WO2009033559A1 - Verfahren zur herstellung eines faserverbundbauteils - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a fiber composite component.
- a fiber composite material is a composite material, which generally consists of two components, namely a matrix and fibers embedded therein. By mutual interactions of these components, the material receives higher quality properties than either of the two components involved individually.
- a plurality of each two-dimensional fiber material layers, the z. B. each as a semi-finished fiber such.
- a fabric or a scrim may be provided, stacked flat side on flat side over one another and embedded in a matrix (by infiltration with a resin and subsequent curing).
- plate-flat component structures can thus relatively easily produce plate-shaped curved component structures.
- a method for producing a fiber composite component which comprises the following steps:
- nonwoven material as a material for filling one or more spaces remaining when the fiber material layers are joined together makes it possible, in a simple and cost-effective manner, to produce the relevant fiber composite component in a consistent and high quality.
- nonwoven material here refers to a material of loosely folded fibers whose strength is based essentially on the fiber's inherent adhesion. The fibers are confused in the nonwoven material.
- nonwoven material with one or more preferred directions of fiber orientation
- the nonwoven material is substantially isotropic.
- the fibers are completely stochastically oriented, such. B. in a random nonwoven fabric.
- the use of such a filling body, in which the fibers contained have no preferred fiber direction is particularly advantageous. This not only because of the resulting, often particularly favorable mechanical component properties, but also with regard to the production of the packing and its introduction into the space in question. Because of the isotropy, the material orientation does not have to be considered in these process steps.
- the nonwoven material is a consolidated nonwoven web.
- This can z. B. its processing or packaging to a suitable filler can be considerably simplified.
- the term "consolidated nonwoven” in particular includes any type of felt.
- the fibers were characterized by a mostly mechanical processing such.
- wet felting or “dry felts 1 " brought into a solidified form.
- the production method according to the invention is suitable for any fibrous materials and matrix materials. Particularly advantageous is the method for the production of components with relatively highly curved component sections.
- the fibers used for the fiber material layers are, for example, glass fibers, carbon fibers, synthetic synthetic fibers, steel fibers or natural fibers.
- plastics such as thermosetting plastics (resins) interesting.
- these lists are only to be understood as examples.
- fillers or additives can be added in a manner known per se.
- the same type of fiber is provided for the nonwoven material as for the fiber material layers to be assembled.
- the nonwoven material may in particular z. B. made of wool fibers and / or other textile fibers including synthetic fibers.
- the nonwoven material to be used has previously been separated from a flat structure of a consolidated nonwoven.
- the solidified web structure can be particularly advantageous for. B. in the form of a nonwoven sheet or, with sufficient flexibility, rolled up in the form of a nonwoven material roll be kept.
- a required filler can be separated in a suitable form from the consolidated web form, z. B. cut by a knife, and optionally placed in a desired final contour.
- the filler to be inserted into the at least one intermediate space is formed in one piece from solidified nonwoven material.
- this nonwoven fabric should therefore be dimensioned sufficiently (large) with regard to the required filler dimensions.
- the stock held as solidified sheet nonwoven material having a thickness of at least 1 cm.
- the required material thickness depends on the dimensions of the fiber composite component to be produced or the interspaces contained therein, so that in larger fiber composite components a dimensioning of prepared nonwoven or felt materials in many cases with a thickness of at least 0.1 m may be appropriate.
- fillers of greatly varying size and / or geometry are required in the production of the fiber composite components, then it is also advantageous to provide an assortment of differently sized, stockpiled solidified nonwoven materials. In this case, material waste can be considerably reduced in practice.
- the infiltration of the fiber material layers as well as the nonwoven material can be carried out in the invention quite generally before or after the joining of the fiber material layers.
- initially dry semi-finished fiber products such. As tissues, braids, scrim, fiber mats, etc., and then infiltrated with a resin.
