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Die Erfindung betrifft ein Faserverbundbauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Faserverbundbauteils.
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Um die Innenraumakustik in Fahrzeugen zu steuern, die in konventioneller Metall-Bauweise aufgebaut sind, und um eine Lärmbeeinträchtigung von Fahrzeugpassagieren in einem Fahrzeuginnenraum zu reduzieren, werden Schichten und Beläge aus Dämpfungsmaterialen auf Oberflächen von Blechstrukturen der Fahrzeuge aufgebracht. Diese Beläge sind üblicherweise einschichtig oder mehrschichtig ausgestaltet. Alternativ sind aber auch Doppelblechstrukturen bekannt, die zwischen den beiden Blechschichten eine elastische Zwischenschicht als Dämpfungsschicht aufweisen.
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Bei einer Entwicklung zukünftiger Fahrzeugkonzepte kommen in zunehmendem Maße faserverstärkte Bauteile zum Einsatz, welche auf Basis eines Kunststoffes hergestellt werden, welcher mit Kohlefasern, Glasfasern, Aramidfasern oder dergleichen verstärkt ist. Derartige Materialen ermöglichen eine deutliche Gewichtsreduzierung gegenüber gleichen Teilen aus Blech bei gleichzeitig hoher Stabilität und Steifigkeit.
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Bisherige Versuche Dämpfungsmaterialen in Kombination mit faserverstärkten Bauteilen vorzusehen, führen bisher zu mehreren Schwierigkeiten: So fällt beispielsweise ein Gewicht der üblichen Dämpfungsbeläge bei den leichtgewichtigen faserverstärkten Bauteilen im Verhältnis stärker auf und reduziert ein mögliches Gewichtseinsparungspotential des faserverstärkten Materials deutlich. Des Weiteren werden die Dämpfungsmaterialien auf Oberflächen der Bauteile aufgebracht, so dass ein zusätzlicher Bauraumbedarf aufgrund des zusätzlichen Materialauftrags auf das Bauteil entsteht. Dies bedeutet aber auch, dass das Dämpfungsmaterial üblicherweise in einem zusätzlichen, der eigentlichen Bauteilherstellung nachgeschalteten Schritt aufgebracht wird, so dass ein Herstellungsprozess entsprechend mehrstufig ist.
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Der nachträgliche Materialauftrag auf das Bauteil bewirkt außerdem, dass in der Regel eine Anwendung auf dreidimensional geformten Flächen des Bauteils nicht möglich ist, sondern lediglich auf zweidimensional geformte Flächen.
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Somit ist insbesondere eine Großserienherstellung nur eingeschränkt möglich bzw. für eine Anwendung für ein Fahrzeug unter Verwendung von faserverstärkten Bauteilen zur gleichzeitigen Gewichtsreduktion einsetzbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Faserverbundbauteil mit einer Dämpfung bereitzustellen, welches die genannten Nachteile zumindest teilweise überwindet.
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Diese Aufgabe wird gelöst mittels eines Faserverbundbauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Demnach wird ein Faserverbundbauteil mit mindestens einer ersten Faserverbundlage und mindestens einer zweiten Faserverbundlage vorgeschlagen, wobei zwischen der mindestens einen ersten und der mindestens einen zweiten Faserverbundlage mindestens eine Einlage angeordnet ist. Die Einlage umfasst eine Schwingungsdämpfungsschicht.
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Dies bedeutet, dass die Dämpfung in dem Faserverbundbauteil integral zwischen einer oder mehreren ersten Faserverbundlagen und einer oder mehreren zweiten Faserverbundlagen eingebracht ist. Die Einlage muss also nicht unbedingt in einer Mittellage als „neutrale Faser” in dem Bauteil angeordnet sein. Vielmehr kann der Lagenaufbau des Faserverbundbauteils derart ausgebildet sein, dass die Einlage exzentrisch zwischen den genannten Schichten angeordnet wird. Zwar erfolgt nachfolgend eine Beschreibung stets anhand einer einzelnen Einlage bzw. einer Schwingungsdämpfungsschicht, jedoch sind hierunter ebenso mehrere Einlagen in verschiedenen Schichten zu verstehen, so dass ein grundsätzlich beliebiger Sandwich-Aufbau möglich ist. Als Dämpfung wird eine die Umwandlung der Energie einer Bewegung, insbesondere einer Schwingung, in eine andere Energieform, beispielsweise direkt in Wärme, verstanden. Wenn einem gedämpften, schwingenden System keine neue Energie zugeführt wird, verebbt seine Schwingung, die Schwingungsamplitude nimmt ab.
