DE102018105246B4

DE102018105246B4 - Method for producing a reinforced fiber composite material, fiber composite material and aircraft or spacecraft

Info

Publication number: DE102018105246B4
Application number: DE102018105246.4A
Authority: DE
Inventors: Tobias Forßbohm; Mark Opitz
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2024-02-15
Anticipated expiration: 2038-03-08
Also published as: DE102018105246A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs (1) mit Faseraugen (4) an einer Vielzahl von Positionen mit den Schritten- Ausbilden (15) einer Faserlage mit parallelen Fasern (2),- Infundieren (16) der Faserlage mit einem Harz,- Erzeugen der Faseraugen (4) durch- Einbringen (17) eines Verdrängungskörpers (3) in die Faserlage an jeder Position jedes Faserauges (4), sodass die Fasern (2) im Bereich des Verdrängungskörpers (3) aus ihrer parallelen Lage verdrängt und damit um den Verdrängungskörper (3) herum gekrümmt werden und- Aushärten (18) des Harzes, wobei die Faseraugen (4) mit einer Auslenkung der Fasern (2) aus dem parallelen Verlauf der Fasern (2) von maximal 250 µm erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet,- dass die Faserlage, in der die Faseraugen (4) erzeugt werden, mit einer weiteren Faserlage verbunden wird, in der keine Faseraugen (4) erzeugt werden, und- dass die Faseraugen (4) in einem Konzentrationsbereich (20a, 20b) des Faserverbundwerkstoffs (1) mit einer höheren Flächendichte erzeugt werden als außerhalb des Konzentrationsbereichs (20a, 20b), wobei der Konzentrationsbereich (20a, 20b) in einem Lasteinleitungsbereich (6) um eine Ausnehmung (5) gebildet wird, die nachträglich in den Faserverbundwerkstoff (1) eingebracht wird, um einen Körper (7) aufzunehmen, über den Lasten in den Faserverbundwerkstoff (1) eingeleitet werden.Method for producing a fiber composite material (1) with fiber eyes (4) at a variety of positions with the steps of - forming (15) a fiber layer with parallel fibers (2), - infusing (16) the fiber layer with a resin, - producing the fiber eyes (4) by introducing (17) a displacement body (3) into the fiber layer at every position of each fiber eye (4), so that the fibers (2) in the area of the displacement body (3) are displaced from their parallel position and thus around the displacement body ( 3) are curved around and - curing (18) of the resin, the fiber eyes (4) being produced with a deflection of the fibers (2) from the parallel course of the fibers (2) of a maximum of 250 µm, characterized in that - Fiber layer in which the fiber eyes (4) are produced is connected to a further fiber layer in which no fiber eyes (4) are produced, and - that the fiber eyes (4) in a concentration range (20a, 20b) of the fiber composite material (1) are produced with a higher surface density than outside the concentration area (20a, 20b), the concentration area (20a, 20b) being formed in a load introduction area (6) around a recess (5) which is subsequently introduced into the fiber composite material (1), to accommodate a body (7) through which loads are introduced into the fiber composite material (1).

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs mit Faseraugen an einer Vielzahl von Positionen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft außerdem einen Faserverbundwerkstoff mit Faseraugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11 und ein Luft- oder Raumfahrzeug mit einem Faserverbundformteil aus einem solchen Faserverbundwerkstoff.The invention relates to a method for producing a fiber composite material with fiber eyes at a variety of positions according to the preamble of patent claim 1. It also relates to a fiber composite material with fiber eyes according to the preamble of patent claim 11 and an aircraft or spacecraft with a fiber composite molded part made of such a fiber composite material.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

GB 2269829 A offenbart einen Faserverbundwerkstoff, der in regelmäßigen Abständen durchgehende Ausnehmungen aufweist, um als schalldämpfender Werkstoff beispielsweise in Flugzeugen eingesetzt zu werden. Die durchgehenden Ausnehmungen werden erzeugt, indem zunächst Faserlagen übereinander angeordnet werden. Durch die Faserlagen wird mit einem Faden hindurchgenäht. Anschließend wird die Faserlage mit einem Harz getränkt und der entstandene Faserverbundwerkstoff ausgehärtet. Anschließend wird der Faden entfernt, so dass bis dahin durch den Faden belegte Nähkanäle als offene Ausnehmungen in dem Faserverbundwerkstoff verbleiben. Der Faden wird entweder mechanisch entfernt oder aufgeschmolzen oder aufgelöst. GB 2269829 A discloses a fiber composite material that has continuous recesses at regular intervals in order to be used as a sound-absorbing material, for example in aircraft. The continuous recesses are created by first arranging fiber layers one above the other. A thread is sewn through the fiber layers. The fiber layer is then soaked with a resin and the resulting fiber composite material is cured. The thread is then removed, so that sewing channels occupied by the thread remain as open recesses in the fiber composite material. The thread is either removed mechanically or melted or dissolved.

Gemäß DE 37 15 409 A1 wird ein faserverstärktes Verbundmaterial mit durchgehenden Ausnehmungen für die Aufnahme von Nieten oder Bolzen versehen. Dazu wird eine Faserlage bereitgestellt und mit einem Harz infundiert, aber vor dem Aushärten des Harzes Dornen durch die Faserlage gestochen, die in ihren Positionen und Durchmessern den vorgesehenen Nieten oder Bolzen entsprechen. Beispielsweise werden verschiedenen Dornen mit Durchmessern zwischen 1,58 mm und 7,84 mm verwendet. Erst anschließend wird das Harz ausgehärtet und nach dem Aushärten der Dorn entfernt. Somit entsteht eine durchgehende Ausnehmung mit einem Durchmesser im Bereich einiger Millimeter, wobei die Fasern der Faserlage um die Durchgangsausnehmung herum laufen. Aus 3 der DE 37 15 409 A1 wird deutlich, dass die Zugfestigkeit des Faserverbundmaterials durch solche Ausnehmungen deutlich herabgesetzt wird. Bereits bei einer Ausnehmung mit einem Durchmesser von 2 mm beträgt die Zugfestigkeit nur noch etwa 82 % der Zugfestigkeit des Fasermaterials ohne Durchgangsausnehmung. Bei einem üblichen Schraubendurchmesser von 5 mm sind es nur noch etwa 64 %.According to DE 37 15 409 A1 A fiber-reinforced composite material is provided with continuous recesses for receiving rivets or bolts. For this purpose, a fiber layer is provided and infused with a resin, but before the resin has hardened, thorns are pierced through the fiber layer, the positions and diameters of which correspond to the intended rivets or bolts. For example, various mandrels with diameters between 1.58 mm and 7.84 mm are used. Only then is the resin hardened and the mandrel removed after hardening. This creates a continuous recess with a diameter in the range of a few millimeters, with the fibers of the fiber layer running around the through-recess. Out of 3 the DE 37 15 409 A1 It becomes clear that the tensile strength of the fiber composite material is significantly reduced by such recesses. Even with a recess with a diameter of 2 mm, the tensile strength is only about 82% of the tensile strength of the fiber material without a through recess. With a usual screw diameter of 5 mm, this is only around 64%.

Weitere Verfahren, bei denen mittels eines Verdrängungskörpers eine durchgehende Ausnehmung zur Aufnahme von Nieten, Schrauben, Bolzen etc. in einem Faserverbundwerkstoff erzeugt wird, indem der Verdrängungskörper senkrecht zwischen Fasern gebracht wird, die mit einem noch nicht ausgehärteten Harz getränkt sind, und der Verdrängungskörper erst nach einem Aushärten des Harzes entfernt wird, sind auch bekannt aus DE 10 2013 109 995 A1 , DE 10 2013 201 963 A1 und EP 0 089 755 A2 . Angestrebte Durchmesser für die so erzeugten Ausnehmungen sind in den genannten Druckschriften nicht genannt. Es ist aber davon auszugehen, dass die Ausnehmungen jeweils Durchmesser im Bereich mehrerer Millimeter haben, wie sie gebräuchlichen Schrauben, Nieten oder Bolzen etc. entsprechen.Further methods in which a continuous recess for receiving rivets, screws, bolts, etc. is created in a fiber composite material by means of a displacement body by bringing the displacement body vertically between fibers that are impregnated with a resin that has not yet hardened, and the displacement body first is removed after the resin has hardened, are also known DE 10 2013 109 995 A1 , DE 10 2013 201 963 A1 and EP 0 089 755 A2 . Desired diameters for the recesses created in this way are not mentioned in the publications mentioned. However, it can be assumed that the recesses each have a diameter in the range of several millimeters, as they correspond to common screws, rivets or bolts, etc.

US 2003/0017053 A1 offenbart ein Einbringen von Verstärkungselementen in einen mehrlagigen Faserverbundwerkstoff vor einem Aushärten, so dass die Verstärkungselemente die Fasern des Faserverbundwerkstoffs verdrängen, wobei das Einbringen der Verstärkungselemente unter einem beliebigen Winkel zu den Fasern erfolgen kann. Diese Verstärkungselemente gehen durch den Faserverbundwerkstoff hindurch, so dass sie sich von seiner Oberseite zu seiner Unterseite erstrecken, und verbleiben nach dem Aushärten des Harzes in dem Faserverbundwerkstoff. Auf diese Weise verhindern sie ein Delaminieren verschiedener Schichten des Faserverbundwerkstoffs. In einem Beispiel beträgt ein Durchmesser der Verstärkungselemente in Form von Bündeln von Kohlenstofffasern 0,5 mm (0,020 Zoll). US 2003/0017053 A1 discloses an introduction of reinforcing elements into a multi-layer fiber composite material before curing, so that the reinforcing elements displace the fibers of the fiber composite material, the reinforcing elements being able to be introduced at any angle to the fibers. These reinforcing elements pass through the fiber composite material so that they extend from its top to its bottom and remain in the fiber composite material after the resin has hardened. In this way, they prevent different layers of the fiber composite material from delaminating. In one example, a diameter of the reinforcing elements in the form of bundles of carbon fibers is 0.5 mm (0.020 inches).

EP 2 302 166 A2 offenbart ebenfalls Elemente, die vor einem Aushärten in einen Faserverbundwerkstoff eingebracht werden und nach dem Aushärten in dem Faserverbundwerkstoff verbleiben. Hierbei handelt es sich um Verankerungselemente für Hüllenelemente mit denen der Faserverbundwerkstoff umschlossen wird. In der Art eines „Nagelbetts“ sind die Hüllenelemente an ihren Innenseiten mit den Verankerungselementen besetzt. Die Verankerungselemente sind spitz, mit Durchmessern von etwa 1 mm an ihrer Basis. Sie durchdringen so den Faserverbundwerkstoff. EP 2 302 166 A2 offenbart, dass der Schaden, der durch das Eindringen der Verankerungselemente in den Faserverbundwerkstoff entsteht, minimal gehalten wird, so dass davon ausgegangen werden kann, dass die spitzen Verankerungselemente die Fasern teilweise durchdringen und spalten. Die Verankerungselemente sollen gleichzeitig den Faserverbundwerkstoff innerhalb des Hüllenelements gegen Delaminieren verstärken. EP 2 302 166 A2 also discloses elements that are introduced into a fiber composite material before curing and remain in the fiber composite material after curing. These are anchoring elements for shell elements with which the fiber composite material is enclosed. In the manner of a “bed of nails”, the shell elements are covered with anchoring elements on their insides. The anchoring elements are pointed, with diameters of about 1 mm at their base. In this way they penetrate the fiber composite material. EP 2 302 166 A2 discloses that the damage caused by the penetration of the anchoring elements into the fiber composite material is kept to a minimum, so that it can be assumed that the pointed anchoring elements partially penetrate and split the fibers. The anchoring elements should at the same time reinforce the fiber composite material within the shell element against delamination.

US 2003/0017053 A1 und EP 2 302 166 A2 nutzen die Verstärkungselemente bzw. Verankerungselemente analog zu einer Technik, die als „Z pinning“ bekannt ist. Dabei wird ein Faserverbundwerkstoff mit einem Verstärkungselement, einem „Z pin“, verstärkt, indem das Verstärkungselement vor dem Aushärten senkrecht zu einer Faserebene (d. h. in z-Richtung) in den Faserverbundwerkstoff getrieben wird und nach dem Aushärten dort verbleibt. Der Faserverbundwerkstoff wird so gegen Delaminieren verstärkt. US 2003/0017053 A1 and EP 2 302 166 A2 use the reinforcing elements or anchoring elements analogous to a technique known as “Z pinning”. A fiber composite material is used with a reinforcing element, a “Z pin", reinforced by driving the reinforcing element perpendicular to a fiber plane (ie in the z direction) into the fiber composite material before curing and remaining there after curing. The fiber composite material is thus reinforced against delamination.

