DE102006050823B4 - Composite component and method for its production - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (1), das zumindest die folgenden Schritte umfasst:
– Aufbringen mindestens einer Faserschicht auf eine Trägerstruktur (2), die Faltwaben (4) darstellt,
– Einbringen eines Füllmittels (6), das ein aushärtendes Material ist, in einem thixotropen, gelartigen oder pulverförmigen Zustand in mindestens einen Hohlraum (4) der Trägerstruktur (2),
– Aushärten des Füllmittels und danach Injizieren eines Matrixmaterials in die mindestens eine Faserschicht,
– Aushärten des Matrixmaterials zur Ausbildung einer faserverstärkten Schicht (5), wobei die Trägerstruktur (2) über das Matrixmaterial mit der faserverstärkten Schicht (5) verbunden wird und
– Entfernen des Füllmittels (6) aus dem mindestens einen Hohlraum (4).Process for producing a composite component (1) comprising at least the following steps:
Applying at least one fibrous layer to a carrier structure (2) which represents folding honeycombs (4),
- introducing a filler (6), which is a hardening material, in a thixotropic, gelatinous or pulverulent state into at least one cavity (4) of the support structure (2),
Curing the filler and then injecting a matrix material into the at least one fiber layer,
- curing the matrix material to form a fiber-reinforced layer (5), wherein the support structure (2) via the matrix material with the fiber-reinforced layer (5) is connected and
- Removing the filler (6) from the at least one cavity (4).

Figure DE102006050823B4_0001
Figure DE102006050823B4_0001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundbauteil, insbesondere ein Verbundbauteil mit einem mehrschichtigen Aufbau, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The present invention relates to a composite component, in particular a composite component having a multilayer structure, and a method for its production.

Zur Herstellung von biegesteifen Bauteilen ist ein Faserverbund mit einem eingelegten Kern vorteilhaft. Der Kern kann unterschiedliche Strukturen aufweisen. Wird der Faserverbund durch ein Injektionsverfahren, insbesondere einen RTM-Prozess (Resin Transfer Molding Prozess) hergestellt, so kann als Kern nur ein druckresistenter Schaum beziehungsweise ein druckresistentes Einlegeteil verwendet werden. Bei der Verwendung eines Schaums muss dieser darüber hinaus geschlossenporig sein, um ein Eintreten des Harzes während des Injektionsverfahrens in den Kern zu verhindern. Würde das Harz nämlich in den Kern eintreten, so würde dies zu einer ungewünschten Gewichtszunahme des Bauteils führen. Auch die Verwendung einer Trägerstruktur als Kern, die Öffnungen aufweist, die in Richtung auf die Faserschichten gerichtet sind, ist aus diesem Grund nicht möglich.For the production of rigid components, a fiber composite with an inserted core is advantageous. The core can have different structures. If the fiber composite is produced by an injection method, in particular an RTM process (resin transfer molding process), only a pressure-resistant foam or a pressure-resistant insert can be used as the core. In addition, when using a foam, it must be closed-pored to prevent the resin from entering the core during the injection process. If the resin were to enter the core, this would lead to an unwanted weight increase of the component. Also, the use of a support structure as a core, which has openings which are directed towards the fiber layers, is not possible for this reason.

In der DE 103 58 295 A1 wird zur Lösung dieses Problem ein Leichtbau-Verbundmaterial vorgeschlagen, bei dem zwischen dem Trägermaterial, das beispielsweise eine Wabenstruktur darstellt, und der Deckschicht, die eine Faserverbundschicht darstellt, eine Trennschicht vorgesehen wird. Diese Trennschicht soll gegenüber dem Harz, das zur Bildung des Faserverbundes verwendet wird, undurchlässig sein.In the DE 103 58 295 A1 In order to solve this problem, a lightweight composite material is proposed, in which a separating layer is provided between the carrier material, which represents, for example, a honeycomb structure, and the cover layer, which constitutes a fiber composite layer. This release layer should be impermeable to the resin used to form the fiber composite.

In der DE 101 46 201 A1 wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffteils beschrieben, bei dem ein Kern zwischen Faserwerkstofflagen gelegt wird und das Fasergelege mit Harz infiltriert wird. Als Kern wird insbesondere eine Wabenstruktur oder eine andere Zellstruktur verwendet, die in Richtung der Faserwerkstofflage offene Zellen aufweist. Diese offenen Enden der Zellen werden dann durch einen Deckel verschlossen, der das Eindringen von Harz in die Zellräume verhindert.In the DE 101 46 201 A1 Furthermore, a method for producing a fiber composite part is described, in which a core between fiber material layers is placed and the fiber fabric is infiltrated with resin. The core used is in particular a honeycomb structure or another cell structure which has open cells in the direction of the fiber material layer. These open ends of the cells are then closed by a lid which prevents the penetration of resin into the cell spaces.

Ein Nachteil dieser bekannten Verbundmaterialen besteht darin, dass dessen Herstellungsverfahren aufwändig ist. Zudem kann aufgrund der Trennschicht die Verbindung zwischen dem Trägermaterial und der Faserverbundschicht nicht über das Matrixmaterial des Faserverbundes selber erfolgen, sondern muss beispielsweise durch einen Kleber realisiert werden. Hierdurch ist die Verbindung zwischen dem Trägermaterial und der Faserverbundschicht schwach. Zudem muss die Beschädigung der Trennschicht verhindert werden, so dass das Verfahren mit erhöhter Vorsicht und geeigneten Werkzeugen durchgeführt werden muss, die eine Beschädigung der Trennschicht unmöglich machen. Auch der Druck, unter dem das Matrixmaterial in die Faserschicht eingebracht werden kann muss so gering gewählt werden, dass eine Beschädigung der Trennschicht ausgeschlossen werden kann.A disadvantage of these known composite materials is that their production process is complicated. In addition, due to the separating layer, the connection between the carrier material and the fiber composite layer can not take place via the matrix material of the fiber composite itself, but must be realized, for example, by an adhesive. As a result, the connection between the carrier material and the fiber composite layer is weak. In addition, the damage of the separating layer must be prevented, so that the process must be performed with increased caution and appropriate tools that make it impossible to damage the release layer. Also, the pressure under which the matrix material can be introduced into the fiber layer must be chosen so small that damage to the separating layer can be excluded.

