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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stützhohlkern und ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlbauteils.
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Es ist grundlegend bekannt, dass zur Herstellung von Hohlbauteilen und insbesondere faserverstärkten Hohlbauteilen, wie beispielsweise Faserverbundwerkstoffhohlbauteilen, beispielsweise das RTM-Verfahren (Resin-Transfer-Moulding-Verfahren) oder auch das Vakuum-Injektionsverfahren angewandt wird. Ein Faserverbundkunststoff (FVK) bzw. ein faserverstärkter Kunststoff oder ein Faserkunststoffverbund besteht grundlegend aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix, welche die Fasern umgibt. Die Fasern selbst werden beispielsweise durch Adhäsions- oder Kohäsionskräfte an die Kunststoffmatrix gebunden, so dass die Faserkunststoffverbunde ein richtungsabhängiges Elastizitätsverhalten aufweisen. Vorteilhaft weisen faserverstärkte Bauteile eine spezifische hohe Steifigkeit und Festigkeit auf und finden insbesondere im Leichtbau Anwendung. Hierbei wird mindestens eine Lage von uni- oder bidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern auf einen Stützkern bzw. Formkern, der als Negativform die Innenkontur des faserverstärkten Hohlbauteils abbildet, aufgebracht. Diese Einheit aus Stützkern und Verstärkungsfasern wird mittels Greif- und Transportarmen in ein Werkzeug eingelegt, das als Negativform die äußere Kontur des faserverstärkten Hohlbauteils abbildet. Durch Injizieren eines härtbaren Kunststoffs wird der Zwischenraum zwischen dem mit Verstärkungsfasern umflochtenen Formkern und dem Werkzeug ausgefüllt, wobei die Lage aus Verstärkungsfasern derart getränkt wird, dass nach dem Aushärten des Kunststoffes ein Kunststoffbauteil aus einer Kunststoffmatrix mit eingebetteten Verstärkungsfasern entstanden ist. Beim RTM-Verfahren wird der Kunststoff unter Druck in den Hohlraum zwischen dem Stützkern und dem Werkzeug injiziert, während beim Vakuum-Injektionsverfahren ein Vakuum erzeugt wird, mittels dessen der Kunststoff in den Hohlraum gesaugt wird.
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Als Stützkern für die Herstellung von Hohlbauteilen im RTM-Verfahren wird bekannter Weise ein sogenannter Schmelzkern aus Wachs eingesetzt, wobei die hierfür erforderlichen Herstellungsprozesse insbesondere aufgrund der Größe des Kernes sehr aufwändig sind. Zwar werden Schmelzkerne nach der Fertigstellung des Hohlbauteils wieder ausgeschmolzen, jedoch können dabei auf der Bauteilinnenwand des Hohlbauteils Wachsreste verbleiben, wodurch unter anderem das Bauteilgewicht des Hohlbauteils erhöht wird. Zudem bedingt der Ausschmelzprozess des Wachses hohe Zykluszeiten bei der Herstellung des Hohlbauteils, welche folglich zu einer Erhöhung der Herstellkosten führt. Des Weiteren sind Stützkerne aus niedrig schmelzenden Wismut-Legierungen bekannt, wobei jedoch aufgrund des hohen Energieaufwandes zum Schmelzen dieser Formkerne sowie aufgrund des hohen Eigengewichts der Stützkerne und der daraus resultierenden, erschwerten Handhabbarkeit, aber auch aufgrund der Gesundheitsgefährdung durch auftretende Wismut-Dämpfe, diese Stützkerne selten Verwendung finden. Ebenfalls sind Stützkerne aus hochdichtem Schaumstoff grundlegend bekannt, welche jedoch nach der Herstellung des Hohlbauteils in diesem verbleiben und infolgedessen nachteilig zu einer Gewichtserhöhung des Hohlbauteils führen.
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Damit beim Injizieren des Kunststoffmaterials während des Spritzpressprozesses bzw. RTM-Prozesses die Stützkerne dem auftretenden hohen Drücken standhalten und folglich formstabil bleiben, sind die Stützkerne der oben genannten Art bekannterweise aus Vollmaterial gefertigt. Verbleiben diese Stützkerne jedoch nach der Herstellung des faserverstärkten Hohlbauteils in diesem, so bedingen diese Stützkerne eine nicht unerhebliche Gewichtserhöhung des Hohlbauteils. Bei einem Einsatz von faserverstärkten Hohlbauteilen ist jedoch eine Gewichtsreduktion im Vergleich zu beispielsweise metallischen Bauteilen zu erzielen. Demzufolge werden grundlegend Stützkerne, welche insbesondere auch als Blasformkerne bezeichnet werden können, bevorzugt, welche vorteilhaft nach dem Injektionsverfahren aus dem hergestellten Bauteil und insbesondere dem Hohlbauteil wieder entfernt werden können.
