DE102010010876A1 - Verlorener Formkern zur Herstellung von Bauteilen aus polymeren Faserverbundwerkstoffen sowie Verfahren zur Herstellung desselben und Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus polymeren Faserverbundwerkstoffen mit einem verlorenen Formkern - Google Patents

Verlorener Formkern zur Herstellung von Bauteilen aus polymeren Faserverbundwerkstoffen sowie Verfahren zur Herstellung desselben und Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus polymeren Faserverbundwerkstoffen mit einem verlorenen Formkern Download PDF

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Abstract

Verlorener Formkern zur Herstellung von Bauteilen aus polymeren Faserverbundwerkstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens teilweise, insbesondere lokal oder in einer Schicht, mit einer Faser- oder Textilverstärkung versehen ist, sowie Verfahren zur Herstellung eines verlorenen Formkerns, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Anordnen eines Ausgangsmaterials für eine Faser- oder Textilverstärkung in einem vorzugsweise pulverförmigen oder flüssigen Formkernausgangsmaterial, und Erhitzen des Formkernausgangsmaterials mit darin angeordnetem Ausgangsmaterial zum Aushärten des Formkerns.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen verlorenen Formkern, insbesondere einen in einer Flüssigkeit oder chemisch löslichen Formkern, zur Herstellung von Bauteilen aus polymeren Faserverbundwerkstoffen, ein Verfahren zur Herstellung desselben sowie ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus polymeren Faserverbundwerkstoffen mit besagtem Formkern.
  • Zur Erschließung des Leichtbaupotentials von modernen Faserverbundstrukturen werden zunehmend große und komplexe Bauteile hergestellt. Das Fügen und Bearbeiten von Einzelteilen entfällt dadurch, was zu einer besseren Werkstoffausnutzung und einer verbesserten Wirtschaftlichkeit führt. Eine wesentliche Herausforderung bei einer Integralbauweise liegt in der Abbildung von Hohlkörpern, insbesondere bei filigranen Strukturen mit Hinterschneidungen oder bei konischen Hohlkörpern. Die Nutzung von mehrteiligen Formkernen aus Metallen (Stahl oder Aluminium) ist Stand der Technik. Probleme bilden hier insbesondere die lösbare Verbindung der Einzelteile, die Abdichtung der Flächen zueinander, die Wärmeausdehnung, die Temperierung und häufig auch das Eigengewicht des Materials.
  • Dies hat zur Entwicklung von sogenannten verlorenen Kernen (verlorenen Formkernen) geführt, die nach Aushärtung des Bauteils ausgespült oder auf andere Weise entfernt werden. Erste Anwendungen sind durch den Motorsport gegeben und in Kleinserienfertigungen für den Flugzeugbau zu finden.
  • Die Nutzung von verlorenen Kernen ist im Metallguss verbreitet und durch die Anpassung der Materialien (Keramik plus Glashohlkugeln, verklebt mit einem thermisch aktivierten Bindermaterial) auch für polymere Faserverbundbauteile angepasst.
  • Ein entscheidender Unterschied bei der Nutzung gegenüber Formkernmaterialien aus dem Metallbau ist durch den Temperatureinsatz gegeben. Für den Metallguss verwendete Formkernmaterialien lösen ihre Bindungskraft bei Temperaturen des flüssigen Metalls auf und können anschließend ausgeschüttet oder ausgespült werden. Da bei der Herstellung von Faserverbundmaterialien die Prozesstemperaturen deutlich geringer sind, können diese Formkernmaterialien nicht verwendet werden. Daher wurde ein Material entwickelt, welches in einem Ofen zuvor seine Festigkeit erreicht und durch zum Beispiel Wasser seine Festigkeit wieder verliert, um ausgespült werden zu können. Formkerne für den Metallguss sind in der Regel darauf ausgelegt, thermisch zu isolieren und die Wärme erst nach einiger Zeit abzugeben, um die Bildung von Lunkern zu vermeiden. Im Gegensatz dazu soll bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen das Formkernmaterial aktiv beheizt werden, um die notwendige Wärmemenge zur Aushärtung einer polymeren Matrix des späteren Bauteils bereitzustellen.
