DE102007042287B4 - Process for producing a fiber composite component - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (10'), umfassend folgende Schritte: – Zusammenfügen von mehreren jeweils flächigen Fasermateriallagen (12-1 bis 12-3), wobei ein Filz (14) in wenigstens einen Zwischenraum eingefügt wird, der von wenigstens einem gekrümmten Oberflächenabschnitt (16-1, 16-2) einer der Fasermateriallagen begrenzt wird, – Infiltrieren der Fasermateriallagen (12-1 bis 12-3) und des Filzes (14) mit einem Matrixmaterial, und – Aushärten der zusammengefügten und infiltrierten Fasermateriallagen (12-1 bis 12-3) samt Filz (14).A method for producing a fiber composite component (10 '), comprising the following steps: - joining a plurality of respective two-dimensional fiber material layers (12-1 to 12-3), wherein a felt (14) is inserted into at least one space, which is at least one curved surface portion (16-1, 16-2) one of the layers of fibrous material, - infiltrating the layers of fibrous material (12-1 to 12-3) and the felt (14) with a matrix material, and - curing the joined and infiltrated fibrous layers (12-1 to 12-3) together with felt (14).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils.The invention relates to a method for producing a fiber composite component.

Die Verwendung von faserverstärkten Bauteilen, auch als Faserverbundbauteile bezeichnet, ist vor allem wegen ihrer hohen spezifischen Festigkeit (Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht) in vielen Anwendungsbereichen interessant. Ein Faserverbundwerkstoff ist ein Mischwerkstoff, der im Allgemeinen aus zwei Komponenten besteht, nämlich einer Matrix und darin eingebetteten Fasern. Durch gegenseitige Wechselwirkungen dieser Komponenten erhält der Werkstoff höherwertigere Eigenschaften als jede der beiden einzeln beteiligten Komponenten.The use of fiber-reinforced components, also referred to as fiber composite components, is particularly interesting because of their high specific strength (ratio of strength to weight) in many applications. A fiber composite material is a composite material, which generally consists of two components, namely a matrix and fibers embedded therein. By mutual interactions of these components, the material receives higher quality properties than either of the two components involved individually.

Zur Herstellung relativ dickwandiger Faserverbundbauteile ist es bekannt, mehrere jeweils flächige Fasermateriallagen, die z. B. jeweils als ein Faserhalbzeug wie z. B. ein Gewebe oder ein Gelege bereitgestellt werden, Flachseite an Flachseite übereinander zu stapeln und in eine Matrix einzubetten (durch Infiltration mit einem Harz und nachfolgender Aushärtung).For the production of relatively thick-walled fiber composite components, it is known, a plurality of each two-dimensional fiber material layers, the z. B. each as a semi-finished fiber such. For example, a fabric or a scrim may be provided, stacked flat side on flat side over one another and embedded in a matrix (by infiltration with a resin and subsequent curing).

Neben plattenförmig-ebenen Bauteilstrukturen lassen sich damit relativ problemlos auch plattenförmig-gekrümmte Bauteilstrukturen herstellen.In addition to plate-flat component structures can thus relatively easily produce plate-shaped curved component structures.

Für eine Vielzahl anderer gewünschter Geometrien ergibt sich in der Praxis jedoch das Problem, dass die Fasermateriallagen sich nicht vollflächig aneinander anfügen lassen. Lediglich beispielhaft sei hierzu etwa ein Bauteilprofil mit T-förmigem Profilquerschnitt genannt. In diesem Fall kann beim flächigen Zusammenfügen der Fasermateriallagen ”in der Ecke des T” ein nachteiliger Hohlraum bzw. ”Zwickelbereich” verbleiben, der je nach konkreter Herstellungsmethode am fertigen Bauteil als Hohlraum verbleibt oder vollständig mit der Matrixkomponente gefüllt ist.For a variety of other desired geometries arises in practice, however, the problem that the fiber material layers can not be attached to each other over the entire surface. By way of example only, a component profile with a T-shaped profile cross section may be mentioned for this purpose. In this case, when laminating the fiber material layers "in the corner of the T", a disadvantageous cavity or "gusset region" may remain which, depending on the concrete production method, remains as a cavity on the finished component or is completely filled with the matrix component.

