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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Formkern zur Herstellung von faserverstärkten Strukturhohlbauteilen mit einem Stützkern, der durch ein festes Granulat und ein wasserlösliches Bindemittel zum Binden des Granulats gebildet ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Strukturhohlbauteilen mit den Schritten Formen eines Stützkerns aus einem festen Granulat und einem wasserlöslichen Bindemittel, Formen des Strukturhohlbauteils durch Umwickeln des Stützkerns mit Verstärkungsfasern und Umspritzen des Stützkerns mit einem aushärtbaren Kunststoff, und Ausschwemmen des Stützkerns durch Injektion eines Lösungsmittels.
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Derartige Formkerne dienen dazu, ein Halbzeug zu bilden, um die herum ein faserverstärktes Strukturhohlbauteil geformt wird.
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Faserverstärkte Strukturhohlbauteile werden vorzugsweise in Automobilen als Teile des Tragrahmens verwendet, die aus Kohlfaserteilen gefertigt werden. Zur Gewichtsersparnis werden diese Bauteile üblicherweise als Hohlkörper gefertigt und aus unterschiedlichen Halbzeugen oder Strukturbauteilen zusammengesetzt und miteinander verklebt. Die so entstehenden Verbindungsstellen bilden jedoch üblicherweise Schwachstellen des Bauteils, so dass die Stabilität der so erzeugten Strukturhohlbauteile begrenzt ist. Um diesen Nachteil zu überwinden, werden die faserverstärkten Strukturhohlbauteile alternativ in einem Stück gefertigt, und zwar unter Verwendung von Schmelzkernen aus Wachs oder dergleichen, wobei die Schmelzkerne mit vorgefertigten Verstärkungsfasern zwischen einem Ober- und Unterwerkzeug einer beheizten Presse bedeckt werden und die so gebildeten Faserlagen mit einem wärmehärtbaren Kunststoff getränkt werden. Der Wachskern wird nach der Aushärtung des Kunststoffs und somit nach der Herstellung des eigentlichen Strukturhohlbauteils aufgeschmolzen und aus dem Inneren des Strukturbauteils entfernt. Dabei ist es nachteilig, dass üblicherweise Restmaterial des Wachskerns in dem Bauteilinneren verbleibt, so dass das Bauteilgewicht im Allgemeinen erhöht ist. Ferner ist es nachteilig, dass die Fertigung derartiger Wachskerne für große Strukturhohlbauteile sehr aufwändig ist und die Maßhaltigkeit derartig gefertigter Strukturhohlbauteile wegen der Elastizität des Wachskerns gering ist.
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Alternativ werden derartige Stützkerne aus niedrig schmelzenden Wismutlegierungen gefertigt, wobei die Fertigung derartiger Schmelzkerne wegen des hohen Energieaufwandes und des hohen Gewichts, der daraus resultierenden Handhabungsprobleme und der entsprechenden gesundheitsgefährdenden Dämpfen für die Massenproduktion sehr aufwändig ist.
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Weiterhin können derartige Stützkerne aus Schaumstoff gebildet werden, die nach der Fertigung der Strukturbauteile im Bauteil verbleiben und somit das Gewicht des Strukturbauteils entsprechend erhöhen.
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Aus der
WO 02/072328 A1 ist ein Stützkern bekannt, der aus einem wasserlöslichen organischen Bindemittel und einem Füllstoff aus Keramikhohlkugeln gebildet ist, wobei als organisches Bindemittel Polyvinylpyrrolidon verwendet wird. Der so gefertigte Stützkern kann zur Fertigung des Strukturhohlbauteils mit Kunststoff und Verstärkungsfasern umformt werden, wobei der Stützkern nach der Aushärtung des Strukturhohlbauteils durch eine wässrige Lösung ausgeschwemmt werden kann. Nachteilig bei diesem Stützkern ist es jedoch, dass der Stützkern lediglich geringen Kräften standhält, so dass beim Umwickeln des Stützkerns mittels der Verstärkungsfasern nur geringe Fadenabzugskräfte auftreten dürfen, so dass ein derartig geformter Stützkern für eine Serienproduktion mit hohen Stückzahlen nicht geeignet ist. Ferner kann durch einen derartigen Stützkern die notwendige Maßhaltigkeit nicht erreicht werden. Schließlich ist eine Produktion von Strukturhohlbauteilen mit einem derartigen Stützkern zeitlich aufwändig, da zur Fertigung des Stützkerns eine lange Trocknungszeit notwendig ist.
