DE102008016616A1

DE102008016616A1 - Verfahren zum Herstellen eines hohlen Faserverbundbauteils

Info

Publication number: DE102008016616A1
Application number: DE102008016616A
Authority: DE
Inventors: Thiemo Adolf Erb; Thilo Rühle; Norbert Schwan
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2028-04-02
Also published as: DE102008016616B4

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines hohlen Faserverbundbauteils, - bei dem ein Vorformling aus Fasern unmittelbar auf einen Kern gewickelt oder gewebt oder geflochten wird, - bei dem der Vorformling mit dem Kern in eine Kavität eines Spritzwerkzeugs eingelegt wird, - bei dem ein Kunststoff in die Kavität eingespritzt wird, - bei dem als Kern ein aus Kunststoff hergestellter Hohlkörper verwendet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines hohlen Faserverbundbauteils.
Insbesondere für Leichtbauzwecke sind hohle Verbundbauteile weit verbreitet, bei denen zugfeste Fasern, wie z. B. Glasfasern oder Kohlefasern, in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind.
Aus der EP 0 911 143 B1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines solchen hohlen Faserverbundbauteils bekannt. Hierbei wird zunächst auf eine Wickelhilfe eine gewebte Fasermatte aufgewickelt, wodurch ein Vorformling gebildet wird. Nach dem Entfernen der Wickelhilfe wird der Vorformling in ein Spritzwerkzeug eingesetzt, wobei außerdem ein Kern in den Vorformling eingebracht wird. Der Kern wird dabei durch eine aufblasbare Blase gebildet. Im Spritzwerkzeug erfolgt dann die Einspritzung des die Matrix bildenden Kunststoffs bei aufgeblasener Blase.
Aus der DE 10 2004 006 615 A1 ist ein anderes Verfahren bekannt, bei dem zunächst der Vorformling aus gewebten Fasermatten hergestellt wird, um anschließend einen aufblasbaren Schlauch darin einzusetzen. In einem Spritzformwerkzeug dient der aufgeblasene Schlauch als Kern. Ein weiteres Verfahren dieser Art ist aus der DE 198 03 909 A1 bekannt.
Aus der US 4,911,876 ist ein weiteres Verfahren bekannt, bei dem die Fasern in eine Kavität eines Spritzwerkzeugs eingelegt werden. Anschließend wird auf die Fasern eine aufblasbare Blase als Kern in die Kavität eingelegt. Anschließend wird das Spritzwerkzeug geschlossen, um den Spritzvorgang bei aufgeblasener Blase durchzuführen. Weitere Verfahren dieser Art sind aus der US 4,863,771 , der EP 1 595 787 A1 und der US 5,156,781 bekannt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren zum Herstellen eines hohlen Faserverbundbauteils eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch charakterisiert, dass es vereinfacht durchführbar ist, um die Herstellungskosten für die Verbundbauteile zu reduzieren.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, als Kern einen Kunststoffhohlkörper zu verwenden, auf den die Fasern direkt aufgewickelt oder aufgewebt oder aufgeflochten werden, um den Vorformling herzustellen. Der so hergestellte Vorformling enthält bereits den für den nachfolgenden Spritzvorgang erforderlichen Kern. Dementsprechend können Verfahrensschritte zum Austauschen beispielsweise einer Wickelhilfe gegen einen Kern, entfallen. Hierdurch vereinfacht sich das Verfahren, was die Herstellungskosten der Verbundbauteile entsprechend senkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der den Kern bildende Hohlkörper beim Spritzgießen pneumatisch oder hydraulisch mit einem Innendruck beaufschlagt werden. Hierdurch erhält der Hohlkörper eine erhöhte Steifigkeit und die für den Spritzvorgang erforderliche Formstabilität.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Hohlkörper beim Wickeln oder Weben oder Flechten des Vorformlings pneumatisch oder hydraulisch mit einem Innendruck beaufschlagt werden. Auch hierdurch lässt sich die Formstabilität des Hohlkörpers erhöhen, was ein reproduzierbares Herstellen des Vorformlings begünstigt.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Hohlkörper selbst durch Blasformen hergestellt wird. Hierdurch ist der Hohlkörper seinerseits besonders preiswert herstellbar, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn der Hohlkörper nach dem Spritzgießen des Verbundbauteils in demselben verbleibt.
Im Unterschied zu einem aufblasbaren Schlauch bzw. zu einer aufblasbaren Blase ist der Hohlkörper vorzugsweise so ausgestaltet, dass er eine selbsttragende Außenhaut besitzt und insoweit eine gewisse Formstabilität aufweist. Durch den aufgebrachten Innendruck wird dabei die Formstabilität des Hohlkörpers nicht gebildet, sondern lediglich unterstützt.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 bis 4 jeweils einen stark vereinfachten Querschnitt eines Faserverbundbauteils bei verschiedenen Herstellungsstufen,
5 eine perspektivische Ansicht eines fertigen Faserverbundbauteils.