- design of semifinished fiber products their assembly and infiltration, as well as in terms of the final curing process (eg thermal), can be used advantageously on the knowledge and methods well-known in the field of fiber composite technology.
- the invention is also compatible for the production of fiber composite components by means of textile preform technology and vacuum infusion process ("open mold”). Also, so-called prepregs (pre-impregnated fiber semi-finished products) can be processed as the required flat fiber material layers.
- At least one of the fiber material layers represents an angled profile and the bending region forms the curved surface section adjoining the intermediate space.
- a simple example of such a profile is z.
- a preferred field of application of the method according to the invention is the production of structural components, in particular for vehicles, for example aircraft.
- An advantageous application is z.
- Such elements or fittings are of particular interest as structural components in aircraft construction (eg with dimensions of the order of magnitude of a few 10 cm to a few m).
- the method according to the invention it is possible in particular to manufacture components of reproducible quality, in which one or more bending regions of the two-dimensional fiber material layers inevitably form at least one wedge-like tapered intermediate space (gusset) during the assembly of the fiber material layers.
- a felt is made in sufficient thickness with a suitable fibrous material (eg, same fibers as the fibrous material layers). The density of the felt and the resulting fiber content can be variably adjusted to the application.
- a prefabricated felt or felt web can z. B. be made with the help of knives and placed in any desired shape for the filler.
- a felt plate can be used for many Golf stressesgeometrien.
- a particularly reproducible result in the production of the filling body can be achieved.
- Various geometries are possible.
- As the cutting out of a gusset, can advantageously be made immediately before the need. Often particularly advantageous mechanical properties of the component as well as a simplification of the processing Processing of the nonwoven or felt material results when using material with fibers without preferred direction.
- FIG. 3 is a view corresponding to FIG. 2, after infiltration and curing,
- FIG. 4 shows a representation to illustrate the provision of a filling body by separation from a felt web
- FIG. 5 shows a separated from the web in Fig. 4 felt body
- Fig. 6 is a view corresponding to FIG. 2 for a further component geometry
- Fig. 7 is a view corresponding to FIG. 2 for a still further component geometry.
- FIGS. 1 to 3 illustrate a method for producing a fiber composite component 10 '(FIG. 3) comprising three successively performed steps: a) joining three respective sheet-like fiber material layers 12-1, 12-2 and 12-3, wherein a felting roll 14 is inserted into a gap formed by two curved surface portions 16-1 and 16-2 of the fiber material layers 12-1 and 12- 2 is limited.
- the suitably shaped Filzzwickel 14 is placed with a flat base on top of the fiber material layer 12-3. Then, as shown in FIG. 2, the two further fiber material layers 12-1 and 12-2 are added, so that the felt winding 14 is inserted in the intermediate space between the several (here: 3) fiber material layers. This results in a construct 10.
- the cured and firmly interconnected fiber layers, including interposed Filzzwickel are designated in Fig. 3 with 12'-1, 12'-2, 12'-3 and 14 '.
- the component 10 ' is in this embodiment, as shown in FIG. 3, a profile component with T-shaped cross-section and has due to the integration of the tethered and cured Filzzwickels 14' despite ease of manufacture, a high mechanical strength.
- the length of the profile member 10 'for the sake of simplicity of the presentation is relatively short (compared to the dimensions of the Pofilqueritess) drawn.
- the method is particularly suitable for producing elongated, straight or curved profile components.
- Figures 4 and 5 illustrate a particularly advantageous manner in practice of producing a filling body 14a ( Figure 5).
- Fig. 4 shows a felt plate (eg needle felt) 20a held as a supply.
- the felt panel 20a consists of an isotropic felt having a thickness d dimensioned sufficiently to separate required fillers therefrom.
- FIG. 4 shows sectional lines for the separation of packing of the shape of the filling body 14a shown in dashed lines.
- the corresponding processing of the Fiizplatte 20a is preferably automated, z. B. by means of a computer-controlled cutting apparatus.
