DE102004054345B4

DE102004054345B4 - Dreidimensional verstärktes Faserverbundbauteil mit zumindest einem Schlaufenbereich sowie Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE102004054345B4
Application number: DE102004054345A
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof. Dr. Drechsler; Tamas Dipl.-Ing. Havar; Wolfgang Dipl.-Ing. Lutzenberger; Marinus Dipl.-Ing. Schouten
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2024-11-10
Also published as: DE102004054345A1

Abstract

Dreidimensional verstärktes Faserverbundbauteil (1) mit zumindest einem Schlaufenbereich (3), umfassend ein flächiges, erstes Faserverbundhalbzeug (2), welches durch Falten zu einer schlaufenförmigen Preform mit einem ersten, gekrümmten Bereich (3) und einem sich daran anschließenden zweiten Bereich (4), in dem die Enden (2a, 2b) des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges (2) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, geformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aushärten der Preform in den zweiten Bereich (4), zumindest in unmittelbarer Nähe des ersten Bereiches (3), Verstärkungsfäden (5) eingebracht sind, welche entlang der Richtung des Falzes angeordnet sind und senkrecht zu den im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Enden (2a, 2b) des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges (2) und/oder bezüglich der Senkrechten geneigt verlaufen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein dreidimensional verstärktes Faserverbundbauteil mit zumindest einem Schlaufenbereich gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie entsprechende Verfahren zum Herstellen desselben.
Zugschlaufen aus Faserverbundwerkstoffen weisen bekanntlich in Zugrichtung, d.h. bei Belastung in Faserrichtung, recht hohe Festigkeiten auf, da die Lasten in Faserrichtung wirken. Bei Belastung in Querrichtung ist jedoch die interlaminare Schälfestigkeit maßgebend. Da hier die Lasten hauptsächlich vom Harz getragen werden, ist die Festigkeit derartiger Faserverbundschlaufen unter Querlast recht gering.
In 1 ist das Versagen herkömmlicher, unverstärkter Faserverbundschlaufen schematisch dargestellt. Zunächst tritt eine interlaminare Schälung an der Schlaufe auf (Erstversagen), gefolgt von einem interlaminaren Schubversagen, was eine verminderte Restbruchfestigkeit zur Folge hat. Anschließend kommt es unter Querbelastung (F_quer) zum Faserbruch an der Schlaufe, dem sogenannten Zweitversagen.
Aus der Offenlegungsschrift DE 101 56 733 A1 ist beispielsweise eine schlaufenförmige Klappe aus Faserverbundwerkstoff bekannt. Dabei sind zur Ausbildung einer an einem aerodynamischen Profil luftdicht angelenkten Klappe Prepreg-Materialien (d.h. vorimprägnierte Fasergelege) bzw. textile Fasergelege durch Faltung zu einer Faserverbundklappe mit einem entlang der Faltung verlaufenden luftdichten Schlaufenbereich geformt.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die interlaminare Schälfestigkeit insbesondere im Schlaufenbereich relativ gering ist und die Festigkeitseigenschaften unter Querlast nicht ausreichend sind. Zur dreidimensionalen Verstärkung der Klappe im Schlaufenbereich schlägt die DE 101 56 733 A1 lediglich bei einer textilen Ausführungsform vor, im Schlaufenbereich unidirektionale Gelege vorzusehen. Dies stellt jedoch einen relativ großen Arbeitsaufwand dar, da die unidirektionalen Gelege entsprechend angeordnet werden müssen. Darüber hinaus ist der DE 101 56 733 A1 kein Hinweis zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften von Prepreg-Ausführungen zu entnehmen.
Des Weiteren ist aus DE 196 28 388 A1 ein kraftflussgerechter, multiaxialer, mehrlagiger Faservorformling mit zumindest bereichsweiser z-Achsen-Verstärkung sowie ein entsprechendes Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Dabei sind kraftflussgerecht angeordnete Verstärkungsfasern in x- und y-Richtung auf einer Trägerlage mittels Sticken in mehreren Lagen übereinander angeordnet, und eine zumindest bereichsweise z-Achsen-Verstärkung ist entsprechend dem Kraftfluss in Richtung der z-Achse durch Verstärkungsfäden mittels Sticken angeordnet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dreidimensional verstärktes Faserverbundbauteil mit zumindest einem Schlaufenbereich zu schaffen, das nicht nur eine verbesserte Zugfestigkeit, sondern vor allem eine gesteigerte interlaminare Schälfestigkeit und damit verbesserte Festigkeitseigenschaften in Querrichtung aufweist. Zudem soll ein dreidimensional verstärktes Faserverbundbauteil mit zumindest einem Schlaufenbereich geschaffen werden, das eine höhere Restbruchfestigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Faserverbundbauteil mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Aus EP 0 572 752 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit einer Durchgangsöffnung aus thermoplastischem Verbundstoff bekannt. Die Werkstücke hoher spezifischer Festigkeit werden dabei aus einem schnur- oder bandförmigen Halbzeug hergestellt.
In DE 196 28 388 A1 ist ein kraftflussgerechter, multiaxialer, mehrlagiger Faservorformling mit zumindest bereichsweiser Z-Achsen-Verstärkung und ein Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben. Dabei sind zur zumindest bereichsweisen Z-Achsen-Verstärkung kraftflussgerecht angeordnete Verstärkungsfasern in X- und Y-Richtung auf einer Trägerlage mittels Sticken in mehreren Lagen übereinander angeordnet, und eine zumindest bereichsweise Z-Achsen-Verstärkung ist entsprechend dem Kraftfluss in Richtung der Z-Achse durch Verstärkungsfäden mittels Sticken angeordnet.
In der Druckschrift EP 1 013 412 A1 ist eine integral gewobene Verbundanordnung offenbart.
Ein Verfahren zum Einführen Z-Achsen-verstärkender Fasern in ein Verbundlaminat ist aus US 2002/0153084 A1 bekannt.
