DE102013021124B4

DE102013021124B4 - Halbzeug mit Endlosfasern in ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen zur Realisierung unebener plattenförmiger Gegenstände

Info

Publication number: DE102013021124B4
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: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2033-12-14
Also published as: DE102013021124A1

Abstract

Halbzeug mit Endlosfasern aufweisenden ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen zur Realisierung plattenförmiger unebener Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei mit Endlosfasern (2, 4) versehene Kunststoffmatrizen (1, 3) übereinander so angeordnet sind, dass die Endlosfasern (2, 4) der Kunststoffmatrizen (1, 3) im Wesentlichen einen rechten Winkel zueinander einschließen, dass die Kunststoffmatrizen (1, 3) mit den Endlosfasern (2, 4) eine Folge von die Kunststoffmatrizen (1, 3) mit den Endlosfasern (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 Endlosfasern (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 Endlosfasern (2, 4) benachbart sind, so dass keine durchgehenden Endlosfasern vorhanden sind und die Umformung und damit die Ausbildung von unebenen und plattenförmig ausgebildeten Gegenständen ermöglicht ist.

Description

Die Erfindung betrifft Halbzeuge mit Endlosfasern 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.
Durch die Druckschrift WO 2007/135 418 A1 ist eine Formmasse mit parallel zueinander angeordneten Fasern und Gewebe bekannt. Diese kann darüber hinaus Schnitte enthalten, die auch die in einer Ebene angeordneten Fasern und das in einer Ebene angeordnete Gewebe schneiden. Weiterhin kann die Formmasse auch aus mehreren übereinander angeordneten Strukturen bestehen, wobei jeweils eine Schnitte aufweisende erste Formmasse und eine keine Schnitte aufweisende zweite Formmasse abwechselnd übereinander gestapelt sind. Die Schnitte betreffen dabei jeweils nur die ersten Formmassen.
Die Druckschrift DE 695 23 596 T2 beinhaltet verbesserte Verbundwerkstoffe und Verfahren zu deren Herstellung. Die Faserverbundstoffe werden dabei so perforiert, dass eine kontinuierlich vorhandene Kohlenstofffaser in diskontinuierliche Faserlängen umgewandelt wird. Das erfolgt punktuell. Das kann auch durch Lageperforation erfolgen, so dass perforierte erste Lagen und nicht perforierte zweite Lagen vorhanden sind, die auch so übereinander angeordnet werden können. Die Perforation betrifft dazu nur jeweils die erste Lage, die von einer zweiten Lage ohne Perforation getrennt ist.
Die Druckschrift JP S60 224 530 A betrifft faserverstärkte Verbundwerkstoffe, die einlagig zur Ausbildung von Ecken geschnitten sind.
Durch die Druckschrift DE 10 2011 084 655 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines textilen Halbzeugs, ein textiles Halbzeug und ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoffes und ein Faserverbundwerkstoff bekannt. Das Halbzeug weist dazu ein Gewebe auf, wobei auch einzelne das Gewebe ausbildende Fasern getrennt werden. Die Fasern sind dazu die Bestandteile der Textilie.
Durch die Druckschrift EP 0 248 248 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von einem mit Harz imprägnierten Textilerzeugnis ebener Struktur bekannt. Das Textilerzeugnis besteht dabei im Wesentlichen aus dieser Struktur, wobei an einer Stelle Kettfäden des Textilerzeugnisses geschnitten werden, um die Schrumpfung der Struktur bei Härten des Harzes, welches das Textilerzeugnis beinhaltet, zu reduzieren.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unebene plattenförmige Gegenstände aus Halbzeugen mit Endlosfasern in wenigstens einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix einfach herzustellen.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Halbzeuge, Werkstücke aus Halbzeugen und Verwendungen von Halbzeugen mit Endlosfasern 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 Endlosfasern versehene Kunststoffmatrizen übereinander so angeordnet, dass die Endlosfasern der Kunststoffmatrizen im Wesentlichen einen rechten Winkel zueinander einschließen. Die Kunststoffmatrizen mit den Endlosfasern weisen eine Folge von die Kunststoffmatrizen mit den Endlosfasern 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 Endlosfasern 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 Endlosfasern benachbart sind, so dass keine durchgehenden Endlosfasern vorhanden sind und die Umformung und damit die Ausbildung von unebenen und plattenförmig ausgebildeten Gegenständen ermöglicht ist.
Durch die derart eingebrachten Schnitte sind keine durchgehenden Endlosfasern 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 Endlosfaser 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 Richtung der Endlosfasern ausgebildet sein, so dass bei plattenförmigen Bauteilen als Gegenstände der Bauteilverzug 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 und 3 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.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 ungehärtete duroplastische Kunststoffmatrizen mit Endlosfasern,
2 ein Halbzeug aus zwei übereinander angeordneten ungehärteten Kunststoffmatrizen mit Endlosfasern,
3 das Halbzeug mit Schnitten und
4 ein Teil eines unebenen plattenförmigen Werkstücks aus dem Halbzeug mit den Schnitten.
Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel wird ein Halbzeug 5 aus ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen 1, 3 mit Endlosfasern 2, 4 zur Realisierung plattenförmiger unebener Gegenstände näher erläutert.
Ein Halbzeug 5 aus ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen 1, 3 jeweils mit Endlosfasern 2, 4 zur Realisierung plattenförmiger unebener Gegenstände besteht im Wesentlichen aus wenigstens zwei mit Endlosfasern 2, 4 versehenen und übereinander angeordneten Kunststoffmatrizen 1, 3 und die Kunststoffmatrizen 1, 3 mit den Endlosfasern 2, 4 vollständig durchtrennende Schnitte 6.
Dazu zeigen
die 1 ungehärtete duroplastische Kunststoffmatrizen 1, 3 jeweils mit Endlosfasern 2, 4,
die 2 ein Halbzeug 5 aus zwei übereinander angeordneten ungehärteten Kunststoffmatrizen 1, 3 mit Endlosfasern 2, 4 und
die 3 das Halbzeug 5 mit Schnitten 6
jeweils in prinzipiellen Darstellungen.
Das Halbzeug 5 mit Endlosfasern 2, 4 in ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen 1, 3 zur Realisierung plattenförmiger unebener Gegenstände weist wenigstens zwei mit Endlosfasern 2, 4 versehene und übereinander angeordnete Kunststoffmatrizen 1, 3 auf, wobei die Endlosfasern 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 Endlosfasern 2, 4 der Kunststoffmatrizen 1, 3 abwechselnd im Wesentlichen einen rechten Winkel zueinander einschließen. Die Kunststoffmatrizen 1, 3 mit den Endlosfasern 2, 4 weisen eine Folge von die Kunststoffmatrizen 1, 3 mit den Endlosfasern 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 Endlosfasern 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 Endlosfasern 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 Endlosfasern 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 Endlosfasern 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 Endlosfasern 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 Endlosfasern 2, 4 ohne Durchbrüche und ohne Löcher vorhanden. Zur Formung des Werkstücks 7 kann eine bekannte Form eingesetzt werden.

Claims

Halbzeug mit Endlosfasern aufweisenden ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen zur Realisierung plattenförmiger unebener Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei mit Endlosfasern (2, 4) versehene Kunststoffmatrizen (1, 3) übereinander so angeordnet sind, dass die Endlosfasern (2, 4) der Kunststoffmatrizen (1, 3) im Wesentlichen einen rechten Winkel zueinander einschließen, dass die Kunststoffmatrizen (1, 3) mit den Endlosfasern (2, 4) eine Folge von die Kunststoffmatrizen (1, 3) mit den Endlosfasern (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 Endlosfasern (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 Endlosfasern (2, 4) benachbart sind, so dass keine durchgehenden Endlosfasern vorhanden sind und die Umformung und damit die Ausbildung von unebenen und plattenförmig ausgebildeten Gegenständen ermöglicht ist.
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.