DE102007041431A1

DE102007041431A1 - Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere Resin-Transfer-Molding-Verfahren zum Herstellen von Faserverbundbauteilen

Info

Publication number: DE102007041431A1
Application number: DE102007041431A
Authority: DE
Inventors: Max Dr. Ehleben; Jürgen-Werner Becke; Hansjörg Kurz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen (7), insbesondere Resin-Transfer-Molding-Verfahren zum Herstellen von Faserverbundbauteilen, wobei das Verfahren mindestens folgende Schritte umfasst: - Herstellen und Bereitstellen von Preformen (1), (2), - Herstellen eines Kernes (3), - Einlegen der Preformen (1), (2) und des Kernes (3) in ein Formwerkzeug (4), wobei die Preformen (1), (2) den Kern (3) umschließen, - Einbringen eines Harz-Gemisches (5a) in die Preformen (1), (2), - Aushärten des Harz-Gemisches (5a), - Entnahme des ausgehärteten Teiles (6), - Entfernen des Kernes (3) und - Bearbeiten des entnommenen Teiles (6) zum fertigen Bauteil (7).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere Resin-Transfer-Molding-Verfahren zum Herstellen von Faserverbundbauteilen (RTM-Verfahren).
Die Resin-Transfer-Molding-Technologie (RTM) – auch als Harzinjektionsverfahren bezeichnet – ist ein wirtschaftliches Serienverfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) und wird insbesondere in der Fahrzeugindustrie, beispielsweise bei der Herstellung von Verkleidungs- und Interieurteilen eingesetzt. Die herzustellenden Bauteile bestehen zumeist aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CKF) oder aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Mittels der RTM-Technologie kann für kleine bis mittlere Serien wirtschaftlich produziert werden, da die Investitionskosten – insbesondere die Werkzeugkosten – im Vergleich etwa zu Stahl erheblich geringer sind. Die im RTM-Verfahren hergestellten Bauteile aus CFK oder GFK zeichnen sich gegenüber den metallischen Bauteilen durch Gewichtsreduzierung und hohes Integrationsvermögen aus.
Bei dem Verfahrensablauf eines herkömmlichen Resin-Transfer-Molding-Verfahrens durchlaufen bei einem aus zwei Schalen zusammengesetzten Bauteil sowohl die Ober- als auch die Unterschale die komplette Fertigungsfolge, beginnend von der Preform-Herstellung der Ober- und Unterschale über die Harzinjektion bis hin zum Einlegen der beschnittenen Einzelschalen in eine Fügevorrichtung. Die Einzelschalen müssen anschließend in einem weiteren Verfahrensschritt durch Kleben zu einem Bauteil zusammengefügt werden. Nachteilig ist es, dass bei dieser Fertigungsvariante des RTM-Verfahrens mindestens zwei Werkzeuge, jeweils für die Ober- und die Unterschale, und zusätzlich eine Fügevorrichtung benötigt werden.
Es sind Verfahren zur Herstellung von Bauteilen bekannt, die das Resin-Transfer-Molding-Verfahren anwenden. In EP 1 695 805 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturhohlbauteiles aus faserverstärktem Kunststoff mit einem wasserdispergierbaren Stützkern beschrieben, wobei der Stützkern aus einem Formstoff aus einem wasserlöslichen Bindemittel, einem Füllstoff und Wasser mit einem Formwerkzeug geformt, getrocknet und dann mit Verstärkungsfasern umwickelt wird, worauf die Fasern auf dem Stützkern mit einem aushärtbaren Kunststoff getränkt, der Kunststoff ausgehärtet und der Stützkern mit Wasser ausgeschwemmt wird und wobei das Tränken der Fasern auf dem Stützkern mit dem Resin-Transfer-Molding-Verfahren durchgeführt wird. Bei diesem Verfahren werden Verfahrensschritte bei der Herstellung der Strukturhohlbauteile eingespart, wobei hier die Einsparung von Verfahrensschritten auf der Verwendung und Entfernung eines wasserdispergierbaren Stützkerns basiert. Der Stützkern wird entfernt, indem er mit Wasser ausgeschwemmt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere Resin-Transfer-Molding-Verfahren zum Herstellen von Faserverbundbauteilen bereitzustellen, bei dem Verfahrensschritte im Gesamtprozess der Herstellung eingespart und die Kosten des Verfahrens erheblich reduziert werden.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
So umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere Resin-Transfer-Molding-Verfahren zum Herstellen von Faserverbundbauteilen, im Wesentlichen folgende Schritte:

