DE102011121658A1

DE102011121658A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff mit Randverstärkungen

Info

Publication number: DE102011121658A1
Application number: DE102011121658A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: C CON GmbH; C-CON GmbH
Current assignee: C CON GmbH; C-CON GmbH
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2013-06-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff mit Randverstärkungen, welches die folgenden Schritte aufweist – Vorsehen zumindest einer Lage eines Fasergeleges – Einlegen zumindest einer Lage eines Verstärkungs-Fasermaterials im Bereich der Randverstärkungen und des Fasergeleges in eine Form derart, dass Faserschlaufen des Verstärkungs-Fasermaterials zum Rand des zu verstärkenden Bauteils hin angeordnet sind – Tränken der zumindest einen Lage des Fasergeleges mit Harz, – Verpressen der so entstandenen Anordnung in die Form – Aushärten des so entstandenen Bauteils, sowie ein entsprechend hergestelltes Bauteil aus Faserverbundwerkstoff.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff mit Randverstärkungen gemäß dem Anspruch 1 sowie ein entsprechend hergestelltes Bauteil gemäß dem Anspruch 6.
Üblicher Weise werden Bauteile aus Faserverbundwerkstoff so hergestellt, dass zumindest eine Lage eines Fasergeleges, z. B. einer Carbonfaser, welches z. B. auch verwebt sein kann, ausgerichtet oder willkürlich in eine Form eingelegt wird, die zumindest einen Lage des Fasergeleges mit Harz, z. B. einem Epoxidharz, getränkt wird, die so entstandenen Anordnung in die Form verpresst wird und das so entstandenen Bauteil aushärtet, beispielsweise auch unter Wärmeeinwirkung. Die so hergestellten Bauteile haben allerdings den Nachteil, dass sie an den Randbereichen insbesondere im Fall, dass dort Bohrungen eingebracht werden, wenig stabil sind und dort ausfasern, so dass die Bohrungen dort ausreißen können.
Das Dokument WO 2008/119409 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Lochverstärkung bei einem Bauteil aus einem Faser-Kunststoff-Verbund sowie ein entsprechendes Bauteil. Dabei werden dort Verstärkungsfasern an der Ausnehmung bzw. dem Loch tangential derart angelegt, dass sie die Ausnehmung bzw. das Loch dort radial einfassen.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff vorzusehen, welches einfach und möglichst kostengünstig eine hohe Stabilität von Randbereichen des Bauteils, insbesondere beim Einbringen von Ausnehmungen bzw. von Löchern dort in diesen Bereichen ermöglicht, sowie ein entsprechend hergestelltes Bauteil vorzusehen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff gemäß Anspruch 1 sowie ein entsprechend hergestelltes Bauteil aus Faserverbundwerkstoff mit den Merkmalen gemäß Anspruch 6. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Herstellung eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff mit Randverstärkungen, welches die folgenden Schritte aufweist

– Vorsehen zumindest einer Lage eines Fasergeleges
– Einlegen zumindest einer Lage eines Verstärkungs-Fasermaterials im Bereich der Randverstärkungen und des Fasergeleges in eine Form derart, dass Faserschlaufen des Verstärkungs-Fasermaterials zum Rand des zu verstärkenden Bauteils hin angeordnet sind
– Tränken der zumindest einen Lage des Fasergeleges mit Harz,
– Verpressen der so entstandenen Anordnung in die Form
– Aushärten des so entstandenen Bauteils.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann also das dort schlaufenförmig, d. h. in Kringeln bzw. mäandernd, ausgelegte Verstärkungs-Fasermaterial im Bereich der Randverstärkungen beim Einlegen in die Form mit Harz getränkt werden oder bereits mit Harz vorimprägniert in die Form eingelegt werden. Durch die erfindungsgemäß entsprechend so vorgesehenen zumindest zum Rand des Bauteils hin jeweils schlaufenförmig ausgebildeten Randverstärkungen ist gewährleistet, dass im Falle insbesondere des Einbringens einer Bohrung oder einer Öffnung im Bereich des Randes eines entsprechend hergestellten Bauteils dort die Öffnung bzw. das Loch im Bereich bzw. durch eine der Faserschlaufen des schlaufenförmig bzw. mäanderförmig ausgelegten Verstärkungs-Fasermaterials verlaufend führt, so dass die entsprechende Faserschlaufe die Öffnung bzw. das Loch dort zum Rand hin schützend umgibt, was dem Ausreißen im dortigen Bereich erfindungsgemäß entgegenwirkt.
Bevorzugt wird dabei im Bereich der Randverstärkungen ein Harzüberschuss bereitgestellt. Der bevorzugt bereitgestellte Harzüberschuss im Bereich der Randverstärkungen ist insbesondere sinnvoll, um dort ein sicheres Verbacken des zusätzlichen Verstärkungs-Fasermaterials im Randbereich des herzustellenden Bauteils erfindungsgemäß besonders zuverlässig sicherstellen zu können und dabei ein Ausfransen des Fasergeleges zu verhindern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Faserschlaufen des Verstärkungs-Fasermaterials gegeneinander versetzt und/oder in Teilbereichen überlappend ausgelegt. Um räumlich einen möglichst breiten Randbereich abdecken zu können, kann also erfindungsgemäß bevorzugt das Verstärkungs-Fasermaterial so angeordnet eingesetzt werden, dass die jeweiligen Faserschlaufen z. B. mäandernd gegeneinander versetzt sind und/oder sich somit schleifenförmig überdecken, wobei zusätzlich auch entsprechend eine Überlappung in Teilbereichen vorgesehen sein kann. Die Überlappung kann dabei sowohl schlaufenförmig, wie erwähnt, hergestellt werden. Es ist aber auch denkbar, die einzelnen Faserschlaufen mäanderförmig gegeneinander versetzt und zum Inneren des Bauteils hin vom Rand weg in mehreren Lagen anzuordnen, so das ein breiterer Randbereich effektiv abgedeckt und so verstärkt sein kann.
Erfindungsgemäß bevorzugt werden die Faserschlaufen des Verstärkungs-Fasermaterials endlos verlaufend ausgelegt. Bevorzugt kann also das Verstärkungs-Fasermaterial als Endlosfaser ausgelegt sein, so dass umlaufend die Faser durchgängig angeordnet ist, was die Stabilität im erfindungsgemäß so verstärkten Randbereich besonders zuverlässig erhöhen kann. Möglich ist dabei auch, dass jeweils mehrere Faserlagen eine einzelne Faserschlaufe bilden, was durch mehrmaliges Ablegen in entsprechendem Muster erreicht werden kann.
Erfindungsgemäß bevorzugt können die Faserschlaufen des Verstärkungs-Fasermaterials vorab auf einem Trägermaterial ausgelegt aufgestickt oder aufgenäht werden und die so hergestellte Anordnung wird vorgefertigt in die Form eingelegt. Somit kann die erfindungsgemäß vorgesehene Randverstärkung auch vorgefertigt bereits der Kontur bzw. der Außenkontur de entsprechend herzustellenden Bauteils folgend angeordnet vorgesehen sein, wobei als Trägermaterial beispielsweise ein dünnes Vliesmaterial oder ähnliches Verwendung finden kann. Mit einem so vorgefertigten Verstärkungseinsatz kann besonders effektiv und kostengünstig eine Herstellung größerer Stückzahlen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen werden.
Die Erfindung betrifft auch das Bauteil aus Faserverbundwerkstoff, welches mit Randverstärkungen nach einem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteile bieten somit auf effektive und kostengünstige Art und Weise eine zuverlässige Randverstärkung insbesondere beim Einbringen von zusätzlichen Öffnungen bzw. Bohrungen oder Löchern dort, so dass ein Ausfransen von solchen Bauteilen erfindungsgemäß zuverlässig verhindert ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher beispielhaft erläutert werden. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Ansicht eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Ansicht eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
4 eine schematische Ansicht eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die 1 zeigt schematisch eine Ansicht eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bzw. hergestellt gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Das Bauteil 1 ist aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt, welcher an sich bekannt ist, beispielsweise aus CFK (karbonfaserverstärktem Kunststoff). Der Rand des Bauteils 1 weist eine bzw. mehrere Lagen eines Verstärkungs-Fasermaterials im Bereich dortiger Randverstärkungen auf, wobei gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform Faserschlaufen 2 des Verstärkungs-Fasermaterials so angeordnet sind, dass diese auf einem Trägermaterial 3 vorgefertigt aufgebracht sind, und das fertige Verstärkungs-Fasermaterial mit den jeweiligen Schlaufen dann am Randbereich des so herzustellenden Bauteils 1 im Bereich der Randverstärkung erfindungsgemäß angeordnet sein kann, wobei bevorzugt ein Harzüberschuss in diesen Bereichen vorgesehen sein kann. Gemäß der in der 1 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Faserschlaufen 2 des Verstärkungs-Fasermaterials als Endlosmaterialschlaufen in Kringeln angeordnet ausgebildet, welche sich in Bereichen jeweils überlappen.
Die 2 zeigt schematisch eine Ansicht eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bzw. hergestellt gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die Darstellung der 2 unterscheidet sich von der Darstellung der 1 lediglich dadurch, dass dort eine zweite Ebene von Faserschlaufen etwas zum Inneren des Bauteils 1 hin versetzt zusätzlich angeordnet ist, was den Bereich der Breite der so erzeugten Verstärkungszone erfindungsgemäß weiter erhöhen kann. Ansonsten entspricht die Gestaltung gemäß der Darstellung der 2 der Darstellung der 1.
Die 3 zeigt schematisch eine Ansicht eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bzw. hergestellt gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In der Darstellung der 3 ist das Verstärkungs-Fasermaterial so angeordnet, dass die dortigen Faserschlaufen sich in ihrem zum Inneren des Bauteils hin liegenden Bereich nicht rein schlaufenförmig, d. h. in Kringeln, überlappen, sondern dort ist das Verstärkungs-Fasermaterial endlos in Form von mäanderförmig angeordneten Faserschlaufen ausgelegt, dies im Unterschied zur Darstellung der Ausführungsformen gemäß 1 und 2.
Die 4 zeigt schematisch eine Ansicht eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bzw. hergestellt gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die Darstellung gemäß 4 unterscheidet sich von der Darstellung der 3 nur dadurch, dass dort zwei zum Inneren des Bauteils hin versetzt angeordnete Lagen aus Faserschlaufen angeordnet sind, was wiederum die Breite des Verstärkungsbereichs erfindungsgemäß positiv vergrößert und auch die Stabilität im dortigen Bereich durch die jeweiligen Überlappungen der Faserschlaufen dort erhöhen kann.
Auch die in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung können so ausgebildet sein, dass die dortigen Faserschlaufen vorher auf ein entsprechendes Trägermaterial aufgebracht sein können, wie dies in den 1 und 2 gemäß den dortigen Ausführungsformen dargestellt ist. Allerdings ist dies in den Darstellungen der 3 und 4 nicht nochmals explizit gezeigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/119409 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff mit Randverstärkungen, welches die folgenden Schritte aufweist – Vorsehen zumindest einer Lage eines Fasergeleges – Einlegen zumindest einer Lage eines Verstärkungs-Fasermaterials im Bereich der Randverstärkungen und des Fasergeleges in eine Form derart, dass Faserschlaufen des Verstärkungs-Fasermaterials zum Rand des zu verstärkenden Bauteils hin angeordnet sind – Tränken der zumindest einen Lage des Fasergeleges mit Harz, – Verpressen der so entstandenen Anordnung in die Form – Aushärten des so entstandenen Bauteils.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Randverstärkungen ein Harzüberschuss bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschlaufen des Verstärkungs-Fasermaterials gegeneinander versetzt und/oder in Teilbereichen überlappend ausgelegt werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschlaufen des Verstärkungs-Fasermaterials endlos verlaufend ausgelegt werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschlaufen des Verstärkungs-Fasermaterials vorab auf einem Trägermaterial ausgelegt aufgestickt oder aufgenäht werden und die so hergestellte Anordnung vorgefertigt in die Form eingelegt wird.
Bauteil aus Faserverbundwerkstoff, welches mit Randverstärkungen nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 hergestellt ist.