- the wedge-shaped, prismatic shape of the filling body 14a shown in FIG. 5 is to be understood as an example only and to be described with the description given in FIG. NEN method also filler of a different geometry from the felt plate 20a can be separated or separated out (for example, the Filzzwickel 14 shown in Fig. 1).
- FIGS. 6 and 7 illustrate further examples of assembled fiber material constructs 10b and 10c for producing fiber composite components 10b 1 and 10c 1, respectively.
- the third fiber material layer 12c-3 with a bulged profile region has been provided so that the interposed filler 14c is attached to three curved surface sections 16c-1 to 16c -3 adjacent.
- fiber material layer is intended to include in particular so-called textile semi-finished products as they are well known in fiber composite technology. In this case, it is by no means impossible and even expedient, in particular for comparatively thick-walled fiber material layers, that these are each formed by superimposing a plurality of individual layers.
- Such a multi-layer fiber material layer can, for. B. during the assembly step described above. Alternatively, it is z.
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Abstract
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (10') vor, umfassend folgende Schritte: a) Zusammenfügen von mehreren jeweils flächigen Fasermateriallagen (12-1 bis 12-3), wobei ein Vliesmaterial (14) in wenigstens einen Zwischenraum eingefügt wird, der von wenigstens einem gekrümmten Oberflächenabschnitt (16-1, 16-2) einer der Fasermateriallagen begrenzt wird, b) Infiltrieren der Fasermateriallagen (12-1 bis 12-3) und des Vliesmaterials (14) mit einem Matrixmaterial, und c) Aushärten der zusammengefügten und infiltrierten Fasermateriallagen (12-1 bis 12-3) samt Vliesmaterial.
Description
Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils.
Die Verwendung von faserverstärkten Bauteilen, auch als Faserverbundbauteile bezeichnet, ist vor allem wegen ihrer hohen spezifischen Festigkeit (Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht) in vielen Anwendungsbereichen interessant. Ein Faserverbundwerkstoff ist ein Mischwerkstoff, der im Allgemeinen aus zwei Komponenten besteht, nämlich einer Matrix und darin eingebetteten Fasern. Durch gegenseitige Wechselwirkungen dieser Komponenten erhält der Werkstoff höherwertigere Eigenschaften als jede der beiden einzeln beteiligten Komponenten.
Zur Herstellung relativ dickwandiger Faserverbundbauteile ist es bekannt, mehrere jeweils flächige Fasermateriallagen, die z. B. jeweils als ein Faserhalbzeug wie z. B. ein Gewebe oder ein Gelege bereitgestellt werden, Flachseite an Flachseite übereinander zu stapeln und in eine Matrix einzubetten (durch Infiltration mit einem Harz und nachfolgender Aushärtung).
Neben plattenförmig-ebenen Bauteilstrukturen lassen sich damit relativ problemlos auch plattenförmig-gekrümmte Bauteilstrukturen herstellen.
Für eine Vielzahl anderer gewünschter Geometrien ergibt sich in der Praxis jedoch das Problem, dass die Fasermateriallagen sich nicht vollflächig aneinander anfügen lassen. Lediglich beispielhaft sei hierzu etwa ein Bauteilprofil mit T-förmigem Profilquerschnitt genannt. In diesem Fall kann beim flächigen Zusammenfügen der Fasermateriallagen "in der Ecke des T" ein nachteiliger Hohlraum bzw. "Zwickelbereich" verbleiben, der je nach konkreter Herstellungsmethode am fertigen Bauteil als Hohlraum verbleibt oder vollständig mit der Matrixkomponente gefüllt ist.