In der WO 2003/103 933 A1 wird ein faserverstärktes Verbundbauteil beschrieben. Dieses Verbundbauteil wird hergestellt, indem mit Fasermaterial ummantelte Dorne zwischen zwei Schichten gelegt werden. Nach einer Harzimprägnierung wird durch das Mantelmaterial eine zelldefinierende Wandstruktur gebildet und die Dorne werden entfernt. Ein Nachteil dieser Art der Herstellung des Verbundbauteils besteht darin, dass der Schritt des Ummantelns der Dorne mit Fasermaterial und Einlegen der Dorne zwischen die Schichten aufwändig ist.In the WO 2003/103 933 A1 a fiber-reinforced composite component is described. This composite component is made by placing fiber-sheathed mandrels between two layers. After a resin impregnation, a cell-defining wall structure is formed by the cladding material and the mandrels are removed. A disadvantage of this type of production of the composite component is that the step of wrapping the mandrels with fiber material and inserting the mandrels between the layers is complicated.

Zudem ist aus der DE 10 2005 016 654 A1 ein Sandwichelement bekannt, das eine Kernstruktur und Deckschichten aufweist. Als Deckschichten werden hierbei sogenannte Prepregs, das heißt vorimprägnierte Schichten, verwendet. Die Anbindung dieser Deckschichten an die Kernstruktur erfolgt mittels Klebens oder Schweißens. Die Anbindung muss daher in einem separaten Verfahrensschritt erfolgen und erfordert zudem zusätzliche Materialien, wie Klebstoff.Moreover, from the DE 10 2005 016 654 A1 a sandwich element is known which has a core structure and cover layers. As cover layers in this case so-called prepregs, that is pre-impregnated layers used. The bonding of these cover layers to the core structure takes place by means of gluing or welding. The connection must therefore be made in a separate process step and also requires additional materials, such as adhesive.

Weiterhin ist aus der EP 0 390 536 A2 ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundstruktur bekannt, bei dem eine erste und eine zweite Schicht mit einem Harz imprägniert werden und nach Einbringen einer gewellten Schicht zwischen diese beiden Schichten das Harz polymerisiert wird. Bei dieser Herstellung ist es erforderlich, dass das Harz in einem flüssigen Zustand vorliegt. Hierdurch kann es zu einem ungewünschten Eindringen des Harzes in die Hohlräume in der Verbundstruktur kommen.Furthermore, from the EP 0 390 536 A2 discloses a method for producing a composite structure in which a first and a second layer are impregnated with a resin and after introducing a corrugated layer between these two layers, the resin is polymerized. In this preparation, it is necessary for the resin to be in a liquid state. This can lead to an undesired penetration of the resin into the cavities in the composite structure.

In der DE 103 42 867 A1 werden ein Verfahren zur Herstellung eines wasserlöslichen Formkerns sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mittels eines verlorenen, wasserlöslichen Formkerns beschrieben. Hierbei wird ein Formkern durch Einfüllen einer Formmasse in ein Formwerkzeug, das die Gestalt des herzustellenden Formkerns definiert, und Aushärten der Formmasse in dem Formwerkzeug, hergestellt. Das Aushärten erfolgt innerhalb einer semipermeablen Membran. Auf den so hergestellten Formkern wird ein Fasermaterial und eines für das Fasermaterial als Matrixwerkstoff dienendes Harz aufgebracht und das Harz wird ausgehärtet. Ein Nachteil dieser Verfahren besteht in der Komplexität des Verfahrensaufbaus, der für diese Verfahren notwendig ist.In the DE 103 42 867 A1 For example, a process for producing a water-soluble mold core and a process for producing a fiber composite component using a lost water-soluble mold core will be described. In this case, a mold core is produced by filling a molding compound into a mold, which defines the shape of the mold core to be produced, and curing the molding compound in the mold. The curing takes place within a semipermeable membrane. On the mold core thus produced, a fiber material and a resin serving as a matrix material for the fiber material are applied, and the resin is cured. A disadvantage of these methods is the complexity of the process setup that is necessary for these methods.

Schließlich ist aus der GB 1 589 715 A eine Strukturpanel bekannt, bei dem eine Verbindung zwischen einer Kernschicht und Deckschichten durch Aufbringen von Druck in einem Zustand erfolgt, in dem sich das Material der aus Glasfaser-Kunststoff bestehenden Deckschichten noch in einem Gelzustand befindet. Auch bei diesen Strukturpanelen kann es zu einem ungewünschten Eindringen des Gels in die Hohlräume der Kernschicht kommen und durch den Druck auf die Schichten kann es zu einer Verformung der Kernschicht kommen.Finally, out of the GB 1 589 715 A a structural panel known in which a connection between a core layer and cover layers by Applying pressure in a state in which the material of the fiberglass plastic cover layers is still in a gel state. Even with these structural panels, undesired penetration of the gel into the cavities of the core layer can occur and the pressure on the layers can lead to deformation of the core layer.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren und ein Verbundbauteil zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen.The object of the present invention is therefore to provide a method and a composite component which do not have the disadvantages of the prior art.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, indem Hohlräume in einem Trägermaterial während der Herstellung des Verbundbauteils aktiv genutzt werden.The invention is based on the finding that this object can be achieved by actively using cavities in a carrier material during the production of the composite component.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung daher ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, das zumindest die folgenden Schritte umfasst:

