DE102014217756B4 - Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils und faserverstärktes Kunststoffteil - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils (10), das eine Unterseite (12) sowie eine Oberseite (16) mit jeweils zumindest einer Lage (14, 18) eines textilen Halbzeugs aufweist, wobei zwischen Unterseite (12) und Oberseite (16) ein Raum (20) vorgesehen ist, und wobei zumindest ein sich durch den Raum (20) erstreckender Steg (22) aus zumindest einer Lage (26) eines textilen Halbzeugs vorgesehen ist, der die Unterseite (12) und die Oberseite (16) verbindet, mit folgenden Schritten:- Bereitstellen einer zweiteiligen Werkzeugform (32) mit einem Unterteil (34) und einem Oberteil (36), die in einer Pressrichtung (P) relativ zueinander aufeinander zu verfahren werden können, wobei zumindest das Unterteil (34) eine Ausbuchtung (38) aufweist, die die Form des Kunststoffteils (10) abbildet, mit einem Boden (40) und einer Seitenwand (42), wobei zumindest ein Abschnitt (46) der Seitenwand (42) in einem schrägen Winkel (α) zur Pressrichtung (P) geneigt ist,- Bereitstellen eines Füllkerns (28), der den Raum (20) im Kunststoffteil (10) zwischen Unterseite (12) und Oberseite (16) abbildet und dessen Form der Form der Ausbuchtung (38) entspricht, wobei der Füllkern (28) zumindest zwei Kernteile (30) mit einander zugewandten Anlageflächen (48) für die zumindest eine Lage (26) des textilen Halbzeugs des Steges (22) aufweist, wobei zumindest ein erstes Kernteil (30) eine Seitenfläche (50) aufweist, deren Neigung dem Winkel (α) des Abschnitts (46) der Seitenwand (42) entspricht und die entlang dem Abschnitt (46) der Seitenwand verläuft,- Einlegen des Füllkerns (28) und der Lagen (14, 18, 26) der textilen Halbzeuge in die Werkzeugform, wobei die zumindest eine Lage (14) des textilen Halbzeugs der Unterseite (12) in die Ausbuchtung (38) des Unterteils (34) sowie die zumindest eine Lage (26) des textilen Halbzeugs für den Steg (22) zwischen die Anlageflächen (48) der Kernteile (32) eingelegt und die zumindest eine Lage (18) des textilen Halbzeugs der Oberseite (16) auf die Kernteile (32) aufgelegt werden, und wobei zumindest das erste Kernteil (30) mit der Seitenfläche (50) an der zumindest einen Lage (14) des textilen Halbzeugs am Abschnitt (46) anliegt, und wobei zumindest das erste Kernteil (30) in unbelastetem Zustand beabstandet vom Boden (40) der Ausbuchtung (38) ist,- Verschließen der Werkzeugform (32) durch Verfahren des Unterteils (34) und/oder des Oberteils (36) in Pressrichtung (P), wobei das erste Kernteil entlang des geneigten Abschnitts (46) der Seitenwand (42) in Pressrichtung (P) und gegen den Steg (22) verschoben wird und die Kernteile (30) gegen den Boden (40) gepresst werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils, das eine Unterseite sowie eine Oberseite mit jeweils zumindest einer Lage eines textilen Halbzeugs aufweist, wobei zwischen Unterseite und Oberseite zumindest ein sich durch den Raum erstreckender Steg aus zumindest einer Lage eines textilen Halbzeugs vorgesehen ist, der die Unterseite und die Oberseite verbindet. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein faserverstärktes Kunststoffteil, das eine Unterseite sowie eine Oberseite mit jeweils zumindest einer Lage eines textilen Halbzeugs aufweist, wobei zwischen Unterseite und Oberseite ein Raum vorgesehen ist und wobei zumindest ein sich durch den Raum erstreckender Steg aus zumindest einer Lage eines textilen Halbzeugs vorgesehen ist, der die Unterseite und die Oberseite verbindet und den Raum in mehrere Kammern unterteilt, wobei ein mehrteiliger Kern vorgesehen ist, der die Kammern des Raumes ausfüllt.
  • Faserverstärkte Kunststoffteile werden häufig als Sandwich-Bauteile hergestellt, die zwischen einer Oberseite und einer Unterseite mit jeweils zumindest einer harzgetränkten Lage eines textilen Halbzeugs einen Raum begrenzen, in dem ein Füllkern, beispielsweise aus einem aufgeschäumten Kunststoffmaterial, angeordnet ist. Der Füllkern nimmt den gesamten Raum zwischen Oberseite und Unterseite ein und stützt deren Lagen gegeneinander ab.
