DE102013020872A1

DE102013020872A1 - Fiber-reinforced plastic component with a hollow structure

Info

Publication number: DE102013020872A1
Application number: DE102013020872.6A
Authority: DE
Inventors: Felix Diebold; David Roquette
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2033-12-12
Also published as: DE102013020872B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit einer Hohlstruktur (1), bei dem ein aus zumindest einem Faserhalbzeug (12) und einem, die Negativform der Hohlstruktur nachbildenden Formkern (15) aufgebauter Vorformling bereitgestellt wird, und anschließend zur Bildung des Kunststoffbauteils der Vorformling unter Druck und Wärme in einer flüssigen Ausgangskomponente eines Matrixmaterials (13) eingebettet wird, nach dessen Aushärtung ein Entformungsschritt erfolgt, bei dem der Formkern (15) von dem Kunststoffbauteil gelöst wird. Erfindungsgemäß wird vor dem Zuführen der Ausgangskomponente des Matrixmaterials (13) eine die Kontaktfläche (27) mit dem Kunststoffbauteil bildende Entformungsschicht (17) auf dem Formkern (15) aufgetragen, mit dem beim Entformungsschritt eine Haftverbindung des Kunststoffbauteils am Formkern (15) geschwächt wird.The invention relates to a method for producing a fiber-reinforced plastic component with a hollow structure (1), in which a preform constructed from at least one semifinished fiber product (12) and a mold core (15) simulating the negative form of the hollow structure is provided, and subsequently to the formation of the plastic component the preform is embedded under pressure and heat in a liquid starting component of a matrix material (13), after the hardening of which a demolding step takes place in which the mandrel (15) is released from the plastic component. According to the invention, before the feeding of the starting component of the matrix material (13), a demolding layer (17) forming the contact surface (27) with the plastic component is applied to the mandrel (15) with which an adhesive bond of the plastic component to the mandrel (15) is weakened during the demoulding step.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit einer Hohlstruktur nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, einen Formkern zur Verwendung in einem solchen Verfahren nach dem Patentanspruch 12, und ein faserverstärktes Kunststoffbauteil nach dem Patentanspruch 13.The invention relates to a method for producing a fiber-reinforced plastic component with a hollow structure according to the preamble of patent claim 1, a mold core for use in such a method according to claim 12, and a fiber-reinforced plastic component according to claim 13.

Ein solches faserverstärktes Kunststoffbauteil kann in einem RTM-Prozess hergestellt werden. Im RTM-Prozess wird zumindest ein aus einem flächigen oder dreidimensional vorgeformten Faserhalbzeug (zum Beispiel eine Fasermatte, ein Fasergewebe, ein Fasergeflecht oder dergleichen) gebildeter Vorformling bereitgestellt. Der Vorformling (Preform) befindet sich noch im Trockenzustand, das heißt noch ohne Matrixmaterial. Zur Fertigstellung des Kunststoffbauteils wird der Vorformling als ein Einlegerteil in eine Formkammer eines Injektionswerkzeugs eingelegt. Anschließend wird eine flüssige Ausgangskomponente des Matrixwerkstoffes unter Wärme und Druck in die Formkammer injiziert. Nach der Aushärtung des Matrixwerkstoffes kann das fertiggestellte Kunststoffbauteil aus dem Injektionswerkzeug entnommen werden.Such a fiber-reinforced plastic component can be produced in an RTM process. In the RTM process, at least one preform formed from a flat or three-dimensionally preformed semi-finished fiber product (for example a fiber mat, a fiber fabric, a fiber braid or the like) is provided. The preform (preform) is still in the dry state, that is still without matrix material. To complete the plastic component, the preform is inserted as an insert part into a molding chamber of an injection tool. Subsequently, a liquid starting component of the matrix material is injected under heat and pressure into the molding chamber. After curing of the matrix material, the finished plastic component can be removed from the injection tool.