  • – Aufbringen mindestens einer Faserschicht auf eine Trägerstruktur, die Faltwaben darstellen,
  • – Einbringen eines Füllmittels, das ein aushärtendes Material ist, in einem thixotropen, gelartigen oder pulverförmigen Zustand in mindestens einen Hohlraum der Trägerstruktur,
  • – Aushärten des Füllmittels und danach Injizieren eines Matrixmaterials in die mindestens eine Faserschicht,
  • – Aushärten des Matrixmaterials zur Ausbildung einer faserverstärkten Schicht, wobei die Trägerstruktur über das Matrixmaterial mit der faserverstärkten Schicht verbunden wird und
  • – Entfernen des Füllmittels aus dem mindestens einen Hohlraum.
According to a first aspect, the invention therefore relates to a method for producing a composite component, which comprises at least the following steps:
  • Applying at least one fiber layer to a carrier structure, which are folded honeycomb,
  • Introducing a filler, which is a hardening material, in a thixotropic, gelatinous or pulverulent state into at least one cavity of the support structure,
  • Curing the filler and then injecting a matrix material into the at least one fiber layer,
  • Hardening the matrix material to form a fiber-reinforced layer, wherein the support structure is connected to the fiber-reinforced layer via the matrix material, and
  • - Removing the filler from the at least one cavity.

Die Verfahrensschritte müssen nicht zwingend in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. So kann beispielsweise das Füllmittel in die Trägerstruktur eingebracht werden, bevor die Faserschicht beziehungsweise die Faserschichten auf die Trägerstruktur aufgebracht werden. Das Aufbringen der Faserschicht kann ein reines Auflegen der Faserschicht auf die Trägerstruktur beziehungsweise der Trägerstruktur auf die Faserschicht sein. Es kann aber auch eine Vorfixierung der Faserschicht an der Trägerstruktur erfolgen.The process steps do not necessarily have to be carried out in the specified order. Thus, for example, the filler can be introduced into the carrier structure before the fiber layer or the fiber layers are applied to the carrier structure. The application of the fiber layer may be a pure placement of the fiber layer on the carrier structure or the carrier structure on the fiber layer. However, it is also possible to prefix the fiber layer to the carrier structure.

Durch das Einbringen eines Füllmittels in die Trägerstruktur, das heißt in deren Hohlräume, kann der Trägerstruktur eine Stabilität verliehen werden, durch die diese einem Druck, der gegebenenfalls in den weiteren Verfahrensschritten auf die Trägerstruktur einwirkt, standhalten kann. Weiterhin kann durch das Füllmittel ein unerwünschtes Eindringen des Matrixmaterials in die Hohlräume der Trägerstruktur vermieden werden. Als Hohlräume werden im Sinne der Erfindung Räume in der Trägerstruktur bezeichnet, die zumindest an einer Seite durch die Trägerstruktur begrenzt sind. Somit werden auch offene Räume, wie beispielsweise eine an der Trägerstruktur gebildete Vertiefung als Hohlräume bezeichnet.By introducing a filler into the support structure, that is, in its cavities, the support structure can be given a stability by which it can withstand a pressure which optionally acts on the support structure in the further process steps. Furthermore, undesirable penetration of the matrix material into the cavities of the carrier structure can be avoided by the filler. As cavities in the context of the invention spaces in the support structure are referred to, which are limited at least on one side by the support structure. Thus, open spaces, such as a recess formed on the support structure are referred to as cavities.

Durch die Verwendung von Füllmittel kann die Herstellung der faserverstärkten Schicht auf der Trägerstruktur erfolgen, das heißt das Matrixmaterial in die Faserschicht injiziert werden. Hierdurch vereinfacht sich der Herstellungsprozess des Verbundbauteils und es können in einer geringeren Zeit eine größere Anzahl von Verbundbauteilen hergestellt werden. Dies ist bei der Verwendung eines aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, bei dem bereits mit einem Harz imprägnierte Faserschichten mit einer Trägerstruktur verbunden werden, dem so genannten PREPREG (preimpregnated fibres) Verfahren, nicht möglich.By using filler, the production of the fiber-reinforced layer can take place on the support structure, that is, the matrix material can be injected into the fiber layer. This simplifies the manufacturing process of the composite component and a larger number of composite components can be produced in a shorter time. This is not possible when using a known from the prior art method in which already impregnated with a resin fiber layers are connected to a support structure, the so-called PREPREG (preimpregnated fibers) method.

Vorzugsweise wird das Füllmittel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren über Öffnungen in der Trägerstruktur entfernt, die sich an mindestens einer Seite der Trägerstruktur befinden. Diese Öffnungen sind auch nach dem Aufbringen der faserverstärkten Schichten noch zugänglich, so dass über diese Öffnungen das Füllmittel entfernt und gegebenenfalls erforderliches Lösungsmittel zum Lösen des Füllmittels eingebracht werden kann. Ein solches Entfernen ist bei den in einigen bekannten Verbundbauteilen verwendeten Wabenstrukturen (Honey comb) nicht möglich, da deren Öffnungen nach einem Aufbringen von faserverstärkten Schichten durch diese verschlossen sind.In the method according to the invention, the filler is preferably removed via openings in the carrier structure, which are located on at least one side of the carrier structure. These openings are still accessible even after the application of the fiber-reinforced layers, so that the filler can be removed via these openings and any necessary solvent can be introduced to dissolve the filler. Such removal is not possible with the honeycomb structures used in some known composite components, since their openings are closed after applying fiber-reinforced layers through them.