Gemäß einer auf internen betrieblichen Kenntnissen der Anmelderin beruhenden Technik wurden derartige Zwischenräume bereits mit Schaumkunststoffkernen aufgefüllt, was jedoch in erster Linie der Gewährleistung einer gewissen Formstabilität des zusammengefügten Konstrukts vor dem Aushärten dient. Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des fertigen Bauteils spielt der eingesetzte Schaumkunststoffkern keine wesentliche Rolle. Auch Versuche, derartige Zwischenräume durch Fasermaterial aufzufüllen, waren insofern nicht befriedigend, als es in der Praxis bislang an "passenden" und kostengünstigen textilen Strukturen mangelt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile zu beseitigen und ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteiles anzugeben, wobei das Verfahren auch für kompliziertere Bauteilgeometrien geeignet sein soll.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils vorgesehen, welches folgende Schritte umfasst:
- Zusammenfügen von mehreren jeweils flächigen Fasermateriallagen, wobei ein Vliesmaterial in wenigstens einen Zwischenraum eingefügt wird, der von wenigstens einem gekrümmten Oberflächenabschnitt einer der Fasermateriallagen begrenzt wird,
- Infiltrieren der Fasermateriallagen und des Vliesmaterials mit einem Matrixmate- rial, und
- Aushärten der zusammengefügten und infiltrierten Fasermateriallagen samt Vliesmaterial.
Die Verwendung von Vliesmaterial als Material zur Auffüllung eines oder mehrerer beim Zusammenfügen der Fasermateriallagen verbleibender Zwischenräume ermöglicht in einfacher und kostengünstiger weise die Herstellung des betreffenden Faserverbundbauteils in gleich bleibender und hoher Qualität.
Der Begriff "Vliesmaterial" bezeichnet hierbei ein Material aus lose zusammengelegten Fasern, dessen Festigkeit im Wesentlichen auf der fasereigenen Haftung beruht. Die Fasern liegen wirr im Vliesmaterial.
Wenngleich die Verwendung eines Vliesmaterials mit einer oder mehreren Vorzugsrichtungen der Faserorientierung denkbar ist (anisotropes Vliesmaterial), so ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Vliesmaterial im Wesentlichen isotrop ist. In diesem Fall sind die Fasern gänzlich stochastisch orientiert, wie z. B. bei einem Wirrlagenvliesstoff. In vielen An- wendungsfällen bzw. für viele Bauteilgeometrien ist die Verwendung eines derartigen Füllkörpers, bei welchem die enthaltenen Fasern keine bevorzugte Faserrichtung aufweisen, besonders vorteilhaft. Dies nicht nur wegen der damit resultierenden, oftmals besonders günstigen mechanischen Bauteileigenschaften, sondern auch im Hinblick auf die Herstellung des Füllkörpers und dessen Einbringung in den betreffenden Zwischenraum. Bei diesen Prozessschritten muss dann nämlich aufgrund der Isotropie die Materialorientierung nicht beachtet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Vliesmaterial ein verfestigtes Vlies. Damit kann z. B. dessen Verarbeitung bzw. Konfektionierung zu einem geeigneten Füllkörper erheblich vereinfacht werden. Von dem Begriff "verfestigtes Vlies" ist insbesondere jede Art von Filz umfasst. Beim Filz wurden die Fasern durch eine zumeist mechanische Verarbeitung wie z. B. "Nassfilzen" oder "Trockenfilzen1" in eine verfestigte Form gebracht.