  • Durch diesen mehrlagigen Aufbau ist die Herstellung voluminöser Kunststoffteile möglich, wobei durch den Kern eine ausreichende Druckstabilität des Kunststoffteils erreicht wird, sodass das Kunststoffteil auch auf die Oberfläche wirkenden Druckkräften standhalten kann. Durch den Kern ist es also möglich, voluminöse Kunststoffteile leichter und stabiler auszuführen.
  • Die Herstellung dieser Kunststoffteile erfolgt in einer zweiteiligen Form, die die Form des fertigen Bauteils abbildet. Die Lagen der textilen Halbzeuge der Unterseite werden in die Form eingelegt. Anschließend werden der Füllkern, der auch ein geringes Übermaß aufweisen kann, sowie die Lagen des textilen Halbzeugs der Oberseite eingelegt und das gesamte Kunststoffteil mit Harz getränkt. Durch das Zufahren der Pressform werden die Lagen eines textilen Halbzeugs gegen den Kern gepresst sowie der Kern gegebenenfalls geringfügig komprimiert. Bei der Herstellung des Kunststoffteils bildet der Füllkern also zudem bei solchen mehrlagigen Kunststoffteilen einen Teil der Pressform, da der Füllkern die noch flexiblen Lagen der textilen Halbzeuge stützt und in der gewünschten Position hält.
  • Die Druckstabilität dieser Kunststoffteile senkrecht zur Unterseite oder zur Oberseite ist aber auch mit eingelegtem Kern begrenzt, da der Kern aus einem plastisch verformbaren Material besteht.
  • Für eine zusätzliche Stabilisierung wären senkrecht zur Unterseite bzw. zur Oberseite verlaufende Stege erforderlich, die aber mit den bisher bekannten Verfahren nicht herstellbar sind, da solche Stege während des Verfahrens stabilisiert und gepresst werden müssen, damit diese eine ausreichende Stabilität haben.
  • Durch eine Aufteilung des Kerns senkrecht zur Pressrichtung, also parallel zur Unter- oder Oberseite ist es möglich, Zwischenlagen einzulegen, die parallel zur Unterseite bzw. zur Oberseite verlaufen. Beim Zufahren der Pressform werden diese zwischen Kernteilen, durch die der Kern in Längsrichtung in mehrere Schichten unterteilt ist, gepresst. Stege, die in einer anderen Richtung verlaufen, sind mit diesem Verfahren aber nicht realisierbar.
  • Die DE 197 15 529 C1 offenbart eine Sandwichstruktur für Strukturbauteile eines Flugzeugs sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Sandwichstruktur wird mit einem Schaumstoffkern aus mehreren nebeneinanderliegenden Segmenten gefertigt, zwischen deren benachbarten Seitenflächen jeweils Faserschichten angeordnet werden, die nach einer Imprägnierung mit Harz und Aushärten desselben als Versteifungsstege dienen.
  • Die DE 10 2011 083 162 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Faserverbundbauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils eines Fahrzeugs, bei dem zwischen einer ersten Faserverbundlage und einer zweiten Faserverbundlage eine Einlage in Form einer Zwischenlage oder eines Profilkörpers angeordnet wird, so dass beim fertigen Bauteil die erste Faserverbundlage und die zweite Faserverbundlage abschnittsweise direkt miteinander verbunden sind und abschnittsweise ein Hohlraum zwischen den Faserverbundlagen vorliegt, in dem die Einlage angeordnet ist.
  • Aus der DE 198 82 494 T5 sind einstückige Verbundkörper bekannt, die abschnittsweise einen Polymer-Schaumkern sowie eine diesen einkapselnde Außenhaut aus mit Glasmatte verstärktem thermoplastischem Material aufweisen. Zudem wird ein Verfahren zur Herstellung solcher Verbundkörper beschrieben.