Speziell bei der Fertigung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit einer Hohlstruktur kann das Faserhalbzeug zusammen mit einem, die Negativform der Hohlstruktur nachbildenden Formkern in die Formkammer des Injektionswerkzeuges eingelegt werden. Nach dem Aushärten des eingespritzten Matrixwerkstoffes erfolgt dann ein Entformungsschritt, bei dem der Formkern unter Freigabe der Hohlstruktur von dem Kunststoffbauteil gelöst wird. Um einen prozesssicheren Entformungsschritt zu gewährleisten, ist es im Stand der Technik gängige Praxis den Formkern mit Entformungsschrägen zu versehen, mit deren Hilfe Haftkräfte beim Entformen reduzierbar sind.Especially in the production of a fiber-reinforced plastic component with a hollow structure, the semi-finished fiber can be inserted together with a, the negative mold of the hollow structure replicating mold core in the mold chamber of the injection tool. After curing of the injected matrix material then takes a demolding step, in which the mold core is released by releasing the hollow structure of the plastic component. In order to ensure a process-safe demolding step, it is common practice in the prior art to provide the mold core with draft angles, with the aid of which adhesive forces can be reduced during removal from the mold.

Die Bereitstellung solcher Entformungsschrägen ist aus geometrischen Gründen meist mit einer mehrteiligen, und damit bauteilaufwendigen Gestaltung des Formkerns verbunden. Zudem ist die Geometrie der Hohlstruktur des Kunststoffbauteils auf Konturverläufe beschränkt, die aufgrund der Entformungsschrägen im Formkern vorgegeben sind.The provision of such Entformungsschrägen is usually connected for geometric reasons with a multi-part, and thus component-consuming design of the mandrel. In addition, the geometry of the hollow structure of the plastic component is limited to contour curves, which are predetermined due to the Entformungsschrägen in the mold core.

Aus der DE 10 2006 010 876 A1 ist eine metallische, eisenhaltige Dauerform bekannt, die mit einem flüssigen oder fließfähigen Aluminium-Werkstoff beaufschlagbar ist. Auf der Oberfläche der Dauerform ist eine Formtrennschicht zum Schutz der Dauerform und zur Erzielung eines optimalen Gießergebnisses vorgesehen.From the DE 10 2006 010 876 A1 is a metallic, iron-containing permanent form known which can be acted upon by a liquid or flowable aluminum material. On the surface of the permanent mold, a mold release layer is provided to protect the permanent mold and to obtain an optimum casting result.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit einer Hohlstruktur bereitzustellen, das in einfacher sowie prozesssicherer Weise durchführbar ist.The object of the invention is to provide a method for producing a fiber-reinforced plastic component with a hollow structure, which can be carried out in a simple and process-reliable manner.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of claim 1 or claim 10. Preferred embodiments of the invention are disclosed in the subclaims.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 wird der Entformungsschritt bei der Herstellung des faserverstärkten Kunststoffbauteiles nicht mehr durch Entformungsschrägen am Formkern prozesssicher gestaltet, sondern durch eine auf dem Formkern aufgetragene Entformungsschicht. Die Entformungsschicht reduziert nach erfolgter Formgebung des Kunststoffbauteils ein Anhaften des Kunststoffbauteils am Formkern, was zu einer einfachen Entformung führt. Die Entformungsschicht wird vor dem Formgebungsprozess auf den Formkern aufgetragen.According to the characterizing part of claim 1, the Entformungsschritt in the manufacture of the fiber-reinforced plastic component is no longer designed by Entformungsschrägen on the mandrel process reliable, but by a deposited on the mandrel demolding. After the shaping of the plastic component, the demolding layer reduces adhesion of the plastic component to the mold core, which leads to simple removal from the mold. The mold release layer is applied to the mold core before the molding process.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann speziell in einem RTM-Prozess Anwendung finden, bei dem der Vorformling (bestehend zum Beispiel aus dem Formkern und das Faserhalbzeug) in. einer Formkammer eines RTM-Werkzeuges, z. B. als ein Gelege, eingelegt wird und anschließend die flüssige Ausgangskomponente des Matrixwerkstoffes in die Formkammer injiziert wird. Mit dem, die Entformungsschicht tragenden Formkern können die Hohlstrukturen im Kunststoffbauteil speziell bei einem Hochdruck-RTM-Prozess mit sehr kurzen Zykluszeiten hergestellt werden. Zudem ist eine einfache Wiederverwendbarkeit des Formkerns gewährleistet.The process according to the invention can be used especially in an RTM process in which the preform (consisting, for example, of the mandrel and the semifinished fiber product) in. A molding chamber of a RTM tool, for. B. as a scrim, is inserted and then the liquid starting component of the matrix material is injected into the mold chamber. With the mandrel bearing the mold release layer, the hollow structures in the plastic component can be produced in a high-pressure RTM process with very short cycle times. In addition, a simple reusability of the mold core is guaranteed.