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Der Blasformkern bzw. der Stützkern bzw. der Stützhohlkern, welcher zur Formgebung eines Hohlbereiches bzw. Hohlraumes des faserverstärkten Hohlbauteils dient, wird beispielsweise im Streckblasverfahren hergestellt. Der Hohlraum des Stützkerns ist bekannter Weiser mit einer Umgebungsluft ohne Druckbeaufschlagung oder mit Druckbeaufschlagung gefüllt. Der Stützkern selbst weist aufgrund seiner dünner Kunststoffwandung eine geringe Biegesteifigkeit auf, so dass es nachteilig zu einer Beschädigung oder Deformierung des Stützkerns beim Handling mittels Handlings- bzw. Greifrobotern kommen kann. Ein Handling des Stützkerns ist insbesondere bei einem Transportieren des mit den Verstärkungsfasern umflochtenen Stützkerns von der Flechtanlage zu der Spritzpressanlage (RTM-Anlage) bzw. Harzinjektionsanlage bzw. Infiltrationsanlage oder auch während eines Bewegens des Stützkerns innerhalb der Flechtanlage während des Umflechtprozesses der Stützkerne mit den Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfasermatten erforderlich. Um eine Kollabierung des Stützkerns aufgrund der Deformierungen durch die Greifroboter bzw. Robotersysteme zu vermeiden, ist eine aufwendige Gestaltung des Transportsystems und insbesondere der Greifrobotersysteme erforderlich, wodurch nachteilig wiederum die Produktionsgeschwindigkeit bei der Herstellung von faserverstärkten Hohlbauteilen eingeschränkt ist, insbesondere da die Geschwindigkeitskomponente die Umflechtgeschwindigkeit und folglich die Taktzeit für die gesamte Herstellung des faserverstärkten Hohlbauteils begrenzt. Demzufolge wird nachteilig aufgrund der geringen Druckstabilität des insbesondere leeren oder mit Luft bei Umgebungsdruck gefüllten Stützkerns ein Beschädigen bzw. Quetschen des Stützkerns beim Greifen mittels des Greifrobotersystems hervorgerufen. Des Weiteren ist es grundlegend bekannt, dass im Querschnitt kleine Körper sich besser greifen lassen als Geometrien mit großem Querschnitten, wobei die Wandstärke bei kleinen Querschnitten relevant zur Drucksteifigkeit beiträgt und folglich das Unterstützen des Stützkerns mittels eines Greifrobotersystems unterstützt. Da jedoch die Sollwandstärke auch bei verschiedenen Geometrieausprägungen und insbesondere bei kleinen sowie auch bei großen Geometrien des Stützkerns konstant ist, verschlechtert sich folglich das Greifpotenzial bei einem größeren Stützkern. Des Weiteren ist es bekannt, dass insbesondere eine Vergrößerung des Greifers bzw. des Greifrobotersystems insbesondere aus Platzmangelgründen bzw. Handlingsgründen an der Anlage zumeist nicht möglich ist. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Stützkern und insbesondere einem Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlbauteils zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Stützhohlkern zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlbauteils sowie ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlbauteils zur Verfügung zu stellen, mittels welchen auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise ein faserverstärktes Hohlbauteil erzeugt werden kann, wobei insbesondere eine Deformierung des Stützhohlkerns während des Aufbringungsprozesses der Verstärkungsfasern bzw. der Verstärkungsfasermatten sowie auch während des Spritzpressprozesses vermieden wird. Gleichzeitig soll der Stützhohlkern derart gestaltet sein, dass es vorteilhaft möglich ist diesen nach dem Erzeugen des faserverstärkten Hohlbauteils aus diesem Hohlbauteil bei Bedarf auch wieder entfernen zu könnend, um beispielsweise das Gewicht des erzeugten Hohlbauteils nicht nachteilig zu erhöhen.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Stützhohlkern zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlbauteils mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Hohlbauteils mit den Merkmalen des Anspruches 5. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Stützhohlkern beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann der erfindungsgemäße Stützhohlkern bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anwendung kommen.
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Der erfindungsgemäße Stützhohlkern zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlbauteils weist eine einen Hohlraum bildende Wandung und ein innerhalb des Hohlraumes angeordnetes kristallisationsfähiges Medium auf. Das faserverstärkte Hohlbauteil ist insbesondere ein faserverstärktes Kunststoffhohlbauteil, welches insbesondere in der Fahrzeugtechnik als Kraftfahrzeugbauteil für zum Beispiel Fahrzeugkarosserien eingesetzt werden kann. Als Fahrzeug wird hierbei insbesondere ein Landfahrzeug, wie beispielsweise ein Personenkraftfahrzeug, ein Lastkraftfahrzeug oder ein Zweirad, verstanden, oder auch ein Wasserfahrzeug, wie beispielsweise ein Schiff, oder auch ein Luftfahrzeug, wie beispielsweise ein Flugzeug. Der Stützhohlkern selbst ist insbesondere ein Blasformkern, welcher vorteilhaft aus einem thermoplastischen Material wie beispielsweise Polypropylen, Polyurethan Polyvinylchlorid oder einem ähnlichen Thermoplast besteht bzw. zumindest ein thermoplastisches Material der zuvor genannten Art aufweist. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Stützholkern aus einem duroplastischen Material, wie beispielsweise Melaminharz, Epoxidharz oder Acrylat hergestellt ist oder zumindest ein derartiges duroplastischen Material aufweist. Der Stützhohlkern selbst wird vorteilhaft im Streckblasverfahren hergestellt und weist demzufolge eine dünnwandige Wandung auf, die aus dem thermoplastischen und/oder dem duroplastischen Material besteht oder zumindest ein thermoplastisches und/oder duroplastisches Material aufweist. Vorteilhaft weist der Stützhohlkern mindestens einen Einlassbereich und insbesondere eine Einlassöffnung zum Einbringen des kristallisationsfähigen Mediums auf, wobei es jedoch auch denkbar ist, dass der Stützhohlkern mehr als einen Einlassbereich und insbesondere zwei oder mehr Einlassbereiche aufweist. Nach der Herstellung des Stützhohlkerns wird dieser vorteilhaft in eine Befüllungsanlage eingebracht, innerhalb welcher der Stützhohlkern mit dem kristallisationsfähigen Medium befüllt wird. Dabei wird wenigstens ein Einfüllstutzen in den Stützhohlkern in dem Bereich seiner Einlassöffnung eingebracht. Vorteilhaft werden als kristallisationsfähiges Medium insbesondere die Medien eingesetzt, welche bei einem Erhitzen auf beispielsweise etwa 60°C ein schmelzendes Salzhydrat aufweisen, so dass bei einem Schmelzen des Salzhydrats dies als Laden des Mediums bezeichnet werden kann. Vorteilhaft verfestigt sich das Salzhydrat bei einer Reduzierung der Temperatur nicht, sondern bleibt in einem metastabilen Zustand flüssig. Um eine Kristallisation des kristallisationsfähigen Mediums zu erzeugen, wird das kristallisationsfähige Medium ”angestoßen”. Als Prinzip des Anstoßens wird der Effekt bezeichnet, welcher den Kristallisationsvorgang auslöst, wobei es sich bei der unterkühlten Lösung im geladenen Stützkern um ein metastabiles System handelt, welches folglich auf einen Anstoß zum Reagieren wartet. Demzufolge ist die Erzeugung von Kristallisationskeimen erforderlich, das bedeutet von aktiven Stellen, welche Ionen binden, die erste Kristallstrukturen bilden, aus welchen wiederum ein ungehemmtes Kristallwachstum einsetzt. Ein Anstoßen des Kristallisationsvorganges kann beispielsweise durch ein Biegen oder auch ein Schlagen von blankem Metall auf entsprechenden kristallinen Oberflächen erfolgen, wobei dadurch die Kristallisation des Salzes aus einer übersättigten Umgebung ausgelöst werden kann. Entsprechendes gilt auch beispielsweise bei der Verwendung von Kunststoffelementen wie Kunststoffplättchen, welche ebenfalls kristalline Bereiche aufweisen.
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Vorteilhaft ist das kristallisationsfähige Medium ein Salzhydrat aus der Gruppe Natriumacetat-Trihydrat, Glaubersalz oder Alaun. Es ist jedoch auch die Verwendung eines anderen Salzhydrates denkbar. Beispielsweise bei Natriumacetat-Trihydrat kristallisiert das Natriumacetat mit drei mol Kristallwasser aus der wässrigen Lösung, wobei das Trihydrat dabei große farblose Kristalle bildet. Natriumacetat-Trihydrat ist gut wasserlöslich und verflüssigt sich ab 58°C im eigenen Kristallwasser. Bei höheren Temperaturen, wie beispielsweise ca. 120°C, verdampft dieses Kristallwasser, wobei ein kristallfreies Natriumacetat entsteht.
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Im Rahmen der Erfindung ist es des Weiteren denkbar, dass innerhalb des Hohlraumes des Stützhohlkerns ein Initiatormittel zum Auslösen der Kristallisation des kristallisationsfähigen Mediums angeordnet ist. Ein Initiatormittel ist insbesondere dafür erforderlich, den Kristallisationsvorgang zur Kristallisation des kristallisationsfähigen Mediums und folglich definiert zu einem vorbestimmten Zeitpunkt auszulösen. Hierfür ist das Initiatormittel vorteilhaft innerhalb des Hohlraumes des Stützhohlkerns eingebracht, wobei es auch denkbar ist, dass das Initiatormittel zumindest lediglich teilweise und/oder lediglich zeitweise in den Hohlraum des Stützhohlkerns eingebracht ist.
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Es ist des Weiteren denkbar, dass das Initiatormittel ein anstoßbarer, ein metallisches Material und/oder ein Kunststoffmaterial aufweisender Körper ist. Unter dem Begriff des Anstoßens wird im Rahmen der Erfindung beispielsweise ein Knicken oder zumindest ein Bewegen bzw. ein Aktivieren des oben genannten Körpers verstanden, um folglich aktive Stellen im Salzhydrat zu erzeugen. Das Erzeugen der aktiven Stellen, welche auch als Kristallisationskeime verstanden werden, dient dazu, ein ungehemmtes Kristallwachstum im kristallisationsfähigen Medium zu erzeugen. Das kristallisationsfähige Medium erzeugt insbesondere im kristallisierten Zustand vorteilhaft eine höhere Steifigkeit und insbesondere eine erhöhte Biegesteifigkeit des Stützhohlkerns und insbesondere der thermoplastischen Wandung des Stützhohlkerns, so dass eine Deformierung des Stützhohlkerns während des Bewegens des Stützhohlkerns innerhalb beispielsweise der Umflechtanlage oder auch während des Transportes beispielsweise von der Umflechtanlage zu der Spritzpressanlage vorteilhaft vermieden wird.
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Des Weiteren ist ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlbauteils beansprucht, welches die folgenden Schritte aufweist:
- – Anordnen eines Stützhohlkerns innerhalb einer Anlage zum Aufbringen von Verstärkungsfasern auf wenigstens einen Bereich des Stützhohlkerns,
- – Befüllen des Stützhohlkerns mit einem kristallisationsfähigen Medium zur Stabilisierung einer Wandung des Stützhohlkerns,
- – Aufbringen zumindest einer Schicht aus Verstärkungsfasern auf wenigstens einen Bereich des Stützhohlkerns, und
- – Aufbringen einer aushärtenden Kunststoffmatrix auf die Schicht aus Verstärkungsfasern.
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Der Stützhohlkern, welcher insbesondere im Streckblasverfahren als Blasformkern hergestellt ist, besteht bzw. weist wenigstens eine dünne Wandung, aufweisend beispielsweise ein thermoplastisches Material, wie beispielsweise Polyprophylen (PP) oder ein duroplastisches Material, auf und dient vorteilhaft zur Formgebung eines Hohlraumes bzw. eines Hohlbereiches bzw. Bereiches des faserverstärkten Hohlbauteils bei dessen Erzeugung. Das faserverstärkte Hohlbauteil ist vorteilhaft ein Faserkunststoffverbundhohlbauteil und wird beispielsweise als Bauteil in der Fahrzeugtechnik eingesetzt. So ist es denkbar, dass das Hohlbauteil beispielsweise ein Türschweller ist. Die Anlage zum Aufbringen von Verstärkungsfasern oder auch von Verstärkungsfasermatten auf wenigstens einen Bereich des Stützhohlkerns ist beispielsweise eine Flechtanlage, welche dazu dient, den Stützhohlkern mit entsprechenden Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfasermatten zu umflechten. Während des Anordnungsvorganges der Verstärkungsfasern auf dem Stützhohlkern wird der Stützhohlkern vorteilhaft innerhalb der Anlage bewegt und beispielsweise mittels Greifelementen und Transportelementen gedreht, so dass ein definiertes Anordnen und insbesondere ein Umwickeln bzw. Umflechten des Stützhohlkerns mit Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfasermatten ermöglicht werden kann. Als Verstärkungsfasern können beispielsweise anorganische, metallische oder organische Verstärkungsfasern oder Naturfasern dienen. Anorganische Verstärkungsfasern haben zumeist eine amorphe Struktur und weisen eine hohe Temperaturfestigkeit auf. Anorganische Verstärkungsfasern sind beispielsweise Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern oder auch Keramikfasern. Metallische Verstärkungsfasern sind beispielsweise Stahlfasern, während organische Verstärkungsfasern, welche einen hohen Orientierungsgrad aufweisen, beispielsweise Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyesterfasern, Nylonfasern, Polyethylenfasern oder auch Plexiglasfasern sein können. Naturfasern sind insbesondere nachwachsende Verstärkungsfasern, welche hinsichtlich der oben genannten anderen Verstärkungsfasern eine niedrige Dichte aufweisen. So sind beispielsweise Flachsfaser, Hanffasern, Holzfasern oder Sisalfasern entsprechend als Naturfasern bezeichnet.
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Um vorteilhaft eine Deformierung des Stützhohlkerns bereits während des Anordnens der Verstärkungsfasern bzw. der Verstärkungsfasermatten zu vermeiden, wird der Stützhohlkern mit einem kristallisationsfähigen Medium befüllt, welches vorteilhaft den Hohlraum des Stützhohlkerns vollständig ausfüllt. Das Befüllen des Stützhohlkerns mit dem kristallisationsfähigen Medium findet beispielsweise nach dem Herstellen des Stützhohlkerns in einer Füllanlage statt, in welcher über Füllstutzen über einen Öffnungs- bzw. Einlaufbereich des Stützhohlkerns das kristallisationsfähige Medium in den Hohlraum des Stützhohlkerns eingebracht wird. Vorteilhaft wird direkt nach dem Einbringen des kristallisationsfähigen Mediums in den Hohlraum des Stützhohlkerns die Kristallisation des Mediums verursacht, so dass ein Verschließen des Stützhohlkerns zum Verhindern eines Austretens des kristallisationsfähigen Mediums, das vorteilhaft noch in einem fließfähigen Zustand vor der Kristallisation vorliegt, verhindert werden kann. Mittels dem kristallisationsfähigen Medium und insbesondere mittels dem im kristallisierten Zustand befindlichen kristallisationsfähigen Medium wird eine ein thermoplastisches Material aufweisende Wandung des Stützhohlkerns vorteilhaft stabilisiert bzw. verstärkt bzw. versteift, sodass eine Deformierung des Stützkerns bei Aufbringen von Kräften, wie beispielsweise Druckkräften der Greifrobotersysteme auf den Stützkern während dessen Bewegung vorteilhaft verhindert wird. Wird die Kristallisation des kristallisationsfähigen Mediums erst innerhalb der Anlage zum Aufbringen von Verstärkungsfasern eingeleitet, so ist es erforderlich, dass der Stützhohlkern und insbesondere die Einlassöffnungen des Stützhohlkerns verschlossen werden. Dieses Verschließen kann beispielsweise mit entsprechenden Dichtungsmittel, Verschlüssen, Stöpseln oder Ähnlichem vollzogen werden.
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Nach dem Kristallisieren des kristallisationsfähigen Mediums hat sich folglich die Biegesteifigkeit und Drucksteifigkeit des Stützhohlkerns derart hinreichend erhöht, dass ein Drehen bzw. Bewegen des Stützhohlkerns innerhalb der Anlage zum Aufbringen von Verstärkungsfasern sowie auch während des Transportes des Stützhohlkerns von der Anlage zum Aufbringen der Verstärkungsfasern zu der Spritzpressanlage bzw. zu einem Spritzpress-Werkzeug (RTM-Werkzeug) keine Deformierung des Stützhohlkerns mehr hervorruft. So wird vorteilhaft nach dem Kristallisieren des kristallisationsfähigem Mediums die Schicht aus Verstärkungsfasern auf wenigstens einen Bereich des Stützhohlkerns aufgebracht, wobei nach dem Aufbringen der zumindest einen Schicht aus Verstärkungsfasern auch die Kunststoffmatrix vorteilhaft in einem Spritzpressprozess (RTM-Prozess) auf die Verstärkungsfasern und insbesondere den Stützhohlkern aufgebracht wird. Die Kunststoffmatrix kann beispielsweise eine thermoplastische oder eine duroplastische Matrix sein. Die thermoplastische Matrix erzeugt vorteilhaft faserverstärkte Kunststoffbauteile, welche sich nachträglich umformen oder verschweißen lassen. So kann als thermoplastische Kunststoffmatrix beispielsweise Polysulfon, Polyphenylensulfid oder Polytetrafluorethen verwendet werden. Dagegen lassen sich faserverstärkte Kunststoffbauteil, welche eine duroplastische Kunststoffmatrix aufweisen, nach dem Aushärten bzw. Vernetzen der Kunststoffmatrix nicht mehr umformen. Sie weisen jedoch in Bezug auf die thermoplastische Kunststoffmatrix einen hohen Temperatureinsatzbereich auf. Als Material der duroplastischen Kunststoffmatrix dienen beispielsweise Epoxidharze, Vinylesterharze, Polyurethan, Phenol-Formaldehydharze oder auch Aminoharze.
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Es ist des Weiteren denkbar, dass der Stützhohlkern nicht nach dem Anordnen des Stützhohlkerns innerhalb der Anlage zum Aufbringen von Verstärkungsfasern, sondern vor dem Anordnen in der Anlage mit dem kristallisationsfähigen Medium befüllt wird. Dies hat den Vorteil, dass folglich das kristallisationsfähige Medium bereits kristallisiert ist und ein Austreten aus dem Stützhohlkern, insbesondere aus den Einlassöffnungen des Stützhohlkerns, innerhalb der Anlage zum Aufbringen von Verstärkungsfasern vermieden wird, so dass ein zusätzliches Verschließen der Einlassöffnung(en) des Stützhohlkerns nicht mehr erforderlich ist.
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Um die Kristallisation des kristallisationsfähigen Mediums auszulösen, wird ein Initiatormittel vorteilhaft aktiviert, wobei als Initiatormittel, insbesondere ein anstoßbarer, ein metallisches Material und/oder ein Kunststoffmaterial aufweisender Körper geeignet ist.
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Vorteilhaft wird vor dem Schritt des Aufbringens der aushärtenden Kunststoffmatrix auf die Schicht aus Verstärkungsfasern, der zumindest eine Schicht aus Verstärkungsfasern aufweisende Stützhohlkern mittels eines Transportmittels aus der Anlage genommen und zum Aufbringen der Kunststoffmatrix in ein Spritzpress-Werkzeug eingebracht. Das bedeutet, dass mittels wenigstens eines Transportmittels, wie beispielsweise eines Greifers oder eines Greifsystems einer Roboteranlage, der Stützhohlkern, welcher zumindest bereichsweise mit Verstärkungsfasern umflochten ist bzw. an welchem zumindest abschnittsweise Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfasermatten angeordnet sind, zur Erzeugung des faserverstärkten Kunststoffhohlbauteils aus der Anlage zum Aufbringen von Verstärkungsfasern, welche beispielsweise eine Flechtanlage ist, entnommen wird und zu einem Spritzpress-Werkzeug (RTM-Werkzeug) transportiert wird. Vorteilhaft bleibt auch während dieses Transportschrittes die Kristallisation des kristallisationsfähigen Mediums weiterhin aufrecht erhalten, so dass eine Deformierung des Stützhohlkerns während des Transportes von der Anlage zum Spritzpress-Werkzeug vermieden wird.
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Vorteilhaft wird nach dem Aufbringen der aushärtenden Kunststoffmatrix auf die Schicht aus Verstärkungsfasern mittels einer Strahlungsvorrichtung eine thermische Strahlung auf wenigstens den das kristallisierte Medium enthaltenen Stützhohlkern zum Ausschmelzen des Mediums aufgebracht. Ein Ausbringen des Mediums dient vorteilhaft dazu, insbesondere das Endgewicht des faserverstärkten Hohlbauteils zu reduzieren. Das kristallisationsfähige Medium, welches vorteilhaft in einem kristallisierten Zustand vorliegt, wird folglich auf eine Temperatur von vorteilhaft 58°C und mehr erhitzt, wodurch es sich wiederum verflüssigt. Bei einer Verflüssigung des Mediums kann dieses aus den weiterhin bestehenden Einlassöffnungen des Stützkerns austreten, welche vorteilhaft nicht durch die Wandung des faserverstärkten Kunststoffhohlbauteils verschlossen sind. Als Strahlungsvorrichtung kann dabei eine Infrarotstrahlung oder auch eine Mikrowellenstrahlung oder auch ein elektrisches Heizelement oder Ähnliches zur Aussendung von thermischer Strahlung und insbesondere Wärmestrahlung verwendet werden. Nach dem Ausschmelzen des kristallisationsfähigen Mediums wird vorteilhaft auch der Stützhohlkern selbst aus dem faserverstärkten Hohlbauteil entnommen. Dies ist dadurch möglich, dass der Stützhohlkern eine dünne, aus einem thermoplastischen Material bestehende Wandung aufweist, welche bei Aufbringen einer definierten Kraft sich derart deformiert, dass der Stützhohlkern selbst aus kleinsten Querschnitten bzw. Hohlräumen des Hohlbauteils entfernt bzw. herausgezogen werden kann beispielsweise ein Greifer bzw. ein Greifelement angewandt werden, welches die Wandung des Stützhohlkerns greift und aus dem Hohlraum des Hohlbauteils herauszieht. Die zur Erwärmung des kristallisierten Mediums dienende Strahlungsvorrichtung kann gleichzeitig auch zur Aushärtung der Kunststoffmatrix verwendet werden, so dass eine Härtung der Kunststoffmatrix vorteilhaft parallel zu einem Ausschmelzen des Mediums erfolgt. Dadurch wird vorteilhaft Produktionszeit eingespart und folglich die Herstellkosten minimiert.
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Vorteilhaft wird für das Verfahren ein Stützhohlkern gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4 und folglich ein Stützhohlkern der vorangegangenen Art verwendet.
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Bei dem beschriebenen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Stützhohlkern zum Herstellen eines faserverstärkten Hohlbauteils gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
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Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stützhohlkerns sowie ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlbauteils mittels des erfindungsgemäßen Stützhohlkerns werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
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1 in einer Prinzipskizze ein durch ein Transportmittel deformierter, aus dem Stand der Technik bekannter Stützkern,
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2 in einer Prinzipskizze eine mittels eines Transportmittels gehaltene Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stützhohlkerns,
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3 in einer Prinzipskizze eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stützhohlkerns, gefüllt mit einem kristallisationsfähigen Medium in einem flüssigen Zustand,
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4 in einer Prinzipskizze die in der 3 gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stützhohlkerns, gefüllt mit einem kristallisationsfähigen Medium im kristallisierten Zustand und ummantelt mit einem faserverstärkten Hohlbauteil, und
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5 in einer Prinzipskizze die in den 3 und 4 gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stützhohlkerns während des Prozesses des Ausschmelzens des kristallisationsfähigen Mediums aus dem Stützhohlkern.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 5 jeweils mit denselben Bezugszeichen verstehen.
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In der 1 ist in einer Prinzipskizze eine aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform eines Stützkerns 100 gezeigt, welcher eine Wandung 200, beispielsweise aufweisend ein thermoplastisches Material, aufweist, welche einen Hohlraum 300 bildet, innerhalb welchem kein zusätzliches Füllmaterial, sondern lediglich Luft bei Umgebungsdruck eingebracht ist. Der in der 1 dargestellte Stützkern 100 kann demnach dem Druck, welcher von dem Transportmittel 10 auf den Stützkern 1 aufgebracht wird, nicht entgegenwirken und kollabiert folglich. Das Transportmittel 10 weist beispielsweise einen ersten Greifarm 11 sowie einen zweiten Greifarm 12 auf, welche den Stützkern 100 zumindest bereichsweise umgreifen und halten, um den Stützkern 100 beispielsweise zwischen einer Flechtanlage zum Umflechten des Stützkerns mittels Verstärkungsfasern zu einem Spritzpresswerkzeug zu transportieren.
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In der 2 ist in einer Prinzipskizze eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stützhohlkerns 1 gezeigt, welcher eine vorteilhaft ein thermoplastisches Material aufweisende und einen Hohlraum 3 ausbildende Wandung 2 aufweist. Im Gegensatz zu dem in der 1 gezeigten Stützkern 100 weist der in der 2 gezeigte Stützhohlkern 1 ein innerhalb des Hohlraums 3 eingebrachtes bzw. angeordnetes kristallisationsfähiges Medium 4 auf, welches, wie in der 2 gezeigt, vorteilhaft in einem kristallisierten Zustand in Form eines kristallisierten kristallisationsfähigen Medium 4.2 vorliegt. Vorteilhaft bietet folglich der Stützhohlkern 1 mit der Integration des kristallisationsfähigen Mediums 4 und insbesondere mit dem kristallisierten kristallisationsfähigen Medium 4.2 im Hohlraum 3 einen hinreichenden Widerstand gegen ein Zusammendrücken bzw. eine von dem Transportmittel 10, und insbesondere den Greifarmen 11 und 12 des Transportmittels 10, auf den Stützhohlkern 1 aufgebrachte Druckkraft. Die Gegenkraft zu der von dem Transportmittel 10 aufgebrachten Druckkraft wird vorteilhaft dadurch erzeugt, da sich das kristallisationsfähige Medium 4 im kristallisierten Zustand 4.2 nicht komprimieren lässt. Folglich sind mittels des Einbringens des kristallisationsfähigen Mediums 4 innerhalb des Hohlraumes 3 des Stützkerns 1 unterschiedlichste Geometrieausprägungen des Stützhohlkerns 1, unabhängig von der Stützhohlkerngröße, mittels des Transportmittels greifbar, ohne eine Deformierung des Stützhohlkerns 1 zu bewirken. Vorteilhaft wird dadurch, und insbesondere aufgrund der erhöhten Biegesteifigkeit des mit dem kristallisationsfähigen Medium 4 gefüllten Stützkerns 1, eine Reduzierung der Handlingsroboter bzw. der Greifsysteme ermöglicht. Dadurch werden des Weiteren insbesondere der Synchronisationsaufwand und die Anlagenkomplexität vorteilhaft gesenkt. Des Weiteren entfällt zudem auch eine vorab genannte Geschwindigkeitsbegrenzung durch das Greifsystem der Greifroboter, so dass vorteilhaft die Herstellkosten bei der Herstellung des faserverstärkten Hohlbauteils reduziert und wirtschaftliche Potenziale hinsichtlich der Produktivität erhöht werden.
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In der 3 ist in einer Prinzipskizze eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stützhohlkerns 1 gezeigt, welcher, wie aus der 2 bekannt, eine Wandung 2 sowie einen durch die Wandung 2 gebildeten Hohlraum 3 aufweist, wobei innerhalb des Hohlraumes 3 ein kristallisationsfähiges Medium 4 eingebracht bzw. angeordnet ist. Wie in der 3 gezeigt, liegt das kristallisationsfähige Medium 4 in einem flüssigen Zustand 4.1 vor. Demzufolge ist die Kristallisation des kristallisationsfähigen Mediums, wie in der 3 gezeigt, noch nicht angestoßen. Die 3 zeigt folglich eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stützhohlkerns 1 mit dem kristallisationsfähigen Medium 4 in einem flüssigen, nicht kristallisierten Zustand 4.1.
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Dagegen ist in der 4 die in der 3 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stützhohlkerns 1 gezeigt, bei welchem das kristallisationsfähige Medium 4 in einem kristallisierten Zustand 4.2 vorliegt, so dass folglich die Kristallisation bereits angestoßen wurde. Des Weiteren ist der Stützhohlkern 1 mit einer Schicht aus faserverstärktem Kunststoff zur Bildung eines faserverstärkten Hohlbauteils 20 zumindest bereichsweise ummantelt, wie das Bezugszeichen 21 zeigt. Die Wandung 21 des faserverstärkten Hohlbauteils 20 weist vorteilhaft hier nicht gezeigte Verstärkungsfasern sowie eine Kunststoffmatrix auf, welche die Verstärkungsfasern umgibt bzw. einlagert. Demzufolge wird das druckstabile und kristallisierte Medium 4.2 auch während des Spritzpressprozesses in kristallisiertem Zustand gehalten, um folglich eine hinreichende Druckstabilität des Stützhohlkerns 1 zu gewährleisten. So bietet der Stützhohlkern 1 bei der Infiltration die notwendige Druckstabilität, die dem eingepressten Harz bzw. der eingepressten Kunststoffmatrix entgegenwirkt.
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In der 5 ist die in den 3 und 4 gezeigte Ausführungsform des Stützhohlkerns 1 gezeigt, bei welchem das kristallisationsfähige Medium 4 bereits wieder in einem flüssigen Zustand 4.1 vorliegt und vorteilhaft ausgeschmolzen wird. Hierbei wird beispielsweise eine Strahlungsvorrichtung 6 verwendet, welche eine thermische Strahlung 7, insbesondere auf den Stützhohlkern 1 aufbringt, um das kristallisationsfähige Medium 4, welches vorher im kristallisierten Zustand 4.2 vorlag, derart zu erwärmen, dass sich das kristallisationsfähige Medium 4 wieder verflüssigt und folglich in einem flüssigen Zustand 4.1 vorliegt, so dass es, wie mit Bezugszeichen 5 gezeigt, insbesondere aus den Einlassöffnungen des Stützhohlkerns 1 ausgeschmolzen werden kann. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Strahlungsvorrichtung 6 selbst nicht nur zum Ausschmelzen des kristallisationsfähigen Mediums 4 verwendet wird, sondern auch dafür, das faserverstärkte Hohlbauteil 20 nach dem Aufbringen der Kunststoffmatrix auszuhärten, so dass vorteilhaft mittels ein und derselben Strahlungsvorrichtung 6 thermische Energie sowohl auf das faserverstärkte Hohlbauteil 20 zu dessen Aushärtung sowie auch auf den Stützhohlkern 1 zum Ausschmelzen des kristallisationsfähigen Mediums 4 aufgebracht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stützhohlkern
- 2
- Wandung
- 3
- Hohlraum
- 4
- kristallisationsfähiges Medium
- 4.1
- kristallisationsfähiges Medium im flüssigen Zustand
- 4.2
- kristallisationsfähiges Medium im kristallisierten Zustand
- 5
- ausgeschmolzenes Medium
- 6
- Strahlungsvorrichtung
- 7
- thermische Strahlung
- 10
- Transportmittel
- 11
- erster Greifarm
- 12
- zweiter Greifarm
- 20
- faserverstärktes Hohlbauteil
- 21
- Wandung des faserverstärkten Hohlbauteils
- 100
- Stützkern (Stand der Technik)
- 200
- Wandung des Stützkerns (Stand der Technik)
- 300
- Hohlraum des Stützkerns (Stand der Technik)
