DE102020203523A1 - Process for the production of a component by local thermoforming - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1) durch lokales Thermoumformen eines thermoplastischen Sandwichverbund-Zuschnitts (3), der aus zwei thermoplastischen Decklagen (11, 13) aus Faserverbundkunststoff mit zwischengeordnetem Sandwichkern (15) aufgebaut ist, wobei in einem Heizschritt der Sandwichverbund-Zuschnitt (3) lokal begrenzt in einer Umformzone (29) entlang einer vordefinierten Umformlinie (U) bis in einen Schmelztemperaturbereich erwärmt wird, in einem Umformschritt der Sandwichverbund-Zuschnitt (3) entlang der Umformlinie (U) gefaltet wird, und in einem Kühlschritt der umgeformte Sandwichverbund-Zuschnitt (3) bis Unterschreiten des Schmelztemperaturbereiches abgekühlt wird. Erfindungsgemäß ist zur Vermeidung von Faltenbildung an der auf der Innenradius-Seite liegenden Innen-Decklage (11) des thermoplastischen Sandwichverbund-Zuschnitts (3) ein Faserverlauf der Fasern in der Innen-Decklage (11) quer über die Umformzone (29) unterbrochen, so dass im Umformschritt ein interlaminares Abgleiten der Fasern der Innen-Decklage (11) innerhalb der Umformzone (29) ermöglicht ist.The invention relates to a method for producing a component (1) by local thermoforming of a thermoplastic sandwich composite blank (3), which is made up of two thermoplastic cover layers (11, 13) made of fiber composite with an intermediate sandwich core (15) Sandwich composite blank (3) locally limited in a forming zone (29) along a predefined forming line (U) is heated up to a melting temperature range, in a forming step the sandwich composite blank (3) is folded along the forming line (U), and in one Cooling step the reshaped sandwich composite blank (3) is cooled down until it falls below the melting temperature range. According to the invention, in order to avoid wrinkles on the inner cover layer (11) of the thermoplastic sandwich composite blank (3) lying on the inner radius side, a fiber course of the fibers in the inner cover layer (11) is interrupted across the deformation zone (29), see above that in the reshaping step, the fibers of the inner cover layer (11) can slide off interlaminar within the reshaping zone (29).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils durch lokales Thermoumformen eines thermoplastischen Sandwichverbund-Zuschnitts gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a method for producing a component by local thermoforming of a thermoplastic sandwich composite blank according to the preamble of claim 1.

Thermoplastische Sandwichverbunde bestehen üblicherweise aus zwei Decklagen von thermoplastischen Platten und einer Zwischenschicht, dem Kern. Die thermoplastischen Platten sind dabei in der Regel Faserkunststoffverbund (FKV), sogenannte Organobleche. Die Zwischenschicht kann aus unterschiedlichen Materialien und unterschiedlichen Bauformen gebildet werden. Häufig verwendet werden Aluminium- oder Kunststoffwaben, sowie geschäumte Materialien.Thermoplastic sandwich composites usually consist of two outer layers of thermoplastic sheets and an intermediate layer, the core. The thermoplastic sheets are usually fiber-reinforced plastics (FRP), so-called organic sheets. The intermediate layer can be formed from different materials and different designs. Frequently used are aluminum or plastic honeycombs, as well as foamed materials.

Werden diese Sandwichplatten anschließend umgeformt, geschieht dies normalerweise in einem Tiefziehwerkzeug, bei dem vorher die gesamte umzuformende Platte aufgewärmt und anschließend in einer Presse unter Druck und Wärme umgeformt wird. Nach dem Abkühlen kann das Bauteil entnommen und weiteren Prozessschritten zugeführt werden.If these sandwich panels are then reshaped, this is normally done in a deep-drawing tool, in which the entire sheet to be reshaped is previously heated and then reshaped in a press under pressure and heat. After cooling, the component can be removed and added to further process steps.

Daneben werden Sandwichverbunde auch aus duroplastischen Kunststoffen hergestellt und verwendet. Diese können aber nicht im Nachgang umgeformt werden, sondern erhalten ihre Bauteilform schon während des Herstellens des Verbunds.Sandwich composites are also made and used from thermosetting plastics. However, these cannot be reshaped afterwards, but are given their component shape during the manufacture of the composite.

Für beide Varianten werden spezifische Werkzeuge benötigt, entweder Tiefziehwerkzeuge oder Ablege- beziehungsweise Vakuumwerkzeuge, die der endgültigen Form des Bauteiles entsprechen beziehungsweise nahekommen und dementsprechend nur für diese eine Bauform zu verwenden und entsprechend teuer sind.For both variants, specific tools are required, either deep-drawing tools or depositing or vacuum tools, which correspond to or approximate the final shape of the component and accordingly can only be used for this one design and are correspondingly expensive.

Eine weitere Variante besteht aus dem Zuschneiden entsprechender Platten, die anschließend miteinander zum fertigen Bauteil verbunden werden. Als Verbindungstechniken hat sich das Kleben, bei thermoplastischen Kunststoffen das Schweißen, bei duroplastischen Kunststoffen das Laminieren, oder das Nieten bewährt.Another variant consists of cutting appropriate panels, which are then connected to one another to form the finished component. Bonding, for thermoplastics welding, for thermosetting plastics, lamination, or riveting have proven to be successful connection techniques.

In einem gattungsgemäßen Verfahren wird ein Bauteil durch lokales Thermoumformen eines thermoplastischen Sandwichverbund-Zuschnitts hergestellt. Der Sandwichverbund-Zuschnitt ist aus zwei thermoplastischen Decklagen aus Faserverbundkunststoff mit zwischengeordnetem Sandwichkern aufgebaut. In einem Heizschritt wird der Sandwichverbund-Zuschnitt lokal begrenzt in einer Umformzone entlang einer vordefinierten Umformlinie bis in einen Schmelztemperaturbereich erwärmt. Anschließend erfolgt ein Umformschritt, in dem der Sandwichverbund-Zuschnitt entlang der Umformlinie gefaltet wird. In einem Kühlschritt wird der umgeformte Sandwichverbund-Zuschnitt bis Unterschreiten des Schmelztemperaturbereiches abgekühlt.In a generic method, a component is produced by local thermoforming of a thermoplastic sandwich composite blank. The sandwich composite blank is made up of two thermoplastic cover layers made of fiber composite with an intermediate sandwich core. In a heating step, the sandwich composite blank is heated locally in a deformation zone along a predefined deformation line up to a melting temperature range. This is followed by a forming step in which the sandwich composite blank is folded along the forming line. In a cooling step, the reshaped sandwich composite blank is cooled down until it falls below the melting temperature range.

Die DE 10 2016 224 340 A1 beschreibt ein lokales Thermoumformen nicht bei einem Sandwich-Verbund-Zuschnitt, sondern bei Organoblechen. Demzufolge können universelle Werkzeuge, die unabhängig von der späteren Form des Bauteiles sind, verwendet werden, um so Neuanfertigungs- oder Änderungskosten und Zeit zu sparen. Vorzugsweise wird das Verfahren aufgrund des zeitlichen Aufwands in der Prototypenfertigung oder bei einer Kleinstserie angewendet.the DE 10 2016 224 340 A1 describes a local thermoforming not with a sandwich composite blank, but with organic sheets. As a result, universal tools that are independent of the later shape of the component can be used in order to save new production or modification costs and time. Because of the time required, the method is preferably used in prototype production or in small series.

Wird ein Organoblech lokal begrenzt entlang der späteren Umformungslinie gezielt erwärmt, so dass der thermoplastische Kunststoff seinen Schmelztemperaturbereich erreicht, kann es anschließend entlang dieser Linie gefaltet werden. Bei Unterschreiten der Schmelztemperatur, also nach dem Ende der Wärmezufuhr, erstarrt der Kunststoff wieder. Das Erwärmen geschieht vorzugsweise mit Infrarotstrahlern. Andere Erwärmungstechniken, wie Heißluft, sind ebenfalls zielführend. Der Vorgang des Faltens kann mit einfachen Hilfsmitteln und ohne spezielle Werkzeuge durchgeführt werden. Bevorzugt wird eine Abkantpresse mit einem Abkantwerkzeug, welches nur auf den erforderlichen Faltwinkel ausgelegt werden muss. Das Falten kann aber auch mit einer Abkantbank oder mit beweglichen Platten durchgeführt werden. Das gleiche gilt für Sandwichverbunde aus thermoplastischen Decklagen.If an organic sheet is heated in a targeted manner along the subsequent forming line so that the thermoplastic material reaches its melting temperature range, it can then be folded along this line. If the temperature falls below the melting point, i.e. after the heat supply has ended, the plastic solidifies again. The heating is preferably done with infrared heaters. Other heating techniques, such as hot air, are also effective. The process of folding can be carried out with simple aids and without special tools. A folding press with a folding tool which only needs to be designed for the required folding angle is preferred. However, folding can also be carried out with a folding bench or with movable plates. The same applies to sandwich composites made from thermoplastic cover layers.

