DE102011120903A1 - Composite semi-finished product for preparing sandwich panels, consists of thermosetting or thermoplastic matrix and reinforcing material chosen from glass, carbon and organic fiber - Google Patents

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Abstract

A composite semi-finished product consists of a thermosetting or thermoplastic matrix and reinforcing material chosen from glass, carbon and organic fiber, and is formed by injecting an injection molding material between two unconnected layers and molding.

Description

Stand der Technik und Nachteile des Standes der Technik:Prior art and disadvantages of the prior art:

Spritzgießfähige kurzfaserverstärkte Thermoplaste sind weit verbreitete Werkstoffe z. B. im Maschinenbau, in der Automobiltechnik und in der Elektrotechnik. Dabei werden durch das Spritzgießverfahren kostengünstig auch komplexe Formgebungen ermöglicht und dadurch vor allem auch Großserienanwendungen erschlossen. Überwiegend glasfaserverstärkte Formmassen, in den letzten Jahren aber jedoch auch vermehrt kohlefaser- und naturfaserverstärkte Typen, werden in großen Mengen eingesetzt. Werden allerdings noch höhere Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften gefordert, können diese nur durch endlosfaserverstärkte Bauweisen erzielt werden. Trotz intensiver Anstrengungen in der Materialentwicklung, z. B. durch den vermehrten Einsatz von Kohlenstofffasern (CF) oder durch sogenannte langfaserverstärkte Compounds mit Ausgangsfaserlängen von ca. 10 mm für das Spritzgießen bleibt das Leistungsniveau der aus kurzfaserverstärkten Formmassen gefertigten Bauteile deutlich hinter dem von Bauteilen mit gerichteten Endlosfasern zurück.Injection moldable short fiber reinforced thermoplastics are widely used materials z. B. in mechanical engineering, in automotive technology and in electrical engineering. In this case, the injection molding process also enables complex shapes to be designed cost-effectively, thereby opening up above all large-scale production applications. Predominantly glass fiber reinforced molding compounds, but in recent years but also increasingly carbon fiber and natural fiber reinforced types, are used in large quantities. However, if even higher stiffness and strength properties required, they can only be achieved by continuous fiber reinforced construction. Despite intensive efforts in material development, z. B. by the increased use of carbon fibers (CF) or by so-called long-fiber reinforced compounds with output fiber lengths of about 10 mm for injection molding, the performance level of manufactured from short fiber reinforced molding compounds components remains well behind that of components with directional continuous fibers.

Die mit Endlosfasern aus Glas oder Kohlenstoff verstärkten Kunststoffe (GFK, CFK) verfügen aufgrund ihres herausragenden Eigenschaftsprofils über ein hohes Potenzial in hochbelasteten Anwendungen. Verbundwerkstoffe dieser Art können entweder eine duroplastische oder eine thermoplastische Matrix besitzen. Sie sind mit Endlosfasern in Form von Gelegen (eine oder mehrere unidirektionale Faserlagen), Geweben, Gefechten, Gewirken, Gestricken oder durch vliesartige Matten oder auch lokal durch Rovings verstärkt. Sie können mittels bekannten Prozessen wie Pressen (Prepregs, Organobleche glasmattenverstärkte Thermoplaste), Vakuuminjektionsverfahren oder im Resin Transfer Moulding (RTM) bzw. einem artverwandten Verfahren zu Struktur- und Leichtbauteilen verarbeitet werden. Diese Bauteile bzw. Werkstoffe erfüllen höchste Anforderungen an die Steifigkeit sowie die Ermüdungs-, Abrasions- und Korrosionsbeständigkeit. Gegenüber Verbundmaterialien mit duroplastischer Matrix zeichnen sich solche mit thermoplastischer Matrix durch eine höhere Energieaufnahmefähigkeit, bessere Schlagzähigkeit und ein hohes Recyclingpotenzial aus. Weiterhin ergibt sich eine wesentlich höhere Effizienz bei der Bauteilfertigung, da die Zykluszeiten bei der Thermoplastverarbeitung deutlich niedriger sind als bei den chemisch vernetzenden Harzen. Diese Vorteile haben in den letzten Jahren zu einem vermehrten Einsatz von sogenannten Organoblechen und anderen endlosfaserverstärkten Werkstoffen in kleinen und mittleren Serienanwendungen geführt. Sie sind vor allem besonders attraktiv für Leichtbauanwendungen, die in der Fläche eine hohe Steifigkeit und Festigkeit erfordern. Die heute zur Verfügung stehenden Verarbeitungsprozesse limitieren die Komplexität der herstellbaren Bauteile und damit auch die Produktivität hinsichtlich einer Anwendung in hohen Stückzahlen. Die kostengünstige Realisierung von spritzgießtypischen Funktionselementen wie Rippen, Schraubdomen und Schnapphaken ist damit bislang nur sehr eingeschränkt möglich.Due to their outstanding property profile, the plastics reinforced with continuous glass or carbon fibers (GRP, CRP) have a high potential in highly loaded applications. Composites of this type may have either a thermoset or a thermoplastic matrix. They are reinforced with continuous fibers in the form of loops (one or more unidirectional fiber layers), woven fabrics, battles, knitted fabrics, crocheted or by fleece-like mats or locally by rovings. They can be processed into structural and lightweight components by means of known processes, such as pressing (prepregs, organoplates glass-mat reinforced thermoplastics), vacuum injection methods or in Resin Transfer Molding (RTM) or a related process. These components and materials meet the highest requirements for rigidity and fatigue, abrasion and corrosion resistance. Compared to thermoset matrix composites, those with a thermoplastic matrix are characterized by higher energy absorption, better impact resistance and high recycling potential. Furthermore, there is a much higher efficiency in the component production, since the cycle times in the thermoplastic processing are significantly lower than in the case of the chemically crosslinking resins. These advantages have led in recent years to an increased use of so-called organic sheets and other continuous fiber reinforced materials in small and medium series applications. Above all, they are particularly attractive for lightweight applications that require high stiffness and strength in the area. The currently available processing processes limit the complexity of the manufacturable components and thus the productivity in terms of an application in large quantities. The cost-effective implementation of injection molding typical functional elements such as ribs, screw domes and snap hooks is so far only very limited possible.