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Eine Herstellung des Faserverbundbauteils kann beispielsweise mittels des sogenannten RTM Verfahrens („resin transfer molding”) oder mittels des sogenannten Nasspressens erfolgen, wobei die beiden Verfahren nachfolgend näher beschrieben sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schwingungsdämpfungsschicht flächig über eine Fläche des Faserverbundbauteils oder zumindest abschnittsweise über mindestens einen Teilbereich der Fläche des Faserverbundbauteils erstreckt. Dies ist derart zu verstehen, dass sich die als Schwingungsdämpfungsschicht ausgebildete Einlage entweder über das gesamte Faserverbundbauteil erstreckt oder lediglich in einem oder mehreren Abschnitten des Bauteils zwischen den genannten Lagen angeordnet werden kann. In letzterem Fall kann die Einlage lediglich an jenen Stellen vorgesehen werden, an welchen eine Schwingungsdämpfung gewünscht ist, insbesondere in akustisch kritischen Bereichen für eine gezielte Dämpfung einer Schallerzeugung. Dies bietet den Vorteil, dass im Gegenzug auf eine entsprechende Einlage in den verbleibenden Abschnitten verzichtet und somit ein Gewicht des Faserverbundbauteils gegenüber einer vollflächigen Einlage zusätzlich reduziert werden kann.
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Ebenfalls vorzugsweise ist die Schwingungsdämpfungsschicht folienartig ausgebildet. Eine folienartige Struktur der Einlage bietet den Vorteil, dass eine Dicke des gesamten Faserverbundbauteils nur geringfügig erhöht wird und somit auch ein Bauraumbedarf in Anbetracht der übrigen Lagendicken nicht signifikant ansteigt. Beispielsweise weist die folienartig ausgebildete Schwingungsdämpfungsschicht eine Dicke von 0,1 bis 2,5 mm auf. Eine derartige Dimensionierung ermöglicht einen optimalen Kompromiss zwischen ausreichenden schwingungsdämpfenden Eigenschaften und einem zusätzlichen Gewichtseintrag.
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Gemäß einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Schwingungsdämpfungsschicht ein Maximum ihrer Dämpfungseigenschaft in einem Temperaturbereich von –30°C bis +60°C auf.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen weisen die Schwingungsdämpfungsschicht und/oder die mindestens eine erste oder die mindestens eine zweite Faserverbundlage eine Perforation und/oder Kanäle zumindest im Bereich einer Kontaktfläche zu einer benachbarten Schicht bzw. Lage auf.
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Die Ausgestaltung der Einlage bzw. der Schwingungsdämpfungsschicht mit einer Perforation bedeutet, dass diese eine Anzahl von Löchern aufweist, die sich entweder teilweise in die Schwingungsdämpfungsschicht hinein oder sich vollständig durch diese hindurch erstrecken. Es bietet sich hiermit der Vorteil, dass eine Verteilung einer Matrix im Rahmen des nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahrens erleichtert wird, da sich die Matrix in die gebildeten Löcher hinein oder sogar durch diese hindurch erstrecken und somit verteilen kann, so dass die Einlage eine Verteilung der Matrix nicht vollständig behindert, wie dies bei einer vollständig dichten Einlage ohne Perforation der Fall sein kann. Gleiches gilt für Lufteinschlüsse, die auf diese Weise nicht an einer Kontaktfläche zwischen Schwingungsdämpfungsschicht und der jeweiligen Faserverbundlage eingeschlossen bleiben, sondern durch die Perforationslöcher verteilt werden oder entweichen können.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Schwingungsdämpfungsschicht einen oder mehrere Kanäle aufweisen. Hierunter sind insbesondere Kanäle innerhalb einer Erstreckungsebene der Schwingungsdämpfungsschicht zu verstehen. Auch hiermit kann eine verbesserte Verteilung der Matrix im Rahmen der Herstellungsverfahren erzielt werden, insbesondere im Bereich einer Kontaktfläche der Schwingungsdämpfungsschicht und der jeweiligen Faserverbundlage. Die Matrix oder aber störende Lufteinschlüsse können in die Kanäle eintreten und über diese abgeleitet bzw. zumindest verteilt werden.