Prinzipiell ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für beliebige Faserwerkstoffe und Matrixwerkstoffe geeignet. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren für die Herstellung von Bauteilen mit relativ stark gekrümmten Bauteilabschnitten. Bei den für die Fasermateriallagen verwendeten Fasern kommen beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern, synthetische Kunststofffasern, Stahlfasern oder Naturfasern in Betracht. Als Matrixmaterial sind insbesondere Kunststoffe wie z. B. duroplastische Kunststoffe (Kunstharze) interessant. Diese Aufzählungen sind jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen. Außerdem können gegebenenfalls in an sich bekannter Weise Füllstoffe oder Additive zugegeben werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass für das Vliesmaterial dieselbe Faserart wie für die zusammenzufügenden Fasermateriallagen vorgesehen ist. Das Vliesmaterial kann insbesondere z. B. aus Wollfasern und/oder anderen textilen Fasern einschließlich Kunstfasern gebildet sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zu verwendende Vliesmaterial zuvor aus einem flächigen Gebilde eines verfestigten Vlieses abgetrennt wurde. Das verfestigte Vliesgebilde kann besonders vorteilhaft z. B. in Form einer Vliesplatte oder, bei hinreichender Biegsamkeit, aufgerollt in Form eines Vliesmaterialwickels vorgehalten werden. Bei der Fertigung von Faserverbundbauteilen gemäß der Erfindung kann sodann ein benötigter Füllkörper in passender Form vom verfestigten Vliesgebilde abgetrennt, z. B. mittels eines Messers abgeschnitten, und gegebenenfalls in eine gewünschte Endkontur gebracht werden.
Insbesondere bei relativ großer Festigkeit eines als Vorrat vorgehaltenen Vliesmaterials kann dieses insbesondere mittels einer automatisierten Trennapparatur, insbesondere Schneidapparatur, sehr genau, sogar mittels CAD-Daten konturgenau aus dem Füllmaterial herausgearbeitet werden. Dadurch ergibt sich ein erheb-
licher Zeit-, Kosten- und Qualitätsvorteil, insbesondere bei einer Serienproduktion von Faserverbundbauteilen.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der in den wenigstens einen Zwi- schenraum einzufügende Füllkörper einstückig aus verfestigtem Vliesmaterial gebildet ist. Bei Abtrennung bzw. Heraustrennung des Füllkörpers aus einem als Vorrat vorgehaltenen flächigen verfestigten Vliesgebilde sollte dieses Vliesgebilde hinsichtlich benötigter Füllkörperabmessungen daher ausreichend (groß) dimensioniert sein.
Für viele Anwendungsbereiche ist es daher z. B. vorteilhaft, das als Vorrat vorgehaltene verfestigte flächige Vliesmaterial mit einer Dicke von wenigstens 1 cm vorzusehen. Die benötigte Materialdicke hängt selbstverständlich von den Abmessungen des herzustellenden Faserverbundbauteils bzw. der darin enthaltenen Zwischenräume ab, so dass bei größeren Faserverbundbauteilen eine Dimensionierung von bereitgehaltenen Vlies- bzw. Filzmaterialien in vielen Fällen mit einer Dicke von wenigstens 0,1 m zweckmäßig sein kann.
Wenn bei der Herstellung der Faserverbundbauteile Füllkörper in stark variieren- der Größe und/oder Geometrie benötigt werden, so kann vorteilhaft auch ein Sortiment an verschieden dimensionierten, als Vorrat vorgehaltenen verfestigten Vliesmaterialien vorgesehen sein. In diesem Fall lässt sich in der Praxis der Materialverschnitt erheblich reduzieren.
Die Infiltration der Fasermateriallagen wie auch des Vliesmaterials kann bei der Erfindung ganz allgemein vor oder nach dem Zusammenfügen der Fasermateriallagen erfolgen. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zunächst trockene Faserhalbzeuge wie z. B. Gewebe, Geflechte, Gelege, Fasermatten etc. zusammengefügt und anschließend mit einem Harz infiltriert werden. Hinsichtlich der
Gestaltung von Faserhalbzeugen, deren Zusammenfügung und Infiltration, wie auch hinsichtlich des abschließenden Aushärtungsprozesses (z. B. thermisch), kann vorteilhaft auf die aus dem Bereich der Faserverbundtechnologie wohlbekannten Kenntnisse und Methoden zurückgegriffen werden. Es erübrigt sich daher an dieser Stelle eine Erläuterung dieser im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft einzusetzenden Fertigungsdetails (z. B. Infiltration mittels eines Standardinfusionsverfahrens wie VAP, VARI etc., Aushärtung in einem Autoklaven usw.).