Gemäß einer Ausführungsvariante kann die Entformungsschicht als eine Sollreißstelle wirken, die beim Entformen zerstört wird und unter Bildung von Entformungsschicht-Rückständen am Kunststoffbauteil (das heißt an der, die Hohlstruktur begrenzenden Innenwandung) und/oder am Formkern aufreißt.According to one embodiment, the demolding layer may act as a predetermined tear, which is destroyed during demolding and tears to form Entformungsschicht residues on the plastic component (that is, on the, the hollow structure limiting inner wall) and / or on the mandrel.

Alternativ dazu kann die auf dem Formkern aufgetragene Entformungsschicht auch eine Antihaftschicht sein, die nach erfolgtem RTM-Prozess zerstörungsfrei auf dem Formkern verbleibt. In diesem Fall wird durch die Antihaftschicht eine Haftverbindung zwischen der Entformungsschicht und dem Kunststoffbauteil derart reduziert, dass das Entformen unmittelbar an der Kontaktfläche zwischen dem Kunststoffbauteil und der Entformungsschicht erfolgt.Alternatively, the release layer applied to the mandrel may also be an anti-adhesion layer which remains non-destructively on the mandrel after the RTM process has taken place. In this case, an adhesive bond between the demolding layer and the plastic component is reduced by the non-stick layer such that the demolding takes place directly on the contact surface between the plastic component and the demolding layer.

Zur Durchführung eines alternativen Entformungsschritts kann die Entformungsschicht auch so ausgelegt sein, dass sie nicht am Formkern verbleibt, sondern vielmehr die Entformung an einer Kontaktfläche zwischen dem Formkern und der Entformungsschicht erfolgt. Auf diese Weise wird ein zweischichtiger Bauteilverbund hergestellt, bestehend aus einer Kunststoffbauteil-Wandung und der Entformungsschicht, die die Hohlstruktur des Kunststoffbauteils begrenzt. Im Hinblick auf einen höheren Leichtbaugrad kann im obigen Fall die Entformungsschicht bevorzugt aus einem Leichtbauwerkstoff, etwa einem Strukturschaum, hergestellt sein. Die Ausgangskomponente des Schaummaterials kann vor der Kunststoffbauteil-Formgebung in einem separaten Schäumungsprozess auf den Formkern aufgebracht werden.To perform an alternative demolding step, the demolding layer can also be designed so that it does not remain on the mold core, but rather the demolding on a contact surface between the mold core and the Entformungsschicht takes place. In this way, a two-layer component composite is produced, consisting of a plastic component wall and the demolding layer, which limits the hollow structure of the plastic component. With regard to a higher degree of lightweight construction, in the above case the demolding layer may preferably be made of a lightweight material, such as a structural foam. The starting component of the foam material may be applied to the mandrel in a separate foaming process prior to plastic component molding.

Im Unterschied zum Stand der Technik kann durch Bereitstellung der erfindungsgemäßen Entformungsschicht auf zusätzliche Entformungsschrägen am Formkern verzichtet werden. Auf diese Weise ist der Konturverlauf der Hohlstruktur des Kunststoffbauteils wesentlich freier gestaltbar. Beispielhaft kann der die Negativform der Hohlstruktur nachbildende Formkern eine zylindrische Kontaktfläche mit dem Kunststoffbauteil aufweisen. Dadurch kann beispielhaft eine rotationssymmetrische Antriebswelle gefertigt werden, deren Innenwandung ohne Entformungsschrägen gänzlich hohlzylindrisch ausgeführt ist.In contrast to the prior art, it is possible to dispense with additional draft angles on the mold core by providing the mold release layer according to the invention. In this way, the contour of the hollow structure of the plastic component is much more freely designed. By way of example, the mold core simulating the negative mold of the hollow structure may have a cylindrical contact surface with the plastic component. As a result, by way of example, a rotationally symmetrical drive shaft can be produced, the inner wall of which is designed to be completely hollow-cylindrical without draft angles.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Faserhalbzeug und der Formkern bereits vor dem Einlegen in die Formkammer des RTM-Werkzeugs zu dem Vorformling zusammengefügt werden. Das Faserhalbzeug kann bevorzugt als ein Gelege hergestellt werden. Alternativ dazu kann das Faserhalbzeug auch in einem Wickelverfahren hergestellt werden, bei dem die Verstärkungsfasern (Rovings) unter Bildung des Faserhalbzeugs auf den, als Wickeldorn wirkenden Formkern aufgewickelt werden.According to one embodiment, the semifinished semifinished product and the mold core can already be assembled to form the preform prior to insertion into the molding chamber of the RTM tool. The semifinished fiber product can preferably be produced as a scrim. Alternatively, the semi-finished fiber can also be produced in a winding process in which the reinforcing fibers (rovings) are wound to form the semifinished fiber on the, acting as a mandrel mandrel.

