DE102011107512B4 - Duktile CFK-Struktur - Google Patents

Duktile CFK-Struktur Download PDF

Info

Publication number
DE102011107512B4
DE102011107512B4 DE102011107512.0A DE102011107512A DE102011107512B4 DE 102011107512 B4 DE102011107512 B4 DE 102011107512B4 DE 102011107512 A DE102011107512 A DE 102011107512A DE 102011107512 B4 DE102011107512 B4 DE 102011107512B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fibers
layer
carbon
fiber
structural component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102011107512.0A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102011107512A1 (de
Inventor
Stephan Göttker
Asmir Salkic
Joachim Seidel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Priority to DE102011107512.0A priority Critical patent/DE102011107512B4/de
Publication of DE102011107512A1 publication Critical patent/DE102011107512A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102011107512B4 publication Critical patent/DE102011107512B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/08—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers
    • B29C70/088—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers and with one or more layers of non-plastics material or non-specified material, e.g. supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4209—Inorganic fibres
    • D04H1/4242—Carbon fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/10—Thermosetting resins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2307/00—Use of elements other than metals as reinforcement
    • B29K2307/04—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2309/00—Use of inorganic materials not provided for in groups B29K2303/00 - B29K2307/00, as reinforcement
    • B29K2309/08—Glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/20—All layers being fibrous or filamentary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B32B2260/023—Two or more layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/04—Impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/046—Synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/101—Glass fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/103—Metal fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/558—Impact strength, toughness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/714—Inert, i.e. inert to chemical degradation, corrosion