Anhand der 1 bis 4 wird im Folgenden ein Verfahren zum Herstellen eines hohlen Faserverbundbauteils 1 näher erläutert, von dem in den 4 und 5 zwei unterschiedliche Ausgestaltungsformen wiedergegeben sind. Während in 4 ein rohrförmiges Faserverbundbauteil 1 gezeigt ist, stellt 5 ein Verbundbauteil 1 dar, das als Luftleitelement für ein Fahrzeug, ausgestaltet ist. Beispielsweise handelt es sich hierbei um einen Heckspoiler eines Sportwagens. Dabei kann insbesondere ein aerodynamisch profilierter Flügel 2 dieses Heckspoilers das hohle Verbundbauteil 1 bilden, das nach dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden kann.
Mit Bezug auf die 3 und 4 wird das Verfahren zum Herstellen des Faserverbundbauteils 1 näher erläutert, während mit Bezug auf die 1 und 2 ein Verfahren zum Herstellen eines Kerns 3 näher erläutert wird, der entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform beim Verfahren zum Herstellen des Faserverbundbauteils 1 verwendet werden kann.
Beim Kern 3 handelt es sich um einen aus Kunststoff hergestellten Hohlkörper, der im folgenden ebenfalls mit 3 bezeichnet wird. Vorzugsweise handelt es sich beim Hohlkörper 3 um ein Blasformteil, also um ein Bauteil, das durch Blasformen hergestellt wird. Entsprechend 1 wird hierzu ein Kernrohling 4 hergestellt, der hohl ist. Der Kernrohling 4 kann beispielsweise schlauchartig gestaltet sein. Entsprechend 2 kann der Kernrohling 4 in einem Blasformwerkzeug 5 blasgeformt werden, um den eigentlichen Kern 3 bzw. den Hohlkörper 3 auszubilden. Beispielsweise kann für die Herstellung des Hohlkörpers 3 Polypropylen verwendet werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen des Faserverbundbauteils 1 wird zunächst ein Vorformling 6 hergestellt. Entsprechend 3 wird der Vorformling 6 dabei aus Fasern hergestellt, die unmittelbar auf den Kern 3, also auf den Hohlkörper 3 aufgewickelt oder aufgewebt oder aufgeflochten werden. Somit dient der Kern 3 beim Wickeln, Weben oder Flechten des Vorformlings 6 bereits als Hilfsmittel, das dem Vorformling 6 die erwünschte Formstabilität gibt. Das Wickeln, Weben bzw. Flechten des Vorformlings 6 aus den Fasern erfolgt dabei in einer entsprechenden Wickel-, Web- oder Flechtmaschine 7. Als Fasern kommen bevorzugt Kohle- bzw. Carbonfasern in Frage.
Anschließend wird der Vorformling 6 mit eingewickeltem, eingewebtem oder eingeflochtenem Kern 3 in eine Kavität 8 eines Spritzwerkzeugs 9 eingelegt, was in 4 dargestellt ist. Anschließend kann auf geeignete Weise ein Kunststoff in die Kavität 8 eingespritzt werden, der den Vorformling 6 durchdringt und letztlich die Matrix bildet, in welchen die Fasern des Vorformlings 6 eingebettet sind. Beim Kunststoff handelt es sich zweckmäßig um einen thermisch aushärtbaren Kunststoff. Der beim Spritzgießen verwendete Kunststoff ist zweckmäßig ein Harz. Insbesondere ist es ein Duroplast oder ein Elastomer. Nach dem Aushärten des Kunststoffs liegt das Faserverbundbauteil 1 vor. Je nach dem kann der Hohlkörper 3 aus dem Inneren des Verbundbauteils 1 entfernt werden oder darin verbleiben.
Vorzugsweise wird der Hohlkörper 3 mit wenigstens einem Druckanschluss 10 ausgestattet. Beispielsweise wird der blasgeformte Hohlkörper 3 nach dem Blasformen gemäß 2 mit dem Druckanschluss 10 versehen, den er dann beim Wickeln, Weben oder Flechten des Vorformlings 6 gemäß 3 bereits aufweist. Grundsätzlich kann bereits der Kernrohling 4 einen geeigneten Druckanschluss aufweisen, der beim Blasformen zum Aufbringen eines Umformdrucks oder Blasformdrucks genutzt werden kann.
Über diesen Druckanschluss 10 ist es möglich, in einem Inneren 11 des Hohlkörpers 3 einen Innendruck zu erzeugen. Eine entsprechende Druckbeaufschlagung ist hierbei in den 3 und 4 durch einen mit 12 bezeichneten Pfeil symbolisiert.