Um gegenüber Druck und dem Eindringen von Matrixmaterial resistent zu sein, ist das Füllmittel so beschaffen, dass dieses in einem flüssigen, thixotropen, gelartigen oder pulvrigen Zustand in die Hohlräume eingebracht wird und nach dem Einbringen aushärten beziehungsweise sich verfestigen kann. Indem das Füllmittel in seinem Ausgangszustand einen der oben genannten Zustände besitzt, kann sich dieses der Form der Hohlräume besonders gut anpassen und diese insbesondere vollständig ausfüllen. Durch ein anschließendes Aushärten kann dem Füllmittel die erforderliche Resistenz gegen Druck und/oder Eindringen von Matrixmaterial verliehen werden. Das Aushärten kann durch Einwirkung auf das Füllmittel realisiert werden. Insbesondere kann beispielsweise Wärme oder Licht aufgebracht werden. Es ist aber auch möglich, dass das Füllmittel so beschaffen ist, dass dieses ohne weitere Einwirkungen in den normalen Umgebungsbedingungen über die Zeit aushärtet.In order to be resistant to pressure and intrusion of matrix material, the filler is such that it is introduced into the cavities in a liquid, thixotropic, gelatinous or powdery state and can harden or solidify after introduction. By having one of the abovementioned states in its initial state, the filler can adapt particularly well to the shape of the cavities and in particular completely fill them. By subsequent curing, the filler can be given the required resistance to pressure and / or intrusion of matrix material. The curing can be realized by acting on the filler. In particular, for example, heat or light can be applied. But it is also possible that the filler is such that it cures without further effects in the normal environmental conditions over time.

Erfindungsgemäß stellt das Füllmittel ein aushärtendes Material dar und das Füllmittel wird durch Lösungsmittel, insbesondere Wasser, nach der Aushärtung gelöst. Durch die Verwendung eines solchen Füllmaterials kann auf eine Verwendung von Werkzeugen zur Entfernung des Füllmittels verzichtet werden und auch Füllmittel, das an schwer zugänglichen Stellen vorliegt, zuverlässig entfernt werden. Indem das Material aushärtend ist kann zudem eine verlässliche Abdichtung gegen den Eintritt von Matrixmaterial gewährleitstet werden. Alternativ ist aber auch die Verwendung von Sand oder einem pulverförmigen Material als Füllmittel möglich, sofern dieses in den Hohlräumen der Trägerstruktur dicht gepackt vorliegt.According to the invention, the filler is a hardening material and the filler is by solvent, in particular water, after the Curing solved. By using such a filling material can be dispensed with a use of tools for removing the filler and also fillers that are present in hard to reach places are reliably removed. In addition, by hardening the material, a reliable seal against entry of matrix material can be ensured. Alternatively, however, the use of sand or a powdery material as a filler is possible, provided that this is tightly packed in the cavities of the support structure.

Als Lösungsmittel wird vorzugsweise ein flüssiges Mittel verwendet, da hierdurch das Erreichen auch schwer zugänglicher Stellen in der Trägerstruktur ermöglicht wird. Das Lösungsmittel kann je nach verwendetem Füllmittel Wasser oder eine chemische Lösung sein.As a solvent, a liquid agent is preferably used, as this is the achievement of hard to reach places in the support structure is made possible. The solvent may be water or a chemical solution depending on the filler used.

Das Entfernen des Füllmittels wird vorzugsweise durch Fluten des mindestens einen Hohlraums in der Trägerstruktur durchgeführt. Zum Fluten kann hierbei ein Lösungsmittel für das Füllmittel oder aber auch eine andere Flüssigkeit verwendet werden. Im letzteren Fall muss die Flüssigkeit mit einem ausreichenden Druck in die Hohlräume eingebracht werden. Die Hohlräume der Trägerstruktur, die mit dem Füllmittel ausgefüllt werden besitzen vorzugsweise mindestens zwei Öffnungen, die beide nach dem Aufbringen der faserverstärkten Struktur noch zugänglich sind. Bei dieser Art der Hohlräume kann über eine Öffnung das Lösungsmittel in den Hohlraum eingebracht werden und das gelöste Füllmittel mit dem Lösungsmittel durch die zweite Öffnung austreten.The removal of the filler is preferably carried out by flooding the at least one cavity in the support structure. For flooding in this case, a solvent for the filler or even another liquid can be used. In the latter case, the liquid must be introduced into the cavities with sufficient pressure. The cavities of the support structure that are filled with the filler preferably have at least two openings, both of which are still accessible after the application of the fiber-reinforced structure. In this type of cavities, the solvent can be introduced into the cavity via an opening and the dissolved filler with the solvent exit through the second opening.

Das Matrixmaterial der faserverstärkten Schicht wird vorzugsweise durch ein RTM-Verfahren injiziert. In diesem Fall stellt das Matrixmaterial einen Kunststoff dar. Es ist aber auch möglich andere Matrixmaterialien, wie beispielsweise Metall durch ein Injektionsverfahren in das Fasermaterial eingebracht wird. Als Fasermaterial können beispielsweise Kohle-, Metall-, Glas- oder Kunststofffasern verwendet werden.The matrix material of the fiber reinforced layer is preferably injected by an RTM method. In this case, the matrix material is a plastic. But it is also possible other matrix materials, such as metal is introduced by an injection process in the fiber material. As fiber material, for example, carbon, metal, glass or plastic fibers can be used.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verbundbauteil, insbesondere ein mehrschichtiges Verbundbauteil, das zumindest eine Trägerstruktur und mindestens eine faserverstärkte Schicht umfasst. Das Verbundbauteil zeichnet sich dadurch aus, dass das Verbundbauteil durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurde und die faserverstärkte Schicht über Matrixmaterial der faserverstärkten Schicht mit der Trägerstruktur verbunden ist.According to a further aspect, the present invention relates to a composite component, in particular a multilayer composite component, which comprises at least one carrier structure and at least one fiber-reinforced layer. The composite component is characterized in that the composite component was produced by the method according to the invention and the fiber-reinforced layer is connected to the carrier structure via matrix material of the fiber-reinforced layer.