Um dieses Problem zu lösen und die Anforderungen zu realisieren wurden bereits Ansätze verfolgt, Organobleche in Form von thermoplastischen Halbzeugen in Spritzgießwerkzeuge einzulegen und mit spritzgießfähigen Formmassen Funktionselemente zu umspritzen [ DE202006019341U1 , DE102010019625A1 ] oder nachträglich z. B. durch Umfalzen verbundene Hybridbauteile herzustellen [ DE202009012432U1 ]. Es handelt sich dabei um Glas-, Kohle- oder auch Aramidfasergewebe, die von thermoplastischer Matrix umgeben sind und durch Umformverfahren in eine gewünschte Form gebracht werden, bevor sie ins Spritzgießwerkzeug eingebracht werden. Teilweise werden der Umformvorgang für das Halbzeug und der Spritzgießvorgang in einem Prozess integriert [ DE102007036660A1 ]. Hierzu wird ein erwärmtes und vorkonsolidiertes Organoblech mit thermoplastischer Matrix in eine Spritzgießform eingelegt und mittels unverstärkten oder kurzfaserverstärkten Thermoplasten z. B. Rippenstrukturen und Schraubdome angespritzt, wobei das Organoblech im Spritzgießwerkzeug durch den Spritzdruck der Schmelze umgeformt und in Form gebracht wird.In order to solve this problem and to realize the requirements, approaches have been taken to insert organic sheets in the form of thermoplastic semi-finished products in injection molds and to overmold functional elements with injection-moldable molding compounds [ DE202006019341U1 . DE102010019625A1 ] or subsequently z. B. by crimping connected hybrid components [ DE202009012432U1 ]. These are glass, carbon or aramid fiber fabrics, which are surrounded by thermoplastic matrix and are formed by forming into a desired shape, before they are introduced into the injection mold. Partly, the forming process for the semi-finished product and the injection molding process are integrated in one process [ DE102007036660A1 ]. For this purpose, a heated and preconsolidated organic sheet is inserted with thermoplastic matrix in an injection mold and by means of unreinforced or short fiber reinforced thermoplastics z. B. rib structures and screw domes molded, wherein the organic sheet is formed in the injection mold by the injection pressure of the melt and brought into shape.