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Aus der
EP 1 745 908 A1 ist ein weiterer wasserlöslicher Stützkern zur Herstellung von Strukturhohlbauteilen bekannt, bei dem als Füllstoff Sand verwendet wird und mittels einer wässrigen Polyvinylpyrrolidon-Lösung gebunden wird. Bedingt durch das Bindemittel ist dieser Stützkern für eine Massenfertigung wegen der geringen Festigkeit und der damit verbundenen geringen Maßhaltigkeit und langer Trocknungszeiten des Stützkerns für die Massenproduktion eher ungeeignet.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und einen verbesserten Stützkern zur Herstellung von faserverstärkten Strukturhohlbauteilen mit hoher Maßhaltigkeit und geringem technischem Aufwand bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten Stützkern dadurch gelöst, dass das wasserlösliche Bindemittel durch ein wasserlösliches Thermoplast gebildet ist und der Stützkern von einer Mantelschicht wenigstens teilweise umgeben ist.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass das Bindemittel als Thermoplast ausgebildet ist und der Stützkern mittels einer Mantelschicht wenigstens teilweise versiegelt wird.
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Durch das wasserlösliche Thermoplast, das erfindungsgemäß als das Bindemittel für das Granulat verwendet wird, ist die Festigkeit des Stützkerns erheblich erhöht, so dass der so gefertigte Stützkern auch hohen Abzugskräften beim Umwickeln des Stützkerns standhält und somit die Maßhaltigkeit des Strukturhohlbauteils gewährleistet ist. Dadurch, dass die wasserlöslichen Thermoplasten üblicherweise mittels einer alkoholischen Lösung gelöst werden und in einem Formwerkzeug geformt werden, kann die Trocknungsdauer des Stützkerns erheblich reduziert werden, so dass der zeitliche Aufwand zur Fertigung des Stützkerns erheblich reduziert ist. Ferner kann die Handhabung des Stützkerns beim Umwickeln mittels der Verstärkungsfaser verbessert werden, da der Thermoplast-gebundene Stützkern mittels der Mantelschicht umgeben ist und somit vor Beschädigungen geschützt ist. Insgesamt kann somit die Maßhaltigkeit der zu fertigenden faserverstärkten Strukturhohlbauteilen erhöht und die Fertigungsdauer verkürzt werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst.
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Bei dem Stützkern ist es besonders bevorzugt, wenn das Bindemittel durch Polyvinylalkohol gebildet ist.
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Dadurch kann die Trocknungszeit des Stützkerns wegen der geringeren Verdunstungstemperatur von Alkohol deutlich reduziert werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das feste Granulat Sand aufweist.
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Dadurch kann ein festes und kostengünstiges Granulat verwendet werden, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Mantelschicht aus einem wasserunlöslichen Material gebildet ist.
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Dadurch kann der Stützkern unabhängig von der Mantelschicht ausgeschwemmt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Granulat eine mittlere Korngröße von 50 bis 1000 µm, vorzugsweise eine mittlere Korngröße von 100 bis 800 µm aufweist.
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Dadurch kann der Stützkern beispielsweise mit einer Kernschießmaschine in eine Form eingeschossen werden, da das Granulat mit einer derartigen Korngröße eine hohe Fließfähigkeit sicherstellt.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Bindemittel einen Anteil von 0,1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 1 Gew.-% des Stützkerns bildet.
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Dadurch kann die Trocknungszeit des Stützkerns weiter reduziert werden und gleichzeitig das Gemisch aus Bindemittel und Granulat einfach und mit kurzen Taktzeiten verarbeitet werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Mantelschicht eine Oberfläche zum Formen des faserverstärkten Strukturhohlbauteils bildet.
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Dadurch kann das faserverstärkte Strukturhohlbauteil mit hoher Maßhaltigkeit gefertigt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn in dem Stützkern ein Formstift angeordnet ist, der durch die Mantelschicht hindurchragt und gegenüber der Mantelschicht hervorsteht.
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Dadurch kann in dem Strukturhohlbauteil und der Mantelschicht mit geringem Aufwand eine Öffnung bzw. eine Ausnehmung zum Ausschwemmen des Stützkerns gebildet werden. Ferner ist durch den Formstift die Handhabung des Stützkerns erleichtert.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Mantelschicht eine innere glatte Oberfläche aufweist, die dem Stützkern zugewandt ist, wobei die innere Oberfläche eine glatte innere Oberfläche des Hohlbauteils des faserverstärkten Strukturhohlbauteils bildet.