Die Problematik beim Falten im Allgemeinen und aufgrund der Geometrie, das heißt der Plattenstärke, bei Sandwichplatten im Besonderen, sind eine Faltenbildung des Organoblechs auf der Seite des Innenradius. Sie entstehen durch das Fixieren der Fasern in der nicht geschmolzenen Matrix und dem Stauchen der Fasern im Innenradius durch die verringerte Bogenlänge im Vergleich zur ursprünglichen Länge im flachen Zustand. Da die Länge der Fasern nicht geändert wird, legen sich die Fasern und teilweise auch die sie umgebende Matrix in Schleifen, was zu Falten führt.The problem with folding in general, and due to the geometry, i.e. the panel thickness, in sandwich panels in particular, is the formation of folds in the organic sheet on the side of the inner radius. They are created by fixing the fibers in the non-melted matrix and compressing the fibers in the inner radius due to the reduced arc length compared to the original length in the flat state. Since the length of the fibers is not changed, the fibers and partly also the surrounding matrix lay in loops, which leads to wrinkles.

Durch die Faltenbildung kommt es zur Reduzierung der Festigkeit und Steifigkeit des Verbundes, da die geknickten beziehungsweise gefalteten Fasern keine Zugkräfte mehr übertragen können, sondern stattdessen bemüht sind, die Schleife, die sie bilden, aufzulösen indem sie sich strecken. Daher können Kräfte nur noch durch die Matrix übertragen werden, welche häufig auch nicht homogen vorliegt. Zusätzlich treten durch das Bestreben der Fasern sich zu strecken auch noch innere Spannungen auf.The formation of folds leads to a reduction in the strength and rigidity of the composite, since the kinked or folded fibers can no longer transmit tensile forces, but instead try to break up the loop that they form by stretching. For this reason, forces can only be transmitted through the matrix, which is also often not homogeneous. In addition, the striving of the fibers to stretch causes internal tensions.

Aus der WO 2014/082929 A ist ein Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils insbesondere für eine Karosserie bekannt. Aus der DE 10 2011 006 819 A1 ist eine dreidimensional konturierte Sandwichstruktur bekannt.From the WO 2014/082929 A a method for producing a structural component, in particular for a body, is known. From the DE 10 2011 006 819 A1 a three-dimensional contoured sandwich structure is known.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils durch lokales Thermoumformen eines thermoplastischen Sandwichverbund-Zuschnitts bereitzustellen, der im Vergleich zum Stand der Technik in konstruktiv einfacher Weise bauteilstabiler gegenüber Druck- und/oder Zugbeanspruchung ist.The object of the invention is to provide a method for producing a component by local thermoforming of a thermoplastic sandwich composite blank which, compared to the prior art, is structurally more stable to compressive and / or tensile stress in a structurally simple manner.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is achieved by the features of claim 1. Preferred developments of the invention are disclosed in the subclaims.

Mit der Erfindung wird beim Thermoformen die Faltenbildung verhindern, indem ein vollständiges Abgleiten der Faserlagen beim Thermoformen ermöglicht wird. Das Falten der Fasern während des Umformens findet auf der Druckseite des Sandwichverbund-Zuschnitts statt. Diese ist bei den hier beschriebenen Sandwichstrukturen auf der Innenseite vorzufinden. Um das Abgleiten der Fasern realisieren zu können und keine Falten während des lokalen Thermoformens zu produzieren, ist erfindungsgemäß die mechanische Fixierung der Fasern im aufgeschmolzenen Bereich der Innen-Decklage des Sandwichverbund-Zuschnitts gelöst. Hierdurch wird das interlaminare Gleiten ohne Einschränkungen ermöglicht.The invention prevents the formation of wrinkles during thermoforming by allowing the fiber layers to slide off completely during thermoforming. The folding of the fibers during the forming takes place on the pressure side of the sandwich composite blank. This can be found on the inside of the sandwich structures described here. In order to allow the fibers to slide off and not to produce wrinkles during the local thermoforming, the mechanical fixing of the fibers in the melted area of the inner cover layer of the sandwich composite blank is solved according to the invention. This enables interlaminar sliding without restrictions.

Um das freie Abgleiten der Fasern zu gewährleisten, wird die innere Decklage des Sandwich unterbrochen, sodass eine Lücke im Laminat entsteht. Die entstehende Lücke soll mittels eines Patch überbrückt werden. Der Patch ist ebenfalls (wie die Decklagen) ein Stück Organoblech, welches lang genug ist, um die Lücke zu schließen und eine gewisse Überlappung mit den anschließenden Decklagen zu gewährleisten. Vorzugsweise ist die Lücke mittig im Bereich der inneren Decklage platziert. Die Länge dieser Lücke im umgeformten Zustand, entspricht hierbei bevorzugt dem Bogenmaß des Innenradius.In order to ensure that the fibers slide off freely, the inner cover layer of the sandwich is interrupted so that a gap is created in the laminate. The resulting gap should be bridged by means of a patch. The patch is also (like the top layers) a piece of organic sheet that is long enough to close the gap and to ensure a certain overlap with the subsequent top layers. The gap is preferably placed centrally in the area of the inner cover layer. The length of this gap in the deformed state here preferably corresponds to the radian dimension of the inner radius.

Eine weitere Besonderheit ist, dass der Patch zunächst nicht mit dem restlichen Sandwich gefügt ist. Das Fügen geschieht erst im Laufe des Umformens. Während des Umformens werden die Überlappungen zwischen Patch und den angrenzenden Sandwichschenkeln verschweißt. Voraussetzung hierfür ist, dass sowohl der Patch als auch die Decklagen auf den angrenzenden Bereichen in der Nähe des Patch vollständig aufschmelzen, damit die Matrizes aus Patch und Innen-Decklage miteinander verschmelzen. Hierbei ist zu beachten, dass die Überlappungslänge zwischen Patch und angrenzenden Decklagen während des Umformens zunimmt. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Innenseite des Sandwich durch das Umformen verkürzt wird. Der Betrag, um den die Länge der Innenseite abnimmt, entspricht hierbei der Differenz des Bogenmaßes zwischen dem äußeren und dem inneren Radius des umgeformten Sandwich. Daher muss eine ausreichende Erwärmung über die Länge des Patch hinaus gewährleistet sein, um ein Verschweißen auf der ganzen Länge der Überlappung zwischen Patch und Sandwichschenkeln zu realisieren. Außerdem wird in der Umformphase der Patch auch mit dem Kern gefügt.Another special feature is that the patch is initially not joined to the rest of the sandwich. The joining only takes place during the forming process. During the forming process, the overlaps between the patch and the adjacent sandwich legs are welded. The prerequisite for this is that both the patch and the cover layers melt completely on the adjoining areas in the vicinity of the patch so that the matrices of patch and inner cover layer fuse with one another. It should be noted that the overlap length between the patch and the adjacent cover layers increases during the forming process. This is due to the fact that the inside of the sandwich is shortened by the forming. The amount by which the length of the inside decreases corresponds to the difference in radian measure between the outer and the inner radius of the formed sandwich. Sufficient heating over the length of the patch must therefore be ensured in order to achieve welding over the entire length of the overlap between the patch and sandwich legs. In addition, the patch is also joined to the core during the forming phase.

Je nach Kernmaterial (Schaum- oder Wabenkern) bieten sich hierfür unterschiedliche Fügemethoden an.Depending on the core material (foam or honeycomb core), different joining methods are available.