Vorteilhaft ist die Erfindung auch kompatibel zur Herstellung von Faserverbundbauteilen mittels textiler Preform-Technik und Vakuuminfusionsverfahren ("open mould"). Auch können so genannte Prepregs (vorimprägnierte Faserhalbzeuge) als die benötigten flächigen Fasermateriallagen verarbeitet werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Fasermateriallagen ein abgewinkeltes Profil darstellt und der Abwinkelungsbereich den am Zwischenraum angrenzenden gekrümmten Oberflächenabschnitt ausbildet. Ein einfaches Beispiel für ein derartiges Profil ist z. B. ein T-Profil oder Doppel-T-Profil.
Ein bevorzugter Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung von Strukturbauteilen, insbesondere für Fahrzeuge, beispielsweise Luftfahrzeuge. Ein vorteilhafter Anwendungsfall ist z. B. die Herstellung von Kraf- tübertragungs- oder Krafteinleitungselementen oder Beschlägen, insbesondere mit T-förmigem Querschnitt oder doppelt T-förmigem Querschnitt. Derartige Elemente bzw. Beschläge sind insbesondere als Strukturbauteile im Flugzeugbau interessant (z. B. mit Abmessungen in der Größenordnung von einigen 10 cm bis einigen m).
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere Bauteile mit reproduzierbarer Qualität gefertigt werden, bei denen ein oder mehrere Abwinkelungs- bereiche der flächigen Fasermateriallagen bei der Zusammenfügung der Fasermateriallagen zwangsläufig wenigstens einen keilartig sich verjüngenden Zwi- schenraum (Zwickel) entstehen lassen.
Insbesondere wenn ein resultierender Zwischenraum im Wesentlichen vollständig aufgefüllt werden soll, so ergibt sich in der Praxis oftmals die Notwenigkeit eines im Wesentlichen keilförmigen Füllkörpers ("Zwickelfüller"), der bei der Erfindung in einfacher und hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des fertigen Bauteils vorteilhafter Weise bereitgestellt wird.
Mit der Erfindung können bauartbedingte Hohlräume bzw. Zwischenräume in texti- len Preforms zur Herstellung von Faserverbundbauteilen in einfacher, kostengüns- tiger und hinsichtlich der Qualität vorteilhafter Weise gefüllt werden. In einer Ausführungsform wird ein Filz mit einem geeigneten Fasermaterial (z. B. gleiche Fasern wie bei den Fasermateriallagen) in ausreichender Dicke gefertigt. Die Dichte des Filzes und der sich daraus ergebende Fasergehalt kann der Anwendung an- gepasst variabel eingestellt werden. Eine vorgefertigte Filzplatte bzw. Filzbahn kann z. B. mit Hilfe von Messern konfektioniert und in jede für den Füllkörper gewünschte Form gebracht werden.
Ein und dieselbe Platte aus verfestigtem Vliesmaterial, z. B. eine Filzplatte, kann für viele Füllkörpergeometrien verwendet werden. Mittels einer CNC-gesteuerten Schneidapparatur kann ein besonders reproduzierbares Ergebnis bei der Herstellung des Füllkörpers erzielt werden. Es werden vielfältige Geometrien möglich. Das Fertigen des Füllkörpers, z. B. das Ausschneiden eines Zwickels, kann vorteilhaft erst unmittelbar vor dem Bedarf erfolgen. Oftmals besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften des Bauteils wie auch eine Vereinfachung der Verar-
beitung des Vlies- bzw. Filzmaterials ergibt sich bei Verwendung von Material mit Fasern ohne Vorzugsrichtung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
Fig. 1 die Positionierung eines Füllkörpers auf einer flächigen Struktur aus textilen Halbzeugen,
Fig. 2 die Zusammenlegung von zwei Verstärkungsprofilen aus textilen Halbzeugen unter Einschluss des Füllkörpers,
Fig. 3 eine Ansicht entsprechend Fig. 2, nach Infiltration und Aushärtung,
Fig. 4 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Bereitstellung eines Füllkörpers durch Abtrennung von einer Filzbahn,
Fig. 5 einen von der Bahn in Fig. 4 abgetrennten Filzkörper,
Fig. 6 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht für eine weitere Bauteilgeometrie, und
Fig. 7 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht für eine noch weitere Bauteilgeometrie.