Im Zusammenhang mit festigkeitssteigernden Maßnahmen sei auf den Artikel von B. Heine „Hochfeste Werkstoffe und ihre industrielle Anwendung" in METALL, 1997, Jahrgang 51, Nr. 10, Seiten 573–582 verwiesen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weiterhin soll durch die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional verstärkten Faserverbundbauteils angegeben werden, das einfach und kostengünstig durchzuführen ist.
Die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Anspruch 19 bzw. 21 sowie in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben.
Durch die Erfindung wird ein dreidimensional verstärktes Faserverbundbauteil geschaffen, welches ein erstes Faserverbundhalbzeug umfasst, das durch Falten zu einer schlaufenförmigen Preform mit einem ersten, gekrümmten Bereich (nachfolgend auch als Schlaufenbereich bezeichnet) und einem sich daran anschließenden zweiten Bereich, in dem die Enden des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, geformt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass vor dem Aushärten der Preform in den zweiten Bereich, zumindest in unmittelbarer Nähe des ersten Bereiches, Verstärkungsfäden eingebracht sind, welche im wesentlichen quer zu den im wesentlichen parallel zueinander verlaufenen Enden des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges verlaufen.
Das Einbringen der Verstärkungsfäden erfolgt dabei entweder durch Nähen (z.B. durch ein- oder zweiseiten Tuften) oder durch das sogenannte „Pinning". Beim Einbringen mittels Nähen werden die Faserverbundhalbzeuge durch eine im Wesentlichen entlang der Richtung des Falzes verlaufende Naht miteinander verbunden, anders bei dem in der Fachsprache als Pinning bezeichneten Verfahren, bei dem ausgehärtete, nadelförmige Verstärkungsfasern (d.h. Faserpins bzw. Faserabschnitte) vor dem Aushärten der Preform in diese appliziert werden, typischerweise mittels Ultraschall.
Durch ein derartiges Anordnen von Verstärkungsfäden in Querrichtung (d.h. quer zu den im wesentlichen parallel verlaufenden Enden des gefalteten ersten Faserverbundhalbzeuges bzw. quer zur Faserausrichtung des ersten Faserverbundhalbzeuges) kann die interlaminare Schälfestigkeit der erfindungsgemäßen Faserverbundschlaufe und damit die Zugfestigkeit unter Querlast verbessert werden. Bei Verstärkungsfäden die mittels Pinning eingebracht werden, soll diese Orientierung nachfolgend auch als „Z-Pinning" bezeichnet werden.
Vorzugsweise bestehen die Verstärkungsfäden aus Kohle-, Glas- oder Aramidfasern. Diese Fasern lassen sich in der Regel gut verarbeiten und sichern zuverlässig die Verstärkung der erfindungsgemäßen Faserverbundschlaufe in Querrichtung.
Vorteilhafterweise können die Verstärkungsfäden bezüglich der Normalen zu den im zweiten Bereich im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Enden des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges in einem Winkel zwischen –80° bis +80° angeordnet sein. Dadurch ist eine hohe Flexibilität sowie eine gute Anpassungsfähigkeit gegeben. Beispielsweise sind bei einer bevorzugten Ausführungsform sowohl Verstärkungsfäden vorgesehen, die in Richtung der Normalen verlaufen, als auch Verstärkungsfäden, die zur Normalen um +45° und –45° geneigt sind. Somit sind Verstärkungen unter ±45° möglich.
Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Verstärkungsfäden im Wesentlichen senkrecht zu den im zweiten Bereich im wesentlichen parallel verlaufenden Enden des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges verlaufen; d.h. im wesentlichen in z-Richtung verlaufen.
Zudem ist es zweckmäßig, dass die Anzahl und/oder Dichte der in den zweiten Bereich eingebrachten Verstärkungsfäden in unmittelbarer Nähe des ersten Bereiches am größten ist, da mit der Anzahl der Verstärkungsfäden die Versagenskraft in Querrichtung steigt.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform umfasst die Preform zudem zweite Faserverbundhalbzeuge, die jeweils von außen auf den Enden des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges derart angeordnet sind, dass im zweiten Bereich der Preform das gefaltete, erste Faserverbundhalbzeug sandwichartig von den zweiten Faserverbundhalbzeugen umgeben ist.
Gemäß einer dritten Ausführungsform umfasst die Preform noch ein drittes Faserverbundhalbzeug, welches – analog zum ersten Faserverbundhalbzeug – durch Falten derart um den ersten, gekrümmten Bereich der Preform gemäß der zweiten Ausführungsform gelegt ist, dass im zweiten Bereich das gefaltete, erste Faserverbundhalbzeug und die zweiten Faserverbundhalbzeuge sandwichartig von dem gefalteten, dritten Faserverbundhalbzeug umgeben sind.
Gemäß einer Weiterbildung der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform weist die Preform zusätzlich ein keilförmiges Element (typischerweise ein Zwickel) auf, welches im Übergangsbereich von erstem und zweitem Bereich zwischen dem gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeug angeordnet ist. Vorzugsweise erstreckt sich das keilförmige Element im wesentlichen entlang der Richtung des Falzes (y-Richtung). Dabei schmiegen sich die Enden des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges an das keilförmige Element an, so dass ein gleichmäßiger Übergang vom ersten zum zweiten Bereich entsteht. Ein derartiges keilförmiges Element wirkt vorteilhafterweise als Rissstopper, wodurch zusätzlich die Restbruchfestigkeit des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils erhöht wird.
Vorzugsweise ist das keilförmige Element ein weiteres Faserverbundhalbzeug, welches Glas-, Kohle- oder Aramidfasern aufweist, die mit der Richtung des Falzes (y-Richtung) einen Winkel zwischen –45° und +45° einschließen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Glas-, Kohle- oder Aramidfasern des keilförmigen Elementes im wesentlichen in Richtung des Falzes (y-Richtung) verlaufen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung durchdringen die eingebrachten Verstärkungsfäden das keilförmige Element zumindest an einigen Stellen. Dadurch wird vorteilhafterweise das keilförmige Element verstärkt und die Zugfestigkeit unter Querlast weiter erhöht.
