DE102014220134B4 - Process for producing fiber composite hollow profiles - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Hohlprofilen (10) mit einem Hauptprofil (12) und Mikrorippen (14), mit den folgenden Schritten:a) Bereitstellen von Mikrorippen (14),b) Erzeugen eines mit den Mikrorippen (14) versehenen Profilkerns (22) durch Bereitstellen eines Kerns (20), um den die Mikrorippen (14) gewickelt werden, sodass sich die Mikrorippen (14) kreuzen, undc) Erzeugen des Faserverbund-Hohlprofils (10) aus für das Hauptprofil (12) vorgesehenen Fasern (16) unter Verwendung des in Schritt b) erzeugten Profilkerns (22), wobei die Mikrorippen (14) in Schritt c) mit den Fasern (16) verbunden werden.Method for producing fiber composite hollow profiles (10) with a main profile (12) and micro-ribs (14), with the following steps: a) providing micro-ribs (14), b) producing a profile core (22) provided with the micro-ribs (14). ) by providing a core (20) around which the microribs (14) are wound so that the microribs (14) cross each other, andc) producing the fiber composite hollow profile (10) from fibers (16) intended for the main profile (12) using the profile core (22) produced in step b), the microribs (14) being connected to the fibers (16) in step c).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Hohlprofilen.The invention relates to a method for producing fiber composite hollow profiles.
Hohlprofile aus Faserverbundmaterialien finden im Automobilbau aufgrund ihrer hohen Steifigkeit bei sehr geringem Gewicht immer größere Verwendung.Hollow profiles made of fiber composite materials are becoming increasingly popular in automobile construction due to their high rigidity and very low weight.
Durch den Einsatz von Mikrorippen, die an der Innenseite des Hohlprofils vorgesehen sind, kann die Steifigkeit des Hohlprofils weiter vergrößert werden. Jedoch ist eine Fertigung solcher mikrorippenverstärkter Faserverbund-Hohlprofile sehr aufwändig, sodass der Einsatz von mikrorippenverstärkten Faserverbund-Hohlprofilen in der Massenproduktion des Automobilbaus nicht wirtschaftlich möglich ist.By using micro-ribs, which are provided on the inside of the hollow profile, the rigidity of the hollow profile can be further increased. However, the production of such micro-rib-reinforced fiber composite hollow profiles is very complex, so that the use of micro-rib-reinforced fiber composite hollow profiles in mass production in automobile manufacturing is not economically possible.
Die
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mithilfe dessen mikrorippenverstärkte Faserverbund-Hohlprofile wirtschaftlich in großer Stückzahl hergestellt werden könnenIt is the object of the invention to provide a method by means of which micro-rib-reinforced fiber composite hollow profiles can be produced economically in large quantities
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Hohlprofilen mit einem Hauptprofil und Mikrorippen, mit den folgenden Schritten:
- a) Bereitstellen von Mikrorippen,
- b) Erzeugen eines mit den Mikrorippen versehenen Profilkerns durch Bereitstellen eines Kerns um den die Mikrorippen gewickelt werden, sodass sich die Mikrorippen kreuzen, und
- c) Erzeugen des Faserverbund-Hohlprofils aus für das Hauptprofil vorgesehenen Fasern unter Verwendung des in Schritt b) erzeugten Profilkerns,
- a) providing micro ribs,
- b) producing a profile core provided with the micro-ribs by providing a core around which the micro-ribs are wound so that the micro-ribs cross each other, and
- c) producing the fiber composite hollow profile from fibers intended for the main profile using the profile core produced in step b),
Vorzugsweise werden in Schritt c) die Fasern und die Mikrorippen zumindest teilweise gemeinsam mit einem Kunststoff getränkt, wodurch die Fasern und die Mikrorippen auf einfache Weise zu einem Faserverbund-Hohlprofil verbunden werden.Preferably, in step c), the fibers and the micro-ribs are at least partially impregnated together with a plastic, whereby the fibers and the micro-ribs are easily connected to form a fiber composite hollow profile.