– Herstellen und Bereitstellen von Preformen,
– Herstellen eines Kernes,
– Einlegen der Preformen und des Kernes in ein Formwerkzeug, wobei die Preformen den
– Kern umschließen,
– Einbringen eines Harz-Gemisches in die Preformen,
– Aushärten des Harz-Gemisches,
– Entnahme des ausgehärteten Teiles
– Entfernen des Kernes und
– Bearbeiten des entnommenen Teiles zum fertigen Bauteil.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass Preform-Einzelschalen, wie etwa die Ober- und Unterschale des herzustellenden Bauteiles, zusammen mit dem Kern in ein einziges Formwerkzeug eingelegt werden. Die Fertigungsschritte werden auf diese Weise komprimiert. Dies hat den Vorteil, dass für die Herstellung lediglich ein Formwerkzeug benötigt wird und auch der Verfahrensschritt des Zusammenfügens der ausgehärteten und beschnittenen Einzelschalen entfallen kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch das Zusammenlegen von Fertigungsschritten gegenüber dem bisherigen Fertigungsablauf im RTM-Verfahren eine effektivere Fertigung erreicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Preformen aus einer Preform-Oberschale und einer Preform-Unterschale gebildet werden. Die Preformen sind vorgeformte Halbzeuge des herzustellenden Bauteiles.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Einspritzen des Harz-Gemisches in die Preform-Oberschale und Preform-Unterschale in einem Fertigungsschritt erfolgt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Preform-Einzelteile, wie Ober- und Unterschale des herzustellenden Bauteiles, zusammen mit dem Kern in ein einziges RTM-Formwerkzeug eingelegt werden. Der Kern befindet sich zwischen der Preform-Oberschale und der Preform-Unterschale; er dient als Einlage zwischen den Preformen.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die Harzinjektion in die Preformen in einem einzigen Verfahrensschritt – dem so genannten „One-Shot-Verfahren" – vorgenommen wird. Die Einzelteile müssen nach der Harzinjektion und dem Aushärteprozess nicht in einem weiteren Fertigungsschritt noch zusammengefügt werden. Die Fertigungsfolge wird verkürzt, indem mindestens ein Injektions- und Klebevorgang entfällt. Auch eine Klebevorrichtung wird damit entbehrlich. Das (unbearbeitete) ausgehärtete Teil kann sogleich nach dem Aushärtevorgang entnommen werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass als Harz-Gemisch ein Gemisch, bestehend aus einem Harz, insbesondere ein Epoxidharz oder ein Phenolharz, ein Härter und ein Katalysator verwendet wird.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als Formwerkzeug ein temperiertes Resin-Transfer-Molding-Werkzeug verwendet wird.
Eine nächste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem kaltwasserlöslichen und recycelbaren Material besteht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das entnommene ausgehärtete Teil beschnitten wird.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung, die eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufes des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, näher erläutert.
In 1 wird der Ablauf des Verfahrens zur Herstellung von Bauteilen nach dem Resin-Transfer-Molding-Prozess (RTM-Verfahren) schematisch dargestellt.
Zur Herstellung eines Verbundbauteiles werden zunächst Preformen, eine Preform-Oberschale 1 und eine Preform-Unterschale 2 eines zweischalig aufgebauten Bauteiles hergestellt und als vorgeformte Halbzeuge für die weitere Verarbeitung im Verfahren bereitgestellt. Zusätzlich wird in einem separaten Arbeitsschritt ein Kern 3 hergestellt. In einem nächsten Schritt werden die Preform-Oberschale 1, der Kern 3 und die Preform-Unterschale 2 zusammen in ein einziges Formwerkzeug 4 eingelegt, wobei der Kern zwischen Preform-Oberschale 1 und Preform-Unterschale 2, gewissermaßen als Einlage, liegt. Das Formwerkzeug 4 ist dabei ein temperiertes Resin-Transfer-Molding-Werkzeug. Der Kern 3 besteht aus einem kaltwasserlöslichen und recycelbaren Material. In einem weiteren Schritt erfolgt über eine Harzinjektionseinrichtung 5 eine Injektion eines Harz-Gemisches 5a in die Preformen 1, 2. Nach der Injektion härtet das Harz-Gemisch 5a in den Preformen 1, 2 aus. Nach den Aushärtevorgang wird das ausgehärtete Teil 6 aus dem Formwerkzeug 4 entnommen und durch Beschneiden weiterverarbeitet, bis das fertige Bauteil 7 erhalten wird. Bei dem hergestellten Bauteil 7 handelt es sich beispielsweise um eine Schiebetür für ein Kraftfahrzeug.

1: Preform-Oberschale
2: Preform-Unterschale
3: Kern
4: Formwerkzeug
5: Harzinjektionseinrichtung
5a: Harz-Gemisch
6: Teil
7: Bauteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1695805 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Bauteilen (7), insbesondere Resin-Transfer-Molding-Verfahren zum Herstellen von Faserverbundbauteilen, wobei das Verfahren mindestens folgende Schritte umfasst: – Herstellen und Bereitstellen von Preformen (1), (2), – Herstellen eines Kernes (3), – Einlegen der Preformen (1), (2) und des Kernes (3) in ein Formwerkzeug (4), wobei die Preformen (1), (2) den Kern (3) umschließen, – Einbringen eines Harz-Gemisches (5a) in die Preformen (1), (2), – Aushärten des Harz-Gemisches (5a), – Entnahme des ausgehärteten Teiles (6) – Entfernen des Kernes (3) und – Bearbeiten des entnommenen Teiles (6) zum fertigen Bauteil (7).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Preformen (1, 2) aus einer Preform-Oberschale (1) und einer Preform-Unterschale (2) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzen des Harz-Gemisches (5a) in die Preform-Oberschale (1) und Preform-Unterschale (2) in einem Fertigungsschritt erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Harz-Gemisch (5a) ein Gemisch bestehend aus einem Harz, insbesondere ein Epoxidharz oder ein Phenolharz, ein Härter und ein Katalysator verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Formwerkzeug (4) ein temperiertes Resin-Transfer-Molding-Werkzeug verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (3) aus einem kaltwasserlöslichen und recycelbaren Material besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das entnommene ausgehärtete Teil (6) beschnitten wird.