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

CFK-Strukturbauteil (BT), umfassend ein mit Metallfasern hybridisiertes Carbonfaserhalbzeug, wobei das CFK-Strukturbauteil (BT) einen Laminataufbau aufweist, der eine Basisstrukturschicht aus Carbonfasern (C), zumindest eine Schicht aus Glasfasern (G) und zumindest eine Schicht aus Metallfasern (M) aufweist, wobei die Basisstrukturschicht aus Carbonfasern (C) dem CFK-Strukturbauteil (BT) seine Form verleiht und die Schicht aus Glasfasern (G) zwischen der Basisstrukturschicht aus Carbonfasern (C) und der Schicht aus Metallfasern (M) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserorientierung der Metallfasern (M) von der Faserorientierung der Carbonfasern (C) abweicht und die Faserorientierung der Glasfasern (G) von der Faserorientierung der Carbonfasern (C) und/oder der Metallfasern (M) abweicht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil, das mittels eines CFK-Werkstoffs hergestellt wird, insbesondere ein Kraftfahrzeugbauteil wie ein Karosseriebauteil.
  • Carbonfaserverbund-Kunststoffe sind relativ spröde, wodurch die Gefahr besteht, dass bei einer mechanischen Überbeanspruchung in Querrichtung des Faserverlaufs das Bauteil in der Weise versagt, dass ein offener Bruch entsteht, so dass das Bauteil dort keinerlei Restfestigkeit mehr besitzt. Faserverläufe bei langen Fasern, insbesondere bei Endlosfasern, werden entsprechend der Konstruktion des Bauteils gestaltet, so dass die Faser nicht immer belastungsoptimal liegt. Um derartiges Bauteilversagen zu unterbinden, werden die CFK-Bauteile in ihrer Dicke überdimensioniert, was das Gewicht erhöht und das Bauteil verteuert.
  • Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2011 105 858 A1 beschreibt ein Faserverbundkunststoff-Pultrusionsprofil mit einer metallischen Schicht und dessen Herstellungsverfahren. Das Verfahren umfasst das Abziehen einer Mehrzahl von Verstärkungsfasern und Metallfasern von Abspulvorrichtungen und das Anordnen der Verstärkungsfasern zu einem Profilkern und der Metallfasern als eine Außenschicht um den Profilkern. Dabei wird eine Faseranordnung gebildet. Es folgen das Zuführen der Faseranordnung in eine Imprägniervorrichtung, dort Imprägnieren der Faseranordnung mit einem aushärtbaren Kunststoffmaterial und weiter das Überführen in ein Härtungswerkzeug, dort Erwärmen der imprägnierten Faseranordnung, wobei das Kunststoffmaterial aushärtet und das Faserverbundkunststoff-Pultrusionsprofil erhalten wird. Ferner wird ein entsprechendes Faserverbundkunststoff-Pultrusionsprofil offenbart.
  • Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2010 053 381 A1 beschreibt ein plattenförmiges und formstabiles Organoblech, welches als imprägniertes und mindestens teilweise konsolidiertes Faser-Matrix-Halbzeug mit einem thermoplastischen Kunststoff als Matrix-Material und darin eingebetteten Verstärkungsfasern ausgebildet ist. Zur besseren Verarbeitung in einem nachfolgenden Umform- und Spritzgießprozess wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Organoblech eine Drahtstruktur aufweist. Auf diese Weise bleibt das Organoblech auch im erhitzten Zustand formstabil.
  • Aus der DE 10 2008 011 658 A1 ist ein Verbund oder ein Faservorformling aus Fasern bekannt, bei dem sich Fasern an Kreuzungsbereichen überkreuzen, und wobei an zumindest einem Teil der Kreuzungsbereiche die sich überkreuzenden Fasern durch von den Fasern verschiedene Mittel aneinander befestigt werden. Anschließend wird dem Verbund eine Endform durch Strecken verliehen. Dabei wird ein wesentlicher Teil der Fixierungspunkte unter Zugspannung gesetzt, bis durch die Streckung in etwa die Kontur des späteren Faserverbund-Bauteils wiedergegeben ist. So haben in dem fertigen Faserverbund-Bauteil einzelne Fasern einen genau definierten und an die auf das Bauteil wirkenden Kräfte angepassten Verlauf, und zwar in Abweichung von der bisherigen Gewebeform. Um den Verbund zu strecken bzw. unter Zugspannung zu setzten, werden verschiedene Methoden genannt, darunter auch das Strecken mittels magnetischer oder elektrischer Kraftfelder, wofür Hilfselemente wie z. B. Stahlfasern, auch als Metallgarn bezeichnet, oder Klemmstücke usw. in den Verbund bzw. Faservorformling bei dessen Herstellung oder auch anschließend eingebracht werden können.
  • Das so hergestellte Faserverbund-Bauteil weist zwischen einer Vielzahl von Faserpaaren jeweils Zwischenräume auf, die beim Herstellungsverfahren definiert sind, also dadurch, dass die Fasern zunächst nur an Bereichen, an denen sie sich überkreuzen, durch andere Mittel als die Fasern aneinander befestigt sind.
