DE102013021124A1

DE102013021124A1 - Halbzeug, Werkstück aus Halbzeugen und Verwendung von Halbzeugen mit Fasern in ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen zur Realisierung unebener plattenförmiger Gegenstände

Info

Publication number: DE102013021124A1
Application number: DE102013021124.7A
Authority: DE
Inventors: Knut Bauer; René Schaarschmidt
Original assignee: EISSMANN COTESA GmbH
Current assignee: EISSMANN COTESA GmbH
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2033-12-14
Also published as: DE102013021124B4

Abstract

Die Erfindung betrifft Halbzeuge, Werkstücke aus Halbzeugen und Verwendungen von Halbzeugen mit Fasern in ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen zur Realisierung unebener plattenförmiger Gegenstände. Die Halbzeuge, Werkstücke und Verwendungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass unebene plattenförmige Gegenstände einfach zu realisieren sind. Dazu sind für das Halbzeug wenigstens zwei mit Fasern versehene Kunststoffmatrizen übereinander so angeordnet, dass die Fasern der Kunststoffmatrizen im Wesentlichen einen rechten Winkel zueinander einschließen. Die Kunststoffmatrizen mit den Fasern weisen eine Folge von die Kunststoffmatrizen mit den Fasern vollständig durchtrennende Schnitte auf, wobei die Folge aus sich abwechselnden Schnitten entweder längs und quer oder in einem Winkel von +45° und –45° zur Richtung der Fasern besteht und mehrere Folgen von Schnitten nebeneinander und beabstandet zueinander so angeordnet sind, dass entweder ein Schnitt längs und ein Schnitt quer oder abwechselnde Schnitte mit einem Winkel von +/–45° zur Richtung der Fasern benachbart sind.

Description

Die Erfindung betrifft Halbzeuge, Werkstücke aus Halbzeugen und Verwendungen von Halbzeugen mit Fasern in ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen zur Realisierung unebener plattenförmiger Gegenstände.
Prepregmaterial ist bekannterweise ein Halbzeug mit Endlosfasern und einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix. Es wird in Rollenform ausgeliefert, wobei zur Verhinderung der Verklebung der einzelnen Prepreglagen auf der Rolle untereinander eine Kunststofffolie aufgebracht ist.
Durch die Druckschrift DE 10 2008 012 255 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Preform für eine kraftflussgerechte Faserverbundstruktur aus einem vorimprägnierten Halbzeug bekannt. Bei dem kraftflussgerechten Bauteil sind die Fasern entlang beliebig definiert gekrümmter Bahnen orientierbar und der Fasergehalt lokal variierbar. Dazu werden Faserbandstücke von einem Faserband abgeschnitten, wobei die Fasern in Bandlängsrichtung oder auch als Fasergewebe im Faserverband angeordnet sind. Zur Herstellung einer Preform müssen die Faserbandstücke an vordefinierten Positionen platziert und mittels eines Bindermaterials fixiert werden.
Der in den Patentansprüchen 1, 4 und 6 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unebene plattenförmige Gegenstände aus Halbzeugen mit Fasern in wenigstens einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix einfach herzustellen.
Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1, 4 und 6 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Halbzeuge, Werkstücke aus Halbzeugen und Verwendungen von Halbzeugen mit Fasern in ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass unebene plattenförmige Gegenstände einfach zu realisieren sind.
Dazu sind für das Halbzeug wenigstens zwei mit Fasern versehene Kunststoffmatrizen übereinander so angeordnet, dass die Fasern der Kunststoffmatrizen im Wesentlichen einen rechten Winkel zueinander einschließen. Die Kunststoffmatrizen mit den Fasern weisen eine Folge von die Kunststoffmatrizen mit den Fasern vollständig durchtrennende Schnitte auf, wobei die Folge aus sich abwechselnden Schnitten entweder längs und quer oder in einem Winkel von +45° und –45° zur Richtung der Fasern besteht und mehrere Folgen von Schnitten nebeneinander und beabstandet zueinander so angeordnet sind, dass entweder ein Schnitt längs und ein Schnitt quer oder abwechselnde Schnitte mit einem Winkel von +/–45° zur Richtung der Fasern benachbart sind.
Ein unebenes Werkstück aus diesen Halbzeugen als ein flächenhaft ausgebildeter Gegenstand besteht aus wenigstens zwei mit Fasern versehenen und übereinander angeordneten und ausgehärteten Kunststoffmatrizen Die Fasern der Kunststoffmatrizen schließen im Wesentlichen einen rechten Winkel zueinander ein. Weiterhin sind die Kunststoffmatrizen aus ungehärteten Kunststoffmatrizen mit den Fasern und den die Kunststoffmatrizen vollständig durchtrennenden Schnitten ausgebildet, wobei