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Eine bessere Verteilung der Matrix innerhalb des Faserverbundbauteils ergibt sich in entsprechender Weise auch für eine Ausgestaltung der ersten und/oder zweiten Faserverbundlagen mit einer Perforation oder mit entsprechenden Kanälen.
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Ferner kann die Einlage mindestens ein mit der Schwingungsdämpfungsschicht verbundenes Trägermaterial umfassen. Das Trägermaterial ist vorzugsweise als zusätzlicher Träger ausgebildet und bietet die Möglichkeit, dass ein Verrutschen der Schwingungsdämpfungsschicht während einem der Herstellungsschritte vermieden werden kann. Hierzu weist das Trägermaterial zum Beispiel eine Oberfläche mit hohem Reibungswert auf. Lediglich beispielsweise kann als Trägermaterial ein Glasvlies verwendet werden, auf welches die Schwingungsdämpfungsschicht Stoff- und/oder formschlüssig aufgebracht sein kann und mittels seiner Vliesstruktur ein Verrutschen verhindert. Vorzugsweise wird Glasflies mit einem spezifischen Gewicht von ca. 20 bis 50 g/m2 eingesetzt.
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Um ebenfalls ein Verrutschen der Schwingungsdämpfungsschicht bzw. der jeweiligen Faserverbundlagen gegeneinander zu verhindern, können die Schwingungsdämpfungsschicht und/oder die mindestens eine erste und/oder die mindestens eine zweite Faserverbundlage zumindest im Bereich einer Kontaktfläche zu einer benachbarten Schicht bzw. Lage eine Bindemittelschicht aufweisen. Mittels des Bindemittels können somit unter Temperatur- und/oder Druckeinwirkung die einzelnen Lagen verrutschsicher gegeneinander fixiert werden.
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Vorzugsweise wird die Einlage bzw. die Schwingungsdämpfungsschicht derart zwischen den Faserverbundlagen angeordnet, dass ein Kontakt mit schädlichen Prozessmedien zur Bearbeitung oder Behandlung des erzeugten Faserverbundbauteils, insbesondere eine KTL-Flüssigkeit, nicht möglich ist. Hierzu kann beispielsweise eine vollständige Umschließung bzw. Kapselung der Schwingungsdämpfungsschicht vorgesehen sein, so dass diese gegenüber einer Umgebung versiegelt ist. Dies ist insbesondere durch einen zusätzlichen Matrixrand des Faserverbundbauteils möglich.
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Auch können Bohrungs- und Verbindungsstellen, die in dem Faserverbundbauteil angeordnet werden oder sind, vorzugsweise von der Einlage ausgespart sein, so dass die Einlage in diesen Bereichen nicht vorgesehen ist und somit kein Durchtritt durch die Einlage erfolgen muss. Auf diese Weise kann eine vollständige Kapselung der Einlage erzielt werden. Zusätzlich wird ein mögliches Setzverhalten im Bereich dieser Stellen aufgrund einer Materialerweichung der Einlage beispielsweise unter Temperatur- und/oder Druckeinwirkung verhindert, so dass insbesondere eine Verschraubung nicht negativ beeinflusst wird.
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Des Weiteren wird ein Verfahren zum Herstellen eines gemäß der Beschreibung ausgebildeten Faserverbundbauteils mit den folgenden Schritten bereitgestellt:
- – Bereitstellen der mindestens einen Faserverbundlage und der mindestens einen zweiten Faserverbundlage,
- – Anordnen der Einlage zwischen der mindestens einen Faserverbundlage und der mindestens einen zweiten Faserverbundlage zu einem Stack,
- – Pressen des Stacks zum Erzeugen des Faserverbundbauteils,
- – Aushärten des erzeugten Faserverbundbauteils.
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Diese Verfahrensschritte lassen sich insbesondere im Rahmen des sogenannten RTM Verfahrens („resin transfer molding”) oder des sogenannten Nasspressens durchführen. Der Schritt des Pressens kann insbesondere einen Schritt des Einlegens des Stacks in ein Presswerkzeug bzw. in eine Presse vor einem Verpressen umfassen.
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Dementsprechend kann das Verfahren außerdem mindestens einen der folgenden Schritte umfassen:
- – Injizieren eines Matrixsystems in den Stack vor dem Schritt des Pressens,
- – Preformen des erzeugten Stacks vor dem Pressen und vor einem Injizieren des Matrixsystems,
- – Einbringen von Matrix zwischen mindestens eine der Faserverbundlagen und einer weiteren Faserverbundlage und/oder der Schwingungsdämpfungsschicht.