Eine besonders aus Gründen des Recyclings anzustrebende Methode zum Fügen von Patchlaminat und Schaumkern, besteht darin, dass der Verbund über die beim Umformen schmelzflüssige Matrix realisiert wird. Durch den Umformdruck wird die flüssige Matrix in die offenen Schaumzellen des Kerns gepresst, wo sie nach dem Umformen und Abkühlen im Werkzeug erstarrt. Sobald sich die Matrix in den Schaumzellen verfestigt hat, besteht ein Formschluss zwischen Patch und Sandwichkern, indem sich die Matrix des Patch in den Schaumzellen verankert. Um diesen Prozess zu unterstützen, kann vor dem Umformen zusätzliches Matrixmaterial in Form eines Polymerfilms zwischen Patch und Schaumkern gelegt werden. Beim Aufheizen schmilzt der Polymerfilm zusammen mit der Matrix des Organoblechs (von Patch und Innen-Decklage) auf und verschmilzt im Umformprozess mit der restlichen Matrix.A method of joining patch laminate and foam core, which is particularly desirable for reasons of recycling, is that the bond is realized via the molten matrix during forming. The forming pressure presses the liquid matrix into the open foam cells of the core, where it solidifies in the tool after forming and cooling. As soon as the matrix has solidified in the foam cells, there is a form fit between the patch and the sandwich core in that the matrix of the patch is anchored in the foam cells. To support this process, additional matrix material in the form of a polymer film can be placed between the patch and the foam core before reshaping. When heated, the polymer film melts together with the matrix of the organic sheet (of the patch and inner cover layer) and fuses with the rest of the matrix in the forming process.

Thermoplastische Wabenkerne bieten die Möglichkeit einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Patch und Kernmaterial. Sofern die Matrix des Organoblechs und die Wabe aus demselben Polymer bestehen, können diese während des Umformens miteinander verschmelzen. Hierbei wird das aufgeheizte Organoblech mit schmelzflüssiger Matrix auf den Wabenkern gedrückt. Durch die hohen Temperaturen in der aufgeschmolzenen Matrix wird auch der Wabenkern oberflächlich aufgeschmolzen. Anschließend erstarren der Wabenkern und die Matrix des Patch gemeinsam und sind hiermit verschweißt.Thermoplastic honeycomb cores offer the possibility of a material connection between the patch and the core material. If the matrix of the organic sheet and the honeycomb consist of the same polymer, they can fuse with one another during the forming process. The heated organic sheet with a molten matrix is pressed onto the honeycomb core. Due to the high temperatures in the melted matrix, the honeycomb core is also melted on the surface. Then the honeycomb core and the matrix of the patch solidify together and are welded to them.

Für Wabenkerne aus beispielsweise Aluminium oder Aramidfasern muss auf einen Klebstoff zum Verbinden von Kern und Patch zurückgegriffen werden. Dafür geeignet sind vor allem besonders schnell aushärtende Epoxidharz-Klebstofffilme, welche in der Zeit, die zum Aufheizen des Sandwich benötigt wird, reagieren. Die Zeit zum Aufheizen beträgt in der Regel zwischen zwei und fünf Minuten und unterscheidet sich vor allem durch die unterschiedlich hohen Schmelztemperaturen der Matrixpolymere sowie der Wärmeleifähigkeit der Kernmaterialien. Klebstofffilme, die in den genannten Zeiträumen aushärten, sind verfügbar.For honeycomb cores made of aluminum or aramid fibers, for example, an adhesive must be used to connect the core and patch. Particularly suitable for this are particularly fast-curing epoxy resin adhesive films, which react in the time it takes to heat the sandwich. The heating time is usually between two and five minutes and differs mainly in the different melting temperatures of the matrix polymers and the thermal conductivity of the core materials. Adhesive films that cure in the stated periods are available.

Um eine sichere Handhabung der Sandwichbauteile und ein Verrutschen des Patchlaminats vor dem Umformen zu verhindern, kann der Patch punktuell, beispielsweise mittels Ultraschallschweißen, an das Schenkellaminat (das heißt die jeweilige Teillage der Innen-Decklage) angeheftet werden. Um sicherzustellen, dass der Schweißpunkt beim späteren Umformen das Abgleiten der Fasern nicht beeinträchtigt, muss sich der Schweißpunkt im zum Umformen aufgeheizten Bereich des Sandwich befinden. Dadurch löst sich der Schweißpunkt, wenn die Matrizes von Patch- und Schenkellaminat aufgeschmolzen werden und ein freies Abgleiten der Fasern in der Innen-Decklage wird ermöglicht.In order to prevent safe handling of the sandwich components and the patch laminate from slipping before reshaping, the patch can be attached to the leg laminate (i.e. the respective partial layer of the inner cover layer) at certain points, for example by means of ultrasonic welding. In order to ensure that the welding point does not impair the sliding of the fibers during subsequent forming, the welding point must be located in the area of the sandwich that is heated for forming. This loosens the weld point when the matrices of patch and leg laminate are melted and the fibers in the inner cover layer can slide off freely.

Um eine festigkeitssteigernde Wirkung durch das Umformen mittels Patch gegenüber dem herkömmlichen lokalen Thermoformen zu erzielen, muss eine ausreichende Lastübertragung zwischen dem Laminat der Sandwichschenkel und dem Patch sowie zwischen Patch und Sandwichkern vorliegen. Das Übertragen von Zugkräften im Laminat, soll durch eine ausreichend lange Überlappung zwischen Patch- und Schenkellaminat sichergestellt werden. Die Schubkraftübertragung zwischen Patch und Sandwichkern muss durch eine ausreichend starke mechanische Verankerung der Matrix in den Schaumkernen beziehungsweise einer ausreichenden Adhäsion an den Wabenkernen erzielt werden.In order to achieve a strength-increasing effect by forming by means of a patch compared to conventional local thermoforming, there must be sufficient load transfer between the laminate of the sandwich legs and the patch and between the patch and sandwich core. The transfer of tensile forces in the laminate should be ensured by a sufficiently long overlap between the patch and leg laminate. The transmission of shear force between the patch and the sandwich core must be achieved by sufficiently strong mechanical anchoring of the matrix in the foam cores or by adequate adhesion to the honeycomb cores.

Umformuntersuchungen mit Patch an einem Sandwich mit Schaumkern haben gezeigt, dass das Abgleiten der Faserlagen im Patch durch scharfe, das heißt rechtwinklige, Kanten an den Enden des Schenkellaminats behindert werden kann. Es kommt hierbei zu Delaminationen im Patch, da sich die Fasern aus Patch und Sandwichbauteil während des Abgleitens verhaken. Um Delaminationen zu verhindern, ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Decklagen auf den Sandwichschenkeln eine Fase über die Dicke der Lage. Mit dieser Geometrie wird für das Abgleiten der Fasern während des Umformens gesorgt und das Delaminieren verhindert.Forming studies with a patch on a sandwich with a foam core have shown that the sliding of the fiber layers in the patch can be hindered by sharp, i.e. right-angled, edges at the ends of the leg laminate. This leads to delamination in the patch, as the fibers from the patch and sandwich component get caught while sliding off. In order to prevent delamination, an advantageous embodiment of the cover layers on the sandwich legs is a bevel across the thickness of the layer. This geometry ensures that the fibers slide off during the forming process and prevents delamination.

Als Alternativen zum erfindungsgemäßen Patchen ist es möglich, die radieninnere Decklage einfach symmetrisch (das heißt auf der Umformlinie) oder asymmetrisch (das heißt seitlich versetzt zur Umformlinie) so zu trennen, dass nach dem Umformen eine Überlappung entsteht. Voraussetzung für das Abgleiten des eines Teils der Decklage ist es aber, dass der Teil, der später überlappen soll, nicht mit dem Sandwichkern verbunden ist. Auch bei diesen Alternativen ist es für das Gleiten wichtig, dass die Ränder angefast sind und sich nicht gegenseitig bei der Bewegung hinderlich sind.As an alternative to patching according to the invention, it is possible to simply separate the inner radius cover layer symmetrically (i.e. on the forming line) or asymmetrically (i.e. laterally offset to the forming line) so that an overlap occurs after forming. A prerequisite for one part of the top layer to slide off, however, is that the part that is later to overlap is not connected to the sandwich core. With these alternatives, too, it is important for sliding that the edges are chamfered and not obstruct each other's movement.