  • Die Verwendung aktuell erhältlicher Systeme besitzt jedoch drei gravierende Nachteile: mechanische Empfindlichkeit bei der Handhabung, schlechte Kompatibilität der Wärmeausdehnung mit metallischen Einsätzen und eine geringer Wärmeleitfähigkeit.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen verlorenen Formkern mit besseren mechanischen Eigenschaften, insbesondere Festigkeit und Steifigkeit, bereitzustellen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen verlorenen Formkern zur Herstellung von Bauteilen aus polymeren Faserverbundwerkstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens teilweise, insbesondere lokal oder in einer Schicht, mit einer Faser- oder Textilverstärkung versehen ist. Mit anderen Worten wird ein faser- oder textilverstärkter Formkern bereitgestellt. Die Textilverstärkung besteht dabei ebenfalls aus Fasern. Es handelt sich aber um einen speziellen Aufbau. Mit dem Begriff „Textilverstärkung” soll darauf hingewiesen werden, dass die Fasern zueinander eine gerichtete Orientierung haben. Eine Faser- oder Textilverstärkung kann in einem einfachen Fall schichtförmig sein. Es kann jedoch nahezu beliebig eine komplexe Körperstruktur aus Fasern und/oder Faserverbund eingefügt werden.
  • Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines verlorenen Formkerns, insbesondere eines verlorenen Formkerns nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Anordnen eines Ausgangsmaterials für eine Faser- oder Textilverstärkung in einem vorzugsweise pulverförmigen oder flüssigen Formkernausgangsmaterial und Erhitzen des Formkernausgangsmaterials mit darin angeordnetem Ausgangsmaterial zum Aushärten des Formkerns. Beispielsweise kann ein pulverförmiges Formkernausgangsmaterial auf Sand, Salz, Glas oder dergleichen basieren.
  • Schließlich liefert die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus polymeren Faserverbundwerkstoffen mit einem verlorenen Formkern, dadurch gekennzeichnet, dass ein verlorener Formkern nach einem der Ansprüche 1 bis 11 verwendet wird.
  • Bei dem Formkern kann vorgesehen sein, dass er als Hohlkern ausgebildet ist. Dadurch kann Gewicht gespart werden und/oder eine verbesserte Aufheizung erreicht werden, da die wärmespeichernde Masse reduziert und die Möglichkeit geschaffen wird, die Formkerne mit einem Wärmeträger-Medium durchfließen zu lassen. In diesem Fall verbessert sich die Wärmeleitung auch dadurch, dass der Wärmetransportwiderstand durch dünnere Wandstärken reduziert wird.
  • Günstigerweise ist die Faser- oder Textilverstärkung in mindestens einer zur Außenfläche des Formkerns zumindest im wesentlichen parallel verlaufenden Schicht ausgebildet.
  • Alternativ ist denkbar, dass der Formkern als Vollkern ausgebildet ist.
  • Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Faser- oder Textilverstärkung nur in einer zur Außenfläche des Formkerns zumindest im wesentlichen parallel verlaufenden Schicht ausgebildet ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke der Schicht konstant oder variiert sie gezielt. Mit Schicht ist eine flächige Verteilung der Faser- oder Textilverstärkung bzw. der Faserverbundverstärkung gemeint. Bei gezielt variierender Dicke der Schicht kann die darin durch Fließenlassen von elektrischen Strom erzeugte Wärme nach Bedarf gezielt räumlich variieren.
  • Auch ist denkbar, dass die Faser- oder Textilverstärkung als Verbundstruktur ausgebildet ist oder dass die Faser- oder Textilverstärkung als Faser- oder Textilstruktur ausgebildet ist.
  • Wiederum in einer alternativen Ausführungsform ist die Faser- oder Textilverstärkung zumindest im wesentlichen über das gesamte Volumen des Formkerns ausgebildet.
  • Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Faser- oder Textilverstärkung in einem Schichtverbund angeordnet ist.