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Insbesondere im Rahmen des RTM Verfahrens kommt der Schritt des Injizierens des Matrixsystems zum Einsatz. Die einzelnen Faserverbundschichten werden zusammen mit der Einlage „trocken” (d. h. ohne Matrix) aufeinandergelegt und somit der trockene Stack erstellt. Dieser kann vor dem Einlegen in die Presse unter Temperatur- und/oder Druckeinwirkung in dem sogenannten „Preform”-Schritt in eine gewünschte Form vorgeformt und anschließend in einem Pressschritt gepresst werden.
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Außerdem können die ersten und/oder die zweiten Faserverbundlagen vorimprägnierte ein- oder mehrschichtige Faserhalbzeuge sein, insbesondere Prepregs oder vorimprägnierte Stacks. Diese kommen in der Regel im Rahmen des sogenannten Nasspressens zum Einsatz, so dass auf ein nachträgliches Injizieren der Matrix verzichtet werden kann.
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Vorzugsweise können für das Nasspressen bereits einer oder mehrere Teilstacks vorbereitet werden. Vorzugsweise sind die Faserverbundlagen bzw. die jeweilige Einlage des Teilstacks bereits mit dem beschriebenen Bindemittel fixiert, so dass der jeweilige Teilstack möglichst einfach zu handhaben ist.
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Anschließend werden zwei oder mehrere Teilstacks flächig aufeinander gelegt, um diese zusammen in dem beschriebenen Einlegeschritt in die Presse einzulegen und zu verpressen. Hierbei kann ein zusätzlicher Matrixauftrag auf eine der Kontaktoberflächen des jeweiligen Teilstacks erfolgen, die beim Aufeinanderlegen mit dem jeweils anderen Teilstack in Kontakt bzw. Verbindung gebracht werden soll. Es kann auf diese Weise ein Matrixeintrag in den gesamten Stack und somit eine Matrixausbreitung im Bauteilinneren spätestens beim Pressen des gesamten Stacks von innen nach außen und somit eine möglichst durchgängige Imprägnierung des gesamten Stacks erzielt werden. In diesem Fall des zusätzlichen Auftragens der Matrix ist eine Durchlässigkeit der Schwingungsdämpfungsschicht mittels Perforation oder Kanälen nicht zwingend erforderlich.
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Das mittels der voranstehenden Beschreibung erzeugte Faserverbundbauteil kann aufgrund der Zusammensetzung und seiner besonderen Merkmale entweder in einer Rohkarosse verbaut und anschließend einem Lackprozess zum Lackieren der Rohkarosse zugeführt werden, wobei Temperaturen von bis zu 200°C über mehrere Stunden auftreten können, die bei Bedarf zu einer weiteren Aushärtung des Bauteils nutzbar sind, oder aber im Rahmen einer Montage bzw. Endmontage in dem Fahrzeug verbaut werden. In letztgenanntem Fall treten keine weiteren Temperaturbelastungen auf, so dass eine Aushärtung in gewünschtem Umfang bereits vorab erfolgen sollte.
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Das beschriebene Faserverbundbauteil bzw. das Verfahren zur Herstellung desselben ermöglicht die Verwendung von faserverstärktem Kunststoff zur Reduzierung von Gewicht des erzeugten Bauteils und bietet darüber hinaus die Möglichkeit eine akustisch vorteilhafte Ausgestaltung zu erzielen, ohne eine nachträgliche Applikation von Dämpfungsbelägen erforderlich zu machen. Vielmehr kann die Applikation der Schwingungsdämpfungsschicht in einen einzigen Fertigungsablauf zur Herstellung von Faserverbundbauteilen integriert werden. Auf diese Weise lassen sich Faserverbundbauteile mit Schwingungsdämpfungseigenschaften und dennoch leichtem Bauteilgewicht bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf kostengünstig herstellen. Zusätzlich kann die Schwingungsdämpfungsschicht ein „Impact”-Verhalten im Falle eines Unfalls verbessern, indem die Strukturintegrität beim Aufprall aufrecht erhalten werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Darin zeigen:
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1 mögliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils,
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2 einen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils mittels RTM Verfahrens,
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3 einen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils mittels Nasspress-Verfahrens.