Beispielsweise wird das Faserverbund-Hohlprofil in Schritt c) mittels eines Pultrusionsverfahrens oder eines RTM-Verfahrens (Resin Transfer Molding) erzeugt, sodass bewährte und wirtschaftliche Verfahren der Massenproduktion zum Einsatz kommen.For example, the fiber composite hollow profile is produced in step c) using a pultrusion process or an RTM process (Resin Transfer Molding), so that proven and economical mass production processes are used.
Die Mikrorippen können in Schritt b) außen am Profilkern angeordnet werden, sodass die Mikrorippen sich leicht mit den Fasern verbinden.The micro-ribs can be arranged on the outside of the profile core in step b) so that the micro-ribs easily connect to the fibers.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der in Schritt b) bereitgestellte Kern aus einem Schaummaterial hergestellt. Auf diese Weise kann der Kern separat hergestellt werden, was die Herstellung des Kerns vereinfacht.In one embodiment of the invention, the core provided in step b) is made from a foam material. In this way, the core can be manufactured separately, which simplifies the manufacture of the core.
Dabei bezeichnet der Begriff „Kern“ das zur Herstellung des Hohlprofils hilfsweise erzeugte Element, um den herum das Hohlprofil hergestellt wird. Der Begriff „Profilkern“ bezeichnet das Zwischenprodukt aus Mikrorippen und Kern.The term “core” refers to the element created to produce the hollow profile, around which the hollow profile is produced. The term “profile core” refers to the intermediate product made up of micro ribs and core.
In einer Ausführungsvariante werden in Schritt b) die Mikrorippen in eine Form eingelegt, die anschließend ausgeschäumt wird, sodass der Profilkern in einem Prozessschritt erzeugt werden kann.In one embodiment variant, in step b), the micro-ribs are inserted into a mold, which is then foamed so that the profile core can be produced in one process step.
Dies kann dadurch erfolgen, dass die Mikrorippen kontinuierlich durch eine zu zwei Seiten offenen Form geführt werden, wobei die Mikrorippen an der Innenseite der Form laufen und in der Form kontinuierlich ein Kern erzeugt wird. Dadurch, dass die Form an zwei Seiten geöffnet ist, kann der Profilkern in einem kontinuierlichen Verfahren erzeugt werden.This can be done by continuously guiding the micro-ribs through a mold that is open on two sides, with the micro-ribs running on the inside of the mold and a core being continuously produced in the mold. Because the mold is open on two sides, the profile core can be produced in a continuous process.
Vorzugsweise sind in Schritt c) die Fertigungsparameter und/oder die Materialien der Mikrorippen, des Kerns, des Kunststoffes und/oder der Fasern derart gewählt, dass der Kern intakt bleibt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass der Kern bei der Herstellung des Faserverbund-Hohlprofils nicht kollabiert oder anderweitig versagt.Preferably, in step c), the manufacturing parameters and/or the materials of the microribs, the core, the plastic and/or the fibers are selected such that the core remains intact. This ensures that the core does not collapse or otherwise fail during the production of the fiber composite hollow profile.
Der Profilkern kann nach Schritt c) im fertigen Faserverbund-Hohlprofil verbleiben, wodurch auf einen Prozessschritt, bei dem der Profilkern aus dem Faserverbund-Hohlprofil entfernt wird, verzichtet werden kann. So kann der Profilkern zusätzlich zu den Mikrorippen die Festigkeit und das Versagensverhalten des Profils weiter verbessern.The profile core can remain in the finished fiber composite hollow profile after step c), which means that a process step in which the profile core is removed from the fiber composite hollow profile can be dispensed with. In addition to the micro-ribs, the profile core can further improve the strength and failure behavior of the profile.
Auch kann der Kern nach Schritt c) entfernt werden, wodurch das Gewicht weiter reduziert wird.The core can also be removed after step c), which further reduces the weight.
Die Mikrorippen können einen Durchmesser von weniger als 5 mm haben, sodass sie ein sehr geringes Gewicht haben.The micro-fins can have a diameter of less than 5 mm, making them very light in weight.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Mikrorippen Kohlenstoff-, Glas-, Kunststoff- oder Naturfasern auf, sodass die Mikrorippen die Steifigkeit des Faserverbund-Hohlprofils erhöhen.In one embodiment of the invention, the micro-ribs have carbon, glass, plastic or natural fibers, so that the micro-ribs increase the rigidity of the fiber composite hollow profile.
