DE102014201374B3

DE102014201374B3 - Verfahren zum Herstellen von Faserverbundbauteilen

Info

Publication number: DE102014201374B3
Application number: DE201410201374
Authority: DE
Inventors: Johannes Eschl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2015-04-23
Anticipated expiration: 2034-01-28

Abstract

Um Faserverbundbauteile mit einer Kernschicht mit einer unidirektionalen Faserstruktur (UD-Faserstruktur) und einer Deckschicht aus einem SMC Faserhalbzeug mit einer Wirrfaserstruktur herzustellen und hierbei sicherzustellen, dass die UD-Fasern sich während des Fließpressens nicht verschieben, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Kernschicht mit dem SMC Faserhalbzeug zu ummanteln und dann erst das Fließpressen durchzuführen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen, die eine Kernschicht mit einer unidirektionalen Faserstruktur und eine Deck- und Unterschicht aus einem SMC Faserhalbzeug mit relativ regellos orientierter Faserstruktur enthalten, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Anordnung ist aus der DE 199 49 318 A1 bekannt. Hier werden auf einer Förderstrecke eine Harzmatrix und eine relativ regellos orientierte Faserstruktur aufgetragen, auf die unidirektional ausgerichtete Fasern (UD-Fasern) aufgelegt werden. Anschließend werden die UD-Fasern wiederum von einer Harzmatrix bedeckt. Das so hergestellte Halbzeug wird dann zu einem Bauteil gepresst. Beim Pressen des Bauteils unter Wärmeeinwirkung kommt es zu Faserverschiebungen der UD-Fasern, da sich diese wesentlich leichter verschieben lassen als die in der Harzmatrix regellos eingebettete Faserstruktur. Dies wirkt sich nachteilig auf die Festigkeit des Bauteils aus.
Aus der DE 10 2011 005 219 A1 ist es bekannt, ein Faserhalbzeug mit einem Kernbereich mit UD-Faserstruktur vorzusehen, deren Randbereich von einem Faser-Matrix-Halbzeug gebildet wird, das ein SMC umfasst. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass sich beim Pressen die UD-Fasern im Kernbereich verschieben.
Schließlich ist in der WO 2011/075 176 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Sandwichbauteils vorbeschrieben, bei dem ein SMC Faserhalbzeug um einen spezifisch leichten Innenkern in Form eines Schaumstoffkerns geschlagen wird, welcher als Abstandshalter ohne Faserverstärkung fungiert, um so das Widerstandsmoment und damit die Biegefestigkeit der SMC Struktur auf gewichtssparende Weise zu erhöhen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Faserverbundbauteil herzustellen, bei dem die UD-Fasern im Kernbereich verbleiben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein Verschieben der UD-Faserstruktur im Kernbereich beim Pressen dann unterbleibt, wenn die UD-Faserstruktur vor dem Pressen von dem SMC Faserhalbzeug umhüllt wird. wobei in diesem Fall das SMC Faserhalbzeug quer zur Faserrichtung der zu umhüllenden UD-Kernschicht vorgefertigt wird. Durch die Erfindung werden Faserverbundbauteile hergestellt, bei denen sichergestellt ist, dass die Verstärkung des Bauteils durch die UD-Faserstruktur im Kernbereich des Bauteils verbleibt und nicht zu den Bauteilrändern hin verschoben bzw. unregelmäßig verteilt ist.
Hierbei kann je nach Bauteilanforderung und Bauteilausgestaltung die Kernschicht vollständig umschlossen werden, wie Anspruch 2 vorschlägt, wobei sich die Ränder des Faserhalbzeuges berühren, oder, wie Anspruch 3 vorschlägt, können sich auch die Ränder des Faserhalbzeugs überlappen.
Bevorzugt sind die regellos orientierten Fasern Wirrfasern, wie Anspruch 4 beschreibt. Unter Wirrfasern im Sinne der Erfindung werden Fasern mit einer Länge von 5 mm bis 80 mm verstanden.
Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 hat den Vorteil, dass Lufteinschlüsse vor dem eigentlichen Pressen des Bauteils entfernt werden und so die Bauteilfestigkeit erhöht wird.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines bevorzugten Beispiels näher erläutert. Es stellen dar:
1 einen schematisierten Aufbau einer Fertigungsanlage nach der Erfindung;
2 einen schematisierten Querschnitt durch das Presswerkzeug vor dem Schließhub;
3 einen schematisierten Querschnitt durch das Presswerkzeug am Ende des Presshubes.