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1 zeigt in den Ansichten 1a, 1b und 1c jeweils eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils 10a, 10b, 10c in einer perspektivischen Ansicht mit Faserverbundschichten 13, wobei eine abdeckende Faserverbundschicht zur besseren Darstellbarkeit nicht abgebildet ist. Das Faserverbundteil 10a, 10b, 10c umfasst jeweils eine Schwingungsdämpfungsschicht 11a, 11b, 11c, die in Ansicht 1a eine Perforation mit einer Anzahl von Löchern 13 zum Durchtritt einer Matrix aufweist. Das Faserverbundbauteil 10b in Ansicht 1b umfasst fünf Abschnitte einer Schwingungsdämpfungsschicht 11b, wobei jeder Abschnitt von einem benachbarten Abschnitt getrennt angeordnet ist. Insbesondere können die Schwingungsdämpfungsschicht 11b bzw. deren Abschnitte in akustisch relevanten Bereichen des Faserverbundbauteils angeordnet sein, so dass keine durchgängige Schwingungsdämpfungsschicht erforderlich ist und somit eine Gewichtseinsparung ermöglicht wird.
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Ansicht 1c der 1 zeigt ein Faserverbundbauteil 10c mit einer Schwingungsdämpfungsschicht 11c, die eine Aussparung 13 aufweist. Diese ist in einem Bereich einer Bohrung 14 in dem Faserverbundbauteil 10c vorgesehen. Auf diese Weise können Bohrungs- und Verbindungsstellen 14, die in dem Faserverbundbauteil 10c angeordnet werden oder sind, vorzugsweise von der Schwingungsdämpfungsschicht 11c ausgespart werden, so dass die Schwingungsdämpfungsschicht 11c in diesen Bereichen nicht vorgesehen ist und somit kein Durchtritt durch die Einlage bzw. die Schwingungsdämpfungsschicht 11c erfolgen muss. Auf diese Weise kann eine vollständige Kapselung der Einlage bzw. der Schwingungsdämpfungsschicht 11c erzielt werden. Zusätzlich wird ein mögliches Setzverhalten im Bereich dieser Stellen aufgrund einer Materialerweichung der Schwingungsdämpfungsschicht unter Temperatur- und/oder Druckeinwirkung verhindert, so dass beispielsweise eine die Bohrung nutzende Verschraubung 15 nicht negativ beeinflusst wird.
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2 zeigt einen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines Faserverbundbauteils mittels RTM Verfahren. Dieses umfasst ein Bereitstellen (Schritt 2a) von Faserverbundmaterial in Form mindestens einer ersten 22a und einer zweiten Faserverbundlage 22b sowie eine Einlage 21 in Form einer Schwingungsdämpfungsschicht, wobei die Schwingungsdämpfungsschicht 21 folienartig ausgebildet ist.
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Die genannten Faserverbundlagen 22a, 22b und die Schwingungsdämpfungsschicht 21 werden zu einem Stack 20 aufgebaut, wobei die Anordnung der Schwingungsdämpfungsschicht 21 in Abhängigkeit von der zu erzeugenden Bauteilform unterschiedlich erfolgen kann. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist die Schwingungsdämpfungsschicht 21 in Dickenrichtung in Mittellage, d. h. als „neutrale Faser”, zwischen den beiden Faserverbundlagen 22a, 22b angeordnet. Ebenso ist jedoch ein abweichender Schichtaufbau möglich, bei dem die Schwingungsdämpfungsschicht in Dickenrichtung außerhalb der Mittellage angeordnet wird. Je nach Ausgestaltung des Faserverbundbauteils kann sich die Schwingungsdämpfungsschicht 21 über das gesamte Bauteil 20 erstrecken, oder vorzugsweise auf akustisch kritische Bereiche des Bauteils 20 beschränkt sein.
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Um eine möglichst vollständige Infiltration einer Matrix in den Faserverbundlagen 22a, 22b in dem späteren Injektionsschritt zu erzielen, kann die Schwingungsdämpfungsschicht 21 entsprechend perforiert sein und/oder Kanäle zum Durchleiten der injizierten Matrix aufweisen (nicht dargestellt). Alternativ können aber auch einer oder mehrere sogenannte Patches pro Lage bzw. Schicht eingesetzt werden, zwischen denen ein Fluss der Matrix erfolgt (ebenfalls nicht dargestellt).