– die Schnitte in einer Folge aus sich abwechselnden Schnitten entweder längs und quer oder in einem Winkel von +45° und –45° zur Richtung der Fasern,
– mehrere Folgen von Schnitten nebeneinander und beabstandet zueinander und
– entweder ein Schnitt längs und ein Schnitt quer oder abwechselnde Schnitte mit einem Winkel von +/–45° zur Richtung der Fasern benachbart angeordnet sind.

Darüber hinaus werden wenigstens zwei mit Fasern versehene und übereinander angeordnete Kunststoffmatrizen zur Realisierung flächenhaft und nicht eben ausgebildeter Gegenstände verwendet. Dabei

– schließen die Fasern der Kunststoffmatrizen im Wesentlichen einen rechten Winkel zueinander ein,
– weisen die Kunststoffmatrizen mit den Fasern eine Folge von die Kunststoffmatrizen mit den Fasern vollständig durchtrennende Schnitte auf,
– besteht die Folge aus sich abwechselnden Schnitten entweder längs und quer oder in einem Winkel von +45° und –45° zur Richtung der Fasern,
– sind mehrere Folgen von Schnitten nebeneinander und beabstandet zueinander angeordnet und
– sind entweder ein Schnitt längs und ein Schnitt quer oder abwechselnde Schnitte mit einem Winkel von +/–45° zur Richtung der Fasern benachbart.

