DE102011087613A1

DE102011087613A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entkernen von Faserverbundbauteilen

Info

Publication number: DE102011087613A1
Application number: DE102011087613A
Authority: DE
Inventors: Hubert Burlefinger; Thomas Meier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-06-06

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Entkernen von Faserverbundbauteilen mit den folgenden Schritten vorgeschlagen: Bereitstellen des Faserverbundbauteils mit mindestens einem Formkern, und Strahlen des mindestens einen Formkerns mit einem Strahlmittel zum mindestens teilweisen Entfernen des Formkerns. Außerdem wird eine Verwendung von Acrylgranulat als Strahlmittel zum Ausführen des Verfahrens sowie eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Faserverbundbauteils vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entkernen von Faserverbundbauteilen sowie eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens.
Bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen stellt insbesondere eine Integration von Hohlräumen oder aufwendigen dreidimensionalen Strukturen, beispielsweise in Form von Hinterschnitten, eine besondere Herausforderung dar. Üblicherweise werden hierzu Formkerne vorgesehen, die gemäß eines ersten Herstellungsverfahrens zwischen mehrere Faserhalbzeuge eingelegt und mit diesen verpresst und ausgehärtet werden. Alternativ ist es bekannt, Formkerne mit Verbundfasern zu umflechten und anschließend im Rahmen des sogenannten RTM-Verfahrens („Resin Transfer Molding”) eine Matrix in die Fasern zu injizieren und diese auszuhärten. Darüber hinaus sind weitere Herstellungsverfahren für derartige Faserverbundbauteile bekannt.
In allen Fällen wird durch den Formkern eine Gegenkraft zu einer einwirkenden Kraft bei der Bauteilherstellung zur Bereitstellung eines definierten Hohlraums in dem Faserverbundbauteil aufgebaut, so dass sich der gewünschte Hohlraum und eine definierte Wandstärke einstellen.
In der Regel verbleibt der komplette Formkern in dem Bauteil.
Dies bietet den Nachteil, dass zwar der erzeugte Hohlraum auch in dem ausgehärteten Zustand des Faserverbundbauteils ausgefüllt ist und bestimmte Eigenschaften, insbesondere mechanische Eigenschaften zur Beeinflussung eines Crash-Verhaltens, bereitstellen kann. Jedoch ist dies nicht in jedem Bereich eines Faserverbundbauteils erwünscht oder erforderlich.
Vielmehr tritt der Nachteil hervor, dass in diesen Bereichen ein verbleibender Formkern aufgrund seines Eigengewichts ein Gesamtgewicht des erzeugten Faserverbundbauteils deutlich erhöht wird und somit einen Gewichtsvorteil des Faserverbundmaterials gegenüber anderen Werkstoffen (in Abhängigkeit von der Größe und Anzahl des bzw. der Formkerne) deutlich reduziert oder sogar ins Gegenteil umkehrt werden kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung auf möglichst einfache Art und Weise möglichst gewichtsoptimierte Faserverbundbauteile bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst mittels eines Verfahrens zum Entkernen von Faserverbundbauteilen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einer Verwendung gemäß Anspruch 8 und einer Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens gemäß Anspruch 9.
Demnach wird ein Verfahren zum Entkernen von Faserverbundbauteilen mit den folgenden Schritten vorgeschlagen:

– Bereitstellen des Faserverbundbauteils mit mindestens einem Formkern, und
– Strahlen des mindestens einen Formkerns mit einem Strahlmittel zum mindestens teilweisen Entfernen des Formkerns.

