DE102014201380B4 - Process for producing a fiber-reinforced hollow profile component - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlprofilbauteils mit wenigstens den folgenden Schritten: – Fasern (22) werden auf einen Profilkörper (20) aufgebracht; – der Profilkörper (20) mit den darauf befindlichen Fasern (22) wird in ein Werkzeug (10) eingebracht; – das Werkzeug (10) wird soweit geschlossen, bis ein vordefinierter Hohlraum (24) zwischen Werkzeug (10) und den Fasern (22) entsteht; – ein Matrixmaterial (28) wird in das Werkzeug (10) und den Hohlraum (24) injiziert; und – der vordefinierte Hohlraum (24) wird verkleinert, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines definierten Faservolumengehaltes nach der Injektion des Matrixmaterials (28) der Profilkörper (20) in Richtung auf das Werkzeug (10) gedehnt wird und dass nach erfolgter Injektion des Matrixmaterials (28) das Werkzeug (10) auf die Sollwandstärke des Hohlprofilbauteils geschlossen wird.Method for producing a fiber-reinforced hollow profile component with at least the following steps: - fibers (22) are applied to a profile body (20); - The profile body (20) with the fibers thereon (22) is introduced into a tool (10); - The tool (10) is closed so far until a predefined cavity (24) between the tool (10) and the fibers (22) is formed; - A matrix material (28) is injected into the tool (10) and the cavity (24); and - the predefined cavity (24) is reduced in size, characterized in that to set a defined fiber volume content after the injection of the matrix material (28) the profile body (20) is stretched in the direction of the tool (10) and that after injection of the matrix material (28) the tool (10) is closed to the desired wall thickness of the hollow profile component.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlprofilbauteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced hollow profile component according to the preamble of
Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, faserverstärkte Hohlprofilbauteile mit einem Resin Transfer Moulding (RTM) Verfahren herzustellen.It is already known from the prior art to produce fiber-reinforced hollow profile components using a Resin Transfer Molding (RTM) process.
Beispielsweise mittels Flechten werden aus einzelnen Faserspulen Preforms hergestellt. Hierzu wird insbesondere die Umflechttechnik verwendet. Die trockenen Preforms werden in ein Werkzeug eingebracht und anschließend mit Matrixmaterial, z. B. mit Harz getränkt. Um den wirtschaftlichen Ansprüchen bezüglich geringerer Taktzeiten bei der Herstellung von faserverstärkten Hohlprofilbauteilen gerecht zu werden, wird dabei mit sehr großen Druckgradienten während der Infiltration der Preforms mit dem Matrixmaterial gearbeitet.For example, by means of braiding preforms are made from individual fiber coils. For this purpose, in particular the braiding technique is used. The dry preforms are placed in a tool and then coated with matrix material, eg. B. impregnated with resin. In order to meet the economic demands with regard to shorter cycle times in the production of fiber-reinforced hollow profile components, very large pressure gradients are used during the infiltration of the preforms with the matrix material.
In den
Die mit einem derartigen Verfahren erzeugten Hohlprofile werden bei der Herstellung mit hohen Drücken beaufschlagt, damit die Injektion in kurzer Zeit und unter Reduzierung der Taktzeiten erfolgen kann. Aus den Druckdifferenzen ergeben sich im Bauteil unterschiedliche Wandstärken und unterschiedliche Faservolumengehalte. Im Angussbereich finden sich in der Regel matrixmaterialreiche Gebiete, während die angussfernen Bereiche schwer mit Matrixmaterial zu füllen sind.The hollow profiles produced by such a method are subjected to high pressures in the production, so that the injection can be carried out in a short time and with a reduction of the cycle times. The pressure differences result in different wall thicknesses and different fiber volume contents in the component. In the gate area, areas rich in matrix material are usually found, while the areas remote from the sprue are difficult to fill with matrix material.