Bei einer symmetrischen Trennung wird die radieninnere Decklage mittig zum Innenradius mit einem ein bis zwei Millimeter breiten Schlitz versehen. Hierdurch sind die Fasern des Laminats getrennt und es entstehen „offene Enden“ an beiden Seiten der Trennstelle. Ziel ist es, dass sich die „offenen Enden“ der inneren Decklage beim Umformen übereinander schieben und somit eine Überlappung zur Kraftübertragung entsteht. Die „offene Enden“ müssen ebenfalls angefast werden, um das Abgleiten der Laminate zu optimieren. Zu diesem Zweck müssen die Fasen gegenläufig ausgeführt sein beziehungsweise das Trennen unter einem Winkel von ca. 45° erfolgen. Dabei ist es wichtig, dass zumindest auf der Seite die später auf der anderen Decklagenseite zu liegen kommt, keine Fügung zum Kernmaterial existiert.In the case of a symmetrical separation, the inner radius cover layer is provided with a one to two millimeter wide slot in the middle of the inner radius. This separates the fibers of the laminate and creates “open ends” on both sides of the separation point. The aim is for the "open ends" of the inner cover layer to slide over one another during forming, thus creating an overlap for power transmission. The "open ends" must also be chamfered in order to optimize the sliding of the laminates. For this purpose, the bevels must run in opposite directions or the separation must take place at an angle of approx. 45 °. It is important that at least on the side that will later be on the other side of the cover layer, there is no connection to the core material.

Bei einer asymmetrischen Trennung erfolgt das Trennen so, dass die Überlappung nicht im Radienbereich entsteht, sondern auf einer der beiden Schenkel des Sandwichverbundes. Die asymmetrische Position des Schlitzes soll verhindern, dass die „offenen Enden“ der beiden Schenkellaminate durch den Stempel beim Umformen in den Sandwichkern gedrückt werden. In diesem Fall wäre ein Abgleiten der Decklage zugunsten eines Laminats mit glatt liegenden Fasern nicht mehr möglich und die Fasern würden nicht überlappen. Auch bei dieser Alternative ist es notwendig, dass die Decklage zunächst auf zumindest einer Seite der Trennung nicht mit dem Kern verbunden ist. Die Länge des vor dem Umformen nicht gefügten Bereichs, ist abhängig von der zu erzielenden Überlappung und dem Bogenmaß auf dem Innenradius des Sandwich. Ein weiterer positiver Effekt des asymmetrischen Schlitzes ist, dass sich die zunächst nicht mit dem Kern gefügte Decklage auf der Seite des „offenen Endes“ leicht abhebt, was das Abgleiten über das gegenläufige Schenkellaminat begünstigt.In the case of an asymmetrical separation, the separation takes place in such a way that the overlap does not occur in the radius area, but on one of the two legs of the sandwich composite. The asymmetrical position of the slot is intended to prevent the “open ends” of the two leg laminates from being pressed into the sandwich core by the punch during forming. In this case, it would no longer be possible for the cover layer to slide off in favor of a laminate with smooth fibers and the fibers would not overlap. With this alternative, too, it is necessary that the cover layer is initially not connected to the core on at least one side of the separation. The length of the area not joined before forming depends on the overlap to be achieved and the radian dimension on the inner radius of the sandwich. Another positive effect of the asymmetrical slot is that the top layer, which is not initially joined to the core, lifts off slightly on the side of the "open end", which makes it easier to slide over the opposing leg laminate.

Grundsätzlich hat das Falten gegenüber dem Tiefziehen von thermoplastischen Sandwichverbunden den Kostenvorteil durch universell anwendbare Hilfswerkzeuge anstelle von Tiefziehwerkzeugen.Compared to deep-drawing thermoplastic sandwich composites, folding basically has the cost advantage of universally applicable auxiliary tools instead of deep-drawing tools.

Geometrisch bedingt ist die Neigung zur Faltenbildung bei Sandwichverbunden, die umgeformt werden, sehr hoch. Der Grund sind die vergleichsweise großen Längenunterschiede zwischen Außen- und Innenradius, die wiederum von der Dicke des Sandwichverbunds abhängen. Durch die Technik des Patchens kann diese Faltenbildung vollständig vermieden werden. Dadurch können vergleichsweise deutlich mehr Kräfte im Bauteil aufgenommen und übertragen werden, als es bei Bauteilen mit einem Schleifenverlauf der Verstärkungsfasern durch Faltenbildung der Fall wäre.Due to the geometry, the tendency to form creases in sandwich composites that are formed is very high. The reason is the comparatively large differences in length between the outer and inner radius, which in turn depend on the thickness of the sandwich composite. With the technique of patching, this wrinkling can be completely avoided. As a result, significantly more forces can be absorbed and transmitted in the component than would be the case with components with a loop of the reinforcing fibers due to the formation of folds.

Ästhetisch gesehen ist ein gepachtes Bauteil höherwertiger, als ein Bauteil, bei dem Faltenbildung zu erkennen ist.Aesthetically speaking, a leased component is of higher quality than a component that shows wrinkles.

Bei den Alternativen muss die Decklage nicht nur getrennt, sondern zusätzlich auch noch teilweise vom Kern gelöst werden, oder beim Herstellungsprozess bereits so berücksichtigt werden, dass sie auf eine ausreichende Länge nicht mit dem Kern verbunden ist. Auch beim Erhitzen vor dem Umformen darf es nicht zu einem Verbinden der Decklage mit dem Kern kommen. Diese Probleme treten beim bevorzugten Vorgehen mit Patch nicht auf. Hierbei kann der Teil der Decklage, der nicht umgeformt werden soll, vollständig entfernt werden. Das ist prozesstechnisch einfacher zu bewerkstelligen und es besteht auch keine Gefahr, dass die Decklage wieder mit dem Kern verschmilzt während die Decklagen aufgeheizt werden. Alternativ kann das Sandwich gleich so hergestellt werden, dass es aus mehreren zugeschnittenen und positionierten Organoblechen bestehen, die die inneren Radienbereiche frei lassen.With the alternatives, the top layer must not only be separated from the core, but also partially detached from the core, or it must be taken into account during the manufacturing process in such a way that it is not connected to the core for a sufficient length. Even when heated prior to reshaping, there must not be any connection between the cover layer and the core. These problems do not occur with the preferred approach with Patch. Here, the part of the top layer that is not to be reshaped can be completely removed. This is easier to accomplish in terms of process technology and there is also no risk of the top layer fusing again with the core while the top layers are being heated up. Alternatively, the sandwich can be manufactured in such a way that it consists of several cut and positioned organic sheets that leave the inner radius areas free.

Nachfolgend werden Aspekte der Erfindung im Einzelnen dargelegt: So weist in dem gattungsgemäßen Verfahren der Sandwichverbund-Zuschnitt zwei thermoplastische Decklagen aus Faserverbundkunststoff mit zwischengeordnetem Sandwichkern auf. In einem Heizschritt wird der im Wesentlichen flache Sandwichverbund-Zuschnitt lokal begrenzt in einer Umformzone entlang einer vordefinierten Umformlinie bis in einen Schmelztemperaturbereich erwärmt. Anschließend folgt ein Umformschritt, bei dem der Sandwichverbund-Zuschnitt entlang der Umformlinie gefaltet wird. In einem Kühlschritt wird der umgeformte Sandwichverbund-Zuschnitt bis Unterschreiten des Schmelztemperaturbereiches abgekühlt.Aspects of the invention are presented in detail below: Thus, in the generic method, the sandwich composite blank has two thermoplastic cover layers made of fiber composite plastic with an intermediate sandwich core. In a heating step, the essentially flat sandwich composite blank is locally limited in a deformation zone along a predefined deformation line and heated up to a melting temperature range. This is followed by a forming step in which the sandwich composite blank is folded along the forming line. In a cooling step, the reshaped sandwich composite blank is cooled down until it falls below the melting temperature range.

Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass in einem herkömmlichen Verfahren am Innenradius des Sandwichverbund-Zuschnittes im umgeformten Zustand die Fasern der Innen-Decklage gestaucht werden, was zu einer Faltenbildung am Innenradius führt. Aufgrund der Faltenbildung ist die Bauteilstabilität des umgeformten Sandwichverbund-Zuschnitts bei einer Druck- und/oder Zugbelastung beeinträchtigt. Vor diesem Hintergrund wird zur Vermeidung von Faltenbildung an der auf der Innenradiusseite liegenden Innen-Decklage des thermoplastischen Sandwichverbund-Zuschnitts ein Faserverlauf der Fasern in der Innen-Decklage quer über die Umformzone unterbrochen. Auf diese Weise wird im Umformschritt ein interlaminares Abgleiten der unterbrochenen Fasern der Innen-Lage innerhalb der Umformzone ermöglicht, wodurch eine Faltenbildung beziehungsweise eine Stauchung der Fasern verhindert wird.The invention is based on the fact that in a conventional method the fibers of the inner cover layer are compressed on the inner radius of the sandwich composite blank in the deformed state, which leads to wrinkles on the inner radius. Due to the formation of folds, the component stability of the reshaped sandwich composite blank is impaired in the event of a compressive and / or tensile load. Against this background, in order to avoid the formation of wrinkles on the inner cover layer of the thermoplastic sandwich composite blank on the inner radius side, a fiber course of the fibers in the inner cover layer is interrupted across the deformation zone. In this way, in the forming step, the interrupted fibers of the inner layer can slide off interlaminar within the forming zone, thereby preventing the formation of folds or compression of the fibers.

In einer technischen Umsetzung kann die Innen-Decklage an der Umformzone mit einer Unterbrechung beziehungsweise einer Lücke versehen werden. Im unverformten Zustand liegen an der Lücke einander zugewandte Zuschnittkanten von Teillagen der Innen-Decklage mit einem Abstand quer zur Umformlinie gegenüber.In a technical implementation, the inner cover layer at the forming zone can be provided with an interruption or a gap. In the undeformed state, facing cut edges of partial layers of the inner cover layer lie opposite one another at the gap at a distance transverse to the deformation line.

In einer ersten Ausführungsform kann die Lücke zwischen den Teillagen der Innen-Decklage mittels eines thermoplastischen Patch-Zuschnitts aus Faserverbundkunststoff überdeckt werden. Der Patch-Zuschnitt kann die beiden Teillagen der Innen-Decklage mit einer Überlappungslänge überlappen.In a first embodiment, the gap between the partial layers of the inner cover layer can be covered by means of a thermoplastic patch cut made of fiber composite plastic. The patch blank can overlap the two partial layers of the inner cover layer with an overlap length.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann der Abstand der in der Lücke einander gegenüberliegenden Zuschnittkanten derart bemessen sein, dass er im umgeformten Zustand dem Bogenmaß des Innenradius des Sandwichverbund-Zuschnitts entspricht.In a preferred embodiment variant, the distance between the blank edges lying opposite one another in the gap can be dimensioned in such a way that, in the deformed state, it corresponds to the radian dimension of the inner radius of the sandwich composite blank.

In dem Herstellungsprozess kann der Patch-Zuschnitt als separates Bauteil vor Durchführung des Heizschrittes in Überdeckung mit der Lücke gebracht werden. Im Heizschritt erfolgt ein Aufschmelzen der Matrix des Patch-Zuschnittes und der Matrix der Innen-Decklage. Auf diese Weise werden der Patch-Zuschnitt mit den Teillagen der Innen-Decklage verschweißt. Zudem verbindet sich die aufgeschmolzene Matrix des Patch-Zuschnitts unter Auffüllung der Lücke form- und/oder stoffschlüssig unmittelbar mit dem Sandwichkern.In the manufacturing process, the patch blank can be made to cover the gap as a separate component before the heating step is carried out. In the heating step, the matrix of the patch blank and the matrix of the inner cover layer are melted. In this way, the patch blank is welded to the partial layers of the inner cover layer. In addition, the melted matrix of the patch blank is directly connected to the sandwich core in a form-fitting and / or cohesive manner while filling the gap.

In einer ersten Ausführungsvariante kann der Patch-Zuschnitt vor Durchführung des Heizschritts lose auf die Teillagen der Innen-Decklage aufgelegt werden. Alternativ dazu kann der Patch-Zuschnitt punktuell an den beiden Teillagen der Innen-Decklage angeheftet werden.In a first embodiment variant, the patch blank can be placed loosely on the partial layers of the inner cover layer before the heating step is carried out. As an alternative to this, the patch blank can be tacked on to the two partial layers of the inner cover layer.

Während des Umformschrittes können die einander gegenüberliegenden Zuschnittkanten der Teillagen der Innen-Decklage mit dem Fasermaterial des Patch-Zuschnittes verkanten, wodurch der Umformschritt beeinträchtigt werden kann. Vor diesem Hintergrund ist es bevorzugt, wenn jede der einander gegenüberliegenden Zuschnittkanten der Teillagen der Innen-Decklage eine im Querschnitt keilförmige Fase aufweist, bei der eine schräggestellte Kantenfläche dem Patch-Zuschnitt zugewandt ist. Auf diese Weise ist der Übergang zwischen der schräggestellten Kantenfläche und einer Seitenfläche des Patch-Zuschnitts stumpfwinklig gestaltet, was einem Verkanten mit dem Patch-Zuschnitt entgegenwirkt.During the forming step, the mutually opposite cut edges of the partial layers of the inner cover layer with the fiber material of the patch blank can tilt, which can impair the forming step. Against this background, it is preferred if each of the mutually opposite cut edges of the partial layers of the inner cover layer has a bevel which is wedge-shaped in cross section and in which an inclined edge surface faces the patch cut. In this way, the transition between the inclined edge surface and a side surface of the patch blank is designed at an obtuse angle, which counteracts tilting with the patch blank.

In einer zweiten Ausführungsvariante kann im unverformten Zustand der Abstand der in der Lücke einander gegenüberliegenden Zuschnittkanten derart bemessen sein, dass im umgeformten Zustand die Lücke unter vollständigem Aufbrauch des Abstands geschlossen wird. Auf diese Weise ergibt sich um umgeformten Zustand eine geschlossene Innen-Decklage ohne Unterbrechungen. Bevorzugt können im umgeformten Zustand die beiden Teillagen der Innen-Decklage mit einer Überlappungslänge einander überlappen. Ein solcher Überlappungsvorgang findet während des Umformschrittes statt. Im Hinblick auf eine einwandfreie Überlappung ist der folgende Materialaufbau von Vorteil: So kann zum Beispiel eine der beiden Teillagen der Innen-Decklage im Zuschnittkanten-Bereich anbindungsfrei (das heißt ohne Fügeverbindung) gegenüber dem Sandwichkern sein. Auf diese Weise kann im Umformschritt der anbindungsfreie Zuschnittkanten-Bereich über die andere Teillage sich schieben, wodurch eine einwandfreie Überlappung gebildet wird.In a second embodiment variant, in the undeformed state, the distance between the blank edges lying opposite one another in the gap can be dimensioned in such a way that, in the deformed state, the gap is closed while the distance is completely used up. In this way it arises in the deformed state a closed inner cover layer without interruptions. In the reshaped state, the two partial layers of the inner cover layer can preferably overlap one another with an overlap length. Such an overlapping process takes place during the forming step. With regard to a perfect overlap, the following material structure is advantageous: For example, one of the two sub-layers of the inner cover layer in the cut edge area can be connection-free (i.e. without a joint connection) to the sandwich core. In this way, in the reshaping step, the connection-free cut edge area can slide over the other partial layer, as a result of which a perfect overlap is formed.

In einer ersten Ausführungsvariante kann die Überlappung der beiden Teillagen der Innen-Decklage im umgeformten Zustand innerhalb (das heißt symmetrisch) des Innenradius-Bereiches, insbesondere mittig zum Innenradius liegen. Alternativ dazu kann die Überlappung der beiden Teillagen der Innen-Decklage außerhalb (das heißt asymmetrisch) des Innenradius-Bereiches liegen, das heißt in einem Bereich des Sandwichverbund-Zuschnitts, der nicht verformt wird.In a first embodiment variant, the overlap of the two partial layers of the inner cover layer in the deformed state can lie within (that is to say symmetrically) the inner radius area, in particular in the center of the inner radius. As an alternative to this, the overlap of the two partial layers of the inner cover layer can lie outside (that is to say asymmetrically) the inner radius area, that is to say in an area of the sandwich composite blank that is not deformed.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying figures.