DE 39 31 451 A1 offenbart einen dimensionsstabilen Verbundkörper in Gestalt einer ebenen oder gekrümmten Platte, aus einer Anzahl übereinander geschichteter, miteinander verpreßter, thermoplastischer Kunststoffolien, die zumindest einseitig mit einer Siegelschicht beschichtet sind, deren Schmelzpunkt niedriger als der Schmelzpunkt jeder der Kunststoffolien ist und die mono- und/oder biaxial verstreckt sind. Zumindest einige der den Verbund bildenden Kunststoffolien weisen Perforationen aufweisen, und die perforierten Kunststoffolien sind derart übereinander geschichtet sind, dass ihre Perforationen sich decken bzw. zueinander versetzt sind. Die Kunststofffolien weisen keine Fasern auf. Der Verbundkörper kann durch Verpressen von einige Millimeter dicken perforierten Kunststoffplatten gebildet sein, wobei die einzelnen Kunststoffplatten aus mehreren, in perforierter Form verpreßten Laminaten bestehen. Die zu dem Verbundkörper verpressten, perforierten und/oder nicht perforierten Kunststoffplatten können Verstärkungsmaterialien in Form von Glas-, Textil-, Metall-, Aramid- und/oder Karbonfasern aufweisen, um deren mechanische Eigenschaften zu verbessern. Die Perforationen dienen einer Massereduktion sowie einem möglichen Abbremsen von auftreffenden Geschossen. Die Perforationen sind in dem Verbundmaterial versetzt angeordnet, sodass das Verbundmaterial als „Labyrinth-Platte“ wirkt, in der das Geschoss Zonen mit unterschiedlichen Widerständen durchdringen muss. Dadurch wird es zum einem aus seiner Bahn abgelenkt und zum einen durch die unterschiedlichen Widerstände abgebremst, sodass es insgesamt stärker abgebremst wird als in einem homogenen Material. DE 39 31 451 A1 discloses a dimensionally stable composite body in the form of a flat or curved plate, made of a number of thermoplastic films stacked one on top of the other, pressed together, which are coated at least on one side with a sealing layer whose melting point is lower than the melting point of each of the plastic films and which are mono- and / or are biaxially stretched. At least some of the plastic films forming the composite have perforations, and the perforated plastic films are layered one on top of the other in such a way that their perforations coincide or are offset from one another. The plastic films have no fibers. The composite body can be formed by pressing perforated plastic panels a few millimeters thick, the individual plastic panels consisting of several laminates pressed in perforated form. The perforated and/or non-perforated plastic panels pressed into the composite body can have reinforcing materials in the form of glass, textile, metal, aramid and/or carbon fibers in order to improve their mechanical properties. The perforations serve to reduce mass and possibly slow down impacting projectiles. The perforations are staggered in the composite material so that the composite material acts as a “labyrinth plate” in which the bullet must penetrate zones with different resistances. As a result, on the one hand it is deflected from its path and on the other hand it is slowed down by the different resistances, so that overall it is slowed down more than in a homogeneous material.

Aus der EP 2 602 098 A1 ist ein Verfahren zum Reparieren einer Schadstelle eines Faserverbundbauteils bekannt. Dabei wird die Schadstelle entfernt und eine Schäftung im Bereich der entfernten Schadstelle hergestellt. Dann werden im Bereich der Schäftung Z-Stifte in das Faserverbundbauteil eingebracht. Dann wird ein Reparatur-Faserhalbzeug in die Schäftung derart eingebracht, dass das Reparatur-Faserhalbzeug um die Z-Stifte herum drapiert und die Faserbündel des Reparatur-Faserhalbzeugs durch die Z-Stifte nicht beschädigt oder durchtrennt werden. Abschließend wird das Reparatur-Faserhalbzeug ausgehärtet. Die Z-Stifte weisen einen Durchmesser von 0,5 mm bis 1,5 mm auf.From the EP 2 602 098 A1 a method for repairing a damaged area of a fiber composite component is known. The damaged area is removed and a stocking is made in the area of the removed damaged area. Z pins are then inserted into the fiber composite component in the area of the shaft. Then a repair semi-finished fiber product is introduced into the shaft in such a way that the repair semi-finished fiber product is draped around the Z-pins and the fiber bundles of the repair semi-finished fiber product are not damaged or severed by the Z-pins. Finally, the repair semi-finished fiber product is cured. The Z pins have a diameter of 0.5 mm to 1.5 mm.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs sowie einen Faserverbundwerkstoff und ein Luft- oder Raumfahrzeug mit einem Faserverbundformteil aus einem solchen Faserverbundwerkstoff anzugeben, mittels derer der Faserverbundwerkstoff in einfacher Weise gegenüber Rissen und Belastungen verstärkt wird.The invention has for its object to provide a method for producing a fiber composite material as well as a fiber composite material and an aircraft or spacecraft with a fiber composite molded part made of such a fiber composite material, by means of which the fiber composite material is easily reinforced against cracks and loads.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.The object of the invention is achieved according to the invention with the features of the independent patent claims. Further preferred embodiments according to the invention can be found in the dependent patent claims.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs mit Faseraugen an einer Vielzahl von Positionen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

Eine Faserlage mit parallelen Fasern wird ausgebildet und mit einem Harz infundiert. Vor oder nach dem Infundieren der Faserlage mit dem Harz werden Faseraugen erzeugt, indem an jeder Position eines Faserauges ein Verdrängungskörper in die Faserlage eingebracht wird, so dass die Fasern im Bereich des Verdrängungskörpers aus ihrer parallelen Lage verdrängt und damit um den Verdrängungskörper herum gekrümmt werden. Die Fasern werden dabei nur im Bereich des Verdrängungskörpers aus ihrer parallelen Lage verdrängt, so dass sie in hinreichendem Abstand von dem Verdrängungskörper weiterhin parallel verlaufen. Erst nach dem Einbringen des Verdrängungskörpers wird das Harz ausgehärtet, sodass die Fasern in ihrer verdrängten Lage und damit die Faseraugen in dem Faserverbundwerkstoff „eingefroren“ werden.

The invention relates to a method for producing a fiber composite material with fiber eyes at a variety of positions. The procedure has the following steps:

A fiber layer with parallel fibers is formed and infused with a resin. Before or after infusing the fiber layer with the resin, fiber eyes are created by introducing a displacement body into the fiber layer at each position of a fiber eye, so that the fibers in the area of the displacement body are displaced from their parallel position and are therefore curved around the displacement body. The fibers are only displaced from their parallel position in the area of the displacement body, so that they continue to run parallel at a sufficient distance from the displacement body. Only after the displacement body has been introduced is the resin hardened, so that the fibers are “frozen” in their displaced position and thus the fiber eyes in the fiber composite material.

Die Faseraugen werden mit einer Auslenkung der Fasern aus dem parallelen Verlauf der Fasern von maximal 250 µm erzeugt. Die Auslenkung wird senkrecht zu dem unausgelenkten, d. h. parallelen Verlauf der betreffenden Faser gemessen. „Auslenkung“ bedeutet, dass die Fasern jedenfalls minimal aus dem parallelen Verlauf und ihrer Ausgangslage vor dem Einbringen des Verdrängungskörpers hinaus bewegt oder gestört werden. Eine „Auslenkung“ kann somit nicht null betragen, oder in anderen Worten: Die Auslenkung der Fasern ist größer als 0 µm. Beim Erzeugen der Faseraugen werden die Fasern also (schon allein bedingt durch das Einbringen des Verdrängungskörpers) mindestens ein wenig aus ihrem parallelen Verlauf und ihrer Ausgangslage vor dem Einbringen des Verdrängungskörpers hinausbewegt. Dort, wo die Fasern parallel verlaufen, ist daher kein Faserauge gebildet. Dies kann gleichzeitig zur Definition von Grenzen des Faserauges dienen: Das Faserauge erstreckt sich in alle Richtungen so weit, wie Fasern ausgelenkt sind, d. h. nicht parallel verlaufen. Insbesondere kann die Auslenkung aber mindestens einem Faserradius oder dem Doppelten des Faserradius (also einem Faserdurchmesser) entsprechen.The fiber eyes are created with a deflection of the fibers from the parallel course of the fibers of a maximum of 250 µm. The deflection is measured perpendicular to the undeflected, ie parallel, course of the fiber in question. “Deflection” means that the fibers are moved or disturbed at least minimally from the parallel course and their initial position before the displacement body is inserted. A “deflection” cannot therefore be zero, or in other words: the deflection of the fibers is greater than 0 µm. When creating the fiber eyes, the fibers become at least a little out of their parallel course (due to the insertion of the displacement body). initial position before inserting the displacement body. Where the fibers run parallel, no fiber eye is formed. This can also serve to define the boundaries of the fiber eye: The fiber eye extends in all directions as far as fibers are deflected, ie do not run parallel. In particular, the deflection can correspond to at least a fiber radius or twice the fiber radius (i.e. a fiber diameter).

Weil die Fasern durch das Einbringen des Verdrängungskörpers ausgelenkt werden, bedeutet das, dass der Verdrängungskörper einen Radius aufweisen kann, der maximal 250 µm beträgt und die maximale Auslenkung der Fasern dem Radius des Verdrängungskörpers entspricht oder gegebenenfalls geringfügig größer ist als der Radius des Verdrängungskörpers. Der parallele Verlauf der Fasern gibt dabei eine Nulllinie vor, die parallel zu den Fasern durch einen Mittelpunkt des Verdrängungskörpers verläuft. Eine Faser, die außerhalb des Faserauges entlang dieser Nulllinie verläuft, wird durch das Einbringen des Verdrängungskörpers um maximal 250 µm - in anderen Worten, etwa um den Radius des Verdrängungskörpers - ausgelenkt. Das heißt, sie verläuft außerhalb des Faserauges weiterhin entlang der Nulllinie, wird aber durch das Einbringen des Verdrängungskörpers von der Nulllinie abgelenkt und legt sich an den Verdrängungskörper an oder folgt mindestens seiner Kontur. Eine Faser, die außerhalb des Faserauges einen senkrechten Abstand zu der Nulllinie aufweist, wird ihrem senkrechten Abstand entsprechend weniger aus ihrem parallelen Verlauf ausgelenkt. Fasern mit einem nur kleinen senkrechten Abstand werden nur um weniges weniger ausgelenkt als die Fasern entlang der Nulllinie, das heißt, nur um weniges weniger als der Radius des Verdrängungskörpers. Fasern mit einem großen senkrechten Abstand werden wesentlich weniger ausgelenkt als die Fasern entlang der Nulllinie, bis schließlich weit außenliegende Fasern überhaupt nicht mehr ausgelenkt werden - und somit außerhalb des Faserauges liegen. Absolut kann eine solche senkrecht von der Nulllinie beabstandete, ausgelenkte Faser aber, insbesondere im Bereich ihrer größten Auslenkung, einen größeren Abstand von der Nulllinie aufweisen als 250 µm. Das bedeutet, die maximale Auslenkung bezieht sich für jede Faser einzeln auf den (geraden, unausgelenkten) Verlauf dieser Faser außerhalb des Faserauges, ist also relativ.Because the fibers are deflected by the introduction of the displacement body, this means that the displacement body can have a radius that is a maximum of 250 μm and the maximum deflection of the fibers corresponds to the radius of the displacement body or is possibly slightly larger than the radius of the displacement body. The parallel course of the fibers provides a zero line that runs parallel to the fibers through a center point of the displacement body. A fiber that runs outside the fiber eye along this zero line is deflected by a maximum of 250 µm - in other words, approximately around the radius of the displacement body - by the introduction of the displacement body. This means that it continues to run along the zero line outside the fiber eye, but is deflected from the zero line by the introduction of the displacement body and lies against the displacement body or at least follows its contour. A fiber that has a vertical distance to the zero line outside the fiber eye is deflected less from its parallel course in accordance with its vertical distance. Fibers with only a small vertical distance are deflected only a little less than the fibers along the zero line, that is, only a little less than the radius of the displacement body. Fibers with a large vertical distance are deflected significantly less than the fibers along the zero line, until finally fibers that are far outside are no longer deflected at all - and therefore lie outside the fiber eye. However, such a deflected fiber that is vertically spaced from the zero line can, in particular in the area of its greatest deflection, have a greater distance from the zero line than 250 μm. This means that the maximum deflection for each fiber refers individually to the (straight, undeflected) course of this fiber outside the fiber eye, and is therefore relative.

Ein Maximum der Auslenkung der Fasern wird dort erreicht, wo jede Faser dem Verdrängungskörper am nächsten verläuft. Fasern, die außerhalb des Faserauges entlang der Nulllinie verlaufen, können an dieser Stelle an dem Verdrängungskörper anliegen.A maximum deflection of the fibers is achieved where each fiber runs closest to the displacement body. Fibers that run along the zero line outside the fiber eye can rest against the displacement body at this point.

Die maximale Auslenkung der Fasern ist durch den Verdrängungskörper vorgegeben. Dass die Auslenkung maximal 250 µm beträgt, bedeutet daher nicht nur, dass Fasern, die außerhalb des Faserauges einen senkrechten Abstand zu der Nulllinie aufweisen, weniger ausgelenkt werden, sondern auch, dass eine Auslenkung durch einen Verdrängungskörper mit einem Radius von weniger als 250 µm ebenfalls erfindungsgemäß ist. Dann werden auch solche Fasern, die außerhalb des Faserauges entlang der Nulllinie verlaufen, um weniger als 250 µm ausgelenkt, nämlich entsprechend dem Radius des Verdrängungskörpers.The maximum deflection of the fibers is specified by the displacement body. The fact that the deflection is a maximum of 250 µm therefore not only means that fibers that have a vertical distance to the zero line outside the fiber eye are deflected less, but also that a deflection caused by a displacement body with a radius of less than 250 µm is also possible is according to the invention. Then those fibers that run outside the fiber eye along the zero line are deflected by less than 250 µm, namely corresponding to the radius of the displacement body.