Zusätzlich besteht die Problematik, dass Hohlprofilstrukturen nicht definiert in der Werkzeugkavität des Werkzeugs positioniert sind. Selbst bei Verwendung eines Ringangusses strömt das Matrixmaterial von einer Seite ein und verschiebt den Kern innerhalb des Werkzeuges in Flussrichtung des Matrixmaterials. Aufgrund der Permeabilitätsunterschiede verschieden komprimierter Faserbereiche werden die Effekte differenter Faservolumengehalte weiter verstärkt.In addition, there is the problem that hollow profile structures are not defined defined in the tool cavity of the tool. Even when using a ring gate, the matrix material flows in from one side and shifts the core within the tool in the direction of flow of the matrix material. Due to differences in permeability of different compressed fiber regions, the effects of differing fiber volume contents are further enhanced.
Des Weiteren ist zu bemerken, dass im Bereich Karosseriebau aus Gründen der Gewichtsersparnis verstärkt faserverstärkte Hohlprofilstrukturen eingesetzt werden.It should also be noted that in the field of bodywork, for the sake of weight savings, reinforced fiber-reinforced hollow profile structures are used.
Aus der
Die
Die
Die
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlprofilbauteils der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass die Herstellung eines faserverstärkten Hohlprofilbauteils verbessert und die hierfür erforderlichen Taktzeiten verringert werden können.It is therefore the object of the present invention to develop a method for producing a fiber-reinforced hollow profile component of the type mentioned in an advantageous manner, in particular to the effect that the production of a fiber-reinforced hollow profile component improved and the cycle times required for this purpose can be reduced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlprofilbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlprofilbauteils wenigstens die folgenden Schritte umfasst:
- – Fasern werden auf einen Profilkörper aufgebracht;
- – der Profilkörper mit den darauf befindlichen Fasern wird in ein Werkzeug eingebracht;
- – das Werkzeug wird soweit geschlossen, bis ein vordefinierter Hohlraum zwischen Werkzeug und Bauteil entsteht;
- – ein Matrixmaterial wird in das Werkzeug und den Hohlraum injiziert; und
- – der vordefinierte Hohlraum wird verkleinert.
- - Fibers are applied to a profile body;
- - The profile body with the fibers thereon is placed in a tool;
- - The tool is closed so far, until a predefined cavity between the tool and component is formed;
- A matrix material is injected into the tool and the cavity; and
- - The predefined cavity is reduced.
Ferner wir zur Einstellung eines definierten Faservolumengehaltes nach der Injektion des Matrixmaterials der Profilkörper in Richtung auf das Werkzeug gedehnt und nach erfolgter Injektion des Matrixmaterials das Werkzeug auf die Sollwandstärke des Hohlprofilbauteils geschlossen.Furthermore, we stretched to set a defined fiber volume content after the injection of the matrix material of the profile body in the direction of the tool and after the injection of the matrix material, the tool is closed to the desired wall thickness of the hollow profile component.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Herstellung eines faserverstärkten Hohlprofilbauteils verbessert und die hierfür erforderlichen Taktzeiten verringert werden können.This results in the advantage that the production of a fiber-reinforced hollow profile component improved and the cycle times required for this purpose can be reduced.