Wesentliche Nachteile aller bisher bekannten Materialkombinationen und Verfahren unter Verwendung von Organoblechen bestehen darin, dass die verwendeten thermoplastimprägnierten Gewebe relativ dick sind und dass sie in ihrer Herstellung aufwändig und damit schon die Halbzeuge teuer sind. Durch die Dicke der Gewebe werden entweder die Formteile dickwandig oder die Rippenstrukturen und Dome können nicht vollflächig, sonder nur lokal angespritzt werden. Damit verbunden ist die Notwendigkeit sehr hohe örtliche Verbundfestigkeiten zwischen den eingelegten Halbzeugen und den aufgespritzten funktionellen Strukturen zu erzielen. Die hohe spezifische Verbundhaftung ist unter anderem deshalb notwendig, weil die funktionellen Strukturen nur lokal mit kleinen Kontaktflächen angespritzt werden und nur einseitig an der Faserverbundstruktur angebunden sind und somit die Grenzflächen von den Rändern her starken Schälbeanspruchungen unterliegen. Weiterhin sind durch diese Asymmetrie des Aufbaus der Strukturen unterschiedliches Schwindverhalten und unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der beiden Seiten der Schalenstruktur unvermeidlich. Dies hat bereits zu Lösungsvorschlägen hinsichtlich eines Verbundwerkstoffs mit reduzierten Ausdehnungskoeffizienten geführt [ DE102009016213A1 ]. Dies führt unter thermischer Bauteilbelastung zu starken Formänderungen ähnlich einem Bimetallstreifen, was sich insbesondere bei vorwiegend flächigen Strukturen mit geringer Gesamtbauteiltiefe bemerkbar macht. Damit eignen sich diese bekannten Technologien vor allem für massive Konstruktionen und die Substitution von Aluminium-Druckgussteilen oder dickwandigeren Blechprägeteilen. Damit können flächige Bauteile von geringen Wandstärken mit hohen Steifigkeitsanforderungen und hoher Funktionsintegration bei gleichzeitig engen Kostenvorgaben von den bisherigen Lösungsansätzen nicht zufriedenstellend gelöst werden. Die Probleme und Nachteile der asymmetrischen einseitigen Faserverbundeinlagen können durch einen annähernd symmetrischen Sandwichaufbau der Strukturen, d. h. eine beidseitige oberflächennahe Einbringung von Faserverbundstrukturen in die Bauteile behoben werden. Das beidseitige Einbringen von dünnen verstärkenden Halbzeugen in das Spritzgießwerkzeug ist jedoch mit hohem Aufwand und ungelösten Problemen hinsichtlich einer prozesssicheren Formfüllung zwischen die Verstärkungslagen hinein verbunden und wird daher heute in der Praxis nicht umgesetzt.Significant disadvantages of all previously known material combinations and methods using organic sheets are that the thermoplastic impregnated fabrics used are relatively thick and that they are expensive to manufacture and therefore already the semi-finished products are expensive. Due to the thickness of the fabric either the moldings are thick-walled or the rib structures and domes can not be molded over the entire surface, but only locally. Associated with this is the need to achieve very high local bond strengths between the loaded semi-finished products and the sprayed-on functional structures. The high specific composite adhesion is necessary, inter alia, because the functional structures are injection-molded only locally with small contact surfaces and are connected to the fiber composite structure only on one side and thus the boundary surfaces are subjected to strong peel stresses from the edges. Furthermore, due to this asymmetry of the structure of the structures, different shrinkage behavior and different coefficients of thermal expansion of the two sides of the shell structure are unavoidable. This has already proposed solutions to a composite material with reduced expansion coefficients guided [ DE102009016213A1 ]. This leads under thermal component load to strong shape changes similar to a bimetallic strip, which makes noticeable in particular in predominantly flat structures with low overall component depth. Thus, these known technologies are particularly suitable for massive constructions and the substitution of aluminum die castings or thicker-walled sheet metal stamping parts. Thus, flat components of low wall thicknesses with high rigidity requirements and high functional integration with simultaneously tight cost specifications can not be satisfactorily resolved by the previous approaches. The problems and disadvantages of the asymmetric single-sided fiber composite inserts can be overcome by an approximately symmetrical sandwich structure of the structures, ie a bilateral near-surface introduction of fiber composite structures in the components. However, the two-sided introduction of thin reinforcing semi-finished products in the injection mold is connected with great effort and unsolved problems in terms of reliable mold filling between the reinforcing layers in and is therefore not implemented today in practice.