  • Aber auch solche, mit belastungsgerecht orientierten Fasern hergestellte, hauptsächlich Duroplast basierte CFK-Strukturbauteile, insbesondere Bauteile bzw. Strukturbauteile im Fahrgastzellenbereich, werden häufig überdimensioniert, um das unkontrollierte Versagen beim Bruch, beispielsweise im Falle eines Crashs, zu vermeiden. Lösungsansätze bestehen etwa darin, geflochtene Strukturen einzusetzen oder die duktileren Aramidfasern zu verwenden, was kostenintensiv ist.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein CFK-Bauteil, insbesondere ein Kraftfahrzeugbauteil, vorzugsweise ein Karosseriebauteil bzw. Strukturbauteil zu schaffen, das duktiler ist bzw. ein definiertes Versagensbild mit gemindertem Sprödbruchverhalten aufweist, kostengünstig ist und ein geringeres Bauteilgewicht aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein CFK-Strukturbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen CFK-Strukturbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 4 offenbart.
  • Weiterbildungen des CFK-Strukturbauteils und des Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen offenbart.
  • In einer Ausführungsform des CFK-Strukturbauteils, das aus einem mit Metallfasern hybridisierten Carbonfaserhalbzeug besteht, weist das CFK-Strukturbauteil einen Laminataufbau auf, der eine Basisstrukturschicht aus Carbonfasern und zumindest eine Schicht aus Metallfasern hat, wobei die Basisstrukturschicht aus Carbonfasern die Form des CFK-Strukturbauteils bildet seine Form verleiht und die Schicht aus Glasfasern (G) zwischen der Basisstrukturschicht aus Carbonfasern (C) und der Schicht aus Metallfasern (M) angeordnet ist. Es ist auch denkbar, die Basisstrukturschicht aus CFK und GFK oder hybridisiertes CFK/GFK zu gestalten.
  • Das spröde Bruchverhalten des CFK-Strukturbauteils wird durch die Hybridisierung mit den Stahlfasern gemildert. Die so modifizierte Struktur verhält sich duktil und zeigt kein unkontrolliertes Versagen beim Brechen und keine offenen Brüche. Die Carbonfaser-Metallfaser-Kunststoff-Struktur des CFK-Strukturbauteils kann wesentlich größere Deformationswege aushalten und im Crashfall mehr Energie absorbieren. Auch nach einem Crash weist das CFK-Strukturbauteil eine Restfestigkeit auf.
  • In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die Faserorientierung der Metallfasern zumindest teilweise von der Faserorientierung der Carbonfasern abweichen, wobei beispielsweise die Carbonfasern entsprechend der an dem Bauteil zu erwartenden Kraftflüsse orientiert sein können, während die Metallfasern quer dazu angeordnet werden können.
  • Entsprechend kann auch die Faserorientierung der Glasfasern zumindest teilweise von der Faserorientierung der Carbonfasern und/oder der Metallfasern abweichen.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Basisstrukturschicht können die Carbonfasern bzw. Carbonfaserhalbzeuge, wie ein Gewebe, ein Gelege, ein Roving, ein Band aus Carbonfasern, zumindest teilweise kraftflussorientiert und/oder lastfallgerecht in Bezug auf das CFK-Strukturbauteil angelegt werden.
  • Während in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform die Metallfasern M kostengünstige Stahlfasern sein können, kann der Matrixkunststoff des CFK-Strukturbauteils BT ein duroplastisches System sein.
  • Um ein solches CFK-Strukturbauteil herzustellen wird
    • – zunächst die Basisstrukturschicht aus Carbonfasern entsprechend einer Form des CFK-Strukturbauteils erzeugt und
    • – dann zumindest eine Schicht aus Glasfasern (G) zwischen der Basisstrukturschicht aus Carbonfasern (C) und einer Schicht aus Metallfasern (M) unter Bildung eines Laminataufbaus, dabei elektrisches Entkoppeln der Basisstrukturschicht aus Carbonfasern (C) und der Schicht aus Metallfasern (M), aufgebracht, so dass der erfindungsgemäße Laminataufbau erhalten wird. Dieser wird mit einem Matrixkunststoff, der insbesondere ein duroplastischer Matrixkunststoff ist, imprägniert und ausgehärtet, wobei das CFK-Strukturbauteil erhalten wird. In einfacher Weise kann so ohne Überdimensionierung das duktile CFK-Strukturbauteil in Leichtbauweise geschaffen werden. Die Aushärtung kann unter aktiver Einwirkung von Wärme, beispielsweise Infrarotstrahlung erfolgen. Denkbar ist auch, die Aushärtung bei Raumtemperatur ohne Zutun abfolgen zu lassen.
  • Die Metallfasern können dabei mit einer Faserorientierung angeordnet werden, die zumindest teilweise von einer Faserorientierung der Carbonfasern abweicht. Auch die Glasfasern können bei ihrer Aufbringung mit einer Faserorientierung angeordnet werden, die zumindest teilweise von der Faserorientierung der Carbonfasern und/oder der Metallfasern abweicht.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform können die Carbonfasern bzw. Carbonfaserhalbzeuge, wie ein Gewebe, ein Gelege, ein Roving, ein Band aus Carbonfasern, bei der Herstellung der Basisstrukturschicht zumindest teilweise kraftflussorientiert und/oder lastfallgerecht in Bezug auf das CFK-Strukturbauteil angelegt werden.
  • Ferner kann ein Vorimprägnieren des Laminataufbaus beispielsweise mit pulverförmigem oder flüssigem Matrixkunststoff vorgesehen sein. Schließlich ist auch die Verwendung eines Faserhalbzeugs denkbar, das einen Matrixanteil enthält, beispielsweise in Form von Matrixfasern oder einer Faserschlichte.
