mit wenigstens einer derartigen Kernstruktur (100) und wenigstens einer Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht mit Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix, und Verfahren zum Herstellen eines derartigen Faserverbund-Schichtbauteils, wobei zunächst eine derartige Kernstruktur (100) in einem generativen Fertigungsverfahren, insbesondere in einem 3D-Druck-Verfahren, und nachfolgend an der Kernstruktur (100) die Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht hergestellt wird.A core structure (100) for a fiber composite laminar structure, the composite fiber laminate structure comprising at least one core structure (100) and at least one fiber-plastic composite layer, the fiber-plastic composite layer comprising reinforcing fibers and a plastic matrix, wherein the core structure ( 100) is produced in a generative manufacturing process, in particular in a 3D printing process, has a matrix material-tight surface (104) on the inside, a support structure with wall sections and cavity sections and is manufactured in one piece in a continuous manufacturing process, fiber composite layer component with at least such a core structure (100) and at least one fiber-plastic composite layer with reinforcing fibers and a plastic matrix, and method for producing such a fiber composite layer component, wherein initially such a core structure (100) in a generative manufacturing process, esp in particular in a 3D printing process, and subsequently to the core structure (100) the fiber-plastic composite layer is produced.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kernstruktur für ein Faserverbund-Schichtbauteil. Außerdem betrifft die Erfindung ein Faserverbund-Schichtbauteil. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Faserverbund-Schichtbauteils.The invention relates to a core structure for a fiber composite layer component. Moreover, the invention relates to a fiber composite layer component. Moreover, the invention relates to a method for producing such a fiber composite layer component.

Aus der DE 10 2012 016 309 A1 ist ein Verfahren bekannt zur Herstellung einer Kernschicht eines Leichtbauelementes, wobei die Kernschicht einen Tragabschnitt und einen Funktionsabschnitt aufweist, die gemeinsam in einem additiven oder generativen Fertigungsverfahren ausgebildet werden. Nach dem Ausbilden der Kernschicht wird an zumindest einer der Seiten der Kernschicht in einem weiteren Verfahrensschritt eine Deckschicht aufgebracht.From the DE 10 2012 016 309 A1 For example, a method is known for producing a core layer of a lightweight component, wherein the core layer has a support section and a functional section, which are formed together in an additive or additive manufacturing method. After the core layer has been formed, a cover layer is applied to at least one of the sides of the core layer in a further method step.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Kernstruktur baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Faserverbund-Schichtbauteil baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern.The object of the invention is to structurally and / or functionally improve an initially named core structure. In addition, the invention has the object, structurally and / or functionally to improve an initially-mentioned fiber composite layer component. In addition, the invention has for its object to improve a method mentioned above.

Die Aufgabe wird gelöst mit einer Kernstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved with a core structure having the features of claim 1.

Die Oberfläche der Kernstruktur kann derart matrixmaterialdicht sein, dass während einer Herstellung einer Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht an der Kernstruktur ein Eindringen von Matrixmaterial in die Kernstruktur verhindert ist. Insbesondere kann die Oberfläche eine vorbestimmte Mindesttemperaturfestigkeit und/oder eine vorbestimmte Mindestdruckfestigkeit aufweisen. Die Wandabschnitte und die Hohlraumabschnitte der Stützstruktur können makroskopisch sein. Die Wandabschnitte und die Hohlraumabschnitte der Stützstruktur können jeweils eine vorbestimmte geometrische Form aufweisen. Die Wandabschnitte und die Hohlraumabschnitte können sich jeweils zwischen zwei einander gegenüberliegenden Oberflächenabschnitten erstrecken. Die Kernstruktur kann ohne Unterbrechung in einem Herstellungsprozess hergestellt sein.The surface of the core structure may be matrix material-tight such that penetration of matrix material into the core structure is prevented during production of a fiber-plastic composite layer on the core structure. In particular, the surface may have a predetermined minimum temperature resistance and / or a predetermined minimum compressive strength. The wall sections and the cavity sections of the support structure may be macroscopic. The wall sections and the cavity sections of the support structure may each have a predetermined geometric shape. The wall sections and the cavity sections may each extend between two opposite surface sections. The core structure can be manufactured without interruption in a manufacturing process.