Die Faseraugen weisen außerdem in einem Teilbereich des Faserverbundwerkstoffs eine mindestens 1,5-mal so große Raumdichte auf wie in einem anderen Teilbereich des Faserverbundwerkstoffs. Die Faseraugen können auch eine mindestens doppelt so große Raumdichte aufweisen wie in einem anderen Teilbereich des Faserverbundwerkstoffs.The fiber eyes also have a volume density in a portion of the fiber composite material that is at least 1.5 times greater than in another portion of the fiber composite material. The fiber eyes can also have a spatial density that is at least twice as large as in another portion of the fiber composite material.

Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Ausnehmungen mit einem Durchmesser von mehreren Millimetern für das Einbringen von Schrauben, Nieten oder Bolzen, die den Faserverbundwerkstoff schwächen, haben die sehr viel kleineren Faseraugen einen verstärkenden Effekt auf den Faserverbundwerkstoff. Indem die Fasern im Bereich der Faseraugen aus ihrem parallelen Verlauf verdrängt werden, entstehen sogar mehrere verstärkende Effekte. Erstens tritt ein rissstoppender Effekt auf. Ein sich in dem Faserverbundmaterial, insbesondere in der Faserlage, fortpflanzender Riss kann sich jeweils nur bis zu einem Faserauge fortpflanzen. Der Riss pflanzt sich deshalb fort, weil an seinem Kerbgrund Spannungsspitzen herrschen. Erreicht er aber ein Faserauge, so geht der Kerbgrund schlagartig in das Faserauge über, es treten keine Spannungsspitzen mehr auf und der Riss endet an dem Faserauge. Eine Verstärkung ist aber auch gegenüber anderen auf die Faserlage aufgebrachten Kräften wie Zug-, Druck- oder Scherkräften, insbesondere solchen, die nicht entlang einer Faserhauptrichtung einwirken, möglich. Die Zug-, Druck- oder Scherkräfte werden durch die gekrümmten Fasern aufgenommen, sodass der Faserverbundwerkstoff eine erhöhte Stabilität gegenüber solchen Kräften erhält. Der Faserverbundwerkstoff ist aber auch verstärkt gegenüber Scherkräften, die entlang der Faserhauptrichtung oder innerhalb einer Ebene der Faserhauptrichtung einwirken. Indem die Fasern nicht parallel zueinander angeordnet, sondern in den Faseraugen ausgelenkt sind, sind sie weniger leicht gegeneinander (parallel-)verschieblich, und der Faserverbundwerkstoff erhält eine erhöhte Festigkeit gegenüber solchen Scherkräften.In contrast to the recesses known from the prior art with a diameter of several millimeters for the insertion of screws, rivets or bolts, which weaken the fiber composite material, the much smaller fiber eyes have a reinforcing effect on the fiber composite material. By displacing the fibers from their parallel course in the area of the fiber eyes, several reinforcing effects arise. Firstly, a crack-stopping effect occurs. A crack that propagates in the fiber composite material, in particular in the fiber layer, can only propagate up to one fiber eye. The crack propagates because there are stress peaks at the base of the notch. However, if it reaches a fiber eye, the notch base suddenly merges into the fiber eye, no more stress peaks occur and the crack ends at the fiber eye. However, reinforcement is also possible against other forces applied to the fiber layer, such as tensile, compressive or shear forces, in particular those that do not act along a main fiber direction. The tensile, compressive or shear forces are absorbed by the curved fibers, so that the fiber composite material has increased stability against such forces. However, the fiber composite material is also reinforced against shear forces that act along the main fiber direction or within a plane of the main fiber direction. Because the fibers are not arranged parallel to one another, but are deflected in the fiber eyes, they are less easily displaceable (in parallel) relative to one another, and the fiber composite material has increased strength against such shear forces.

Die Faseraugen werden in dem Faserverbundwerkstoff allein durch das Einbringen der Verdrängungskörper erzeugt. Es ist nicht notwendig, dass eine weitere Einwirkung auf die Fasern erfolgt, dass also die Fasern beispielsweise an den Verdrängungskörper „angedrückt werden“. Im einfachsten Fall kann der Verdrängungskörper einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Verdrängungskörper kann aber auch einen beliebigen anderen gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Querschnitt aufweisen, also im Querschnitt etwa elliptisch, quadratisch, hexagonal oder unregelmäßig geformt sein. Unabhängig von der Form des Verdrängungskörpers wird jedes Faserauge in etwa die Form eines Auges annehmen. Selbst wenn also der Verdrängungskörper einen kreisförmigen Querschnitt hat, werden sich die Fasern nicht vollständig an den Verdrängungskörper anlegen, so dass die Fasern etwa in Form eines Halbkreises gebracht würden, sondern an gegenüberliegenden Seiten des Verdrängungskörpers, die entlang der Faserhauptrichtung liegen, werden die Fasern unter spitzen Winkeln auseinander bzw. aufeinander zu laufen, so dass die typische Augenform entsteht. Die konkrete Augenform wird geringfügig von dem Querschnitt des Verdrängungskörpers beeinflusst, zu einem stärkeren Teil aber von einer Steifigkeit der Fasern. Sehr steife Fasern, wie etwa Kohlenstofffasern, werden breitere Faseraugen erzeugen als weniger steife Fasern, die sich näher an den Verdrängungskörper anschmiegen. Neben Kohlenstofffasern eignen sich erfindungsgemäß aber auch alle üblichen Fasern, die in Faserverbundwerkstoffen Einsatz finden und die üblicherweise eine geringere Steifigkeit aufweisen als Kohlenstofffasern. Dazu gehören etwa Glasfasern, Aramidfasern oder Naturfasern wie Hanf, Flachs oder Sisal.The fiber eyes are created in the fiber composite material solely by introducing the displacement bodies. It is not necessary for there to be any further action on the fibers, for example for the fibers to be “pressed” onto the displacement body. In the simplest case, the displacement body can have a circular cross section. However, the displacement body can also have any other uniform or irregular cross-section, i.e. its cross-section can be approximately elliptical, square, hexagonal or irregularly shaped. Regardless of the shape of the displacement body, each fiber eye will approximately take the shape of an eye. So even if the displacement body has a circular cross section, the fibers will not lie completely against the displacement body, so that the fibers would be brought into the shape of a semicircle, but rather on opposite sides of the displacement body, which lie along the main fiber direction, the fibers will be underneath sharp angles apart or towards each other, so that the typical eye shape is created. The specific eye shape is slightly influenced by the cross section of the displacement body, but to a greater extent by the stiffness of the fibers. Very stiff fibers, such as carbon fibers, will produce wider fiber eyes than less stiff fibers that hug the displacer more closely. In addition to carbon fibers, all common fibers that are used in fiber composite materials and that usually have lower rigidity than carbon fibers are also suitable according to the invention. These include glass fibers, aramid fibers or natural fibers such as hemp, flax or sisal.

Die Faserlage, in der die Faseraugen erzeugt werden, wird mit einer weiteren Faserlage verbunden, in der keine Faseraugen erzeugt werden. Die Faserlage, in der Faseraugen erzeugt werden, und die Faserlage, in der keine Faseraugen erzeugt werden, können auch mit einer oder mehreren weiteren Faserlagen verbunden werden, in denen Faseraugen erzeugt werden können oder nicht. Der Faserverbundwerkstoff mit den mindestens zwei Faserlagen erfüllt also das Merkmal, dass die Faseraugen in einem Teilbereich des Faserverbundwerkstoffs eine mindestens 1,5-mal so große Raumdichte aufweisen wie in einem anderen Teilbereich des Faserverbundwerkstoffs, indem die Faserlage, in der die Faseraugen erzeugt werden, die höhere Raumdichte an Faseraugen aufweist. Dabei können die Fasern der verschiedenen Faserlagen die gleiche Faserhauptrichtung aufweisen, also einen unidirektionalen Faserverbundwerkstoff ausbilden, sie können aber auch abweichende Faserhauptrichtungen aufweisen und so einen bi- oder mehrdirektionalen Faserverbundwerkstoff bilden. Der verstärkende Effekt kann in der Faserlage mit den Faseraugen auftreten, so dass der gesamte Faserverbundwerkstoff stabilisiert wird, ohne dass Faseraugen in alle Faserlagen eingebracht werden müssen.The fiber layer in which the fiber eyes are created is connected to another fiber layer in which no fiber eyes are created. The fiber layer in which fiber eyes are created and the fiber layer in which no fiber eyes are created can also be connected to one or more further fiber layers in which fiber eyes can or cannot be created. The fiber composite material with the at least two fiber layers therefore fulfills the feature that the fiber eyes in a portion of the fiber composite material have a volume density that is at least 1.5 times greater than in another portion of the fiber composite material, in that the fiber layer in which the fiber eyes are produced which has a higher spatial density of fiber eyes. The fibers of the different fiber layers can have the same main fiber direction, i.e. form a unidirectional fiber composite material, but they can also have different main fiber directions and thus form a bi- or multi-directional fiber composite material. The reinforcing effect can occur in the fiber layer with the fiber eyes, so that the entire fiber composite material is stabilized without fiber eyes having to be introduced into all fiber layers.

Die Faserlage mit den Faseraugen kann beispielsweise eine Decklage des Faserverbundwerkstoffs sein. Hier kann u. a. vorteilhaft sein, dass von außen auf den Faserverbundwerkstoff einwirkende Kräfte nicht ins Innere des Faserverbundwerkstoffs geleitet werden, sondern bereits in der Decklage dissipiert werden. Auch können Risse, die aufgetreten sind und durch die Faseraugen gestoppt wurden, und eine aus einer großen Zahl von aufgetretenen Rissen resultierende verringerte Festigkeit des Faserverbundwerkstoffs leichter erkannt werden.The fiber layer with the fiber eyes can, for example, be a cover layer of the fiber composite material. Here you can, among other things: It may be advantageous that forces acting on the fiber composite material from the outside are not directed into the interior of the fiber composite material, but are already dissipated in the cover layer. Cracks that have occurred and been stopped by the fiber eyes and a reduced strength of the fiber composite material resulting from a large number of cracks that have occurred can also be more easily recognized.

Die Faserlage mit den Faseraugen kann aber auch eine innere Lage des Faserverbundwerkstoffs sein. Hier kann u. a. vorteilhaft sein, dass eine Decklage des Faserverbundwerkstoffs eben und gleichmäßig ausgebildet sein kann, beispielsweise um einen geringen Strömungswiderstand aufzuweisen, während der durch die Faseraugen erzielte verstärkende Effekt trotzdem erzielt wird.The fiber layer with the fiber eyes can also be an inner layer of the fiber composite material. Here you can, among other things: It may be advantageous that a cover layer of the fiber composite material can be flat and uniform, for example in order to have a low flow resistance, while the reinforcing effect achieved by the fiber eyes is still achieved.

Die Faseraugen werden in einem Konzentrationsbereich des Faserverbundwerkstoffs mit einer höheren Flächendichte erzeugt als außerhalb des Konzentrationsbereichs. Der Konzentrationsbereich kann dabei in einer Faserlage liegen, er kann sich aber auch über mehre Faserlagen erstrecken. Außerhalb des Konzentrationsbereichs kann die Flächendichte der Faseraugen null sein, sie kann aber auch größer als null sein. Die Ausbildung der Faseraugen mit einer höheren Flächendichte innerhalb des Konzentrationsbereichs erfüllt also das Merkmal, dass in einem Teilbereich des Faserverbundwerkstoffs eine mindestens 1,5-mal so große Raumdichte von Faseraugen vorliegen soll wie in einem anderen Teilbereich des Faserverbundwerkstoffs.The fiber eyes are produced in a concentration range of the fiber composite material with a higher surface density than outside the concentration range. The concentration range can be in one fiber layer, but it can also extend over several fiber layers. Outside the concentration range, the areal density of the fiber eyes can be zero, but it can also be greater than zero. The formation of the fiber eyes with a higher areal density within the concentration range therefore fulfills the feature that in one part of the fiber composite material there should be at least 1.5 times as much density of fiber eyes as in another part of the fiber composite material.

Das Erzeugen der Faseraugen mit einer höheren Flächendichte in einem Konzentrationsbereich des Faserverbundwerkstoffs kann auch mit dem Erzeugen der Faseraugen in einer Faserlage und dem Verbinden mit einer weiteren Faserlage ohne Faseraugen kombiniert werden. Beispielsweise kann eine Faserlage keine Faseraugen aufweisen und eine weitere Faserlage außerhalb eines Konzentrationsbereichs eine erste Flächendichte an Faseraugen und innerhalb des Konzentrationsbereichs eine zweite, höhere Flächendichte von Faseraugen. Es kann auch eine Faserlage keine Faseraugen aufweisen, eine weitere Faserlage gleichmäßig verteilte Faseraugen und eine dritte Faserlage Faseraugen nur im Bereich eines Konzentrationsbereichs. Zahlreiche weitere Kombinationen sind möglich.Producing the fiber eyes with a higher surface density in a concentration range of the fiber composite material can also be combined with producing the fiber eyes in a fiber layer and connecting them to another fiber layer without fiber eyes. For example, a fiber layer can have no fiber eyes and another fiber layer outside a concentration range can have a first areal density of fiber eyes and within the concentration range a second, higher areal density of fiber eyes. One fiber layer can also have no fiber eyes, another fiber layer can have evenly distributed fiber eyes and a third fiber layer can have fiber eyes only in the area of a concentration range. Numerous other combinations are possible.