  • Durch den Laminataufbau werden duroplastbasierte CFK-Strukturen duktil und damit plastisch verformbar und können dadurch sogar in Bereichen verwendet werden, in denen große Deformationswege notwendig sind, wie etwa im Bereich der B-Säule. Die erfindungsgemäße CFK-Struktur ist nicht mehr spröde und besitzt eine gute Restfestigkeit beim Versagen. Ferner gibt es keinen offenen Bruch beim Versagen. Die hochorientierte (anisotrope) FVK-Struktur hat somit ein gutmütiges Versagensbild und kann die beim Crash auftreffende Energie besser und definiert absorbieren. Der Bruch ist definiert und kontrollierbar. Somit müssen die CFK-Strukturen im Bereich der Fahrgastzelle nicht mehr überdimensioniert werden, um den undefinierten Bruch zu vermeiden.
  • Diese und weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die Figuren. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung derselben und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands.
  • Dabei zeigen:
  • 1a eine schematische Seitenansicht auf ein erfindungsgemäßes CFK-Bauteil mit Schichtaufbau,
  • 1b eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein aus einem CFK-Werkstoff bestehendes Bauteil, insbesondere ein Kraftfahrzeugbauteil, vorzugsweise ein Karosseriebauteil.
  • Es wird das CFK-Strukturbauteil als Laminataufbau mit einer Schicht aus metallischen Fasern ausgebildet. 1a zeigt dazu ein CFK-Strukturbauteil BT, dessen Laminataufbau aus einer Basisstrukturschicht aus Carbonfasern C und einer auf dieser Basisstrukturschicht aufgebrachten Schicht aus Metallfasern M besteht. Die Basisstrukturschicht aus Carbonfasern C verleiht dem CFK-Strukturbauteil BT seine Form.
  • Die Schicht aus Metallfasern M erhöht die Duktilität des CFK-Bauteils, die belastungsinduzierte Sprödbrüche verhindert und bei Versagen eine Restfestigkeit gewährleistet. Bei den zur Bildung der Basisstrukturschicht verwendeten Carbonfaserhalbzeugen kann es sich um Gewebe, Gelege, Rovings, etc. handeln, die mit den Metallfasern M, die beispielsweise Stahlfasern sein können, hybridisiert werden. Das aus dieser Hybridgewebestruktur mittels eines Matrixkunststoffs erhaltene CFK-Strukturbauteil BT ist beim Versagen nicht mehr spröde sondern duktil.
  • Diese Lösung ist zum einen kostengünstig, da auf ein vergleichsweise billiges Material wie Stahl zurückgegriffen werden kann, und zum anderen ist das so hybridisierte Bauteil trotz der Metallfasern leichter als ein überdimensioniertes CFK-Strukturbauteil.
  • Wie der Skizze aus 1b zu entnehmen ist, ist ferner vorgesehen, dass der Laminataufbau Glasfaserschichten G beinhaltet, die zwischen die Basisstrukturschicht aus Carbonfasern C und die Metallfaserschichten M eingebracht werden. Jede Metallschicht M ist durch eine Glasfaserschicht G von der Carbon-Basisstrukturschicht C getrennt.
  • So kann die Kontaktkorrosion zwischen Kohlenstoff der Basisstrukturschicht C und beispielsweise Stahl als Metallfaserwerkstoff vermieden werden, die andernfalls durch das deutlich höhere Spannungspotential des Kohlenstoffs hervorgerufen würde. Durch gezielte Lagepositionierung der Carbon-, Metall- und Glasschichten C, M, G beim Laminataufbau kann nicht nur die Kontaktkorrosion vermieden, sondern gleichzeitig die Energieaufnahmefähigkeit beim Crash verbessert werden. Dafür kann auch die Anordnung weiterer Glasfaserschichten G innerhalb der Carbon-Basisstruktur C sinnvoll sein.
  • Wie in 1a zu sehen ist, kann die Faserorientierung der Metallfasern M teilweise von der Faserorientierung der Carbonfasern C, die zumindest teilweise kraftflussorientiert und/oder lastfallgerecht in Bezug auf das CFK-Strukturbauteil BT angeordnet sein können, abweichen. Auch die Faserorientierung der Glasfasern G (nicht dargestellt) kann zumindest teilweise von der Faserorientierung der Carbonfasern C und/oder der Metallfasern M abweichen. Das geschaffene CFK-Strukturbauteil BT kann dadurch eine hochorientierte und/oder anisotrope Struktur aufweisen.
  • Während wie oben erwähnt die Metallfasern M kostengünstige Stahlfasern sein können, kann der Matrixkunststoff des CFK-Strukturbauteils BT ein duroplastisches System sein.
  • Nachdem der Laminataufbau durch die aus den Carbonfasern entsprechend der Form des CFK-Strukturbauteils BT hergestellte Basisstrukturschicht und der aufgebrachten Metallfaserschicht geschaffen wurde, ist das CFK-Strukturbauteil nach Imprägnierung des Laminataufbaus mit dem Matrixkunststoff und Aushärten fertig gestellt.
  • Ist die Integration von Glasfaserschichten gewünscht, so erfolgt deren Anordnung während der Herstellung des Laminataufbaus. Das Erzeugen der Schichten mit gewünschten Faserorientierungen kann durch Legeverfahren oder mittels eines wie im zitierten Stand der Technik beschriebenen Verknüpf- und Zugverfahrens erfolgen.
  • Die erfindungsgemäßen CFK-Strukturbauteile müssen nicht mehr überdimensioniert werden und sind so trotz des Metallfaseranteils leichter als die überdimensionierten CFK-Strukturbauteile und dabei, etwa durch Verwendung von kostengünstigem Material wie Stahl für die Metallfaserschicht, preiswerter herzustellen. Sie weisen eine Duktilität auf, die belastungsinduzierte Sprödbrüche verhindert und bei Versagen eine Restfestigkeit gewährleistet.