  • Die GB 1 041 844 A schließlich beschreibt ein Konstruktionselement, bei dem zwischen zwei beabstandeten Lagen aus harzimprägniertem Glasfasergewebe abwechselnd längliche Kernteile aus geschäumtem Kunststoffmaterial und Bahnen aus imprägniertem Glasfasergewebe angeordnet sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils bereitzustellen, das eine höhere Stabilität des hergestellten Kunststoffteils ermöglicht. Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren, ein solches faserverstärktes Kunststoffteil bereitzustellen, das eine verbesserte Stabilität, insbesondere eine höhere Druckstabilität senkrecht zur Unter- bzw. Oberseite aufweist.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils, das eine Unterseite sowie eine Oberseite mit jeweils zumindest einer Lage eines textilen Halbzeugs aufweist, vorgesehen, wobei zwischen Unterseite und Oberseite ein Raum vorgesehen ist, und wobei ein sich durch den Raum erstreckender Steg aus zumindest einer Lage eines textilen Halbzeugs vorgesehen ist, der die Unterseite und die Oberseite verbindet, mit folgenden Schritten:
    • - Bereitstellen einer zweiteiligen Werkzeugform mit einem Unterteil und einem Oberteil, die in einer Pressrichtung relativ zueinander aufeinander zu verfahren werden können, wobei zumindest das Unterteil eine Ausbuchtung aufweist, die die Form des Kunststoffteils abbildet, mit einem Boden und einer Seitenwand, wobei zumindest ein Abschnitt der Seitenwand in einem schrägen Winkel zur Pressrichtung geneigt ist,
    • - Bereitstellen eines Füllkerns, der den Raum im Kunststoffteil zwischen Unterseite und Oberseite abbildet und dessen Form der Form der Ausbuchtung entspricht, wobei der Füllkern zumindest zwei Kernteile mit einander zugewandten Anlageflächen für die zumindest eine Lage des textilen Halbzeugs des Steges aufweist, wobei zumindest ein erstes Kernteil eine Seitenfläche aufweist, deren Neigung dem Winkel des Abschnitts der Seitenwand entspricht, und die entlang dem Abschnitt der Seitenwand verläuft,
    • - Einlegen des Füllkerns und der Lagen der textilen Halbzeuge in die Werkzeugform, wobei die zumindest eine Lage des textilen Halbzeugs der Unterseite in die Ausbuchtung des Unterteils sowie die zumindest eine Lage des textilen Halbzeugs für den Steg zwischen die Anlageflächen der Kernteile eingelegt und die zumindest eine Lage des textilen Halbzeugs der Oberseite auf die Kernteile aufgelegt werden, und wobei zumindest das erste Kernteil mit der Seitenfläche an der zumindest einen Lage des textilen Halbzeugs am Abschnitt anliegt, und wobei zumindest das erste Kernteil in unbelastetem Zustand beabstandet vom Boden der Ausbuchtung ist,
    • - Verschließen der Werkzeugform durch Verfahren des Unterteils und/oder des Oberteils in Pressrichtung, wobei das erste Kernteil entlang des geneigten Abschnitts der Seitenwand in Pressrichtung und gegen den Steg verschoben wird und die Kernteile gegen den Boden gepresst werden.
  • Beim Einpressen des Füllkerns in die Ausbuchtung des Unterteils gleitet das erste Kernteil mit der Seitenfläche entlang des schrägen Abschnitts der Seitenwand in die Ausbuchtung. Dabei wird das erste Kernteil nicht nur gegen den Boden der Ausbuchtung gepresst, sondern auch quer zur Pressrichtung verschoben. Dadurch wird die Anlagefläche des ersten Kernteils gegen die Anlagefläche des zweiten Kernteils gepresst. Der zwischen den Anlageflächen angeordnete Steg wird seitlich, vorzugsweise senkrecht zu seiner Erstreckungsebene zusammengepresst und zudem zwischen den Anlageflächen stabilisiert. Beim anschließenden Aushärten des Kunststoffteils kann der Steg nicht mehr verschoben werden, sodass in ausgehärtetem Zustand eine stabile Verbindung zwischen Unterseite und Oberseite hergestellt ist, durch die die Stabilität des Kunststoffteils erhöht ist.
  • Vorzugsweise weist die Seitenwand der Ausbuchtung zwei geneigte, einander gegenüberliegende Abschnitte auf, wobei der Steg zwischen den geneigten Abschnitten angeordnet ist und an jedem Abschnitt jeweils ein Kernteil mit einer geneigten Seitenfläche angrenzt. Die zumindest eine Lage des textilen Halbzeugs liegt zwischen dem geneigten Abschnitt und der Seitenfläche geklemmt. Dadurch werden die Kernteile beidseits des Steges bzw. der zumindest eine Lage des textilen Halbzeugs des Steges bei Verschließen der Form senkrecht zur Pressrichtung nach innen gegen den Steg gedrückt. Der Steg kann also nicht seitlich verschoben werden und ist so besser fixiert.
  • Vorzugsweise weisen die Abschnitte untereinander sowie die Seitenflächen der Kerne untereinander jeweils die gleiche Neigung auf, sodass die Kerne jeweils mit dem gleichen Betrag bzw. der gleichen Kraft gegen den Steg bzw. dessen Lagen gedrückt werden. Ein seitliches Verschieben des Steges ist somit zuverlässig verhindert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich dazu, einzelne, schmale Stege herzustellen, die die Unterseite und die Oberseite verbinden. Vorzugsweise erstreckt sich der Steg aber über die gesamte Breite oder Länge des Bauteils und unterteilt den Raum im Kunststoffteil in zwei Kammern. Die Unterseite und die Oberseite sind so über die gesamte Breite oder Länge des Bauteils gestützt, so dass dieses eine höhere Stabilität aufweist.
  • Der Steg ist vorzugsweise parallel zur Pressrichtung ausgerichtet. Somit verläuft der Steg senkrecht zur Oberfläche der Unterseite bzw. der Oberseite, sodass eine gute Lastaufnahme bei einer Druckkraft auf die Unterseite oder die Oberseite möglich ist.