Durch die derart eingebrachten Schnitte sind keine durchgehenden Fasern vorhanden, so dass die Umformung und damit die Ausbildung von unebenen und plattenförmig ausgebildeten Gegenständen ermöglicht ist.
Die Ausrichtung der Schnitte kann längs und quer zur Faser ausgeführt sein, so dass bei komplexen Bauteilen als Gegenstände mit einem hohen Umformgrad die Gefahr von Bauteillöchern reduziert ist. Das basiert auf der geometrischen Ausprägung der Schnitte, wobei sich diese nur so weit Aufweiten, dass keine Überlagerung mit anderen Schnitten vorhanden ist.
Die Ausrichtung der Schnitte kann auch mit einem abwechselnden Winkel von +/–45° zur Faser ausgebildet sein, so dass bei plattenförmigen Bauteilen als Gegenstände der Bauteilverzog bei einem kleinen Umformgrad reduziert ist. Aufgrund dieser geometrischen Ausprägung weiten sich die Schnitte gegenüber den rechtwinklig zueinander eingebrachten Schnitten deutlich mehr auf.
Damit können leicht unebene Werkstücke leicht realisiert werden, beliebige Formen sind leicht herstellbar. Die Werkstücke können dabei insbesondere auch gekrümmte Flächenbauteile und damit gekrümmte Werkstücke sein. Darüber hinaus können diese auch jeweils wenigstens eine Erhöhung und/oder Vertiefung aufweisen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2, 3 und 5 angegeben.
Die Schnitte besitzen nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 vorteilhafterweise die gleiche Länge. Damit ist ein homogenes Gebilde vorhanden, wobei das Umformverhalten an jeder Stelle über den Zuschnitt zur Realisierung des Gegenstandes gesehen gleich ist.
Die Abstände der Schnitte sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 zueinander gleich. Die Faserlänge ist definiert und im Allgemeinen gleich lang. Damit ist ein homogenes Gebilde vorhanden, so dass das Umformverhalten an jeder Stelle über den Zuschnitt zur Realisierung des Gegenstandes gesehen gleich bleibt.
Die Schnitte sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 sich bei der Aushärtung vernetzende Schnitte, wobei die sich aushärtenden und sich dabei vernetzenden Kunststoffmatrizen die Schnitte überbrückende ausgehärtete Kunststoffmatrizen sind. Dabei werden vorteilhafterweise insbesondere Bauteillöcher vermieden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 ungehärtete duroplastische Kunststoffmatrizen mit Fasern,
2 ein Halbzeug aus zwei übereinander angeordneten ungehärteten Kunststoffmatrizen mit Fasern,
3 das Halbzeug mit Schnitten und
4 ein Teil eines unebenen plattenförmigen Werkstücks aus dem Halbzeug mit den Schnitten.
Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel werden ein Halbzeug 5 aus ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen 1, 3 mit Fasern 2, 4 zur Realisierung plattenförmiger unebener Gegenstände, ein unebenes Werkstück 7 aus dem Halbzeug 5 mit den gehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen 1, 3 mit den Fasern 2, 4 als ein plattenförmiger ausgebildeter Gegenstand und eine Verwendung von Halbzeugen 5 aus ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen 1, 3 mit Fasern 2, 4 zur Realisierung plattenförmiger und uneben ausgebildeter Gegenstände zusammen näher erläutert.
Ein Halbzeug 5 aus ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen 1, 3 jeweils mit Fasern 2, 4 zur Realisierung plattenförmiger unebener Gegenstände besteht im Wesentlichen aus wenigstens zwei mit Fasern 2, 4 versehenen und übereinander angeordneten Kunststoffmatrizen 1, 3 und die Kunststoffmatrizen 1, 3 mit den Fasern 2, 4 vollständig durchtrennende Schnitte 6.
Dazu zeigen
die 1 ungehärtete duroplastische Kunststoffmatrizen 1, 3 jeweils mit Fasern 2, 4,
die 2 ein Halbzeug 5 aus zwei übereinander angeordneten ungehärteten Kunststoffmatrizen 1, 3 mit Fasern 2, 4 und
die 3 das Halbzeug 5 mit Schnitten 6 jeweils in prinzipiellen Darstellungen.
Das Halbzeug 5 mit Fasern 2, 4 in ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen 1, 3 zur Realisierung plattenförmiger unebener Gegenstände weist wenigstens zwei mit Fasern 2, 4 versehene und übereinander angeordnete Kunststoffmatrizen 1, 3 auf, wobei die die Fasern 2, 4 der Kunststoffmatrizen 1, 3 im Wesentlichen einen rechten Winkel zueinander einschließen. Bei einem Halbzeug 5 mit mehr als zwei derartigen Kunststoffmatrizen 1, 3, sind diese so angeordnet, dass Fasern 2, 4 der Kunststoffmatrizen 1, 3 abwechselnd im Wesentlichen einen rechten Winkel zueinander einschließen. Die Kunststoffmatrizen 1, 3 mit den Fasern 2, 4 weisen eine Folge von die Kunststoffmatrizen 1, 3 mit den Fasern 2, 4 vollständig durchtrennende Schnitte 6 auf.
In einer ersten Ausführungsform besteht die Folge aus sich abwechselnden Schnitten 6 längs und quer zur Richtung der Fasern 2, 4. Weiterhin sind mehrere Folgen von Schnitten 6 nebeneinander und beabstandet zueinander so angeordnet, dass ein Schnitt 6 längs und ein Schnitt 6 quer zur Richtung der Fasern 2, 4 benachbart sind (Darstellung in der 3).
In einer zweiten Ausführungsform besteht die Folge aus sich abwechselnden Schnitten 6 in einem Winkel von +45° und –45° zur Richtung der Fasern 2, 4. Weiterhin sind mehrere Folgen von Schnitten 6 nebeneinander und beabstandet zueinander so angeordnet, dass abwechselnde Schnitte 6 mit einem Winkel von +/–45° zur Richtung der Fasern 2, 4 benachbart sind.
Die Schnitte 6 besitzen die gleiche Länge. Weiterhin sind die Abstände der Schnitte 6 zueinander gleich. Natürlich können auch Schnitte 6 ungleicher Länge und/oder ungleicher Abstände zueinander eingebracht sein.
Die 4 zeigt ein Teil eines unebenen plattenförmigen Werkstücks 7 aus dem Halbzeug 5 in einer prinzipiellen Darstellung.
Das Halbzeug 5 aus den ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen 1, 3 mit den Fasern 2, 4 und den Schnitten 6 wird zu einem unebenen plattenförmigen Gegenstand als Werkstück 7 geformt und ausgehärtet, so dass ein unebenes Werkstück 7 aus diesen Halbzeugen 5 vorhanden ist. Bei der Aushärtung vernetzen die Schnitte 6, wobei die sich aushärtenden und sich dabei vernetzenden Kunststoffmatrizen 1, 3 die Schnitte 6 überbrücken. Damit ist ein unebenes plattenförmiges Werkstück 7 als Gegenstand aus den ausgehärteten Kunststoffmatrizen 1, 3 mit Fasern 2, 4 ohne Durchbrüche und ohne Löcher vorhanden. Zur Formung des Werkstücks 7 kann eine bekannte Form eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008012255 A1 [0003]