Die Kernstruktur kann wenigstens einen Hinterschnittabschnitt aufweisen. Die Kernstruktur kann wenigstens eine Kavität aufweisen. Die Kernstruktur kann zur Anpassung an Lastverläufe des Faserverbund-Bauteils dreidimensional strukturiert sein. Die Kernstruktur kann strebenartige, stabartige oder balkenartige Abschnitte aufweisen. Die strebenartigen, stabartigen oder balkenartigen Abschnitte können sich jeweils senkrecht oder schräg zwischen zwei einander gegenüberliegenden Oberflächenabschnitten erstrecken. Die Kernstruktur kann wenigstens ein Insert aufweisen. Das wenigstens eine Insert kann aus einem Metall hergestellt sein. Die Kernstruktur kann wenigstens einen Kanal aufweisen. Der wenigstens eine Kanal kann nach außen durch die Oberfläche geöffnet sein. Der wenigstens eine Kanal kann eine matrixmaterialdichte Kanalwand aufweisen. Der wenigstens eine Kanal kann zur Aufnahme von Verstärkungsfasern dienen. Der wenigstens eine Kanal kann zur Aufnahme von Matrixmaterial dienen. Der wenigstens eine Kanal kann zur Anpassung an Lastverläufe des Faserverbund-Bauteils dreidimensional strukturiert sein. Der wenigstens eine Kanal kann zumindest annähernd gerade verlaufen. Der wenigstens eine Kanal kann einfach oder mehrfach gekrümmt verlaufen. Die Oberfläche kann strukturiert sein. Die Oberfläche kann strukturiert sein, um eine Verbindung mit einer Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht formschlüssig zu unterstützen. Die Oberfläche kann strukturiert sein, um eine Ablage von Verstärkungsfasern an der Kernstruktur zu unterstützen. Die Stützstruktur kann eine Wabenstruktur sein. Die Kernstruktur kann wechselnde Wandstärken, wechselnde Profilschnitte und/oder wechselnde Abschrägungen aufweisen. Die Kernstruktur kann dreidimensional fachwerkartig strukturiert sein. Die Kernstruktur kann aus einem Kunststoff, einem Kunstharz, Keramik und/oder Metall hergestellt sein.The core structure may have at least one undercut section. The core structure may have at least one cavity. The core structure can be structured three-dimensionally to adapt to load profiles of the fiber composite component. The core structure may include strut-like, rod-like or bar-like sections. The strut-like, rod-like or beam-like sections may each extend perpendicularly or obliquely between two opposite surface sections. The core structure may have at least one insert. The at least one insert may be made of a metal. The core structure may have at least one channel. The at least one channel may be open to the outside through the surface. The at least one channel may have a matrix material-tight channel wall. The at least one channel can serve to receive reinforcing fibers. The at least one channel can serve to receive matrix material. The at least one channel can be structured in three dimensions for adaptation to load profiles of the fiber composite component. The at least one channel can run at least approximately straight. The at least one channel may be curved once or several times. The surface can be structured. The surface may be patterned to positively support a bond with a fiber-plastic composite layer. The surface may be patterned to assist deposition of reinforcing fibers to the core structure. The support structure may be a honeycomb structure. The core structure may have varying wall thicknesses, changing profile sections and / or changing chamfers. The core structure can be structured three-dimensionally like a truss. The core structure may be made of a plastic, a synthetic resin, ceramic and / or metal.

Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Faserverbund-Schichtbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 10.In addition, the object underlying the invention is achieved with a fiber composite layer component having the features of claim 10.

Die Verstärkungsfasern können organische Fasern, wie Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, Plexiglas-Fasern, und/oder anorganische Fasern, wie Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, sein. Die Verstärkungsfasern können Filamente aufweisen. Die Filamente können zu Rovings zusammengefasst sein.The reinforcing fibers may be organic fibers such as aramid fibers, carbon fibers, polyester fibers, nylon fibers, polyethylene fibers, plexiglass fibers, and / or inorganic fibers such as basalt fibers, boron fibers, glass fibers, ceramic fibers, silica fibers. The reinforcing fibers may comprise filaments. The filaments can be combined into rovings.

Die Verstärkungsfasern können in die Kunststoffmatrix eingebettet sein. Die Kunststoffmatrix kann ein thermoplastisches Matrixmaterial aufweisen. Die Kunststoffmatrix kann Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethen (PTFE) aufweisen. Die Kunststoffmatrix kann ein duroplastisches Matrixmaterial aufweisen. Die Kunststoffmatrix kann Epoxidharz (EP), ungesättigtes Polyesterharz (UP), Vinylesterharz (VE), Phenol-Formaldehydharz (PF), Diallylphthalatharz (DAP), Methacrylatharz (MMA), Polyurethan (PUR) und/oder Aminoharze, wie Melaminharz (MF/MP) oder Harnstoffharz (UF), aufweisen. Die Kunststoffmatrix kann Benzoxaine aufweisen.The reinforcing fibers may be embedded in the plastic matrix. The plastic matrix may comprise a thermoplastic matrix material. The plastic matrix may include polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polysulfone (PSU), polyetherimide (PEI) and / or polytetrafluoroethene (PTFE). The plastic matrix may comprise a duroplastic matrix material. The plastic matrix may include epoxy resin (EP), unsaturated polyester resin (UP), vinyl ester resin (VE), phenol-formaldehyde resin (PF), diallyl phthalate resin (DAP), methacrylate resin (MMA), polyurethane (PUR) and / or amino resins such as melamine resin (MF / MP) or urea resin (UF). The plastic matrix may have benzoxazines.