  • Vorteilhafterweise besteht die Außenschicht des Formkerns aus einer glatten Deckschicht des Formkernmaterials, die bei der Nutzung im Injektionsprozess vor Eindringen des Harzes versiegelt ist.
  • Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung weist der Formkern elektrische Kontakte zum Hindurchleiten von elektrischem Strom durch die Faserverstärkung und dadurch Erwärmen desselben auf. Mit anderen Worten ermöglicht der Formkern dann eine elektrische Widerstandsheizung.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus polymeren Faserverbundwerkstoffen kann vorgesehen sein, dass der Formkern in eine mit polymerem Fasermaterial gefüllte Form eingebracht, zum Aushärten des Bauteils aktiv erwärmt, zusammen mit dem Bauteil aus der Form entfernt und aus dem Bauteil entfernt wird. Mit Form ist eine in der Regel metallische formgebende Komponente, ein Werkzeug, gemeint.
  • Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass Druck auf das polymere Fasermaterial durch gezielte thermische Ausdehnung des Formkerns aufgrund des Erwärmens ausgeübt wird. Das Erwärmen kann durch Erwärmen des Formkerns von innen (aktiv) oder von außen (passiv) erfolgen.
  • Weiterhin ist denkbar, dass das aktive Erwärmen gezielt lokal, in einer Schicht, vorzugsweise in der Nähe der Oberfläche des Formkerns, oder zumindest im wesentlichen über das gesamte Volumen des Formkerns erfolgt.
  • Günstigerweise erfolgt das aktive Erwärmen mittels Fließenlassen von elektrischem Strom durch die Faser- oder Textilverstärkung.
  • Schließlich ist in einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung der Formkern ein Hohlkern mit einem, vorzugsweise mittigen, Hohlraum und wird er nur oder zusätzlich aktiv erwärmt, indem ein Wärmeträger-Medium durch den Hohlraum fließengelassen wird.
  • Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch die Integration von Faser- oder Textilverstärkungen in einem verlorenen Kern (Formkern) dessen mechanische Eigenschaften, insbesondere Festigkeit und Steifigkeit, verbessert werden können.
  • Mittels unterschiedlicher Wandstärken eines als Hohlkern ausgebildeten Formkerns oder mittels unterschiedlicher Dicken von Faser- oder Textilverstärkungen können unterschiedliche mechanische Eigenschaften, ein angepasster Temperaturverlauf oder eine definierte thermische Ausdehnung realisiert werden.
  • Desweiteren lässt sich zumindest in einer besonderen Ausführungsform eine konstruierbare gezielte und lokale Temperierung des Formkerns zur (i) Aushärtung einer polymeren Matrix eines Faserverbundbauteils und (ii) Steuerung des richtungsabhängigen Ausdehnungsverhaltens des Formkerns zum Aufbringen eines lokalen Prozessdruckes erreichen. Ein solcher Prozessdruck ist für die Qualität von Faserverbundbauteilen von großer Bedeutung, da harzreiche Zonen verhindert werden können. Die Temperaturführung lässt sich durch die Integration von Faser- und Faserverbundstrukturen bzw. Textil- und Textilverbundstrukturen im Formkern so gestalten, dass die gewünschte Temperatur/der gewünschte Temperaturverlauf an der Formkernoberfläche erzeugt werden kann.
  • Mit einer Faser- oder Textilverstärkung kann der Formkern sowohl volumetrisch als auch in dünnwandigen Zonen beheizt werden. Denkbar sind lokal unterschiedliche Temperaturen, um dem lokalen Heizbedarf gerecht zu werden oder gezielt eine Polymerisationsfront zu erzeugen. Eine dünnwandige Struktur aus Faser-/Faserverbundwerkstoffen oder Textil-/Textilverbundwerkstoffen kann bei Nutzung Wärme an der Formkernoberfläche erzeugen, so dass ein vollständiges Erwärmen des Formkerns nicht erforderlich wird. Die Wärme kann gleichmäßig auf eine Fläche gebracht werden, da Faser-/Faserverbundstrukturen oder Textil-/Textilverbundstrukturen eine gleichmäßige flächige Wärmeemission ermöglichen.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfasst diese eine Zumischung von Polymer- oder Carbon-(Lang-)Fasern oder daraus hergestellten Textilien, die unter Berücksichtigung der Faserorientierung oder textilen Architektur in ein pulverförmiges Formkernmaterial integriert werden.