Claims

Halbzeug mit Fasern aufweisenden ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen zur Realisierung plattenförmiger unebener Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei mit Fasern (2, 4) versehene Kunststoffmatrizen (1, 3) übereinander so angeordnet sind, dass die Fasern (2, 4) der Kunststoffmatrizen (1, 3) im Wesentlichen einen rechten Winkel zueinander einschließen, dass die Kunststoffmatrizen (1, 3) mit den Fasern (2, 4) eine Folge von die Kunststoffmatrizen (1, 3) mit den Fasern (2, 4) vollständig durchtrennende Schnitte (6) aufweisen, wobei die Folge aus sich abwechselnden Schnitten (6) entweder längs und quer oder in einem Winkel von +45° und –45° zur Richtung der Fasern (2, 4) besteht, und dass mehrere Folgen von Schnitten (6) nebeneinander und beabstandet zueinander so angeordnet sind, dass entweder ein Schnitt (6) längs und ein Schnitt (6) quer oder abwechselnde Schnitte (6) mit einem Winkel von +/–45° zur Richtung der Fasern (2, 4) benachbart sind.
Halbzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitte (6) die gleiche Länge besitzen.
Halbzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der Schnitte (6) zueinander gleich sind.
Unebenes Werkstück aus Halbzeugen nach Patentanspruch 1 als ein plattenförmiger ausgebildeter Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (7) aus wenigstens zwei mit Fasern (2, 4) versehenen und übereinander angeordneten und ausgehärteten Kunststoffmatrizen (1, 3) besteht, dass die Fasern (2, 4) der Kunststoffmatrizen (1, 3) im Wesentlichen einen rechten Winkel zueinander einschließen, dass die Kunststoffmatrizen (1, 3) aus ungehärteten Kunststoffmatrizen (1, 3) mit den Fasern (2, 4) und den die Kunststoffmatrizen (1, 3) vollständig durchtrennenden Schnitten (6) ausgebildet sind, wobei die Schnitte (6) in einer Folge aus sich abwechselnden Schnitten (6) entweder längs und quer oder in einem Winkel von +45° und –45° zur Richtung der Fasern (2, 4) und mehrere Folgen von Schnitten (6) nebeneinander und beabstandet zueinander und benachbarte Schnitte entweder längs und quer oder abwechselnd mit einem Winkel von +/–45° zur Richtung der Fasern (2, 4) angeordnet sind.
Werkstück nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitte (6) sich bei der Aushärtung vernetzende Schnitte (6) sind, wobei die sich aushärtenden und sich dabei vernetzenden Kunststoffmatrizen (1, 3) die Schnitte (6) überbrückende ausgehärtete Kunststoffmatrizen (1, 3) sind.
Verwendung von Halbzeugen mit Fasern in einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei mit Fasern (2, 4) versehene und übereinander angeordnete Kunststoffmatrizen (1, 3), wobei die Fasern (2, 4) der Kunststoffmatrizen (1, 3) im Wesentlichen einen rechten Winkel zueinander einschließen, die Kunststoffmatrizen (1, 3) mit den Fasern (2, 4) eine Folge von die Kunststoffmatrizen (1, 3) mit den Fasern (2, 4) vollständig durchtrennende Schnitte (6) aufweisen, die Folge aus sich abwechselnden Schnitten (6) entweder längs und quer oder in einem Winkel von +45° und –45° zur Richtung der Fasern (2, 4) besteht, mehrere Folgen von Schnitten (6) nebeneinander und beabstandet zueinander so angeordnet sind, dass entweder ein Schnitt (6) längs und ein Schnitt (6) quer oder abwechselnde Schnitte 6 mit einem Winkel von +/–45° zur Richtung der Fasern (2, 4) benachbart sind, zur Realisierung plattenförmiger und uneben ausgebildeter Gegenstände verwendet werden.