Das Faserverbund-Schichtbauteil kann wenigstens eine integrierte elektrische Leitung aufweisen. Die wenigstens eine Leitung kann in dem wenigstens einen Kanal oder in einem Hohlraumabschnitt der Kernstruktur angeordnet sein. Das Faserverbund-Schichtbauteil kann wenigstens einen integrierten Sensor aufweisen. Der wenigstens eine Sensor kann in dem wenigstens einen Kanal der Kernstruktur angeordnet sein. Das Faserverbund-Schichtbauteil kann ein Fahrzeugbauteil sein. Das Faserverbund-Schichtbauteil kann ein Bauteil eines Landfahrzeugs, eines Kraftfahrzeugs, eines Luftfahrzeugs, eines Wasserfahrzeugs oder eines Raumfahrzeugs sein.The fiber composite layer component may have at least one integrated electrical line. The at least one line may be in the at least one channel or in a Cavity portion of the core structure may be arranged. The fiber composite layer component may have at least one integrated sensor. The at least one sensor may be arranged in the at least one channel of the core structure. The fiber composite layer component may be a vehicle component. The fiber composite layer component may be a component of a land vehicle, a motor vehicle, an aircraft, a watercraft or a spacecraft.

Die Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht kann abschnittsweise eine Außenschicht und abschnittsweise eine innere Schicht des Faserverbund-Schichtbauteils bilden. Als innere Schicht kann die Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht in einem Kanal der Kernstruktur angeordnet sein.The fiber-plastic composite layer may partially form an outer layer and sections an inner layer of the fiber composite layer component. As an inner layer, the fiber-plastic composite layer can be arranged in a channel of the core structure.

Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12.In addition, the object underlying the invention is achieved with a method having the features of claim 12.

Die generative Fertigung der Kernstruktur kann basierend auf einem rechnerinternen Datenmodell erfolgen. Die generative Fertigung der Kernstruktur kann computergesteuert erfolgen. Die generative Fertigung der Kernstruktur kann aus einem oder mehreren formlosen oder formneutralen Materialien erfolgen. Die generative Fertigung der Kernstruktur kann aus einer Flüssigkeit, einem Pulver oder einem festen Material erfolgen. Die generative Fertigung der Kernstruktur kann mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse erfolgen. Die generative Fertigung der Kernstruktur kann in einem Härtung- und/oder Schmelzverfahren erfolgen. Die generative Fertigung der Kernstruktur kann in einem Pulverbettverfahren, wie selektives Laserschmelzen (SLM), selektives Lasersintern (SLS), Selective Heat Sintering (SHS), Binder Jetting (Verfestigen von Pulvermaterial mittels Binder) oder Elektronenstrahlschmelzen (Electron Beam Melting = EBM), erfolgen. Die generative Fertigung der Kernstruktur kann in einem Freiraumverfahren, wie Fused Deposition Modeling (FDM oder auch Fused Filament Fabrication (FFF)), Auftragsschweißen bzw. Cladding, Wax Deposition Modeling (WDM), Contour Crafting, Metall-Pulver-Auftragsverfahren (MPA), Kaltgasspritzen oder Elektronenstrahlschmelzen (Electron Beam Welding = EBW), erfolgen. Die generative Fertigung der Kernstruktur kann in einem Flüssigmaterialverfahren, wie Stereolithografie (SLA), Mikro-SLA, Verfahren, welches Digital Light Processing (DLP) zur Belichtung nutzt, oder Liquid Composite Moulding (LCM), erfolgen. Die generative Fertigung der Kernstruktur kann in einem anderen Schichtbauverfahren, wie Laminated Object Modelling (LOM), 3D-Siebdruck von Metallen oder Lichtgesteuertes Elektrophoretisches Abscheiden, erfolgen.The generative production of the core structure can be based on a computer-internal data model. The generative production of the core structure can be computer-controlled. The generative production of the core structure can be made of one or more informal or shape-neutral materials. The generative production of the core structure can be made of a liquid, a powder or a solid material. The generative production of the core structure can take place by means of chemical and / or physical processes. The generative production of the core structure can take place in a hardening and / or melting process. The additive fabrication of the core structure can be carried out in a powder bed process, such as selective laser melting (SLM), selective laser sintering (SLS), selective heat sintering (SHS), binder jetting (solidification of powder material by means of binder) or electron beam melting (EBM) , Generative fabrication of the core structure may be accomplished in a free space process such as Fused Deposition Modeling (FDM), Cladding, Wax Deposition Modeling (WDM), Contour Crafting, Metal Powder Application (MPA), Cold gas spraying or electron beam melting (EBW). Generative fabrication of the core structure may be accomplished in a liquid material process such as stereolithography (SLA), micro-SLA, processes utilizing digital light processing (DLP) for exposure, or liquid composite molding (LCM). The generative fabrication of the core structure can be done in a different layer construction process, such as Laminated Object Modeling (LOM), 3D screen printing of metals or light-controlled electrophoretic deposition.