Vorgeschlagene LösungSuggested solution

Um dünne, sehr steife und annähernd dickensymmetrische Sandwichbauteile prozesssicher und kostengünstig herstellen zu können, wird erfindungsgemäß die Herstellung und Verwendung eines vorkonfektionierten Faserverbund-Halbzeugs in Form einer Tasche (1) bzw. eines Kissens (2) vorgeschlagen. Die Außenkontur ist dabei beliebig der gewünschten Bauteilkontur anpassbar. Sie könnte auch rund, mehreckig, parallelogrammartig sein und auch Durchbrüche bzw. Öffnungen im Inneren der Fläche aufweisen, wie ein Rahmen. 3 zeigt in A, B, C verschiedene Beispiele von Bauteilkonturen. Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf solche Konturen beschränkt, sondern auf jegliche Art von flächigem Bauteil anwendbar. Auch gekrümmte Flächen sind darstellbarIn order to be able to produce thin, very stiff and approximately thickly symmetrical sandwich components in a process-reliable and cost-effective manner, according to the invention, the production and use of a prefabricated fiber composite semifinished product in the form of a pocket ( 1 ) or a pillow ( 2 ) proposed. The outer contour is arbitrarily adaptable to the desired component contour. It could also be round, polygonal, parallelogram-like and also have openings or openings in the interior of the surface, such as a frame. 3 shows in A, B, C different examples of component contours. The solution according to the invention is not limited to such contours, but applicable to any type of sheet-like component. Even curved surfaces can be displayed

Das erfindungsgemäße Halbzeug in Form einer Tasche (10) oder eines Kissens (20) besteht aus zwei Deckschichten (11, 12) bzw. (21, 22) bzw. Schichten eines herkömmlichen Faserverbundhalbzeugs. Die zur Verwendung kommenden Faserverbundhalbzeuge können entweder eine duroplastische oder eine thermoplastische Matrix besitzen und mit Endlosfasern in Form von Gelegen (eine oder mehrere unidirektionale Faserlagen), Geweben, Gefechten, Gewirken, Gestricken oder durch vliesartige Matten oder auch lokal durch Rovings verstärkt sein. Die verwendeten Fasern können Glas-, Kohlenstoff- oder organische Fasern wie Aramid oder auch Naturfasern sein. Auch dünne metallische Bleche sind in den beiden Deckschichten möglich.The semifinished product according to the invention in the form of a bag ( 10 ) or a pillow ( 20 ) consists of two outer layers ( 11 . 12 ) respectively. ( 21 . 22 ) or layers of a conventional fiber composite semifinished product. The semi-finished fiber composites used may have either a thermoset or a thermoplastic matrix and be reinforced with continuous filaments in the form of loops (one or more unidirectional fiber layers), woven fabrics, battles, knits, crocheted or non-woven mats or locally by rovings. The fibers used may be glass, carbon or organic fibers such as aramid or natural fibers. Even thin metal sheets are possible in the two outer layers.

Die beiden Schichten der Tasche oder des Kissens können in verschiedenen Dicken und Laminatlagen ausgeführt sein. Vorzugsweise weisen beide Schichten ähnliche Dicken und Aufbauten auf, um ähnliche Steifigkeiten und Ausdehnungskoeffizienten zu gewährleisten und unerwünschten Verzug zu vermeiden. Typische Dicken d (siehe 1) einer Schicht der Tasche bzw. des Kissens (eine Seite) wären z. B. 0,1 bis 2,5 mm besonders bevorzugte Dicken sind 0,2 bis 1 mm. Auf der Außenseite einer oder beider Deckschichten kann zusätzlich eine dünne Schicht oder Folie mit hoher Oberflächenqualität oder einem Dekor aufgebracht sein. Das können Schichten oder Folien z. B. mit Hochglanzoberflächen oder strukturierte Oberflächen mit einer Narbung sein. Auf der Innenseite kann eine Trennschicht oder Trennfolie vorliegen, um eine Verbindung der beiden Schichten z. B. bei einem dem Spritzgießen vorgeschalteten Thermoform- oder Umformprozess zu verhindern.The two layers of the bag or pad may be made in different thicknesses and laminate layers. Preferably, both layers have similar thicknesses and structures to ensure similar stiffnesses and coefficients of expansion and to avoid undesirable distortion. Typical thicknesses d (see 1 ) of a layer of the bag or the pillow (one side) would be z. B. 0.1 to 2.5 mm particularly preferred thicknesses are 0.2 to 1 mm. On the outside of one or both cover layers may additionally be applied a thin layer or film with high surface quality or a decor. This can be layers or foils z. B. with high gloss surfaces or textured surfaces with a grain. On the inside, a release layer or release film may be present in order to connect the two layers z. B. at a pre-injection molding thermoforming or forming process to prevent.