Es zeigen:

  • 1 ein fertiggestelltes Bauteil nach durchgeführter Thermoumformung;
  • 2 in grob schematischen Ansichten eine Prozesskette zur Herstellung des in der 1 gezeigten Bauteils;
  • 3 eine alternative Ausführungsvariante der Erfindung;
  • 4 in einer Ansicht entsprechend der 1 ein zweites Ausführungsbeispiel;
  • 5 in einer Ansicht entsprechend der 2 eine Prozesskette gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; und
  • 6 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Show it:
  • 1 a finished component after thermoforming has been carried out;
  • 2 in roughly schematic views a process chain for the production of the 1 component shown;
  • 3 an alternative embodiment of the invention;
  • 4th in a view corresponding to the 1 a second embodiment;
  • 5 in a view corresponding to the 2 a process chain according to the second embodiment; and
  • 6th a third embodiment of the invention.

In der 1 ist ein Bauteil 1 gezeigt, das durch ein lokales Thermoumformen hergestellt ist. Das Bauteil 1 weist zwei Bauteil-Schenkel 5, 7 auf, die an einer Übergangskante 9 ineinander übergehen. Die Übergangskante 9 ist gerundet und weist einen Innenradius rI auf.In the 1 is a component 1 shown, which is made by a local thermoforming. The component 1 has two component legs 5 , 7th on that at a transition edge 9 merge. The transition edge 9 is rounded and has an inner radius r I on.

In der 1 ist das Bauteil 1 aus einem thermoplastischen Sandwichverbund-Zuschnitt 3 thermogeformt, der eine thermoplastische Innen-Decklage 11 aus Faserverbundkunststoff, die einen Inneneckbereich des Bauteils 1 begrenzt, sowie eine Außen-Decklage 13 aus Faserverbundkunststoff aufweist. Zwischen den beiden Decklagen 11, 13 befindet sich ein Sandwichkern 15. Beim nachfolgend beschriebenen Thermoumformen wird die Innen-Decklage 11 (quer zur Umformlinie U) auf Druck beansprucht, während die Außen-Decklage 13 (quer zur Umformlinie U) auf Zug beansprucht wird. Die Innen-Decklage 11 des Bauteils 1 ist in der 1 nicht komplett einstückig, sondern dreiteilig aufgebaut mit zwei voneinander beabstandeten Teillagen 17, 19, die von einem Patch-Zuschnitt 27 (aus Faserverbundkunststoff) überbrückt sind.In the 1 is the component 1 from a thermoplastic sandwich composite blank 3 thermoformed, which is a thermoplastic inner cover layer 11 made of fiber-reinforced plastic that forms an inner corner area of the component 1 limited, as well as an outside top layer 13th Has made of fiber composite plastic. Between the two top layers 11 , 13th there is a sandwich core 15th . In the thermoforming process described below, the inner top layer 11 (across the forming line U ) subjected to pressure, while the outer top layer 13th (across the forming line U ) is stressed on train. The inner top layer 11 of the component 1 is in the 1 not completely in one piece, but constructed in three parts with two spaced apart sub-layers 17th , 19th cut from a patch 27 (made of fiber composite plastic) are bridged.

Nachfolgend wird anhand der 2 eine Prozesskette zur Herstellung des in der 1 gezeigten Bauteils 1 beschrieben: Demzufolge wird zunächst der ebenflächige thermoplastische Sandwichverbund-Zuschnitt 3 bereitgestellt. Im unverformten Zustand sind die beiden Teillagen 17, 19 der Innen-Decklage 11 über eine Lücke 21 voneinander getrennt. Die einander zugewandten Zuschnittkanten 23, 25 der Teillagen 17, 19 sind mit einem Abstand a quer zur Umformlinie U beabstandet, so dass in der Lücke 21 der Sandwichkern 15 nach außen freigelegt ist. Der Abstand a der einander gegenüberliegenden Zuschnittkanten 23, 25 ist derart bemessen, dass er im umgeformten Zustand (1) dem Bogenmaß des Innenradius rI des Bauteils 1 entspricht. Die Lücke 21 des ebenflächigen Sandwichverbund-Zuschnitts 3 wird mit dem thermoplastischen Patch-Zuschnitt 27 aus Faserverbundkunststoff überdeckt. Der Patch-Zuschnitt 27 überlappt dabei die beiden Teillagen 17, 19 der Innen-Decklage 11 jeweils mit einer Überlappungslänge I (2). Der Patch-Zuschnitt 27 wird vor Durchführung des Heizschrittes lose auf die Teillagen 17, 19 der Innen-Decklage 11 aufgelegt (oder durch Punktschweißung angeheftet).The following is based on the 2 a process chain for the production of the 1 shown component 1 Described: Accordingly, the flat thermoplastic sandwich composite cut is first of all 3 provided. The two sub-layers are in the undeformed state 17th , 19th the inner top layer 11 over a gap 21 separated from each other. The cut edges facing each other 23 , 25th of the sub-layers 17th , 19th are at a distance a across the forming line U spaced so that in the gap 21 the sandwich core 15th is exposed to the outside. The distance a the opposite cut edges 23 , 25th is dimensioned in such a way that in the deformed state ( 1 ) the radian measure of the inner radius r I of the component 1 is equivalent to. The gap 21 of the flat sandwich composite cut 3 is cut with the thermoplastic patch 27 covered from fiber composite plastic. The patch cut 27 overlaps the two sub-layers 17th , 19th the inner top layer 11 each with an overlap length I. ( 2 ). The patch cut 27 is loosely applied to the sub-layers before the heating step is carried out 17th , 19th the inner top layer 11 applied (or attached by spot welding).

Anschließend erfolgt in der 2 ein Heizschritt, bei dem der Sandwichverbund-Zuschnitt 3 mit Hilfe einer Heizeinrichtung 26 lokal begrenzt in einer Umformzone 29 entlang der vordefinierten Umformlinie U bis auf einen Schmelztemperaturbereich erwärmt wird. Dadurch schmilzt die Matrix des Patch-Zuschnittes 27 sowie die Matrix der Innen-Decklage 11 in der Umformzone 29 auf, wodurch der Patch-Zuschnitt 27 an den beiden Teillagen 17, 19 der Innen-Decklage 11 verschweißt wird. Zudem verbindet sich die aufgeschmolzene Matrix des Patch-Zuschnitts 27 unter Füllung der Lücke 21 form- und/oder stoffschlüssig mit dem Sandwichkern 15. In der 2 ist die Heizeinrichtung 26 nur grob angedeutet. In der technischen Umsetzung würde die Heizeinrichtung 26 die Umformzone 29 nicht nur von der Innenseite, sondern auch von der Außenseite heizen. Diese wird auch gefaltet und kann nicht alleine von der Innenseite erwärmt werden.Then takes place in the 2 a heating step in which the sandwich composite blank 3 with the help of a heating device 26th locally limited in a forming zone 29 along the predefined forming line U is heated to a melting temperature range. This melts the matrix of the patch blank 27 as well as the matrix of the inner cover layer 11 in the forming zone 29 on, making the patch blank 27 on the two sub-layers 17th , 19th the inner top layer 11 is welded. In addition, the melted matrix of the patch blank connects 27 filling the gap 21 form and / or material fit with the sandwich core 15th . In the 2 is the heating device 26th only roughly indicated. In the technical implementation, the heating device would 26th the forming zone 29 Heat not only from the inside, but also from the outside. This is also folded and cannot be heated from the inside on its own.

Der lokal erwärmte Sandwichverbund-Zuschnitt 3 wird zwischen einem Stempel 32 und einem Gesenk 34 eines Umformwerkzeugs gelegt. Dann erfolgt der Umformschritt, bei dem ein interlaminares Abgleiten der einander gegenüberliegenden Faserenden der beiden Teillagen 17, 19 innerhalb der Umformzone 29 ermöglicht ist, und zwar ohne, dass es zu einer Faltenbildung an der auf der Innenradius-Seite liegenden Innen-Decklage 11 kommt.The locally heated sandwich composite cut 3 is between a stamp 32 and a die 34 of a forming tool. Then the reshaping step takes place, in which the opposing fiber ends of the two sub-layers slide off interlaminar 17th , 19th within the forming zone 29 is made possible, without the formation of creases on the inner cover layer lying on the inner radius side 11 comes.