Claims (5)

  1. CFK-Strukturbauteil (BT), umfassend ein mit Metallfasern hybridisiertes Carbonfaserhalbzeug, wobei das CFK-Strukturbauteil (BT) einen Laminataufbau aufweist, der eine Basisstrukturschicht aus Carbonfasern (C), zumindest eine Schicht aus Glasfasern (G) und zumindest eine Schicht aus Metallfasern (M) aufweist, wobei die Basisstrukturschicht aus Carbonfasern (C) dem CFK-Strukturbauteil (BT) seine Form verleiht und die Schicht aus Glasfasern (G) zwischen der Basisstrukturschicht aus Carbonfasern (C) und der Schicht aus Metallfasern (M) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserorientierung der Metallfasern (M) von der Faserorientierung der Carbonfasern (C) abweicht und die Faserorientierung der Glasfasern (G) von der Faserorientierung der Carbonfasern (C) und/oder der Metallfasern (M) abweicht.
  2. CFK-Strukturbauteil (BT) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstrukturschicht zumindest ein Carbonfaserhalbzeug, umfassend ein Gewebe, ein Gelege, ein Roving oder ein Band aus Carbonfasern (C) aufweist, wobei das Carbonfaserhalbzeug und/oder die Carbonfasern (C) zumindest teilweise kraftflussorientiert und/oder lastfallgerecht in Bezug auf das CFK-Strukturbauteil (BT) angeordnet sind.
  3. CFK-Strukturbauteil (BT) nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfasern (M) Stahlfasern sind und das CFK-Strukturbauteil eine duroplastische Matrix aufweist.
  4. Verfahren zur Herstellung eines CFK-Strukturbauteils (BT) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, umfassend zumindest einen der Schritte: – Herstellen der Basisstrukturschicht aus Carbonfasern (C) entsprechend der Form des herzustellenden CFK-Strukturbauteils (BT) – Anordnen einer Schicht aus Glasfasern (G) zwischen der Basisstrukturschicht aus Carbonfasern (C) und einer Schicht aus Metallfasern (M) unter Bildung eines Laminataufbaus, dabei elektrisches Entkoppeln der Basisstrukturschicht aus Carbonfasern (C) und der Schicht aus Metallfasern (M) – Imprägnieren des Laminataufbaus mit einem Matrixkunststoff, der insbesondere ein duroplastischer Matrixkunststoff ist, und Aushärten unter Bildung des CFK-Strukturbauteils (BT), wobei – beim Aufbringen der Metallfaserschicht die Metallfasern (M) mit einer Faserorientierung angeordnet werden, die von der Faserorientierung der Carbonfasern (C) abweicht und – beim Aufbringen der Glasfaserschicht die Glasfasern (G) mit einer Faserorientierung angeordnet werden, die von der Faserorientierung der Carbonfasern (C) und/oder der Metallfasern (M) abweicht.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend zumindest einen der Schritte: – Anordnen der Carbonfasern (C) und/oder zumindest eines Carbonfaserhalbzeugs, umfassend ein Gewebe, ein Roving, ein Band von Carbonfasern (C), zumindest teilweise kraftflussorientiert und/oder lastfallgerecht in Bezug auf das CFK-Strukturbauteil (BT) beim Herstellen der Basisstrukturschicht, – Vorimprägnieren des Laminataufbaus mit pulverförmigem oder flüssigem Matrixkunststoff.
DE102011107512.0A 2011-07-15 2011-07-15 Duktile CFK-Struktur Expired - Fee Related DE102011107512B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011107512.0A DE102011107512B4 (de) 2011-07-15 2011-07-15 Duktile CFK-Struktur

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011107512.0A DE102011107512B4 (de) 2011-07-15 2011-07-15 Duktile CFK-Struktur

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102011107512A1 DE102011107512A1 (de) 2013-01-17
DE102011107512B4 true DE102011107512B4 (de) 2017-06-14

Family

ID=47425616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011107512.0A Expired - Fee Related DE102011107512B4 (de) 2011-07-15 2011-07-15 Duktile CFK-Struktur

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102011107512B4 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015219107A1 (de) 2015-10-02 2017-04-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Karosserieflächenbauteil für Kraftfahrzeuge aus Faserverbundwerkstoff
DE102021128827A1 (de) 2021-11-05 2023-05-11 Tk Elevator Innovation And Operations Gmbh Fahrtreppenvorrichtung mit freitragender fachwerkartiger Abstützstruktur mit Zugstreben aus Hybridmaterial sowie Verfahren und Verwendung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008011658A1 (de) * 2008-02-28 2009-09-03 Daimler Ag Verfahren zum Herstellen eines Faserverbund-Bauteils und Faserverbund-Bauteil
DE102009019236A1 (de) * 2009-04-28 2010-11-04 Daimler Ag Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils sowie Faserverbundbauteil
DE102010053381A1 (de) * 2010-12-03 2012-06-06 Kraussmaffei Technologies Gmbh Organoblech zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Formteilen
DE102011105858A1 (de) * 2011-06-01 2012-12-06 Daimler Ag Faserverbundkunststoff-Pultrusionsprofil und Herstellungsverfahren