Vorzugsweise stellt der Hohlraum einen Kanal dar, der an einem Rand des Verbundbauteils eine Eintritt und an einem weiteren Rand einen Austritt aufweist. Der Kanal kann einen über dessen Länge gleich bleibenden Querschnitt aufweisen. Hierdurch werden ein Einbringen und ein späteres Entfernen des Füllmittels erleichtert. Es liegt allerdings auch im Rahmen der Erfindung mindestens einen Hohlraum vorzusehen, dessen Eintritt und Austritt an der gleichen Seite des Verbundbauteils liegen. Hierbei kann der Hohlraum beispielsweise einen meanderförmigen Kanal darstellen.The cavity preferably represents a channel which has an inlet at one edge of the composite component and an outlet at another edge. The channel may have a cross section which remains the same over its length. This facilitates introduction and later removal of the filler. However, it is also within the scope of the invention to provide at least one cavity whose entry and exit are on the same side of the composite component. In this case, the cavity can represent, for example, a meandering channel.

Der mindestens eine Hohlraum beziehungsweise Kanal kann sich von einem Rand des Verbundbauteils zu einem gegenüberliegenden Rand erstrecken. Bei dieser Ausführungsform sind ein Einbringen eines Füllstoffes zur Herstellung des Verbundbauteils und das Entfernen des Füllstoffes einfach zu realisierten. Zudem kann durch die den Kanal begrenzenden Wände eine sich über die Länge oder Breite des Verbundbauteils erstreckende Stütze zwischen gegenüberliegenden faserverstärkten Schichten geschaffen werden und somit die Stabilität des Verbundbauteils verbessert werden.The at least one cavity or channel may extend from one edge of the composite component to an opposite edge. In this embodiment, introduction of a filler for producing the composite member and removal of the filler are easy to realize. In addition, by means of the walls bounding the channel, a support extending over the length or width of the composite component can be created between opposing fiber-reinforced layers and thus the stability of the composite component can be improved.

Das Verbundbauteil weist vorzugsweise mehrere Hohlräume auf und die Hohlräume sind parallel zueinander angeordnet. Durch die parallele Ausrichtung der Hohlräume kann zum einen die Trägerstruktur leichter hergestellt werden, als bei einer Struktur, bei der die Hohlräume unterschiedliche Ausrichtungen besitzen. Zum anderen kann das Befüllen und Entleeren der Kanäle mit Füllmittel leichter erfolgen, da benachbarte Hohlräume gleichzeitig befüllt und entleert werden können.The composite component preferably has a plurality of cavities and the cavities are arranged parallel to one another. By the parallel alignment of the cavities, on the one hand, the support structure can be made easier, as in a structure in which the cavities have different orientations. On the other hand, the filling and emptying of the channels can be done more easily with filler, since adjacent cavities can be filled and emptied simultaneously.

Vorzugsweise ist die Trägerstruktur, die Faltwaben darstellt, einteilig ausgebildet. Diese Art der Trägerstruktur ist einfach herzustellen. Zudem können sich die einzelnen Wände der Trägerstruktur gegeneinander abstützen und somit die Stabilität des Verbundbauteils verbessern. Bei geradlinigen, parallelen Hohlräumen beziehungsweise Kanälen kann durch eine einteilige Ausgestaltung der Trägerstruktur neben einer Biegesteifigkeit des Verbundbauteils um eine zu den Kanälen senkrecht stehende Biegeachse auch eine Biegesteifigkeit um eine in Richtung der Kanäle liegenden Biegeachse gewährleistet werden.Preferably, the support structure, which is folded honeycomb, integrally formed. This type of support structure is easy to manufacture. In addition, the individual walls of the support structure can be supported against each other and thus improve the stability of the composite component. In straight, parallel cavities or channels can be ensured by a one-piece configuration of the support structure in addition to a flexural rigidity of the composite component about a perpendicular bending axis to the channels and a flexural rigidity about lying in the direction of the channels bending axis.

Die Trägerstruktur kann bei dem erfindungsgemäßen Verbundbauteil aus Papier, Pappe oder Metall bestehen. Bei einer Trägerstruktur aus Papier oder Pappe wird diese in der Regel bei dem Herstellungsprozess des Verbundbauteils mit dem Matrixmaterial, das in die Faserschicht eingebracht wird, durchsetzt und der Trägerstruktur dadurch eine Stabilität verliehen. Zudem kann die Stabilität durch eine Erhöhung der Anzahl der zwischen zwei faserverstärkten Schichten verlaufenden Stegen der Trägerstruktur positiv beeinflusst werden. Eine Verwendung eines Materials, wie Papier oder Pappe für die Trägerstruktur ist bei dem erfindungsgemäßen Verbundbauteil möglich, da die Trägerstruktur während des Herstellungsprozesses der faserverstärkten Schichten durch das in die Trägerstruktur eingebrachte Füllmittel unterstützt wird und so einem Druck auf die Trägerstruktur standhalten kann.The support structure may consist of paper, cardboard or metal in the composite component according to the invention. In the case of a carrier structure made of paper or paperboard, this is usually penetrated during the production process of the composite component with the matrix material which is introduced into the fiber layer, and the stability of the carrier structure is thereby increased. In addition, the stability can be positively influenced by increasing the number of webs extending between two fiber-reinforced layers. A use of a material, such as paper or cardboard for the Carrier structure is possible in the composite component according to the invention, since the support structure is supported during the manufacturing process of the fiber-reinforced layers by the introduced into the support structure filler and thus can withstand pressure on the support structure.

