DE102010053841A1 - Textile semi-finished products useful for manufacturing fiber-reinforced structural-parts for motor vehicles, comprises at least one non-metallic fiber assembly, and at least one wire with a plastic deformability - Google Patents

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Abstract

Textile semi-finished products (1) comprises at least one non-metallic fiber assembly (2), where the textile semi-finished products includes at least one wire (3) in such a manner that a rigid textile semi-finished product is provided with a plastic deformability. Independent claims are also included for: (1) manufacturing a fiber reinforced structural part (4) comprising providing the rigid semi-finished textile with plastic deformability, forming the semi-finished product in a forming tool, transferring the formed semi-finished product into a second tool, impregnating the semi-finished product with a matrix material (5) in the second tool, and removing the impregnated semi-finished product from the second tool; and (2) the fiber reinforced structural part for motor vehicles comprising a matrix-impregnated textile, where the textile consists of the non-metallic fiber assembly and at least one metallic wire, which is suitable for providing bending stiffness and plastic deformation to the textiles.

Description

Die Erfindung betrifft ein textiles Halbzeug zur Fertigung faserverstärkter Kraftfahrzeug-Strukturbauteile sowie derartige faserverstärkte Kraftfahrzeug-Strukturbauteile selbst und ein entsprechendes Verfahren zur Fertigung der Strukturbauteile aus den textilen Halbzeugen.The invention relates to a semifinished textile product for the production of fiber-reinforced motor vehicle structural components and to such fiber-reinforced motor vehicle structural components themselves and to a corresponding method for producing the structural components from the textile semifinished products.

Bekannte Kraftfahrzeug-Strukturbauteile aus Faserverbundkomponenten werden gefertigt, indem zunächst Fasern miteinander zu einem Geflecht, Gewebe, Gestrick oder einer entsprechende Faseranordnung verbunden werden. Aufgrund der Biegeschlaffheit des Faserverbundes bzw. der Textilie ist man bei der Verarbeitung der Textilie zu einem festen Bauteil aus FVK darauf angewiesen, in nun einem formgebenden Werkzeug den Matrixwerkstoff, der etwa Epoxidharz oder ein Kunststoff wie PA oder PUR sein kann, der eingelegten Textile zuzuführen und die feuchte Textilie auszuhärten. Wegen besagter Biegeschlaffheit verbleibt das mit dem Matrixmaterial imprägnierte textile Halbzeug in dem formgebenden Werkzeug, bis das Matrixmaterial so weit ausgehärtet ist, dass es – dann bereits als ein faserverstärktes Bauteil – aus dem Werkzeug entformt werden kann, ohne dass dieses seine Form verliert. Aufgrund der Vielzahl der in einem einzigen Werkzeug auszuführenden Verarbeitungsschritte sind derartige Werkzeuge sehr komplex. Das formgebende Werkzeug ist in der Regel für eine einzige Bauform konzipiert und muss beim Wechsel der Bauteilform aufwändig umgerüstet werden. Dadurch, dass das Matrixmaterial in dem formgebenden Werkzeug aushärten muss, um dem Bauteil die zum Transport oder Umsetzen notwendige Formstabilität zu verleihen, verläuft das Fertigungsverfahren relativ langsam, da die Vorrichtung nicht eher belegt werden kann, als das aufgenommene Bauteil ausgehärtet ist. Entsprechend ist eine schnelle Großserienproduktion mit dem genannten Fertigungsverfahren nicht im gewünschten Maße realisierbar.Known automotive structural components of fiber composite components are made by first fibers are connected together to form a mesh, fabric, knit or a corresponding fiber assembly. Due to the bending slackness of the fiber composite or the textile one is in the processing of the textile to a solid component made of FRP relied on now in a forming tool, the matrix material, which may be about epoxy resin or a plastic such as PA or PUR, the inlaid textile and to cure the damp textile. Because of said bending slackness, the semifinished product impregnated with the matrix material remains in the forming tool until the matrix material has hardened to such an extent that it can then be removed from the mold - even as a fiber-reinforced component - without this losing its shape. Due to the large number of processing steps to be performed in a single tool, such tools are very complex. The forming tool is usually designed for a single design and must be converted consuming when changing the component shape. The fact that the matrix material must harden in the forming tool in order to give the component the dimensional stability necessary for transport or transfer, the manufacturing process is relatively slow, since the device can not be occupied until the recorded component is cured. Accordingly, a rapid mass production with the said manufacturing process can not be realized to the desired extent.

Ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundkunststoff wird in der DE 10 2006 009 343 A1 offenbart. Dort werden harzgetränkte Fasermatten, Fasergewebe oder Rovings pultrudiert. In einem Arbeitsgang wird der Faserverbund mit einer Beschichtung stoffschlüssig verbunden, die auf ihrer Außenseite eine ablösbare Schutzschicht aufweist. Das fertige Bauteil wird hergestellt, indem der Faserverbund mit der Beschichtung in der Pultrusionsvorrichtung unter Einwirkung von Wärme geformt und ausgehärtet wird.A process for the production of components made of fiber composite plastic is described in DE 10 2006 009 343 A1 disclosed. There, resin-impregnated fiber mats, fiber fabrics or rovings are pultruded. In one operation, the fiber composite is materially bonded to a coating which has on its outer side a removable protective layer. The finished component is produced by shaping and curing the fiber composite with the coating in the pultrusion device under the action of heat.