Das Dokument WO 96/18494 A1 beschreibt einen Füllkörper zum Auffüllen von Leerstellen zwischen zusammengefügten T-förmigen Fasermateriallagen. Der Füllkörper ist aus zerstückelten Fasern hergestellt, geformt und ausgehärtet oder als vor imprägniertes unidirektionales Faserband gebildet, das gefaltet in ein Formwerkzeug gepresst wird. Das Dokument US 4,789,594 A beschreibt das Abtrennen eines dreiecksförmigen Körpers von einer zuvor hergestellten Faserverbundplatte und nachträgliches verformen in ein Formwerkzeug.The document WO 96/18494 A1 describes a filler for filling voids between assembled T-shaped fibrous material layers. The packing is made from shredded fibers, molded and cured, or formed as a pre-impregnated unidirectional sliver that is folded into a mold. The document US 4,789,594 A describes the separation of a triangular body from a previously prepared fiber composite panel and subsequent deformation in a mold.

Gemäß einer auf internen betrieblichen Kenntnissen der Anmelderin beruhenden Technik wurden derartige Zwischenräume bereits mit Schaumkunststoffkernen aufgefüllt, was jedoch in erster Linie der Gewährleistung einer gewissen Formstabilität des zusammengefügten Konstrukts vor dem Aushärten dient. Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des fertigen Bauteils spielt der eingesetzte Schaumkunststoffkern keine wesentliche Rolle. Auch Versuche, derartige Zwischenräume durch Fasermaterial aufzufüllen, waren insofern nicht befriedigend, als es in der Praxis bislang an ”passenden” und kostengünstigen textilen Strukturen mangelt.According to a technique based on Applicant's internal operational knowledge, such interspaces have already been filled with foam plastic cores, but this primarily serves to ensure a certain dimensional stability of the assembled construct before curing. With regard to the mechanical properties of the finished component, the foam plastic core used plays no significant role. Also, attempts to fill such gaps by fiber material, were not satisfactory, as it lacks in practice so far "matching" and inexpensive textile structures.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile zu beseitigen und ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteiles anzugeben, wobei das Verfahren auch für kompliziertere Bauteilgeometrien geeignet sein soll.It is an object of the present invention to eliminate the disadvantages described above and to provide a simple method for producing a fiber composite component, which method should also be suitable for more complicated component geometries.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils vorgesehen, welches folgende Schritte umfasst:

  • – Zusammenfügen von mehreren jeweils flächigen Fasermateriallagen, wobei ein Filz in wenigstens einen Zwischenraum eingefügt wird, der von wenigstens einem gekrümmten Oberflächenabschnitt einer der Fasermateriallagen begrenzt wird,
  • – Infiltrieren der Fasermateriallagen und des Filzes mit einem Matrixmaterial, und
  • – Aushärten der zusammengefügten und infiltrierten Fasermateriallagen samt Filz (14).
According to the invention, a method for producing a fiber composite component is provided, which comprises the following steps:
  • Joining together a plurality of respective two-dimensional fiber material layers, wherein a felt is inserted into at least one intermediate space bounded by at least one curved surface section of one of the fiber material layers,
  • Infiltrating the fibrous material layers and the felt with a matrix material, and
  • - curing the assembled and infiltrated fibrous material layers including felt ( 14 ).

Die Verwendung von Filz als Material zur Auffüllung eines oder mehrerer beim Zusammenfügen der Fasermateriallagen verbleibender Zwischenräume ermöglicht in einfacher und kostengünstiger Weise die Herstellung des betreffenden Faserverbundbauteils in gleich bleibender und hoher Qualität.The use of felt as a material to fill one or more spaces remaining when the fiber material layers are joined together makes it possible, in a simple and cost-effective manner, to produce the relevant fiber composite component in a consistent and high quality.

Der Begriff ”Filz” bezeichnet hierbei ein Material aus lose zusammengelegten Fasern, dessen Festigkeit im Wesentlichen auf der fasereigenen Haftung beruht. Die Fasern liegen wirr im Filz.The term "felt" here refers to a material of loosely folded fibers whose strength is based essentially on the fiber's inherent adhesion. The fibers are confused in the felt.

Wenngleich die Verwendung eines Filzes mit einer oder mehreren Vorzugsrichtungen der Faserorientierung denkbar ist (anisotroper Filz), so ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Filz im Wesentlichen isotrop ist. In diesem Fall sind die Fasern gänzlich stochastisch orientiert, wie z. B. bei einem Wirrlagenvliesstoff. In vielen Anwendungsfällen bzw. für viele Bauteilgeometrien ist die Verwendung eines derartigen Füllkörpers, bei welchem die enthaltenen Fasern keine bevorzugte Faserrichtung aufweisen, besonders vorteilhaft. Dies nicht nur wegen der damit resultierenden, oftmals besonders günstigen mechanischen Bauteileigenschaften, sondern auch im Hinblick auf die Herstellung des Füllkörpers und dessen Einbringung in den betreffenden Zwischenraum. Bei diesen Prozessschritten muss dann nämlich aufgrund der Isotropie die Materialorientierung nicht beachtet werden.Although the use of a felt with one or more preferred directions of fiber orientation is conceivable (anisotropic felt), it is provided according to a preferred embodiment of the invention that the felt is substantially isotropic. In this case, the fibers are completely stochastically oriented, such. B. in a random nonwoven fabric. In many applications or for many component geometries, the use of such a filling body, in which the fibers contained have no preferred fiber direction, is particularly advantageous. This not only because of the resulting, often particularly favorable mechanical component properties, but also with regard to the production of the packing and its introduction into the space in question. For these process steps then must namely due to the isotropy, the material orientation is ignored.