Die Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht kann in einem Laminierverfahren hergestellt werden. Die Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht kann in einem Harzinjektionsverfahren hergestellt werden. Die Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht kann in einem Vakuum-Infusionsverfahren hergestellt werden. Die Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht kann in einem Spritzpressverfahren, auch Resin Transfer Moulding (RTM), hergestellt werden. Die Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht kann in einem Autoklavverfahren, in einem Pressverfahren, in einem Spritzverfahren oder in einem Wickelverfahren hergestellt werden. Die Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht kann in einem offenen Formwerkzeug hergestellt werden. Die Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht kann in einem geschlossenen Formwerkzeug hergestellt werden.The fiber-plastic composite layer can be produced in a lamination process. The fiber-plastic composite layer can be produced in a resin injection process. The fiber-plastic composite layer can be produced in a vacuum infusion process. The fiber-plastic composite layer can be produced in a transfer molding process, also known as resin transfer molding (RTM). The fiber-plastic composite layer can be produced in an autoclave process, in a compression process, in a spray process or in a winding process. The fiber-plastic composite layer can be made in an open mold. The fiber-plastic composite layer can be produced in a closed mold.

Die Verstärkungsfasern können als Einzelfasern verarbeitet werden. Die Verstärkungsfasern können als Faserbündel verarbeitet werden. Die Verstärkungsfasern können als Faserhalbzeug verarbeitet werden. Das Faserhalbzeug kann textile Eigenschaften aufweisen. Das Faserhalbzeug kann flächig sein. Das Faserhalbzeug kann biegeschlaff sein. Das Faserhalbzeug kann biegesteif sein. Das Faserhalbzeug kann konfektioniert sein. Das Faserhalbzeug kann zugeschnitten sein. Das Faserhalbzeug kann gewebt, gewirkt, gestrickt, geflochten, nähgewirkt oder tapeförmig sein. Das Faserhalbzeug kann ein trockenes Faserhalbzeug sein. Das Faserhalbzeug kann ein vorimprägniertes Faserhalbzeug sein.The reinforcing fibers can be processed as individual fibers. The reinforcing fibers can be processed as fiber bundles. The reinforcing fibers can be processed as semi-finished fiber. The semi-finished fiber may have textile properties. The semi-finished fiber can be flat. The semi-finished fiber can be limp. The semi-finished fiber can be rigid. The semi-finished fiber can be made up. The semi-finished fiber can be tailored. The semi-finished fiber may be woven, knitted, knitted, braided, stitched or tapewise. The semi-finished fiber may be a dry semi-finished fiber. The semifinished fiber product may be a preimpregnated semifinished fiber product.

Zum Herstellen der Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht können zunächst trockene Fasern an der Kernstruktur angeordnet werden. Durch den wenigstens einen Kanal der Kernstruktur kann ein Faserbündel geführt werden. Unter der Kernstruktur kann wenigstens ein flächiges Faserhalbzeug durchgeführt werden. Die Kernstruktur kann auf wenigstens einem flächigen Faserhalbzeug angeordnet werden. Wenigstens ein flächiges Faserhalbzeug kann an der Kernstruktur drapiert werden. Das wenigstens eine Faserbündel kann zwischen flächigen Faserhalbzeuglagen angeordnet werden. Nachfolgend können die trockenen Fasern mit einem Matrixmaterial infiltriert werden.To produce the fiber-plastic composite layer, first dry fibers can be arranged on the core structure. Through the at least one channel of the core structure, a fiber bundle can be guided. At least one flat semi-finished fiber product can be carried out under the core structure. The core structure can be arranged on at least one flat semi-finished fiber product. At least one flat semi-finished fiber product can be draped on the core structure. The at least one fiber bundle can be arranged between flat semi-finished fiber layers. Subsequently, the dry fibers can be infiltrated with a matrix material.

Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem ein optimiertes Kernmaterial für CFK-Bauteile mit Verstärkungsstrukturen. Das Kernmaterial kann auch als Kernstruktur bezeichnet werden. Die Kernstruktur kann in 3D-Drucktechnik hergestellt werden. Die Kernstruktur kann als Sandwichkern druckoptimiert aufgebaut sein. Die Kernstruktur kann eine geschlossene dichte Oberfläche besitzen. Der Sandwichkern und die Oberfläche können in einem integralen Bauteil vereinigt sein. Das Kernmaterial kann in einem Herstellungsschritt hergestellt werden. Das Kernmaterial kann als einzelnes Bauteil hergestellt werden. Die Kernstruktur kann angepasste Geometrien für einen verbesserten Lastverlauf aufweisen. Die Kernstruktur kann 3D-verformte (organische) Strukturen aufweisen. Die Kernstruktur kann integrierte Aussparungen und Inserts aufweisen. Die Kernstruktur kann Kanäle zur Funktionsintegration aufweisen. Die Kernstruktur kann Kanäle für einen Harzfluss beim Infiltrieren aufweisen. Das Kernmaterial kann Kanäle zur Durchführung von Faserbündeln aufweisen. Das Kernmaterial kann eine Vielzahl von Profilgeometrien (dünnwandig, hinterschnittig, wechselnde Profilschnitte, Abschrägungen, ...) mit gleichem 3D-Material und gleicher Herstellungsart aufweisen. Das Kernmaterial kann optimierte und/oder wechselnde Radien aufweisen. Das Kernmaterial kann Oberflächenstrukturen, beispielsweise geriffelt, aufweisen. Das Kernmaterial kann nicht nur Linienelemente sondern ganze Fachwerke bzw. Strukturen in einem Element aufweisen. Das Kernmaterial kann eine sehr dünne aber absolut dichte Oberfläche, jedoch im Inneren einen last- und gewichtsoptimierten Aufbau (z. B. Wabenstruktur) aufweisen. Das Kernmaterial kann in einem Herstellungsschritt gefertigt sein. Das Kernmaterial kann materialsparend hergestellt werden. Es können unterschiedliche Kernmaterialien verwendet werden, um eine Korrosionsbeständigkeit, eine Druckbeständigkeit und/oder eine Leitfähigkeit zu verbessern.In summary, in other words, the invention provides, among other things, an optimized core material for CFRP components with reinforcing structures. The core material may also be referred to as a core structure. The core structure can be produced in 3D printing technology. The core structure can be designed as a sandwich core pressure optimized. The core structure may have a closed dense surface. The sandwich core and the surface may be united in an integral component. The core material can be produced in one manufacturing step. The core material can as a single component getting produced. The core structure may have customized geometries for improved load history. The core structure may have 3D-deformed (organic) structures. The core structure may have integrated recesses and inserts. The core structure may have functional integration channels. The core structure may have channels for resin flow upon infiltration. The core material may include channels for passing fiber bundles. The core material can have a variety of profile geometries (thin-walled, undercut, alternating profile cuts, bevels, ...) with the same 3D material and the same production. The core material may have optimized and / or alternating radii. The core material may have surface structures, for example corrugated. The core material can have not only line elements but entire frameworks or structures in one element. The core material can have a very thin but absolutely dense surface, but inside a load- and weight-optimized structure (eg honeycomb structure). The core material may be manufactured in one manufacturing step. The core material can be produced to save material. Different core materials may be used to improve corrosion resistance, pressure resistance and / or conductivity.

Mit der Erfindung wird eine erhöhte geometrische Variabilität ermöglicht. Ein Aufwand, wie Zeitaufwand und/oder Kostenaufwand, wird reduziert. Eine Funktionsintegration wird ermöglicht. Eine Kraftführung und/oder Krafteinleitung wird verbessert.The invention enables increased geometric variability. An effort, such as time and / or cost, is reduced. Function integration is possible. A force guide and / or force is improved.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to figures. From this description, further features and advantages. Concrete features of these embodiments may represent general features of the invention. Features associated with other features of these embodiments may also constitute individual features of the invention.

Es zeigen schematisch und beispielhaft:They show schematically and by way of example:

1 eine Kernstruktur mit Ω-artigem Querschnitt für ein Bauteil in Faserverbund-Schichtbauweise, 1 a core structure with Ω-like cross section for a component in fiber composite layer construction,

2 eine Kernstruktur mit Ω-artigem Querschnitt und endseitigem geschwungenem Kanal für ein Bauteil in Faserverbund-Schichtbauweise, 2 a core structure with Ω-like cross section and end-side curved channel for a component in fiber composite layer construction,

3 einen geschwungenen Kanal einer Kernstruktur für ein Faserverbund-Schichtbauteil in Schnittansicht, 3 a curved channel of a core structure for a fiber composite layer component in a sectional view,

4 eine Herstellung einer Kernstruktur für ein Faserverbund-Schichtbauteil in einem 3D-Druck-Verfahren und 4 a production of a core structure for a fiber composite layer component in a 3D printing process and

5 eine fachwerkartige Kernstruktur mit Stingerabschnitten, Spantenabschnitten, Rampenabschnitten und Durchführungen für ein Faserverbund-Schichtbauteil. 5 a truss-like core structure with Stinger sections, frame sections, ramp sections and bushings for a fiber composite layer component.

