DE102006035578A1 - Producing fiber-reinforced component, e.g. automobile suspension strut cover, by forming impregnated reinforcement from textile structures and embedding in polymerizable material - Google Patents

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Abstract

In the production of a fiber-reinforced component (A) by (a) forming fibrous reinforcing structure(s) in the final shape from textile structures (12) and a dimensionally stabilizing impregnating material and (b) producing (A) by embedding the reinforcing structure in a polymerizable supporting material, the impregnating material is the same as the supporting material. An independent claim is included for a component (A) comprising a fibrous reinforcing structure embedded in polymerized supporting material, where the reinforcing structure contains textile structure(s) (12), the fibers of which are embedded in a matrix of the polymerized supporting material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils.The The invention relates to a method for producing a fiber-reinforced component.

Die Erfindung betrifft ferner ein Bauteil.The The invention further relates to a component.

Die Faserverstärkung eines Bauteils wird zur Verbesserung der Festigkeit und Steifigkeit eingesetzt. Es können Fasern mit niedrigem Gewicht wie beispielsweise Kohlefasern verwendet werden. Kohlenstofffasern weisen sehr gute Werkstoffeigenschaften auf. Durch die Faserverstärkung lässt sich das Bauteil gezielt an eine Anwendung anpassen und optimieren.The fiber reinforcement a component is used to improve strength and rigidity used. It can Low weight fibers such as carbon fibers used become. Carbon fibers have very good material properties on. Through the fiber reinforcement let yourself adapt and optimize the component specifically to an application.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem sich ein faserverstärktes Bauteil auf einfache Weise mit optimierten Eigenschaften herstellen lässt.Of the Invention is based on the object, a method of the initially mentioned type, with which a fiber-reinforced component in a simple way with optimized properties.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine Faserverstärkungsstruktur in ihrer Endgestalt durch mindestens ein Fasergebilde und einen Imprägnierwerkstoff hergestellt wird, wobei die Formstabilität des mindestens einen Fasergebildes durch den Imprägnierwerkstoff bewirkt wird, und das Bauteil mittels eines polymerisierbaren Trägerwerkstoffs hergestellt wird, in welchem die mindestens eine Faserverstärkungsstruktur eingebettet wird, wobei der Imprägnierungswerkstoff und der Trägerwerkstoff der gleiche Werkstoff sind.These Task is inventively characterized solved, that at least one fiber reinforcement structure in its final form by at least one fiber structure and a Imprägnierwerkstoff is produced, wherein the dimensional stability of the at least one fiber structure caused by the impregnating material is, and the component by means of a polymerizable carrier material in which the at least one fiber reinforcement structure is embedded is, wherein the impregnation material and the carrier material the same material.

Erfindungsgemäß wird zunächst eine formstabile Faserverstärkungsstruktur hergestellt, welche ihre endgültige räumlich-geometrische Gestalt aufweist. Die Faserverstärkungsstruktur umfasst einen Matrixwerkstoff, nämlich den Imprägnierungswerkstoff, welcher die Formstabilität bewirkt.According to the invention, a first dimensionally stable fiber reinforcement structure made their final spatial-geometric Has shape. The fiber reinforcement structure comprises a matrix material, namely the impregnation material, which the dimensional stability causes.

Anschließend wird das Bauteil mittels eines polymerisierbaren Trägerwerkstoffs wie beispielsweise eines thermoplastischen Trägerwerkstoffs hergestellt. Der Imprägnierungswerkstoff und der Trägerwerkstoff sind der gleiche Werkstoff. Dadurch lässt sich die Matrix der Faserverstärkungsstruktur mit dem Trägerwerkstoff (als Matrix für die mindestens eine Faserverstärkungsstruktur) verbinden. Dadurch erhält man eine gute Anbindung der Faserverstärkungsstruktur an den Rest des Bauteils.Subsequently, will the component by means of a polymerizable carrier material such as a thermoplastic carrier material produced. The impregnation material and the carrier material are the same material. This allows the matrix of the fiber reinforcement structure with the carrier material (as a matrix for the at least one fiber reinforcement structure) connect. This preserves a good connection of the fiber reinforcement structure to the rest of the component.

Bei dem mindestens einen Fasergebilde kann es sich um einen Faserstrang oder Fasergewebe oder Fasergewirke oder Faservlies handeln. Die Fasern in dem mindestens einen Fasergebilde der Faserverstärkungsstruktur sind dabei so angeordnet, dass das hergestellte Bauteil angepasst an die entsprechende Anwendung eine optimierte Steifigkeit und Festigkeit aufweist.at The at least one fiber structure may be a fiber strand or fiber fabric or fiber knit or nonwoven fabric. The fibers in the at least one fiber structure of the fiber reinforcement structure are arranged so that the manufactured component adapted to the appropriate application an optimized stiffness and strength having.