Die Verarbeitung bzw. Konfektionierung des Filzes zu einem geeigneten Füllkörper kann erheblich vereinfacht werden. Insbesondere ist jede Art von Filz umfasst. Beim Filz wurden die Fasern durch eine zumeist mechanische Verarbeitung wie z. B. ”Nassfilzen” oder ”Trockenfilzen” in eine verfestigte Form gebracht.The processing or packaging of the felt into a suitable filling body can be considerably simplified. In particular, any type of felt is included. When felt, the fibers were characterized by a mostly mechanical processing such. As "wet felting" or "dry felts" brought into a solidified form.

Prinzipiell ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für beliebige Faserwerkstoffe und Matrixwerkstoffe geeignet. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren für die Herstellung von Bauteilen mit relativ stark gekrümmten Bauteilabschnitten. Bei den für die Fasermateriallagen verwendeten Fasern kommen beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern, synthetische Kunststofffasern, Stahlfasern oder Naturfasern in Betracht. Als Matrixmaterial sind insbesondere Kunststoffe wie z. B. duroplastische Kunststoffe (Kunstharze) interessant. Diese Aufzählungen sind jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen. Außerdem können gegebenenfalls in an sich bekannter Weise Füllstoffe oder Additive zugegeben werden.In principle, the production method according to the invention is suitable for any fibrous materials and matrix materials. Particularly advantageous is the method for the production of components with relatively highly curved component sections. The fibers used for the fiber material layers are, for example, glass fibers, carbon fibers, synthetic synthetic fibers, steel fibers or natural fibers. As a matrix material, in particular plastics such. As thermosetting plastics (resins) interesting. However, these lists are only to be understood as examples. In addition, if desired, fillers or additives can be added in a manner known per se.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass für den Filz dieselbe Faserart wie für die zusammenzufügenden Fasermateriallagen vorgesehen ist. Der Filz kann insbesondere z. B. aus Wollfasern und/oder anderen textilen Fasern einschließlich Kunstfasern gebildet sein.In one embodiment, it is provided that the same type of fiber is provided for the felt as for the fiber material layers to be joined together. The felt can in particular z. B. made of wool fibers and / or other textile fibers including synthetic fibers.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zu verwendende Filz zuvor aus einem flächigen Filzgebilde abgetrennt wurde. Der Filz kann besonders vorteilhaft z. B. in Form einer Filzplatte oder, bei hinreichender Biegsamkeit, aufgerollt in Form eines Filzwickels vorgehalten werden. Bei der Fertigung von Faserverbundbauteilen gemäß der Erfindung kann sodann ein benötigter Füllkörper in passender Form vom Filz abgetrennt, z. B. mittels eines Messers abgeschnitten, und gegebenenfalls in eine gewünschte Endkontur gebracht werden.In a particularly preferred embodiment, it is provided that the felt to be used has previously been separated from a flat felt structure. The felt can be particularly advantageous z. B. in the form of a felt plate or, with sufficient flexibility, rolled up in the form of a felt roll be kept. In the manufacture of fiber composite components according to the invention then a required filler can be separated in a suitable form from the felt, for. B. cut by a knife, and optionally placed in a desired final contour.