Das Verfahren setzt also ein Faserverbundbauteil mit einem oder mehreren Formkernen voraus. Diese werden, wie voranstehend beschrieben, an oder in dem Faserverbundbauteil integriert, um Hohlräume des Bauteils während eines Herstellungsprozesses zu erzeugen. Nach einem teilweisen oder vollständigen Aushärten des Faserverbundbauteils ist dieses in der Regel formstabil, so dass die Formkerne jeweils zumindest teilweise oder vollständig entfernt werden können. Hierzu wird das beschrieben Strahlverfahren eingesetzt, bei welchem eine Oberfläche des jeweiligen Formkerns mit einem Strahlmittel „beschossen” wird, um auf diese Weise Material des Formkerns abzutragen. Hierzu wird ein Luftstrahl erzeugt, der das Strahlmittel aus einem Sammelbehälter mitführt und gegen die Oberfläche des Formkern bläst. Vorzugsweise sollte das Faserverbundbauteil daher derart ausgestaltet sein, dass die zu bestrahlende Oberfläche des Formkerns zum Bestrahlen zugänglich ist. Da bei diesem Vorgang ein definierter und steuerbarer Abtrag der Oberfläche erfolgt, kann somit der Formkern an den jeweils bestrahlten Stellen kontrolliert abgetragen werden. Vorzugsweise erfolgt der Abtrag in einzelnen Schichten definierter Dicke.
Dieses Vorgehen bietet die Möglichkeit den Formkern in bestimmten Bereichen gezielt und lediglich in definiertem Umfang zu entfernen, ohne dass der Formkern in seiner verbleibenden Struktur beschädigt oder zerstört wird. Somit ist es möglich, lediglich einen Teil des jeweiligen Formkerns zu entfernen und einen verbleibenden anderen Teil im Faserverbundbauteil zu belassen, um hiermit bestimmte Aufgaben, beispielsweise eine Verstärkung des Bauteils o. a. bereitzustellen.
Aber nicht nur der verbleibende Teil des Formkerns wird hierbei geschont. Auch das Faserverbundbauteil selbst wird nur geringen Belastungen ausgesetzt, da keine mechanischen Werkzeuge zur Entkernung eingesetzt werden müssen, die gegebenenfalls zu lokalen Beschädigungen des Bauteils oder seiner Oberfläche durch tiefe Schneid-, Kratz- oder Hebelspuren führen könnten.
Als Strahlmittel kommen beispielsweise Körper mit kugeligen Formen oder vieleckigen Formen in Frage. Hierbei sind sowohl metallische, mineralische, synthetische oder pflanzliche Stoffe einsetzbar. Beispielsweise eigenen sich grundsätzlich Sand, Schrot, Kies, Glas, Keramik und Metalle sowie Eis, insbesondere Trockeneis, aber auch andere geeignete Strahlmittel.
Aufgrund einer vergleichsweise empfindlichen Oberfläche von Faserverbundbauteilen, insbesondere aufgrund einer vergleichsweise spröden Faserstruktur, die bei einer derartigen Behandlung leicht zu einer Delamination neigt, sind derartig „harte” Materialien mit entsprechender Vorsicht einzusetzen. Beispielsweise muss hierbei eine Geschwindigkeit des Luftstrahls entsprechend gering gewählt werden, um eine Aufprallgeschwindigkeit des Strahlmittels auf die Oberfläche ebenfalls gering zu halten.
Vorzuziehen sind daher „weichere” Materialien, wie beispielsweise pflanzliche Strahlmittel aller Art, wie Nusschalen oder Kork.
Besonders bevorzugt umfasst das Strahlmittel Kunststoffgranulat. Dieses kann in seinen Eigenschaften, insbesondere in Härte und Form, besonders gut an das zu bearbeitende Faserverbundbauteil angepasst werden, so dass es derart ausgestaltet werden kann, dass es gegenüber dem Formkern eine ausreichend abrasive Wirkung entfaltet, jedoch ausreichend schonend gegenüber dem Faserverbundwerkstoff ist.
Diese Eigenschaften werden in besonderer Weise durch sogenanntes Acrylgranulat erfüllt, so dass ebenfalls bevorzugt das Strahlmittel Acrylgranulat umfasst.
Beispielsweise weist das Strahlmittel eine Korngröße von 0,5 mm bis 0,8 mm auf.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Strahlens ein Beschleunigen des Strahlmittels auf eine Düsenaustrittsgeschwindigkeit einer Strahlanlage von 80 m/s bis 100 m/s. Das Strahlmittel wird also von der Strahlanlage auf eine entsprechende Geschwindigkeit beschleunigt, mit der dieses eine Düse der Strahlanlage verlässt, um das Faserverbundbauteil zu bestrahlen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Formkern Schaummaterial. Dieses eignet sich in besonderer Weise für ein schichtweises Abtragen mittels des beschriebenen Verfahrens, ohne dass gleichzeitig ein verbleibender Anteil des Formkerns zerstört oder beschädigt wird. Beispielsweise kann ein sogenannter „PUR” (Polyurethan) Hartschaum eingesetzt werden.
Wie voranstehend beschrieben, wird eine Verwendung von Acrylgranulat als Strahlmittel zum Ausführen des voranstehend beschriebenen Verfahrens vorgeschlagen.
Außerdem wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Faserverbundbauteils bereitgestellt, wobei die Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens gemäß der voranstehenden Beschreibung ausgebildet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt einen als Flussdiagramm schematisch dargestellten Ablauf des beschrieben Verfahrens. In einem ersten Schritt 11 wird ein Faserverbundbauteil mit mindestens einem Formkern bereitgestellt. Dies kann auf verschiedene Herstellungsarten erfolgen, die allgemein bekannt sind und daher nicht näher beschrieben werden. Lediglich beispielhaft werden daher ein sogenanntes Nasspressen von Faserhalbzeugen mit integrierten Formkernen oder eine Herstellung mittels des sogenannten RTM (Resin Transfer Molding) Verfahrens genannt.
Das in der Regel zumindest teilweise ausgehärtete Faserverbundbauteil wird anschließend einem Strahl-Schritt 12 unterzogen, bei welchem mindestens eine Oberfläche des Formkerns mit einem in einem Luftstrahl umfassten Strahlmittel beaufschlagt wird, um den Formkern zumindest teilweise abzutragen und auf diese Weise als Schritt 13 ein zumindest teilweise entkerntes Faserverbundbauteil bereitzustellen.

Claims

Verfahren zum Entkernen von Faserverbundbauteilen mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen des Faserverbundbauteils mit mindestens einem Formkern, und – Strahlen des mindestens einen Formkerns mit einem Strahlmittel zum mindestens teilweisen Entfernen des Formkerns.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Strahlmittel Kunststoffgranulat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Strahlmittel Acrylgranulat umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Strahlmittel eine Korngröße von 0,5 mm bis 0,8 mm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schritt des Strahlens ein Beschleunigen des Strahlmittels auf eine Düsenaustrittsgeschwindigkeit einer Strahlanlage von 80 m/s bis 100 m/s umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Formkern Schaummaterial umfasst.
Verwendung von Acrylgranulat als Strahlmittel zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Vorrichtung zum Bearbeiten eines Faserverbundbauteils, wobei die Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.