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Dadurch kann der Stützkern nach Aushärtung des Strukturhohlbauteils aus dem Strukturhohlbauteil ausgeschwemmt werden, wobei die Mantelschicht vorzugsweise in dem Strukturhohlbauteil verbleibt, wodurch die Herstellung des Strukturhohlbauteils im Allgemeinen vereinfacht wird.
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Es ist weiter bevorzugt, wenn die Mantelschicht aus einem Elastomer, einem Duromer, Silikon oder Epoxidharz gebildet ist.
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Dadurch kann die Festigkeit und Maßhaltigkeit des Formkerns weiter erhöht werden, wodurch das Strukturhohlbauteil mit einem aushärtbaren Kunststoff unter hohem Druck durchtränkt werden kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es besonders bevorzugt, wenn der umwickelte Stützkern in einem Formwerkzeug angeordnet wird, um die äußere Form des Strukturhohlbauteils zu definieren.
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Dadurch kann das Strukturhohlbauteil mit technisch geringem Aufwand und hohen Stückzahlen und hoher Maßhaltigkeit gefertigt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der aushärtbare Kunststoff mit einem Druck größer als 10 bar, vorzugsweise größer als 50 bar oder größer als 80 bar in das Formwerkzeug injiziert wird. Dabei wird vorzugsweise ein Resin Transform Molding Verfahren (RTM) verwendet.
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Dadurch kann die Fertigungsdauer weiter reduziert werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der aushärtbare Kunststoff mittels eines Vakuuminjektionsverfahrens in das Formwerkzeug eingeführt wird.
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Dadurch können auch komplexe Bauteile mit hoher Zuverlässigkeit gefertigt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Stützkern mittels eines wässrigen Lösungsmittels ausgeschwemmt wird.
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Dadurch kann auf teure Lösungsmittel zum Lösen des Stützkerns verzichtet werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Mantelschicht des Stützkerns nach dem Ausschwemmen in dem Strukturhohlbauteil verbleibt.
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Dadurch kann das Verfahren vereinfacht werden, da ein weiterer Schritt zum Entfernen der Mantelschicht entfällt.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn mittels eines Formstifts, der aus dem Stützkern in der Mantelschicht und in dem Strukturhohlbauteil eine Ausnehmung gebildet wird, durch die hindurch das Lösungsmittel injiziert wird.
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Dadurch kann in der Mantelschicht mit geringem Aufwand eine Öffnung bzw. eine Ausnehmung gebildet werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn durch die Ausnehmung hindurch das Lösungsmittel injiziert wird.
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Dadurch kann der Stützkern mit geringem Aufwand ausgeschwemmt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Formstift nach dem Aushärten des Kunststoffs aus dem Stützkern und der Mantelschicht entfernt wird.
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Dadurch kann mit einfachen Mitteln eine Ausnehmung in der Mantelschicht und dem Strukturhohlbauteil gebildet werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Mantelschicht mittels eines Schmelzbades oder mittels eines Sprühverfahrens auf den Stützkern aufgebracht wird.
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Dadurch kann die Mantelschicht zuverlässig mit einfachen Mitteln auf den Stützkern aufgebracht werden, wodurch das Verfahren im Allgemeinen weiter vereinfacht wird.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Mantelschicht in einem Formwerkzeug aufgebracht wird, in dem der Stützkern geformt wird.
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Dadurch kann der Stützkern mit der Mantelschicht mit präzisen Abmessungen geformt werden.
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Es ist im Allgemeinen bevorzugt, wenn der aushärtbare Kunststoff in das Formwerkzeug mittels eines Harzinjektionsverfahrens (Resin Transfer Molding) injiziert wird.
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Dadurch kann der aushärtbare Kunststoff mit hohem Druck in das Formwerkzeug injiziert werden, wodurch auch komplexe Formen vollständig mit dem Kunststoff ausgefüllt werden können und somit auch komplexe Strukturhohlbauteile gefertigt werden können.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht eines Formkerns gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2a–f eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Formkerns;
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3a–e ein Verfahren zum Herstellen eines Strukturhohlbauteils mittels eines erfindungsgemäßen Formkerns; und
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4 eine perspektivische Darstellung eines faserverstärkten Strukturhohlbauteils, das mit den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
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In 1 ist ein Formkern zur Herstellung von faserverstärkten Strukturhohlbauteilen in einer schematischen Schnittansicht dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet.