Insbesondere ermöglicht der vordefinierte Hohlraum, dass dem einfließenden Matrixmaterial kein Widerstand entgegen steht. Im Gegensatz zum bislang bekannten Verfahren muss das injizierte Matrixmaterial nicht die Fasern durchdringen, sondern kann zunächst den Hohlraum ausfüllen und dann im Wesentlichen gleichmäßig an allen Stellen und von allen Seiten die Fasern imprägnieren. Folglich sind auch gleichmäßige Wandstärken und Faservolumengehalte einfach zu erreichen. Vorteilhafterweise sind hierfür auch keine großen Druckgradienten erforderlich, denn der Hohlraum bietet dem einfließenden Matrixmaterial wenig Widerstand. Außerdem kann aufgrund der nunmehr gleichmäßigen Imprägnierung der Fasern mit dem Matrixmaterial eine definierte Wandstärke über das gesamte Bauteil bzw. über die gesamte Bauteillänge hinweg sichergestellt werden. Ferner kann aufgrund der im Vergleich zum Stand der Technik niedrigeren Arbeitsdrücke die Prozesskomplexität reduziert werden. Hierdurch kommt es zu einer Verringerung der Anlagenkosten.In particular, the predefined cavity allows no resistance to the inflowing matrix material. In contrast to the previously known method, the injected matrix material does not have to penetrate the fibers, but can first fill the cavity and then impregnate the fibers substantially uniformly at all points and from all sides. Consequently, even wall thicknesses and fiber volume contents are easy to achieve. Advantageously, no large pressure gradients are required for this, because the cavity offers little resistance to the inflowing matrix material. In addition, due to the now uniform impregnation of the fibers with the matrix material, a defined wall thickness can be ensured over the entire component or over the entire component length. Furthermore, because of the lower operating pressures compared to the prior art, the process complexity can be reduced. This leads to a reduction of the system costs.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Fasern mittels Flechttechnik auf den Profilkörper aufgebracht werden. Dadurch ist es einfach möglich, eine Preform aus Fasern herstellen zu können.Furthermore, it can be provided that the fibers are applied to the profile body by means of braiding technique. This makes it easy to be able to produce a preform made of fibers.
Der Profilkörper kann ein dehnbarer Kern, insbesondere ein Blasformkern, sein. Dadurch kann das Entformen des Profilkörpers vereinfacht werden. Des Weiteren kann hierdurch während des Herstellungsprozesses durch z. B. entsprechendes Aufblasen des dehnbaren Kerns, z. B. eines Blasformkerns, das gerade entstehende Hohlprofilbauteil von Innen stabilisiert werden.The profile body may be an expandable core, in particular a blow molding core. As a result, the demolding of the profile body can be simplified. Furthermore, this can during the manufacturing process by z. B. appropriate inflation of the stretchable core, z. As a Blasformkerns, the resulting hollow profile component are stabilized from the inside.
Es kann vorgesehen sein, dass das Matrixmaterial zumindest teilweise aus Harz besteht. Harz eignet sich hervorragend als Matrixmaterial und ermöglicht eine sehr gute Imprägnierung der Fasern. Dadurch kann ein guter und homogener Faservolumenanteil über das gesamte Bauteil hinweg erreicht werden.It may be provided that the matrix material consists at least partially of resin. Resin is excellent as a matrix material and allows a very good impregnation of the fibers. As a result, a good and homogeneous fiber volume fraction over the entire component can be achieved.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Matrixmaterial zumindest teilweise aus einem Thermoplast besteht. Thermoplaste weisen vorteilhafte mechanische Eigenschaften auf und können dem Bauteil sehr gute mechanische Eigenschaften wie Schlagzähigkeit, Elastizität und dergleichen verleihen.In addition, it can be provided that the matrix material consists at least partially of a thermoplastic. Thermoplastics have advantageous mechanical properties and can give the component very good mechanical properties such as impact resistance, elasticity and the like.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Profilkörper an seinen Enden im Werkzeug fixiert wird. Hierdurch lässt sich ein Verrutschen des Kerns bzw. des Preforms im Werkzeug verhindern. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Formgebung des Bauteils und unterstützt die Herstellung eines Bauteils mit definierten Wandstärken über die gesamte Bauteillänge.Furthermore, it can be provided that the profile body is fixed at its ends in the tool. This prevents slippage of the core or preform in the tool. This allows an advantageous shaping of the component and supports the production of a component with defined wall thicknesses over the entire component length.
Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass entlang des Profilkörpers ein oder mehrere Fixierungspunkte zur Fixierung des Profilkörpers im Werkzeug vorgesehen sind. Dies unterstützt die Fixierung der Fasern im Werkzeug und hilft, die Positionierung des Kerns bzw. des Preforms während der Injektion des Matrixmaterials im Werkzeug beizubehalten.Advantageously, it can further be provided that one or more fixing points for fixing the profile body in the tool are provided along the profile body. This helps to fix the fibers in the tool and helps to maintain the positioning of the core or preform during injection of the matrix material in the tool.
Vorzugsweise können der oder die Fixierungspunkte) durch Erhöhungen im Werkzeug ausgebildet werden. Dies erlaubt eine einfache Herstellung dieser Fixierungspunkte. Das Herstellungsverfahren wird dadurch einfach gestaltet, und die Taktzeiten werden nicht durch unnötiges Einsetzen von Fixierungselementen in ein Werkzeug verlängert.Preferably, the fixation point or points) can be formed by elevations in the tool. This allows easy production of these fixation points. The manufacturing process is thereby made simple, and the cycle times are not prolonged by unnecessary insertion of fixing elements in a tool.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass nach erfolgter Injektion des Matrixmaterials das Werkzeug auf die Sollwandstärke des Hohlprofilbauteils geschlossen wird. Vorteilhafterweise sind nach erfolgter Injektion die Fasern gleichmäßig imprägniert. Ein Schließen des Werkzeugs nach der erfolgten Injektion ermöglicht somit eine homogene Verteilung der Fasern sowie des Matrixmaterials und führt vorteilhafterweise zur Erreichung eines homogenen Faservolumengehaltes. Die Sollwandstärken des Hohlprofilbauteils können mit hoher Genauigkeit gefertigt werden und dies über das gesamte Bauteil hinweg.It is inventively provided that after the injection of the matrix material, the tool is closed to the desired wall thickness of the hollow profile component. Advantageously, after the injection, the fibers are uniformly impregnated. Closing the tool after the injection has thus enabled a homogeneous distribution of the fibers and of the matrix material and advantageously leads to the achievement of a homogeneous fiber volume content. The desired wall thicknesses of the hollow profile component can be manufactured with high accuracy and this over the entire component.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Einstellung eines definierten Faservolumengehaltes nach der Injektion des Matrixmaterials der Profilkörper in Richtung auf das Werkzeug gedehnt wird. Dies unterstützt die homogene Verteilung der Fasern und führt vorteilhafterweise zur Erreichung eines homogenen Faservolumengehaltes.According to the invention, the profile body is stretched in the direction of the tool to set a defined fiber volume content after the injection of the matrix material. This supports the homogeneous distribution of the fibers and advantageously leads to the achievement of a homogeneous fiber volume content.
Insgesamt ergibt sich der Vorteil, dass keine Presse mehr notwendig ist. Vielmehr genügt es, lediglich eine Schließe für das Werkzeug vorzusehen. Es kann mit geringeren Drücken bei der Herstellung des faserverstärkten Hohlprofilbauteils gearbeitet werden.Overall, there is the advantage that no more press is necessary. Rather, it is sufficient to provide only a clasp for the tool. It can be worked with lower pressures in the production of the fiber-reinforced hollow profile component.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description and from the following drawings, to which reference is made. In the drawings show:
Das Werkzeug
In der Kavität
Der Profilkörper
Wie dies gut aus
Der Hohlraum
Wie dies weiter aus
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlprofilbauteils läuft im Wesentlichen folgendermaßen ab:
Zunächst werden die Fasern
First, the
Mit der Flechttechnik werden aus einzelnen Fasern Preforms hergestellt. Vorteilhafterweise wird hierzu die Umflechttechnik verwendet.The braiding technique produces preforms from individual fibers. Advantageously, the braiding technique is used for this purpose.
Daraufhin wird der Profilkörper
Dazu ist das Oberwerkzeug
Der Profilkörper
Entlang des Profilkörpers
Danach wird das Werkzeug
Wie in
Das Matrixmaterial
Alternativ kann das Matrixmaterial auch ein Thermoplastmaterial sein.Alternatively, the matrix material may also be a thermoplastic material.
Der Hohlraum
Im nächsten Schritt wird dann der vordefinierte Hohlraum
Zusätzlich wird zur Einstellung eines definierten Faservolumengehaltes nach der Injektion des Matrixmaterials der Profilkörper
Dadurch werden die Fasern
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