  • Durch die Verstärkungswirkung der Fasern oder Textilien kann die mechanische Robustheit der Formkerne beim Handling und beim Einsatz als Formkern selbst deutlich gesteigert werden. Durch die Nutzung der Anisotropie und die Möglichkeit einer Herstellung von Formkernen als Hohlkerne kann Gewicht gespart werden und dadurch die Verformung von langen Formkernen reduziert werden.
  • Weiterhin lässt sich in besonderen Ausführungsformen eine aktive Beheizung der Materialien des Formkerns nahe seiner Oberfläche, um eine gute Wärmeübertragung zur Polymerisation eines Matrixwerkstoffes zu erreichen, erzielen. Durch den Einsatz von Textilien aus Kohlenstofffasern kann in dem Formkern eine elektrische Widerstandsheizung integriert werden. Damit kann die Aufheizung der in der Regel schlecht wärmeleitenden Formkernmaterialien entscheidend beschleunigt werden. Diese Art der Beheizung des Formkernmaterials ermöglicht zudem, dass innenliegende Formkerne durch eine kleine Öffnung, zur Ausführung des Fasermaterials und späteren Ausspülung des Formkerns, beheizt werden können. Zur Herstellung wird in einer besonderen Ausführungsform das Fasermaterial direkt im Formkernmaterial eingebunden oder zunächst in gestreckter Form mit Harz oder einem anderen Matrixmaterial ausgehärtet. Die Faserstränge können dadurch in einer definierten Geometrie in den Formkern eingebracht werden. Die Nutzung von Geflechtschlauch oder das Wickeln von Fasermaterial scheint ebenfalls sinnvoll einsetzbar zu sein. Die freien Enden von Faserrovings werden zur Einspeisung eines elektrischen Stroms, zum Beispiel an einer leitenden Schiene festgelötet, um einen vorzugsweise festen Kontakt herzustellen. In einem zweiten Schritt wird der wasserlösliche oder in einer wässrigen Lösung lösliche Formkern mit integrierten Fasermaterial zur Aushärtung in einem Ofen erhitzt.
  • Die thermische Ausdehnung von Kohlenstofffasern ist in Faserrichtung sehr gering, aber radial relativ groß. Dadurch wird insbesondere im Faserverbundwerkstoff das Ausdehnungsverhalten in Maßen einstellbar und ist daher geeignet, eine konstruierte Ausrichtung des Fasermaterials im Formkern zur Gestaltung einer gezielten Ausdehnungsrichtung und – intensität einzustellen. Spannungen und Risse aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten können dadurch beispielsweise stark reduziert oder gänzlich vermieden werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der mehrere Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert werden, in denen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht von einem teilweise weggebrochenen erwärmten verlorenen Formkern gemäß einer ersten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Temperaturverteilung zeigt;
  • 2 eine perspektivische Ansicht von einem teilweise weggebrochenen verlorenen Formkern gemäß einer zweiten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 3 eine perspektivische Ansicht von einem teilweise weggebrochenen verlorenen Formkern gemäß einer dritten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4 eine perspektivische Ansicht von einem teilweise weggebrochenen verlorenen Formkern gemäß einer vierten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5 eine perspektivische Ansicht von einem teilweise weggebrochenen erwärmten verlorenen Formkern gemäß einer fünften besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Temperaturerwärmung zeigt;
  • 6 eine perspektivische Ansicht wie 1, aber mit Ausdehnungsverteilung zeigt;
  • 7 eine perspektivische Ansicht von einem teilweise weggebrochenen verlorenen Formkern gemäß einer sechsten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Ausdehnungsverteilung zeigt;
  • 8 eine perspektivische Ansicht von einem teilweise weggebrochenen verlorenen Formkern gemäß einer siebten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Ausdehnungsverteilung zeigt; und
  • 9 eine perspektivische Ansicht von einem teilweise weggebrochenen verlorenen Formkern gemäß einer achten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Ausdehnungsverteilung zeigt.
  • Zur Darstellung von verschiedenen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen verlorenen Formkerns werden hier die Formkerne jeweils als quaderförmige Körper gezeigt. Allgemein können die Formkerne aber auch andere Formen aufweisen.
  • Des weiteren kann der faserverstärkte verlorene Formkern für die beschriebenen Anwendungen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, zur Erwärmung und zur Regulierung einer gezielten thermischen Ausdehnung in folgenden Formen ausgeprägt sein:
    • – Herstellung und Nutzung sowohl als Hohl- als auch Vollkern
    • – Faserverstärkung durch Nutzung unterschiedlicher Textilien (UD (unidirektional), Gewebe, Gelege, 3D-Gewebe oder ähnliches)
    • – mit nur einer Faserlage als auch mit mehreren Lagen eines Textils
    • – Textil jeweils unbehandelt und damit biegeschlaff in Formkernmaterial bzw. -ausgangsmaterial eingebettet oder vorher mit einer separaten Matrix als Faserverbund in dem Formkernmaterial bzw. -ausgangsmaterial integriert.
  • Die Faser- bzw. Textilverstärkung kann homogen oder gerichtet oder lokal begrenzt sein. Eine komplexere Formkerngestalt erfordert in der Regel eine Anpassung der Faser-/Textil- oder Faserverbundstruktur im Formkernmaterial.
  • Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Materialien von verlorenen Formkernen ist in hohem Maße von der Faserorientierung abhängig.
  • 1 zeigt einen Formkern 10 mit einer Faserverstärkung 12 in Form einer Gewebeschicht. Das Integrieren der Gewebeschicht führt zu einer gleichmäßigen, das heißt homogenen, Ausprägung erhöhter mechanischer Eigenschaften. Eine Faserverstärkung in dieser Weise könnte genutzt werden, um einem auf den Formkern 10 radial ausgeprägten Druck entgegenzuwirken. Ebenso könnte der Formkern 10 als Hohlkern (siehe 2) mit dieser Faserverstärkung 12 radial wirkende Kräfte aus dem Inneren aufnehmen. Wenn die Faserverstärkung 12 beispielsweise aus Kohlenstofffasern oder einem daraus hergestellten Textil oder einem Verbund mit einem Harz besteht, kann durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Faserverstärkung 12 selbige zur Erwärmung genutzt werden. Ziel ist es in der Regel, die Oberfläche 14 eines Formkerns 12 zur Herstellung von Bauteilen mit einer polymeren Matrix zu erwärmen, um Faserverbundkomponenten herzustellen. Die in der 1 beispielhaft dargestellte Faserverstärkung 12 führt beim Anlegen einer elektrischen Spannung zu einer homogenen Erwärmung der Oberfläche 14 des Formkerns 12. Dies soll in der 1 durch den Verlauf der Temperatur T über den Umfang des Formkerns 10 verdeutlicht werden. Über den gesamten Umfang weist die Oberfläche 14 dieselbe Temperatur T auf.
  • 3 zeigt einen Formkern 10 mit einer Faserverstärkung 12 in Form eines Textils, welches durch höhere Anzahl von Fasern parallel zur Formkernachse eine Vorzugsrichtung parallel zur Formkernachse aufweist. Diese Art der Faserverstärkung wirkt einer erhöhten Druckbelastung in axialer Richtung des Formkerns 10 entgegen. In besonderem Maße würde eine Biegebeanspruchung zum Versagen des sich spröde verhaltenden unverstärkten Materials des Formkerns führen; die Faserverstärkung 12 in der gezeigten Art führt jedoch zu einer Reduzierung der Durchbiegung und schützt den verstärkten verlorenen Formkern 10 damit vor einer Rissbildung. Zudem ist eine vorher ausgehärtete T-förmige Faserverbundstruktur 16 vorgesehen, die das Ganze versteift.
  • In 4 ist ein faserverstärkter verlorener Formkern 10 mit einer Faserverstärkung 12 gezeigt, die sich nur lokal in einem Eckbereich befindet. Die Faserverstärkung 12 kann durch ein Textil oder ein Faserverbundprofil gebildet sein. Die Anwendung ist auf eine lokale Belastung oder Lasteinleitung zugeschnitten. Beispielsweise kann dies für den Transport des Formkerns und einen Reibschutz/Verschleißschutz lokal im Eckbereich dienen.
  • 5 zeigt einen faserverstärkten verlorenen Formkern 10 mit gerichteter Temperaturverteilung. Diese ergibt sich daraus, dass nur im oberen und im unteren Bereich jeweils eine Faserverstärkung 12 schichtförmig angeordnet ist. Eine ungleichmäßige Erwärmung des Formkerns 10 kann einen gerichteten Aushärtefortschritt/eine Aushärtefront zum Ziel haben. Eine Matrix (nicht gezeigt) eines herzustellenden Bauteils (nicht gezeigt) polymerisiert damit nicht gleichmäßig, sondern an einigen Bereichen zeitlich verzögert, wenn die obere und die untere Faserverstärkung 12 durch Anlegen einer elektrischen Spannung erwärmt werden. Wie sich anhand der 5 ergibt, weist der Formkern zunächst einmal an seiner Oberseite und seiner Unterseite durch das Heizen zunächst einmal eine konstante Temperatur T auf.
  • 6 zeigt einen verlorenen Formkern 10 gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der mit einer lokalen Faserverstärkung 12, die eine gezielte Erwärmung eines selektierten Bereiches ermöglicht. Dies ist in 6 durch einen Verlauf der Temperatur T entlang seiner Umfangslinie an der Oberseite dargestellt. Im mittleren Bereich weist die Oberfläche eine deutlich höhere Temperatur als zu den beiden seitlichen Linienabschnitten auf.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine anisotrope thermische Ausdehnung von Fasern, Textilien und/oder Faser verbunden in einer Faser- bzw. Textilverstärkung in einem verlorenen Formkern zur Druckaufbringung auf das herzustellende Bauteil genutzt werden. Das Aufbringen von Druck während der Herstellung von Bauteilen aus polymeren Faserverbundwerkstoffen ist in der Regel erforderlich, um eine konstante Fertigungsqualität und konstanten Materialeigenschaften zu erzielen. Besagtes Aufbringen kann gemäß der vorliegenden Erfindung ganz oder teilweise durch die thermische Ausdehnung des faserverstärkten verlorenen Formkerns erfolgen. Die Faser- bzw. Textilverstärkung ermöglicht in diesem Fall eine einstellbare Intensität der Kompaktierung des Bauteils oder des Preforms. Darüber hinaus wird die Aufbringung des Druckes in unterschiedliche Intensität lokal am Bauteil einstellbar.
  • Es ist von dem jeweiligen Ausdehnungskoeffizienten von integrierter Faser/integriertem Faseverbund und Formkernmaterial abhängig, ob die Faser- bzw. Textilverstärkung zu einer Reduzierung der thermischen Ausdehnung führt oder eine thermische Ausdehnung im Formkern hervorruft. Beide Anwendungen sind möglich und technisch relevant.
  • Die 7 bis 9 sollen Möglichkeiten einer gezielten Ausdehnung aufzeigen – eine Faserverstärkung in gleicher Art kann jeweils auch zu einer homogenen, gerichteten oder lokalen Reduzierung der Ausdehnung führen.
  • Wenn das Fasermaterial/der Faserverbund eine stärkere Ausdehnung bei einer Temperatursteigerung besitzt als das Formkernmaterial, führt die Integration von Fasern zu einer (lokal) erhöhten Ausdehnung. Es kann jedoch genauso der umgekehrte Fall eintreten, bei dem ein Kernmaterial in seiner thermischen Ausdehnung durch die integrierte Faser/den integrierten Faserverbund gehemmt wird. Die thermische Ausdehnung wird dann teilweise oder komplett unterdrückt.