Die Fig. 1 bis 3 veranschaulichen ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils 10' (Fig. 3) umfassend drei nacheinander durchgeführte Schritte:
a) Zusammenfügen von drei jeweils flächigen Fasermateriallagen 12-1 , 12-2 und 12-3, wobei ein Filzzwickel 14 in einen Zwischenraum eingefügt wird, der von zwei gekrümmten Oberflächenabschnitten 16-1 und 16-2 der Fasermateriallagen 12-1 und 12-2 begrenzt wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird hierfür, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, zunächst der passend formgestaltete Filzzwickel 14 mit einer ebenen Grundfläche auf die Oberseite der Fasermateriallage 12-3 aufgelegt. Sodann werden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, die beiden weiteren Fasermateriallagen 12-1 und 12-2 ange- fügt, so dass der Filzzwickel 14 im Zwischenraum zwischen den mehreren (hier: 3) Fasermateriallagen eingefügt wird. Es resultiert ein Konstrukt 10.
b) Infiltrieren der Fasermateriallagen 12-1 bis 12-3 und des Filzzwickels 14 mit einem (nicht dargestellten) Matrixmaterial (z. B. Expoxidharz), und nachfolgendes
c) Aushärten der zusammengefügten und infiltrierten Fasermateriallagen 12-1 bis 12-3 samt Filzzwickel 14.
Die ausgehärteten und fest miteinander verbundenen Fasermateriallagen samt zwischengefügtem Filzzwickel sind in Fig. 3 mit 12'-1 , 12'-2, 12'-3 und 14' bezeichnet.
Das Bauteil 10' ist bei diesem Ausführungsbeispiel, wie aus Fig. 3 ersichtlich, ein Profilbauteil mit T-förmigem Querschnitt und besitzt aufgrund der Integration des angebundenen und ausgehärteten Filzzwickels 14' trotz einfacher Herstellung eine hohe mechanische Belastbarkeit.
In Fig. 3 ist die Länge des Profilbauteils 10' der Einfachheit der Darstellung halber relativ kurz (im Vergleich zu den Abmessungen des Pofilquerschnitts) gezeichnet.
In der Praxis eignet sich das Verfahren insbesondere auch zur Herstellung länglicher, gerade oder gekrümmt verlaufender Profilbauteile.
Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele ver- wiesen.
Was die Herstellung eines ganz allgemein aus Vliesmaterial gebildeten Füllkörpers wie des oben beschriebenen Filzzwickels 14 angelangt, so kann dies in vielfältiger Weise bewerkstelligt werden.
Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen eine in der Praxis besonders vorteilhafte Art und Weise der Herstellung eines Füllkörpers 14a (Fig. 5).
Fig. 4 zeigt eine als Vorrat gehaltene Filzplatte (z. B. Nadelfilz) 20a. Die Filzplatte 20a besteht aus einem isotropen Filz mit einer Dicke d, die ausreichend dazu bemessen ist, um benötigte Füllkörper davon abtrennen zu können.
In Fig. 4 sind Schnittlinien für die Abtrennung von Füllkörpern der Form des Füllkörpers 14a gestrichelt eingezeichnet. Die entsprechende Bearbeitung der FiIz- platte 20a erfolgt bevorzugt automatisiert, z. B. mittels einer rechnergesteuerten Schneidapparatur.
