DE102014201099A1 - Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile, sowie Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile, sowie Verfahren zu deren Herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE102014201099A1
DE102014201099A1 DE102014201099.3A DE102014201099A DE102014201099A1 DE 102014201099 A1 DE102014201099 A1 DE 102014201099A1 DE 102014201099 A DE102014201099 A DE 102014201099A DE 102014201099 A1 DE102014201099 A1 DE 102014201099A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
reinforcing
carrier layer
fiber
structure according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102014201099.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Jan Wessels
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102014201099.3A priority Critical patent/DE102014201099A1/de
Publication of DE102014201099A1 publication Critical patent/DE102014201099A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/24—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least three directions forming a three dimensional structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/543—Fixing the position or configuration of fibrous reinforcements before or during moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/245—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it being a foam layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/101—Glass fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile mit – einer Trägerlage (11) aus Fasermaterial und – einer Verstärkungslage (12) aus Fasermaterial, wobei die Verstärkungslage (12) an der Trägerlage (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlage (11) und die Verstärkungsfaserlage (12) miteinander vernäht sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile mit einer Trägerlage aus Fasermaterial und einer Verstärkungslage aus Fasermaterial, wobei die Verstärkungslage an der Trägerlage angeordnet ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Verstärkungsstruktur sowie zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils.
  • Im heutigen Fahrzeugbau existieren Bestrebungen, Struktur wie auch Verkleidungsbauteile aus faserverstärktem Kunststoff auszubilden. Faserverstärkte Kunststoffe werden generell dort eingesetzt, wo hohe Festigkeiten und Steifigkeiten gefordert werden. Grundsätzlich umfassen faserverstärkte Kunststoffe Verstärkungsfasern, die in einer Matrix aus Kunststoff eingebettet sind. Die Fasern verleihen dem Bauteil seine mechanischen Eigenschaften. Dabei werden die höchsten mechanischen Eigenschaften erzielt, wenn die Fasern in gestreckter Lage in Richtung des Kraftstoffflusses orientiert sind.
  • Um bei ausreichend hohen mechanischen Eigenschaften das Bauteilgewicht weiter zu reduzieren, werden besonders dünnwandige Bauteile erzeugt, die nur an vorbestimmten Stellen verstärkt sind. Somit werden anstelle von Bauteilen mit konstanter Dicke und einem einheitlichen Lagenaufbau über die gesamte Bauteilfläche, Bauteile mit lokal angepasster Dicke bzw. lokal angepassten Lagenaufbau angestrebt. Um diese Bauteile zu fertigen, werden Ausgangsmaterialien mit angepassten Faserorientierungen und Fasermengen eingesetzt. Beispielsweise werden lokal unidirektionale (UD) Faserstreifen (sogenannte Patches) auf großflächige Lagenpakete (sogenannte Stacks) aufgelegt. Diese Ausgangsmaterialien werden als Tailored Blanks bezeichnet. Bei der Fertigung der artiger faserverstärkten Bauteile ist jedoch mit hohem Aufwand sicherzustellen, dass die Verstärkungselemente ihre vorgestimmte Position nicht verlassen bzw. ungewollt verrutschen. Um eine genaue Positionierung der Patches zu gewährleisten und eine Verschiebung bei weiteren Prozessschritten zu vermeiden, müssen die Patches fixiert werden. Dadurch kann auch sichergestellt werden, dass bei der Fertigung die Fasern in optimaler Weise in Richtung des Kraftflusses im späteren Bauteil ausgerichtet sind.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik, macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, eine Verstärkungsstruktur, ein Verfahren zur Herstellung einer Verstärkungsstruktur sowie ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils anzugeben, mit dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Verstärkungsstruktur gemäß dem Patentanspruch 1, sowie mit einem Verfahren zur Herstellung der Verstärkungsstruktur gemäß dem Patentanspruch 9 und einem Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils gemäß dem Patentanspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile vor, mit einer Trägerlage aus Fasermaterial und einer Verstärkungslage aus Fasermaterial, wobei die Verstärkungslage an der Trägerlage angeordnet ist. Die Trägerlage und die Verstärkungslage sind miteinander vernäht. Dies bietet den Vorteil, dass die Verstärkungslage an einer vorbestimmten Position der Trägerlage angeordnet ist und mit dieser fixiert ist. Dadurch wird verhindert, dass beim Handling der Verstärkungsstruktur, was bei der Herstellung faserverstärkter Bauteile notwendig ist, keine Verschiebung der Verstärkungslage relativ zur Trägerlage erfolgen kann.