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Der Formkern 10 dient im Allgemeinen dazu, einen Kern bzw. ein Gerüst für faserverstärkte Strukturhohlbauteile zu bilden, die um den Formkern 10 herum geformt werden, wobei der Formkern 10 nach Fertigstellung der faserverstärkten Strukturhohlbauteile aus dem Inneren der Strukturhohlbauteile entfernt wird.
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Der Formkern 10 weist einen inneren Stützkern 12 auf, der durch Granulatkörper 14 und ein Bindemittel 16 gebildet ist. Die Granulatkörper 14 sind feste bzw. starre Körper 14, die vorzugsweise eine mittlere Korngröße von 50 µm bis 1000 µm aufweisen und besonders bevorzugt eine mittlere Korngröße von 100 bis 800 µm aufweisen. Das Bindemittel 16 ist als wasserlösliches Thermoplast 16 ausgebildet, das die Granulatkörper 14 miteinander verbindet und insgesamt eine feste Struktur des Stützkerns 12 bildet. Der Stützkern 12 ist von einer Mantelschicht 18 umgeben, die aus einem wasserunlöslichen oder wasserlöslichen Material gebildet ist. Das Material der Mantelschicht 18 ist vorzugsweise aus einem Kunststoff gebildet und kann als Elastomer, Duromer, Silikon oder Epoxidharz ausgebildet sein bzw. durch eine Mischung von wenigstens zwei dieser Komponenten gebildet werden. Vorzugsweise ist der Stützkern 12 durch die Mantelschicht versiegelt, so dass der Stützkern 12 von der Mantelschicht vollständig umschlossen ist.
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Zur Herstellung des faserverstärkten Strukturhohlbauteils, das in 1 schematisch dargestellt ist und mit 20 bezeichnet ist, wird der Formkern 10 mit Verstärkungsfasern umwickelt und mit einem wärmehärtbaren Kunststoff vergossen, so dass der Formkern 10 vollständig von dem faserverstärkten Strukturhohlbauteil 20 umgeben ist. In dem Formkern 10 ist ein Formstift 19 bzw. ein Kernlager 19 angeordnet, der bzw. das durch die Mantelschicht 18 hindurchragt und gegenüber der Mantelschicht 18 hervorsteht. Nachdem der wärmeaushärtbare Kunststoff ausgehärtet ist, wird der Formstift 19 üblicherweise entfernt, so dass in dem Strukturhohlbauteil 20 und in der Mantelschicht 18 eine Öffnung 22 verbleibt, durch die hindurch ein Lösungsmittel eingeführt wird, um das Bindemittel 16 zu lösen und das gelöste Bindemittel 16 sowie die Granulatkörper 14 durch die Öffnung 22 hindurch aus dem Strukturhohlbauteil 20 auszuschwemmen. Dadurch kann in dem faserverstärkten Strukturhohlbauteil ein Hohlkörper gebildet werden, wobei in einer besonderen Ausführungsform die Mantelschicht 18 in dem Strukturhohlbauteil 20 verbleibt.
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Der Formstift 19 ist in dem Stützkern 12 angeordnet und teilweise von dem Thermoplast 16 umschlossen und ragt gegenüber einer Oberfläche des Stützkerns 12 hervor, so dass die Mantelschicht 18 und das Strukturhohlbauteil 20 um den Formstift 19 herum gebildet werden. Der Formstift 19 weist dazu eine zylindrische oder konische Form mit einer runden oder polygonalen Grundfläche auf. Nachdem der aushärtbare Kunststoff des Strukturhohlbauteils 20 ausgehärtet ist, kann der Formstift 19 aus dem Stützkern 12 durch die Öffnung 22 hindurch herausgezogen werden, so dass die Öffnung 22 in der Mantelschicht 18 und dem Strukturhohlbauteil 20 verbleibt. Der Formstift 19 dient gleichzeitig als Kernlager 19, an dem der Formkern 10 im Allgemeinen gelagert ist bzw. bewegt werden kann.
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Die Granulatkörper 14 können als Sand ausgebildet sein, so dass der Formkern eine feste und strapazierfähige Struktur erhält und gleichzeitig durch die hohe Fließfähigkeit derartiger Granulatkörper leicht zu verarbeiten ist.
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Das Bindemittel 16 ist vorzugsweise aus Polyvinylalkohol gebildet, wodurch die Granulatkörper 14 fest gebunden werden können und der Stützkern 12 im Allgemeinen mit geringen Trocknungszeiten ausgetrocknet werden kann. Da das Bindemittel 16 als Polyvinylalkohol ein in Alkohol gelöster Thermoplast ist, welches unter Trocknung zu einem Polymer auskristallisiert, lässt sich der Stützkern 12 mit geringem technischem Aufwand fertigen und die Granulatkörper 14 fest binden.
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Die Mantelschicht wird auf den ausgehärteten Stützkern 12 aufgebracht, um diesen vorzugsweise vollständig zu umschließen bzw. zu versiegeln. Die Mantelschicht 18 wird dabei durch ein Tauchbad oder mittels eines Sprühverfahrens auf den Stützkern aufgebracht, so dass eine reproduzierbare und gleichmäßige Mantelschichtdicke erzielt werden kann. Dadurch lässt sich der Formkern 10 im Allgemeinen mit einer hohen Maßhaltigkeit herstellen.
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Das Bindemittel 16 bildet einen Anteil des Stützkerns 12 von 0,1 bis 15 Gew.-%, wobei in einer besonderen Ausführungsform der Anteil des Bindemittels mehr als 1 Gew.-% des Stützkerns 12 bildet.
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Durch die besondere Härte des Stützkerns 12 durch das als wasserlösliches Thermoplast ausgebildete Bindemittel 16 und die wasserunlösliche Mantelschicht können die Verstärkungsfasern des Strukturhohlbauteils 20 mit hohen Abzugskräften um den Formkern 10 gewickelt werden und der wärmeaushärtbare Kunststoff mit hohen Injektionsdrücken von 10 bis 150 bar in ein Formwerkzeug injiziert werden, wobei die Maßhaltigkeit des Formkerns 10 nicht beeinträchtigt wird. Dadurch lässt sich durch den so ausgebildeten Formkern 10 mit geringem Zeitaufwand und hoher Maßhaltigkeit eine Serienfertigung für faserverstärkte Strukturhohlbauteile 20 realisieren.
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In den 2a bis f sind einzelne Schritte zur Herstellung des Formkerns 10 schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
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In 2a ist schematisch die Herstellung einer Suspension dargestellt, und zwar aus den Granulatkörpern 14 hier als A bezeichnet und dem Bindemittel 16 hier als B bezeichnet, um die Suspension in einen fließfähigen Zustand zu bringen und in eine Form zu gießen, wie es im Weiteren näher erläutert ist.
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In 2b ist eine Gussform 24 gezeigt, in die die Suspension aus den Komponenten A, B eingefüllt wird, um den Stützkern 12 des Formkerns 10 zu formen. Die Gussform 24 weist eine Obergussform 26, eine Untergussform 28 und einen Rahmen 30 auf, wobei in einem zusammengebauten Zustand in der Obergussform 26 und der Untergussform 28 ein Hohlraum 32 gebildet ist, dessen innere Abmessungen den äußeren Abmessungen des Stützkerns 12 entspricht. Der Rahmen 30 dient dazu, die Obergussform 26 und die Untergussform 28 fest miteinander zu verbinden, um den Stützkern 12 aushärten zu lassen. Der Rahmen 30 und die Obergussform 26 weisen eine Einfüllöffnung 34 auf, um die Suspension in den Hohlraum einfüllen zu können. Die Obergussform 26 und die Untergussform 28 sowie der Rahmen 30 sind aus Aluminium oder Metall gebildet, um die Suspension aushärten zu lassen. In der Gussform 24 sind zwei der Formstifte 19 angeordnet, um mit der Suspension vergossen zu werden. Dabei sind die Formstifte 19 vorzugsweise in einem entsprechenden Formteil zwischen der Obergussform 26 und der Untergussform 28 gelagert.
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Durch die hohe Fließfähigkeit der Granulatkörper 14 kann die Suspension unter hohem Druck zum Beispiel mittels Druckluft in den Hohlraum 32 eingefüllt werden. Alternativ kann die Suspension mittels eines Kolbens in den Hohlraum 32 gedrückt werden.
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Nachdem die Suspension in den Hohlraum 32 gefüllt ist, wird der Stützkern 12 getrocknet, wie es schematisch in 2c dargestellt ist.