Alternativ dazu können der Formkern und das Faserhalbzeug auch als zumindest zwei voneinander unabhängige separate Einlegerteile in die Formkammer des RTM-Werkzeuges eingelegt werden. Anschließend kann dann die flüssige Ausgangskomponente des Matrixmaterials in die Formkammer injiziert werden. Die Entformungsschicht kann bevorzugt eine im Vergleich zum Matrixmaterial des Kunststoffbauteils größere Oberflächenspannung aufweisen. Als Entformungsschicht können beispielhaft unterschiedliche Schaumstrukturen verwendet werden. Die Schaumstrukturen können beim Entformen zerstört werden oder vollständig auf dem Formkern verbleiben. Alternativ zu den Schaumstrukturen können auch andere Materialien (Duroplaste oder Thermoplaste) verwendet werden, etwa Silikone, Polyurethane oder dergleichen.Alternatively, the mandrel and the semifinished fiber can also be inserted as at least two independent separate Einlegerteile in the mold chamber of the RTM tool. Subsequently, the liquid starting component of the matrix material can then be injected into the molding chamber. The demolding layer may preferably have a greater surface tension compared to the matrix material of the plastic component. By way of example, different foam structures can be used as the release layer. The foam structures can be destroyed during demolding or completely remain on the mandrel. As an alternative to the foam structures, other materials (thermosets or thermoplastics) may also be used, such as silicones, polyurethanes or the like.

Das Faserhalbzeug wird für das erfindungsgemäße Verfahren zunächst in einem Trockenzustand, das heißt noch ohne Matrixmaterial bereitgestellt. In diesem Fall können mehrere, maßgenau zugeschnittene flächige oder dreidimensional geformte Faserhalbzeuge zusammen mit einem oder mehreren Formkernen in der Formkammer des RTM-Werkzeuges übereinandergestapelt werden, und zwar gegebenenfalls unter Zwischenlage eines Binders, mit dem die Positionierung des Faserhalbzeuge des Formkerns vorfixiert wird. Der so gebildete Vorformling kann unmittelbar in der Formkammer des RTM-Werkzeuges, z. B. als ein Gelege, erzeugt werden, oder unabhängig davon hergestellt und erst nach der Fertigstellung zum RTM-Werkzeug transportiert werden. Mittels des Binders wird gewährleistet, das der aus dem Faserhalbzeug und dem Formkern aufgebaute Vorformling eine ausreichend große Baueilstabilität aufweist, wodurch das Faserhalbzeug, insbesondere dessen Faserorientierung beim Injizieren der flüssigen Ausgangskomponente des Matrixwerkstoffes in der Formkammer des RTM-Werkzeugs ohne Verlagerung lagefest sowie positionsgenau verbleiben.The semi-finished fiber product is initially provided for the inventive method in a dry state, that is still without matrix material. In this case, a plurality of dimensionally tailored flat or three-dimensionally shaped semi-finished fiber products can be stacked together with one or more mandrels in the forming chamber of the RTM tool, possibly with the interposition of a binder, with which the positioning of the semifinished fiber of the mandrel is prefixed. The preform thus formed may be directly in the mold chamber of the RTM tool, for. Example, as a clutch, are produced, or independently produced and transported to the RTM tool after completion. By means of the binder it is ensured that the preform constructed from the semifinished fiber product and the mold core has a sufficiently high structural stability, whereby the semifinished fiber product, in particular its fiber orientation during injection of the liquid starting component of the matrix material in the forming chamber of the RTM tool remain positionally stable and positionally accurate without displacement.

In einem Wickelverfahren können Endlos-Verstärkungsfasern (sogenannte Rovings) im Trockenzustand, das heißt unter Weglassung von Matrixmaterial, zunächst auf den als Wickeldorn wirkenden Formkern zu einem Lagenpaket aufgewickelt werden. Das Lagenpaket kann zumindest eine, bevorzugt mehrere übereinander gestapelte Faserlagen aufweisen. Diese können in gleicher Faserorientierung übereinander gestapelt sein.In a winding process, continuous reinforcing fibers (so-called rovings) in the dry state, that is, omitting matrix material, are first wound onto the mandrel acting as a winding mandrel to form a layer package. The layer package may have at least one, preferably a plurality of fiber layers stacked one above the other. These can be stacked in the same fiber orientation.

Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.The advantageous embodiments and / or further developments of the invention explained above and / or reproduced in the dependent claims can be used individually or else in any desired combination with one another, for example, in cases of unambiguous dependencies or incompatible alternatives.

Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.The invention and its advantageous embodiments and further developments and advantages thereof are explained in more detail below with reference to drawings.

Es zeigen:Show it:

1 in einer perspektivischen Teildarstellung ein zum als Antriebswelle realisiertes faserverstärktes Kunststoffbauteil mit einer Hohlstruktur; 1 in a perspective partial view of a realized as a drive shaft fiber-reinforced plastic component with a hollow structure;

2 bis 5 jeweils grob schematische Prinzipdarstellungen, anhand derer das Verfahren zur Herstellung der in der 1 gezeigten Antriebswelle veranschaulicht ist; 2 to 5 each roughly schematic schematic representations by which the method for producing the in the 1 illustrated drive shaft is illustrated;

6 in einer Ansicht entsprechend der 5 eine weitere Ausführungsvariante der Entformungsschicht; und 6 in a view corresponding to 5 a further embodiment of the Entformungsschicht; and

7 und 8 jeweils in einem Halbschnitt weitere Ansichten, die alternative Herstellungsvarianten veranschaulichen. 7 and 8th each in a half section further views that illustrate alternative manufacturing variants.

Die 1, wie auch die weiteren 2 bis 8, sind im Hinblick auf ein einfaches Verständnis der Erfindung angefertigt. Von daher sind die Figuren lediglich grob vereinfachte Darstellungen, die keinen realitätsgetreuen Strukturaufbau des Kunststoffbauteils wiedergeben. So ist in der 1 beispielhaft eine in einem Fahrzeug verbaubare Antriebs-Hohlwelle in einer schematischen Prinzipskizze gezeigt. Die Hohlwelle ist als ein rotationssymmetrisches, faserverstärktes Kunststoffbauteil mit einer zylindrischen Hohlstruktur 1 ausgeführt. Die Zylinderwandung 3 der Hohlwelle ist in der 1 beispielhaft dreilagig aufgebaut, und zwar mit einer äußeren Faserlage 5, deren angedeutete Verstärkungsfasern 7 in achsparallel zur Wellenachse verlaufen, einer mittleren Faserlage 9 sowie einer inneren Faserlage 11, deren Verstärkungsfasern 7 jeweils mit unterschiedlichen Faserorientierungen verlaufen. In der 1 sind die Verstärkungsfasern 7 der Faserlagen 5, 9, 11 in einem Matrixmaterial 13 (in den 4 bis 6 gepunktet angedeutet) eingebettet.The 1 as well as the others 2 to 8th , are made with a view to a simple understanding of the invention. Therefore, the figures are only roughly simplified representations that do not reflect a realistic structure structure of the plastic component. So is in the 1 by way of example a drive hollow shaft which can be built into a vehicle is shown in a schematic schematic diagram. The hollow shaft is a rotationally symmetrical, fiber-reinforced plastic component with a cylindrical hollow structure 1 executed. The cylinder wall 3 the hollow shaft is in the 1 constructed as a three-layered example, with an outer fiber layer 5 whose indicated reinforcing fibers 7 run in axis-parallel to the shaft axis, a middle fiber layer 9 and an inner fiber layer 11 , their reinforcing fibers 7 each with different fiber orientations. In the 1 are the reinforcing fibers 7 the fiber layers 5 . 9 . 11 in a matrix material 13 (in the 4 to 6 dotted indicated) embedded.

Nachfolgend wird anhand der 2 bis 6 das Verfahren zur Herstellung des in der 1 gezeigten Kunststoffbauteils beschrieben. Demzufolge wird gemäß der 2 zunächst ein Vorformling bereitgestellt, der anschließend in ein RTM-Werkzeug 21 einlegbar ist. Der Vorformling weist ein Faserhalbzeug 12 auf, das durch die noch im Trockenzustand befindlichen, übereinandergestapelten Faserlagen 5, 9, 11 gebildet ist. Zudem weist der Vorformling einen Formkern 15 auf.The following is based on the 2 to 6 the process for the preparation of in the 1 described plastic component described. Accordingly, according to the 2 initially provided a preform, which subsequently into an RTM tool 21 can be inserted. The preform has a semifinished fiber product 12 on, by the still in the dry state, stacked fiber layers 5 . 9 . 11 is formed. In addition, the preform has a mold core 15 on.