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Um ein Verrutschen der Schwingungsdämpfungsschicht 21 während des Herstellungsprozesses zu verhindern, kann die Schwingungsdämpfungsschicht 21 gegebenenfalls auf ein zusätzliches Trägermaterial (nicht dargestellt) aufgebracht sein. Dieses ist derart ausgebildet, dass es einen hohen Oberflächenreibwert aufweist und eine Reibung im Stack 20 erhöht. Zusätzlich kann das Trägermaterial zum Versteifen des Stacks 20 vorgesehen werden.
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In einem nachfolgenden Herstellungsschritt b erfolgt ein sogenanntes „Preformen” bzw. Vorformen des in Schritt a erzeugten Stacks 20, wobei die Faserverbundlagen 22a, 22b und die Schwingungsdämpfungsschicht 21 unter Temperatur- und/oder Druckeinwirkung zu einem handhabbaren Verbund miteinander verbunden werden. Beispielhafte Parameter sind eine Temperatur von 200°C und ein Druck von < 5 bar bei einer Einwirkzeit von < 3 min. Vorzugsweise können die einzelnen Lagen 22a, 22b bzw. Schichten 21 mit einem Bindemittel (nicht dargestellt), beispielsweise thermoplastischem Pulver, miteinander verbunden und somit gegen ein gegenseitiges Verrutschen fixiert werden.
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Anschließend kann der vorgeformte Stack (20) in ein Presswerkzeug (24) bzw. eine Presse eingelegt und ein Matrixsystem, insbesondere ein Harz-Härtergemisch, injiziert (Pfeil 25) werden. Wahlweise können bereits der Schritt des Preformens (b) und der Schritt des Injizierens (c) im selben Werkzeug oder aber in unterschiedlichen Werkzeugen erfolgen. Die Injektion erfolgt vorzugsweise je nach Ausgestaltung des zu erzeugenden Faserverbundbauteils innerhalb einer Bauteilebene oder senkrecht zu dieser.
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Anschließend erfolgt ein Aushärten des Stacks 20 unter Druck des Presswerkzeugs 24 zum Erzeugen des Faserverbundbauteils 26. Dieses kann nach Aushärtung beispielsweise mittels eines geeigneten Beschneidwerkzeugs 27 beschnitten und/oder aus der Presse 24 entnommen werden (Schritt d).
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3 zeigt einen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines Faserverbundbauteils mittels eines Nasspress-Verfahrens. Dieses umfasst ein Bereitstellen von Faserverbundmaterial in Form mindestens einer ersten 32a und einer zweiten Faserverbundlage 32b sowie einer Einlage 31 in Form einer Schwingungsdämpfungsschicht, wobei die Schwingungsdämpfungsschicht 31 folienartig ausgebildet sein kann.
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Die genannten Faserverbundlagen 32a, 32b und die Schwingungsdämpfungsschicht 31 werden zu einem Stack 30 aufgebaut, wobei die Anordnung der Schwingungsdämpfungsschicht 31 in Abhängigkeit von der zu erzeugenden Bauteilform unterschiedlich erfolgen kann. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist die Schwingungsdämpfungsschicht 31 in Dickenrichtung in Mittellage, d. h. als „neutrale Faser”, angeordnet. Ebenso ist jedoch ein abweichender Schichtaufbau möglich, bei dem die Schwingungsdämpfungsschicht in Dickenrichtung außerhalb der Mittellage angeordnet wird. Je nach Ausgestaltung des Faserverbundbauteils kann sich die Schwingungsdämpfungsschicht 31 über das gesamte Bauteil erstrecken, oder vorzugsweise auf akustisch kritische Bereiche des Bauteils beschränkt sein.
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Um eine möglichst vollständige Infiltration einer Matrix in den Faserverbundlagen in dem späteren Injektionsschritt zu erzielen, kann die Schwingungsdämpfungsschicht 31 entsprechend perforiert sein und/oder Kanäle zum Durchleiten der injizierten Matrix aufweisen (nicht dargestellt). Alternativ können aber auch einer oder mehrere sogenannter Patches eingesetzt werden, zwischen denen ein Fluss der Matrix erfolgt (ebenfalls nicht dargestellt).
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Um ein Verrutschen der Schwingungsdämpfungsschicht 31 während des Herstellungsprozesses zu verhindert kann die Schwingungsdämpfungsschicht 31 gegebenenfalls auf ein zusätzliches Trägermaterial (nicht dargestellt) aufgebracht sein. Dieses ist derart ausgebildet, dass es einen hohen Oberflächenreibwert aufweist und eine Reibung im Stack erhöht. Zusätzlich kann das Trägermaterial zum Versteifen des Stacks vorgesehen werden.