Beispielsweise umfasst das mindestens eine Fasergebilde Carbonfasern. Carbonfasern weisen bei geringem Gewicht gute Werkstoffeigenschaften auf.For example The at least one fiber structure comprises carbon fibers. carbon fibers have good material properties at low weight.

Insbesondere sind Fasern in dem mindestens einen Fasergebilde unidirektional orientiert. Dadurch kann eine Kraftableitung optimiert werden, um eine hohe Steifigkeit und Festigkeit für das Bauteil zu erhalten.Especially For example, fibers in the at least one fiber structure are unidirectional oriented. As a result, a force dissipation can be optimized to a to obtain high rigidity and strength for the component.

Günstig ist es, wenn die mindestens eine Faserverstärkungsstruktur durch Vorkonsolidierung des Imprägnierungswerkstoffs unterhalb dessen Polymerisationstemperatur hergestellt wird. Es soll eine Teilvernetzung des Imprägnierungswerkstoffs aber noch keine vollständige Vernetzung erfolgen. Beispielsweise wird als Imprägnierungswerkstoff CBT eingesetzt und als ausgehärteter Trägerwerkstoff pCBT. Dadurch erhält man eine formstabile Faserverstärkungsstruktur, welche ihre räumlich-geometrische Endgestalt hat. Das Matrixmaterial (der Imprägnierungswerkstoff) lässt sich gemeinsam mit dem Trägerwerkstoff verflüssigen und Aushärten. Dadurch wiederum lässt sich die Matrix der Faserverstärkungsstruktur mit dem Trägerwerkstoff des Bauteils verbinden und insbesondere einstückig verbinden.Cheap is it if the at least one fiber reinforcement structure by preconsolidation of the impregnation material is prepared below the polymerization temperature. It should a partial cross-linking of the impregnation material but not yet full Networking done. For example, as impregnation material CBT used and as cured Support material pCBT. This preserves a dimensionally stable fiber reinforcement structure, which their spatial-geometric final shape Has. The matrix material (the impregnation material) can be together with the carrier material liquefy and curing. This in turn leaves the matrix of the fiber reinforcement structure with the carrier material connect the component and in particular connect in one piece.

Bei einer Ausführungsform will die mindestens eine Faserverstärkungsstruktur in einer Fasergebilde-Vorstruktur mit aufgeschmolzenem Imprägnierungswerkstoff zur Herstellung der endgültigen Faserverstärkungsstruktur beaufschlagt. Die Beaufschlagung erfolgt dabei vorzugsweise, wenn die räumlich geometrische Endgestalt erreicht ist. Es lässt sich dadurch eine Matrixstruktur an dem oder den Fasergebilden ausbilden, welche für die Formstabilität sorgt. Es wird dabei jedoch darauf geachtet, dass keine Polymerisation stattfindet, um später eine Verbindung mit dem Trägerwerkstoff herstellen zu können.at an embodiment wants the at least one fiber reinforcement structure in a fibrous structure preform with molten impregnation material for producing the final fiber reinforcement structure applied. The admission is preferably carried out when the spatially geometric Endgestalt is reached. It leaves thereby form a matrix structure on the fiber structure (s), which for the dimensional stability provides. However, care is taken that no polymerization takes place later a connection with the carrier material to be able to produce.

Insbesondere wird die mindestens eine Faserverstärkungsstruktur als formstabile handhabbare Einheit hergestellt. Sie kann dann anschließend beispielsweise in einer Form positioniert werden.Especially the at least one fiber reinforcement structure becomes dimensionally stable manageable unit made. It can then be followed, for example be positioned in a mold.

Günstig ist es, wenn das Bauteil mittels einer Form hergestellt wird. Bei dem Trägerwerkstoff handelt es sich insbesondere um einen thermoplastischen Kohlenstoff. Es lässt sich dadurch die endgültige Form des Bauteils herstellen, wobei keine Nachbearbeitung notwendig ist oder die notwendige Nachbearbeitung minimierbar ist.Cheap is it, when the component is produced by means of a mold. In which Support material it is in particular a thermoplastic carbon. It leaves thereby the final one Produce the shape of the component, with no reworking necessary or the necessary post-processing is minimized.

Insbesondere wird die mindestens eine Faserverstärkungsstruktur in die Form eingelegt. Diese lässt sich dann mit Trägerwerkstoff umgeben, um die mindestens eine Faserverstärkungsstruktur in den Trägerwerkstoff einzubetten.Especially the at least one fiber reinforcement structure is transformed into the mold inserted. This leaves then with carrier material surrounded to the at least one fiber reinforcement structure in the carrier material embed.

Bei einer Ausführungsform wird das Bauteil über Spritzgießen des Trägerwerkstoffs hergestellt. Dadurch lässt sich das Bauteil auf einfache Weise herstellen, wobei sich eine Vielzahl an Bauteilen mit minimiertem Zeitaufwand herstellen lässt.at an embodiment the component is over injection molding of the carrier material produced. By doing so leaves to manufacture the component in a simple manner, with a Produce a variety of components with minimal expenditure of time.