Insbesondere bei relativ großer Festigkeit eines als Vorrat vorgehaltenen Filzes kann dieses insbesondere mittels einer automatisierten Trennapparatur, insbesondere Schneidapparatur, sehr genau, sogar mittels CAD-Daten konturgenau aus dem Füllmaterial herausgearbeitet werden. Dadurch ergibt sich ein erheblicher Zeit-, Kosten- und Qualitätsvorteil, insbesondere bei einer Serienproduktion von Faserverbundbauteilen.In particular, with relatively high strength held in stock as a felt this particular by means of an automated separation apparatus, in particular cutting apparatus, very accurately, even by means of CAD data contour accurately from the filler are worked out. This results in a considerable time, cost and quality advantage, especially in mass production of fiber composite components.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der in den wenigstens einen Zwischenraum einzufügende Füllkörper einstückig aus verfestigtem Filz gebildet ist. Bei Abtrennung bzw. Heraustrennung des Füllkörpers aus einem als Vorrat vorgehaltenen flächigen Filzgebildes sollte dieses hinsichtlich benötigter Füllkörperabmessungen daher ausreichend (groß) dimensioniert sein.In one embodiment, it is provided that the filler to be inserted into the at least one intermediate space is formed integrally from solidified felt. In the case of separation or separation of the filling body from a flat felt fabric held in stock, this should therefore be sufficiently large in terms of the required filler dimensions.

Für viele Anwendungsbereiche ist es daher z. B. vorteilhaft, den als Vorrat vorgehaltene flächigen Filz mit einer Dicke von wenigstens 1 cm vorzusehen. Die benötigte Materialdicke hängt selbstverständlich von den Abmessungen des herzustellenden Faserverbundbauteils bzw. der darin enthaltenen Zwischenräume ab, so dass bei größeren Faserverbundbauteilen eine Dimensionierung von bereitgehaltenen Filzmaterialien in vielen Fällen mit elner Dicke von wenigstens 0,1 m zweckmäßig sein kann.For many applications, it is therefore z. B. advantageous to provide the stock held as a flat felt with a thickness of at least 1 cm. The required material thickness of course depends on the dimensions of the fiber composite component to be produced or the interstices contained therein, so that in larger fiber composite components sizing of held felt materials in many cases with a thickness of at least 0.1 m may be appropriate.

Wenn bei der Herstellung der Faserverbundbauteile Füllkörper in stark variierender Größe und/oder Geometrie benötigt werden, so kann vorteilhaft auch ein Sortiment an verschieden dimensionierten, als Vorrat vorgehaltenen Filz vorgesehen sein. In diesem Fall lässt sich in der Praxis der Materialverschnitt erheblich reduzieren.If, in the production of the fiber composite components, fillers of greatly varying size and / or geometry are required, an assortment of differently dimensioned felt held in stock may advantageously also be provided. In this case, material waste can be considerably reduced in practice.

Die Infiltration der Fasermateriallagen wie auch des Filzes kann bei der Erfindung ganz allgemein vor oder nach dem Zusammenfügen der Fasermateriallagen erfolgen. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zunächst trockene Faserhalbzeuge wie z. B. Gewebe, Geflechte, Gelege, Fasermatten etc. zusammengefügt und anschließend mit einem Harz infiltriert werden. Hinsichtlich der Gestaltung von Faserhalbzeugen, deren Zusammenfügung und Infiltration, wie auch hinsichtlich des abschließenden Aushärtungsprozesses (z. B. thermisch), kann vorteilhaft auf die aus dem Bereich der Faserverbundtechnologie wohlbekannten Kenntnisse und Methoden zurückgegriffen werden. Es erübrigt sich daher an dieser Stelle eine Erläuterung dieser im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft einzusetzenden Fertigungsdetails (z. B. Infiltration mittels eines Standardinfusionsverfahrens wie VAP, VARI etc., Aushärtung in einem Autoklaven usw.).The infiltration of the fiber material layers as well as the felt can be done in the invention quite generally before or after the joining of the fiber material layers. In one embodiment, it is provided that initially dry semi-finished fiber products such. As tissues, braids, scrim, fiber mats, etc., and then infiltrated with a resin. With regard to the design of semi-finished fiber products, their assembly and infiltration, as well as with respect to the final curing process (eg thermal), it is advantageously possible to resort to the knowledge and methods well-known in the field of fiber composite technology. Therefore, it is not necessary to explain at this point an explanation of these manufacturing details to be used advantageously in the context of the present invention (eg infiltration by means of a standard infusion method such as VAP, VARI etc., hardening in an autoclave, etc.).

Vorteilhaft ist die Erfindung auch kompatibel zur Herstellung von Faserverbundbauteilen mittels textiler Preform-Technik und Vakuuminfusionsverfahren (”open mould”). Auch können so genannte Prepregs (vorimprägnierte Faserhalbzeuge) als die benötigten flächigen Fasermateriallagen verarbeitet werden.Advantageously, the invention is also compatible for the production of fiber composite components by means of textile preform technology and vacuum infusion process ("open mold"). Also, so-called prepregs (pre-impregnated fiber semi-finished products) can be processed as the required flat fiber material layers.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Fasermateriallagen ein abgewinkeltes Profil darstellt und der Abwinkelungsbereich den am Zwischenraum angrenzenden gekrümmten Oberflächenabschnitt ausbildet. Ein einfaches Beispiel für ein derartiges Profil ist z. B. ein T-Profil oder Doppel-T-Profil.In one embodiment, it is provided that at least one of the fiber material layers represents an angled profile and the bending region forms the curved surface section adjoining the intermediate space. A simple example of such a profile is z. As a T-profile or double-T profile.