  • Darüber hinaus kann zwischen der Trägerlage und der Verstärkungslage eine Abstandshalterschicht, insbesondere ein Schaumkern angeordnet sein. Als Kern eignen sich, insbesondere Schaumkerne hoher und/oder niedriger Dichte, Kerne aus offen- oder geschlossenzelligem Schaum, Wabenkerne aus Metall, Kunststoff, Papier und/oder Holz. Durch Vorsehen dieser Abstandshalterlage wird ein zweilagiger Patch erzeugt, wodurch sich der Abstand zwischen der Trägerlage und der Verstärkungslage vergrößert. Dies bietet den Vorteil, dass die mechanischen Eigenschaften lokal verbessert werden, beispielsweise in dem die Steifigkeit des Bauteils bzw. der Verstärkungsstruktur erhöht wird.
  • Weiterhin kann die Verstärkungslage als Vlies, Gestrick, Gewirk, Fasertape Gewebe oder unidirektionales Gelege ausgebildet sein. Dadurch kann die Verstärkungslage als sog. Patch ausgebildet sein, indem trockene Fasern angeordnet sind. Dies bietet den Vorteil, dass die Verstärkungsstruktur nur lokal, in den Bereichen, in denen hohe mechanische Eigenschaften notwendig sind, mit entsprechenden Fasern ausgebildet ist. Dadurch kann insgesamt ein geringeres Bauteilgewicht erzielt werden. Durch die Verwendung von gezielt lokal orientierten Fasern, bspw. unidirektional ausgerichteter Fasern oder durch die Verwendung gestickter Verstärkungsfasern kann die Lochleibung im Bereich von Durchbrüchen, die sich durch die Trägerlage und die Verstärkungslage erstrecken, reduziert werden.
  • Darüber hinaus kann die Trägerlage als quasi isotrope Faserlage, insbesondere als Gewebe, Geflecht, als Fasertape, als zwei- oder mehrlagiges Gelege ausgebildet sein. Die Trägerlage kann auch als Fasertape vorgesehen sein. Aufgrund der guten mechanischen Eigenschaften der Verstärkungslage kann die Trägerlage entsprechend einfacher und leicht ausgebildet sein.
  • Die Trägerlage kann ein- oder mehrschichtig ausgebildet sein. Dabei kann jede einzelne Schicht Fasermaterial umfassen, das als Gewebe, Geflecht, Gewirk, Gestrick und/oder als Gelege ausgebildet ist.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann die Verstärkungslage in einem vorbestimmten Abschnitt an der Oberfläche der Trägerlage angeordnet sein und diese zumindest abschnittsweise überdecken.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die Verstärkungslage zwischen den einzelnen Schichten der Trägerlage angeordnet und wird mit einer oder mehreren der Schichten vernäht.
  • Darüber hinaus kann das Fasermaterial der Verstärkungslage aus Glas, Kohlenstoff, Aramid, Basalt oder einer Kombination daraus ausgebildet sein. Durch Kombination einer Trägerlage aus Kohlenstofffasern mit einer Verstärkungslage aus Glasfasern kann eine elektrochemische Entkopplung realisiert werden, an den Stellen, auf denen sonst Metallelemente mit den Kohlenstofffasern in Berührung gekommen wären. Mit anderen Worten das Patch aus Glasfasern bildet eine elektrische Isolierung zwischen der Kohlefaser und dem Metall.
  • Darüber hinaus können die Trägerlage und die Verstärkungslage aus trockenen Fasern ausgebildet sein.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile mit den Schritten:
    Anordnen einer Verstärkungslage aus trockenem Fasermaterial an einer Trägerlage aus trockenem Fasermaterial an einer vorbestimmten Stelle und Vernähen der Trägerlage mit der Verstärkungslage. Dadurch können die Trägerlage und die Verstärkungslage zueinander ortsfest positioniert werden, so dass sie bei der Weiterverarbeitung zum faserverstärkten Kunststoffbauteil nicht verrutschen.
  • Weiterhin kann zwischen der Verstärkungslage und der Trägerlage eine Abstandshalterlage angeordnet sein. Die Verstärkungslage und die Abstandshalterlage können einzeln, nacheinander auf die Trägerlage aufgelegt werden. Alternativ dazu kann auch eine Unterbaugruppe vorkonfektioniert werden, in dem die Abstandshalterlage und die Verstärkungslage zusammen zeitgleich an der Trägerlage angeordnet werden.