Insbesondere wird das Bauteil mittels Erwärmung des Trägerwerkstoffs und Imprägnierungswerkstoffs hergestellt. Die Erwärmung des Imprägnierungswerkstoffs kann dabei durch Kontakt mit heißem Trägerwerkstoff erfolgen. Durch die Erwärmung des Trägerwerkstoffs kann ein Polymerisationsvorgang initiiert werden.Especially the component is heated up of the carrier material and impregnation material produced. The warming of the impregnation material can be done by contact with hot carrier material. By the warming of the Support material a polymerization process can be initiated.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Erwärmung derart durchgeführt wird, dass dünnflüssiger Trägerwerkstoff die mindestens eine Faserverstärkungsstruktur umfließen kann. Dadurch kann die mindestens eine Faserverstärkungsstruktur in den Trägerwerkstoff eingebettet werden. Weiterhin kann heißer dünnflüssiger Trägerwerkstoff das Matrixmaterial der mindestens einen Faserverstärkungsstruktur erhitzen, so dass dieses ebenfalls flüssig wird.All it is particularly advantageous if the heating is carried out in such a way that thin carrier material the at least one fiber reinforcement structure flow around can. As a result, the at least one fiber reinforcement structure in the carrier material be embedded. Furthermore, hot low-viscosity carrier material may be the matrix material the at least one fiber reinforcement structure heat so that it also becomes liquid.

Es ist dann günstig, wenn die Erwärmung derart durchgeführt wird, dass der Imprägnierungswerkstoff sich verflüssigen kann. Dadurch ist es möglich, eine Verbindung zwischen dem Matrixmaterial der mindestens einen Faserverstärkungsstruktur und dem Trägerwerkstoff zu erzielen.It is then cheap, if the heating is like that carried out is that the impregnation material liquefy can. This makes it possible a connection between the matrix material of the at least one Fiber reinforcement structure and the carrier material to achieve.

Weiterhin ist es günstig, wenn die Erwärmung so durchgeführt wird, dass der Trägerwerkstoff und der Imprägnierungswerkstoff polymerisieren können. Dadurch erhält man ein Bauteil mit einem ausgehärteten Matrixmaterial, welches eine insbesondere einstückige Verbindung zwischen dem Matrixmaterial der mindestens einen Faserverstärkungsstruktur und dem Imprägnierungswerkstoff ist.Farther is it cheap when the warming so performed is that the carrier material and the impregnation material can polymerize. This preserves to get a component with a cured one Matrix material, which is a particular one-piece connection between the Matrix material of the at least one fiber reinforcement structure and the impregnation material is.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Imprägnierungswerkstoff CBT (Cyclo-Butylen-Therephthalat) und der Trägerwerkstoff pCBT. Dieser Werkstoff lässt sich ohne Polymerisation vorkonsolidieren, um einen Imprägnierungswerkstoff zur Realisierung einer formstabilen Faserverstärkungsstruktur. Ferner lässt sich dieser Werkstoff durch Spritzgießen verarbeiten. Ein weiterer möglicher Werkstoff ist Gusspolyamid.at an embodiment is the impregnation material CBT (cyclobutylene terephthalate) and the carrier material pCBT. This material leaves preconsolidate without polymerization to form an impregnation material for the realization of a dimensionally stable fiber reinforcement structure. Furthermore, it is possible process this material by injection molding. Another potential Material is cast polyamide.

Insbesondere wird der Trägerwerkstoff auf eine Temperatur im Bereich zwischen ca. 175°C und 195°C erhitzt. Dadurch lässt sich der Trägerwerkstoff verflüssigen, damit die Faserverstärkungsstruktur umflossen werden kann, und er lässt sich polymerisieren.Especially becomes the carrier material heated to a temperature in the range between about 175 ° C and 195 ° C. This can be done liquefy the carrier material, so that the fiber reinforcement structure surrounded can be, and he lets polymerize.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil bereitzustellen, welches faserverstärkt ist und bei welchem die Faseranbindung für den Rest des Bauteils optimiert ist.Of the Another object of the invention is to provide a component which which fiber reinforced and in which the fiber connection for the rest of the component is optimized is.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Bauteil einen polymerisierten Trägerwerkstoff umfasst, in welchen mindestens eine Faserverstärkungsstruktur eingebettet ist, wobei die Faserverstärkungsstruktur mindestens ein Fasergebilde aufweist und Fasern des mindestens einen Fasergebildes in einer Matrix aus polymerisiertem Trägerwerkstoff eingebettet sind.These Task is inventively characterized solved, that the component comprises a polymerized carrier material, in which at least one fiber reinforcement structure embedded, wherein the fiber reinforcement structure at least one Having fiber structure and fibers of the at least one fiber structure embedded in a matrix of polymerized carrier material.

Das erfindungsgemäße Bauteil weist eine Matrix aus einem Kunststoff und insbesondere thermoplastischen Kunststoff auf, welche auch eine Fasermatrix ist.The Component according to the invention has a matrix of a plastic and in particular thermoplastic Plastic, which is also a fiber matrix.