  • Der Steg ist beispielsweise parallel zu den geneigten Abschnitten der Seitenwand angeordnet.
  • Um die Druckstabilität des Kunststoffteils zu erhöhen, ist es auch möglich, dass zwei oder mehr Stege vorgesehen sind, die sich in Pressrichtung gesehen kreuzen und den Raum in mehrere Kammern unterteilen. In dieser Ausführungsform ist jeder Kammer zumindest ein geneigter Abschnitt an der Seitenwand zugeordnet, und die Kernteile weisen jeweils korrespondierende geneigte Seitenflächen auf. Jedes Kernteil kann zudem zwei oder mehr Anlagenflächen für die Stege aufweisen.
  • Der Winkel, in dem die Abschnitte geneigt sind, liegt im Bereich von 30° bis 60° und beträgt vorzugsweise ca. 45°. In diesem Winkelbereich stellt sich ein ideales Verhältnis zwischen dem Einpressen in die Ausbuchtung, also der Verschiebung in Pressrichtung, und dem Verschieben gegen den Steg ein.
  • Die zumindest eine Lage des textilen Halbzeugs für den Steg kann vor dem Einlegen in die Werkzeugform zwischen die Anlageflächen der Kernteile gelegt und die Lagen der textilen Halbzeuge für die Unterseite und die Oberseite vor dem Einlegen in die Werkzeugform auf den Füllkern aufgelegt werden, so dass eine Baugruppe aus Füllkern und Lagen in die Werkzeugform eingelegt werden kann. Dies erleichtert das vollständige Umhüllen des Füllkerns mit den Lagen der textilen Halbzeuge.
  • Um die Stabilität des Kunststoffteils zu erhöhen, wird die zumindest eine Lage des textilen Halbzeugs des Steges vorzugsweise an die Lagen der textilen Halbzeuge der Unterseite und/oder der Oberseite angebunden, sodass eine stabile Verbindung zwischen diesen hergestellt ist.
  • Die Kernteile des Füllkerns weisen beispielsweise ein Übermaß gegenüber dem Raum zwischen Ober- und Unterseite auf, wobei die Kernteile während des Pressvorgangs auf die Abmessungen des Raumes komprimiert werden. Diese Herstellung mit Übermaß stellt sicher, dass beim fertigen Kunststoffteil die Oberseite und die Unterseite flächig vom Kern gestützt werden und keine lokalen Fehlstellen vorhanden sind.
  • Die Lagen der textilen Halbzeuge können vor oder nach dem Einlegen in die Werkzeugform mit Harz getränkt und in der Werkzeugform ausgehärtet werden.
  • Vorzugsweise werden aber mit Harz vorimprägnierte Lagen der textilen Halbzeuge verwendet.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren ein faserverstärktes Kunststoffteil vorgesehen, das eine Unterseite sowie eine Oberseite mit jeweils zumindest einer Lage eines textilen Halbzeugs aufweist, wobei zwischen Unterseite und Oberseite ein Hohlraum vorgesehen ist, und wobei zumindest ein sich durch den Raum erstreckender Steg aus zumindest einer Lage eines textilen Halbzeugs vorgesehen ist, der die Unterseite und die Oberseite verbindet und den Raum in mehrere Kammern unterteilt, wobei ein mehrteiliger Kern vorgesehen ist, der die Kammern des Raumes ausfüllt. Das Kunststoffteil ist mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
  • Weitere Vorteile und Merkmale finden sich in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
    • - 1 ein erfindungsgemäßes faserverstärktes Kunststoffteil im Querschnitt,
    • - 2 einen ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des faserverstärkten Kunststoffteils aus 1,
    • - 3 einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des faserverstärkten Kunststoffteils aus 1,
    • - 4 einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des faserverstärkten Kunststoffteils aus 1,
    • - 5 einen vierten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des faserverstärkten Kunststoffteils aus 1,
    • - 6 einen fünften Schritt des Verfahrens zur Herstellung des faserverstärkten Kunststoffteils aus 1,
    • - 7 einen Horizontalschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kunststoffteil gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
    • - 8 eine Querschnittsansicht durch ein faserverstärktes Kunststoffteil gemäß einer dritten Ausführungsform in einer Werkzeugform.
  • In 1 ist ein faserverstärktes Kunststoffteil 10 gezeigt. Das faserverstärkte Kunststoffteil 10 hat eine durch eine Wand gebildete Unterseite 12, die aus mehreren Lagen 14 eines textilen Halbzeugs besteht, sowie eine beabstandete Oberseite 16, die ebenfalls durch eine aus mehreren Lagen 18 eines textilen Halbzeugs bestehende Wand gebildet ist. Zwischen der Unterseite 12 und der Oberseite 16 ist ein Raum 20 gebildet, der durch einen Steg 22 in mehrere Kammern 24 unterteilt ist.
  • Der Steg 22 besteht ebenfalls aus mehreren Lagen 26 eines textilen Halbzeugs und verbindet die Unterseite 12 mit der Oberseite 16. Die Lagen 26 des textilen Halbzeugs des Steges 22 sind an die Lagen 14, 18 der textilen Halbzeuge der Unterseite 12 und der Oberseite 16 angebunden. Alle Lagen 14, 18, 26 der textilen Halbzeuge sind mit einem ausgehärteten Harz getränkt, so dass diesen einen stabilen Verbund bilden.
  • Der Steg 22 verläuft senkrecht zur Unterseite 12 bzw. zur Oberseite 16 und über die gesamte Breite (senkrecht zur Blattebene) des Kunststoffteils 10. Durch den Steg 22 ist den Abstand der Unterseite 12 zur Oberseite 16 definiert, sodass der Raum 20 nicht senkrecht zur Ebene der Oberflächen der Unterseite 12 und der Oberseite 16 eingedrückt werden kann.
  • Der Raum 20 ist des Weiteren mit einem Füllkern 28 gefüllt, der mehrere Kernteile 30 aufweist, wobei jeder Kammer 24 des Raumes 20 ein Kernteil 30 zugeordnet ist, das die jeweilige Kammer 24 vollständig ausfüllt. Der Füllkern 28 bzw. die Kernteile 30 sind beispielsweise aus einem geschäumten Kunststoff oder einem anderen Material hergestellt, das eine geringe Dichte aufweist.
  • Der Füllkern 28 stabilisiert zum einen das Kunststoffteil 10 und verhindert ein Eindrücken der Oberfläche der Unterseite 12 bzw. der Oberseite 16. Zum anderen stützt der Füllkern 28 während des Herstellungsprozesses die Lagen 14, 18 der textilen Halbzeuge, so dass diese zwischen Kern 28 und einer Werkzeugform 32 (siehe 2 bis 6) gepresst werden können.
  • Ein Verfahren zur Herstellung dieses Kunststoffteils 10 wird nachfolgend anhand der 2 bis 6 erläutert.
  • In einem ersten Verfahrensschritt (2) wird eine zweiteilige Werkzeugform 32 bereitgestellt, mit einem Unterteil 34 und einem Oberteil 36. Das Unterteil 34 und das Oberteil 36 sind in einer Pressrichtung P relativ zueinander und aufeinander zu verfahrbar. Im zusammengefahrenem Zustand (6) bildet die Werkzeugform 32 das fertige Kunststoffbauteil 10 außenseitig ab.
  • In der hier gezeigten Ausführungsform ist am Unterteil 34 eine Ausbuchtung 38 vorgesehen, die die Form des fertigen Kunststoffteils 10 abbildet. Die Ausbuchtung 38 hat einen Boden 40 sowie eine vom Boden 40 ausgehende, umlaufende Seitenwand 42. Das Oberteil 36 weist eine ebene Pressfläche 44 auf. Es ist aber auch denkbar, dass das Oberteil 36 ebenfalls eine Einbuchtung aufweist, die das Kunststoffteil 10 abschnittsweise abbildet (siehe 8).
  • Die Seitenwand 42 hat, wie in 2 zu sehen ist, zwei einander gegenüberliegende Abschnitte 46, die zur Pressrichtung P in einem Winkel α geneigt sind. In der hier gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Abschnitte 46 über die gesamte Breite des Kunststoffteils 10 bzw. der Ausbuchtung 38.
  • Wie in 2 des Weiteren zu sehen ist, werden im ersten Verfahrensschritt die Lagen 14 des textilen Halbzeugs der Unterseite 12 in die Werkzeugform 32 bzw. die Ausbuchtung 38 des Unterteils 34 eingelegt.
  • Anschließend werden die Lagen 26 des textilen Halbzeugs des Steges 22 eingelegt, wobei es möglich ist, dass die Lagen 26 an die Lagen 14 der Unterseite 12 bereits angebunden sind oder werden, beispielsweise, indem die Lagen 26 des Steges abschnittsweise umgefaltet und auf die Lagen 14 der Unterseite 12 aufgelegt werden (3).
  • Nachfolgend wird der Füllkern 28 eingelegt (4). Die Kernteile 30 weisen die Form der Kammern 24 auf, wobei die Kernteile 30, also auch der gesamte Füllkern 28, mit einem geringen Übermaß hergestellt ist.
  • Die Kernteile 30 haben jeweils eine in Pressrichtung P und in der Ebene des Steges 22 verlaufende Anlagefläche 48, wobei die Anlageflächen 48 beider Kernteile 30 einander zugewandt und beidseitig der Lagen 26 des textilen Halbzeugs des Steges 22 angeordnet sind.
  • Gegenüberliegend zu den Anlageflächen 48 weisen die Kernteile 30 jeweils eine geneigte Seitenfläche 50 auf, wobei die Neigung der Seitenflächen 50 relativ zur Pressrichtung P dem Winkel α der Abschnitte 46 zur Vertikalen entspricht. Die Kernteile 30 liegen jeweils nur durch die Lagen 26 des textilen Halbzeugs der Unterseite 12 getrennt mit der geneigten Seitenfläche 50 indirekt an den Abschnitten 46 an.
  • Die Anlageflächen 48 sind in dieser Position in Pressrichtung P und parallel zueinander angeordnet und liegen beidseitig an den Lagen 26 des textilen Halbzeugs des Steges 22 an und fixieren diesen.
  • Da die Kernteile 30 mit einem geringen Übermaß gefertigt sind und zudem die Lagen 14 des textilen Halbzeugs der Unterseite 12 sowie die Lagen 26 des textilen Halbzeugs des Steges 22 nicht komprimiert sind, ist der Füllkern 28 in diesem unbelasteten Zustand beabstandet vom Boden 40 der Ausbuchtung 38, also noch nicht vollständig in die Ausbuchtung 38 eingeschoben.
  • Anschließend werden die Lagen 18 des textilen Halbzeugs der Oberseite 16 auf die Lagen 14 des textilen Halbzeugs der Unterseite 12 sowie den Füllkern 28 aufgelegt (5). Auch hier ist es möglich, dass die Lagen 26 des textilen Halbzeugs des Steges 22 an die Lagen 18 des textilen Halbzeugs der Oberseite angebunden werden.
  • Die Lagen 14, 18, 26 der textilen Halbzeuge werden entweder vor oder nach dem Einlegen in die Werkzeugform 32 mit einem Harz oder einem flüssigen Kunststoff getränkt. Optional können auch mit Harz vorimprägnierte Lagen 14, 18, 26 verwendet werden.
  • Alternativ können die Lagen 14, 18, 26 und die Kernteile 30 vor dem Einlegen in die Werkzeugform 32 zusammengesetzt werden und anschließend als Baugruppe in die Werkzeugform 32 eingelegt werden.
  • Abschließend wird das Oberteil 36 der Werkzeugform 32 in Pressrichtung P gegen das Unterteil 34 bewegt, wodurch die Werkzeugform 32 verschlossen wird. Bei diesem Pressvorgang werden die Lagen 14, 18 der textilen Halbzeuge der Unterseite 12 und der Oberseite 16 gegen den Füllkern 28 gepresst und verdichtet. Die Kernteile 30 werden dabei vollständig in die Ausbuchtung 38 eingepresst.
  • Während des Einpressens in die Ausbuchtung 38 gleiten die Kernteile 30 an den geneigten Abschnitten 46 der Seitenwand 42 entlang aufeinander zu. Dadurch werden die Kernteile 30 nicht nur in Pressrichtung P gegen den Boden gepresst werden, sondern auch senkrecht zur Pressrichtung P gegen den Steg 22 bzw. die Lagen 26 des textilen Halbzeugs des Steges 22 gedrückt (siehe Pfeile 52, 54 in 6).
  • Da die Kernteile 30 beidseitig gegen die Lagen 26 des textilen Halbzeugs des Steges 22 gepresst werden, werden die Lagen 26 in ihrer Position fixiert und ebenso wie die Lagen 14, 18 der textilen Halbzeuge der Unterseite 12 und der Oberseite 16 zusammengepresst.
  • Nach dem Aushärten des Harzes kann das fertige Kunststoffteil 10 aus der Werkzeugform 32 entnommen werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung eines Kunststoffteils 10 mit einem Steg 22, der in Pressrichtung P verläuft, indem durch die Geometrie der Kernteile 30 sowie der Ausbuchtung 38 der Werkzeugform 32 die Kernteile 30 seitlich gegen den Steg gepresst werden.
  • In der hier gezeigten Ausführungsform weisen beide geneigten Abschnitte 46 die gleiche Neigung α zur Pressrichtung P auf. Dadurch werden die Kerne um den gleichen Betrag senkrecht zur Pressrichtung P gegen die Lagen 26 des Steges 22 bewegt bzw. mit der gleichen Kraft gegen den Steg 22 gedrückt. Dadurch ist sichergestellt, dass sich der Steg nicht senkrecht zur Pressrichtung P verschiebt.
  • Abhängig von der gewünschten Form des faserverstärkten Kunststoffteils 10 bzw. der Position des Steges 22 ist es aber auch möglich, dass nur ein geneigter Abschnitt 46 vorgesehen ist und dementsprechend nur ein Kernteil 30 eine geneigte Seitenfläche 50 aufweist.
  • Ebenso kann der Winkel α der Abschnitte 46 und der Seitenflächen 50 variiert werden. Der Winkel α, in dem die Abschnitte 46 geneigt sind, liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 30 und 60°, sodass ein ideales Verhältnis zwischen der Bewegung gegen den Boden 40 und dem Einwärtsdrücken gegen den Steg 22 vorliegt. Insbesondere beträgt der Winkel α ca. 45°.
  • Es ist beispielsweise auch denkbar, dass zwei oder mehr parallel verlaufende Stege 22 vorgesehen sind, wobei lediglich in den äußeren Kammern 24 Kerne mit einer schrägen Seitenfläche vorgesehen sind. In einer solchen Ausführungsform des Verfahrens sind die Kernteile 30 zwischen den Stegen 22 vorzugsweise nicht oder nur geringfügig kompressibel, sodass sich die Position der Kernteile 30 bzw. der Stege 22 nicht verändert.
  • Abweichend von der hier gezeigten Ausführungsform ist es auch nicht erforderlich, dass sich der Steg 22 über die gesamte Breite des Bauteils 10 erstreckt. Es ist auch möglich, dass mehrere kurze Stege 22 vorgesehen sind.
  • Des Weiteren können auch zwei oder mehr sich in einer Draufsicht, das heißt in Pressrichtung P gesehen, kreuzende Stege 22 vorgesehen sein, wie dies in 7 gezeigt ist. Diese Stege 22 unterteilen das Kunststoffteil bzw. den Raum 20 zwischen Unterseite 12 und Oberseite 16 in mehrere Kammern 24, wobei in jeder Kammer 24 ein Kernteil 30 vorgesehen ist.
  • Jeder dieser Kammern 24 ist zumindest ein geneigter Abschnitt 46 der Seitenwand 42 zugeordnet, und jedes Kernteil weist dementsprechend zumindest eine geneigte Seitenfläche 50 auf.
  • In der hier gezeigten Ausführungsform sind jeder Kammer 24 zwei geneigte Abschnitte 46 zugeordnet und die Kernteile weisen zwei geneigte Seitenflächen auf. Durch jede der geneigten Abschnitte 46 wird für das jeweilige Kernteil 30 eine Kraft gegen einen der beiden Stege 22 erzeugt, so dass beide Stege 22 zwischen allen Kernteilen 30 fixiert sind.
  • Die Abschnitte 46 der Seitenwand 42 sind also vorzugsweise so ausgebildet, dass das zugeordnete Kernteil 30 senkrecht gegen jeden angrenzenden Steg 22 gedrückt wird.
  • Analog zu diesem Kunststoffteil 10 sind auch Kunststoffteile 10 mit mehreren, sternförmig verlaufenden Stegen 22 denkbar.
  • Wie in 8 zu sehen ist, kann auch am Oberteil 36 eine Ausbuchtung 38 mit entsprechend geneigten Abschnitten 46 vorgesehen sind. In dieser Ausführungsform ist es lediglich erforderlich, dass die Abschnitte 46 Oberteils 36 und des Unterteils 34 so geneigt sind, dass das anliegende Kernteil 30 über die gesamte Höhe mit dem gleichen Betrag bzw. der gleichen Kraft gegen den Steg 22 gedrückt wird.
  • Abweichend von den hier gezeigten Ausführungsformen kann der Steg 22 auch zur Pressrichtung P geneigt sein.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils (10), das eine Unterseite (12) sowie eine Oberseite (16) mit jeweils zumindest einer Lage (14, 18) eines textilen Halbzeugs aufweist, wobei zwischen Unterseite (12) und Oberseite (16) ein Raum (20) vorgesehen ist, und wobei zumindest ein sich durch den Raum (20) erstreckender Steg (22) aus zumindest einer Lage (26) eines textilen Halbzeugs vorgesehen ist, der die Unterseite (12) und die Oberseite (16) verbindet, mit folgenden Schritten: - Bereitstellen einer zweiteiligen Werkzeugform (32) mit einem Unterteil (34) und einem Oberteil (36), die in einer Pressrichtung (P) relativ zueinander aufeinander zu verfahren werden können, wobei zumindest das Unterteil (34) eine Ausbuchtung (38) aufweist, die die Form des Kunststoffteils (10) abbildet, mit einem Boden (40) und einer Seitenwand (42), wobei zumindest ein Abschnitt (46) der Seitenwand (42) in einem schrägen Winkel (α) zur Pressrichtung (P) geneigt ist, - Bereitstellen eines Füllkerns (28), der den Raum (20) im Kunststoffteil (10) zwischen Unterseite (12) und Oberseite (16) abbildet und dessen Form der Form der Ausbuchtung (38) entspricht, wobei der Füllkern (28) zumindest zwei Kernteile (30) mit einander zugewandten Anlageflächen (48) für die zumindest eine Lage (26) des textilen Halbzeugs des Steges (22) aufweist, wobei zumindest ein erstes Kernteil (30) eine Seitenfläche (50) aufweist, deren Neigung dem Winkel (α) des Abschnitts (46) der Seitenwand (42) entspricht und die entlang dem Abschnitt (46) der Seitenwand verläuft, - Einlegen des Füllkerns (28) und der Lagen (14, 18, 26) der textilen Halbzeuge in die Werkzeugform, wobei die zumindest eine Lage (14) des textilen Halbzeugs der Unterseite (12) in die Ausbuchtung (38) des Unterteils (34) sowie die zumindest eine Lage (26) des textilen Halbzeugs für den Steg (22) zwischen die Anlageflächen (48) der Kernteile (32) eingelegt und die zumindest eine Lage (18) des textilen Halbzeugs der Oberseite (16) auf die Kernteile (32) aufgelegt werden, und wobei zumindest das erste Kernteil (30) mit der Seitenfläche (50) an der zumindest einen Lage (14) des textilen Halbzeugs am Abschnitt (46) anliegt, und wobei zumindest das erste Kernteil (30) in unbelastetem Zustand beabstandet vom Boden (40) der Ausbuchtung (38) ist, - Verschließen der Werkzeugform (32) durch Verfahren des Unterteils (34) und/oder des Oberteils (36) in Pressrichtung (P), wobei das erste Kernteil entlang des geneigten Abschnitts (46) der Seitenwand (42) in Pressrichtung (P) und gegen den Steg (22) verschoben wird und die Kernteile (30) gegen den Boden (40) gepresst werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (42) zwei geneigte, einander gegenüberliegende Abschnitte (46) hat, wobei der Steg (22) zwischen den geneigten Abschnitten (46) angeordnet ist und an jedem geneigten Abschnitt (46) jeweils ein Kernteil (30) mit einer Seitenfläche (50) angrenzt, wobei die zumindest eine Lage (14) des textilen Halbzeugs zwischen dem geneigten Abschnitt (46) und der Seitenfläche (50) liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (46) sowie die Seitenflächen (50) der Kernteile (30) jeweils die gleiche Neigung aufweisen.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Steg (22) über die gesamte Breite des Kunststoffteils (10) erstreckt und den Raum (20) im Kunststoffteil (10) in zwei Kammern (24) unterteilt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (22) parallel zur Pressrichtung (P) angeordnet ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (22) parallel zu den geneigten Abschnitten (46) der Seitenwand (42) verläuft.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Stege (22) vorgesehen sind, die sich in Pressrichtung (P) gesehen kreuzen und den Raum (20) in mehrere Kammern (24) unterteilen, wobei jeder Kammer (24) zumindest ein geneigter Abschnitt (46) an der Seitenwand (42) zugeordnet ist und die Kernteile (30) jeweils korrespondierende geneigte Seitenflächen (50) aufweisen.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α), in dem die Abschnitte (46) geneigt sind, im Bereich von 30° bis 60° liegt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lage (26) des textilen Halbzeugs für den Steg (22) vor dem Einlegen in die Werkzeugform (32) zwischen die Anlageflächen (48) der Kernteile (32) gelegt wird und die Lagen (14, 18) der textilen Halbzeuge für die Unterseite (12) und die Oberseite (16) vor dem Einlegen in die Werkzeugform (32) auf den Füllkern (28) aufgelegt werden.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lage (26) des textilen Halbzeugs des Steges (22) an den Lagen (14, 18) der textilen Halbzeuge der Unterseite (12) und/oder der Oberseite (16) angebunden wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernteile (30) des Füllkerns (28) ein Übermaß gegenüber dem Raum (20) zwischen Oberseite (16) und Unterseite (12) aufweisen und die Kernteile (30) während des Pressvorgangs auf die Abmessungen des Raumes (20) komprimiert werden.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen (14, 18, 26) der textilen Halbzeuge vor oder nach dem Einlegen in die Werkzeugform (32) mit Harz getränkt und in der Werkzeugform ausgehärtet werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit Harz vorimprägnierte Lagen (14, 18, 26) der textilen Halbzeuge verwendet werden.
  14. Faserverstärktes Kunststoffteil (10), das eine Unterseite (12) sowie eine Oberseite (16) mit jeweils zumindest einer Lage (14, 18) eines textilen Halbzeugs aufweist, wobei zwischen Unterseite (12) und Oberseite (16) ein Raum (20) vorgesehen ist, und wobei zumindest ein Steg (22) aus zumindest einer Lage (26) eines textilen Halbzeugs vorgesehen ist, der sich durch den Raum (20) erstreckt und die Unterseite (12) und die Oberseite (16) verbindet und den Raum (20) in mehrere Kammern (24) unterteilt, wobei ein mehrteiliger Füllkern (28) vorgesehen ist, der die Kammern (24) des Raumes (20) ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil (10) mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
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