Durch die höhere Flächendichte der Faseraugen wird der Faserverbundwerkstoff in dem Konzentrationsbereich besonders verstärkt. Es kann sich bei dem Konzentrationsbereich also etwa um einen Bereich handeln, in dem eine erhöhte Krafteinleitung in den Faserverbundwerkstoff erwartet wird, beispielsweise durch ein Verbinden mit einem anderen Bauteil oder eine anderweitige äußere Belastung auf den Faserverbundwerkstoff.Due to the higher surface density of the fiber eyes, the fiber composite material is particularly reinforced in the concentration range. The concentration range can therefore be an area in which an increased introduction of force into the fiber composite material is expected, for example by connecting to another component or another external load on the fiber composite material.

Das Ausbilden der Faseraugen mit der höheren Flächendichte in dem Konzentrationsbereich hat einen verstärkenden Effekt auch auf unidirektionale Faserverbundwerkstoffe. Besonders vorteilhaft ist der verstärkende Effekt jedoch bei bidirektionalen Faserverbundwerkstoffen, da in diesem Fall eine gleichmäßige Kraftableitung in dem Konzentrationsbereich erreicht werden kann. In dem unidirektionalen Faserverbundwerkstoff erfolgt die Kraftableitung nur in der einen Faserhauptrichtung der Fasern, so dass die Kraftverteilung hier weniger vorteilhaft ist als bei einem bidirektionalen Faserverbundwerkstoff.The formation of the fiber eyes with the higher surface density in the concentration range also has a reinforcing effect on unidirectional fiber composite materials. However, the reinforcing effect is particularly advantageous in the case of bidirectional fiber composite materials, since in this case a uniform force dissipation can be achieved in the concentration range. In the unidirectional fiber composite material, the force is dissipated only in one main direction of the fibers, so that the force distribution here is less advantageous than in a bidirectional fiber composite material.

Die Faseraugen können in der Faserlage und/oder in dem Konzentrationsbereich gleichmäßig (isotrop) verteilt erzeugt werden. Dabei muss die gleichmäßige Verteilung innerhalb des Konzentrationsbereichs und außerhalb des Konzentrationsbereichs unterschiedlich sein. Eine gleichmäßige Verteilung der Faseraugen ist besonders einfach herzustellen und verstärkt den Faserverbundwerkstoff gleichmäßig. Ungleichmäßige Krafteinleitungen in den Faserverbundwerkstoff werden vermieden.The fiber eyes can be generated evenly (isotropically) distributed in the fiber layer and/or in the concentration range. The uniform distribution must be different within the concentration range and outside the concentration range. An even distribution of the fiber eyes is particularly easy to produce and reinforces the fiber composite material evenly. Uneven introduction of force into the fiber composite material is avoided.

Ein Faserverlauf in dem Faserverbundwerkstoff kann unidirektional sein. Der Faserverlauf in dem Faserverbundwerkstoff kann aber auch bidirektional oder multidirektional sein. Wie beschrieben, ergeben sich für bestimmte Faserverläufe in Kombination mit einer bestimmten Ausbildung der Faseraugen bestimmte Vorteile. Grundsätzlich können aber alle beschriebenen Ausführungsformen von Faseraugen in dem Faserverbundwerkstoff beliebig miteinander kombiniert werden und haben einen verstärkenden Effekt sowohl bei unidirektionalen als auch bei bidirektionalen oder multidirektionalen Faserverbundwerkstoffen.A fiber course in the fiber composite material can be unidirectional. The fiber course in the fiber composite material can also be bidirectional or multidirectional. As described, there are certain advantages for certain fiber courses in combination with a certain design of the fiber eyes. In principle, however, all of the described embodiments of fiber eyes in the fiber composite material can be combined with one another as desired and have a reinforcing effect in both unidirectional and bidirectional or multidirectional fiber composite materials.

Jeder der Verdrängungskörper oder zumindest eine Teilmenge der Verdrängungskörper kann nach dem Aushärten des Harzes aus dem Faserverbundwerkstoff entfernt werden. Eine durch das Entfernen des Verdrängungskörpers in dem Faserverbundwerkstoff entstandene Ausnehmung (im Zentrum des Faserauges) kann einen größeren Durchmesser aufweisen als den Durchmesser des Verdrängungskörpers. Beispielsweise kann beim Entfernen des Verdrängungskörpers bewusst oder als automatische Folge des Entfernens (z. B. durch Anhaften an dem Verdrängungskörper und Mitreißen) ein Teil des umliegenden Harzes mit entfernt werden, sodass sich der Durchmesser der Ausnehmung gegenüber dem Verdrängungskörper vergrößert. Alternativ kann jeder der Verdrängungskörper oder zumindest eine Teilmenge der Verdrängungskörper nach dem Aushärten des Harzes in dem Faserverbundwerkstoff verbleiben. Durch besondere Eigenschaften des Verdrängungskörpers kann dieser zur Verstärkung des Faserverbundwerkstoffs beitragen. Beispielsweise kann der Verdrängungskörper weicher sein als das ausgehärtete Harz und so die rissstoppende Wirkung der Faseraugen unterstützen, indem in dem Verdrängungskörper die Rissenergie dissipiert wird.Each of the displacement bodies or at least a subset of the displacement bodies can be removed from the fiber composite material after the resin has hardened. A recess created by removing the displacement body in the fiber composite material (in the center of the fiber eye) can have a larger diameter than the diameter of the displacement body. For example, when removing the displacement body, part of the surrounding resin can be removed either consciously or as an automatic consequence of the removal (e.g. by adhering to the displacement body and being carried along), so that the diameter of the recess increases compared to the displacement body. Alternatively, each of the displacement bodies or at least a subset of the displacement bodies can remain in the fiber composite material after the resin has hardened. Due to the special properties of the displacement body, it can contribute to reinforcing the fiber composite material. For example, the displacement body can be softer than the hardened resin and thus support the crack-stopping effect of the fiber eyes by dissipating the crack energy in the displacement body.

Als Verdrängungskörper kommen eine Reihe verschiedener Materialien in Frage. Beispielsweise kann es sich bei dem Verdrängungskörper um einen Dorn, Nagel oder Draht oder eine Klammer handeln. Diese können an kontrollierten Positionen in die Faserlage eingebracht werden.A number of different materials can be used as displacement bodies. For example, the displacement body can be a thorn, nail or wire or a clip. These can be inserted into the fiber layer at controlled positions.

Der Verdrängungskörper kann aus Metall bestehen oder Metall enthalten. Dies kann aber u. U. problematisch sein, weil sich metallische Werkstoffe durch Temperaturbelastungen, beispielsweise beim Infundieren mit dem Harz, beim Aushärten und bei der späteren Verwendung des Faserverbundwerkstoffs, thermisch dehnen und wieder zusammenziehen können. Darüber hinaus können Verdrängungskörper aus Metall korrodieren. Ein metallischer Verdrängungskörper wird daher vorzugsweise nach dem Aushärten des Harzes aus dem Faserverbundwerkstoff entfernt. Alternativ kann der Verdrängungskörper einen Kunststoff aufweisen oder daraus bestehen, der nicht korrodiert und in Bezug auf seine thermischen Eigenschaften dem Harz gleicht. Ein solcher Verdrängungskörper aus oder mit Kunststoff kann in dem Faserverbundwerkstoff verbleiben oder, vorzugsweise mechanisch, aus dem Faserverbundwerkstoff entfernt werden.The displacement body can be made of metal or contain metal. However, this can be problematic under certain circumstances because metallic materials can expand and contract thermally due to temperature stress, for example when infusing with the resin, during curing and during later use of the fiber composite material. In addition, metal displacers can corrode. A metallic displacement body is therefore preferably removed from the fiber composite material after the resin has hardened. Alternatively, the displacement body can have or consist of a plastic that does not corrode and is similar to resin in terms of its thermal properties. Such a displacement body made of or containing plastic can remain in the fiber composite material or can be removed, preferably mechanically, from the fiber composite material.

Als Verdrängungskörper kommen weiterhin Fäden in Betracht. In diesem Fall kann das Einbringen der Verdrängungskörper kontrolliert durch Nähen erfolgen. Eventuell werden durch eine Nadel beim Nähen die Fasern zunächst stärker verdrängt als dies gewünscht ist. Die Faseraugen werden sich aber nach dem Nähen wieder so weit schließen, dass die Krümmung der Faseraugen nur noch durch den Durchmesser bzw. Radius des Fadens bestimmt ist. Der Faden kann etwa ein Kunststofffaden, eine Glasfaser oder ein Glasfaserfaden oder eine Kohlenstofffaser oder ein Kohlenstofffaserfaden sein. Er kann in dem Faserauge verbleiben und so u. U. durch seine speziellen Eigenschaften zur Verstärkung beitragen. Er kann aber auch aus dem Faserverbundwerkstoff entfernt werden. Zum einen ist ein Entfernen mechanisch möglich, der Faden kann aber auch thermisch oder chemisch lösbar sein. Eventuell kann ein thermisch lösbarer Faden bereits durch die Temperaturen beim Infundieren oder beim Aushärten des Harzes gelöst werden.Threads can also be used as displacement bodies. In this case, the insertion of the displacement bodies can be carried out in a controlled manner by sewing. A needle may initially displace the fibers more than desired when sewing. However, after sewing, the fiber eyes will close again to such an extent that the curvature of the fiber eyes is only determined by the diameter or radius of the thread. The thread can be, for example, a plastic thread, a glass fiber or a glass fiber thread or a carbon fiber or a carbon fiber thread. It can remain in the fiber eye and, under certain circumstances, contribute to reinforcement through its special properties. But it can also be removed from the fiber composite material. On the one hand, removal is possible mechanically, but the thread can also be thermally or chemically soluble. It is possible that a thermally detachable thread can already be dissolved by the temperatures during infusion or when the resin is hardening.

Das Gleiche gilt auch für ein lösbares Granulat, das ebenfalls als Verdrängungskörper eingesetzt werden kann. Hier kommt etwa Kochsalz (NaCl) in Frage. Die mit dem Granulat gebildeten Verdrängungskörper werden stochastisch in dem Faserverbundwerkstoff verteilt. Neben einem thermischen Lösen in der genannten Weise kommt auch ein chemisches Lösen in Frage. Wenn das lösbare Granulat also beispielsweise Kochsalz ist, können die Verdrängungskörper in einfacher Weise gelöst werden, indem der Faserverbundwerkstoff mit Wasser gewaschen wird.The same applies to soluble granules, which can also be used as a displacement body. Common salt (NaCl) comes into question here. The displacement bodies formed with the granules are stochastically distributed in the fiber composite material. In addition to thermal dissolving in the manner mentioned, chemical dissolving is also possible. If the soluble granules are, for example, table salt, the displacement bodies can be easily dissolved by washing the fiber composite material with water.

Als Verdrängungskörper sollen hier aber auch Möglichkeiten des Verdrängens der Fasern verstanden werden, die keinen Körper im eigentlichen Sinn umfassen. Hier kommt zum einen ein definiert eingebrachtes Gas in Frage. Indem an einer definierten Stelle mit hohem Druck zwischen den Fasern „durchgepustet“ wird, beispielsweise mit einem Druckluftstrahl, können die Fasern verdrängt werden und diese Verdrängung auch während des Infundierens aufrechterhalten werden. Der Verdrängungskörper wird dann automatisch entfernt, indem nach dem Aushärten des Harzes die Druckbeaufschlagung mit dem Gas aufgehoben wird. In die Faserlage, in der Faseraugen ausgebildet werden sollen, kann auch ein Pulver eingebracht werden, das chemisch expandiert, beispielsweise während des Infundierens mit dem Harz. Als Verdrängungskörper dienen dann Gasblasen im Inneren der Faserlage. Diese Ausbildung der Verdrängungskörper ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Faserlage mit den Faseraugen eine innen liegende Faserlage des Faserverbundwerkstoffs ist. Die Verdrängungskörper werden dann, ohne dass ein Zugriff auf die Faserlage notwendig ist, „entfernt“, indem die Faseraugen nur mit dem Gas gefüllt sind. Während eine Druckbeaufschlagung mit einem Gas an kontrollierten Positionen erfolgen kann, werden durch Einbringen eines chemisch expandierenden Pulvers die Faseraugen stochastisch verteilt.Displacement bodies here should also be understood as ways of displacing the fibers that do not include a body in the true sense. On the one hand, a gas introduced in a defined manner comes into question here. By “blowing” between the fibers at a defined point with high pressure, for example with a jet of compressed air, the fibers can be displaced and this displacement can be maintained during infusion. The displacer is then automatically removed by releasing the gas pressurization after the resin has hardened. A powder that expands chemically can also be introduced into the fiber layer in which fiber eyes are to be formed, for example during infusion with the resin. Gas bubbles inside the fiber layer then serve as displacement bodies. This design of the displacement bodies is particularly advantageous if the fiber layer with the fiber eyes is an internal fiber layer of the fiber composite material. The displacement bodies are then “removed” without having to access the fiber layer, as the fiber eyes are only filled with the gas. While pressurization with a gas can occur at controlled positions, the fiber eyes are stochastically distributed by introducing a chemically expanding powder.

Wenn der Verdrängungskörper nach dem Aushärten des Harzes in dem Faserverbundwerkstoff verbleibt, kann der Verdrängungskörper einen Elastizitätsmodul aufweisen, der nicht mehr als 50 % des Elastizitätsmoduls des ausgehärteten Harzes beträgt. In diesem Fall kann der Verdrängungskörper wirkende Kräfte, insbesondere Risskräfte, besonders gut dissipieren.If the displacer remains in the fiber composite material after the resin has hardened, the displacer may have a modulus of elasticity that is not more than 50% of the modulus of elasticity of the cured resin. In this case, the displacement body can dissipate acting forces, in particular cracking forces, particularly well.