1 zeigt eine Kernstruktur 100 mit Ω-artigem Querschnitt für ein Bauteil in Faserverbund-Schichtbauweise, insbesondere für einen Stringer mit Ω-artigem Querschnitt eines Luftfahrzeugs. 1 shows a core structure 100 with Ω-like cross section for a component in fiber composite layer construction, in particular for a Stringer with Ω-like cross-section of an aircraft.

Die Kernstruktur 100 bildet mit einem ersten Abschnitt 102 einen länglichen Teil des Bauteils und weist eine geschlossene, flüssigkeitsundurchlässige Oberfläche 104 auf. Die Kernstruktur 100 weist einen zweiten Abschnitt 106 zur Anbindung an einem anderen Bauteil und zu Lastübertragung auf das andere Bauteil auf. An dem zweiten Abschnitt 106 weist die Kernstruktur 100 beispielsweise Durchführungen, wie 108, zum Verbolzen/Verschrauben an dem anderen Bauteil auf.The core structure 100 forms with a first section 102 an elongated part of the component and has a closed, liquid-impermeable surface 104 on. The core structure 100 has a second section 106 for connection to another component and for load transfer to the other component. At the second section 106 has the core structure 100 for example, bushings, such as 108 , for bolting / screwing on the other component.

An dem zweiten Abschnitt 106 weist die Kernstruktur 100 beispielsweise erste Kanäle, wie 110, auf, die das Material der Kernstruktur 100 in geschwungener Form durchsetzen. Die ersten Kanäle 110 verlaufen vorliegend ausgehend von einem Bodenabschnitt der Kernstruktur 100 um eine Durchführung 108 herum und wieder zu dem Bodenabschnitt. Durch die ersten Kanäle 110 werden bei einer Herstellung des Bauteils einzelne Kohlefaserbündel gezogen und mit Harz infiltriert, um eine Lasteinleitung zu optimieren. 2 zeigt die Kernstruktur 100 mit endseitigem geschwungenem erstem Kanal 110. 3 zeigt den geschwungenen ersten Kanal 110 der Kernstruktur 100 in Schnittansicht.At the second section 106 has the core structure 100 For example, first channels, such as 110 , on, which is the material of the core structure 100 prevail in a curved shape. The first channels 110 in the present case proceed from a bottom section of the core structure 100 to an implementation 108 around and back to the bottom section. Through the first channels 110 During production of the component, individual carbon fiber bundles are drawn and infiltrated with resin in order to optimize a load introduction. 2 shows the core structure 100 with end curved first channel 110 , 3 shows the curved first channel 110 the core structure 100 in sectional view.

An dem ersten Abschnitt 102 weist die Kernstruktur 100 gerade zweite Kanäle, wie 112, auf, die für Fasern, Harz und/oder als Funktionskanäle zur Integration von Leitungen/Sensorik etc. dienen können. An dem ersten Abschnitt 102 weist die Kernstruktur 100 Aussparungen, wie 114, für Inlays, welche im Bauteil verbleiben und als Anbindung etc. dienen können, auf.At the first section 102 has the core structure 100 just second channels, like 112 , which can serve for fibers, resin and / or as function channels for the integration of lines / sensors, etc. At the first section 102 has the core structure 100 Recesses, like 114 , for inlays, which remain in the component and can serve as a connection, etc., on.

Die Oberfläche 104 der Kernstruktur 100 ist derart matrixmaterialdicht, dass während einer Herstellung einer Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht an der Kernstruktur 100 ein Eindringen von Matrixmaterial in die Kernstruktur 100 verhindert ist. Dazu weist die Oberfläche eine vorbestimmte Mindesttemperaturfestigkeit und eine vorbestimmte Mindestdruckfestigkeit auf.The surface 104 the core structure 100 is so matrix material-tight that during manufacture of a fiber-plastic composite layer on the core structure 100 penetration of matrix material into the core structure 100 is prevented. For this purpose, the surface has a predetermined minimum temperature resistance and a predetermined minimum compressive strength.

Die Kernstruktur 100 ist in einem 3D-Druck-Verfahren hergestellt. Die Kernstruktur 100 ist aus einem Kunststoff, einem Kunstharz, Keramik und/oder Metall hergestellt. Die Kernstruktur 100 ist ohne Unterbrechung in einem durchgehenden Herstellungsprozess einstückig hergestellt.The core structure 100 is made in a 3D printing process. The core structure 100 is out a plastic, a synthetic resin, ceramics and / or metal. The core structure 100 is made in one piece without interruption in a continuous manufacturing process.