Gemäß einer vierten Ausführungsform umfasst die Preform neben dem ersten, gefalteten Faserverbundhalbzeug ein viertes Faserverbundhalbzeug, welches zwischen den im zweiten Bereich im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Enden des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges angeordnet ist.
Gemäß einer Weiterbildung der ersten, zweiten, dritten und vierten Ausführungsform umfasst die Preform zusätzlich ein innerhalb des ersten, gekrümmten Bereiches angeordnetes, sich im wesentlichen in Richtung des Falzes (y-Richtung) erstreckendes, schlauchförmiges (bzw. rohrförmiges) Faserverbundhalbzeug. Dadurch wird vorteilhafterweise, analog zur Wirkung des im Zusammenhang mit den Ausführungsformen eins bis drei erwähnten keilförmigen Elementes, die Restbruchfestigkeit erhöht.
Zweckmäßigerweise besteht das schlauchförmige Faserverbundhalbzeug aus textilem Fasergewebe, textilem Fasergelege oder Prepreg-Material, wobei es vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das erste, zweite, dritte bzw. vierte Faserverbundhalbzeug besteht.
Alternativ können auch schlauchförmige bzw. rohrförmige Faserverbundhalbzeuge aus textilem Fasergeflecht verwendet werden.
Vorteilhafterweise werden für das erste, zweite, dritte und vierte Faserverbundhalbzeug textile Fasergelege, textile Fasergewebe oder Prepreg-Materialien verwendet. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die in der jeweiligen Ausführungsform verwendeten Faserverbundhalbzeuge, d.h. die ersten und zweiten Faserverbundhalbzeuge (zweite Ausführungsform), die ersten, zweiten und dritten Faserverbundhalbzeuge (dritte Ausführungsform) bzw. die ersten und vierten Faserverbundhalbzeuge (vierte Ausführungsform) jeweils vom gleichen Materialtyp sind.
Weiterhin wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional verstärkten Faserverbundbauteils der voranstehend genannten Art geschaffen, wobei in einem ersten Schritt ein erstes Faserverbundhalbzeug gefaltet wird, um eine schlaufenförmige Preform mit einem ersten, gekrümmten Bereich und einem zweiten Bereich, in dem die Enden des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, zu bilden; wobei in einem zweiten Schritt Verstärkungsfäden in den zweiten Bereich der Preform, zumindest in unmittelbarer Nähe des ersten, gekrümmten Bereiches, durch Nähen im wesentlichen entlang der Richtung des Falzes (y-Richtung) eingebracht werden; und in einem dritten Schritt die mit Verstärkungsfäden versehene Preform ausgehärtet wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn beim Einnähen der Verstärkungsfäden ein Garn aus Kohle-, Glas- oder Aramidfasern verwendet wird. Das Nähen kann dabei vorteilhafterweise mittels Einseitennähtechnik (dem sogenannten Tuffen) oder mittels Zweiseitennähtechnik durchgeführt werden. Das Tuffen wird insbesondere dann verwendet, wenn die Bearbeitung nur von einer Seite erfolgen kann bzw. ansonsten nur schwer handzuhaben wäre.
Durch die Erfindung wird ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen dreidimensional verstärkten Faserverbundbauteils geschaffen, wobei in einem ersten Schritt ein erstes Faserverbundhalbzeug gefaltet wird, um eine schlaufenförmige Preform mit einem ersten, gekrümmten Bereich und einem zweiten Bereich, in dem die Enden des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, zu bilden; wobei in einem zweiten Schritt Verstärkungsfäden mittels Z-Pinning in den zweiten Bereich der Preform, zumindest in unmittelbarer Nähe des ersten, gekrümmten Bereiches, eingebracht werden; und in einem dritten Schritt die mit Verstärkungsfäden versehene Preform ausgehärtet wird.
Gemäß diesem Verfahren ist es zweckmäßig beim Einbringen der Verstärkungsfäden ausgehärtete, nadelförmige Verstärkungsfasern, insbesondere aus Kohle-, Glas- oder Aramidfasern, zu verwenden, die mittels Ultraschalltechnik in die Preform eingebracht werden. Das Einbringen von Verstärkungsfäden mittels Z-Pinning bietet sich insbesondere bei Prepreg-Ausführungen an.
Beim Falten ist es besonders zweckmäßig, einen Stab zu verwenden, um den das erste Faserverbundhalbzeug zur Bildung des ersten, gekrümmten Bereiches der schlaufenförmigen Preform gelegt wird.
Zum Herstellen der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils werden beim Bilden der Preform zudem auf den im wesentlichen parallel verlaufenden Enden des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges jeweils von außen zweite Faserverbundhalbzeuge angeordnet, so dass im zweiten Bereich das gefaltete, erste Faserverbundhalbzeug sandwichartig von den zweiten Faserverbundhalbzeugen umgeben wird.
Zum Herstellen der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist es zweckmäßig, dass ausgehend von einer gemäß der zweiten Ausführungsform gebildeten Preform abschließend ein drittes Faserverbundhalbzeug derart um den ersten, gekrümmten Bereich gefaltet wird, dass im zweiten Bereich das gefaltete, erste Faserverbundhalbzeug und die zweiten Faserverbundhalbzeuge sandwichartig von dem gefalteten, dritten Faserverbundhalbzeug umgeben werden.
Alternativ kann beim Herstellen der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform zusätzlich ein sich im wesentlichen in Richtung des Falzes (y-Richtung) erstreckendes keilförmiges Element zwischen dem gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeug angeordnet werden, an welches sich die Enden des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges anschmiegen, um einen gleichmäßigen Übergang vom ersten zum zweiten Bereich zu gewährleisten.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn beim Einbringen der Verstärkungsfäden das keilförmige Element zumindest stellenweise von den Verstärkungsfäden durchdrungen wird.
Zum Herstellen der vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteifs ist es zweckmäßig, dass beim Falten des ersten Faserverbundhalbzeuges ein viertes Faserverbundhalbzeug derart zwischen dem gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeug angeordnet wird, dass im zweiten Bereich das vierte Faserverbundhalbzeug sandwichartig vom gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeug umgeben wird.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens zum Herstellen der ersten, zweiten, dritten und vierten Ausführungsform ist es vorteilhaft, dass beim Falten des ersten Faserverbundhalbzeuges zusätzlich innerhalb des ersten, gekrümmten Bereiches ein sich im wesentlichen entlang der Richtung des Falzes (y-Richtung) erstreckendes schlauchförmiges Faserverbundhalbzeug angeordnet wird.
Vorteilhafterweise werden für das erste, zweite, dritte bzw. vierte Faserverbundhalbzeug textile Fasergelege, textile Fasergewebe oder Prepreg-Materialien verwendet, wobei vorzugsweise für die jeweiligen Faserverbundhalbzeuge identische Materialtypen verwendet werden.
Beim Herstellen eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils aus textilem Fasergelege oder textilem Fasergewebe ist es insbesondere zweckmäßig, die Preform nach Anbringung der jeweiligen Faserverbundhalbzeuge mittels Fixierfäden vorzufixieren, um ein Verrutschen wirksam zu vermeiden.
Zweckmäßigerweise werden als Fixierfäden Kohle-, Glas-, Aramid- oder Thermoplastfäden verwendet.
Nachstehend werden verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Versagensverhaltens herkömmlicher, unverstärkter Faserverbundschlaufen;
2 eine schematische, dreidimensionale Darstellung einer taillierten Faserverbundschlaufe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer taillierten Faserverbundschlaufe mit Außenlagen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung einer modifizierten taillierten Faserverbundschlaufe mit Außenlagen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine schematische Darstellung einer parallelen Faserverbundschlaufe mit Mittellage gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
6 eine schematische Darstellung einer mit einem schlauchförmigen Faserverbundhalbzeug verstärkten vierten Ausführungsform;
7 eine schematische Darstellung einer mit einem keilförmigen Element verstärkten ersten Ausführungsform; und
8 eine schematische Darstellung einer sowohl mit einem schlauchförmigen Faserverbundhalbzeug als auch mit einem keilförmigen Element verstärkten zweiten Ausführungsform.
1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Versagensverhaltens herkömmlicher, unverstärkter Faserverbundschlaufen, wie es beschreibungseinleitend erläutert ist.
2 zeigt in schematischer, dreidimensionaler Darstellung eine erste Ausführungsform der Erfindung, die nachstehend als taillierte Faserverbundschlaufe bezeichnet wird. Die Faserverbundschlaufe 1 weist ein erstes Faserverbundhalbzeug 2 auf, das durch Falten zu einer schlaufenförmigen Preform mit einem ersten, gekrümmten Bereich 3 und einem sich daran anschließenden zweiten Bereich 4, in dem die Enden 2a, 2b des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges 2 im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, geformt ist. Der Begriff „Preform" bezeichnet dabei bekanntlich einen nicht ausgehärteten Vorformling der durch entsprechende Anordnung von Faserverbundhalbzeugen gebildet wird. Zur Bildung der schlaufenförmigen Preform wird das erste Faserverbundhalbzeug 2 typischerweise um einen in 2 nicht dargestellten, in y-Richtung verlaufenden Drehstab gelegt, so dass sich um den Drehstab herum der gekrümmte Bereich 3, der nachfolgend auch als Schlaufenbereich bezeichnet wird, bildet. An den Schlaufenbereich 3 schließt sich der zweite Bereich 4 an, in dem bei der taillierten Faserverbundschlaufe 1 gemäß 2 das sich in xy-Richtung erstreckende erste Ende 2a des ersten Faserverbundhalbzeuges 2 auf dessem sich ebenfalls in xy-Richtung erstreckenden zweiten Ende 2b aufliegt. Die Faserausrichtung des ersten Faserverbundhalbzeuges 2 in xy-Richtung kann dabei unidirektional oder multidirektional sein.
Zur Erhöhung der interlaminaren Schälfestigkeit werden vor dem Aushärten der Preform Verstärkungsfäden 5 in den zweiten Bereich 4, zumindest in unmittelbarer Nähe des Schlaufenbereiches 3 eingebracht. Dies kann durch Nähen oder Z-Pinning erfolgen. Nachstehend wird primär auf das Einbringen mittels Nähen eingegangen, was die Erfindung jedoch nicht einschränken soll.
Die in 2 im zweiten Bereich 4 aufeinander liegenden Enden 2a, 2b des ersten Faserverbundhalbzeuges 2 werden durch Nähen im wesentlichen entlang der Richtung des Falzes (y-Richtung) miteinander verbunden, so dass die gebildete Naht im wesentlichen entlang der Richtung des Falzes (y-Richtung) verläuft. Dies kann je nach Anwendungsfall und Platzbedarf mittels Einseitennähtechnik (Tuffen) oder Zweiseitennähtechnik erfolgen. Die verwendeten Nähgarne bestehen typischerweise aus Kohle-, Glas- oder Aramidfasern.
Durch das Vernähen der im zweiten Bereich 4 aufeinander liegenden Enden 2a, 2b des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges 2 werden die Verstärkungsfäden 5 derart in den zweiten Bereich 4 eingebracht, dass sie im wesentlichen quer zu den aufeinander liegenden, sich in xy-Richtung erstreckenden Enden 2a, 2b des ersten Faserverbundhalbzeuges 2 verlaufen. Die in 2 schematisch dargestellten Verstärkungsfäden 5 verlaufen senkrecht zu den im zweiten Bereich 4 aufeinander liegenden Enden 2a, 2b des ersten Faserverbundhalbzeuges 2, d.h. sie verlaufen im wesentlichen in z-Richtung.
Zusätzlich oder alternativ können weitere Verstärkungsfäden 5 in den zweiten Bereich 4 eingebracht werden, die beispielsweise mit der Normalen zu den im zweiten Bereich 4 im wesentlichen parallel verlaufenden Enden 2a, 2b des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges 2 (d.h. mit der z-Richtung) einen Winkel zwischen –80° und +80° einschließen. In 2 sind exemplarisch in gestrichelter Darstellung weitere Verstärkungsfäden 5 eingezeichnet, die einen Winkel von ±45° mit der Normalen (z-Richtung) einschließen.
Je mehr Verstärkungsfäden 5 in die Faserverbundschlaufe 1 eingebracht sind, desto geringer wird die Versagensquote unter Querlast. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, dass die Anzahl und/oder Dichte der in den zweiten Bereich 4 eingebrachten Verstärkungsfäden 5 in unmittelbarer Nähe des ersten Bereiches 3 am größten ist.
3 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform, die nachstehend als taillierte Faserverbundschlaufe 1 mit Außenlagen bezeichnet wird. Die in 3 in Schnittansicht (xz-Ebene) dargestellte Faserverbundschlaufe 1 umfasst analog zur ersten Ausführungsform ein erstes Faserverbundhalbzeug 2, welches durch Falten zu einer schlaufenförmigen Preform geformt ist. Wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform (2) erläutert, entsteht dadurch ein Schlaufenbereich 3, an den sich ein zweiter Bereich 4 anschließt, in dem die beiden Enden 2a, 2b des gefalteten ersten Faserverbundhalbzeuges 2 aufeinander liegen. Wie in 3 gezeigt, umfasst die Preform zusätzlich zweite Faserverbundhalbzeuge 6, die von außen jeweils auf die beiden Enden 2a, 2b des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges 2 angebracht sind. Die zweiten Faserverbundhalbzeuge 6 erstrecken sich dabei über den gesamten zweiten Bereich 4 und bilden einen kontinuierlichen Abschluss mit dem Schlaufenbereich 3, so dass die Faserverbundschlaufe 1 eine konstante Dicke d aufweist. Somit werden im zweiten Bereich 4 der Preform die beiden Enden 2a, 2b des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges 2 sandwichartig von den beiden zweiten Faserverbundhalbzeugen 6 umgeben.
Wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 2 werden vor dem Aushärten der Preform Verstärkungsfäden 5 durch Vernähen der im zweiten Bereich 4 aufeinander liegenden ersten und zweiten Faserverbundhalbzeuge 2, 6 eingebracht. Der Nähkopf wird dabei vorzugsweise entlang der Richtung des Falzes (y-Richtung) bewegt. Die Verstärkungsfäden 5 sind wiederum zumindest in unmittelbarer Nähe des ersten Bereiches 3 angeordnet, um eine Delamination der Faserverbundschlaufe 1 wirksam zu unterbinden. Ansonsten gilt für die Anordnung, Ausrichtung und Materialauswahl der Verstärkungsfäden 5 dasselbe wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform (2) beschriebene.
In 4 ist eine dritte Ausführungsform schematisch dargestellt. Diese dritte Ausführungsform ist eine Kombination der zuvor beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform und zeigt eine taillierte Faserverbundschlaufe 1 mit Außenlagen. In 4 ist die Faserverbundschlaufe 1 wieder in Schnittansicht (xz-Ebene) dargestellt und umfasst wie bei der zweiten Ausführungsform das gefaltete, erste Faserverbundhalbzeug 2 mit seinen beiden im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Enden 2a, 2b sowie den jeweils von außen auf diese Enden 2a, 2b angebrachten zweiten Faserverbundhalbzeugen 6. Die Preform der dritten Ausführungsform weist zudem ein weiteres Faserverbundhalbzeug auf, das nachfolgend als drittes Faserverbundhalbzeug 7 bezeichnet wird. Das dritte Faserverbundhalbzeug 7 ist dabei durch Faltung um den gekrümmten Bereich 4 gelegt, analog zu dem ersten Schritt zur Bildung der Preform für eine taillierte Faserverbundschlaufe 1 gemäß der ersten Ausführungsform (2). Dies hat zur Folge, dass im zweiten Bereich 4 der Preform das gefaltete erste Faserverbundhalbzeug 2 und die zweiten Faserverbundhalbzeuge 6 sandwichartig von dem gefalteten, dritten Faserverbundhalbzeug 7 umgeben werden.
Vor dem Aushärten der Preform werden wiederum in den zweiten Bereich 4 Verstärkungsfäden 5 eingebracht, die nicht nur das erste Faserverbundhalbzeug 2 sowie die hierzu symmetrisch angeordneten zweiten Faserverbundhalbzeuge 6, sondern auch das dritte Faserverbundhalbzeug 7 durchdringen, um die Festigkeitseigenschaften unter Querlast zu verbessern. Bezüglich der Anordnung, Ausrichtung und Materialwahl der Verstärkungsfäden 5 gilt das Gleiche wie bei den zuvor erläuterten Ausführungsformen (2 und 3).
5 zeigt eine vierte Ausführungsform, die in schematischer Darstellung eine parallele Faserverbundschlaufe 1 mit Mittellage darstellt. 5 zeigt eine Schnittansicht (zx-Ebene) der Faserverbundschlaufe 1, deren Preform ein gefaltetes, erstes Faserverbundhalbzeug 2 umfasst. Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsformen eins bis drei wird beim Falten bzw. Umlegen des ersten Faserverbundhalbzeuges 2 um einen Drehstab (nicht dargestellt), zwischen den Enden 2a, 2b des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges 2 ein Faserverbundhalbzeug angeordnet, das nachstehend als viertes Faserverbundhalbzeug 8 bezeichnet wird. Dadurch entsteht eine Preform, bei der im zweiten Bereich 4 das vierte Faserverbundhalbzeug 8 sandwichartig von den beiden Enden 2a, 2b des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges 2 umgeben wird.
Vor dem Aushärten dieser Preform werden analog zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen Verstärkungsfäden 5 eingebracht.
Zur weiteren Verbesserung der oben beschriebenen Ausführungsformen, insbesondere im Hinblick auf die Restbruchfestigkeit, kann zusätzlich im Inneren des Schlaufenbereiches 3, ein sich im wesentlichen entlang der Richtung des Falzes (y-Richtung) erstreckendes schlauchförmiges bzw. rohrförmiges Faserverbundhalbzeug angeordnet sein.
6 zeigt in schematischer Schnittansicht ein derartiges schlauchförmiges Faserverbundhalbzeug exemplarisch für eine parallele Faserverbundschlaufe 1 mit Mittellagen gemäß der vierten Ausführungsform (5). Das schlauchförmige Faserverbundhalbzeug ist in 6 mit Bezugsziffer 9 bezeichnet und wird bei der Bildung der Preform beispielsweise um einen Drehstab angeordnet, um den dann das erste Faserverbundhalbzeug 2 gelegt wird. Das schlauchförmige Faserverbundhalbzeug 9 besteht typischerweise aus einem textilen Fasergewebe, textilem Fasergelege oder Prepreg-Material, wobei vorzugsweise für das schlauchförmige Faserverbundhalbzeug 9 dasselbe Material verwendet wird, wie für die anderen, die Preform bildenden Faserverbundhalbzeuge 2, 8. Daneben kann auch ein textiles Fasergeflecht als schlauchförmiges Faserverbundhalbzeug 9 verwendet werden, welches vor dem Falten des ersten Faserverbundhalbzeuges 2 über einen Drehstab gestülpt wird. Das schlauchförmige Faserverbundhalbzeug 9 wirkt vorteilhafterweise als Rissstopper, so dass die Restbruchfestigkeit der Faserverbundschlaufe 1 entsprechend erhöht wird.
Eine derartige Wirkung als Rissstopper kann bei den ersten drei Ausführungsformen gemäß 2–4 ebenso durch ein keilförmiges Element (nachfolgend auch als Zwickel bezeichnet) bewirkt werden, welches zwischen den Enden des gefalteten ersten Faserverbundhalbzeuges 2 im Übergangsbereich zwischen erstem Bereich 3 und zweitem Bereich 4 angeordnet wird.
7 zeigt ein derartiges keilförmiges Element 10 exemplarisch für eine taillierte Faserverbundschlaufe gemäß der ersten Ausführungsform (2). Durch den Zwickel 10 wird ein gleichmäßiger Übergang vom ersten 3 zum zweiten Bereich 4 bewirkt, wobei sich die beiden Enden 2a, 2b des gefalteten ersten Faserverbundhalbzeugs 2 beidseitig an den Zwickel 10 anschmiegen. Um eine entsprechende Stärkung der Faserverbundschlaufe 1 hinsichtlich des Erstversagens und der Rissstoppwirkung hervorzurufen, ist es wichtig, dass die wiederum vor dem Aushärten eingebrachten Verstärkungsfäden 5 auch das keilförmige Element 10, zumindest an einigen Stellen, durchdringen. In 7 durchdringen zwei Verstärkungsfäden 5 sowohl das erste Faserverbundhalbzeug 2 als auch das keilförmige Element 10.
Vorzugsweise ist das keilförmige Element 10 ein weiteres Faserverbundhalbzeug, welches Glas-, Kohle- oder Aramidfasern aufweist, die mit der Richtung des Falzes (y-Richtung) einen Winkel zwischen –45° und +45° einschließen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Glas-, Kohle- oder Aramidfasern des keilförmigen Elementes 10 im wesentlichen entlang der Richtung des Falzes (y-Richtung) verlaufen.
Selbstverständlich können die Ausführungsformen eins bis drei (2–4) auch dahingehend modifiziert werden, dass sowohl ein schlauchförmiges Faserverbundhalbzeug 9 als auch ein keilförmiges Element 10 vorgesehen sind.
8 zeigt dies exemplarisch für eine taillierte Faserverbundschlaufe 1 mit Außenlagen gemäß der zweiten Ausführungsform (3). Bei der Bildung der Preform werden sowohl das schlauchförmige Faserverbundhalbzeug 9 innerhalb des Schlaufenbereiches 3 als auch das keilförmige Element 10 zwischen den beiden Enden 2a, 2b des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges 2 angeordnet. Die beiden Enden 2a, 2b des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges 2 schmiegen sich dabei im Übergangsbereich vom Schlaufenbereich 3 zum zweiten Bereich 4 an das keilförmige Element 10 an. Wie zuvor beschrieben, werden vor dem Aushärten der so gebildeten Preform wiederum Verstärkungsfäden 5 in den zweiten Bereich 4 eingebracht. In 8 durchdringen zwei der fünf eingezeichneten Verstärkungsfäden 5 das keilförmige Element 10 sowie die ersten und zweiten Faserverbundhalbzeuge 2, 6. Für das Material, die Anordnung und die Ausrichtung der Verstärkungsfäden 5 gilt wiederum das zuvor Erläuterte.
Als Materialien für die ersten, zweiten, dritten und vierten Faserverbundhalbzeuge 2, 6, 7, 8 werden typischerweise textile Fasergelege, textile Fasergewebe oder Prepreg-Materialien verwendet. Aus Gründen der besseren Verarbeitung werden bevorzugt jeweils identische Materialien für die jeweiligen Faserverbundhalbzeuge verwendet. D.h., für die zweite Ausführungsform werden für das erste und zweite Faserverbundmaterial 2, 6 identische Materialien verwendet, für die dritte Ausführungsform bestehen das erste, zweite und dritte Faserverbundmaterial 2, 6, 7 aus identischen Materialien, und bei der vierten Ausführungsform bestehen das erste und vierte Faserverbundhalbzeug 2, 8 aus identischen Materialien. Die Faserorientierung der Faserverbundhalbzeuge 2, 6, 7, 8 in xy-Richtung kann dabei entsprechend der gewünschten Anordnung ausgewählt sein (z.B. unidirektional oder multidirektional).
Bei einer Prepreg-Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Faserverbundschlaufe 1 werden die Faserverbundhalbzeuge entsprechend verlegt, wobei sich durch die Vorimprägnierung des Prepreg-Materials automatisch eine gewisse Vorfixierung ergibt. Das abschließende Aushärten erfolgt mittels üblicher Verfahren, typischerweise im Autoklaven.
Bei einer textilen Ausführung der Faserverbundschlaufe 1 werden die jeweiligen Faserverbundhalbzeuge nach dem Ablegen mit Hilfe von Fixierfäden vorfixiert. Als Fixierfäden werden beispielsweise Kohle-, Glas-, Aramid- oder Thermoplastfäden (z. B. Grilon) verwendet. Die Aushärtung der Preform erfolgt mittels bekannter Harzinjektionsverfahren.
Wie beschreibungseinleitend erwähnt, können die Verstärkungsfäden 5 nicht nur mittels Nähen sondern auch durch das in der Fachsprache als Pinning bezeichnete Verfahren vor dem Aushärten der Preform in diese appliziert werden. Hierzu werden ausgehärtete, nadelförmige Verstärkungsfäden 5, d.h. sogenannte Pins bzw. Faserabschnitte mittels Ultraschalltechnik in die Preform eingebracht. Für die Anordnung und Ausrichtung der nadelförmigen Verstärkungsfasern 5 gilt für alle Ausführungsformen das Gleiche wie für die oben beschriebenen, mittels Nähen eingebrachten Verstärkungsfäden 5 und wird hier auch als „Z-Pinning" bezeichnet. Das Einbringen von Verstärkungsfäden 5 mittels Z-Pinning bietet sich insbesondere bei Prepreg-Ausführungen an.
Selbstverständlich kann eine Faserverbundschlaufe 1 gemäß der voranstehenden Beschreibung auch mit zwei Schlaufenbereichen ausgebildet werden, die beidseitig, d.h. in den Abbildungen nicht nur am rechten Ende, sondern auch am linken Ende vorgesehen sind.

1: Faserverbundschlaufe
2: erstes Faserverbundhalbzeug
2a, 2b: Enden des ersten Faserverbundhalbzeuges
3: erster Bereich (Schlaufenbereich)
4: zweiter Bereich
5: Verstärkungsfäden
6: zweites Faserverbundhalbzeug
7: drittes Faserverbundhalbzeug
8: viertes Faserverbundhalbzeug
9: schlauchförmiges Faserverbundhalbzeug
10: keilförmiges Element

Claims

Dreidimensional verstärktes Faserverbundbauteil (1) mit zumindest einem Schlaufenbereich (3), umfassend ein flächiges, erstes Faserverbundhalbzeug (2), welches durch Falten zu einer schlaufenförmigen Preform mit einem ersten, gekrümmten Bereich (3) und einem sich daran anschließenden zweiten Bereich (4), in dem die Enden (2a, 2b) des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges (2) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, geformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aushärten der Preform in den zweiten Bereich (4), zumindest in unmittelbarer Nähe des ersten Bereiches (3), Verstärkungsfäden (5) eingebracht sind, welche entlang der Richtung des Falzes angeordnet sind und senkrecht zu den im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Enden (2a, 2b) des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges (2) und/oder bezüglich der Senkrechten geneigt verlaufen.
Faserverbundbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfäden (5) mittels Nähen, insbesondere Tuften, oder Z-Pinning einbringbar sind.
Faserverbundbauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfäden (5) aus Kohle-, Glas- oder Aramidfasern bestehen.
Faserverbundbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfäden (5) bezüglich der Senkrechten zu den im zweiten Bereich (4) im Wesentlichen parallel verlaufenden Enden (2a, 2b) des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges (2) in Winkeln zwischen –80° und +80° angeordnet sind.
Faserverbundbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl und/oder Dichte der in den zweiten Bereich (4) eingebrachten Verstärkungsfäden (5) in unmittelbarer Nähe des ersten Bereiches (3) am größten ist.
Faserverbundbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Preform flächige, zweite Faserverbundhalbzeuge (6) umfasst, die jeweils von außen auf den Enden (2a, 2b) des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges (2) angeordnet sind, so dass im zweiten Bereich (4) das gefaltete, erste Faserverbundhalbzeug (2) sandwichartig von den zweiten Faserverbundhalbzeugen (6) umgeben ist.
Faserverbundbauteil (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Preform ein flächiges, drittes Faserverbundhalbzeug (7) umfasst, welches durch Falten derart um den ersten, gekrümmten Bereich (3) gelegt ist, dass im zweiten Bereich (4) das gefaltete, erste Faserverbundhalbzeug (2) und die zweiten Faserverbundhalbzeuge (6) sandwichartig von dem gefalteten, dritten Faserverbundhalbzeug (7) umgeben sind.
Faserverbundbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Preform ferner ein keilförmiges Element (10) aufweist, welches im Übergangsbereich von erstem (3) und zweitem Bereich (4) zwischen dem gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeug (2) angeordnet ist.
Faserverbundbauteil (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das keilförmige Element (10) sich im Wesentlichen entlang der Richtung des Falzes erstreckt.
Faserverbundbauteil (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das keilförmige Element (10) ein weiteres Faserverbundhalbzeug ist, welches Glas-, Kohle- oder Aramidfasern aufweist, die mit der Richtung des Falzes Winkel zwischen –45° und +45° einschließen.
Faserverbundbauteil (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Glas-, Kohle- oder Aramidfasern des keilförmigen Elementes (10) im Wesentlichen in Richtung des Falzes verlaufen.
Faserverbundbauteil (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der eingebrachten Verstärkungsfäden (5) das keilförmige Element (10) durchdringt.
Faserverbundbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Preform ein flächiges, viertes Faserverbundhalbzeug (8) umfasst, welches zwischen den im zweiten Bereich (4) im Wesentlichen parallel verlaufenden Enden (2a, 2b) des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges (2) angeordnet ist.
Faserverbundbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Preform ferner ein innerhalb des ersten, gekrümmten Bereiches (3) angeordnetes, sich im Wesentlichen in Richtung des Falzes erstreckendes, schlauchförmiges Faserverbundhalbzeug (9) umfasst.
Faserverbundbauteil (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das schlauchförmige Faserverbundhalbzeug (9) aus textilem Fasergewebe, textilem Fasergelege oder Prepreg-Material besteht, wobei es vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das erste, zweite, dritte bzw. vierte Faserverbundhalbzeug (2, 6, 7, 8) besteht.
Faserverbundbauteil (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das schlauchförmige Faserverbundhalbzeug (9) aus textilem Fasergeflecht besteht.
Faserverbundbauteil (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten, zweiten, dritten und vierten Faserverbundhalbzeuge (2, 6, 7, 8) aus textilem Fasergelege, textilem Fasergewebe oder aus Prepreg-Material bestehen.
Faserverbundbauteil (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Faserverbundhalbzeuge (2, 6), die ersten, zweiten und dritten Faserverbundhalbzeuge (2, 6, 7) bzw. die ersten und vierten Faserverbundhalbzeuge (2, 8) jeweils vom gleichen Materialtyp sind.
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional verstärkten Faserverbundbauteils (1) mit zumindest einem Schlaufenbereich (3), umfassend die Schritte: a) Falten eines flächigen, ersten Faserverbundhalbzeuges (1), wodurch eine schlaufenförmige Preform mit einem ersten, gekrümmten Bereich (3) und einem zweiten Bereich (4), in dem die Enden (2a, 2b) des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges (2) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, gebildet wird; b) Einbringen von Verstärkungsfäden (5) in den zweiten Bereich (4), zumindest in unmittelbarer Nähe des ersten, gekrümmten Bereiches (3), durch Nähen im Wesentlichen entlang der Richtung des Falzes, so dass die Verstärkungsfäden (5) entlang der Richtung des Falzes angeordnet sind und senkrecht zu den im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Enden (2a, 2b) des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges (2) und/oder bezüglich der Senkrechten geneigt verlaufen; c) Aushärten der mit Verstärkungsfäden (5) versehenen Preform.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einnähen der Verstärkungsfäden (5) gemäß Schritt b) ein Garn aus Kohle-, Glas- oder Aramidfasern verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional verstärkten Faserverbundbauteils (1) mit zumindest einem Schlaufenbereich (3), umfassend die Schritte: a) Falten eines flächigen, ersten Faserverbundhalbzeuges (1), wodurch eine schlaufenförmige Preform mit einem ersten, gekrümmten Bereich (3) und einem zweiten Bereich (4), in dem die Enden (2a, 2b) des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges (2) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, gebildet wird; b) Einbringen von Verstärkungsfäden (5) mittels Z-Pinning in den zweiten Bereich (4), zumindest in unmittelbarer Nähe des ersten, gekrümmten Bereiches (3), so dass die Verstärkungsfäden (5) entlang der Richtung des Falzes angeordnet sind und senkrecht zu den im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Enden (2a, 2b) des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges (2) und/oder bezüglich der Senkrechten geneigt verlaufen; c) Aushärten der mit Verstärkungsfäden (5) versehenen Preform.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einbringen der Verstärkungsfäden (5) gemäß Schritt b) ausgehärtete, nadelförmige Verstärkungsfäden, insbesondere aus Kohle-, Glas- oder Aramidfasern, verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die nadelförmigen Verstärkungsfäden (5) mittels Ultraschalltechnik in die Preform eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bilden der Preform gemäß Schritt a) zusätzlich auf den im Wesentlichen parallel verlaufenden Enden (2a, 2b) des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges (2) jeweils von außen flächige, zweite Faserverbundhalbzeuge (6) angeordnet werden, so dass im zweiten Bereich (4) das gefaltete, erste Faserverbundhalbzeug (2) sandwichartig von den zweiten Faserverbundhalbzeugen (6) umgeben wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bilden der Preform gemäß Schritt a) abschließend ein flächiges, drittes Faserverbundhalbzeug (7) derart um den ersten, gekrümmten Bereich (3) gefaltet wird, dass im zweiten Bereich (4) das gefaltete, erste Faserverbundhalbzeug (2) und die zweiten Faserverbundhalbzeuge (6) sandwichartig von dem gefalteten, dritten Faserverbundhalbzeug (7) umgeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) beim Falten des ersten Faserverbundhalbzeuges (2) zusätzlich ein sich im Wesentlichen in Richtung des Falzes erstreckendes keilförmiges Element (10) zwischen dem gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeug (2) angeordnet wird, an welches sich die Enden (2a, 2b) des gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeuges (2) anschmiegen, um einen gleichmäßigen Übergang vom ersten (3) zum zweiten Bereich (4) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einbringen der Verstärkungsfäden (5) gemäß Schritt c) das keilförmige Element (10) zumindest stellenweise von den Verstärkungsfäden (5) durchdrungen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) beim Falten des ersten Faserverbundhalbzeuges (2) ein flächiges, viertes Faserverbundhalbzeug (8) derart zwischen dem gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeug (2) angeordnet wird, dass im zweiten Bereich (4) das vierte Faserverbundhalbzeug (8) sandwichartig von dem gefalteten, ersten Faserverbundhalbzeug (2) umgeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) beim Falten des ersten Faserverbundhalbzeuges (2) zusätzlich ein sich im Wesentlichen entlang des Falzes erstreckendes schlauchförmiges Faserverbundhalbzeug (9) innerhalb des ersten, gekrümmten Bereiches (3) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass für das erste, zweite, dritte bzw. vierte Faserverbundhalbzeug (2, 6, 7, 8) Prepreg-Materialien verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass für das erste, zweite, dritte bzw. vierte Faserverbundhalbzeug (2, 6, 7, 8) textile Fasergelege oder textile Fasergewebe verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorfixierung der Preform mittels Fixierfäden nach Anordnung der jeweiligen Faserverbundhalbzeuge (2, 6; 2, 6, 7; 2, 8) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass als Fixierfäden Kohle-, Glas-, Aramid- oder Thermoplastfäden verwendet werden.