Es versteht sich, dass die in Fig. 5 dargestellte, keilförmige, prismatische Form des Füllkörpers 14a lediglich beispielhaft zu verstehen ist und mit der beschriebe-
nen Methode auch Füllkörper einer anderen Geometrie aus der Filzplatte 20a abgetrennt bzw. herausgetrennt werden können (z. B. der in Fig. 1 dargestellte Filzzwickel 14).
Die Fig. 6 und 7 veranschaulichen weitere Beispiele von zusammengefügten Fa- sermaterialkonstrukten 10b und 10c zur Herstellung von Faserverbundbauteilen 10b1 bzw. 10c1.
Bei dem Beispiel gemäß Fig. 6 wurden vier Fasermateriallagen 12b-1 bis 12b-4, die jeweils als abgewinkelte Profile gestaltet sind, zur Bildung des Konstrukts 10b zusammengefügt. Nach Infiltration und Aushärtung des Konstrukts 10b (samt Vlies-Füllkörper 14b) ergibt sich ein Profilbauteil mit X-förmigem Profilquerschnitt.
Bei dem Beispiel gemäß Fig. 7 wurde im Unterschied zu der mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschriebene Ausführungsform die dritte Fasermateriallage 12c-3 mit einem ausgebauchten Profilbereich vorgesehen, so dass der zwischengefügte Füllkörper 14c an drei gekrümmte Oberflächenabschnitte 16c-1 bis 16c-3 angrenzt.
Es versteht sich, dass die bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen dargestellten Details und insbesondere geometrischen Formgestaltungen und Abmessungen in der Praxis weitreichend modifiziert werden können. Wesentlich ist die Verwendung eines Vliesmaterials als Füllkörper für wenigstens einen Zwischenraum, der von wenigstens einem gekrümmten Oberflächenabschnitt einer von mehreren Fasermateriallagen begrenzt wird. Der Begriff "Fasermateriallage" soll hierbei insbesondere so genannte textile Halbzeuge umfassen wie sie in der Faserverbundtechnologie wohlbekannt sind. Hierbei ist es keineswegs ausgeschlossen und insbesondere für vergleichsweise dickwandige Fasermateriallagen sogar zweckmäßig, dass diese jeweils durch ein Übereinanderschichten mehrerer Einzellagen gebildet werden. Eine solche mehrlagige Fasermateriallage kann z. B.
während des oben beschriebenen Zusammenfügungsschritts aufgebaut werden. Alternativ ist es z. B. möglich, mehrlagige Fasermateriallagen vorzufertigen, insbesondere als vorimprägnierte und bereits teilausgehärtete Faserverbundwerkstoffe.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (101), umfassend folgende Schritte:
- Zusammenfügen von mehreren jeweils flächigen Fasermateriallagen (12-1 bis 12-3), wobei ein Vliesmaterial (14) in wenigstens einen Zwischenraum eingefügt wird, der von wenigstens einem gekrümmten Oberflächenabschnitt (16-1 , 16-2) einer der Fasermateriallagen begrenzt wird,
- Infiltrieren der Fasermateriallagen (12-1 bis 12-3) und des Vliesmaterials (14) mit einem Matrixmaterial, und
- Aushärten der zusammengefügten und infiltrierten Fasermateriallagen (12-1 bis 12-3) samt Vliesmaterial.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Vliesmaterial (14) im wesentlichen i- sotrop ist.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Vliesmaterial (14) ein verfestigtes Vlies ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zu verwendende Vliesmaterial (14) zuvor aus einem flächigen Gebilde (20) eines verfestig- ten Vlieses abgetrennt wurde.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine der Fasermateriallagen (12-1 bis 12-3) ein abgewinkeltes Profil darstellt und der Abwinkelungsbereich den am Zwischenraum angrenzenden gekrümmten Oberflächenabschnitt (16-1 , 16-2) ausbildet.
6. Faserverbundbauteil (10'), hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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