Dadurch erhält man eine optimierte Anbindung der Fasern an den Rest des Bauteils, wobei der Rest des Bauteils den polymerisierten Trägerwerkstoff umfasst.Thereby receives an optimized connection of the fibers to the rest of the component, the remainder of the component being the polymerized carrier material includes.

Bei dem Imprägnierungswerkstoff handelt es sich beispielsweise um CBT und bei dem Trägerwerkstoff handelt es sich beispielsweise um CBT oder pCBT.at the impregnation material For example, it is CBT and the carrier material For example, it is CBT or pCBT.

Günstig ist es, wenn die Fasern Carbonfasern sind. Diese weisen bei geringem Gewicht vorteilhafte Werkstoffeigenschaften auf.Cheap is it if the fibers are carbon fibers. These indicate low Weight advantageous material properties.

Es ist ferner günstig, wenn die Fasern unidirektional sind. Dadurch lassen sich auf das Bauteil wirkende Kräfte optimiert ableiten. Die Fasern sind dabei insbesondere straff in dem Bauteil angeordnet.It is also cheap when the fibers are unidirectional. This can be done on the Component acting forces derive optimized. The fibers are in particular tight in arranged the component.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Bauteils. Es zeigen:The The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawing of the closer explanation the method according to the invention and the component according to the invention. Show it:

1(a), (b), (c) schematisch verschiedene Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen faserverstärkten Bauteils; und 1 (a) , (b), (c) schematically different process steps for producing a fiber-reinforced component according to the invention; and

2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteils. 2 a schematic representation of an embodiment of a component produced according to the inventive method.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich ein Bauteil herstellen, welches faserverstärkt ist.through the process of the invention can be make a component which is fiber reinforced.

Es wird dabei zunächst (mindestens) eine Faserverstärkungsstruktur 10 hergestellt (1(b)), welche ein oder mehrere Fasergebilde umfasst und ihre endgültige Gestalt aufweist. Die Endgestalt der Faserverstärkungsstruktur 10 ist insbesondere in ihrer räumlich-geometrischen Struktur festgelegt.At first, it becomes (at least) a fiber reinforcement structure 10 produced ( 1 (b) ), which comprises one or more fiber structures and has its final shape. The final shape of the fiber reinforcement structure 10 is determined in particular in its spatial-geometric structure.

Es wird dabei zunächst mittels eines oder mehreren Fasergebilden 12 eine Fasergebilde-Vorstruktur 14 (1(a)) hergestellt.It is initially by means of one or more fiber structures 12 a fibrous structure preform 14 ( 1 (a) ) produced.

Bei einem Fasergebilde 12 handelt es sich beispielsweise um einen Faserstrang (Faserbündel oder Roving), welcher ein Bündel von insbesondere endlosen, gestreckten Fasern (Filamenten) ist. Es kann sich beispielsweise auch um ein Fasergewebe, Fasergewirke oder Faservlies handeln.For a fiber structure 12 is, for example, a fiber strand (fiber bundle or roving), which is a bundle of particular endless, elongated fibers (filaments). It can also be, for example, a fiber fabric, fiber knitted fabric or nonwoven fabric.

Die Fasergebilde-Vorstruktur 14 wird entsprechend dem Kräfteverlauf an dem hergestellten Bauteil ausgebildet, um eine optimierte Verstärkung bezüglich den an dem fertigen Bauteil erwarteten Kräften zu erhalten.The fiber structure pre-structure 14 is formed according to the forces on the manufactured component in order to obtain an optimized reinforcement with respect to the forces expected on the finished component.

Ein Fasergebilde 12 umfasst insbesondere unidirektionale Fasern wie beispielsweise Kohlenstofffasern.A fiber structure 12 includes in particular unidirectional fibers such as carbon fibers.

Die Fasergebilde-Vorstruktur 14 wird beispielsweise mittels einer Vorrichtung hergestellt, welche eine Fasergebilde-Ablegungseinrichtung umfasst. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist in der deutschen Patentanmeldung mit dem Titel "Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Faserstruktur" des gleichen Anmelders mit gleichem Anmeldetag beschrieben.The fiber structure pre-structure 14 is made, for example, by means of a device comprising a fiber formation device. An example of such a device is described in the German patent application entitled "Apparatus and Method for Producing a Fiber Structure" by the same applicant with the same filing date.

Beispielsweise wird das Fasergebilde 12 oder werden die Fasergebilde 12 gespannt abgelegt.For example, the fiber structure becomes 12 or become the fiber structures 12 tense filed.