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Für die Erstellung des gesamten Stacks 30 gemäß Schritt 3a aus den beschriebenen Lagen und Schichten sind mehrere alternative Vorgehensweisen möglich:
- i. Die mindestens eine erste 32a und/oder die mindestens eine zweite Faserverbundlage 32b werden als vorimprägnierte Faserhalbzeuge, vorzugsweise als Prepregs, bereitgestellt und können direkt mit der Schwingungsdämpfungsschicht verbunden werden. Eine Verteilung des Matrixsystems erfolgt während des Pressens des gesamten Stacks. Diese Vorgehensweise nach Alternative i ist nicht dargestellt.
- ii. Alternativ kann der beschriebene Stack 30 gemäß Alternative ii analog zum RTM Verfahren zunächst „trocken” sprich ohne Matrixsystem, aufgebaut sein. Dies bedeutet, dass die jeweiligen Faserverbundlagen 32a, 32b und die Schwingungsdämpfungsschicht 31 in der gewünschten Art und Weise zu einem „trockenen” Stack 30 aufeinander positioniert werden. Ein Eintrag des Matrixsystems 36 erfolgt anschließend durch Aufbringen des Matrixsystems 36 auf eine äußere Oberfläche des gesamten Stacks 30, beispielsweise mittels eines Werkzeugs 37, also beispielsweise auf eine Oberfläche einer der Faserverbundlagen 32a. Im anschließenden Pressschritt 3b wird die Matrix von der Oberfläche durch die Faserverbundlage 32a und durch die Schwingungsdämpfungsschicht 31 in die gegenüberliegende Faserverbundlage 32b gepresst. Hierbei sind die beschriebene Perforation bzw. die vorgeschlagenen Kanäle (beide nicht dargestellt) hilfreich, um eine möglichst vollständige Verteilung der Matrix 36 in dem gesamten Stack 30 zu erzielen.
- iii. In Abwandlung zu dem in ii beschriebenen Vorgehen, kann anstelle eines gesamten trockenen Stacks die Schwingungsdämpfungsschicht 31 zunächst nur mit einer ersten Oberfläche mit einer der Faserverbundlagen 32b zu einem ersten Teilstack 30a verbunden werden. Die andere gegenüber anzuordnende mindestens eine Faserverbundlage 32a wird nachfolgend als zweiter Teilstack 30b mit dem ersten Teilstack 30a verbunden, wobei mindestens auf eine dem jeweils anderen Teilstack zugewanden Verbindungsfläche ein Matrixauftrag 36 beispielsweise mittels des Werkzeugs 37 erfolgt. Mit anderen Worten wird also zumindest auf einen der beiden Teilstacks 30a, 30b Matrix 36 aufgetragen, um den jeweils anderen Teilstack 30b bzw. 30a flächig „aufzukleben”. Bei einem anschließenden Pressvorgang Schritt 3b wird dann die aufgetragene Matrix 36 vom Inneren des erzeugten gesamten Stacks 30 nach außen gepresst und sorgt somit für eine möglichst vollständige Durchsetzung des Gesamtstacks 30 mit der Matrix 36.
- iv. Als weitere Abwandlung zu den Alternativen ii bzw. iii wird gemäß Alternative iv sowohl die mindestens eine erste Faserverbundlage 32a, die mindestens eine zweite Faserverbundlage 32b und die mindestens eine Einlage 31 jeweils als separater Teil-Stack 30a, 30b, 30c definiert, und in einem Zusammenbauschritt jeweils flächig miteinander verbunden. Hierbei kann auf jeweils eine der zu verbindenden Kontaktflächen ein Matrixauftrag 36 beispielsweise mittels eines Werkzeugs 37 erfolgen, der sich analog zu der unter iii gegebenen Beschreibung ausgehend von dem Bauteilinneren nach außen durch den gesamten Stack 30 verteilt und somit möglichst alle Lagen und Schichten durchsetzt.
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Anschließend kann der nach einem der Alternativen i bis iv bereitgestellte gesamte Stack 30 in ein Presswerkzeug 34 bzw. einer Presse eingelegt werden und verpresst sowie ausgehärtet werden zum Erzeugen des Faserverbundbauteils. Dieses kann nach Aushärtung beschnitten und/oder aus der Presse entnommen werden.