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Zum Austrocknen des Stützkerns 12 wird der Stützkern 12 mittels eines Heißluftgebläses 36 mit Heißluft durchströmt, die auf etwa 40 bis 220°C aufgeheizt ist. Gleichzeitig können die Obergussform 26 und die Untergussform 28 jeweils mittels Heizelementen 38, 40 auf ca. 40°C bis 200°C, vorzugsweise auf 100°C bis 120°C erhitzt werden, um den Stützkern 12 vollständig auszutrocknen.
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Die Heißluft wird durch einen Einströmkanal 37 oder über die Einfüllöffnung 34 mit einem Druck von 0,5 bis 20 bar in den Hohlraum 32 und somit in den Stützkern 12 eingeströmt. Die Heißluft wird somit durch das Material des Stützkerns 12 hindurchgeführt und kann somit den Stützkern 12 aushärten. Die Heißluft wird durch einen Abluftkanal 39 aus dem Hohlraum 32 abgeführt.
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Nachdem der Stützkern 12 vollständig ausgetrocknet ist, wird der Stützkern 12 entformt, wie es in 2d schematisch dargestellt ist. Dazu wird der Rahmen 30 entfernt und die Obergussform 26 von der Untergussform 28 gelöst, so dass der Stützkern 12 aus der Gussform 24 entnehmbar ist. Die Formstifte 19 ragen zur Handhabung als Kernlager 19 aus dem Stützkern 12 heraus.
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Der Stützkern 12 wird danach mit der Mantelschicht 18 versiegelt, wie es in 2e schematisch dargestellt ist. Dafür wird der Stützkern 12 vorzugsweise in ein Schmelzbad 42 eingetaucht, indem ein flüssiger nicht wasserlöslicher Kunststoff eingefüllt ist. Der wasserunlösliche Kunststoff kann dabei ein Elastomer, ein Silikon oder ein Epoxid sein. Nach der Entnahme des Stützkerns 12 bleibt die Mantelschicht 18 auf dem Stützkern zurück und kann aushärten. Die Mantelschicht 18 weist üblicherweise eine Schichtdicke von 0,05 bis 2 mm auf.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die Mantelschicht 18 in einem Sprühverfahren auf den Stützkern aufgesprüht werden.
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Alternativ kann die Mantelschicht 18 vor dem Einfüllen der Suspension an der inneren Oberfläche des Hohlraums 32 des Formwerks 24 aufgebracht bzw. angeordnet werden, so dass die Suspension in die Mantelschicht 18 eingefüllt wird. Dadurch kann die äußere Form des Formkerns 10 noch präziser ausgebildet werden.Der so gefertigte Formkern 10 ist schematisch in 2f dargestellt.
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In den 3a bis e sind schematisch die Schritte zur Herstellung des faserverstärkten Strukturhohlbauteils 20 mittels des Formkerns 10 dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
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Der Formkern 10, der mittels des oben angegebenen Verfahrens hergestellt ist, ist in 3a schematisch dargestellt.
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Der Formkern 10 wird zunächst mittels einer Flechtanlage mit Verstärkungsfasern umwickelt, wobei sich der Formkern 10 im Auge der verwendeten Flechtanlage befindet. Die Verstärkungsfasern werden dabei unter hoher Zugspannung um den Formkern 10 gewickelt, wobei der Formkern 10 durch seine Beschaffenheit aus den Granulatkörpern 14 und dem Bindemittel 16 und der Mantelschicht 18 eine besonders hohe Festigkeit aufweist und den hohen Abzugskräften der Flechtanlage standhalten kann.
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Nachdem der Formkern 10 mit den Verstärkungsfasern, die in 3b mit 44 bezeichnet sind, umwickelt ist, wird der so konfektionierte Formkern 10 in ein Injektionswerkzeug 46 eingesetzt, um die Verstärkungsfasern 44 mit einem aushärtbaren Kunststoff zu tränken bzw. zu imprägnieren und dadurch das faserverstärkte Strukturhohlbauteil 20 zu formen. Das Injektionswerkzeug 46 besteht aus einem Oberwerkzeug 48 und einem Unterwerkzeug 50, die zusammen einen Hohlraum 52 bilden, dessen innere Oberfläche den äußeren Formen des herzustellenden Strukturhohlbauteils 20 entspricht. Zum Aushärten des wärmeaushärtbaren Kunststoffs ist das Ober- und Unterwerkzeug 48, 50 mittels jeweils eines Heizelements 56, 58 beheizbar. Das Injektionswerkzeug 46 weist eine Einfüllöffnung 54 auf, durch die hindurch der wärmeaushärtbare Kunststoff eingefüllt werden kann. Vor dem Einfüllen des aushärtbaren Kunststoffs kann das Injektionswerkzeug 46 bereits aufgeheizt sein. Der wärmeaushärtbare Kunststoff kann beispielsweise im Resin Transfer Molding-Verfahren (RTM) mit einem Druck von 10 barbis 100 bar durch die Einfüllöffnung 54 injiziert werden. Alternativ kann der wärmeaushärtbare Kunststoff nach dem Vakuum-Injektions-Verfahren in den Hohlraum 52 eingefüllt werden, wobei ein Unterdruck in dem Hohlraum 52 erzeugt wird und der wärmeaushärtbare Kunststoff durch die Einfüllöffnung 54 in den Hohlraum 52 eingesaugt wird.
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Die Formstifte 19 bzw. die Kernlager 19 sind derart ausgebildet, dass sie aus den Verstärkungsfasern 44 und dem aushärtbaren Kunststoff herausragen und nach dem Aushärten einfach aus dem Strukturhohlbauteil 20 und dem Stützkern 12 entfernt werden können, so das die Öffnung 22 in dem Strukturhohlbauteil 20 verbleibt.
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Nachdem der wärmeaushärtbare Kunststoff ausgehärtet ist, wird das so gebildete Strukturhohlbauteil 20 mit dem Formkern 10 aus dem Gusswerkzeug 46 entformt, wie es in 3c schematisch dargestellt ist.
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Nachdem das Strukturhohlbauteil 20 entformt ist, wird der Formstift 19 aus dem Strukturhohlbauteil 20 und der Mantelschicht 18 entfernt, so dass die Öffnung 22 gebildet wird, um den Stützkern 12 durch die Öffnung 22 aus dem Inneren des Strukturhohlbauteils 20 zu entfernen. Dazu wird das so geöffnete Strukturhohlbauteil 20 in ein Ausschwemmbad 60 eingetaucht, in dem ein Lösungsmittel 62 aufgenommen ist. Das Lösungsmittel 62 ist eine wässrige Lösung, die das wasserlösliche Bindemittel 16 auflösen kann. Das Lösungsmittel 62 dringt durch die Öffnung 22 an dem Stützkern 12 und kann somit das Bindemittel 16 auflösen und den gesamten Stützkern 12 mit den Granulatkörpern 14 aus dem Inneren des Strukturhohlbauteils 20 ausschwemmen, wie es schematisch in 3b dargestellt ist.
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Da die Mantelschicht 18 vorzugsweise aus einem nicht wasserlöslichen Kunststoff gebildet ist, wird die Mantelschicht 18 bei dem Ausschwemmen wie es in 3d dargestellt ist, nicht aus dem Inneren des Strukturhohlbauteils 20 entfernt.
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Das fertige faserstrukturverstärkte Strukturhohlbauteil 20, an dessen innerer Oberfläche die Mantelschicht 18 vorzugsweise verbleibt, ist in 3e schematisch dargestellt.
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In einer besonderen Ausführungsform kann die Mantelschicht 18 mittels eines speziellen Lösungsmittels aus dem Inneren des Strukturhohlbauteils 20 ausgelöst werden. Da die Mantelschicht 18 eine geringe Schichtdicke von 0,1–0,2 mm aufweist, hat die Mantelschicht 18 keinen hohen Gewichtsanteil des Strukturhohlbauteils 20, so dass ein Verbleiben der Mantelschicht 18 in dem Strukturhohlbauteil 20 das Gesamtgewicht des Strukturhohlbauteils 20 lediglich geringfügig erhöht.
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In 4 ist beispielhaft perspektivisch ein faserverstärktes Strukturhohlbauteil gezeigt, das mit dem oben angegebenen Verfahren gefertigt wird. Das faserverstärkte Strukturhohlbauteil 20 weist die Öffnung 22 auf, durch die hindurch der Stützkern 12 ausgeschwemmt wird. Durch dieses Verfahren können somit auch komplexe Strukturen realisiert werden und mit geringem Zeitaufwand und hoher Maßhaltigkeit hergestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 02/072328 A1 [0007]
- EP 1745908 A1 [0008]