Der hierbei verwendete Hohlkörper 3 ist bevorzugt so ausgestaltet, dass er in sich formstabil ist. Der Hohlkörper 3 ist selbsttragend ausgestaltet. Insbesondere handelt es sich dann nicht um einen Schlauch oder um eine Blase mit flexibler Hülle.
Gemäß 3 kann der Hohlkörper 3 beim Wickeln oder Weben oder Flechten des Vorformlings 6 über seinen Druckanschluss 10 pneumatisch oder hydraulisch mit einem Innendruck beaufschlagt werden. Dieser Innendruck ist zweckmäßig größer als der Umgebungsdruck, wodurch der Vorformling 3 eine erhöhte Formstabilität erhält.
Entsprechend 4 ist es außerdem möglich, den Hohlkörper 3 beim Spritzgießen über seinen Druckanschluss 10 pneumatisch oder hydraulisch mit einem Innendruck zu beaufschlagen. Dieser Innendruck ist dabei jedenfalls größer als der Umgebungsdruck.
Bevorzugt liegt der beim Spritzgießen im Inneren 11 des Hohlkörpers 3 erzeugte Innendruck jedoch deutlich höher. Beispielsweise ist er mindestens gleich groß wie der Druck im Kunststoff, den dieser beim Einspritzen innerhalb der Kavität 8 aufweist. Hierdurch kann auch beim Spritzgießen eine erhöhte Formstabilität für den Vorformling 6 erreicht werden.
Entsprechend 5 kann außerdem optional vorgesehen sein, den Hohlkörper 3 mit wenigstens einer Aufnahme 13 auszustatten, die in 5 durch unterbrochene Linien angedeutet ist. Insbesondere für die Herstellung des Vorformlings 6 kann in diese Aufnahme 13 ein hier nicht dargestellter Träger eingesetzt werden. Mit Hilfe dieses Trägers kann der Hohlkörper 3 in der Wickel-, Web- oder Flechtmaschine 7 besser positioniert werden. Hierdurch wird das Herstellen des Vorformlings 6 erleichtert.
Das erfindungsgemäße Verfahren vereinfacht die Herstellung hohler Faserverbundbauteile 1, da der Vorformling 6 unmittelbar auf dem als Kern 3 dienenden Hohlkörper 3 hergestellt wird, wodurch insbesondere ein Schritt zum Einbringen eines Kerns 3 in den Vorformling 6 entfallen kann. Desweiteren kann der Hohlkörper 3, wenn er als Blasformteil hergestellt wird, besonders preiswert realisiert werden. Insbesondere dann, wenn der Hohlkörper 3 nach dem Spritzen des Kunststoffs im Faserverbundbauteil 1 dauerhaft verbleibt, ist es von erhöhter Bedeutung, den Kern 3 kostengünstig herzustellen.
Außerdem besitzen Blasformteile besonders saubere Oberflächen, was die Herstellung qualitativ hochwertiger Verbundbauteile 1 erleichtert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0911143 B1 [0003]
- DE 102004006615 A1 [0004]
- DE 19803909 A1 [0004]
- US 4911876 [0005]
- US 4863771 [0005]
- EP 1595787 A1 [0005]
- US 5156781 [0005]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines hohlen Faserverbundbauteils (1), – bei dem ein Vorformling (6) aus Fasern unmittelbar auf einen Kern (3) gewickelt oder gewebt oder geflochten wird, – bei dem der Vorformling (6) mit dem Kern (3) in eine Kavität (8) eines Spritzwerkzeugs (9) eingelegt wird, – bei dem ein Kunststoff in die Kavität (8) eingespritzt wird, – bei dem als Kern ein aus Kunststoff hergestellter Hohlkörper (3) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) beim Spritzgießen pneumatisch oder hydraulisch mit einem Innendruck beaufschlagt wird, der über dem Umgebungsdruck liegt oder zumindest gleich groß ist wie der Druck im Kunststoff in der Kavität (8) beim Einspritzen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) beim Wickeln oder Weben oder Flechten des Vorformlings (6) pneumatisch oder hydraulisch mit einem Innendruck beaufschlagt wird, der größer ist als der Umgebungsdruck.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) durch Blasformen hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) aus Polypropylen hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Kavität (8) eingespritzte Kunststoff ein Harz ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz ein Duroplast oder ein Elastomer ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) zumindest einen Druckanschluss (10) aufweist, durch den sein Inneres (11) mit einem Innendruck beaufschlagbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) zumindest eine Aufnahme (13) aufweist, in die ein Träger zur Lagepositionierung des Hohlkörpers (3) in einer Wickel-, Web- oder Flechtmaschine (7) einsetzbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbundbauteil (1) ein Fahrzeugbauteil ist, bei dem es sich insbesondere um ein Luftleitelement, z. B. um einen Spoiler, handeln kann.