Die DE 10 2005 050 189 A1 beschreibt ein Verbundmaterial, bei dem eine erste Schicht und eine zweite Schicht aus einem faserverstärkten Reaktionsharz ein Kunststoffrecycling-Materialgemisch in einem mehrschichtigen Aufbau einschließen. Das Materialgemisch kann dabei zunächst als Pressling vorgeformt werden. Auf beide Seiten dieses flächigen Presslings wird ein Klebstoff aufgetragen, auf den Matten aus Fasergewebe oder Faservlies aufgebracht werden, die mit einem nicht ausgehärteten Reaktionsharz getränkt sind. Abschließend werden die beiden Schichten aus faserverstärktem Reaktionsharz ausgehärtet, um das Bauteil zu bilden. Aufgrund der Formgebung für das Materialgemisch und das anschließende Aufbringen des faserverstärkten Reaktionsharzes eignet sich das Verfahren nicht für eine schnelle Großserienproduktion.The DE 10 2005 050 189 A1 describes a composite material in which a first layer and a second layer of fiber reinforced reaction resin include a plastic recycling material mixture in a multi-layered construction. The material mixture can initially be preformed as a compact. On both sides of this sheet compact is applied an adhesive, are applied to the mats of fiber fabric or non-woven fabric, which are impregnated with an uncured reaction resin. Finally, the two layers of fiber reinforced reaction resin are cured to form the component. Due to the shape of the material mixture and the subsequent application of the fiber-reinforced reaction resin, the method is not suitable for rapid mass production.

Ein Verbundwerkstoff auf metallischer Basis ist aus der DE 199 18 485 C1 bekannt. Hierbei wird ein Grundwerkstoff aus einem Drahtgewebe, Drahtgeflecht oder ein Drahtgestrick aus hochfesten gezogenen Stahldrähten vollständig mit einem niedrig schmelzenden Matrixmaterial, insbesondere Zink oder einer Zinklegierung, in einem Schmelzbad umgossen. Nach dem Abkühlen wird der so entstandene Verbundwerkstoff einem Kaltwalzvorgang unterzogen, um das gewünschte Dickenmaß herzustellen. Der metallische Verbundwerkstoff wird im Wesentlichen als Plattenmaterial bereitgestellt. Bauteile mit anspruchsvoller Formgebung lassen sich daraus nur schwierig herstellen.A composite material on a metallic basis is from the DE 199 18 485 C1 known. Here, a base material of a wire mesh, wire mesh or a knitted wire of high-strength drawn steel wires is completely encapsulated in a molten bath with a low-melting matrix material, in particular zinc or a zinc alloy. After cooling, the resulting composite is subjected to a cold rolling process to produce the desired thickness. The metallic composite material is essentially provided as a plate material. It is difficult to produce components with a sophisticated shape.

Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein textiles Halbzeug bereitzustellen, das eine Biegesteifigkeit bei gleichzeitiger plastischer Verformbarkeit aufweist, die es einerseits erlauben, komplexe Formen herzustellen und andererseits, dass das geformte textile Halbzeug transportiert werden kann, ohne dass ein imprägnierendes Matrixmaterial die Formstabilität sicher stellt.Against the background of this prior art, it is an object of the present invention to provide a semifinished textile product which has a flexural stiffness with simultaneous plastic deformability, which on the one hand allow to produce complex shapes and, on the other hand, that the shaped semi-finished textile product can be transported without that an impregnating matrix material ensures the dimensional stability.

Diese Aufgabe wird durch ein textiles Halbzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst..This object is achieved by a textile semifinished product having the features of claim 1.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fertigungsverfahren zu schaffen, dass es ermöglicht, großseriell faserverstärkte Strukturbauteils für Kraftfahrzeuge zu schaffen.Another object of the present invention is to provide a manufacturing method that makes it possible to provide large-scale fiber-reinforced structural parts for automobiles.

Das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 löst diese Aufgabe.The method with the features of claim 6 solves this problem.

Schließlich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein faserverstärktes Bauteil mit verbesserten Eigenschaften herzustellen.Finally, it is an object of the present invention to produce a fiber-reinforced component with improved properties.

Diese Aufgabe wird durch ein faserverstärktes Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.This object is achieved by a fiber-reinforced component with the features of claim 9.