Ein bevorzugter Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung von Strukturbauteilen, insbesondere für Fahrzeuge, beispielsweise Luftfahrzeuge. Ein vorteilhafter Anwendungsfall ist z. B. die Herstellung von Kraftübertragungs- oder Krafteinleitungselementen oder Beschlägen, insbesondere mit T-förmigem Querschnitt oder doppelt T-förmigem Querschnitt. Derartige Elemente bzw. Beschläge sind insbesondere als Strukturbauteile im Flugzeugbau interessant (z. B. mit Abmessungen in der Größenordnung von einigen 10 cm bis einigen m). A preferred field of application of the method according to the invention is the production of structural components, in particular for vehicles, for example aircraft. An advantageous application is z. As the production of power transmission or force introduction elements or fittings, in particular with T-shaped cross section or double T-shaped cross-section. Such elements or fittings are of particular interest as structural components in aircraft construction (eg with dimensions of the order of magnitude of a few 10 cm to a few m).

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere Bauteile mit reproduzierbarer Qualität gefertigt werden, bei denen ein oder mehrere Abwinkelungsbereiche der flächigen Fasermateriallagen bei der Zusammenfügung der Fasermateriallagen zwangsläufig wenigstens einen keilartig sich verjüngenden Zwischenraum (Zwickel) entstehen lassen.With the method according to the invention, it is possible in particular to produce components of reproducible quality, in which one or more bending regions of the two-dimensional fiber material layers inevitably form at least one wedge-like intermediate space (gusset) during the assembly of the fiber material layers.

Insbesondere wenn ein resultierender Zwischenraum im Wesentlichen vollständig aufgefüllt werden soll, so ergibt sich in der Praxis oftmals die Notwenigkeit eines im Wesentlichen keilförmigen Füllkörpers (”Zwickelfüller”), der bei der Erfindung in einfacher und hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des fertigen Bauteils vorteilhafter Weise bereitgestellt wird.In particular, when a resulting gap is to be substantially completely filled, the necessity of a substantially wedge-shaped filling body ("gusset filler") often results in practice, which in the invention is provided in a simple and advantageous manner with regard to the mechanical properties of the finished component ,

Mit der Erfindung können bauartbedingte Hohlräume bzw. Zwischenräume in textilen Preforms zur Herstellung von Faserverbundbauteilen in einfacher, kostengünstiger und hinsichtlich der Qualität vorteilhafter Weise gefüllt werden. In einer Ausführungsform wird ein Filz mit einem geeigneten Fasermaterial (z. B. gleiche Fasern wie bei den Fasermateriallagen) in ausreichender Dicke gefertigt. Die Dichte des Filzes und der sich daraus ergebende Fasergehalt kann der Anwendung angepasst variabel eingestellt werden. Eine vorgefertigte Filzplatte bzw. Filzbahn kann z. B. mit Hilfe von Messern konfektioniert und in jede für den Füllkörper gewünschte Form gebracht werden.With the invention design-related cavities or spaces in textile preforms for the production of fiber composite components can be filled in a simple, cost-effective and in terms of quality advantageous manner. In one embodiment, a felt is made in sufficient thickness with a suitable fibrous material (eg, same fibers as the fibrous material layers). The density of the felt and the resulting fiber content can be variably adjusted to the application. A prefabricated felt or felt web can z. B. be made with the help of knives and placed in any desired shape for the filler.

Ein und dieselbe Platte Filz kann für viele Füllkörpergeometrien verwendet werden. Mittels einer CNC-gesteuerten Schneidapparatur kann ein besonders reproduzierbares Ergebnis bei der Herstellung des Füllkörpers erzielt werden. Es werden vielfältige Geometrien möglich. Das Fertigen des Füllkörpers, z. B. das Ausschneiden eines Zwickels, kann vorteilhaft erst unmittelbar vor dem Bedarf erfolgen. Oftmals besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften des Bauteils wie auch eine Vereinfachung der Verarbeitung des Vlies- bzw. Filzmaterials ergibt sich bei Verwendung von Material mit Fasern ohne Vorzugsrichtung.One and the same felt plate can be used for many random packing geometries. By means of a CNC-controlled cutting apparatus, a particularly reproducible result in the production of the filling body can be achieved. Various geometries are possible. The manufacture of the filler, z. As the cutting out of a gusset, can advantageously be made immediately before the need. Often particularly advantageous mechanical properties of the component as well as a simplification of the processing of the nonwoven or felt material results when using material with fibers without preferred direction.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:The invention will be further described by means of embodiments with reference to the accompanying drawings. They show:

1 die Positionierung eines Füllkörpers auf einer flächigen Struktur aus textilen Halbzeugen, 1 the positioning of a filling body on a flat structure of textile semi-finished products,

2 die Zusammenlegung von zwei Verstärkungsprofilen aus textilen Halbzeugen unter Einschluss des Füllkörpers, 2 the combination of two reinforcing profiles made of textile semi-finished products including the filling body,

3 eine Ansicht entsprechend 2, nach Infiltration und Aushärtung, 3 a view accordingly 2 after infiltration and curing,

4 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Bereitstellung eines Füllkörpers durch Abtrennung von einer Filzbahn, 4 FIG. 4 is an illustration for illustrating the provision of a filling body by separation from a felt web. FIG.

5 einen von der Bahn in 4 abgetrennten Filzkörper, 5 one from the train in 4 separated felt body,

6 eine der 2 entsprechende Ansicht für eine weitere Bauteilgeometrie, und 6 one of the 2 corresponding view for another component geometry, and

7 eine der 2 entsprechende Ansicht für eine noch weitere Bauteilgeometrie. 7 one of the 2 corresponding view for an even further component geometry.

Die 1 bis 3 veranschaulichen ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils 10' (3) umfassend drei nacheinander durchgeführte Schritte:

  • a) Zusammenfügen von drei jeweils flächigen Fasermateriallagen 12-1, 12-2 und 12-3, wobei ein Filzzwickel 14 in einen Zwischenraum eingefügt wird, der von zwei gekrümmten Oberflächenabschnitten 16-1 und 16-2 der Fasermateriallagen 12-1 und 12-2 begrenzt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird hierfür, wie es in 1 dargestellt ist, zunächst der passend formgestaltete Filzzwickel 14 mit einer ebenen Grundfläche auf die Oberseite der Fasermateriallage 12-3 aufgelegt. Sodann werden, wie es in 2 dargestellt ist, die beiden weiteren Fasermateriallagen 12-1 und 12-2 angefügt, so dass der Filzzwickel 14 im Zwischenraum zwischen den mehreren (hier: 3) Fasermateriallagen eingefügt wird. Es resultiert ein Konstrukt 10.
  • b) Infiltrieren der Fasermateriallagen 12-1 bis 12-3 und des Filzzwickels 14 mit einem (nicht dargestellten) Matrixmaterial (z. B. Expoxidharz), und nachfolgendes
  • c) Aushärten der zusammengefügten und infiltrierten Fasermateriallagen 12-1 bis 12-3 samt Filzzwickel 14.
The 1 to 3 illustrate a method of making a fiber composite component 10 ' ( 3 ) comprising three consecutively performed steps:
  • a) joining together three each fiber material layers 12-1 . 12-2 and 12-3 , being a felt winder 14 is inserted into a gap, which consists of two curved surface sections 16-1 and 16-2 the fiber material layers 12-1 and 12-2 is limited. In the illustrated embodiment, this is how it is in 1 is shown, first the suitably shaped Filzzwickel 14 with a flat base on top of the fiber material layer 12-3 hung up. Then, as is in 2 is shown, the two other fiber material layers 12-1 and 12-2 added so that the felt wrap 14 in the space between the several (here: 3 ) Fiber material layers is inserted. The result is a construct 10 ,
  • b) infiltrating the fiber material layers 12-1 to 12-3 and the felt wrap 14 with a matrix material (not shown) (eg, epoxy resin), and the following
  • c) curing the assembled and infiltrated fibrous material layers 12-1 to 12-3 velvet felt wraps 14 ,

Die ausgehärteten und fest miteinander verbundenen Fasermateriallagen samt zwischengefügtem Filzzwickel sind in 3 mit 12'-1, 12'-2, 12'-3 und 14' bezeichnet.The cured and firmly interconnected fiber layers, including interposed Filzzwickel are in 3 With 12'-1 . 12'-2 . 12'-3 and 14 ' designated.