Die Faserverstärkungsstruktur 10 wird aus der Fasergebilde-Vorstruktur 14 dadurch erzeugt, dass die Fasergebilde-Vorstruktur 14 mittels eines Matrixmaterials konsolidiert wird, um sie in ihrer Endgestalt zu halten. Die Konsolidierung erfolgt durch einen Imprägnierungswerkstoff als Matrixmaterial, beispielsweise wird ein thermoplastisches Matrixmaterial verwendet. In 1(b) ist die Beaufschlagung der Fasergebilde-Vorstruktur 14 mit Imprägnierungswerkstoff durch Besprühen mittels einer oder mehreren Düsen 18 mit dem Imprägnierungswerkstoff schematisch gezeigt.The fiber reinforcement structure 10 gets out of the fiber structure pre-structure 14 produced by the fiber structure pre-structure 14 is consolidated by means of a matrix material to keep it in its final shape. The consolidation takes place by means of an impregnating material as matrix material, for example a thermoplastic matrix material is used. In 1 (b) is the imposition of the fiber structure preform 14 with impregnating material by spraying with one or more nozzles 18 schematically shown with the impregnation material.

Die Verfahrensdurchführung erfolgt dabei derart, dass der Imprägnierungswerkstoff nicht polymerisiert, d. h. unterhalb der Polymerisationstemperatur des Imprägnierungswerkstoffs.The Process implementation takes place in such a way that the impregnation material does not polymerize, d. H. below the polymerization temperature of the impregnation material.

Es ist dabei grundsätzlich auch möglich, dass die Fasergebilde-Vorstruktur 14 bereits mit dem Imprägnierungswerkstoff vorbehandelt ist und durch Erhitzen (unterhalb der Polymerisationstemperatur) eine Konsolidierung durchgeführt wird.It is also possible in principle that the fiber structure preliminary structure 14 already pretreated with the impregnating material and a consolidation is carried out by heating (below the polymerization temperature).

Das Ergebnis dieses Verfahrensschritts ist – nach Konsolidierung des Imprägnierungswerkstoffes – die formstabile Faserverstärkungsstruktur 10, welche ihre räumlich-geometrische Endgestalt aufweist und als Ganzes handhabbar ist. Der Imprägnierungswerkstoff fixiert das oder die Fasergebilde 12 in der Faserverstärkungsstruktur 10 und sorgt für die Formstabilität der Faserverstärkungsstruktur 10.The result of this process step is - after consolidation of the impregnation material - the dimensionally stable fiber reinforcement structure 10 , which has its spatial-geometric final shape and is manageable as a whole. The impregnation material fixes the fiber or structures 12 in the fiber reinforcement structure 10 and provides the dimensional stability of the fiber reinforcement structure 10 ,

Das Bauteil wird anschließend durch Einbetten der mindestens einen Faserverstärkungsstruktur 10 in einen Trägerwerkstoff 20 hergestellt. Bei dem Trägerwerkstoff 20 handelt es sich um ein polymerisierbares Material und insbesondere um ein thermoplastisches Material.The component is then formed by embedding the at least one fiber reinforcement structure 10 in a carrier material 20 produced. In the carrier material 20 it is a polymerizable material and in particular a thermoplastic material.

Es wird (mindestens) eine Faserverstärkungsstruktur 10 in eine Form 22 eingelegt, bei der es sich insbesondere um eine Spritzgussform handelt. Der Trägerwerkstoff 20 wird so erhitzt und so in die Form 22 eingebracht, dass er die Faserverstärkungsstruktur 10 umfließen kann, um diese einzubetten. Es erfolgt dabei eine Erhitzung über die Polymerisationstemperatur, so dass der Trägerwerkstoff 20 polymerisieren kann.It becomes (at least) a fiber reinforcement structure 10 in a mold 22 inserted, which is in particular an injection mold. The carrier material 20 gets so heated and so into the mold 22 introduced that he the fiber reinforcement structure 10 can flow around to embed this. In this case, it is heated over the polymerization temperature, so that the carrier material 20 can polymerize.

Die Verfahrensführung ist dabei derart, dass das Matrixmaterial der Faserverstärkungsstruktur 10 ebenfalls aufschmilzt und sich verflüssigt. Weiterhin kann dann dieses Matrixmaterial polymerisieren.The process control is such that the matrix material of the fiber reinforcement structure 10 also melts and liquefies. Furthermore, then this matrix material can polymerize.

Das Matrixmaterial (d. h. der Imprägnierungswerkstoff) der Faserverstärkungsstruktur 10 und der Trägerwerkstoff 20 sind das gleiche Material. Bei der Herstellung des Bauteils in der Form 22, bei welcher der Imprägnierungswerkstoff und der Trägerwerkstoff 20 durch Polymerisation aushärten, wird dadurch eine "einstückige" Verbindung zwischen dem Matrixmaterial der Faserverstärkungsstruktur 10 und dem Trägerwerkstoff 20 erreicht. Dadurch erhält man eine gute Anbindung von Fasern des oder der Fasergebilde 12, da der Imprägnierungswerkstoff und der Trägerwerkstoff 20 der gleiche Werkstoff sind.The matrix material (ie, the impregnation material) of the fiber reinforcement structure 10 and the carrier material 20 are the same material. In the manufacture of the component in the mold 22 in which the impregnation material and the carrier material 20 curing by polymerization, thereby becoming a "one-piece" connection between the matrix material of the fiber reinforcement structure 10 and the carrier material 20 reached. This gives a good connection of fibers of the fiber or the structures 12 , as the impregnation material and the carrier material 20 the same material.