Zum Herstellen eines Faserverbund-Schichtbauteils wird zunächst die Kernstruktur 100 hergestellt und nachfolgend wird an der Kernstruktur 100 eine Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht hergestellt, wobei zunächst trockene Fasern, insbesondere Kohlenstofffasern, an der Kernstruktur 100 angeordnet und nachfolgend die trockenen Fasern mit einem Matrixmaterial infiltriert werden.For producing a fiber composite layer component, first the core structure 100 produced and subsequently becomes at the core structure 100 made a fiber-plastic composite layer, wherein first dry fibers, in particular carbon fibers, to the core structure 100 and subsequently infiltrating the dry fibers with a matrix material.

Zum Herstellen eines Faserverbund-Schichtbauteils werden beispielsweise Kohlestofffaserbündel durch die ersten Kanäle 110 gezogen, eine untere flächige Kohlenstofffaserlage wird unter der Kernstruktur 100 durchgeführt, eine obere flächige Kohlenstofffaserlage wird auf der Kernstruktur 100 drapiert und die Kohlestofffaserbündel werden zwischen die untere Kohlenstofffaserlage und die obere Kohlenstofffaserlage gelegt, um eine optimierte Krafteinleitung zu erreichen.Carbon fiber bundles, for example, are produced through the first channels to produce a fiber composite layer component 110 pulled, a lower sheet carbon fiber layer is under the core structure 100 performed, an upper surface carbon fiber layer is on the core structure 100 drape and lay the carbon fiber bundles between the lower carbon fiber layer and the upper carbon fiber layer to achieve optimized force application.

4 zeigt eine Herstellung der Kernstruktur 100 in einem 3D-Druck-Verfahren von links oben nach rechts unten in aufeinanderfolgenden Herstellungsphasen. Die Kernstruktur 100 weist innenseitig eine optimierte Leichtbau-Wabenstruktur 116 mit Wandabschnitten und Hohlraumabschnitten auf. Ersichtlich sind die geraden zweiten Kanäle 112, die geschwungenen ersten Kanäle 110 und die geschlossene Oberfläche 104. 4 shows a production of the core structure 100 in a 3D printing process from top left to bottom right in successive stages of production. The core structure 100 has on the inside an optimized lightweight honeycomb structure 116 with wall sections and cavity sections. Visible are the straight second channels 112 , the curved first channels 110 and the closed surface 104 ,

5 zeigt eine fachwerkartige Kernstruktur 200 mit Stingerabschnitten, wie 202, Spantenabschnitten, wie 204, Rampenabschnitten, wie 206, und Kanäle, wie 208, 210, für ein Faserverbund-Schichtbauteil, insbesondere für einen Stringer mit Ω-artigem Querschnitt eines Luftfahrzeugs. 5 shows a truss-like core structure 200 with stinger sections, like 202 , Frame sections, such as 204 , Ramp sections, like 206 , and channels, like 208 . 210 , for a fiber composite layer component, in particular for a stringers with Ω-like cross-section of an aircraft.

Die Rampenabschnitte 206 sind gestuft ausgeführt und dienen zur Erhöhung des Bauteils. Die Kanäle 208, 210 dienen zur Anbindung an andere Bauteile. Die Kernstruktur 200 weist leicht dreidimensional gewölbte Oberflächen auf. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 bis 4 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.The ramp sections 206 are stepped and serve to increase the component. The channels 208 . 210 serve for connection to other components. The core structure 200 has slightly three-dimensional curved surfaces. Incidentally, in addition to particular 1 to 4 and the related description.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: Kernstrukturcore structure
102102: erster Abschnittfirst section
104104: Oberflächesurface
106106: zweiter Abschnittsecond part
108108: Durchführungexecution
110110: erster Kanalfirst channel
112112: zweiter Kanalsecond channel
114114: Aussparungrecess
116116: Stützstruktur, WabenstrukturSupport structure, honeycomb structure
200200: Kernstrukturcore structure
202202: StingerabschnittStingerabschnitt
204204: SpantenabschnittSpantenabschnitt
206206: Rampenabschnittramp section
208208: Kanalchannel
210210: Kanalchannel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012016309 A1 [0002] DE 102012016309 A1 [0002]