Das Verbundbauteil weist vorzugsweise zwei faserverstärkte Schichten auf, die die Trägerstruktur zwischen sich einschließen. Dieser sandwichartige Aufbau des Verbundbauteils ist besonders bevorzugt. Durch diesen Aufbau können nämlich die Ober- und die Unterseite des Verbundbauteils die gleichen Eigenschaften aufweisen und dieses daher vielseitig eingesetzt werden.The composite component preferably comprises two fiber-reinforced layers sandwiching the support structure. This sandwich structure of the composite component is particularly preferred. By virtue of this structure, the upper and lower sides of the composite component can have the same properties and can therefore be used in a variety of ways.

Die mindestens eine faserverstärkte Schicht des Verbundbauteils wird vorzugsweise während des Injektionsverfahrens hergestellt und gleichzeitig mit der Trägerstruktur verbunden. Die Verbindung zwischen der Trägerstruktur wird bei dieser Ausführungsform daher durch das Matrixmaterial der faserverstärkten Schicht geschaffen.The at least one fiber-reinforced layer of the composite component is preferably produced during the injection process and simultaneously connected to the carrier structure. The connection between the support structure in this embodiment is therefore provided by the matrix material of the fiber reinforced layer.

Die Erfindung wird im Folgenden erneut unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren genauer beschrieben. Es zeigen:The invention will be further described below with reference to the accompanying figures. Show it:

1: eine schematische Darstellung eines Verbundbauteils nach dem Stand der Technik; 1 a schematic representation of a composite component according to the prior art;

2: eine schematische Perspektivansicht eines Verbundbauteils nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 FIG. 3 is a schematic perspective view of a composite component according to an embodiment of the present invention; FIG.

3: ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und 3 a flow chart of an embodiment of the method according to the invention; and

4: eine schematische Schnittansicht durch ein Verbundbauteil nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während der Herstellung. 4 FIG. 2 is a schematic sectional view through a composite component according to an embodiment of the present invention during manufacture. FIG.

Das in der 1 gezeigte Verbundbauteil 1' besteht aus einer Trägerschicht 2', die eine Wabenstruktur aufweist. Die Öffnungen 3' der Waben 4' sind in der Schicht vertikal ausgerichtet. An der Oberseite und der Unterseite der Trägerschicht 2' wird jeweils eine zuvor imprägnierte Faserschicht 5' aufgebracht. Die Öffnungen 3' der Waben 4' sind somit durch die Faserschichten 5' nach oben und nach unten verschlossen. Dieser so erzeugte Schichtaufbau wird zum Verbinden der einzelnen Schichten 2', 5' in der Regel in einem Ofen mit Wärme beaufschlagt und der Verbund zusätzlich durch Druck hergestellt.That in the 1 shown composite component 1' consists of a carrier layer 2 ' having a honeycomb structure. The openings 3 ' the honeycomb 4 ' are aligned vertically in the layer. At the top and the bottom of the carrier layer 2 ' each becomes a previously impregnated fiber layer 5 ' applied. The openings 3 ' the honeycomb 4 ' are thus through the fiber layers 5 ' closed upwards and downwards. This layer structure thus produced is used to connect the individual layers 2 ' . 5 ' usually applied in an oven with heat and the composite additionally produced by pressure.

In 2 ist eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils 1 gezeigt. Die Oberseite des Verbundbauteils 1 besteht aus eine durchgehenden Schicht 5 aus Fasermaterial gefüllt mit dem Matrixmaterial, beispielsweise Harz oder Metall. Eine entsprechende durchgehende Schicht 5 ist auf der Unterseite des Verbundbauteils 1 vorgesehen, in der 2 aber nicht sichtbar. Zwischen den Schichten 5 ist eine Trägerstruktur 2 vorgesehen. Diese weist in der dargestellten Ausführungsform die Form von Faltwaben 4 auf. An dem rechten und dem linken Rand des Verbundbauteils 1 sind die Faltwaben 4 beziehungsweise die dadurch gebildeten Kanäle über Öffnungen 3 zugänglich.In 2 is a schematic perspective view of a composite component according to the invention 1 shown. The top of the composite component 1 consists of a continuous layer 5 made of fiber material filled with the matrix material, for example resin or metal. A corresponding continuous layer 5 is on the bottom of the composite component 1 provided in the 2 but not visible. Between the layers 5 is a carrier structure 2 intended. This has the form of folding honeycomb in the illustrated embodiment 4 on. At the right and the left edge of the composite component 1 are the folding honeycomb 4 or the channels formed thereby via openings 3 accessible.

An den Seiten des Verbundbauteils 1 steht in der dargestellten Ausführungsform die Trägerstruktur 2 über die Schichten 5 über. Bei der Weiterverarbeitung des Verbundbauteils 1 kann dieser Überstand entfernt werden.On the sides of the composite component 1 stands in the illustrated embodiment, the support structure 2 over the layers 5 above. In the further processing of the composite component 1 This supernatant can be removed.

Das Verbundbauteil 1 weist in der dargestellten Ausführungsform die Form eine gewölbte Platte auf. Die Form des Verbundbauteils 1 wird während des Herstellungsprozesses der faserverstärkten Schichten 5 gebildet.The composite component 1 In the illustrated embodiment, the mold has a curved plate. The shape of the composite component 1 becomes during the manufacturing process of the fiber reinforced layers 5 educated.