Beispielsweise wird als Trägerwerkstoff 20 CBT oder pCBT und Imprägnierungswerkstoff CBT (Cyclo-Butylen-Therephthalat) eingesetzt. Die Erhitzung zur Einbettung der Faserverstärkungsstruktur 10 in der Form 22 wird dabei vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen ca. 175°C und 195°C und insbesondere zwischen 180°C und 190°C durchgeführt. Beispielsweise wird heißer Trägerwerkstoff 20 mit einer Temperatur in dem genannten Temperaturbereich in die Form 22 eingeführt. Der dünnflüssige Trägerwerkstoff kann dann die Verstärkungsstruktur 10 umfließen; diese wird dann in den Trägerwerkstoff 20 eingebettet. Gleichzeitig wird das Matrixmaterial (der Imprägnierungswerkstoff) der Faserverstärkungsstruktur 10 verflüssigt und verbindet sich mit dem eingespritzten Trägerwerkstoff 20.For example, as a carrier material 20 CBT or pCBT and impregnation material CBT (cyclo-butylene-terephthalate) used. The heating for embedding the fiber reinforcement structure 10 in the shape 22 is preferably carried out in a temperature range between about 175 ° C and 195 ° C and in particular between 180 ° C and 190 ° C. For example, becomes hot carrier material 20 having a temperature in said temperature range in the mold 22 introduced. The thin carrier material can then the reinforcing structure 10 reflow; this is then in the carrier material 20 embedded. At the same time, the matrix material (the impregnation material) of the fiber reinforcement structure becomes 10 liquefies and combines with the injected carrier material 20 ,

Der Trägerwerkstoff 20 und der Imprägnierungswerkstoff polymerisieren.The carrier material 20 and the impregnation Polymerize polymer.

Das fertige Bauteil mit integrierter Faserverstärkung durch die Faserverstärkungsstruktur 10 kann dann aus der Form 22 entnommen werden.The finished component with integrated fiber reinforcement through the fiber reinforcement structure 10 can then out of shape 22 be removed.

Eventuell werden noch nachträgliche Bearbeitungsschritte an dem Bauteil durchgeführt.Perhaps will be later Processing steps performed on the component.

Das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Bauteil, welches eine Faserverstärkungsstruktur 10 umfasst, wobei die Faserverstärkungsstruktur 10 beispielsweise eine dreidimensionale Gestalt hat. Das Matrixmaterial der Faserverstärkungsstruktur 10 ist mit dem Trägerwerkstoff 20 des Bauteils, in welchem die Faserverstärkungsstruktur 10 eingebettet ist, "einstückig" verbunden.The result of the method according to the invention is a component which has a fiber reinforcement structure 10 wherein the fiber reinforcement structure 10 for example, has a three-dimensional shape. The matrix material of the fiber reinforcement structure 10 is with the carrier material 20 of the component in which the fiber reinforcement structure 10 is embedded, "integrally" connected.

Das Bauteil weist eine einheitliche Matrix auf, welche mittels des Trägerwerkstoffs 20 gebildet ist.The component has a uniform matrix, which by means of the carrier material 20 is formed.

Die Vorimprägnierung der Fasergebilde-Vorstruktur 14 zur Herstellung der Faserverstärkungsstruktur 10 bewirkt durch die Konsolidierung des Imprägnierungswerkstoffs als Matrixwerkstoff die Formstabilität der Faserverstärkungsstruktur 10. Die Auspolymerisation der Matrix der Faserverstärkungsstruktur 10 erfolgt in der Form 22 gemeinsam mit der Auspolymerisation des Trägerwerkstoffs 20.The preimpregnation of the fiber structure pre-structure 14 for producing the fiber reinforcement structure 10 causes the dimensional stability of the fiber reinforcement structure by the consolidation of the impregnation material as a matrix material 10 , The polymerization of the matrix of the fiber reinforcement structure 10 takes place in the form 22 together with the polymerization of the carrier material 20 ,

Ein alternativer Werkstoff für den Trägerwerkstoff 20 und den Imprägnierungswerkstoff ist Gusspolyamid.An alternative material for the carrier material 20 and the impregnation material is cast polyamide.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich beispielsweise ein Federbeindom 24 (2) für ein Fahrzeug herstellen. Der Federbeindom 24 ist aus dem Trägerwerkstoff 20 hergestellt, in welchen (mindestens) eine Faserverstärkungsstruktur 26 eingebettet ist. Die Faserverstärkungsstruktur 26 umfasst eine Matrix aus einem thermoplastischen Material, wobei dieses thermoplastische Material das gleiche Material ist wie der Trägerwerkstoff 20. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Faserverstärkungsstruktur 26 einen oder mehrere Faserstränge 28 an Zugfasern 30, welche straff und insbesondere gespannt angeordnet sind und dabei so in dem Federbeindom 24 positioniert sind, dass sich bei den auftretenden Kräften eine hohe Steifigkeit ergibt.By the method according to the invention can be, for example, a Federbeindom 24 ( 2 ) for a vehicle. The strut dome 24 is from the carrier material 20 made in which (at least) a fiber reinforcement structure 26 is embedded. The fiber reinforcement structure 26 comprises a matrix of a thermoplastic material, this thermoplastic material being the same material as the carrier material 20 , In the embodiment shown, the fiber reinforcement structure comprises 26 one or more fiber strands 28 on tensile fibers 30 , which are arranged taut and in particular taut, while doing so in the spring leg 24 are positioned so that a high rigidity results in the forces occurring.

Die (Zug-)Fasern der Faserstränge 28 sind beispielsweise unidirektionale Carbonfasern.The (tensile) fibers of the fiber strands 28 are for example unidirectional carbon fibers.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Bereiche des Federbeindoms 24, auf den größere Kräfte wirken, mit einem Verstärkungsblech versehen sind, um die Fasern der Faserverstärkungsstruktur 26 vor Querkräften zu schützen. Beispielsweise ist im Auflagenbereich einer Feder an dem Federbeindom 24 ein entsprechendes Verstärkungsblech 92 angeordnet.It may be provided that one or more areas of the spring leg dome 24 , on which larger forces act, are provided with a reinforcing plate to the fibers of the fiber reinforcement structure 26 to protect against lateral forces. For example, in the edition of a spring on the Federbeindom 24 a corresponding reinforcing plate 92 arranged.

Der Federbeindom 24 ist an einem Längsträger 34 fixiert. Er umfasst ferner einen Federteller 36, an welchem sich eine Federbeinfeder, welche in 2 mit dem Bezugszeichen 38 angedeutet ist, innen abstützt. Die Federbeinfeder 38 ist insbesondere als Schraubenfeder ausgebildet.The strut dome 24 is on a side member 34 fixed. It also includes a spring plate 36 , on which there is a strut spring, which in 2 with the reference number 38 is indicated, supported inside. The strut spring 38 is designed in particular as a helical spring.

Die Faserverstärkungsstruktur 26 verbindet den Federteller 36 und den Längsträger 34 kräftemäßig derart, dass Zugkräfte aufnehmbar sind; diese Zugkräfte werden insbesondere durch die Federbeinfeder 38 auf den Federteller ausgeübt. Die Faserverstärkungsstruktur 26 ist dazu in den Federbeindom 24 integriert und zwischen dem Längsträger 34 und dem Federteller 36 angeordnet.The fiber reinforcement structure 26 connects the spring plate 36 and the side member 34 such that tensile forces can be absorbed; These tensile forces are especially due to the strut spring 38 exercised on the spring plate. The fiber reinforcement structure 26 is in the strut dome 24 integrated and between the side member 34 and the spring plate 36 arranged.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Faserverstärkungsstruktur 26 durch den Federteller 36 geführt. Es ist auch möglich, dass sie nur bis in den Federteller 36 geführt ist und nicht durch diesen hindurch.In the embodiment shown, the fiber reinforcement structure is 26 through the spring plate 36 guided. It is also possible that they only go up in the spring plate 36 is guided and not through this.

Die Faserstränge 28 mit den Zugfasern 30 sind in Schlaufen 40, 42 geführt. Beispielsweise liegen Schlaufen 40, 42 in dem Bereich des Federbeindoms 24, an dem dieser an dem Längsträger 34 fixiert ist.The fiber strands 28 with the tensile fibers 30 are in loops 40 . 42 guided. For example, there are loops 40 . 42 in the region of the spring leg dome 24 , on which this on the longitudinal beam 34 is fixed.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Faserstränge 28 Schlaufen in dem Bereich aufweisen, in welchem sie bis zu dem Federteller 36 geführt sind (in 2 nicht gezeigt).It can also be provided that the fiber strands 28 Have loops in the area in which they up to the spring plate 36 are guided (in 2 Not shown).

Claims (24)

Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils, umfassend: – Herstellung mindestens einer Faserverstärkungsstruktur in ihrer Endgestalt durch mindestens ein Fasergebilde und einen Imprägnierungswerkstoff, wobei die Formstabilität des mindestens einen Fasergebildes durch den Imprägnierungswerkstoff bewirkt wird; und – Herstellung des Bauteils mittels eines polymerisierbaren Trägerwerkstoffs, in welchen die mindestens eine Faserverstärkungsstruktur eingebettet wird, wobei der Imprägnierungswerkstoff und der Trägerwerkstoff der gleiche Werkstoff sind.Method for producing a fiber-reinforced component, full: - Production at least one fiber reinforcement structure in its final form by at least one fiber structure and a Impregnation material, the dimensional stability of the at least one fiber structure by the impregnation material is effected; and - Production the component by means of a polymerizable carrier material, in which the at least one fiber reinforcement structure is embedded wherein the impregnation material and the Support material the same material. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Fasergebilde ein Faserstrang oder Fasergewebe oder Fasergewirke oder Faservlies ist.Method according to claim 1, characterized in that that the at least one fiber structure is a fiber strand or fiber fabric or Fasergewirke or non-woven fabric. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Fasergebilde Carbonfasern umfasst.Method according to claim 1 or 2, characterized the at least one fiber structure comprises carbon fibers. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fasern im mindestens einen Fasergebilde unidirektional orientiert sind.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that fibers in the at least one fiber structure unidirectional are oriented. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Faserverstärkungsstruktur durch Vorkonsolidierung des Imprägnierungswerkstoffs unterhalb dessen Polymerisationstemperatur hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the at least one fiber reinforcement structure by pre-consolidation of the impregnation material is prepared below the polymerization temperature. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Fasergebilde mit aufgeschmolzenem Imprägnierungswerkstoff zur Herstellung einer Faserverstärkungsstruktur beaufschlagt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the at least one fiber structure with molten Impregnation material for producing a fiber reinforcement structure is charged. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Faserverstärkungsstruktur als formstabile, handhabbare Einheit hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the at least one fiber reinforcement structure is produced as a dimensionally stable, manageable unit. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mittels einer Form hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component is produced by means of a mold becomes. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Faserverstärkungsstruktur in die Form eingelegt wird.Method according to claim 8, characterized in that that the at least one fiber reinforcement structure in the mold is inserted. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil über Spritzgießen des Trägerwerkstoffs hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the component via injection molding of Support material will be produced. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mittels Erwärmung des Trägerwerkstoffs und Imprägnierungswerkstoffs hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the component by means of heating of the carrier material and impregnation material will be produced. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung derart durchgeführt wird, dass dünnflüssiger Trägerwerkstoff die mindestens eine Faserverstärkungsstruktur umfließen kann.Method according to claim 11, characterized in that that warming done so is that low-viscosity carrier material the at least one fiber reinforcement structure flow around can. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung derart durchgeführt wird, dass der Imprägnierungswerkstoff sich verflüssigen kann.Method according to claim 11 or 12, characterized that warming done so will that the impregnation material itself liquefy can. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung so durchgeführt wird, dass der Trägerwerkstoff und der Imprägnierungswerkstoff polymerisieren können.Method according to one of claims 11 to 13, characterized that warming so performed that will be the carrier material and the impregnation material can polymerize. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Imprägnierungswerkstoff CBT ist.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the impregnation material CBT is. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwerkstoff CBT oder pCBT ist.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the carrier material CBT or pCBT is. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwerkstoff auf eine Temperatur im Bereich zwischen 175°C und 195°C erhitzt wird.Method according to claim 16, characterized in that that the carrier material is heated to a temperature in the range between 175 ° C and 195 ° C. Bauteil umfassend einen polymerisierten Trägerwerkstoff (20), in welchem mindestens eine Faserverstärkungsstruktur (10) eingebettet ist, wobei die mindestens eine Faserverstärkungsstruktur (10) mindestens ein Fasergebilde (12) aufweist und Fasern des mindestens einen Fasergebildes (12) in einer Matrix aus polymerisiertem Trägerwerkstoff eingebettet sind.Component comprising a polymerized carrier material ( 20 ) in which at least one fiber reinforcement structure ( 10 ), wherein the at least one fiber reinforcement structure ( 10 ) at least one fiber structure ( 12 ) and fibers of the at least one fiber structure ( 12 ) are embedded in a matrix of polymerized carrier material. Bauteil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwerkstoff (20) CBT oder pCBT ist.Component according to claim 18, characterized in that the carrier material ( 20 ) Is CBT or pCBT. Bauteil nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Carbonfasern sind.Component according to claim 18 or 19, characterized that the fibers are carbon fibers. Bauteil nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern unidirektional sind.Component according to one of claims 18 to 20, characterized that the fibers are unidirectional. Bauteil nach einem der Ansprüche 18 bis 21, welches ein Federbeindom (24) für ein Fahrzeug ist.Component according to one of claims 18 to 21, which has a spring leg ( 24 ) is for a vehicle. Bauteil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkungsstruktur gespannte Zugfasern (30) aufweist, welche zur kräftemäßigen Verbindung eines Federtellers (36) und eines Längsträgers (34) dienen.Component according to Claim 22, characterized in that the fiber reinforcement structure has tensioned tensile fibers ( 30 ), which for force-related connection of a spring plate ( 36 ) and a longitudinal member ( 34 ) serve. Bauteil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfasern (30) in mindestens einer Schlaufe (40; 42) geführt sind.Component according to claim 23, characterized in that the tensile fibers ( 30 ) in at least one loop ( 40 ; 42 ) are guided.
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