In der 2 erfolgt die Bildung des Faserhalbzeugs 12 beispielhaft in einem Wickelverfahren, bei dem zum Beispiel eine zugfeste Endlos-Verstärkungsfaser 7 (etwa eine Karbonfaser, Glasfaser, Aramitfaser, etc.) im Trockenzustand, das heißt noch ohne Matrixmaterial 13, um den als Wickeldorn wirkenden Formkern 15 gewickelt wird. Der Formkern 15 bildet die Negativform der zylindrischen Hohlstruktur 1 der in der 1 gezeigten Hohlwelle.In the 2 the formation of the semifinished fiber product takes place 12 by way of example in a winding method in which, for example, a tension-resistant endless reinforcing fiber 7 (For example, a carbon fiber, glass fiber, Aramitfaser, etc.) in the dry state, that is still without matrix material 13 , around the mandrel acting as mandrel 15 is wound. The mold core 15 forms the negative mold of the cylindrical hollow structure 1 the Indian 1 shown hollow shaft.

Wie in der 2 weiter hervorgeht, werden in dem Wickelverfahren die Verstärkungsfasern 7 in den bereits erwähnten Faserlagen 5, 9, 11 übereinandergeschichtet aufgewickelt, und zwar mit den bereits erwähnten unterschiedlichen Faserorientierungen. Gegebenenfalls können die Faserlagen 5, 9, 11 unter Zwischenlage eines nicht dargestellten Binders untereinander verfestigt werden, um zu gewährleisten, dass die Faserlagen 5, 9, 11 lagefest sowie positionsgenau während des RTM-Prozesses verbleiben.Like in the 2 Further, in the winding process, the reinforcing fibers 7 in the already mentioned fiber layers 5 . 9 . 11 wound up in layers, with the already mentioned different fiber orientations. Optionally, the fiber layers 5 . 9 . 11 be solidified with the interposition of a binder, not shown, to ensure that the fiber layers 5 . 9 . 11 positionally stable and positionally accurate during the RTM process remain.

Der Formkern 15 ist mit einer zylindrischen Außenfläche sowie aus Metall gefertigt. Der Formkern 15 ist jedoch nicht mit seiner metallischen Oberfläche in Kontakt mit der inneren Faserlage 11, sondern unter Zwischenlage einer Entformungsschicht 17, die auf der zylindrischen Außenfläche des Formkerns 15 aufgetragen ist. Mit Hilfe der Entformungsschicht 17 wird eine einfache Entformung des Formkerns 15 von dem im RTM-Prozess hergestellten Kunststoffbauteils gewährleistet.The mold core 15 is made with a cylindrical outer surface and metal. The mold core 15 however, is not in contact with the inner fiber layer with its metallic surface 11 but with the interposition of a release layer 17 resting on the cylindrical outer surface of the mold core 15 is applied. With the help of the demoulding layer 17 becomes a simple demolding of the mold core 15 guaranteed by the plastic component produced in the RTM process.

In der 3 ist der aus dem Faserhalbzeug 12 und dem Formkern 15 aufgebaute Vorformling in die Formkammer 19 des Injizierwerkzeuges 21 eingelegt. Anschließend wird die flüssige Ausgangskomponente des Matrixmaterials 13 unter Wärme und Druck in die Formkammer 19 injiziert und durchtränkt das Faserhalbzeug 12. Nach der Aushärtung des injizierten Matrixwerkstoffes 13 ergibt sich gemäß der 4 ein Bauteilverbund, bestehend aus dem fertiggestellten Kunststoffteil und dem noch darin integrierten Formkern 14, der aus dem Injizierwerkzeug 21 entnommen wird. In dem, in der 5 und 6 veranschaulichten Entformungsschritt wird dann der Formkern 15 in einer Entformungsrichtung E von dem Kunststoffbauteil gelöst.In the 3 is the from the semi-finished fiber 12 and the mandrel 15 built preform in the molding chamber 19 of the injection tool 21 inserted. Subsequently, the liquid starting component of the matrix material 13 under heat and pressure in the molding chamber 19 injected and impregnated the semi-finished fiber 12 , After curing of the injected matrix material 13 results from the 4 a composite component, consisting of the finished plastic part and the still integrated therein mold core 14 that's from the injection tool 21 is removed. In that, in the 5 and 6 The demoulding step illustrated then becomes the mandrel 15 dissolved in a Entformungsrichtung E of the plastic component.

In der 5 ist die Entformungsschicht 17 als eine Sollreißstelle ausgeführt, die bei der Entformung zerstört wird, und zwar unter Bildung von Entformungsschicht-Rückständen 23 sowohl an der Innenwandung 25 des Kunststoffbauteils als auch an der metallischen Oberfläche des Formkerns 15. Bei einem erneuten Einsatz des Formkerns 15 muss daher zunächst eine neue Entformungsschicht 17 auf dessen metallischer Oberfläche aufgetragen werden.In the 5 is the demolding layer 17 performed as a predetermined breaking point, which is destroyed during demolding, with the formation of Entformungsschicht residues 23 both on the inner wall 25 the plastic component as well as on the metallic surface of the mold core 15 , In a renewed use of the mold core 15 therefore, first of all, a new demolition layer has to be created 17 be applied to the metallic surface.

Alternativ dazu kann die Entformungsschicht 17 gemäß der 6 auch als eine dauerhaft auf dem Formkern 15 applizierte Antihaftschicht ausgeführt sein. In diesem Fall sind die physikalischen Eigenschaften der Entformungsschicht 15 so ausgelegt, dass das Entformen unmittelbar an der Kontaktfläche 27 zwischen der Innenwandung 25 des Kunststoffbauteils und der Entformungsschicht 17 erfolgt, wodurch keine Entformungsschicht-Rückstände 23 an der Kunststoffbauteil-Innenwandung 21 verbleiben.Alternatively, the demolding layer 17 according to the 6 also as a permanent on the mold core 15 applied anti-adhesive layer be executed. In this case, the physical properties of the release layer 15 designed so that the demolding directly on the contact surface 27 between the inner wall 25 the plastic component and the release layer 17 takes place, resulting in no release layer residues 23 on the plastic component inner wall 21 remain.

Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr kann der Vorformling auch alternativ als ein Gelege unmittelbar in der Formkammer 19 des RTM-Werkzeugs 21 gebildet werden, in dem schalenförmige Faserhalbzeuge unter Zwischenlage eines Formkerns lose übereinandergestapelt sind.The invention is not limited to the embodiment shown in the figures. Rather, the preform may alternatively be used as a scrim directly in the forming chamber 19 of the RTM tool 21 be formed in the shell-shaped semi-finished fiber with the interposition of a mold core are loosely stacked.

In den 7 und 8 sind weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen RTM-Prozesses gezeigt. So ist in den 7 und 8 die Entformungsschicht 17 derart ausgebildet, dass bei der Entformung, d. h. beim Herausziehen des Formkerns 15 aus dem Kunststoffbauteil, die Entformungsschicht 17 am Kunststoffbauteil haften bleibt. Dadurch ergibt sich gemäß den 7 oder 8 ein zweischichtiger Bauteilverbund 31, der aus einer Kunststoffbauteil-Wandung 3 und aus der Entformungsschicht 17 aufgebaut ist. Die Entformungsschicht 17 begrenzt somit die Hohlstruktur 1 des fertiggestellten Kunststoffbauteils. Im Unterschied zu den vorhergehenden Figuren erfolgt daher das Entformen nicht an der Kontaktfläche 27 zwischen dem Kunststoffbauteil und der Entformungsschicht 17, sondern an einer Kontaktfläche 29 zwischen dem Formkern 15 und der Entformungsschicht 17.In the 7 and 8th Further embodiments of an inventive RTM process are shown. So is in the 7 and 8th the demoulding layer 17 designed such that during demolding, ie when pulling out of the mandrel 15 from the plastic component, the demoulding 17 adheres to the plastic component. This results according to the 7 or 8th a two-layer component composite 31 made of a plastic component wall 3 and from the mold release layer 17 is constructed. The demoulding layer 17 thus limits the hollow structure 1 the finished plastic component. In contrast to the preceding figures, therefore, the demolding does not take place at the contact surface 27 between the plastic component and the demolding layer 17 but at a contact surface 29 between the mold core 15 and the release layer 17 ,

Die in den 7 oder 8 gezeigte Verfahrensführung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Hinterschnitte im Kunststoffbauteil ausgebildet werden sollen, wie es in der 8 angedeutet ist, oder wenn die Entformungsschicht 17 eine zusätzliche Funktion, etwa eine Erhöhung der Bauteilsteifigkeit oder der Formstabilität, in dem Bauteilverbund 31 erfüllt.The in the 7 or 8th shown process control is particularly advantageous if undercuts in the plastic component to be formed, as in the 8th is indicated, or if the mold release layer 17 an additional function, such as an increase in component stiffness or dimensional stability, in the composite component 31 Fulfills.

Beispielhaft kann die Entformungsschicht 17 aus einem Strukturschaum ausgebildet sein. Der Strukturschaum weist einerseits eine geringere Dichte als ein vergleichbares massives Material auf und trägt andererseits zur Erhöhung der Bauteilsteifigkeit sowie -festigkeit des Kunststoffbauteils bei. Die flüssige Ausgangskomponente des Schaummaterials kann vor der RTM-Formgebung des Kunststoffbauteils in einem separaten Schäumungsprozess auf den Formkern 15 aufgebraucht werden.By way of example, the demolding layer 17 be formed of a structural foam. On the one hand, the structural foam has a lower density than a comparable solid material and, on the other hand, contributes to increasing the component rigidity and strength of the plastic component. The liquid starting component of the foam material may be prior to the RTM molding of the plastic component in a separate foaming process on the mandrel 15 be used up.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006010876 A1 [0005]

Claims

Process for producing a fiber-reinforced plastic component with a hollow structure ( 1 ), in which one of at least one semi-finished fiber product ( 12 ) and a, the negative shape of the hollow structure replicating mold core ( 15 ) and then to form the plastic component of the preform under pressure and heat in a liquid starting component of a matrix material ( 13 ) after curing, a demolding step takes place in which the mandrel ( 15 ) is released from the plastic component, characterized in that before feeding the starting component of the matrix material ( 13 ) one the contact surface ( 27 ) with the plastic component forming Entformungsschicht ( 17 ) on the mold core ( 15 ) is applied, with the demolding step, an adhesive connection of the plastic component to the mold core ( 15 ) is weakened.

A method according to claim 1, characterized in that the preform in an RTM process in a molding chamber ( 19 ) of an RTM tool ( 21 ) and then the starting component of the matrix material ( 13 ) in the molding chamber ( 19 ) is injected.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the demolding layer ( 17 ) acts as a predetermined tear, the demolition under destruction, that is, to form Entformungsschicht residues ( 23 ) on the plastic component and / or on the mold core ( 15 ) rips open.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the demolding layer ( 17 ) acts as an anti-adhesion layer, by means of which an adhesive bond between the release layer ( 17 ) and the plastic component is weakened by the fact that the demolding directly at the contact surface ( 27 ) between the plastic component and the demolding layer ( 17 ) he follows.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the negative mold of the hollow structure ( 1 ) modeling core ( 15 ) a contact surface ( 27 ) with the plastic component, and that in particular the contact surface ( 27 ) Fully cylindrical without Entformungsschrägen or conical, ie with Entformungsschrägen is formed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the semi-finished fiber product ( 12 ) and the mandrel ( 15 ) before being placed in the molding chamber ( 19 ) of the RTM tool ( 21 ) are assembled to the preform.

Method according to claim 6, characterized in that the semi-finished fiber product ( 12 ) is produced as a scrim, or that the semifinished fiber product ( 12 ) is produced in a winding process in which the reinforcing fibers ( 7 ) forming the semifinished fiber product ( 12 ) acting on the mandrel acting as a mandrel ( 15 ) are wound up.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mandrel ( 15 ) and the semifinished fiber product ( 12 ) as mutually separate Einlegererteile in the molding chamber ( 19 ) of the RTM tool ( 21 ), and then the starting component of the matrix material ( 13 ) in the molding chamber ( 19 ) is injected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the demolding layer ( 17 ) acts as an anti-adhesion layer, by means of which the demolding on a contact surface ( 29 ) between the mandrel ( 15 ) and the demolding layer ( 17 ), with the formation of a two-layer component composite ( 31 ) from a plastic component wall ( 3 ) and the demolding layer ( 17 ), the hollow structure ( 1 ) of the plastic component limited.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the demolding layer ( 17 ) is made of a lightweight material, such as a foam material.

A method according to claim 10, characterized in that the starting component of the foam material prior to molding of the plastic component in a foaming process on the mandrel ( 15 ) is used up.

Mold core for a process for producing a fiber-reinforced plastic component with a hollow structure ( 1 ), whose negative form of the mandrel ( 15 ), according to one of the preceding claims.

Fiber-reinforced plastic component with a hollow structure ( 1 ) produced in a method according to any one of the preceding claims.