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008011658A1 (de) * 2008-02-28 2009-09-03 Daimler Ag Verfahren zum Herstellen eines Faserverbund-Bauteils und Faserverbund-Bauteil
DE102009019236A1 (de) * 2009-04-28 2010-11-04 Daimler Ag Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils sowie Faserverbundbauteil
DE102010053381A1 (de) * 2010-12-03 2012-06-06 Kraussmaffei Technologies Gmbh Organoblech zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Formteilen
DE102011105858A1 (de) * 2011-06-01 2012-12-06 Daimler Ag Faserverbundkunststoff-Pultrusionsprofil und Herstellungsverfahren

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011107512A1 (de) 2013-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010003497B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Aufprallschutzelementes
EP3052306B1 (de) Faserverbundwerkstoffbauteil und verfahren zur herstellung eines faserverbundwerkstoffbauteils
DE102014009446B4 (de) Duroplastische FVK-Struktur mit einem thermoplastischen und faserverstärkten Lasteinleitungselement
EP2669149A2 (de) Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug
EP3027489B1 (de) Profilleiste einer fahrzeugkarosserie
DE102011105858A1 (de) Faserverbundkunststoff-Pultrusionsprofil und Herstellungsverfahren
WO2012055489A1 (de) Elastische lagerung für ein bauteil und verfahren zu deren herstellung
DE102016221431B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines pultrudierten Trägerbauteils in Hybridbauweise
DE102011014244A1 (de) Fasereinleger für Kraftfahrzeug-Faserbundkunststoffbauteil und Verfahren zur Herstellung des Kraftfahrzeug-Faserbundkunststoffbauteils
EP3318689A1 (de) Bewehrungsgitterelement, baukörper mit einem solchen bewehrungsgitterelement sowie verfahren zur herstellung eines bewehrungsgitterelements
DE102011107512B4 (de) Duktile CFK-Struktur
DE102012216727A1 (de) Funktionsoptimiertes Faserverbundbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102012202048A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Radfelge aus Faserverbundwerkstoff und Radfelge für ein Kraftfahrzeug
DE102015214909A1 (de) Flechtpultrusionsvorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffhohlprofils
DE10253300A1 (de) Faserverstärkter Verbundkunststoff zur Herstellung von Strukturbauteilen, Strukturbauteile aus einem derartigen Verbundkunststoff sowie Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Strukturbauteilen
DE102013215332B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mittels einer Trägerschicht
DE102013206238A1 (de) Faserverbundbauteil für ein Fahrzeug
EP4272936A1 (de) Faserverstärktes, als sichtcarbon-bauteil ausgebildetes composite-bauteil, textile fläche und verwendung der textilen fläche für ein als sichtcarbon-bauteil ausgebildetes composite-bauteil sowie verfahren zur herstellung eines solchen composite-bauteils
EP2873518B1 (de) Verfahren zum Herstellen eines verstärkten Faserverbundbauteils
EP3077202B1 (de) Tragendes, flächiges formteil aus einem mehrschichtfaserverbundwerkstoff, insbesondere für eine fahrzeugkarosserie
EP3580051B1 (de) Verfahren zur verbindung eines verbindungsstückes mit einem u-förmigen ringanker für ein kopfmodul für schienenfahrzeuge
DE102010053841A1 (de) Faserverstärkte Kraftfahrzeug-Strukturbauteile sowie Fertigungsverfahren und textiles Halbzeug zur Fertigung derselben
EP2716436B1 (de) Kohlenstoffverbundbauteil
DE102013214801A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Faserverbundanordnung mit einem Faserverbundbauteil und einem verbundenen Stützelement
DE102017102562A1 (de) Verbindungselement zur Anbindung eines Bauteils an eine Faserverbundstruktur

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee