DE102014207815A1 - Verfahren zur Herstellung eines Faser-Vorformlings, Faser-Vorformling und Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Bauteils - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Faser-Vorformlings (100) mit wenigstens einer Faserlage zur Weiterverarbeitung insbesondere in einem Harz-Injektionsverfahren, wobei die wenigstens eine Faserlage umlaufend stoffschlüssig fixiert wird, Faser-Vorformling (100) mit wenigstens einer Faserlage zur Weiterverarbeitung insbesondere in einem Harz-Injektionsverfahren, wobei der Faser-Vorformling (100) eine umlaufende stoffschlüssige Fixierung (102) aufweist, und Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Bauteils in einem Harz-Injektionsverfahren, wobei zunächst ein derartiger Faser-Vorformling (100) in einer Kavität eines Formwerkzeugs angeordnet und nachfolgend in die Kavität ein Harzmaterial injiziert wird, wobei die Fixierung (102) während der Injektion des Harzmaterials als Harzbremse dient.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faser-Vorformlings mit wenigstens einer Faserlage zur Weiterverarbeitung insbesondere in einem Harz-Injektionsverfahren. Außerdem betrifft die Erfindung einen Faser-Vorformling mit wenigstens einer Faserlage zur Weiterverarbeitung insbesondere in einem Harz-Injektionsverfahren. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Bauteils in einem Harz-Injektionsverfahren.
  • Aus der DE 10 2010 040 970 A1 ist ein Verfahren bekannt zur Bereitstellung eines trockenen textilen Vorformlings für ein großflächiges Bauteil, insbesondere mit einer sphärisch gekrümmten Oberfläche, mit den Schritten: Bereitstellen zumindest eines trockenen Fasergebildes, Einspannen des zumindest einen Fasergebildes in einen Spannrahmen mit einer definierten Spannkraft, Bereitstellen eines Formgebungskörpers zur Ablage des zumindest einen Fasergebildes, Positionieren des Spannrahmens zum Formgebungskörper, Ablegen des Fasergebildes auf dem Formgebungskörper, Fixieren des Fasergebildes an dem Formgebungskörper, Wiederholen der beschriebenen Schritte bis sämtliche Fasergebilde auf dem Formgebungskörper abgelegt sind, wobei vor dem Ablegen eines der Fasergebilde der mit dem abgelegten Fasergebilde bestückte Formgebungskörper relativ zum Spannrahmen verdreht wird.
  • Aus der DE 10 2012 202 653 A1 ist ein Verfahren bekannt zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils unter Verwendung mindestens eines Formwerkzeugs mit mindestens einem ersten und einem zweiten Formwerkzeugteil, wobei das erste Formwerkzeugteil mindestens zweiteilig ausgebildet ist, welches Verfahren folgende Verfahrensschritte beinhaltet: Zusammensetzen des zweiteiligen ersten Formwerkzeugteils; Wickeln von mindestens einer Faser um das erste Formwerkzeugteil; Ausbilden mindestens einer Kavität zwischen dem ersten und dem zweiten Formwerkzeugteil; Injizieren von Harz in die Kavität und Entnehmen des Kunststoffbauteils.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zur Herstellung eines Faser-Vorformlings zu verbessern. Außerdem soll ein baulich und/oder funktional verbesserter Faser-Vorformling bereitgestellt werden. Insbesondere soll ein Verrutschen von Fasern verhindert sein. Insbesondere soll ein Einbringen von Fremdstoffen und/oder Fremdfasern verhindert sein. Insbesondere soll eine Handhabbarkeit eines Faser-Vorformlings verbessert sein. Insbesondere sollen Rovingverschiebungen, Faserwinkelfehler und/oder Faserondulationen verhindert sein. Außerdem soll ein eingangs genanntes Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Bauteils verbessert werden. Insbesondere soll ein Verschieben von Fasern durch eine Harzfront während eines Harz-Injektions-Prozesses verhindert werden. Insbesondere soll ein Voreilen einer Harzfront in Radien und/oder in einen Klemmbereich verhindert werden. Insbesondere soll eine Umspülung von Fasern mit Harz gezielt beeinflusst werden. Insbesondere soll eine Serienfertigung mit vergleichsweise hohen Stückzahlen technisch und aufwandsmäßig realisierbar sein.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren zur Herstellung eines Faser-Vorformlings mit wenigstens einer Faserlage zur Weiterverarbeitung insbesondere in einem Harz-Injektionsverfahren, wobei die wenigstens eine Faserlage umlaufend stoffschlüssig fixiert wird.
  • Die wenigstens eine Faserlage kann umlaufend geschlossen fixiert werden. Die wenigstens eine Faserlage kann umlaufend unterbrochen fixiert werden. Die wenigstens eine Faserlage kann umlaufend punktuell fixiert werden. Die wenigstens eine Faserlage kann einen Rand aufweisen. Die wenigstens eine Faserlage kann an ihrem Rand fixiert werden. Die wenigstens eine Faserlage kann innerhalb des Rands fixiert werden. Die wenigstens eine Faserlage kann linienförmig fixiert werden. Die wenigstens eine Faserlage kann ringförmig fixiert werden.
  • Mehrere Faserlagen können übereinander gelegt und lagendurchdringend fixiert werden. Die wenigstens eine Faserlage kann mithilfe eines wärmeaktivierbaren Klebstoffs, insbesondere eines thermoplastischen Kunststoffs, fixiert werden. Ein wärmeaktivierbarer Klebstoff kann ein Klebstoff sein, der mithilfe von Wärmezufuhr von einem festen in einen flüssigen Zustand überführbar ist. Ein wärmeaktivierbarer Klebstoff kann ein Klebstoff sein, der mithilfe von Wärmeabfuhr von einem flüssigen in einen festen Zustand überführbar ist. Der Klebstoff kann zur Lagendurchdringung der wenigstens einen Faserlage verflüssigt werden. Der Klebstoff kann nach Lagendurchdringung der wenigstens einen Faserlage verfestigt werden.
  • Die wenigstens eine Faserlage kann zunächst zugeschnitten und nachfolgend fixiert werden. Die wenigstens eine Faserlage kann zunächst fixiert und nachfolgend zugeschnitten werden. Die wenigstens eine Faserlage kann zunächst ausgerichtet und nachfolgend fixiert werden. Mehrere Faserlagen können zunächst zueinander ausgerichtet und nachfolgend fixiert werden.
  • Außerdem erfolgt die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe mit einem Faser-Vorformling mit wenigstens einer Faserlage zur Weiterverarbeitung insbesondere in einem Harz-Injektionsverfahren, wobei der Faser-Vorformling eine umlaufende stoffschlüssige Fixierung aufweist.
  • Der Faser-Vorformling kann handlingsfest sein. Der Faser-Vorformling kann zur Weiterverarbeitung in einem Verfahren dienen, in dem ein handlingsfestes Halbzeug verarbeitbar ist. Der Faser-Vorformling kann zur Weiterverarbeitung in einem Nasspressverfahren dienen.
  • Die Fixierung kann umlaufend geschlossen sein. Die Fixierung kann unterbrochen sein. Die Fixierung kann umlaufend punktuell sein. Die Fixierung kann an dem Rand der wenigstens einen Faserlage angeordnet sein. Die Fixierung kann innerhalb des Rands der wenigstens einen Faserlage angeordnet sein. Die Fixierung kann linienförmig sein. Die Fixierung kann wenigstens einen geraden Abschnitt aufweisen. Die Fixierung kann wenigstens einen gekrümmten Abschnitt aufweisen. Die Fixierung kann ringförmig sein. Der Faser-Vorformling kann zugeschnitten sein. Die Fixierung kann die wenigstens eine Faserlage durchdringen. Die Fixierung kann einen wärmeaktivierbaren Klebstoff, insbesondere einen thermoplastischen Kunststoff, aufweisen. Die wenigstens eine Faserlage kann anorganische Fasern aufweisen. Die wenigstens eine Faserlage kann Glasfasern aufweisen. Die wenigstens eine Faserlage kann organische Fasern aufweisen. Die wenigstens eine Faserlage kann Kohlenstofffasern aufweisen. Die wenigstens eine Faserlage kann Aramidfasern aufweisen. Die wenigstens eine Faserlage kann Endlosfasern aufweisen. Die wenigstens eine Faserlage kann Rovings aufweisen. Die wenigstens eine Faserlage kann wenigstens ein Gewebe, Gelege, Multiaxialgelege, Gestrick und/oder Geflecht aufweisen.
  • Außerdem erfolgt die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Bauteils in einem Harz-Injektionsverfahren, wobei zunächst ein derartiger Faser-Vorformling in einer Kavität eines Formwerkzeugs angeordnet und nachfolgend in die Kavität ein Harzmaterial injiziert wird, wobei die Fixierung während der Injektion des Harzmaterials als Harzbremse dient.
  • Das Harz-Injektionsverfahren kann ein Spritzpressverfahren sein. Das Harz-Injektionsverfahren kann auch als Resin Transfer Moulding (RTM) bezeichnet werden. Das Harzmaterial kann ein Reaktionsharz aufweisen. Das Harzmaterial kann ein Polyesterharz aufweisen. Das Harzmaterial kann ein Epoxidharz aufweisen. Das Harzmaterial kann einen Härter aufweisen. Das Reaktionsharz und der Härter können ein Harzsystem bilden. Das Harzmaterial kann ein Harzsystem sein. Das Harzsystem kann ein schnellreagierendes Harzsystem sein. Das Reaktionsharz und der Härter können zunächst gemischt und nachfolgend in die Kavität injiziert werden.
  • Das Harz-Injektionsverfahren kann ein Hochdruck-Harz-Injektionsverfahren sein. Das Harzmaterial kann unter Hochdruck in die Kavität injiziert werden. Das Harzmaterial kann mit einem Druck von über 100 bar, insbesondere über 159 bar, in die Kavität injiziert werden.
  • Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Preformbindung durch ringförmige Fixierung. Eine Fixierung von Textillagen kann mittels ringförmiger wärmeaktivierbarer Bindung im Randbereich erfolgen, die bei einem Preformprozess verarbeitet und aktiviert wird. Die Fixierung kann mithilfe eines Klebstoffs erfolgen. Als Klebstoff kann ein thermoplastischer Werkstoff dienen. Der Klebstoff kann die einzelnen Textillagen durchdringen und fixieren.
  • Mit der Erfindung ist ein Verrutschen von Fasern verhindert. Ein Einbringen von Fremdstoffen und/oder Fremdfasern ist verhindert. Eine Handhabbarkeit eines Faser-Vorformlings ist verbessert. Rovingverschiebungen, Faserwinkelfehler und/oder Faserondulationen sind verhindert. Ein Verschieben von Fasern durch eine Harzfront während eines Harz-Injektions-Prozesses wird verhindert. Ein Voreilen einer Harzfront in Radien und/oder in einen Klemmbereich ist verhinderbar. Eine Umspülung von Fasern mit Harz ist gezielt beeinflussbar. Eine Serienfertigung mit vergleichsweise hohen Stückzahlen ist technisch und aufwandsmäßig realisierbar.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile.
  • Es zeigen schematisch und beispielhaft:
  • 1 einen Faser-Vorformling mit einer umlaufenden stoffschlüssigen Fixierung in Draufsicht und
  • 2 einen Faser-Vorformling mit einer umlaufenden stoffschlüssigen Fixierung in Seitenansicht.
  • 1 zeigt einen Faser-Vorformling 100 mit einer umlaufenden stoffschlüssigen Fixierung 102 in Draufsicht, 2 zeigt den Faser-Vorformling 100 in Seitenansicht. Der Faser-Vorformling 100 dient zur Weiterverarbeitung in einem Hochdruck-Harz-Injektionsverfahren, das auch als HD-RTM-Verfahren bezeichnet wird. Der Faser-Vorformling 100 dient zur Herstellung von leichten Bauteilen mit hoher Steifigkeit und Festigkeit. Der Faser-Vorformling 100 dient zur Herstellung von Bauteilen in der Automobilindustrie. Der Faser-Vorformling 100 dient zur Herstellung von Bauteilen für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Elektrofahrzeuge. Der Faser-Vorformling 100 kann auch zur Herstellung von Bauteilen für andere Anwendungen dienen, bei denen faserverstärkte Bauteile zum Einsatz kommen, beispielsweise in der Luftfahrt, im Schiffsbau oder für Sportgeräte.
  • Der Faser-Vorformling 100 weist Fasern 104 auf. Die Fasern 104 sind Endlosfaser. Die Fasern 104 sind zueinander definiert angeordnet. Der Faser-Vorformling 100 weist erste Fasern und zweite Fasern auf. Die ersten Fasern und die zweiten Fasern verlaufen zueinander winklig. Zwischen den ersten Fasern und den zweiten Fasern sind Kreuzungen gebildet. Die Fasern 104 bilde eine Textilie. Der Faser-Vorformling 100 weist mehrere Faserlagen, wie 106, 108, auf. Die Faserlagen 106, 108 sind geschichtet angeordnet.
  • Der Faser-Vorformling 100 weist einen Rand auf. Die Fixierung 102 verläuft umlaufend entlang des Rands. Die Fixierung 102 weist eine geschlossene Ringform auf. Die Fixierung 102 durchdringt alle Faserlagen 106, 108. Als Faserlagen 106, 108 dient ein thermoplastischer Kunststoff.
  • Zur Herstellung des Faser-Vorformlings 100 werden zunächst die Faserlagen 106, 108 auf eine vorbestimmte Weise angeordnet. Nachfolgend werden die Faserlagen 106, 108 fixiert. Dazu wird der thermoplastische Kunststoff verflüssigt und derart in die Faserlagen 106, 108 eingebracht, dass der verflüssigte thermoplastische Kunststoff alle Faserlagen 106, 108 durchdringt. Der verflüssigte thermoplastische Kunststoff kann dazu unter mechanischem und/oder Fluiddruck und/oder durch Kapillarwirkung in die Faserlagen 106, 108 eingebracht werden. Nach dem Einbringen verfestigt sich der thermoplastische Kunststoff wieder.
  • Der thermoplastische Kunststoff wirkt als Klebstoff und fixiert die Faserlagen 106, 108 stoffschlüssig. Die Fixierung 102 dient zur Stabilisierung des Faser-Vorformlings 100 mit seinen Faserlagen 106, 108. Bei einer Weiterverarbeitung des Faser-Vorformlings 100 in einem Hochdruck-Harz-Injektionsverfahren dient die Fixierung 102 zur gezielten Beeinflussung einer Harzmaterialströmung.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Faser-Vorformling
    102
    Fixierung
    104
    Fasern
    106
    Faserlage
    108
    Faserlage
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010040970 A1 [0002]
    • DE 102012202653 A1 [0003]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Faser-Vorformlings (100) mit wenigstens einer Faserlage (106, 108) zur Weiterverarbeitung insbesondere in einem Harz-Injektionsverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Faserlage (106, 108) umlaufend stoffschlüssig fixiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Faserlagen (106, 108) übereinander gelegt und lagendurchdringend fixiert werden.
  3. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Faserlage (106, 108) mithilfe eines wärmeaktivierbaren Klebstoffs, insbesondere eines thermoplastischen Kunststoffs, fixiert wird.
  4. Faser-Vorformling (100) mit wenigstens einer Faserlage (106, 108) zur Weiterverarbeitung in einem Harz-Injektionsverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass der Faser-Vorformling (100) eine umlaufende stoffschlüssige Fixierung (102) aufweist.
  5. Faser-Vorformling (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung (102) die wenigstens eine Faserlage (106, 108) durchdringt.
  6. Faser-Vorformling (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung (102) einen wärmeaktivierbaren Klebstoff, insbesondere einen thermoplastischen Kunststoff, aufweist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Bauteils insbesondere in einem Harz-Injektionsverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Faser-Vorformling (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 6 in einer Kavität eines Formwerkzeugs angeordnet und nachfolgend in die Kavität ein Harzmaterial injiziert wird, wobei die Fixierung (102) während der Injektion des Harzmaterials als Harzbremse dient.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz-Injektionsverfahren ein Hochdruck-Harz-Injektionsverfahren ist.
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