Die Faseraugen können in Abständen zwischen 0,5 mm und 1,5 mm, zwischen 0,6 mm und 1,3 mm, zwischen 0,6 mm und 1,0 mm oder zwischen 0,9 mm und 1,0 mm in Querrichtung zum Faserverlauf der Faserlage und in Abständen zwischen 5 mm und 15 mm, zwischen 6 mm und 13 mm, zwischen 6 mm und 10 mm, zwischen 9 mm und 10 mm oder zwischen 9,0 mm und 9,5 mm in Längsrichtung zum Faserverlauf der Faserlage erzeugt werden. Die Abstände werden dabei jeweils parallel zur Haupterstreckungsebene des Faserverbundwerkstoffs zwischen den Mittelpunkten benachbarter Faseraugen gemessen. Dabei sollte der minimale Abstand so gewählt sein, dass sich zwei Faseraugen nicht berühren. Praktisch kann der minimale Abstand daher beispielsweise als das 1,5-fache eines Faseraugendurchmessers in der entsprechenden Richtung zum Faserverlauf gewählt werden. Somit ist zwischen solchen Bereichen, in denen die Fasern durch das Faserauge ausgelenkt sind, ein Abstand etwa eines halben Faseraugendurchmessers gegeben, durch den sichergestellt ist, dass sich die Faseraugen nicht berühren.The fiber eyes can be at intervals between 0.5 mm and 1.5 mm, between 0.6 mm and 1.3 mm, between 0.6 mm and 1.0 mm or between 0.9 mm and 1.0 mm in the transverse direction to the grain of the fiber layer and at intervals between 5 mm and 15 mm, between 6 mm and 13 mm, between 6 mm and 10 mm, between 9 mm and 10 mm or between 9.0 mm and 9.5 mm in the longitudinal direction to the grain of the Fiber layer can be created. The distances are measured parallel to the main extension plane of the fiber composite material between the centers of adjacent fiber eyes. The minimum distance should be chosen so that two fiber eyes do not touch each other. In practice, the minimum distance can therefore be selected, for example, as 1.5 times a fiber eye diameter in the corresponding direction to the fiber path. There is therefore a distance of approximately half a fiber eye diameter between those areas in which the fibers are deflected by the fiber eye, which ensures that the fiber eyes do not touch each other.

Ein erfindungsgemäßer Faserverbundwerkstoff, insbesondere ein Faserverbundwerkstoff, der wie im Vorhergehenden beschrieben hergestellt ist, weist ein ausgehärtetes Harz, in dem Harz eingebettete Fasern und Faseraugen, in deren Bereichen die Fasern um einen Verdrängungskörper oder eine Ausnehmung in dem Faserverbundwerkstoff herum gekrümmt verlaufen, an einer Vielzahl von Positionen auf. Die Fasern weisen dabei im Bereich der Faseraugen eine Auslenkung aus ihrem parallelen Verlauf von maximal 250 µm auf. In einem Teilbereich des Faserverbundwerkstoffs weisen die Faseraugen eine mindestens 1,5-mal so große Raumdichte auf wie in einem anderen Teilbereich des Faserverbundwerkstoffs, indem der Faserverbundwerkstoff zwei Faserlagen aufweist, wobei eine Faserlage Faseraugen aufweist und die andere Faserlage keine Faseraugen aufweist. Dabei kann der Faserverbundwerkstoff in den Faseraugen auch teilweise Verdrängungskörper und teilweise Ausnehmungen aufweisen. Die Faseraugen können auch eine mindestens doppelt so große Raumdichte aufweisen wie in einem anderen Teilbereich des Faserverbundwerkstoffs.A fiber composite material according to the invention, in particular a fiber composite material that is produced as described above, has a hardened resin, fibers embedded in the resin and fiber eyes, in the areas of which the fibers run curved around a displacement body or a recess in the fiber composite material, on a large number of positions. The fibers have a deflection from their parallel course of a maximum of 250 µm in the area of the fiber eyes. In a portion of the fiber composite material, the fiber eyes have a volume density that is at least 1.5 times greater than in another portion of the fiber composite material, in that the fiber composite material has two fiber layers, one fiber layer having fiber eyes and the other fiber layer having no fiber eyes. The fiber composite material can also have partial displacement bodies and partial recesses in the fiber eyes. The fiber eyes can also have a spatial density that is at least twice as large as in another portion of the fiber composite material.

Bevorzugte Ausführungsformen des Faserverbundwerkstoffs können den im Vorhergehenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens zur Herstellung des Faserverbundwerkstoffs entsprechen.Preferred embodiments of the fiber composite material can correspond to the preferred embodiments of the method for producing the fiber composite material described above.

Ein erfindungsgemäßes Luft- oder Raumfahrzeug weist ein Faserverbundformteil aus einem erfindungsgemäßen Faserverbundwerkstoff wie im Vorhergehenden beschrieben, auf, wobei das Faserverbundformteil Teil eines Flügels oder einer Landeklappe des Luft- oder Raumfahrzeugs ist.An aircraft or spacecraft according to the invention has a fiber composite molding made of a fiber composite material according to the invention as described above, wherein the fiber composite molding is part of a wing or a landing flap of the aircraft or spacecraft.

Flügel und Landeklappen von Luft- oder Raumfahrzeugen sind besonders stark belastet, insbesondere bei einem Start und bei einer Landung. Ganz besonders gilt dies etwa für eine Flügelvorderkante und eine Flügelhinterkante. Flügel und Landeklappen sind einer Vielzahl von mechanischen Belastungen ausgesetzt, so etwa durch anströmende Luft, anprallende Partikel und Gegenstände, durch im Betrieb auftretende Schwingungen, durch Bewegung von Bauteilen gegeneinander. Beispielsweise durch Schwingungen können Risse an den Flügeln oder Landeklappen auftreten, die der erfindungsgemäße Faserverbundwerkstoff dissipieren kann. Der erfindungsgemäße Faserverbundwerkstoff ermöglicht auch eine sicherere Verbindung von Bauteilen der Flügel oder Landeklappen miteinander, indem er durch die Anordnung der Faseraugen in dem Konzentrationsbereich gezielt für eine vorgesehene Krafteinleitungsstelle ausgebildet werden kann. Dabei kann es sich zum einen um eine Montagestelle handeln, aber auch um eine Stelle, an der anderweitig eine hohe Krafteinwirkung, beispielsweise durch eine Biegebelastung, erwartet wird.Wings and flaps of aircraft or spacecraft are subject to particularly high loads, especially during takeoff and landing. This is particularly true for a wing leading edge and a wing trailing edge. Wings and landing flaps are exposed to a variety of mechanical stresses, such as incoming air, colliding particles and objects, vibrations that occur during operation, and components moving against each other. For example, vibrations can cause cracks to appear on the wings or landing flaps, which the fiber composite material according to the invention can dissipate. The fiber composite material according to the invention also enables a more secure connection of components of the wings or landing flaps to one another in that it can be specifically designed for an intended force introduction point by arranging the fiber eyes in the concentration area. On the one hand, this can be an assembly point, but also a point where a high force is expected, for example due to a bending load.

Der erfindungsgemäße Faserverbundwerkstoff ist aber nicht beschränkt auf Flügel oder Landeklappen von Luft- oder Raumfahrzeugen. Insbesondere an Luft- und Raumfahrzeugen werden eine Vielzahl von Bauteilen mit Faserverbundwerkstoffen hergestellt, da diese bei hoher Stabilität besonders leicht sind. Der erfindungsgemäße Faserverbundwerkstoff kann für alle diese Bauteile Einsatz finden. Der erfindungsgemäße Faserverbundwerkstoff kann aber auch an anderen Stellen eingesetzt werden, an denen besonders belastbare Faserverbundwerkstoffe von Vorteil sind. Dabei kann es sich beispielsweise auch um Schienenfahrzeuge oder andere Landfahrzeuge handeln.However, the fiber composite material according to the invention is not limited to wings or landing flaps of aircraft or spacecraft. In aircraft and spacecraft in particular, a large number of components are manufactured with fiber composite materials because they are particularly light and have a high level of stability. The fiber composite material according to the invention can be used for all of these components. However, the fiber composite material according to the invention can also be used in other places where particularly resilient fiber composite materials are advantageous. These can also be rail vehicles or other land vehicles, for example.

Ein erfindungsgemäßes Erzeugen von Faseraugen in einem Faserverbundwerkstoff mit in einem ausgehärteten Harz eingebetteten Fasern, in deren Bereichen die Fasern um einen Verdrängungskörper oder eine Ausnehmung in dem Faserverbundwerkstoff herum abweichend von einer Faserhauptrichtung gekrümmt verlaufen, erfolgt zur Verstärkung des Faserverbundwerkstoffs gegenüber Zug-, Druck- oder Scherkräften, die nicht entlang der Faserhauptrichtung einwirken, durch Aufnehmen und Ableiten der Zug-, Druck- oder Scherkräfte durch die gekrümmten Fasern. Insbesondere können die Faseraugen mit dem vorhergehend beschriebenen Verfahren erzeugt werden.The inventive creation of fiber eyes in a fiber composite material with fibers embedded in a hardened resin, in the areas of which the fibers run around a displacement body or a recess in the fiber composite material in a curved manner deviating from a main fiber direction, is carried out to reinforce the fiber composite material against tensile, compressive or Shear forces that do not act along the main direction of the fibers, by absorbing and dissipating the tensile, compressive or shearing forces through the curved fibers. In particular, the fiber eyes can be produced using the method described above.

Das aus dem Stand der Technik bekannte Erzeugen von Ausnehmungen in einem Faserverbundwerkstoff durch Verdrängen von Fasern vor einem Aushärten eines Harzes, bezweckt den Erhalt einer Durchgangsausnehmung nach dem Entfernen des Verdrängungskörpers. Dabei kann es sich um akustische Ausnehmungen wie im Fall von GB 2269829 A oder um Montageausnehmungen wie im Fall von DE 37 15 409 A1 , DE 10 2013 109 995 A1 , DE 10 2013 201 963 A1 oder EP 0 089 755 A2 handeln. Diese Ausnehmungen können den Faserverbundwerkstoff sogar schwächen, wie dies in DE 37 15 409 A1 explizit dargelegt ist. Ausführungsformen des Stands der Technik, bei denen Fasern eines Faserverbundwerkstoffs durch einen Körper verdrängt werden, der in dem Faserverbundwerkstoff verbleibt, wie etwa gemäß US 2003/0017053 A1 oder EP 2 302 166 A2 , bewirken eine Verstärkung des Faserverbundwerkstoffs gerade durch den zurückbleibenden, sich durch den Faserverbundwerkstoff hindurcherstreckenden Körper. Werden die Fasern beispielsweise vernäht, so wird durch das Vernähen ein Verschieben der Fasern gegeneinander verhindert.The creation of recesses in a fiber composite material, known from the prior art, by displacing fibers before a resin hardens, aims to obtain a through recess after the displacement body has been removed. These can be acoustic recesses as in the case of GB 2269829 A or around mounting recesses as in the case of DE 37 15 409 A1 , DE 10 2013 109 995 A1 , DE 10 2013 201 963 A1 or EP 0 089 755 A2 act. These recesses can even weaken the fiber composite material, as shown in DE 37 15 409 A1 is explicitly stated. Embodiments of the prior art in which fibers of a fiber composite material are displaced by a body that remains in the fiber composite material, such as according to US 2003/0017053 A1 or EP 2 302 166 A2 , cause a reinforcement of the fiber composite material precisely through the remaining body that extends through the fiber composite material. For example, if the fibers are sewn, the sewing prevents the fibers from shifting relative to one another.

Das Erzeugen von Faseraugen kann auch zur Verstärkung des Faserverbundwerkstoffs gegenüber Zug- und Druckkräften dienen, die unter einem Winkel zu einer Haupterstreckungsfläche des Faserverbundwerkstoffs auf den Faserverbundwerkstoff einwirken. Der Winkel soll dabei größer als null sein. Das Erzeugen von Faseraugen kann aber auch zur Verstärkung eines unidirektionalen Faserverbundwerkstoffs gegen Scherung dienen. Dazu ist es nicht notwendig, dass die Faseraugen durchgehend durch den Faserverbundwerkstoff erzeugt werden, sondern es genügt wie beschrieben bereits, wenn die Faseraugen in nur einer Faserlage eines mehrlagigen Faserverbundwerkstoffs erzeugt werden. Insbesondere müssen sich die Verdrängungskörper auch nicht durch den gesamten Faserverbundwerkstoff erstrecken und auch nicht in den Faseraugen verbleiben. Die Verstärkung gegenüber den Zug- und Druckkräften oder gegenüber den Scherkräften erfolgt daher nicht durch eine reine mechanische Verstärkung, d. h. durch möglichst stabile Verstärkungskörper, die ein Bewegen der Fasern und Faserlagen gegeneinander verhindern, sondern dadurch, dass die Kräfte jeweils an den Faseraugen aufgenommen und abgeleitet werden. Dazu müssen die Faseraugen weder durchgängig durch den Faserverbundwerkstoff sein noch eventuell sich über die gesamte Fläche des Faserverbundwerkstoffs erstrecken.The creation of fiber eyes can also serve to reinforce the fiber composite material against tensile and compressive forces that act on the fiber composite material at an angle to a main extension surface of the fiber composite material. The angle should be greater than zero. The creation of fiber eyes can also serve to reinforce a unidirectional fiber composite material against shear. For this purpose, it is not necessary for the fiber eyes to be created continuously through the fiber composite material; rather, as described, it is sufficient if the fiber eyes are created in just one fiber layer of a multi-layer fiber composite material. In particular, the displacement bodies do not have to extend through the entire fiber composite material and do not have to remain in the fiber eyes. The reinforcement against the tensile and compressive forces or against the shear forces is therefore not achieved through pure mechanical reinforcement, i.e. H. not only through reinforcing bodies that are as stable as possible, which prevent the fibers and fiber layers from moving against one another, but also through the fact that the forces are absorbed and dissipated at the fiber eyes. For this purpose, the fiber eyes neither have to be continuous through the fiber composite material nor do they have to extend over the entire surface of the fiber composite material.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.Advantageous developments of the invention result from the patent claims, the description and the drawings. The advantages of features and combinations of several features mentioned in the description are merely examples and can have an alternative or cumulative effect without the advantages necessarily having to be achieved by embodiments according to the invention. Without this changing the subject matter of the attached patent claims, the following applies with regard to the disclosure The content of the original application documents and the patent is as follows: further features can be found in the drawings - in particular the geometries shown and the relative dimensions of several components to one another as well as their relative arrangement and operative connection. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different patent claims is also possible, deviating from the selected relationships of the patent claims, and is hereby encouraged. This also applies to features that are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different patent claims. Likewise, features listed in the patent claims may be omitted for further embodiments of the invention.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Faserauge die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Faserauge, zwei Faseraugen oder mehr Faseraugen vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die der beanspruchte Gegenstand aufweist.The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood in terms of their number in such a way that exactly this number or a larger number than the number mentioned is present, without the need for an explicit use of the adverb “at least”. For example, when we talk about a fiber eye, this is to be understood to mean that there is exactly one fiber eye, two fiber eyes or more fiber eyes. The features listed in the patent claims may be supplemented by other features or may be the only features that the claimed subject matter has.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.The reference symbols contained in the patent claims do not represent a limitation on the scope of the subject matter protected by the patent claims. They merely serve the purpose of making the patent claims easier to understand.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Faserverlaufs in einem Faserverbundwerkstoff (a) ohne einen eingebrachten Verdrängungskörper und (b) mit einem eingebrachten Verdrängungskörper.
2 zeigt (a) einen bidirektionalen Faserverbundwerkstoff sowie (b) eine schematische Darstellung einer Lasteinleitung in den Faserverbundwerkstoff gemäß dem Stand der Technik.
3 zeigt (a) einen Faserverbundwerkstoff gemäß 2 sowie (b) und (c) eine schematische Darstellung einer Verstärkung des Faserverbundwerkstoffs in vergrößerten Ausschnitten.
4 ist eine schematische Prinzipskizze einer Verstärkung des Faserverbundwerkstoffs in zwei Lasteinleitungsbereichen gemäß 3.
5 zeigt in schematischer Weise eine Rissausbreitung in Fasern eines Faserverbundwerkstoffs (b) mit einer Verstärkung und (a) ohne eine Verstärkung.
6 zeigt zu der Darstellung gemäß 5 einen Kraftverlauf in einem Kerbgrund mittels Diagrammen, in denen eine Risskraft örtlich aufgetragen ist.
7 ist eine Mikroskopaufnahme eines Ausschnitts aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem Faserauge.
8 zeigt ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

The invention is further explained and described below using preferred exemplary embodiments shown in the figures.

1 shows a schematic representation of a fiber course in a fiber composite material (a) without an inserted displacement body and (b) with an inserted displacement body.
2 shows (a) a bidirectional fiber composite material and (b) a schematic representation of a load introduction into the fiber composite material according to the prior art.
3 (a) shows a fiber composite material according to 2 and (b) and (c) a schematic representation of a reinforcement of the fiber composite material in enlarged sections.
4 is a schematic principle sketch of a reinforcement of the fiber composite material in two load application areas 3 .
5 shows schematically crack propagation in fibers of a fiber composite material (b) with reinforcement and (a) without reinforcement.
6 shows as shown 5 a force progression in a notch base using diagrams in which a cracking force is plotted locally.
7 is a microscope image of a section of a fiber composite material with a fiber eye.
8th shows a flow chart of a method according to the invention.

FIGURENBESCHREIBUNGFIGURE DESCRIPTION

1 (a) zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem Faserverbundwerkstoff 1 mit parallelen Fasern 2, die einen Faserverlauf 12 aufweisen. Bei dem Faserverbundwerkstoff 1 kann es sich um einen unidirektionalen Faserverbundwerkstoff handeln. Die Fasern können aber auch nur innerhalb einer Lage oder eines Ausschnitts eines multidirektionalen Faserverbundwerkstoffs 1 parallel verlaufen, so wie hier dargestellt ist. In diesem Fall kann die Lage mit weiteren, nicht gezeigten Faserlagen in der Zeichenebene oder senkrecht zu der Zeichenebene verbunden sein. 1 (a) shows schematically a section of a fiber composite material 1 with parallel fibers 2, which have a fiber course 12. The fiber composite material 1 can be a unidirectional fiber composite material. However, the fibers can also only run parallel within a layer or a section of a multidirectional fiber composite material 1, as shown here. In this case, the layer can be connected to further fiber layers, not shown, in the plane of the drawing or perpendicular to the plane of the drawing.

1 (b) zeigt einen 1 (a) entsprechenden Ausschnitt eines Faserverbundwerkstoffs 1. Zwischen die Fasern 2 ist ein Verdrängungskörper 3 eingebracht. Der Verdrängungskörper 3 verdrängt die Fasern 2 aus ihrer parallelen Ausrichtung, wie sie in 1 (a) gezeigt ist. Entfernt von dem Verdrängungskörper 3 verlaufen die Fasern 2 weiterhin parallel, aber um den Verdrängungskörper 3 herum bilden die Fasern ein Faserauge 4 aus. Dabei sind die Fasern 2 in der unmittelbaren Umgebung des Verdrängungskörpers 3 am stärksten ausgelenkt, während die Auslenkung der Fasern 2 mit zunehmender Entfernung von dem Verdrängungskörper 3 abnimmt und schließlich vollkommen verschwindet. Dies gilt sowohl entlang des Faserverlaufs 12 als auch senkrecht zu dem Faserverlauf 12, sodass sich um den Verdrängungskörper 3 herum die typische Augenform ausbildet. Skizzenhaft illustriert ist dies in 1 (b) dadurch, dass jeweils die drei dem Verdrängungskörper 3 am nächsten liegenden Fasern 2 senkrecht zu dem Faserverlauf ausgelenkt sind, während die vom Verdrängungskörper 3 aus gesehen vierte Faser 2 nicht mehr ausgelenkt wird. 1(b) shows one 1 (a) corresponding section of a fiber composite material 1. A displacement body 3 is inserted between the fibers 2. The displacement body 3 displaces the fibers 2 from their parallel alignment, as shown in 1 (a) is shown. Away from the displacement body 3, the fibers 2 continue to run parallel, but the fibers form a fiber eye 4 around the displacement body 3. The fibers 2 are deflected most strongly in the immediate vicinity of the displacement body 3, while the deflection of the fibers 2 decreases with increasing distance from the displacement body 3 and finally disappears completely. This applies both along the fiber course 12 and perpendicular to the fiber course 12, so that the typical eye shape is formed around the displacement body 3. This is illustrated sketchily in 1(b) in that the three fibers 2 closest to the displacement body 3 are deflected perpendicular to the fiber path, while the fourth fiber 2, seen from the displacement body 3, is no longer deflected.

Die parallele Lage der Fasern 2 gemäß 1 (a) bzw. die im Bereich des Faserauges 4 ausgelenkte Lage der Fasern 2 gemäß 1 (b) kann in dem Faserverbundwerkstoff 1 fixiert werden, indem die Fasern 2 in ein Harz eingebettet werden, das ausgehärtet wird. In dem ausgehärteten Harz sind die Fasern 2 in ihrer Lage fixiert. Dies bedeutet auch, dass die Fasern 2 die Form des Faserauges 4 aufrechterhalten, wenn der Verdrängungskörper 3 aus dem Faserauge 4 entfernt wird. Der Faserverbundwerkstoff 1 kann in diesem ausgehärteten Zustand sowohl mit dem Verdrängungskörper 3 (bzw. in einem Faserverbundwerkstoff 1 mit mehreren Faseraugen 4 mit den Verdrängungskörpern 3 oder einem Teil der Verdrängungskörper 3) als auch mit offenen Faseraugen 4, d. h. ohne den oder die Verdrängungskörper 3, verwendet werden.The parallel position of the fibers 2 according to 1 (a) or the position of the fibers 2 deflected in the area of the fiber eye 4 according to 1(b) can be fixed in the fiber composite material 1 by embedding the fibers 2 in a resin that is cured. The fibers 2 are fixed in their position in the hardened resin. This also means that the fibers 2 maintain the shape of the fiber eye 4 when the displacement body 3 is removed from the fiber eye 4. The fiber composite material 1 can in this hardened state both with the displacement body 3 (or in a fiber composite material 1 with several fiber eyes 4 with the displacement bodies 3 or part of the displacement bodies 3) and with open fiber eyes 4, ie without the displacement body or bodies 3, be used.

2 (a) zeigt einen multidirektionalen Faserverbundwerkstoff 1 gemäß dem Stand der Technik. In dem Faserverbundwerkstoff 1 sind Fasern 2 in einer Art Webmuster verbunden, wobei die Fasern 2 von zwei Teilmengen der Fasern 2 senkrecht zueinander verlaufen. 2 (a) shows a multidirectional fiber composite material 1 according to the prior art. In the fiber composite material 1, fibers 2 are connected in a kind of weaving pattern, with the fibers 2 of two subsets of the fibers 2 running perpendicular to one another.

2 (b) zeigt schematisch eine Ausnehmung 5, die in dem Faserverbundwerkstoff 1 gebildet ist. Rund um die Ausnehmung 5 ist ein Lasteinleitungsbereich 6 gebildet, der Teil des Faserverbundwerkstoffs 1 ist. Obwohl er infolgedessen ebenfalls Fasern 2 aufweist, ist der Lasteinleitungsbereich 6 in 2 (b) gepunktet dargestellt, um ihn von den umliegenden, lasteinleitungsfreien Fasern 2 zu unterscheiden. 2 B) shows schematically a recess 5 which is formed in the fiber composite material 1. A load introduction area 6 is formed around the recess 5, which is part of the fiber composite material 1. Although it therefore also has fibers 2, the load introduction area 6 is in 2 B) shown in dotted lines in order to distinguish it from the surrounding fibers 2 which are free of load application.

Die Ausnehmung 5 ist nachträglich, beispielsweise durch Bohren, Stanzen, Schneiden, Sägen oder in anderer Weise, in den Faserverbundwerkstoff 1 eingebracht und dazu vorgesehen, einen Körper 7 aufzunehmen, über den Lasten in den Faserverbundwerkstoff 1 eingeleitet werden. Bei dem Körper 7 kann es sich beispielsweise um eine Schraube, einen Bolzen, eine Öse oder auch um andere Befestigungsmittel handeln. Verschiedene Körper 7 sind in 2 (b) beispielhaft dargestellt. Lasten, die auf den Körper 7 wirken, beispielsweise aufgrund einer Wechselbeanspruchung eines weiteren Bauteils, das mittels des Körpers 7 an dem Faserverbundwerkstoff 1 befestigt ist, werden in den Faserverbundwerkstoff 1 und insbesondere in den Lasteinleitungsbereich 6 eingeleitet.The recess 5 is subsequently introduced into the fiber composite material 1, for example by drilling, punching, cutting, sawing or in another way, and is intended to accommodate a body 7 through which loads are introduced into the fiber composite material 1. The body 7 can be, for example, a screw, a bolt, an eyelet or other fastening means. Different bodies 7 are in 2 B) shown as an example. Loads that act on the body 7, for example due to alternating stress on a further component that is attached to the fiber composite material 1 by means of the body 7, are introduced into the fiber composite material 1 and in particular into the load introduction area 6.

Durch das Einbringen von Faseraugen 4 kann der Lasteinleitungsbereich 6 verstärkt werden. 3 (a) illustriert einen Faserverbundwerkstoff 1 analog der Darstellung in 2 (a), in dem der Lasteinleitungsbereich 6 rund um einen Bereich, in dem eine Ausnehmung 5 eingebracht werden soll, gepunktet dargestellt ist.By introducing fiber eyes 4, the load introduction area 6 can be reinforced. 3 (a) illustrates a fiber composite material 1 analogous to the illustration in 2 (a) , in which the load introduction area 6 is shown in dotted lines around an area in which a recess 5 is to be made.

3 (b) zeigt einen Ausschnitt Illb aus dem Lasteinleitungsbereich 6. In dem Ausschnitt überlappen horizontal und vertikal verlaufende Fasern 2. Während gemäß 3 (a) jeweils nur die oberste Schicht der Fasern 2 in dem Webmuster dargestellt ist, um den Faserverlauf und das Vorliegend des Webmusters deutlich zu machen, zeigt die Darstellung gemäß 3 (b) kreuzweise überlappende Fasern 2, wobei diese in derselben Schicht beispielsweise in sich webartig angeordnet oder in zwei oder mehr übereinanderliegenden Schichten angeordnet sein können. Die Fasern 2 bilden so ein gleichmäßiges Karomuster. 3(b) shows a section IIIb from the load application area 6. In the section, horizontal and vertical fibers 2 overlap. While according to 3 (a) Only the top layer of the fibers 2 is shown in the weaving pattern in order to make the fiber course and the presence of the weaving pattern clear, as shown in the illustration 3(b) crosswise overlapping fibers 2, which can be arranged in the same layer, for example in a weaving manner, or can be arranged in two or more layers one above the other. The fibers 2 thus form a uniform checkered pattern.

3 (c) zeigt in einem Ausschnitt Illc dieselben Fasern wie 3 (b), aber gemäß 3 (c) ist zwischen die Fasern 2 ein Verdrängungskörper 3 gebracht worden. Die Fasern 2 sind in der gleichen Art und Weise verdrängt worden wie gemäß 1 (b). Weil aber der Faserverlauf nicht in 1 (b) unidirektional, sondern bidirektional ist, hat sich nicht ein Faserauge 4, sondern haben sich zwei Faseraugen 4a, 4b ausgebildet. Aufgrund des Faserverlaufs mit zueinander quer angeordneten Fasern 2 sind hier auch die Faseraugen 4a, 4b zueinander quer angeordnet. 3 (c) illustriert somit auch, dass mit einem Verdrängungskörper 3 mehrere Faseraugen 4 erzeugt werden können. Dabei können sich die Faseraugen 4 in derselben Faserlage oder in verschiedenen Faserlagen befinden, was nur davon abhängig ist, durch wie viele Faserlagen sich der Verdrängungskörper 3 erstreckt. 3(c) shows the same fibers as in a section IIIc 3(b) , but according to 3(c) a displacement body 3 has been placed between the fibers 2. The fibers 2 have been displaced in the same way as shown 1(b) . But because the grain is not in... 1(b) is unidirectional, but bidirectional, not one fiber eye 4, but two fiber eyes 4a, 4b have formed. Due to the fiber course with fibers 2 arranged transversely to one another, the fiber eyes 4a, 4b are also arranged transversely to one another. 3(c) thus also illustrates that with one displacement body 3 several fiber eyes 4 can be created. The fiber eyes 4 can be located in the same fiber layer or in different fiber layers, which only depends on how many fiber layers the displacement body 3 extends through.

Die Faseraugen 4 wirken verstärkend in dem Lasteinleitungsbereich 6. Dabei können die Lasten sowohl Zug- als auch Druckkräfte oder auch Scherkräfte sein. Die eingeleiteten Lasten werden durch die im Bereich der Faseraugen 4 gekrümmt verlaufenden Fasern 2 aus dem Bereich der Faseraugen 4 aufgenommen und abgeleitet.The fiber eyes 4 have a reinforcing effect in the load introduction area 6. The loads can be both tensile and compressive forces or even shear forces. The introduced loads are absorbed and diverted from the area of the fiber eyes 4 by the fibers 2, which run curved in the area of the fiber eyes 4.

4 illustriert stark vereinfacht schematisch, wie eine Vielzahl derartig gebildeter Faseraugen in einem Lasteinleitungsbereich 6 den Faserverbundwerkstoff 1 verstärken kann. 4 zeigt dazu zwei benachbarte Lasteinleitungsbereiche 6a, 6b. In jedem der Lasteinleitungsbereiche 6a, 6b ist eine Mehrzahl von Faseraugen 4a, 4b ausgebildet. Diese stehen dabei exemplarisch für eine große Anzahl von Faseraugen 4a, 4b. Die Faseraugen 4a, 4b sind in dem gesamten Lasteinleitungsbereich 6 verteilt, beispielsweise gleichmäßig, während hier außerhalb des Lasteinleitungsbereichs 6 keine Faseraugen 4a, 4b angeordnet sind. Wenn auch außerhalb des Lasteinleitungsbereichs 6 Faseraugen 4a, 4b angeordnet sind, so weisen die Faseraugen 4a, 4b in dem Lasteinleitungsbereich 6a, 6b eine höhere Dichte auf, um den Zweck der besonderen Verstärkung des Lasteinleitungsbereichs 6a, 6b gegenüber dem übrigen Faserverbundwerkstoff 1 zu erfüllen. Der Lasteinleitungsbereich 6a, 6b ist somit gleichzeitig ein Konzentrationsbereich 20a, 20b der Faseraugen 4a, 4b. Dabei kann, wie in 4 illustriert, der Faserverbundwerkstoff 1 mehrere Konzentrationsbereiche 20a, 20b als Lasteinleitungsbereiche 6a, 6b aufweisen. Idealerweise werden an einem Faserverbundformteil aus dem Faserverbundwerkstoff 1 die Konzentrationsbereiche 20a, 20b überall dort vorgesehen, wo in dem Faserverbundformteil später Körper 7 befestigt werden sollen. 4 illustrates in a very simplified schematic diagram how a large number of fiber eyes formed in this way in a load introduction area 6 can reinforce the fiber composite material 1. 4 shows two adjacent load introduction areas 6a, 6b. A plurality of fiber eyes 4a, 4b are formed in each of the load introduction areas 6a, 6b. These are exemplary of a large number of fiber eyes 4a, 4b. The fiber eyes 4a, 4b are distributed throughout the entire load introduction area 6, for example evenly, while here no fiber eyes 4a, 4b are arranged outside the load introduction area 6. If 6 fiber eyes 4a, 4b are arranged outside the load introduction area, the fiber eyes 4a, 4b in the load introduction area 6a, 6b have a higher density in order to specifically reinforce the load introduction area 6a, 6b compared to the rest of the fiber composite material 1 to fulfill. The load introduction area 6a, 6b is therefore at the same time a concentration area 20a, 20b of the fiber eyes 4a, 4b. It can, as in 4 Illustrated, the fiber composite material 1 has several concentration areas 20a, 20b as load introduction areas 6a, 6b. Ideally, on a fiber composite molding made of the fiber composite material 1, the concentration areas 20a, 20b are provided wherever bodies 7 are later to be fastened in the fiber composite molding.

Die 5 und 6 illustrieren einen weiteren Vorteil der Faseraugen 4. Dabei zeigt 5 (a) parallele Fasern 2 in einem Faserverbundwerkstoff 1 analog der 1 (a). In dem Faserverbundwerkstoff 1 hat sich ein Riss 8 ausgebildet, der sich in dem Faserverbundwerkstoff 1 fortpflanzt. 6 (a) zeigt denselben Riss 8 in einer vereinfachten Darstellung mit nur zwei benachbarten Fasern 2 und auf der rechten Seite der Darstellung einen Kerbgrund 9 des Risses 8 in dem Faserverbundwerkstoff 1 sowie in Diagrammform die in dem Kerbgrund wirkende Risskraft 10 über dem Ort.The 5 and 6 illustrate another advantage of fiber eyes 4. This shows 5 (a) parallel fibers 2 in a fiber composite material 1 analogous to that 1 (a) . A crack 8 has formed in the fiber composite material 1, which propagates in the fiber composite material 1. 6 (a) shows the same crack 8 in a simplified representation with only two adjacent fibers 2 and on the right side of the representation a notch base 9 of the crack 8 in the fiber composite material 1 and in diagram form the crack force 10 acting in the notch base above the location.

Die 5 (b) und 6 (b) illustrieren in gleicher Weise einen Riss 8, der sich in einem Faserverbundwerkstoff 1 fortpflanzt, in dem ein Faserauge 4 gebildet ist. 6 (b) illustriert insbesondere den Moment, in dem der Riss 8 auf den Verdrängungskörper 3 oder eine durch entfernen des Verdrängungskörpers 3 nach dem Aushärten des Harzes hinterlassene Ausnehmung 11 trifft. Dabei geht der Kerbgrund 9 schlagartig in die runde oder zumindest abgerundete Ausnehmung 11 über oder wird an dem Verdrängungskörper 3 gestoppt. 6 (b) illustriert, dass die dabei auftretende Risskraft 10 sehr viel geringer ist als im Falle der 6 (a). Im Idealfall wird eine Rissenergie des Risses 8 an der Ausnehmung 11 oder dem Verdrängungskörper 3 vollständig dissipiert, so dass die Ausbreitung des Risses 8 vollständig gestoppt oder zumindest vermindert wird.The 5(b) and 6(b) similarly illustrate a crack 8 that propagates in a fiber composite material 1 in which a fiber eye 4 is formed. 6(b) illustrates in particular the moment in which the crack 8 hits the displacement body 3 or a recess 11 left by removing the displacement body 3 after the resin has hardened. The notch base 9 suddenly merges into the round or at least rounded recess 11 or is stopped on the displacement body 3. 6(b) illustrates that the cracking force 10 that occurs is much lower than in the case of 6 (a) . Ideally, a crack energy of the crack 8 is completely dissipated at the recess 11 or the displacement body 3, so that the propagation of the crack 8 is completely stopped or at least reduced.

7 ist eine Mikroskopaufnahme eines Ausschnitts eines Faserverbundwerkstoffs 1 mit einem Faserauge 4. Grundlage des Faserverbundwerkstoffs 1 ist ein Kohlenstofffaserhalbzeug, sodass es sich bei den abgebildeten Fasern 2 um Kohlenstofffasern handelt. In dem Faserauge 4 befindet sich kein Verdrängungskörper 3, sondern der Verdrängungskörper 3 - ein Faden, der mittels einer Nadel in den Faserverbundwerkstoff eingezogen wurde - wurde nach dem Aushärten des Harzes entfernt. Die Fasern 2 des Faserverbundwerkstoffs 1 erstrecken sich außerhalb des Faserauges 4 vor allem entlang des Faserverlaufs 12 bzw. senkrecht dazu in einem zweiten Faserverlauf. Eine Horizontalerstreckung 13 des Faserauges 4 entlang des Faserverlaufs 12 wird zwischen den beiden Punkten gemessen, an denen die Fasern 2 ihre parallele Ausrichtung verlassen. Eine Vertikalerstreckung 14 des Faserauges 4 quer zu der Faserhauptrichtung 12 wird ebenfalls als der Bereich gemessen, in dem die Fasern 2 nicht parallel zueinander verlaufen. 7 is a microscope image of a section of a fiber composite material 1 with a fiber eye 4. The basis of the fiber composite material 1 is a carbon fiber semi-finished product, so that the fibers 2 shown are carbon fibers. There is no displacement body 3 in the fiber eye 4, but the displacement body 3 - a thread that was drawn into the fiber composite material using a needle - was removed after the resin had hardened. The fibers 2 of the fiber composite material 1 extend outside the fiber eye 4 primarily along the fiber course 12 or perpendicularly thereto in a second fiber course. A horizontal extension 13 of the fiber eye 4 along the fiber path 12 is measured between the two points at which the fibers 2 leave their parallel alignment. A vertical extension 14 of the fiber eye 4 transverse to the main fiber direction 12 is also measured as the area in which the fibers 2 do not run parallel to one another.

8 zeigt ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Faserverbundstoffs 1 mit Faseraugen 2. 8th shows a flow chart of a method according to the invention for producing a fiber composite 1 with fiber eyes 2.

In einem ersten Schritt 15 wird eine Faserlage mit parallelen Fasern 2 ausgebildet, indem Fasern angeordnet werden. Diese Faserlage kann auch weitere Fasern 2 aufweisen, die nicht mit den ersten Fasern 2 parallel sind. Zusätzlich oder alternativ kann die Faserlage mit einer oder mehreren weiteren Faserlagen kombiniert werden, die einen gleichen oder abweichenden Faserverlauf 12 aufweisen können.In a first step 15, a fiber layer with parallel fibers 2 is formed by arranging fibers. This fiber layer can also have further fibers 2 that are not parallel to the first fibers 2. Additionally or alternatively, the fiber layer can be combined with one or more further fiber layers, which can have the same or different fiber course 12.

In einem Schritt 16 wird die Faserlage mit einem Harz infundiert. Das Harz wird aber in Schritt 16 noch nicht ausgehärtet oder höchstens teilweise ausgehärtet.In a step 16, the fiber layer is infused with a resin. However, the resin is not yet cured in step 16 or is at most partially cured.

In Schritten 17 und 18 werden die Faseraugen 4 erzeugt. Dazu wird in Schritt 17 ein Verdrängungskörper 3 jeweils dort in die Faserlage eingebracht, wo ein Faserauge 4 erzeugt werden soll, sodass die Fasern 2 im Bereich des Verdrängungskörpers 3 aus ihrer parallelen Lage entlang des Faserverlaufs 12 verdrängt und damit mit einer Auslenkung aus ihrer parallelen Lage von maximal 250 µm um den Verdrängungskörper 3 herum gekrümmt werden. Die Schritte 16 und 17 können auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden, sodass der Verdrängungskörper 3 in die „trockene“ Faserlage eingebracht wird und erst anschließend die Faserlage mit dem Harz infundiert wird. Ein Teil-Aushärten des Harzes findet in diesem Fall in Schritt 16 üblicherweise nicht statt.In steps 17 and 18 the fiber eyes 4 are created. For this purpose, in step 17, a displacement body 3 is introduced into the fiber layer where a fiber eye 4 is to be created, so that the fibers 2 in the area of the displacement body 3 are displaced from their parallel position along the fiber course 12 and thus with a deflection from their parallel position of a maximum of 250 µm can be curved around the displacement body 3. Steps 16 and 17 can also be carried out in reverse order, so that the displacement body 3 is inserted into the “dry” fiber layer and only then is the fiber layer infused with the resin. In this case, partial curing of the resin usually does not take place in step 16.

In Schritt 18 wird das Harz (endgültig) ausgehärtet. Anschließend kann der Verdrängungskörper 3 in einem optionalen Schritt 19 aus der Faserlage entfernt werden oder, wenn er beispielsweise als zusätzliche Verstärkung gewünscht ist, in der Faserlage verbleiben. Da das Harz ausgehärtet ist, behält das Faserauge 2 in jedem Fall seine Form bei.In step 18 the resin is (finally) cured. The displacement body 3 can then be removed from the fiber layer in an optional step 19 or, if it is desired as additional reinforcement, for example, it can remain in the fiber layer. Since the resin has hardened, the fiber eye 2 retains its shape in any case.

Indem in Schritt 17 mehrere Verdrängungskörper 3 in die Faserlage eingebracht werden, können mehrere Faseraugen 2 in dem Faserverbundwerkstoff 1 erzeugt werden. Ihre Verteilung kann in einfacher Weise durch die Platzierung der Verdrängungskörper 3 gesteuert werden. Dabei werden erfindungsgemäß die Verdrängungskörper 3 so platziert, dass in einem Teilbereich des Faserverbundwerkstoffs 1 die Faseraugen eine mindestens 1,5-mal oder mindestens doppelt so große Raumdichte aufweisen wie in einem anderen Teilbereich des Faserverbundwerkstoffs 1. Bei dem Teilbereich mit der erhöhten Dichte handelt es sich um eine bestimmte Faserlage in einem Faserverbundwerkstoff 1 mit mehreren Faserlagen und um einen Konzentrationsbereich, sodass ein gezielter Verstärkungseffekt erzielt wird.By introducing several displacement bodies 3 into the fiber layer in step 17, several fiber eyes 2 can be produced in the fiber composite material 1. Their distribution can be easily controlled by the placement of the displacement bodies 3. According to the invention, the displacement bodies 3 are placed in such a way that in a portion of the fiber composite material 1 the fiber eyes have a spatial density that is at least 1.5 times or at least twice as large as in another portion of the fiber composite material 1 Fiber composite material 1. The partial area with the increased density is a specific fiber layer in a fiber composite material 1 with several fiber layers and a concentration area, so that a targeted reinforcement effect is achieved.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST

11: FaserverbundwerkstoffFiber composite material
22: Faserfiber
33: Verdrängungskörperdisplacement body
44: Faseraugefiber eye
55: Ausnehmungrecess
66: LasteinleitungsbereichLoad introduction area
77: KörperBody
88th: RissCrack
99: Kerbgrundnotch base
1010: Risskraftcrack strength
1111: Ausnehmungrecess
1212: FaserverlaufFiber course
1313: HorizontalerstreckungHorizontal extent
1414: VertikalerstreckungVertical extension
1515: SchrittStep
1616: SchrittStep
1717: SchrittStep
1818: SchrittStep
1919: SchrittStep
20a, 20b20a, 20b: KonzentrationsbereichConcentration range

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs (1) mit Faseraugen (4) an einer Vielzahl von Positionen mit den Schritten - Ausbilden (15) einer Faserlage mit parallelen Fasern (2), - Infundieren (16) der Faserlage mit einem Harz, - Erzeugen der Faseraugen (4) durch - Einbringen (17) eines Verdrängungskörpers (3) in die Faserlage an jeder Position jedes Faserauges (4), sodass die Fasern (2) im Bereich des Verdrängungskörpers (3) aus ihrer parallelen Lage verdrängt und damit um den Verdrängungskörper (3) herum gekrümmt werden und - Aushärten (18) des Harzes, wobei die Faseraugen (4) mit einer Auslenkung der Fasern (2) aus dem parallelen Verlauf der Fasern (2) von maximal 250 µm erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, - dass die Faserlage, in der die Faseraugen (4) erzeugt werden, mit einer weiteren Faserlage verbunden wird, in der keine Faseraugen (4) erzeugt werden, und - dass die Faseraugen (4) in einem Konzentrationsbereich (20a, 20b) des Faserverbundwerkstoffs (1) mit einer höheren Flächendichte erzeugt werden als außerhalb des Konzentrationsbereichs (20a, 20b), wobei der Konzentrationsbereich (20a, 20b) in einem Lasteinleitungsbereich (6) um eine Ausnehmung (5) gebildet wird, die nachträglich in den Faserverbundwerkstoff (1) eingebracht wird, um einen Körper (7) aufzunehmen, über den Lasten in den Faserverbundwerkstoff (1) eingeleitet werden.Method for producing a fiber composite material (1) with fiber eyes (4) at a variety of positions with the steps - forming (15) a fiber layer with parallel fibers (2), - infusing (16) the fiber layer with a resin, - producing the fiber eyes (4) by - introducing (17) a displacement body (3) into the fiber layer at every position of each fiber eye (4), so that the fibers (2) in the area of the displacement body (3) are displaced from their parallel position and thus around the displacement body ( 3) are curved around and - hardening (18) of the resin, the fiber eyes (4) being produced with a deflection of the fibers (2) from the parallel course of the fibers (2) of a maximum of 250 µm, characterized in that - the Fiber layer in which the fiber eyes (4) are produced is connected to a further fiber layer in which no fiber eyes (4) are produced, and - that the fiber eyes (4) in a concentration range (20a, 20b) of the fiber composite material (1) are produced with a higher surface density than outside the concentration area (20a, 20b), the concentration area (20a, 20b) being formed in a load introduction area (6) around a recess (5) which is subsequently introduced into the fiber composite material (1), to accommodate a body (7) through which loads are introduced into the fiber composite material (1).

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkung der Fasern mindestens einem Faserradius entspricht.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the deflection of the fibers corresponds to at least one fiber radius.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserlage, in der die Faseraugen (4) erzeugt werden, eine Decklage oder eine innere Lage des Faserverbundwerkstoffs (1) ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber layer in which the fiber eyes (4) are produced is a cover layer or an inner layer of the fiber composite material (1).

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faseraugen (4) in dem Konzentrationsbereich (20a, 20b) gleichmäßig verteilt erzeugt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber eyes (4) are produced in a uniformly distributed manner in the concentration region (20a, 20b).

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faserverlauf (12) in dem Faserverbundwerkstoff (1) unidirektional ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a fiber course (12) in the fiber composite material (1) is unidirectional.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faserverlauf (12) in dem Faserverbundwerkstoff (1) bidirektional oder multidirektional ist.Procedure according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that a fiber course (12) in the fiber composite material (1) is bidirectional or multidirectional.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Verdrängungskörper (3) oder zumindest eine Teilmenge der Verdrängungskörper (3) nach dem Aushärten des Harzes aus dem Faserverbundwerkstoff (1) entfernt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that each of the displacement bodies (3) or at least a subset of the displacement bodies (3) is removed from the fiber composite material (1) after the resin has hardened.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Verdrängungskörper (3) oder zumindest eine Teilmenge der Verdrängungskörper (3) nach dem Aushärten des Harzes in dem Faserverbundwerkstoff (1) verbleibt.Procedure according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that each of the displacement bodies (3) or at least a subset of the displacement bodies (3) remains in the fiber composite material (1) after the resin has hardened.

Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Verdrängungskörper (3) einen Elastizitätsmodul aufweist, der nicht mehr als 50 % des Elastizitätsmoduls des ausgehärteten Harzes beträgt.Procedure according to Claim 8 , characterized in that each of the displacement bodies (3) has a modulus of elasticity which is not more than 50% of the modulus of elasticity of the cured resin.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faseraugen (4) in Abständen zwischen 6 mm und 13 mm in Längsrichtung eines Faserverlaufs (12) der Faserlage und/oder zwischen 0,6 mm und 1,3 mm in Querrichtung des Faserverlaufs (12) der Faserlage erzeugt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber eyes (4) are at intervals between 6 mm and 13 mm in the longitudinal direction of a fiber course (12) of the fiber layer and / or between 0.6 mm and 1.3 mm in the transverse direction of the fiber course (12) of the fiber layer are generated.

Faserverbundwerkstoff (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellter Faserverbundwerkstoff (1), mit - einem ausgehärteten Harz, - in dem Harz eingebetteten Fasern (2) und - Faseraugen (4), in deren Bereichen die Fasern (2) um einen Verdrängungskörper (3) oder eine Ausnehmung (11) in dem Faserverbundwerkstoff (1) herum gekrümmt verlaufen, an einer Vielzahl von Positionen, wobei die Fasern (2) im Bereich der Faseraugen (4) eine Auslenkung aus einem parallelen Verlauf der Fasern (2) von maximal 250 µm aufweisen, dadurch gekennzeichnet, - dass der Faserverbundwerkstoff (1) zwei Faserlagen aufweist, wobei eine Faserlage Faseraugen (4) aufweist und die andere Faserlage keine Faseraugen (4) aufweist, und - dass die Faseraugen (4) in einem Konzentrationsbereich (20a, 20b) des Faserverbundwerkstoffs (1) eine höhere Flächendichte aufweisen als außerhalb des Konzentrationsbereichs (20), wobei der Konzentrationsbereich (20a, 20b) in einem Lasteinleitungsbereich (6) um eine Ausnehmung (5) in den Faserverbundwerkstoff (1) gebildet ist, die vorgesehen ist, um einen Körper (7) aufzunehmen, über den Lasten in den Faserverbundwerkstoff (1) eingeleitet werden.Fiber composite material (1), in particular fiber composite material (1) produced according to one of the preceding claims, with - a hardened resin, - fibers (2) embedded in the resin and - fiber eyes (4), in the areas of which the fibers (2) surround a displacement body (3) or a recess (11) in the fiber composite material (1) curves around, at a variety of positions, the fibers (2) in the area of the fiber eyes (4) having a deflection from a parallel course of the fibers (2). have a maximum of 250 µm, characterized in that - the fiber composite material (1) has two fiber layers, one fiber layer having fiber eyes (4) and the other fiber layer having no fiber eyes (4), and - that the fiber eyes (4) in a concentration range ( 20a, 20b) of the fiber composite material (1) have a higher surface density than outside the concentration area (20), the concentration area (20a, 20b) being formed in a load introduction area (6) around a recess (5) in the fiber composite material (1), which is intended to accommodate a body (7) via which loads are introduced into the fiber composite material (1).

Faserverbundwerkstoff (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkung der Fasern mindestens einem Faserradius entspricht.Fiber composite material (1). Claim 11 , characterized in that the deflection of the fibers corresponds to at least one fiber radius.

Faserverbundwerkstoff (1) nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Faseraugen (4) in dem Konzentrationsbereich (20) gleichmäßig verteilt sind.Fiber composite material (1) according to one of the Claims 11 and 12 , characterized in that the fiber eyes (4) are evenly distributed in the concentration area (20).

Faserverbundwerkstoff (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faserverlauf (12) in dem Faserverbundwerkstoff (1) unidirektional ist.Fiber composite material (1) according to one of the Claims 11 until 13 , characterized in that a fiber course (12) in the fiber composite material (1) is unidirectional.

Faserverbundwerkstoff (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faserverlauf (12) in dem Faserverbundwerkstoff (1) bidirektional oder multidirektional ist.Fiber composite material (1) according to one of the Claims 11 until 13 , characterized in that a fiber course (12) in the fiber composite material (1) is bidirectional or multidirectional.

Faserverbundwerkstoff (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass jedes oder ein Teil der Faseraugen (4) mit jeweils einem Verdrängungskörper (3) gefüllt ist und jeder der Verdrängungskörper (3) einen Elastizitätsmodul aufweist, der nicht mehr als 50 % des Elastizitätsmoduls des ausgehärteten Harzes beträgt.Fiber composite material (1) according to one of the Claims 11 until 15 , characterized in that each or part of the fiber eyes (4) is filled with a displacement body (3) and each of the displacement bodies (3) has a modulus of elasticity which is not more than 50% of the modulus of elasticity of the cured resin.

Faserverbundwerkstoff (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Faseraugen (4) Abstände zwischen 6 mm und 13 mm in Längsrichtung eines Faserverlaufs (12) der oder einer Faserlage, in der sich das Faserauge (4) befindet, und/oder zwischen 0,6 mm und 1,3 mm in Querrichtung des Faserverlaufs (12) der Faserlage haben.Fiber composite material (1) according to one of the Claims 11 until 16 , characterized in that the fiber eyes (4) have distances between 6 mm and 13 mm in the longitudinal direction of a fiber course (12) of the or a fiber layer in which the fiber eye (4) is located, and / or between 0.6 mm and 1, 3 mm in the transverse direction of the grain (12) of the fiber layer.

Luft- oder Raumfahrzeug mit einem Faserverbundformteil aus einem Faserverbundwerkstoff (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei das Faserverbundformteil Teil eines Flügels oder einer Landeklappe des Luft- oder Raumfahrzeugs ist.Aircraft or spacecraft with a fiber composite molding made of a fiber composite material (1) according to one of Claims 11 until 17 , wherein the fiber composite molding is part of a wing or a landing flap of the aircraft or spacecraft.