  • Weiterhin kann die Trägerlage direkt von einer Rolle ein- oder mehrlagig zugeführt werden. Dabei werden zuerst die Verstärkungslagen an der Trägerlage angeordnet, danach die Verstärkungslagen an der Trägerlage fixiert und abschließend zu einzelnen Verstärkungsstruktur zugeschnitten. Dadurch kann die Produktivität bei der Fertigung erhöht werden.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform kann die Verstärkungslage in einem vorbestimmten Abschnitt an der Oberfläche der Trägerlage angenäht werden, so dass diese zumindest abschnittsweise überdeckt wird.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die Verstärkungslage zwischen den einzelnen Schichten der Trägerlage angeordnet und wird mit einer oder mehreren der Schichten vernäht.
  • Darüber hinaus kann zum Vernähen der Verstärkungslage mit der Trägerlage ein einseitiges Nährverfahren, ein zweiseitiges Nähverfahren, ein Blindstich, ein Steppstich und/oder ein Kettenstich verwendet werden.
  • Die Vernähung kann mit einer Einnadel-Nähanlage oder einer Vielnadel-Nähanlage erfolgen, um eine entsprechend stabile Fixierung zu erzeugen. Dabei sind nebeneinander einzelne Nähköpfe angeordnet. Diese können einzeln und unabhängig voneinander angesteuert werden. Alternativ dazu können die Nähköpfe auch gemeinsam gesteuert werden. Anstelle der Nähköpfe können auch parallel stehende Nadeln eingesetzt werden, welche gemeinsam angetrieben werden.
  • Nicht zuletzt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils, mit den Schritten: Erzeugen einer Verstärkungsstruktur mit einem oben beschriebenen Verfahren, Imprägnieren der Trägerlage und der Verstärkungslage mit einem thermoplastischen und/oder duroplastischen Kunststoffmaterial und Konsolidieren des Matrixmaterials.
  • Weiterhin kann zum Konsolidieren des Matrixmaterials ein Resin-Transfer-Molding-Verfahren oder ein Nasspressverfahren angewendet werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figuren und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln und in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind.
  • Es zeigen in schematischer Darstellung:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer Verstärkungsstruktur,
  • 2a–2d jeweils eine Draufsicht auf eine Verstärkungsstruktur, und
  • 3 eine perspektivische Ansicht einer Vielnadel-Nähanlage.
  • Aus 1 ist der prinzipielle Aufbau einer Verstärkungsstruktur 10 ersichtlich, die eine Trägerlage 11 und eine Verstärkungslage 12 aufweist. Solche Verstärkungsstrukturen 10 eignen sich zum Herstellen von Strukturbauteilen von Fahrzeugen, insbesondere A-, B-, C-Säulen, Längsträger, Dachseitenrahmen oder Schweller einer Fahrzeugkarosserie. Darüber hinaus eignen sich solche Verstärkungsstrukturen 10 auch zur Herstellung von Außenhautbauteilen, bspw. Kotflügel, Dachsegmente, Klappen, wie bspw. Türen, Kofferraumklappen, Motorhauben usw. Als Trägerlage 11 wird ein sog. Stack verwendet, der aus trockenen Fasern ausgebildet ist und einen quasi isotropen Lagenaufbau aufweist. Die Verstärkungsstruktur 12 ist als Patch ausgebildet und bevorzugt aus unidirektional ausgerichteten, trockenen Fasern erzeugt. Die Verstärkungslage 12 ist an einer vorbestimmten Position und in einer vorbestimmten Ausrichtung mit der Trägerlage 11 vernäht. Dadurch ist die Verstärkungsstruktur lokal an dieser Stelle mit besonders guten mechanischen Eigenschaften versehen.
  • Die 2a bis 2d zeigen verschiedene Ausrichtungen der Nähte 13. In den 2a und 2c verlaufen die Nähte 13 quer zur Längsrichtung der Verstärkungslage 12. In den 2b und 2d laufen die Nähte 13 parallel zur Längsrichtung der Verstärkungslage 12. Je nachdem, wie robust die Verbindung zwischen der Trägerlage 11 und der Verstärkungslage 12 sein soll, können mehrere Nähte wie in den 2a und 2b gezeigt oder weniger Nähte, wie in den 2c und 2d gezeigt, erzeugt werden. Die Nähte 13 müssen nicht zwingend geradlinig verlaufen, sondern können auch Kreisbahnen oder Freiformbahnen beschreiben.