Ein möglicher Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun unter Bezugnahme auf die 3 beschrieben. In einem ersten Schritt wird die Trägerstruktur 2, die auch als Spacer bezeichnet wird, geformt. Hierbei kann beispielsweise ein blatt- oder plattenförmiges Ausgangsmaterial durch geeignete Biege- oder Tiefziehprozesse in die gewünschte Form gebracht werden. Es ist allerdings auch möglich, dass eine vorgefertigte Trägerstruktur 2 verwendet wird.A possible sequence of the method according to the invention will now be described with reference to FIGS 3 described. In a first step, the support structure 2 , which is also referred to as a spacer shaped. In this case, for example, a sheet-like or plate-shaped starting material can be brought into the desired shape by means of suitable bending or deep-drawing processes. However, it is also possible that a prefabricated support structure 2 is used.

Auf die Oberseite und die Unterseite der Trägerstruktur 2 wird ein Fasergewebe oder Fasergelege aufgelegt. Diese Faserschicht kann beispielsweise aus Kohlefasern oder anderen geeigneten Fasermaterialien bestehen. Die zwischen der Trägerstruktur 2 und den Faserschichten gebildete Hohlräume 4 werden anschließend mit einem Füllmittel, das beispielsweise ein Sandgemisch sein kann, befüllt. Bei der Wahl eines thixotropen Füllmittels kann dieses bei Schrägstellung der Trägerstruktur 2 in die Hohlräume 4 eingebracht werden. Es ist allerdings auch möglich das Füllmittel vor dem Aufbringen der Faserschichten in die jeweiligen Hohlräume 4 einzubringen und diese anschließend durch die Faserschichten abzudecken.On the top and bottom of the support structure 2 a fiber fabric or fiber fabric is applied. This fiber layer may consist, for example, of carbon fibers or other suitable fiber materials. The between the support structure 2 and the fiber layers formed cavities 4 are then filled with a filler, which may be, for example, a sand mixture filled. When choosing a thixotropic filler, this can be done by tilting the support structure 2 in the cavities 4 be introduced. However, it is also possible the filler before applying the fiber layers in the respective cavities 4 and then cover these through the fiber layers.

Anschließend kann der Schichtaufbau in ein Werkzeug eingelegt werden, dass die Form des zu bildenden Verbundbauteils 1 wiedergibt. Nach dem Einlegen des Schichtaufbaus in das Werkzeug, kann das Füllmittel ausgehärtet werden. Erfindungsgemäß ist es auch möglich zunächst die Faserschichten und die Trägerstruktur 2 in das Werkzeug einzulegen und anschließend das Füllmittel einzubringen und auszuhärten.Subsequently, the layer structure can be inserted into a tool that the shape of the composite component to be formed 1 reproduces. After inserting the layer structure in the tool, the filler can be cured. According to the invention, it is also possible first the fiber layers and the support structure 2 insert into the tool and then introduce the filler and cure.

Nachdem das Füllmittel ausgehärtet ist und so die Hohlräume der Trägerstruktur 2 ausfüllt, kann über entsprechende Einlässe an dem Werkzeug (Matrize) das Matrixmaterial, das mit dem Fasergelege oder Fasergewebe die faserverstärkte Schicht 5 bilden soll, in die Faserschicht injiziert werden. Durch das Matrixmaterial werden hierbei zum einen die Faserzwischenräume aufgefüllt und dadurch eine durchgehende faserverstärkte Schicht 5 gebildet. Zum anderen wird durch das Matrixmaterial aber auch eine Verbindung mit der Trägerstruktur 2 geschaffen. Schließlich kann das Matrixmaterial bei einem Material der Trägerstruktur 2, das porös ist, beispielsweise Pappe oder Papier, auch in die Trägerstruktur 2 eintreten und diese dadurch zusätzlich verstärken. Ein Eintreten des Matrixmaterials in die Hohlräume 4 der Trägerstruktur 2 wird hingegen durch das ausgehärtete Füllmittel verhindert.After the filler has cured and so the cavities of the support structure 2 fills, via appropriate inlets on the tool (die), the matrix material, with the fiber fabric or fiber fabric, the fiber-reinforced layer 5 should be injected into the fiber layer. By the matrix material in this case on the one hand, the fiber interstices are filled and thereby a continuous fiber-reinforced layer 5 educated. On the other hand, by the matrix material but also a connection with the support structure 2 created. Finally, the matrix material may be at a material of the support structure 2 , which is porous, for example cardboard or paper, also in the support structure 2 and reinforce them further. An entry of the matrix material into the cavities 4 the support structure 2 is prevented by the hardened filler.

Nachdem die Faserschichten und gegebenenfalls die Trägerstruktur 2 ausreichend mit Matrixmaterial versorgt sind und dieses ausgehärtet ist, wird in einem nächsten Schritt das Füllmittel durch ein Durchfluten der Hohlräume 4 des fertig injizierten, ausgehärteten Verbundbauteils 1 entfernt. Das Durchfluten mit dem Lösungsmittel, das beispielsweise Wasser sein kann, erfolgt hierbei von der Seite. Bei der in der 2 gezeigten Ausführungsform kann das Einbringen des Wassers daher beispielsweise von links oder von rechts erfolgen und damit ein Auswaschen der Hohlräume 4, die sich in diese Richtung erstrecken, gewährleisten.After the fiber layers and optionally the support structure 2 are sufficiently supplied with matrix material and this is cured, in a next step, the filler by flooding of the cavities 4 of the fully injected, cured composite component 1 away. The flooding with the solvent, which may be water, for example, takes place from the side. When in the 2 In the embodiment shown, the introduction of the water can therefore take place, for example, from the left or from the right, and thus a washing out of the cavities 4 ensure that they extend in this direction.

In der 4 ist ein schematischer Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil 1 während der Herstellung gezeigt. Zwischen den Faserschichten 5 ist eine Trägerstruktur 2 in Form von Faltwaben 4 eingebracht. Diese sind so ausgerichtet, dass die Spitzen beziehungsweise Umlenkpunkt der Faltwabe 4 nach oben und nach unten gerichtet sind. Hierdurch entstehen an der Oberseite der Faltwabe 4 Täler beziehungsweise V-förmige Kanäle. An der Unterseite sind entsprechende Kanäle versetzt angeordnet. Diese Kanäle sind nach oben und nach unten jeweils durch die Faserschicht 5 begrenzt. In diese Kanäle ist ein Füllmittel 6, beispielsweise das kommerziell erhältliche AquaCoreTM, eingebracht und ausgehärtet. In diesem Zustand kann aufgrund des druckbeständigen und gegen den Eintritt von Matrixmaterial dichten Füllmittels 6 das Matrixmaterial in die Faserschicht 5 und gegebenenfalls in die Wandungen der Trägerstruktur 2 injiziert werden. Das Füllmittel 6 kann nach dem Aushärten des Matrixmaterials durch Wasser oder ein anderes geeignetes Lösungsmittel aus den Kanälen ausgeschwemmt werden.In the 4 is a schematic section through a composite component according to the invention 1 shown during production. Between the fiber layers 5 is a carrier structure 2 in the form of folding honeycomb 4 brought in. These are aligned so that the tips or deflection of the folding honeycomb 4 directed upwards and downwards. This results in the top of the folding honeycomb 4 Valleys or V-shaped channels. At the bottom of corresponding channels are arranged offset. These channels are up and down respectively through the fiber layer 5 limited. In these channels is a filler 6 For example, the commercially available AquaCore ™ introduced and cured. In this state, due to the pressure-resistant and against the entry of matrix material dense filler 6 the matrix material in the fiber layer 5 and optionally in the walls of the support structure 2 be injected. The filler 6 may be flushed out of the channels after curing of the matrix material by water or other suitable solvent.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere kann die Form der Trägerstruktur von der gezeigten Faltwabenform mit V-förmigen Kanälen abweichen. Es ist beispielsweise möglich eine Faltwabenstruktur zu verwenden, bei der die Kanäle eine U-Form aufweisen. In diesem Fall stellt die Trägerstruktur beispielsweise ein Wellblech oder eine entsprechend geformte Lage aus Pappe oder Papier dar.The present invention is not limited to the illustrated embodiments. In particular, the shape of the support structure may differ from the folded honeycomb form shown with V-shaped channels. For example, it is possible to use a folded honeycomb structure in which the channels have a U-shape. In this case, the support structure is, for example, a corrugated sheet or a correspondingly shaped layer of cardboard or paper.

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (1), das zumindest die folgenden Schritte umfasst: – Aufbringen mindestens einer Faserschicht auf eine Trägerstruktur (2), die Faltwaben (4) darstellt, – Einbringen eines Füllmittels (6), das ein aushärtendes Material ist, in einem thixotropen, gelartigen oder pulverförmigen Zustand in mindestens einen Hohlraum (4) der Trägerstruktur (2), – Aushärten des Füllmittels und danach Injizieren eines Matrixmaterials in die mindestens eine Faserschicht, – Aushärten des Matrixmaterials zur Ausbildung einer faserverstärkten Schicht (5), wobei die Trägerstruktur (2) über das Matrixmaterial mit der faserverstärkten Schicht (5) verbunden wird und – Entfernen des Füllmittels (6) aus dem mindestens einen Hohlraum (4).Method for producing a composite component ( 1 ) comprising at least the following steps: - applying at least one fibrous layer to a support structure ( 2 ), the folding honeycomb ( 4 ), - introducing a filler ( 6 ), which is a hardening material, in a thixotropic, gel or powdery state in at least one cavity ( 4 ) of the support structure ( 2 Curing the filler and then injecting a matrix material into the at least one fibrous layer; curing the matrix material to form a fiber-reinforced layer; 5 ), wherein the support structure ( 2 ) over the matrix material with the fiber reinforced layer ( 5 ) and - removing the filler ( 6 ) from the at least one cavity ( 4 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel (6) über Öffnungen (3) in der Trägerstruktur (2) entfernt wird, die sich an mindestens einer Seite der Trägerstruktur (2) befinden.Method according to claim 1, characterized in that the filler ( 6 ) via openings ( 3 ) in the support structure ( 2 ) located on at least one side of the support structure ( 2 ) are located. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtende Füllmittel (6), durch ein Lösungsmittel, insbesondere Wasser, nach der Aushärtung gelöst wird.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the hardening filler ( 6 ), is dissolved by a solvent, in particular water, after curing. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des Füllmittels (6) durch Fluten des mindestens einen Hohlraums (4) der Trägerstruktur (2) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the removal of the filler ( 6 ) by flooding the at least one cavity ( 4 ) of the support structure ( 2 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsverfahren ein RTM-Verfahren darstellt.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the injection method is an RTM method. Verbundbauteil, insbesondere mehrschichtiges Verbundbauteil (1), das zumindest eine Trägerstruktur (2) und mindestens eine faserverstärkte Schicht (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundbauteil durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt ist.Composite component, in particular multilayer composite component ( 1 ), the at least one support structure ( 2 ) and at least one fiber-reinforced layer ( 5 ), characterized in that the composite component is produced by the method according to one of claims 1 to 5. Verbundbauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (2) einteilig ausgebildet ist.Composite component according to claim 6, characterized in that the support structure ( 2 ) is formed in one piece. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (2) aus Papier, Pappe oder Metall besteht. Composite component according to one of claims 6 or 7, characterized in that the support structure ( 2 ) consists of paper, cardboard or metal. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundbauteil (1) zwei faserverstärkte Schichten (5) aufweist, die die Trägerstruktur (2) zwischen sich einschließen.Composite component according to one of claims 6 to 8, characterized in that the composite component ( 1 ) two fiber-reinforced layers ( 5 ) having the support structure ( 2 ) between them.
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