In der 3 ist eine weitere Ausführungsvariante eines noch im unverformten Zustand befindlichen Sandwichverbund-Zuschnittes 3 gezeigt. Der in der 3 gezeigte Sandwichverbund-Zuschnitt 3 ist im Wesentlichen identisch aufgebaut wie der im vorangegangenen Ausführungsbeispiel beschriebene Sandwichverbund-Zuschnitt 3. Im Unterschied zu den 1 und 2 weist in der 3 jede der einander gegenüberliegenden Zuschnittkanten 23, 25 der Teillagen 17, 19 der Innen-Decklage 11 jeweils eine im Querschnitt keilförmige Fase auf, bei der eine schräggestellte Kantenfläche 31 dem Patch-Zuschnitt 27 schräg zugewandt ist. Die Kantenfläche 31 weist an ihrer in Dickenrichtung vom Sandwichkern 15 abgewandten Seite einen stumpfwinkligen Übergang zur Oberseite 33 der jeweiligen Teillage 17, 19 auf. Auf diese Weise wird ein Verhaken der Zuschnittkanten 23, 25 mit dem Patch-Zuschnitt 27 während des Umformschritts vermieden.In the 3 is a further variant of a sandwich composite blank that is still in the undeformed state 3 shown. The Indian 3 Sandwich composite cut shown 3 is essentially constructed identically to the sandwich composite blank described in the previous exemplary embodiment 3 . In contrast to the 1 and 2 points in the 3 each of the opposite cut edges 23 , 25th of the sub-layers 17th , 19th the inner top layer 11 each has a bevel with a wedge-shaped cross-section, with an inclined edge surface 31 the patch cut 27 facing diagonally. The edge surface 31 points on its in the direction of the thickness of the sandwich core 15th facing away from an obtuse-angled transition to the top 33 the respective sub-layer 17th , 19th on. In this way, the cut edges will get caught 23 , 25th with the patch cut 27 avoided during the forming step.

In der 4 ist ein Bauteil 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, deren Materialaufbau identisch wie in den vorangegangenen Ausführungsvarianten sein kann. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsvarianten ist in der 4 auf einen Patch-Zuschnitt 27 verzichtet. Anstelle dessen bilden die beiden Teillagen 17, 19 der Innen-Decklage 11 in der Umformzone 29 eine Überlappung 30, bei der die beiden Teillagen 17, 19 mit einer Überlappungslänge übereinandergeschichtet sind. Anhand der 5 ist eine Prozesskette zur Herstellung des in der 4 gezeigten Bauteils 1 beschrieben: Demzufolge wird zunächst ein im Wesentlichen flacher Sandwichverbund-Zuschnitt 3 bereitgestellt. In dem Sandwichverbund-Zuschnitt 3 ist der Abstand a der in der Lücke 21 einander gegenüberliegenden Zuschnittkanten 23, 25 derart bemessen, dass sich die Lücke 21 im umgeformten Zustand (4) unter Aufbrauch des Abstands a vollständig schließt und die beiden Teillagen 17, 19 in Überlappung 30 kommen.In the 4th is a component 1 shown according to a second embodiment, the material structure of which can be identical to that in the previous embodiment variants. In contrast to the previous versions, the 4th on a patch blank 27 waived. Instead, the two sub-layers form 17th , 19th the inner top layer 11 in the forming zone 29 an overlap 30th , in which the two sub-layers 17th , 19th are stacked with an overlap length. Based on 5 is a process chain for the production of the 4th shown component 1 Described: As a result, an essentially flat sandwich composite blank is first of all described 3 provided. In the sandwich composite cut 3 is the distance a the one in the gap 21 opposite cut edges 23 , 25th sized so that the gap 21 in the formed state ( 4th ) using up the space a completely closes and the two sub-layers 17th , 19th in overlap 30th come.

Ein einwandfreier Überlappungsvorgang im Umformschritt ist von großer Bedeutung. Vor diesem Hintergrund ist in der 5 vor Durchführung des Umformschrittes zu gewährleisten, dass zumindest eine der beiden Teillagen 17, 19 (in der 5 die rechtsseitige Teillage 19) in einem Zuschnittkanten-Bereich 35 anbindungsfrei (das heißt ohne Fügeverbindung) gegenüber dem Sandwichkern 15 ist. Dieser anbindungsfreie Zuschnittkanten-Bereich 35 der einen Teillage 19 kann sich über die andere Teillage 17 (mit dem angebundenen Zuschnitt-Kantenbereich) schieben, wodurch die Überlappung 30 entsteht. Zudem sind in den 4 und 5 die Kantenflächen 31 der beiden Zuschnittkanten-Bereiche 35 zueinander gegenläufig schräggestellt, um einen leichtgängigen Überlappungsvorgang zu begünstigen. Im Idealfall wurde bei der Sandwichherstellung ein Organoblech für die Innen-Decklage so getrennt, dass beide Kantenflächen im gewünschten Winkel zueinander mit dieser Trennung hergestellt wurden. In der 5 ist die Heizeinrichtung 26 aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.A perfect overlapping process in the forming step is of great importance. With this in mind, the 5 to ensure that at least one of the two sub-layers 17th , 19th (in the 5 the right-hand partial layer 19th ) in a cut edge area 35 connection-free (i.e. without a joint connection) compared to the sandwich core 15th is. This connection-free cut edge area 35 the one part location 19th can refer to the other sub-layer 17th (with the connected cut edge area), creating the overlap 30th arises. In addition, the 4th and 5 the edge surfaces 31 of the two cut edge areas 35 inclined in opposite directions to each other in order to facilitate a smooth overlapping process. In the ideal case, an organic sheet for the inner cover layer was separated during sandwich production in such a way that both edge surfaces were produced at the desired angle to each other with this separation. In the 5 is the heating device 26th omitted for the sake of clarity.

In der 4 liegt die Überlappung 30 der beiden Teillagen 17, 19 innerhalb des Innenradius-Bereiches, und zwar mittig zum Innenradius rI . Alternativ dazu ist in der 6 ein Bauteil 1 gezeigt, bei dem die Überlappung 30 nicht innerhalb des Innenradius-Bereichs liegt, sondern vielmehr außerhalb davon im Bereich eines Bauteil-Schenkels 7, der bei der Thermoumformung nicht umgeformt wird. Aufgrund besserer mechanischer Kennwerte sollte er aber innerhalb des Erwärmungsbereiches liegen oder später entsprechend behandelt werden.In the 4th is the overlap 30th of the two sub-layers 17th , 19th within the inner radius area, in the middle of the inner radius r I . Alternatively, the 6th a component 1 shown where the overlap 30th does not lie within the inner radius area, but rather outside it in the area of a component leg 7th that is not formed during thermoforming. Due to better mechanical parameters, however, it should be within the heating range or be treated accordingly later.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
BauteilComponent
33
Sandwichverbund-ZuschnittSandwich composite cut
5,75.7
Bauteil-SchenkelComponent leg
99
ÜbergangskanteTransition edge
1111
Innen-DecklageInside top layer
1313th
Außen-DecklageOutside top layer
1515th
SandwichkernSandwich core
17, 1917, 19
TeillagenPartial layers
2121
Lückegap
23, 2523, 25
ZuschnittkantenCut edges
2626th
HeizeinrichtungHeating device
2727
Patch-ZuschnittPatch cutting
2929
UmformzoneForming zone
3030th
Überlappungoverlap
3131
KantenflächeEdge surface
3232
Stempelrubber stamp
3333
OberseiteTop
3434
GesenkDie
3535
Zuschnittkanten-BereichCutting edge area
UU
UmformlinieForming line
aa
Abstanddistance
II.
ÜberlappungslängeOverlap length
rIrI
InnenradiusInner radius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102016224340 A1 [0008]DE 102016224340 A1 [0008]
  • WO 2014/082929 A [0012]WO 2014/082929 A [0012]
  • DE 102011006819 A1 [0012]DE 102011006819 A1 [0012]

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1) durch lokales Thermoumformen eines thermoplastischen Sandwichverbund-Zuschnitts (3), der aus zwei thermoplastischen Decklagen (11, 13) aus Faserverbundkunststoff mit zwischengeordnetem Sandwichkern (15) aufgebaut ist, wobei in einem Heizschritt der Sandwichverbund-Zuschnitt (3) lokal begrenzt in einer Umformzone (29) entlang einer vordefinierten Umformlinie (U) bis in einen Schmelztemperaturbereich erwärmt wird, in einem Umformschritt der Sandwichverbund-Zuschnitt (3) entlang der Umformlinie (U) gefaltet wird, und in einem Kühlschritt der umgeformte Sandwichverbund-Zuschnitt (3) bis Unterschreiten des Schmelztemperaturbereiches abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Faltenbildung an der auf der Innenradius-Seite liegenden Innen-Decklage (11) des thermoplastischen Sandwichverbund-Zuschnitts (3) ein Faserverlauf der Fasern in der Innen-Decklage (11) quer über die Umformzone (29) unterbrochen ist, so dass im Umformschritt ein interlaminares Abgleiten der Fasern der Innen-Decklage (11) innerhalb der Umformzone (29) ermöglicht ist.Method for the production of a component (1) by local thermoforming of a thermoplastic sandwich composite blank (3) which is made up of two thermoplastic cover layers (11, 13) made of fiber composite with an intermediate sandwich core (15), the sandwich composite blank (15) being in a heating step. 3) locally limited in a deformation zone (29) along a predefined deformation line (U) up to a melting temperature range, in a deformation step the sandwich composite blank (3) is folded along the deformation line (U), and in a cooling step the deformed sandwich composite -Blank (3) is cooled until it falls below the melting temperature range, characterized in that, in order to avoid the formation of wrinkles on the inner cover layer (11) of the thermoplastic sandwich composite blank (3) lying on the inner radius side, a fiber course of the fibers in the inner Cover layer (11) is interrupted across the forming zone (29), so that in the forming screw itt enables the fibers of the inner cover layer (11) to slide off interlaminar within the deformation zone (29). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innen-Decklage (11) an der Umformzone (29) eine Unterbrechung beziehungsweise eine Lücke (21) aufweist, an der einander zugewandte Zuschnittkanten (23, 25) von Teillagen (17, 19) der Innen-Decklage (11) mit einem Abstand (a) quer zur Umformlinie (U) gegenüberliegen, und zwar zumindest im unverformten Zustand.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the inner cover layer (11) at the deformation zone (29) has an interruption or a gap (21) at which mutually facing cut edges (23, 25) of partial layers (17, 19) of the inner cover layer ( 11) are opposite at a distance (a) transversely to the deformation line (U), at least in the undeformed state. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lücke (21) mittels eines thermoplastischen Patch-Zuschnitts (27) aus Faserverbundkunststoff überdeckt ist, und dass der Patch-Zuschnitt (27) die beiden Teillagen (17, 19) der Innen-Decklage (11) mit einer Überlappungslänge (I) überlappt.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the gap (21) is covered by means of a thermoplastic patch blank (27) made of fiber composite plastic, and that the patch blank (27) the two sub-layers (17, 19) of the inner cover layer (11) with a Overlap length (I) overlaps. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) der in der Lücke (21) einander gegenüberliegenden Zuschnittkanten (23, 25) derart bemessen ist, dass er im umgeformten Zustand dem Bogenmaß des Innenradius (rI) des Sandwichverbund-Zuschnitts (3) entspricht.Procedure according to Claim 2 or 3 , characterized in that the distance (a) between the blank edges (23, 25) lying opposite one another in the gap (21) is dimensioned in such a way that in the deformed state it corresponds to the radian dimension of the inner radius (r I ) of the sandwich composite blank (3) . Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Patch-Zuschnitt (27) vor Durchführung des Heizschritts in Überdeckung mit der Lücke (21) gebracht wird, und dass im Heizschritt durch Aufschmelzen der Matrix des Patch-Zuschnitts (27) und der Matrix der Innen-Decklage (11) eine Schweißverbindung zwischen Patch-Zuschnitt (27) und Innen-Decklage (11) erfolgt, und/oder dass insbesondere sich die aufgeschmolzene Matrix des Patch-Zuschnitts (27) unter Füllung der Lücke (21) form- und/oder stoffschlüssig mit dem Sandwichkern (15) verbindet.Procedure according to Claim 3 or 4th , characterized in that the patch blank (27) is brought into overlap with the gap (21) before the heating step is carried out, and that in the heating step by melting the matrix of the patch blank (27) and the matrix of the inner cover layer ( 11) a welded connection takes place between the patch blank (27) and the inner cover layer (11), and / or that in particular the melted matrix of the patch blank (27) is positively and / or cohesively interlocked with the gap (21) being filled the sandwich core (15) connects. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Patch-Zuschnitt (27) vor Durchführung des Heizschritts lose auf die Teillagen (17, 19) der Innen-Decklage (11) aufgelegt wird oder daran punktuell angeheftet wird.Procedure according to Claim 5 , characterized in that the patch blank (27) is placed loosely on the partial layers (17, 19) of the inner cover layer (11) before the heating step is carried out or is attached to it at certain points. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede der einander gegenüberliegenden Zuschnittkanten (23, 25) der Teillagen (17, 19) der Innen-Decklage (11) eine im Querschnitt keilförmige Fase aufweist, bei der eine schräggestellte Kantenfläche (31) dem Patch-Zuschnitt (27) zugewandt ist, oder dass jede der einander gegenüberliegenden Zuschnittkanten (23, 25) der Teillagen (17, 19) der Innen-Decklage (11) eine im Querschnitt keilförmige Fase aufweist, bei der die eine schräggestellte Kantenfläche (31) dem Patch-Zuschnitt (27) zugewandt ist und die andere schräggestellte Kantenfläche (31) dem Sandwichkern 15 zugewandt ist.Method according to one of the Claims 3 until 6th , characterized in that each of the mutually opposite cut edges (23, 25) of the partial layers (17, 19) of the inner cover layer (11) has a bevel with a wedge-shaped cross-section, in which an inclined edge surface (31) corresponds to the patch cut (27 ), or that each of the mutually opposite cut edges (23, 25) of the partial layers (17, 19) of the inner cover layer (11) has a bevel with a wedge-shaped cross-section, in which the one inclined edge surface (31) corresponds to the patch cut (27) faces and the other inclined edge surface (31) faces the sandwich core 15. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im umgeformten Zustand der Abstand (a) der in der Lücke (21) einander gegenüberliegenden Zuschnittkanten (23, 25) derart bemessen ist, dass im umgeformten Zustand die Lücke (21) unter Aufbrauch des Abstands (a) geschlossen wird, und dass insbesondere im umgeformten Zustand die beiden Teillagen (17, 19) mit einer Überlappungslänge (I) einander überlappen.Procedure according to Claim 2 , characterized in that in the deformed state the distance (a) between the blank edges (23, 25) lying opposite one another in the gap (21) is dimensioned such that in the deformed state the gap (21) is closed using up the distance (a) , and that in particular in the deformed state the two partial layers (17, 19) overlap one another with an overlap length (I). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Teillagen (17, 19) im Zuschnittkanten-Bereich anbindungsfrei gegenüber dem Sandwichkern (15) ist, so dass sich im Umformschritt der anbindungsfreie Zuschnittkanten-Bereich über die andere Teillage (19) schiebt und somit eine Überlappung (30) entsteht.Procedure according to Claim 8 , characterized in that at least one of the sub-layers (17, 19) in the cut edge area is free of connection with respect to the sandwich core (15), so that in the forming step the connection-free cut edge area slides over the other sub-layer (19) and thus an overlap ( 30) is created. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappung (30) der beiden Teillagen (17, 19) der Innen-Decklage (11) im umgeformten Zustand innerhalb des Innenradius-Bereiches liegt, insbesondere mittig zum Innenradius (rI), oder dass die Überlappung (30) der beiden Teillagen (17, 19) der Innen-Decklage (11) außerhalb des Innenradius-Bereiches liegt.Procedure according to Claim 8 or 9 , characterized in that the overlap (30) of the two partial layers (17, 19) of the inner cover layer (11) in the deformed state lies within the inner radius area, in particular in the center of the inner radius (r I ), or that the overlap (30 ) of the two sub-layers (17, 19) of the inner cover layer (11) lies outside the inner radius area.
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