Zur erfindungsgemäßen Konfektionierung einer solchen Tasche/Kissen werden zwei Lagen des Faserverbundwerkstoffs lose, d. h. ohne flächige Verbindung aufeinandergelegt und an den Rändern miteinander verbunden, so dass eine an mehreren Seiten, z. B. an vier Seiten verbundenes Kissen (2) oder eine an drei Seiten verbundene Tasche entsteht (1). Die Verbindung (25) am Rand der Faserverbundhalbzeuge (10, 11) bzw. (21, 22) kann z. B. durch einen Schweißprozess oder eine Haftklebung oder ein mechanisches Umbördeln oder eine sonstige Fügetechnologie erfolgen. Beispielhaft ist in (5) eine punktuelle Schweißung (52) dargestellt.For packaging according to the invention of such a bag / cushion two layers of the fiber composite material are loosely, that is stacked without a flat connection and connected together at the edges, so that one on several sides, z. B. Pillows connected on four sides ( 2 ) or a bag connected on three sides ( 1 ). The connection ( 25 ) at the edge of the fiber composite semi-finished products ( 10 . 11 ) respectively. ( 21 . 22 ) can z. B. by a welding process or a pressure-sensitive adhesive or a mechanical beading or other joining technology. Exemplary is in ( 5 ) a punctual weld ( 52 ).

Vor oder nach der Verbindung zu dem erfindungsgemäßen Halbzeug können die beiden aufeinanderliegenden Schichten in einem Umformprozeß vorgeformt werden. Insbesondere kann eine gemeinsame Umformung beider Schichten in einem Werkzeug erfolgen, wobei eine Verschiebung der Schichten zueinander erleichtert und ein Verbinden der Schichten im Umformprozess verhindert werden kann, indem z. B. bereits vorher bei der Konfektionierung eine Trennfolie zwischen den Schichten angeordnet wird.Before or after the connection to the semi-finished product according to the invention, the two superimposed layers can be preformed in a forming process. In particular, a common deformation of both layers can be done in a tool, wherein a shift of the layers facilitates each other and a bonding of the layers can be prevented in the forming process by z. B. already before the packaging a release film between the layers is arranged.

Durch diese Konfektionierung als Tasche oder Kissen wird ein Einspritzen zwischen die Verstärkungslagen ermöglicht. Es können z. B. Film-, Fächer- und Punktanschnitte an der offenen Stirnseite des Halbzeugs realisiert werden (siehe 1), um von der Seite zwischen die beiden Verstärkungslagen einspritzen zu können. Weiterhin können auch mittig gelegene Anschnitte verwendet werden. Durch eine Öffnung hindurch (siehe 2) kann die Formmasse injiziert werden und den Zwischenraum im Inneren zwischen den Hlabzeugschichten von innen nach außen durchströmen, was Vorteile hinsichtlich einer Verhinderung einer möglichen Verschiebung der Tasche/des Kissens bietet, den Aufwand zur Positionierung und Fixierung der Einleger im Werkzeug deutlich verringert und den Fließweg der Schmelze verkürzt.By this packaging as a bag or cushion injection between the reinforcing layers is possible. It can z. B. film, fan and point cuts on the open end side of the semifinished product can be realized (see 1 ) to be able to inject from the side between the two reinforcing layers. Furthermore, also centrally located gates can be used. Through an opening (see 2 ), the molding compound can be injected and flow through the gap in the interior between the Hlabzeugschichten from the inside out, which benefits in terms of preventing a possible shift offers the bag / cushion significantly reduces the effort to position and fix the inserts in the tool and shortens the flow path of the melt.

Wesentlich bei der Verbindung der beiden Halbzeugschichten zu dem erfindungsgemäßen Halbzeug ist, dass die Verbindung den Rand der Tasche bzw. des Kissens nicht dicht verschließt, sondern die von der in den Zwischenraum eindringenden Schmelze verdrängte Luft nach den Rändern hin zwischen den beiden Deckschichten (21, 22) entweichen lässt. Dies geschieht erfindungsgemäß z. B. durch eine punktuelle Verbindung (41) oder eine in unterbrochener Linie (42) ausgeführte Verbindung (4). Das kann z. B. eine unterbrochene Schweißung oder Verklebung sein. Alternativ kann auch eine mechanische Verbindung oder Fügung z. B. in Form einer Umbördelung dergestalt erfolgen, dass sich eine luftdurchlässige Verbindung ergibt.It is essential for the connection of the two semifinished layers to the semifinished product according to the invention that the compound does not seal tightly the edge of the pocket or the pillow, but rather displaces the air displaced by the melt entering the interspace toward the edges between the two cover layers ( 21 . 22 ) can escape. This happens according to the invention z. B. by a selective connection ( 41 ) or a broken line ( 42 ) executed connection ( 4 ). This can z. B. be an interrupted weld or bonding. Alternatively, a mechanical connection or joining z. B. in the form of a flanging such that there is an air-permeable compound.

Darüber hinaus sollte die Fügeverbindung zwischen den beiden Deckschichten bevorzugt so ausgelegt sein, dass sie sich durch den Druck der anströmenden Schmelzefront während des Injektionsvorgangs leicht öffnet. Die kann z. B. durch leichtes Haftkleben oder punktuelles Anheften bei niedriger Schweißtemperatur und wenig Schweißdruck beim Herstellen der erfindungsgemäßen Tasche oder des Kissens realisiert werden. Wesentlich ist, dass sich die Fügestellen während des Einströmens der Kunststoffschmelze in den Spalt zwischen den beiden Deckschichten lösen und eine ungehinderte Anlage der Deckschichten an der jeweiligen Werkzeugwand zulassen.In addition, the joint connection between the two cover layers should preferably be designed so that it opens easily by the pressure of the inflowing melt front during the injection process. The z. B. be realized by light pressure-sensitive adhesive or selective attachment at low welding temperature and low welding pressure in the manufacture of the bag or the bag according to the invention. It is essential that the joints are released during the inflow of plastic melt in the gap between the two cover layers and allow unimpeded contact of the cover layers on the respective mold wall.

Alternativ zum direkten Aufeinanderlegen der beiden Deckschichten können diese vollflächig oder zumindest im Umfeld der Einspritzöffnung mit Abstandhaltern verbunden sein, so dass sich zwischen den Deckschichten ein definierter Spalt ergibt.As an alternative to the direct juxtaposition of the two outer layers, they may be connected over the entire surface or at least in the vicinity of the injection opening with spacers, so that a defined gap results between the outer layers.

Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Halbzeugtasche wird die an drei Seiten geheftete und an einer Seite offene Tasche in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt und seitlich in die vorgesehene Öffnung hinein angespritzt (1). Das erfindungsgemäße Halbzeug ermöglicht das Platzieren und Fixieren auf nur einer Werkzeughälfte, wodurch der Prozess sicherer und der Handlingsaufwand deutlich reduziert sowie der Einlegevorgang erheblich beschleunigt wird.In the application of the semifinished product bag according to the invention, the bag stapled on three sides and open on one side is inserted into an injection mold and injected laterally into the intended opening ( 1 ). The semifinished product according to the invention makes it possible to place and fix it on only one half of the mold, as a result of which the process is safer and the handling effort is significantly reduced and the loading process is considerably accelerated.

In einer weiteres Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbzeugs kommt die allseitig am Umfang geheftete Tasche (wie ein dünnes Kissen) zum Einsatz. Diese Ausführungsform hat insbesondere Vorteile beim mittigen Anspritzen des Formteils (2).In a further embodiment of the semifinished product according to the invention, the pocket stapled on all sides on the circumference (such as a thin cushion) is used. This embodiment has particular advantages in the central injection molding of the molded part ( 2 ).

Durch geschicktes Ausstanzen der Einspritzöffnung und gleichzeitiges Umformen des ausgestanzten Bereiches (51) zwischen die beiden Deckschichten (21,22) hinein kann eine Trennung bzw. ein mittiges Abheben der beiden Deckschichten erfolgen und damit ein Spalt für das Eindringen der Schmelze geschaffen werden (siehe 5). Bei dieser Variante könnte z. B. ein Heißkanalsystem mit Nadelverschlussdüse zum Einsatz kommen. Dabei sollte vorzugsweise die Einspritzdüse in die Folientasche zwischen die Folienlagen hineinragen und um die Düse herum abschließen.By clever punching of the injection opening and simultaneous forming of the punched out area ( 51 ) between the two outer layers ( 21 . 22 ) into it can be a separation or a central lifting of the two outer layers and thus create a gap for the penetration of the melt (see 5 ). In this variant, z. B. a hot runner system with needle valve are used. In this case, preferably, the injection nozzle should protrude into the film pocket between the film layers and complete around the nozzle.

Durch unterschiedliche Arten des „Anheftens” der beiden Folienteile an den Rändern bei der Vorkonfektionierung kann der Füllvorgang und das Öffnen der Folientasche durch die einströmende Schmelze gesteuert werden. Eine ausreichende Entlüftung während der Füllung wird gewährleistet, indem die Ränder nur partiell angeheftet werden, so dass ausreichend große Entlüftungsspalte verbleiben (4).By different ways of "adhering" the two film parts at the edges in the pre-assembly of the filling process and the opening of the film bag can be controlled by the inflowing melt. Adequate ventilation during filling is ensured by only partially adhering the edges so that sufficiently large ventilation gaps remain ( 4 ).