Die Fasern und/oder die Mikrorippen können eine Kunststoffmatrix aufweisen, sodass sie lediglich miteinander verbunden werden müssen.The fibers and/or the micro-ribs can have a plastic matrix, so that they only need to be connected to one another.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- -
1 ein erfindungsgemäß hergestelltes Faserverbund-Hohlprofil schematisch im Schnitt, - -
2 einen Kern zur Benutzung im erfindungsgemäßen Verfahren schematisch in perspektivischer Ansicht, - -
3 einen Profilkern als Zwischenprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in perspektivischer Ansicht, und - -
4 ein Faserverbund-Hohlprofil nach Abschluss des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in perspektivischer Ansicht.
- -
1 a fiber composite hollow profile produced according to the invention schematically in section, - -
2 a core for use in the method according to the invention schematically in a perspective view, - -
3 a profile core as an intermediate product of the method according to the invention schematically in a perspective view, and - -
4 a fiber composite hollow profile after completion of the method according to the invention schematically in a perspective view.
In
Das gezeigte Faserverbund-Hohlprofil 10 hat ein rechteckiges Hauptprofil 12, an dessen Innenseite Mikrorippen 14 vorgesehen sind.The fiber composite
Das Hauptprofil 12 weist einen Faserverbundwerkstoff auf, der aus Fasern 16 besteht, die mit Kunststoff 18 getränkt wurden, wie im vergrößerten Ausschnitt der
Der Kunststoff 18 kann auch die Mikrorippen 14 zumindest teilweise umgeben bzw. können die Mikrorippen 14 auch mit dem Kunststoff 18 getränkt sein, sodass das Hauptprofil 12 und die Mikrorippen 14 ein einstückiges Faserverbund-Hohlprofil 10 bilden.The plastic 18 can also at least partially surround the
Sowohl die Fasern 16 als auch die Mikrorippen 14 können Kohlenstoff-, Glas-, Kunststoff- und/oder Naturfasern aufweisen.Both the
Zum Beispiel haben die Mikrorippen 14 einen Durchmesser von weniger als 5 mm und können eine oder mehrere Fasern aufweisen.For example, the
Zudem können die Fasern 16 und/oder die Mikrorippen 14 eine Kunststoffmatrix aufweisen. Dabei kann die Kunststoffmatrix vom Kunststoff 18 verschieden sein.In addition, the
Der Querschnitt des Faserverbund-Hohlprofils 10 wird durch einen Kern 20 ausgefüllt, der beispielsweise aus einem Schaummaterial besteht.The cross section of the fiber composite
Zur Herstellung des Faserverbund-Hohlprofils 10 wird in einer ersten Ausführungsform der Erfindung zunächst ein Kern 20 bereitgestellt (
Anschließend werden die Mikrorippen 14 um den Kern 20 außen herum gewickelt. Dies kann nach einem bestimmten Muster geschehen.The
Die Mikrorippen 14 und der mit den Mikrorippen 14 umwickelte Kern 20 bilden nun einen Profilkern 22, wie er in
Der Profilkern 22 wird nun verwendet, um das Faserverbund-Hohlprofil 10 herzustellen.The
Hierzu eignet sich beispielsweise das Pultrusions- bzw. Strangziehverfahren, bei dem am Profilkern 22 zunächst die Fasern 16 angeordnet werden. Anschließend wird der Profilkern 22 mit den Fasern 16 in das Pultrusionswerkzeug eingeführt und mit einem Kunststoff 18 getränkt, der die Matrix des Faserverbund-Hohlprofils 10 darstellen wird.For example, the pultrusion or extrusion process is suitable for this, in which the
Dabei infiltriert der Kunststoff 18 sowohl die Mikrorippen 14 als auch die Fasern 16 und verbindet diese zum Faserverbund-Hohlprofil 10.The plastic 18 infiltrates both the
Dabei bilden die mit dem Kunststoff 18 infiltrierten Fasern 16 das Hauptprofil 12 des Faserverbund-Hohlprofils 10.The