Das Bauteil 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel, wie aus 3 ersichtlich, ein Profilbauteil mit T-förmigem Querschnitt und besitzt aufgrund der Integration des angebundenen und ausgehärteten Filzzwickels 14' trotz einfacher Herstellung eine hohe mechanische Belastbarkeit.The component 10 is in this embodiment, as out 3 can be seen, a profile component with T-shaped cross-section and has due to the integration of the tethered and cured Filzzwickels 14 ' despite a simple production a high mechanical strength.

In 3 ist die Länge des Profilbauteils 10' der Einfachheit der Darstellung halber relativ kurz (im Vergleich zu den Abmessungen des Pofilquerschnitts) gezeichnet.In 3 is the length of the profile component 10 ' For the sake of simplicity, the illustration is drawn relatively short (in comparison to the dimensions of the profile cross-section).

In der Praxis eignet sich das Verfahren insbesondere auch zur Herstellung länglicher, gerade oder gekrümmt verlaufender Profilbauteile.In practice, the method is particularly suitable for producing elongated, straight or curved profile components.

Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.In the following description of further embodiments, the same reference numerals are used for equivalent components, each supplemented by a small letter to distinguish the embodiment. In this case, essentially only the differences from the embodiment (s) already described are discussed and, moreover, reference is hereby explicitly made to the description of previous exemplary embodiments.

Was die Herstellung eines ganz allgemein aus Filz gebildeten Füllkörpers wie des oben beschriebenen Filzzwickels 14 angelangt, so kann dies in vielfältiger Weise bewerkstelligt werden.As for the production of a generally formed from felt filler such as the Filzzwickels described above 14 This can be done in a variety of ways.

Die 4 und 5 veranschaulichen eine in der Praxis besonders vorteilhafte Art und Weise der Herstellung eines Füllkörpers 14a (5).The 4 and 5 illustrate a particularly advantageous in practice, the manner of producing a filling body 14a ( 5 ).

4 zeigt eine als Vorrat gehaltene Filzplatte (z. B. Nadelfilz) 20a. Die Filzplatte 20a besteht aus einem isotropen Filz mit einer Dicke d, die ausreichend dazu bemessen ist, um benötigte Füllkörper davon abtrennen zu können. 4 shows a felt plate held as stock (eg needle felt) 20a , The felt plate 20a consists of an isotropic felt with a thickness d, which is sufficiently dimensioned to be able to separate the required filler from it.

In 4 sind Schnittlinien für die Abtrennung von Füllkörpern der Form des Füllkörpers 14a gestrichelt eingezeichnet. Die entsprechende Bearbeitung der Filzplatte 20a erfolgt bevorzugt automatisiert, z. B. mittels einer rechnergesteuerten Schneidapparatur.In 4 are sectional lines for the separation of packing of the shape of the packing 14a dashed lines. The corresponding processing of the felt plate 20a preferably automated, z. B. by means of a computer-controlled cutting apparatus.

Es versteht sich, dass die in 5 dargestellte, keilförmige, prismatische Form des Füllkörpers 14a lediglich beispielhaft zu verstehen ist und mit der beschriebenen Methode auch Füllkörper einer anderen Geometrie aus der Filzplatte 20a abgetrennt bzw. herausgetrennt werden können (z. B. der in 1 dargestellte Filzzwickel 14).It is understood that in 5 illustrated, wedge-shaped, prismatic shape of the packing 14a merely by way of example and with the described method also packing of another geometry from the felt plate 20a can be separated or separated out (eg the in 1 illustrated felt wraps 14 ).

Die 6 und 7 veranschaulichen weitere Beispiele von zusammengefügten Fasermaterialkonstrukten 10b und 10c zur Herstellung von Faserverbundbauteilen.The 6 and 7 illustrate further examples of assembled fibrous material constructs 10b and 10c for the production of fiber composite components.

Bei dem Beispiel gemäß 6 wurden vier Fasermateriallagen 12b-1 bis 12b-4, die jeweils als abgewinkelte Profile gestaltet sind, zur Bildung des Konstrukts 10b zusammengefügt. Nach Infiltration und Aushärtung des Konstrukts 10b (samt Vlies-Füllkörper 14b) ergibt sich ein Profilbauteil mit X-förmigem Profilquerschnitt.In the example according to 6 were four fiber material layers 12b-1 to 12b-4 , which are each designed as angled profiles, to form the construct 10b together. After infiltration and curing of the construct 10b (including fleece filling 14b ) results in a profile component with X-shaped profile cross-section.

Bei dem Beispiel gemäß 7 wurde im Unterschied zu der mit Bezug auf die 1 bis 3 beschriebene Ausführungsform die dritte Fasermateriallage 12c-3 mit einem ausgebauchten Profilbereich vorgesehen, so dass der zwischengefügte Füllkörper 14c an drei gekrümmte Oberflächenabschnitte 16c-1 bis 16c-3 angrenzt.In the example according to 7 was different from the one related to the 1 to 3 described embodiment, the third fiber material layer 12c-3 provided with a bulged profile area, so that the interposed filler 14c at three curved surface sections 16c-1 to 16c-3 borders.

Es versteht sich, dass die bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen dargestellten Details und insbesondere geometrischen Formgestaltungen und Abmessungen in der Praxis weitreichend modifiziert werden können. Wesentlich ist die Verwendung eines Filzs als Füllkörper für wenigstens einen Zwischenraum, der von wenigstens einem gekrümmten Oberflächenabschnitt einer von mehreren Fasermateriallagen begrenzt wird. Der Begriff ”Fasermateriallage” soll hierbei insbesondere so genannte textile Halbzeuge umfassen wie sie in der Faserverbundtechnologie wohlbekannt sind. Hierbei ist es keineswegs ausgeschlossen und insbesondere für vergleichsweise dickwandige Fasermateriallagen sogar zweckmäßig, dass diese jeweils durch ein Übereinanderschichten mehrerer Einzellagen gebildet werden. Eine solche mehrlagige Fasermateriallage kann z. B. während des oben beschriebenen Zusammenfügungsschritts aufgebaut werden. Alternativ ist es z. B. möglich, mehrlagige Fasermateriallagen vorzufertigen, insbesondere als vorimprägnierte und bereits teilausgehärtete Faserverbundwerkstoffe.It is understood that the details shown in the embodiments described above and in particular geometric shapes and dimensions can be widely modified in practice. What is essential is the use of a felt as a filling body for at least one intermediate space which is delimited by at least one curved surface section of one of a plurality of fiber material layers. The term "fiber material layer" is intended to include in particular so-called textile semi-finished products as they are well known in fiber composite technology. In this case, it is by no means impossible and even expedient, in particular for comparatively thick-walled fiber material layers, that these are each formed by superimposing a plurality of individual layers. Such a multi-layer fiber material layer can, for. B. during the assembly step described above. Alternatively, it is z. For example, it is possible to prefabricate multilayer fiber material layers, in particular as pre-impregnated and already partially cured fiber composite materials.

Claims (6)

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (10'), umfassend folgende Schritte: – Zusammenfügen von mehreren jeweils flächigen Fasermateriallagen (12-1 bis 12-3), wobei ein Filz (14) in wenigstens einen Zwischenraum eingefügt wird, der von wenigstens einem gekrümmten Oberflächenabschnitt (16-1, 16-2) einer der Fasermateriallagen begrenzt wird, – Infiltrieren der Fasermateriallagen (12-1 bis 12-3) und des Filzes (14) mit einem Matrixmaterial, und – Aushärten der zusammengefügten und infiltrierten Fasermateriallagen (12-1 bis 12-3) samt Filz (14).Method for producing a fiber composite component ( 10 ' ), comprising the following steps: - joining together a plurality of respectively flat fiber material layers ( 12-1 to 12-3 ), whereby a felt ( 14 ) is inserted in at least one space which is defined by at least one curved surface section ( 16-1 . 16-2 ) one of the fiber material layers is limited, - infiltrating the fiber material layers ( 12-1 to 12-3 ) and the felt ( 14 ) with a matrix material, and - curing the assembled and infiltrated fibrous material layers ( 12-1 to 12-3 ) including felt ( 14 ). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Filz (14) im wesentlichen isotrop ist.The method of claim 1, wherein the felt ( 14 ) is substantially isotropic. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für den Filz (14) dieselbe Faserart wie für die zusammenzufügenden Fasermateriallagen (12-1 bis 12-3) vorgesehen ist. Method according to one of the preceding claims, wherein for the felt ( 14 ) the same type of fiber as for the fibrous material layers to be assembled ( 12-1 to 12-3 ) is provided. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zu verwendende Filz (14) zuvor aus einem flächigen Filzgebilde (20) abgetrennt wurde.Method according to one of the preceding claims, wherein the felt to be used ( 14 ) previously from a flat felt structure ( 20 ) was separated. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zu verwendende Filz (14) mittels einer automatisierten Trennapparatur unter Verwendung von CAD-Daten konturgenau aus einem Filzgebilde (20) herausgearbeitet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the felt to be used ( 14 ) by means of an automated separation apparatus using CAD data contour accurate from a felt structure ( 20 ) is worked out. Faserverbundbauteil (10'), hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.Fiber composite component ( 10 ' ), prepared by a process according to any one of claims 1 to 5.
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