Das Anspritzen von Funktionselementen wie Rippen, Schnapphaken und Domen wird ermöglicht, indem die dem anzuspritzenden Funktionselement zugewandte Deckschicht an der entsprechenden Steile (61, 62) durchgestanzt wird (6). Vorteilhaft ist auch hier eine Ausbildung mit einem Abstandhalter wie 51 in 5 für die Einspritzöffnung beschrieben.The injection molding of functional elements such as ribs, snap hooks and domes is made possible by the covering element facing the functional element to be sprayed at the corresponding location (FIG. 61 . 62 ) is punched ( 6 ). An advantage here is training with a spacer such 51 in 5 described for the injection port.

Im Spritzgießprozess werden die ins Werkzeug eingeführten Decklagen des taschenartigen Halbzeugs durch den Druck der strömenden Schmelze auseinandergedrückt und an die Werkzeugwand gepresst. Anschließend werden die Formhohlräume im Werkzeug (65, 66), die die Funktionselemente wie Schraubdome (67) oder Schnapphaken (68) oder Rippen bilden gefüllt.In the injection molding process, the cover layers of the pocket-like semi-finished product introduced into the tool are pressed apart by the pressure of the flowing melt and pressed against the tool wall. Subsequently, the mold cavities in the tool ( 65 . 66 ), the functional elements such as screw domes ( 67 ) or snap hooks ( 68 ) or ribs are filled.

Dadurch wird ein Füllen der Funktionselemente von innen – durch die Verstärkungslage, d. h. Deckschicht hindurch – ermöglicht. Durch die formschlüssige Verbindung der hochverstärkten Deckschichten mit der eingespritzten Formmasse ergeben sich sehr hohe Festigkeits- und Steifigkeitswerte für die Anbindungen.This fills the functional elements from the inside - through the reinforcing layer, i. H. Cover layer through - allows. The positive connection of the highly reinforced cover layers with the injected molding compound results in very high strength and stiffness values for the connections.

Die Anbindung an die flächige Grundstruktur kann durch die beidseitige Anordnung der Verstärkungen im Vergleich zu bisher bekannten einseitig angespritzten Funktionselementen erheblich verbessert werden. Die Durchstanzung in dem Halbzeug, welches der Seite der Verrippung oder dem Befestigungsdom zugewandt ist, erlaubt ein lokales Durchströmen des Halbzeugs mit der Schmelze von innen nach außen und führt damit zu einer formschlüssigen Anbindung der Rippe oder des Doms an das Halbzeug und somit zu wesentlich höheren Biegesteifigkeiten und -festigkeiten, als es durch herkömmliches einfaches Anspritzen von außen an die verstärkte Formteilfläche realisierbar wäre. Je nach Gestaltung der Durchstanzung kann der ausgestanzte Teil der Deckschicht komplett entfernt werden oder aber mit der Grundstruktur verbunden bleiben und umgeformt werden. Dieser Stanzrest kann dann als Abstandhalter (51) in den Schnapphaken oder die Rippe hineinragen und darüber hinaus wird dadurch eine weitere Festigkeitssteigerung der Anbindung bewirkt.The connection to the flat basic structure can be significantly improved by the two-sided arrangement of the reinforcements compared to previously known one-side molded functional elements. The punching in the semifinished product, which faces the side of the ribbing or the fastening dome, allows a local flow of the semifinished product with the melt from the inside to the outside and thus leads to a positive connection of the rib or the dome to the semifinished product and thus to much higher Bending stiffnesses and strengths, as it would be feasible by conventional simple injection molding from the outside to the reinforced molding surface. Depending on the design of the punch-through, the stamped-out part of the cover layer can be completely removed or remain connected to the basic structure and formed. This stamping residue can then be used as a spacer ( 51 ) protrude into the snap hook or the rib and beyond this, a further increase in strength of the connection is effected.

Von besonderem Vorteil kann es sein, zusätzlich chemische oder physikalische Treibmittel in die Schmelze einzubringen. Dabei wird ein Schaum erzeugt, der die Dichte des Sandwichbauteils reduziert. Vor allem wird durch das Treibmittel auch die Schmelzeviskosität erheblich verringert, was das Fließen der Schmelze in den engen Spalt zwischen den beiden das taschenartige Halbzeug bildenden Decklagen erleichtert bzw. ermöglicht. Dadurch bedingt können bezogen auf die Flächensteifigkeit sehr geringe Gesamtdicken D (siehe 6) der flächigen Bauteile erreicht werden. Die Bauteildicken D können im Bereich von 0,8 bis 8 mm liegen. Bevorzugte Dicken liegen im Bereich 1 bis 4 mm.It may be of particular advantage to additionally introduce chemical or physical blowing agents into the melt. This creates a foam that reduces the density of the sandwich component. Above all, the melt viscosity is also considerably reduced by the blowing agent, which facilitates or enables the flow of the melt into the narrow gap between the two cover layers forming the pocket-like semifinished product. As a result, very small total thicknesses D (see FIG 6 ) of the flat components can be achieved. The component thicknesses D can be in the range of 0.8 to 8 mm. Preferred thicknesses are in the range 1 to 4 mm.

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Claims (10)

Faserverbundhalbzeug und Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen bestehend aus einer duroplastischen oder thermoplastischen Matrix und darin verstärkend wirkenden Glas-, Kohle oder organischen Fasern, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug aus zwei aufeinanderliegenden Halbzeugschichten gebildet wird, die in der Fläche größtenteils unverbunden sind und dieses zweischichtige Halbzeug in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt wird und anschließend eine Spritzgieß-Formmasse zwischen die beiden Schichten eingespritzt wird.Composite fiber semifinished product and method for producing sandwich components consisting of a thermosetting or thermoplastic matrix and reinforcing acting glass, carbon or organic fibers, characterized in that the semifinished product is formed from two superimposed semifinished layers, which are largely unconnected in the surface and this two-layer semifinished product is placed in an injection mold and then an injection molding compound is injected between the two layers. Faserverbundhalbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Halbzeugschichten so miteinander verbunden sind, dass beim Injizieren der Formmasse während des Spritzgießprozesses vorübergehend eine Tasche oder ein Kissen entsteht.Fiber composite semifinished product according to claim 1, characterized in that the two semifinished layers are interconnected so that when injecting the molding material during the injection molding temporarily a pocket or a pillow is formed. Faserverbundhalbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Halbzeugschichten vor dem Injektionsvorgang überwiegend am Rand oder in Radnähe miteinander verbunden sind.Fiber composite semifinished product according to claim 1, characterized in that the two semi-finished layers are connected to each other before the injection process mainly at the edge or near the wheel. Faserverbundhalbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden das Halbzeug bildenden Deckschichten so miteinander verbunden werden, dass zwischen den Fügestellen Öffnungen oder unverbundene Zonen verbleiben durch die die von der injizierten Formmasse verdrängte Luft aus dem Schichtzwischenraum nach außen entweichen kann.Fiber composite semifinished product according to claim 1, characterized in that the two semifinished layers forming the semifinished products are interconnected so that between the joints openings or unconnected zones remain through which the displaced from the injected molding material air can escape from the layer gap to the outside. Faserverbundhalbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formmasse durch eine oder mehrere Öffnungen durch die Deckschichten hindurch oder von einem offenen Rand der Tasche in den Zwischenraum injiziert wird.Fiber composite semifinished product according to claim 1, characterized in that the molding compound is injected through one or more openings through the cover layers or from an open edge of the pocket in the intermediate space. Faserverbundhalbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Deckschichten durch Abstandhalter im Bereich der Injektionsöffnung auseinandergehalten werden.Fiber composite semifinished product according to claim 1, characterized in that the two cover layers are held apart by spacers in the region of the injection opening. Faserverbundhalbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandhalter im Bereich der Injektionsöffnung oder im Bereich von Durchbrüchen für Funktionselemente durch den umgeformten Stanzrest gebildet werden.Fiber composite semifinished product according to claim 1, characterized in that the spacers are formed in the region of the injection opening or in the region of openings for functional elements by the reshaped punching residue. Faserverbundhalbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Halbzeugschichten gemeinsam in einem Umformprozeß vor dem Spritzgießen oder während des Schließens des Spritzgießwerkzeugs umgeformt werden.Fiber composite semifinished product according to claim 1, characterized in that the two semi-finished layers are formed together in a forming process prior to injection molding or during the closing of the injection mold. Faserverbundhalbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Halbzeugschichten aus pultrudierten Bändern, Organoblechen, Prepregs metallischen Blechen oder Kombinationen daraus bestehen können.Composite fiber semifinished product according to claim 1, characterized in that the two semifinished layers can consist of pultruded strips, organic sheets, prepregs of metallic sheets or combinations thereof. Faserverbundhalbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die injizierte Formmasse Füll- und Verstärkungsstoffe oder chemische oder physikalische Treibmittel enthält.Fiber composite semifinished product according to claim 1, characterized in that the injected molding composition contains fillers and reinforcing agents or chemical or physical blowing agents.
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