In 1 werden die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Anlagenteile schematisiert dargestellt. Alle übrigen Anlagenteile sind bewusst nicht dargestellt.
Auf einer geeigneten Förderstrecke 1 wird durch eine Applikationseinrichtung 2 eine Harzmatrix 3, in der Regel eine Epoxidharzmatrix, aufgetragen.
Anschließend werden Wirrfasern 4 auf die Harzmatrix 3 aufgestreut. Diese Wirrfasern sind Glas-, Kohlenstoff-, Aramid- oder auch Naturfasern, die als Endlosfasern 5 einer Schneidvorrichtung 6 zugeliefert werden. Von der Schneidvorrichtung 6 werden sie in kleine Stücke im Bereich von 5 mm bis 80 mm geschnitten. Somit entsteht eine fließfähige SMC Pressmasse 7.
Als nächstes werden unidirektional ausgerichtete UD-Fasern 8, die ebenfalls als Endlosfasern angeliefert werden, in Laufrichtung der Förderstrecke aufgelegt. Diese UD-Fasern 8 bestehen bevorzugt aus Kohlenstofffasern. Hierbei können die UD-Fasern 8 bereits mit einer eigenen Harzmatrix (nicht dargestellt) vorimprägniert sein.
Wesentlich ist, dass die UD-Fasern 8 nicht auf der gesamten Breite der SMC Schicht 7 abgelegt werden, sondern nur etwa die Hälfte der Breite der SMC Schicht 7 einnehmen. Hierzu müssen die UD-Fasern 8 aber nicht mittig auf der SMC Schicht 7 abgelegt werden.
In Förderrichtung der Förderstrecke 1 werden dann die beiden seitlichen Ränder 9, 10 der SMC Pressmasse 7 in einer Umlegstation 11 auf die UD-Faserstruktur 8 umgelegt und zwar so, dass sich die beiden seitlichen Ränder 9, 10 berühren. Damit ist die UD-Faserstruktur 8 quer zur Faserrichtung vollständig von der SMC Pressmasse 7 umhüllt bzw. eingeschlossen. Somit bildet die UD-Faserstruktur 8 eine Kernschicht.
Das Umlegen der seitlichen Ränder 9, 10 der SMC Pressmasse 7 kann von Hand, durch geeignete Führungseinrichtungen oder auch durch Roboter erfolgen. Nach der Umlegstation 11 folgt eine Abtrennstation 12, in der die SMC Pressmasse 7 mit der umhüllten UD-Faserstruktur 8 auf die zum Pressen des zukünftigen Bauteils benötigte Länge zugeschnitten wird.
Anschließend gelangt dann das abgetrennte Faserhalbzeug, evtl. mittels Hilfe geeigneter Handhabungsgeräte, in ein Pressenwerkzeug 13 einer nicht näher dargestellten Fließ-Pressenstation.
2 zeigt einen schematisierten Querschnitt durch das geöffnete Presswerkzeug 13. Hier sieht man die um die UD-Faserstruktur 8 umgelegten Ränder 9, 10 der SMC Pressmasse 7. Somit wird die UD-Faserstruktur 8 quer zur Faserrichtung vollständig von der SMC Pressmasse 7 umschlossen. Alternativ können sich auch die Ränder 9, 10 überlappen.
3 zeigt die Anordnung nach 2 am Ende des Presshubes. Dabei ist der gesamte Formhohlraum ausgefüllt. Wie ersichtlich ist, können die senkrecht zur Bildebene verlaufenden UD-Fasern beim Pressen des Bauteils nicht seitlich ausweichen, sondern verbleiben als von der SMC Pressmasse umschlossene Kernschicht. Damit können sie ihre Verstärkungsaufgabe erfüllen.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Faserverbundbauteilen, die eine Kernschicht mit einer unidirektionalen (UD) Faserstruktur aufweisen, insbesondere eine SMC Kernschicht, die von einem SMC Faserhalbzeug mit relativ regellos orientierten Fasern bedeckt ist, die als fließfähige Pressmasse vorliegt, wobei die Kernschicht auf die SMC Pressmasse aufgelegt wird und anschließend durch Wärmezufuhr und/oder Druck das Faserverbundbauteil unter Druck- und Wärmeeinwirkung in einem Presswerkzeug hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des SMC Faserhalbzeugs größer gewählt wird als die Breite der Kernschicht und nach dem Auflegen der Kernschicht auf die SMC Pressmasse die seitlichen Randbereiche der SMC Pressmasse um die Kernschicht umgeschlagen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht vollständig von der SMC Pressmasse umschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Enden der umgeschlagenen SMC Pressmasse überlappen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die relativ regellos orientierten Fasern Wirrfasern sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entfernen von Lufteinschlüssen während des Verpressens der SMC Pressmasse und der Kernschicht ein Unterdruck im Presswerkzeug anliegt.