  • 7 zeigt einen faserverstärkten verlorenen Formkern 10 wie 1, dessen Ausdehnung homogen auf ein Bauteil (nicht gezeigt) wirkt. Es wird durch die Art der Faserintegration eine Ausdehnung A des Formkerns wie abgebildet erzeugt.
  • 8 zeigt den Fall für eine gerichtete Faserverstärkung 12. Diese führt zu einer gerichteten Ausdehnung A des Formkerns 10 zur Herstellung von Bauteilen aus polymeren Faserverbundwerkstoffen. 6 soll die Ausdehnung des faserverstärkten verlorenen Formkerns 10 in zwei der drei Raumrichtungen verdeutlichen.
  • Schließlich zeigt 9 eine lokal begrenzte thermische Ausdehnung A des Materials des Formkerns 10, die durch die Ausdehnung einer lokal eingebrachten Faserverstärkung 12 in Form eines Faserprofils hervorgerufen wird.
  • Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Formkern
    12
    Faserverstärkung
    14
    Oberfläche
    16
    Faserverbundstruktur
    A
    Ausdehnung
    T
    Temperatur

Claims (17)

  1. Verlorener Formkern (10) zur Herstellung von Bauteilen aus polymeren Faserverbundwerkstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens teilweise, insbesondere lokal oder in einer Schicht, mit einer Faser- oder Textilverstärkung versehen ist.
  2. Formkern (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als Hohlkern ausgebildet ist.
  3. Formkern (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser- oder Textilverstärkung in mindestens einer zu seiner Außenfläche zumindest im wesentlichen parallel verlaufenden Schicht ausgebildet ist.
  4. Formkern (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als Vollkern ausgebildet ist.
  5. Formkern (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser- oder Textilverstärkung nur in einer zu seiner Außenfläche zumindest im wesentlichen parallel verlaufenden Schicht ausgebildet ist.
  6. Formkern (10) nach Anspruch 3 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht konstant ist oder gezielt variiert.
  7. Formkern (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser- oder Textilverstärkung als Verbundstruktur ausgebildet ist oder dass die Faser- oder Textilverstärkung als Faser- oder Textilstruktur ausgebildet ist.
  8. Formkern (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser- oder Textilverstärkung zumindest im wesentlichen über sein gesamtes Volumen ausgebildet ist.
  9. Formkern (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser- oder Textilverstärkung in einem Schichtverbund angeordnet ist.
  10. Formkern (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er elektrische Kontakte zum Hindurchleiten von elektrischem Strom durch die Faserverstärkung (12) und dadurch Erwärmen desselben aufweist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines verlorenen Formkerns (10), insbesondere eines verlorenen Formkerns (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Anordnen eines Ausgangsmaterials für eine Faser- oder Textilverstärkung in einem vorzugsweise pulverförmigen oder flüssigen Formkernausgangsmaterial, und Erhitzen des Formkernausgangsmaterials mit darin angeordnetem Ausgangsmaterial zum Aushärten des Formkerns (10).
  12. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus polymeren Faserverbundwerkstoffen mit einem verlorenen Formkern (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein verlorener Formkern (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 verwendet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (10) in eine mit polymerem Fasermaterial gefüllte Form eingebracht, zum Aushärten des Bauteils aktiv erwärmt, zusammen mit dem Bauteil aus der Form entfernt und aus dem Bauteil entfernt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Druck auf das polymere Fasermaterial durch gezielte thermische Ausdehnung des Formkerns (10) aufgrund des aktiven Erwärmens ausgeübt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Erwärmen gezielt lokal, in einer Schicht, vorzugsweise in der Nähe der Oberfläche (14) des Formkerns (10), oder zumindest im wesentlichen über das gesamte Volumen des Formkerns (10) erfolgt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Erwärmen mittels Fließenlassen von elektrischem Strom durch die Faser- oder Textilverstärkung erfolgt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (10) ein Hohlkern mit einem, vorzugsweise mittigen, Hohlraum ist und nur oder zusätzlich aktiv erwärmt wird, indem ein Wärmeträger-Medium durch den Hohlraum fließen gelassen wird.
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