Claims

Kernstruktur (100, 200) für ein Faserverbund-Schichtbauteil, das Faserverbund-Schichtbauteil aufweisend wenigstens eine Kernstruktur (100, 200) und wenigstens eine Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht, die Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht aufweisend Verstärkungsfasern und eine Kunststoffmatrix, wobei die Kernstruktur (100, 200) – in einem generativen Fertigungsverfahren, insbesondere in einem 3D-Druck-Verfahren, hergestellt ist, – außenseitig eine matrixmaterialdichte Oberfläche (104) aufweist, – innenseitig eine Stützstruktur (116) mit Wandabschnitten und Hohlraumabschnitten aufweist, – in einem durchgehenden Herstellungsprozess einstückig hergestellt ist.Core structure ( 100 . 200 ) for a fiber composite layer component, the fiber composite layer component having at least one core structure ( 100 . 200 ) and at least one fiber-plastic composite layer, the fiber-plastic composite layer having reinforcing fibers and a plastic matrix, wherein the core structure ( 100 . 200 ) - is produced in a generative manufacturing process, in particular in a 3D printing process, - on the outside a matrixmaterialdichte surface ( 104 ), - inside a support structure ( 116 ) with wall sections and cavity sections, - is made in one piece in a continuous manufacturing process.

Kernstruktur (100, 200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernstruktur (100, 200) wenigstens einen Hinterschnittabschnitt und/oder wenigstens eine Kavität aufweist.Core structure ( 100 . 200 ) according to claim 1, characterized in that the core structure ( 100 . 200 ) has at least one undercut portion and / or at least one cavity.

Kernstruktur (100, 200) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernstruktur (100, 200) zur Anpassung an Lastverläufe des Faserverbund-Bauteils dreidimensional strukturiert ist.Core structure ( 100 . 200 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the core structure ( 100 . 200 ) is structured three-dimensionally to adapt to load profiles of the fiber composite component.

Kernstruktur (100, 200) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernstruktur (100, 200) wenigstens ein Insert aufweist.Core structure ( 100 . 200 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the core structure ( 100 . 200 ) has at least one insert.

Kernstruktur (100, 200) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernstruktur (100, 200) wenigstens einen Kanal (110, 112, 208, 210) aufweist.Core structure ( 100 . 200 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the core structure ( 100 . 200 ) at least one channel ( 110 . 112 . 208 . 210 ) having.

Kernstruktur (100, 200) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (104) strukturiert ist.Core structure ( 100 . 200 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the surface ( 104 ) is structured.

Kernstruktur (100, 200) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (116) eine Wabenstruktur ist.Core structure ( 100 . 200 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the support structure ( 116 ) is a honeycomb structure.

Kernstruktur (100, 200) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernstruktur (100, 200) wechselnde Wandstärken, wechselnde Profilschnitte und/oder wechselnde Abschrägungen aufweist,Core structure ( 100 . 200 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the core structure ( 100 . 200 ) changing wall thicknesses, changing profile sections and / or changing bevels,

Kernstruktur (100, 200) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernstruktur (100, 200) dreidimensional fachwerkartig strukturiert ist.Core structure ( 100 . 200 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the core structure ( 100 . 200 ) is structurally structured tridimensionally.

Faserverbund-Schichtbauteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbund-Schichtbauteil wenigstens eine Kernstruktur (100, 200) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens eine Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht mit Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix aufweist.Fiber composite layer component, characterized in that the fiber composite layer component at least one core structure ( 100 . 200 ) according to at least one of the preceding claims and comprising at least one fiber-plastic composite layer with reinforcing fibers and a plastic matrix.

Faserverbund-Schichtbauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht abschnittsweise eine Außenschicht und abschnittsweise eine innere Schicht des Faserverbund-Schichtbauteils bildet.Fiber composite layer component according to claim 10, characterized in that the fiber-plastic composite layer forms in sections an outer layer and in sections an inner layer of the fiber composite layer component.

Verfahren zum Herstellen eines Faserverbund-Schichtbauteils nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine Kernstruktur (100, 200) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem generativen Fertigungsverfahren, insbesondere in einem 3D-Druck-Verfahren, und nachfolgend an der Kernstruktur (100, 200) die Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht hergestellt wird.A method for producing a fiber composite layer component according to at least one of claims 10 to 11, characterized in that first a core structure ( 100 . 200 ) according to at least one of claims 1 to 9 in a generative manufacturing method, in particular in a 3D printing method, and subsequently to the core structure ( 100 . 200 ) the fiber-plastic composite layer is produced.

Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen der Faser-Kunststoff-Verbund-Schicht zunächst trockene Fasern an der Kernstruktur (100, 200) angeordnet werden und nachfolgend die trockenen Fasern mit einem Matrixmaterial infiltriert werden.A method according to claim 12, characterized in that for producing the fiber-plastic composite layer first dry fibers on the core structure ( 100 . 200 ) and subsequently infiltrating the dry fibers with a matrix material.