  • In 3 ist eine Vielnadel-Nähmaschine abgebildet, deren Funktionsweise im Folgenden erläutert werden soll und die das Verfahren zum Erzeugen der Verstärkungsstruktur 10 zeigt. Ein Förderband 14 läuft endlos über Förderrollen 14a und 14b. Auf dem Förderband 14 ist ein Stack, d. h. eine Trägerlage 11 vorgesehen, das in Förderrichtung, d. h. in 3 nach schräg links unten von dem Förderband 14 transportiert wird. Die Trägerlage 11 kann als einzelne Platine dem Förderband 14 zugeführt werden oder auch unmittelbar von einer Rolle abgewickelt und auf das Förderband 14 aufgelegt werden. Auf die Trägerlage 11 werden die Verstärkungslagen 12, d. h. Patches aufgelegt. Diese werden mit den Nähköpfen 15 mehrfach mit der Trägerlage 11 vernäht. Dadurch sind Trägerlage 11 und Patch 12 an dieser Position ortsfest miteinander fixiert. Mit Hilfe einer Beschnitteinrichtung 16 wird am Ende des Fertigungsprozesses die Verstärkungsstruktur 10 d. h. die Trägerlage 11 mit daran angeordneter Verstärkungslage 12 mit der Beschnitteinrichtung 16 zugeschnitten.
  • In den Figuren weisen die Verstärkungslagen 12 viereckige Formen auf. In weiteren, nicht dargestellten Alternativen der Erfindung, können die Verstärkungslagen auch in Form von Bändern, Gurten, Kreisen und/oder daraus zusammengesetzten Formen ausgebildet sein.
  • In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform ist zwischen der Trägerlage 11 und der Verstärkungslage 12 eine Abstandshalterlage vorgesehen. Auch in dieser Variante ist die Trägerlage 11 mit der Verstärkungslage 12 vernäht, wobei die Naht durch die Abstandshalterlage verläuft und diese somit ebenfalls vernäht ist.

Claims (14)

  1. Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile mit – einer Trägerlage (11) aus Fasermaterial und – einer Verstärkungslage (12) aus Fasermaterial, wobei die Verstärkungslage (12) an einem vorbestimmten Abschnitt an der Trägerlage (11) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlage (11) und die Verstärkungsfaserlage (12) miteinander vernäht sind.
  2. Verstärkungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungslage (12) als Vlies, Gestrick, Gewirk, unidirektionales Gelege oder Gewebe ausgebildet ist.
  3. Verstärkungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlage (11) als quasiisotrope Lage, insbesondere als Gewebe, Geflecht, zwei- oder mehrlagiges Gelege ausgebildet ist.
  4. Verstärkungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Trägerlage und der Verstärkungslage eine Abstandshalterschicht, insbesondere ein Schaumkern angeordnet ist, wobei sich als Kern insbesondere Schaumkerne hoher und/oder niedriger Dichte, Kerne aus offen- oder geschlossenzelligem Schaum, Wabenkerne aus Metall, Kunststoff, Papier und/oder Holz eignen.
  5. Verstärkungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlage (11) ein- oder mehrschichtig ausgebildet ist, wobei – die Verstärkungslage (12) auf der Oberfläche (12a) der Trägerlage (11) oder – zwischen einzelnen Schichten der Trägerlage (11) angeordnet ist.
  6. Verstärkungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial der Trägerlage (11) aus Glas, Kohlenstoff, Aramid, Basalt oder einer Kombination daraus ausgebildet ist.
  7. Verstärkungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial der Verstärkungslage (12) aus Glas, Kohlenstoff, Aramid, Basalt oder einer Kombination daraus ausgebildet ist.
  8. Verstärkungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlage (11) und die Verstärkungslage (12) aus trockenen Fasern ausgebildet ist.
  9. Verfahren zur Herstellung einer Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile (10) mit den Schritten: – Anordnen einer Verstärkungslage (12) aus trockenem Fasermaterial an einer Trägerlage (11) aus trockenem Fasermaterial an einer vorbestimmten Stelle, und – Vernähen der Trägerlage (11) mit der Verstärkungslage (12) wobei zumindest eine Schicht der Trägerlage (11) mit der Verstärkungslage (12) vernäht wird.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Verstärkungsstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vernähen der Verstärkungslage (12) mit der Trägerlage (11) ein einseitiges Nähverfahren, ein zweiseitiges Nähverfahren, ein Blindstich, ein Step-Stich und/oder ein Kettenstich verwendet wird.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Verstärkungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verstärkungslage und der Trägerlage eine Abstandshalterlage angeordnet ist.