Die Erfindung betrifft ein textiles Halbzeug zur Fertigung faserverstärkter Kraftfahrzeug-Strukturbauteile, das wenigstens eine nichtmetallische Faseranordnung und erfindungsgemäß ferner wenigstens einen Draht, oder mehrere Draht-Abschnitte derart aufweist, dass das textiles Halbzeug biegesteif wird und dennoch plastisch verformbar ist. So wird durch den Draht, der grundsätzlich aus Metall besteht, in Verbindung mit der nichtmetallischen Faseranordnung im Gegensatz zu biegeschlaffen herkömmlichen Faserverbänden eine ausreichende Eigenstabilität des Halbzeugs erreicht, dass dieses in eine gewünschte Form gebracht werden kann und diese beibehält. Vorteilhaft ist das textile Halbzeug damit nach Umformung transportabel und kann daher in einem einfachen Umformwerkzeug umgeformt und anschließend entnommen und mittels eines anderen Werkzeugs weiter verarbeitet werden, ohne dass es die erhaltene Form verliert.The invention relates to a semifinished textile product for producing fiber-reinforced motor vehicle structural components, the at least one non-metallic Fiber assembly and according to the invention further comprises at least one wire, or a plurality of wire sections such that the semi-finished textile is rigid and yet plastically deformable. Thus, by virtue of the wire, which is basically made of metal, in combination with the non-metallic fiber arrangement, in contrast to pliable conventional fiber composites, a sufficient intrinsic stability of the semifinished product is achieved, which can be brought into a desired shape and maintained. Advantageously, the textile semi-finished product is thus transportable after forming and can therefore be formed in a simple forming tool and then removed and further processed by means of another tool, without losing the shape obtained.

Die nichtmetallische Faseranordnung des textilen Halbzeugs kann dabei eine Grundstruktur bilden, die von dem Draht durchdrungen ist; dieser ist also zusätzlich in die Grundstruktur eingebracht, indem er in die Grundstruktur eingezogen wird. Alternativ kann der Draht auf die Grundstruktur aufgenäht oder aufgestickt werden. Nach dieser Ausführungsform der Erfindung ist es beispielsweise möglich, ein herkömmliches textiles Halbzeug nachträglich mit zumindest einem metallischen Draht zu versehen, um die Vorteile der Erfindung zu nutzen.The non-metallic fiber arrangement of the textile semifinished product can form a basic structure, which is penetrated by the wire; this is thus additionally introduced into the basic structure by being drawn into the basic structure. Alternatively, the wire can be sewn or embroidered onto the chassis. According to this embodiment of the invention, it is possible, for example, subsequently to provide a conventional textile semifinished product with at least one metallic wire in order to take advantage of the invention.

Die nichtmetallische Faseranordnung ist insbesondere als ein Gewebe, Gewirk, Gestrick, Geflecht und/oder Gelege ausgebildet.The non-metallic fiber arrangement is designed in particular as a woven, knitted, knitted, braided and / or scrim.

Alternativ kann die Grundstruktur auch von vornherein aus der nichtmetallischen Faseranordnung und dem Draht gebildet werden. Hierzu wird bereits bei der Herstellung des textilen Halbzeugs der Draht in die nichtmetallische Faseranordnung eingebracht, beispielsweise, indem nichtmetallische Fasern und Draht gemeinsam gewoben, gewirkt, gestrickt, geflochten und/oder gelegt werden. Hierdurch wird eine regelmäßige Verteilung des Drahts in der nichtmetallischen Faseranordnung erreicht. Dies führt zu einer gleichmäßigen Biegesteifigkeit über das gesamte textile Halbzeug, so dass dieses homogen plastisch verformt werden kann.Alternatively, the basic structure can also be formed from the outset of the non-metallic fiber arrangement and the wire. For this purpose, the wire is already introduced into the non-metallic fiber arrangement during the production of the semifinished textile product, for example by non-metallic fibers and wire being woven, knitted, knitted, braided and / or laid together. As a result, a regular distribution of the wire in the non-metallic fiber arrangement is achieved. This leads to a uniform bending stiffness over the entire textile semifinished product, so that it can be plastically deformed homogeneously.

In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass nichtmetallische Faserbündel oder Rovings, die die Faseranordnung bilden, den Draht enthalten. Bei der Herstellung eines Gewebes, Gewirks, Gestricks, Geflechts und/oder Geleges aus solchen Faserbündeln mit integriertem Draht wird ebenfalls ein textiles Halbzeug mit regelmäßiger Verteilung des Drahts gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, das eine gleichmäßige Biegesteifigkeit zeigt.In a further embodiment it can be provided that non-metallic fiber bundles or rovings, which form the fiber arrangement, contain the wire. In the production of a woven, knitted, knitted, braided and / or laid fabric from such integrated wire fiber bundles, there is also provided a textile semi-finished product with regular distribution of the wire according to the present invention which exhibits a uniform flexural rigidity.

Der Draht kann einstückig, also als Endlosdraht, direkt beim Legen eingeführt werden oder auch aufgestickt oder auf andere Weise mit den nichtmetallischen Fasern in dem Textil vereint werden; es ist aber auch denkbar, dass eine Vielzahl von Drahtabschnitten in das Textil eingebracht werden.The wire may be introduced in one piece, ie as an endless wire, directly during laying or else embroidered or otherwise combined with the non-metallic fibers in the textile; but it is also conceivable that a plurality of wire sections are introduced into the textile.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Fertigung eines faserverstärkten Strukturbauteils. In einem ersten Schritt wird ein biegesteifes textiles Halbzeug mit plastischer Verformbarkeit bereitgestellt, wie es vorstehend beschrieben wurde. Dieses Halbzeug wird in einem Umformwerkzeug als „erstem Werkzeug” umgeformt. Das Umformwerkzeug muss lediglich den Umformerfordernissen genügen und ist daher einfach zu gestalten. Das Umformen erfolgt auf bekannte Weise durch Pressen oder Tiefziehen.The invention further relates to a method for manufacturing a fiber-reinforced structural component. In a first step, a rigid semifinished plastic product with plastic deformability is provided, as described above. This semi-finished product is formed in a forming tool as a "first tool". The forming tool only needs to meet the forming requirements and is therefore easy to design. The forming takes place in a known manner by pressing or deep drawing.

Aufgrund der erfindungsgemäßen, durch den Draht verliehenen Eigenstabilität des textilen Halbzeugs, kann dieses im umgeformten Zustand in ein zweites Werkzeug überführt werden, ohne dass es seine Form wieder verliert. In dem zweiten Werkzeug wird das textile Halbzeug mit Matrixmaterial imprägniert. Das Matrixmaterial ist dabei in der Regel flüssig oder pastös. Auch das mit dem Matrixmaterial versehene umgeformte textile Halbzeug behält seine gegebene Form bei und kann daher nun aus dem zweiten Werkzeug entnommen werden und dieses freigeben, so dass unmittelbar weitere Halbzeuge imprägniert werden können. Damit wird die Verfahrensgeschwindigkeit enorm erhöht.Because of the inherent stability of the textile semi-finished product according to the invention, which is imparted by the wire, it can be converted into a second tool in the formed state without losing its shape again. In the second tool, the textile semifinished product is impregnated with matrix material. The matrix material is usually liquid or pasty. The formed with the matrix material transformed semi-finished textile also retains its given shape and therefore can now be removed from the second tool and release this, so that directly further semi-finished products can be impregnated. Thus, the process speed is increased enormously.

Das Aushärten kann zwar, falls gewünscht, in dem zweiten Werkzeug durchgeführt werden, indem das umgeformte textile Halbzeug mit dem Matrixmaterial versehen wurde. Dann wird quasi ein bereits fertiges faserverstärktes Strukturbauteil dem zweiten Werkzeug entnommen.If desired, the curing can be carried out in the second tool by providing the formed semi-finished textile product with the matrix material. Then almost an already finished fiber-reinforced structural component is removed from the second tool.

Alternativ kann das Aushärten aber auch in einem dritten Werkzeug erfolgen, beispielsweise bei Raumtemperatur, bei erhöhter Temperatur in einem Ofen, durch Bestrahlung oder andere geeignete Maßnahmen in entsprechenden Vorrichtungen erfolgen, so dass das fertige Strukturbauteil erst nach Behandlung in dem Dritten Werkzeug erhalten wird.Alternatively, however, the curing can also take place in a third tool, for example at room temperature, at elevated temperature in an oven, by irradiation or other suitable measures in corresponding devices, so that the finished structural component is obtained only after treatment in the third tool.

Das Aushärten des Matrixmaterials kann ferner in einer Form erfolgen, in die das umgeformte textile Halbzeug mit aufgebrachtem und/oder eingebrachtem Matrixmaterial mit zumindest einer Seite eingelegt wird. Die Oberfläche der Form kann damit die Oberflächengüte zumindest einer Seite des fertigen faserverstärkten Bauteils bestimmen und/oder Oberflächenstrukturen einbringen. Gegebenenfalls werden die Randbereiche des faserverstärkten Bauteils nach dem Entnehmen auf ein gewünschtes Endmaß beschnitten.The curing of the matrix material can also be carried out in a form in which the reshaped textile semi-finished product with applied and / or introduced matrix material is inserted with at least one side. The surface of the mold can thus determine the surface quality of at least one side of the finished fiber-reinforced component and / or introduce surface structures. Optionally, the edge regions of the fiber-reinforced component are trimmed after removal to a desired final size.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gegenüber bekannten Verfahren schneller und effizienter und die Herstellungstaktzeit zur Herstellung des Struktur-Bauteils wird deutlich verringert; somit wird die Ausbringungsrate von Bauteilen aus der Anlage erhöht, was der Großserientauglichkeit der FVK-Bauteilherstellung dienlich ist.The inventive method is compared to known methods faster and more efficient and the production cycle time for the production of the structural component is significantly reduced; Thus, the output rate of components is increased from the system, which is the high-volume performance of FRP component manufacturing useful.

Schließlich bezieht sich die Erfindung auf ein faserverstärktes Struktur-Bauteil, das, da es erfindungsgemäß aus dem textiles Halbzeug gefertigt ist, das vorstehend beschrieben wurde, aus einem matriximprägnierten Textil aus einer nichtmetallischen Faseranordnung (und aus zumindest einem metallischen Draht besteht. Es hat durch die Drahtverstärkung verbesserte mechanische Eigenschaften; etwa eine verbesserte Stabilität gegenüber vergleichbaren faserverstärkten Bauteilen ohne Drahteinlage.Finally, the invention relates to a fiber-reinforced structural component, which, according to the invention, is made from the textile semifinished product described above, consisting of a matrix-impregnated textile of a non-metallic fiber arrangement (and of at least one metallic wire Wire reinforcement improved mechanical properties, such as improved stability over comparable fiber-reinforced components without wire insert.

Ferner sind die einzelnen Werkzeuge zur Fertigung des faserverstärkten Bauteils weniger komplex, so dass sich hieraus Kostenvorteile bei der Werkzeugfertigung ergeben.Furthermore, the individual tools for manufacturing the fiber-reinforced component are less complex, resulting in cost advantages in tool production.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung derselben und dem erleichterten Verständnis des Erfindungsgegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.These and other advantages are set forth by the following description with reference to the accompanying figures. The reference to the figures in the description is intended to assist the same and facilitate understanding of the subject invention. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.

Dabei zeigt:Showing:

1 eine schematische Darstellung eines textilen Halbzeugs, 1 a schematic representation of a textile semifinished product,

2 eine schematische perspektivische Teilschnittansicht eines faserverstärkten Bauteils. 2 a schematic perspective partial sectional view of a fiber-reinforced component.

Der in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendete Begriff ”Draht” bezieht sich immer auf einen Draht aus einem metallischen Material. Zudem wird im Folgenden vereinfacht von ”Fasern” gesprochen, die sowohl einzelne Fasern (Filamente) wie auch Faserbündel (Rovings) umfassen.The term "wire" used in the description of the present invention always refers to a wire made of a metallic material. In addition, in the following, "fibers" are referred to simply, which include both individual fibers (filaments) and fiber bundles (rovings).

1 zeigt schematisch ein textiles Halbzeug 1, das aus der nichtmetallischen Faseranordnung 2 besteht, die ferner Draht 3 aufweist. Es ist zu erkennen, wie in der Faseranordnung 2 aus nichtmetallischen Fasern 2' einzelne Fasern durch Draht 3 ersetzt sind. Die nichtmetallischen Fasern 2' können insbesondere organische und/oder amorphe anorganische Fasern sein, insbesondere Kohlefasern, Glasfasern, Keramikfasern, Polymerfasern und/oder Naturfasern. Als metallisches Material für den Draht 3 können alle Metalle verwendet werden, die sich dazu eignen, dem textilen Halbzeug 1 die nötige Biegesteifigkeit zu verleihen und gleichzeitig die plastische Verformung zu ermöglichen. 1 schematically shows a textile semifinished product 1 that from the non-metallic fiber arrangement 2 exists, the further wire 3 having. It can be seen as in the fiber arrangement 2 made of non-metallic fibers 2 ' individual fibers through wire 3 are replaced. The non-metallic fibers 2 ' may in particular be organic and / or amorphous inorganic fibers, in particular carbon fibers, glass fibers, ceramic fibers, polymer fibers and / or natural fibers. As a metallic material for the wire 3 All metals that are suitable, the semi-finished textile can be used 1 to give the necessary bending stiffness while allowing plastic deformation.

Die Faseranordnung 2 kann durch Weben, Wirken, Stricken, Flechten und/oder Legen der nichtmetallischen Fasern 2' hergestellt werden. Schon bei der Herstellung der Faseranordnung 2 ist es möglich, die Drähte 3 mit einzuarbeiten, das heißt, nichtmetallische Fasern 2 und Drähte 3 gleichzeitig zu weben, zu wirken, zu stricken, zu flechten und/oder zu legen. Dies führt zu einer regelmäßigen Anordnung von nichtmetallischen Fasern 2' und Drähten 3, beziehungsweise Drahtabschnitten. Es ist möglich, ein solches Textil 1 auch mit einem durchlaufenden Drahtendlosstück zu fertigen.The fiber arrangement 2 may be by weaving, knitting, knitting, braiding and / or laying the non-metallic fibers 2 ' getting produced. Already in the production of the fiber arrangement 2 is it possible the wires 3 to incorporate, that is, non-metallic fibers 2 and wires 3 to weave, work, knit, weave and / or lay at the same time. This leads to a regular arrangement of non-metallic fibers 2 ' and wires 3 , or wire sections. It is possible, such a textile 1 also with a continuous Drahtendlosstück to manufacture.

Abhängig von der beabsichtigen Verwendung des textilen Halbzeugs können die Stärken der nichtmetallischen Fasern 2' und der Drähte 3 variieren. Hierzu sind keine speziellen Vorrichtungen notwendig, es können in der Regel Vorrichtungen zur Herstellung von textilen Werkstoffen verwendet werden.Depending on the intended use of the textile semifinished product, the starches of the non-metallic fibers can be used 2 ' and the wires 3 vary. For this purpose, no special devices are necessary, it can be used in the rule devices for the production of textile materials.

Eine herkömmliche Textilfasermatte legt sich bei der Verarbeitung zu einem faserverstärkten Verbundwerkstoff in der Regel wie ein Tuch über die vorgesehene formgebende Struktur. Zwar werden die Einzelheiten der Struktur gut abgebildet, da solche Fasermatten jedoch biegeschlaff sind, geht die abgebildete Struktur verloren, sobald die Fasermatte von der formgebenden Struktur heruntergenommen wird.A conventional textile fiber mat, when processed into a fiber reinforced composite, typically wraps over the intended forming structure like a cloth. While the details of the structure are well depicted, since such fiber mats are slack, the imaged structure is lost as the fiber mat is removed from the forming structure.

Durch das Einbringen der Drähte 3, wird die Fasermatte wie in 2 gezeigt, plastisch verformbar und erhält eine Eigensteifigkeit.By inserting the wires 3 , the fiber mat is like in 2 shown, plastically deformable and receives an inherent rigidity.

Das Umformen kann, beispielsweise bei der Prototyperstellung, in einfacher Weise von Hand erfolgen. Der handgeformte Prototyp ist rasch endgefertigt, wenn Matrixmaterial auf das umgeformte Halbzeug aufgetragen und ausgehärtet wurde.The forming can be done, for example, in the prototype, in a simple manner by hand. The hand-molded prototype is rapidly finished when matrix material is applied to the formed semi-finished product and cured.

Für die Serienfertigung von faserverstärkten Strukturbauteilen 4 wird ein Umformwerkzeug wie eine Presse oder eine Tiefzieheinrichtung, verwendet. Auf diese Weise ist die Handhabung der mit Drähten 3 versehenen Matte einfach, da diese prinzipiell wie ein Blechteil umgeformt werden kann und die erhaltene Form nach dem Entformen aus der Presse behält.For the serial production of fiber-reinforced structural components 4 For example, a forming tool such as a press or a deep drawing machine is used. In this way, the handling is with wires 3 provided matte easy, since this can in principle be reshaped as a sheet metal part and retains the shape obtained after removal from the press.

Nach der Umformung des textilen Halbzeugs 1 wird es mit dem Matrixmaterial 5 infiltriert, was zu einem beliebigen anderen Zeitpunkt mit einem entsprechenden zweiten Werkzeug erfolgen kann. Neben Epoxidharz als Matrixmaterial 5 können, abhängig von dem gewünschten Einsatzzweck, weitere Kunststoffe verwendet werden, beispielsweise Polyamid oder Polyurethan. Neben Matrixmaterialien 5 auf Polymerbasis, ist es auch denkbar, metallische Werkstoffe für die Matrix 5 einzusetzen. In diesem Fall sollten sowohl die nichtmetallischen Fasern 2' wie auch die Drähte 3 aus einem Material bestehen, das bei der Schmelztemperatur des Matrixmateriales 5 thermisch beständig ist. Ein Beispiel sind Glas- oder Keramikfasern mit Stahldrähten in einer Leichtmetallmatrix aus beispielsweise Aluminium.After forming the textile semifinished product 1 it will be with the matrix material 5 infiltrates what can be done at any other time with a corresponding second tool. In addition to epoxy resin as a matrix material 5 can, depending on the desired application, other plastics are used, such as polyamide or polyurethane. In addition to matrix materials 5 Based on polymer, it is also conceivable metallic materials for the matrix 5 use. In this case, both the non-metallic fibers should 2 ' as well as the wires 3 made of a material that at the melting temperature of the matrix material 5 is thermally stable. An example is glass or ceramic fibers with steel wires in a light metal matrix of, for example, aluminum.

Das Aushärten des Matrixmaterials 5 kann abhängig von seiner stofflichen Beschaffenheit auf verschiedene Weise erreicht werden. Dazu kann das imprägnierte textile Halbzeug vorteilhaft aus der Imprägnierform entnommen werden, auch wenn es noch feucht ist, ohne sich zu entformen, und in eine Aushärtevorrichtung überführt werden. Harzmatrixmaterialien können in einem Ofen bei erhöhter Temperatur ausgehärtet werden; UV-härtende Matrixmaterialien 5 können in einer Vorrichtung mit entsprechender Beleuchtungsvorrichtung ausgehärtet werden.The curing of the matrix material 5 can be achieved in different ways depending on its material nature. For this purpose, the impregnated textile semifinished product can be advantageously removed from the impregnation mold, even if it is still moist, without demolding, and be transferred to a curing device. Resin matrix materials can be cured in an oven at elevated temperature; UV-curing matrix materials 5 can be cured in a device with appropriate lighting device.

In 2 ist schematisch eine einfache Geometrie für ein faserverstärktes Bauteil 4 dargestellt. Es ist eine Schnittkante mit den nichtmetallischen Fasern 2' und den dazwischen liegenden Drähten 3 zu sehen. Das textile Halbzeug 1 wird von dem Matrixmaterial 5 umgeben bzw. infiltriert.In 2 is schematically a simple geometry for a fiber reinforced component 4 shown. It is a cut edge with the non-metallic fibers 2 ' and the wires in between 3 to see. The textile semi-finished product 1 is from the matrix material 5 surrounded or infiltrated.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere dazu geeignet, nicht sichtbare Strukturbauteile aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff herzustellen.The present invention is particularly suitable for producing non-visible structural components of a fiber-reinforced composite material.

Die faserverstärkten Bauteile 4, wie sie nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt werden, weisen in der Regel keine sogenannten Class A-Oberflächen auf; eine Nachvergütung der Oberflächen kann jedoch erfolgen, die Struktur ist in der Regel zumindest teilweise sichtbar. Zudem kann die Oberfläche des ausgehärteten Matrixmaterials 5 uneben sein und beispielsweise Pinselspuren zeigen.The fiber reinforced components 4 , as prepared by the process described above, usually have no so-called Class A surfaces; However, a subsequent coating of the surfaces can take place, the structure is usually at least partially visible. In addition, the surface of the cured matrix material 5 be uneven and show, for example, brush marks.

Es ist in einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch möglich, das mit dem Matrixmaterial 5 versehene umgeformte textile Halbzeug 1 in eine spezielle Form einzubringen, welche zumindest eine Außenfläche des faserverstärkten Bauteils 4 mit der gewünschten Oberflächengüte wiedergibt. So kann nach dieser besonderen Ausführungsform auch ein optisch ansprechendes, faserverstärktes Bauteil 4 hergestellt werden. Hierzu kann die spezielle Form vor dem Einlegen des mit dem Matrixmaterial 5 versehenen textilen Halbzeugs 1 gegebenenfalls zusätzlich mit einer Schicht aus dem Matrixmaterial 5 ausgekleidet werden. Das Aushärten des faserverstärkten Bauteils 4 erfolgt dann in der speziellen Form.However, it is possible in a particular embodiment of the method according to the invention, that with the matrix material 5 provided formed textile semi-finished product 1 in a special form, which at least one outer surface of the fiber-reinforced component 4 with the desired surface finish. Thus, according to this particular embodiment, a visually appealing, fiber-reinforced component 4 getting produced. For this purpose, the special shape before inserting the with the matrix material 5 provided textile semifinished product 1 optionally additionally with a layer of the matrix material 5 be lined. The curing of the fiber-reinforced component 4 then takes place in the special form.

Das erfindungsgemäße textile Halbzeug 1 und das Verfahren zur Fertigung eines faserverstärkten Bauteils 4 gemäß der vorliegenden Erfindung verringern insbesondere die Taktzeit der Herstellung des faserverstärkten Bauteils 4 und erhöhen somit die Ausbringrate von einzelnen Bauteilen aus der Fertigungsanlage. Dies ist insbesondere für die Großserientauglichkeit der Bauteilfertigung wichtig. Ferner wird mit der vorliegenden Erfindung ein Kostenvorteil erreicht.The textile semifinished product according to the invention 1 and the method of manufacturing a fiber reinforced component 4 In particular, according to the present invention, the cycle time of manufacturing the fiber-reinforced component decreases 4 and thus increase the discharge rate of individual components from the manufacturing plant. This is particularly important for the mass production suitability of component manufacturing. Furthermore, a cost advantage is achieved with the present invention.

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Claims (10)

Textiles Halbzeug (1) zur Fertigung faserverstärkter Kraftfahrzeug-Strukturbauteile (4), das zumindest eine nichtmetallische Faseranordnung (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Halbzeug (1) ferner zumindest einen Draht (3) derart aufweist, dass ein biegesteifes textiles Halbzeug (1) mit einer plastischen Verformbarkeit bereitgestellt ist.Textile semi-finished product ( 1 ) for manufacturing fiber-reinforced motor vehicle structural components ( 4 ) comprising at least one non-metallic fiber arrangement ( 2 ), characterized in that the semi-finished textile product ( 1 ) at least one wire ( 3 ) such that a rigid semifinished textile product ( 1 ) is provided with a plastic deformability. Textiles Halbzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmetallische Faseranordnung (2), die insbesondere ein Gewebe, Gewirk, Gestrick, Geflecht oder Gelege ist, eine Grundstruktur des textilen Halbzeugs (1) bildet, die von dem zumindest einen Draht (3) durchdrungen ist oder auf die der zumindest eine Draht (3) aufgebracht, insbesondere aufgenäht oder aufgestickt, ist.Textile semi-finished product ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the non-metallic fiber arrangement ( 2 ), which is in particular a woven, knitted, knitted, braided or scrim, a basic structure of the semi-finished textile product ( 1 ) formed by the at least one wire ( 3 ) or to which the at least one wire ( 3 ), in particular sewn or embroidered, is. Textiles Halbzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmetallische Faseranordnung (2) mit dem Draht (3) eine Grundstruktur des textilen Halbzeugs (1) bildet.Textile semi-finished product ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the non-metallic fiber arrangement ( 2 ) with the wire ( 3 ) a basic structure of the semi-finished textile product ( 1 ). Textiles Halbzeug (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmetallische Faseranordnung (2) durch Faserbündel gebildet ist, die den zumindest einen Draht (3) enthalten.Textile semi-finished product ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the non-metallic fiber arrangement ( 2 ) is formed by fiber bundles, the at least one wire ( 3 ) contain. Textiles Halbzeug (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – der zumindest eine Draht (3) ein Endlosdraht (3) ist, oder dass – der Draht (3) durch eine Vielzahl von Drahtabschnitten (3) bereitgestellt wird.Textile semi-finished product ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that - the at least one wire ( 3 ) an endless wire ( 3 ), or that - the wire ( 3 ) by a plurality of wire sections ( 3 ) provided. Verfahren zur Fertigung eines faserverstärkten Strukturbauteils (4) für Kraftfahrzeuge, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines biegesteifen textilen Halbzeugs (1) mit plastischer Verformbarkeit nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, – Umformen des Halbzeugs (1) in einem Umformwerkzeug, – Überführen des umgeformten Halbzeugs (1) in ein zweites Werkzeug, – Imprägnieren des Halbzeugs (1) mit einem Matrixmaterial (5) in dem zweiten Werkzeug, und – Entnehmen des imprägnierten Halbzeugs (1) aus dem zweiten Werkzeug.Method for manufacturing a fiber-reinforced structural component ( 4 ) for motor vehicles, comprising the steps of: - providing a rigid semifinished textile product ( 1 ) with plastic deformability according to at least one of claims 1 to 5, - forming the semifinished product ( 1 ) in a forming tool, - transfer of the transformed semi-finished product ( 1 ) in a second tool, - impregnation of the semifinished product ( 1 ) with a matrix material ( 5 ) in the second tool, and - removing the impregnated semi-finished product ( 1 ) from the second tool. Verfahren nach Anspruch 6, umfassend den Schritt: Aushärten des Matrixmaterials (5), – in dem zweiten Werkzeug vor dem Schritt des Entnehmens, wobei das ausgehärtete imprägnierte Halbzeug (1) das faserverstärkte Strukturbauteil (4) bereitstellt – nach dem Schritt des Entnehmens des imprägnierten Halbzeugs (1) in einem dritten Werkzeug, insbesondere in einem Ofen, dabei Erhalten des faserverstärkten Strukturbauteils (4).The method of claim 6, comprising the step of: curing the matrix material ( 5 ), - in the second tool before the removal step, wherein the cured impregnated semi-finished product ( 1 ) the fiber-reinforced structural component ( 4 ) - after the step of removing the impregnated semi-finished product ( 1 ) in a third tool, in particular in an oven, thereby obtaining the fiber-reinforced structural component ( 4 ). Faserverstärktes Strukturbauteil (4) für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem matriximprägnierten Textil, dadurch gekennzeichnet, dass das Textil aus einer nichtmetallischen Faseranordnung (2) und aus zumindest einem metallischen Draht (3) besteht, der geeignet ist, dem Textil Biegesteifigkeit und plastische Verformbarkeit zu verleihen.Fiber-reinforced structural component ( 4 ) for motor vehicles, consisting of a matrix-impregnated textile, characterized in that the textile consists of a non-metallic fiber arrangement ( 2 ) and at least one metallic wire ( 3 ), which is capable of imparting flexural rigidity and plastic deformability to the fabric. Faserverstärktes Strukturbauteil (4) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmetallische Faseranordnung (2), die insbesondere ein Gewebe, Gewirk, Gestrick, Geflecht oder Gelege ist, eine Grundstruktur des Textils bildet und dass die Grundstruktur von dem zumindest einen Draht (3) durchdrungen ist oder dass der zumindest eine Draht (3) auf die Grundstruktur aufgebracht, insbesondere aufgenäht oder aufgestickt, ist, oder dass die nichtmetallische Faseranordnung (2) mit dem metallischen Draht (3) zusammen eine Grundstruktur des Textils bildet.Fiber-reinforced structural component ( 4 ) according to claim 8, characterized in that the non-metallic fiber arrangement ( 2 ), which is in particular a woven, knitted, knitted, braided or scrim, forms a basic structure of the textile and that the basic structure of the at least one wire ( 3 ) or that the at least one wire ( 3 ) is applied to the basic structure, in particular sewn or embroidered, or that the non-metallic fiber arrangement ( 2 ) with the metallic wire ( 3 ) together forms a basic structure of the textile. Faserverstärktes Strukturbauteil (4) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmetallische Faseranordnung (2) in dem Textil durch Faserbündel gebildet ist, die den zumindest einen Draht (3) enthalten, welcher vorzugsweise in dem Textil als ein Endlosdraht oder aus mehreren Drahtabschnitten bereitgestellt ist.Fiber-reinforced structural component ( 4 ) according to one of claims 8 to 10, characterized in that the non-metallic fiber arrangement ( 2 ) is formed in the textile by fiber bundles, the at least one wire ( 3 ), which is preferably provided in the textile as an endless wire or a plurality of wire sections.
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