Die Fertigungsparameter, insbesondere die Temperatur des flüssigen Kunststoffes 18, und/oder die Materialien der Mikrorippen 14, des Kerns 20, des Kunststoffes 18 und/oder der Fasern 16, sind dabei derart gewählt, dass sich die Fasern 16 und die Mikrorippen 14 zum Faserverbund-Hohlprofil 10 verbinden und zudem der Kern 20 intakt bleibt, d.h. während der Herstellung des Faserverbund-Hohlprofils 10 nicht kollabiert oder anderweitig versagt.The manufacturing parameters, in particular the temperature of the
Das Faserverbund-Hohlprofil 10 ist nun fertiggestellt, wobei der Kern 20 im fertigen Faserverbund-Hohlprofil 10 verbleiben kann.The fiber composite
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der beschriebenen ersten Ausführungsform in der Methode zur Erzeugung des Profilkerns 22.A second embodiment of the invention differs from the first embodiment described in the method for producing the
So werden in der zweiten Ausführungsform der Erfindung die Mikrorippen 14 in eine Form (nicht gezeigt) eingeführt.Thus, in the second embodiment of the invention, the
Die Form ist an zwei Seiten, einer Einfuhrseite und einer Ausgangsseite, geöffnet und die Mikrorippen 14 werden durch die Einfuhrseite an der Innenseite der Form kontinuierlich durch die Form geführt.The mold is opened on two sides, an input side and an output side, and the
Durch die Einfuhrseite wird ebenfalls kontinuierlich ein Schaummaterial eingeführt, welches in der Form ausschäumt und den Kern 20 bildet. Der Kern 20 füllt die Form zumindest in einem Querschnitt an der Ausgansseite aus.A foam material is also continuously introduced through the import side, which foams in the mold and forms the
Der Kern 20 wird zusammen mit den Mikrorippen 14 als Profilkern 22 durch die Ausgangsseite ausgebracht.The
Auf diese Weise wird ebenfalls ein Profilkern 22 aus Mikrorippen 14 und Kern 20 erzeugt, der nach dem zur ersten Ausführungsform beschriebenen Verfahren weiterverarbeitet werden kann.In this way, a
Die Verwendung des Pultrusionsverfahrens ermöglicht eine sehr wirtschaftliche und kontinuierliche Fertigung des Faserverbund-Hohlprofils 10. Dies gilt insbesondere, wenn der Profilkern 22 durch einen kontinuierlichen Herstellungsprozess erzeugt wird.The use of the pultrusion process enables very economical and continuous production of the fiber composite
Denkbar ist selbstverständlich auch, dass mithilfe des Profilkerns 22 auch auf andere Weise, als der oben beschriebenen, ein Faserverbund-Hohlprofil 10 erzeugt werden kann. Beispielsweise eignet sich hierzu auch ein RTM-Verfahren (Resin Transfer Molding), dass ebenfalls in der Massenproduktion wirtschaftlich eingesetzt werden kann.It is of course also conceivable that a fiber composite
Die beschriebene rechteckige Querschnittsgeometrie des Hauptprofils 12 und somit des Hohlprofils 10 ist lediglich als Beispiel zu verstehen. Hohlprofile mit anderen, nahezu beliebigen Querschnittsgeometrien lassen sich selbstverständlich auch mit dem beschriebenen Verfahren herstellen.The described rectangular cross-sectional geometry of the
Ebenso eignet sich das Verfahren für Sandwichprofile, bei denen auf gegenüberliegenden Seiten eines Kerns 20 jeweils ein Hauptprofil 12 und Mikrorippen 14 vorgesehen ist. Entsprechend erstreckt sich der Begriff Faserverbund-Hohlprofil 10 im Zusammenhang dieser Erfindung auch auf Sandwichprofile.The method is also suitable for sandwich profiles, in which a
Auch ist es denkbar, dass anstelle eines Schaummaterials für den Kern 20 ein Wachs oder ähnliches verwendet wird. Ebenso sind Wasser-Innendruck-Kerne als Kern 20 geeignet.It is also conceivable that instead of a foam material for the core 20, a wax or something similar is used. Internal water pressure cores are also suitable as
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