  12. Verfahren zur Herstellung einer Verstärkungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlage direkt von einer Rolle ein- oder mehrlagig zugeführt wird.
  13. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils, mit den Schritten: – Erzeugen einer Verstärkungsstruktur mit einem Verfahren nach Anspruch 9 bis 12, – Imprägnieren der Trägerlage (11) und der Verstärkungslage (12) mit einem thermoplastischen und/oder duroplastischen Kunststoffmaterial und – Konsolidieren des Matrixmaterials.
  14. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Konsolidieren des Matrixmaterials ein Resin-Transfer-Molding Verfahren oder ein Nasspressverfahren angewendet wird.
DE102014201099.3A 2014-01-22 2014-01-22 Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile, sowie Verfahren zu deren Herstellung Pending DE102014201099A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014201099.3A DE102014201099A1 (de) 2014-01-22 2014-01-22 Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile, sowie Verfahren zu deren Herstellung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014201099.3A DE102014201099A1 (de) 2014-01-22 2014-01-22 Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile, sowie Verfahren zu deren Herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014201099A1 true DE102014201099A1 (de) 2015-07-23

Family

ID=53497850

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014201099.3A Pending DE102014201099A1 (de) 2014-01-22 2014-01-22 Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile, sowie Verfahren zu deren Herstellung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014201099A1 (de)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016212044A1 (de) * 2016-07-01 2018-01-04 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils und hiermit hergestelltes Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil
CN108472922A (zh) * 2016-01-21 2018-08-31 欧拓管理公司 用于车辆的模制装饰部件
DE102017206542A1 (de) * 2017-04-19 2018-10-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Herstellungsverfahren für ein Faserverbundbauteil
EP3401086A4 (de) * 2016-01-04 2019-01-16 LG Hausys, Ltd. Beifahrerseitiges airbaggehäuse, herstellungsverfahren dafür und beifahrerseitiger airbag für ein fahrzeug
DE102018133683A1 (de) * 2018-12-28 2020-07-02 Airbus Operations Gmbh Gerät und Verfahren zum Positionieren von Materiallagen, insbesondere Fasern, auf einem Formwerkzeug
DE102019110462A1 (de) * 2019-04-23 2020-10-29 Leibniz-Institut Für Polymerforschung Dresden E.V. Verfahren zur herstellung eines formteils aus einem faser-kunststoff-verbund
US11753754B2 (en) 2018-08-21 2023-09-12 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Multiaxial reinforcing fabric with a stitching yarn for improved fabric infusion
US11913148B2 (en) 2018-08-21 2024-02-27 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Hybrid reinforcement fabric

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4786541A (en) * 1981-08-31 1988-11-22 Toray Industries, Inc. Fiber material for reinforcing plastics
DE102005017225A1 (de) * 2004-05-12 2005-12-01 P-D Glasseiden Gmbh Oschatz Multiaxialgelege
DE102006044009A1 (de) * 2006-05-11 2007-12-06 Kümpers GmbH & Co. KG Sandwichstruktur aus mittels Füllmaterialien beabstandeten textilen Flächengebilden für die Anwendung in harzgebundenen schalenartigen Bauteilen
DE102011084626A1 (de) * 2010-10-18 2012-04-19 Sgl Carbon Se Vorformling und Formteil auf Basis von Carbonfaserroving und/oder Siliciumcarbidfaserroving insbesondere zur Verwendung als Kupplungsreibscheibe

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4786541A (en) * 1981-08-31 1988-11-22 Toray Industries, Inc. Fiber material for reinforcing plastics
DE102005017225A1 (de) * 2004-05-12 2005-12-01 P-D Glasseiden Gmbh Oschatz Multiaxialgelege
DE102006044009A1 (de) * 2006-05-11 2007-12-06 Kümpers GmbH & Co. KG Sandwichstruktur aus mittels Füllmaterialien beabstandeten textilen Flächengebilden für die Anwendung in harzgebundenen schalenartigen Bauteilen
DE102011084626A1 (de) * 2010-10-18 2012-04-19 Sgl Carbon Se Vorformling und Formteil auf Basis von Carbonfaserroving und/oder Siliciumcarbidfaserroving insbesondere zur Verwendung als Kupplungsreibscheibe

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3401086A4 (de) * 2016-01-04 2019-01-16 LG Hausys, Ltd. Beifahrerseitiges airbaggehäuse, herstellungsverfahren dafür und beifahrerseitiger airbag für ein fahrzeug
US10926730B2 (en) 2016-01-04 2021-02-23 Lg Hausys, Ltd. Passenger side airbag housing, manufacturing method therefor, and passenger side airbag for vehicle
CN108472922A (zh) * 2016-01-21 2018-08-31 欧拓管理公司 用于车辆的模制装饰部件
DE102016212044A1 (de) * 2016-07-01 2018-01-04 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils und hiermit hergestelltes Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil
DE102017206542A1 (de) * 2017-04-19 2018-10-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Herstellungsverfahren für ein Faserverbundbauteil
US11753754B2 (en) 2018-08-21 2023-09-12 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Multiaxial reinforcing fabric with a stitching yarn for improved fabric infusion
US11913148B2 (en) 2018-08-21 2024-02-27 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Hybrid reinforcement fabric
DE102018133683A1 (de) * 2018-12-28 2020-07-02 Airbus Operations Gmbh Gerät und Verfahren zum Positionieren von Materiallagen, insbesondere Fasern, auf einem Formwerkzeug
US11491684B2 (en) 2018-12-28 2022-11-08 Airbus Operations Gmbh Device and method for positioning material plies, in particular fibers, on a forming tool
DE102019110462A1 (de) * 2019-04-23 2020-10-29 Leibniz-Institut Für Polymerforschung Dresden E.V. Verfahren zur herstellung eines formteils aus einem faser-kunststoff-verbund

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014201099A1 (de) Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile, sowie Verfahren zu deren Herstellung
DE10005202B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen bauteil- und prozessorientierten Herstellung von Verstärkungsstruktur-Halbzeugen für Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe
DE60319617T2 (de) Formmasse
DE102013105080B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen oder Bauteilen aus faserverstärktem thermoplastischen Kunststoff, nach dem Verfahren hergestelltes Halbzeug und daraus hergestelltes Bauteil
WO2012152503A1 (de) Trägerloses interieurteil
EP3122527A1 (de) Verfahren zur herstellung eines faservorformlings für ein faserverbundbauteil
EP2181217B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung einer multiaxialen gelegebahn
EP3237183B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines sandwichbauteils
WO2015074860A1 (de) Faserkunststoffverbundbauteil und verfahren zum herstellen eines faserkunststoffverbundbauteils, insbesondere eines karosseriebauteils für ein kraftfahrzeug
DE102013223836A1 (de) Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile, sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE102013222356B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines integralen Faserverbundbauteils mit Einlegeelement
EP2128335B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Filzbandes
DE4423739A1 (de) Schichtverbundkörper aus einem glasfaserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102013202046B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Faser-Verbundwerkstoffen
DE102013212571A1 (de) Verfahren zur Verbindung von Teil-Preforms
DE69917048T2 (de) Verbundwerkstoffkonstruktion
WO2003041948A1 (de) Dreidimensionale verstärkungsstruktur für faser-kunststoff-verbundwerkstoffe und verfahren zu deren herstellung aus einer ebenen struktur
DE10060379B4 (de) Verfahren zur Herstellung von multidirektionalen Faden- oder Fasergelegen
WO2012034699A2 (de) Verstärkungsfasergelege
EP2036701B1 (de) Schichtstruktur sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Schichtstruktur
EP2783839B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines endlosen Halbzeugs mit wengistens einer schräg verstärkten Schicht
EP2684998B1 (de) Endloses Band sowie Verfahren zur Herstellung desselben
EP4272936A1 (de) Faserverstärktes, als sichtcarbon-bauteil ausgebildetes composite-bauteil, textile fläche und verwendung der textilen fläche für ein als sichtcarbon-bauteil ausgebildetes composite-bauteil sowie verfahren zur herstellung eines solchen composite-bauteils
DE102014219035A1 (de) Verfahren zur Herstellung von textilen Halbzeugen mittels Faserdirektablage
DE102019108580B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung gefalteter Zellstrukturen, sowie gefaltete Zellstruktur

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed