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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Bauteils sowie ein eine Verstärkungsstruktur aufweisendes Bauteil, insbesondere ein eine Verstärkungsstruktur aufweisendes Bauteil für ein Kraftfahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl unterschiedlicher faserverstärkte Bauteile sowie Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen hinlänglich bekannt. Faserverstärkte Bauteile finden auf vielen Gebieten der Technik Einsatz und haben sich insbesondere wegen ihrer hohen Steifigkeit bei geringer Dichte sowie hohen Belastbarkeit vor allem in der Leichtbauweise im Fahrzeugbau sowie in der Luft- und Raumfahrt durchgesetzt.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind faserverstärkte Bauteile bekannt, welche sich aufgrund ihrer hohen gewichtsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit hervorragend als Leichtbauwerkstoff eignen. Ein Ausgangsmaterial faserverstärkter Bauteile wird auch als Faserverbundwerkstoff bezeichnet. Ein bekannter Faserverbundwerkstoff ist beispielsweise kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK; umgangssprachlich häufig auch unter der Bezeichnung Carbon bekannt). Faserverbundwerkstoffe weisen grundsätzlich mindestens eine Verstärkungsfaser auf, die beispielsweise als strangförmige Verstärkungsfaser oder als Verstärkungsfasergeflecht ausgebildet ist. Die Verstärkungsfaser ist mit einem Matrixwerkstoff imprägniert und somit von diesem zumindest teilweise umgeben bzw. in diesem eingebettet. Bekannte Matrixwerkstoffe sind beispielsweise duroplastische Polymere, wie z. B. Epoxidharz, Acryl und Polyurethan, oder thermoplastische Polymere, wie z. B. Polycarbonat, Polypropylen und Polyethylen.
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Zur Herstellung faserverstärkter Bauteile ist eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren bekannt. Beispiels weise ist ein faserverstärktes Bauteil mittels folgender Prozessschritte herstellbar. In einem ersten Schritt werden trockene textile Faserhalbzeuge zu einem Vorformling, der auch Preform genannt wird, verarbeitet. Hierfür werden die trockenen Faserhalbzeuge durch entsprechendes Zuschneiden konfektioniert und zu einer flächigen und/oder zum Teil komplexen, einer Bauteilendkontur angepassten, Faserstruktur bzw. einem Fasergewebe angeordnet. Für diesen ersten Prozessschritt werden häufig aus der Textiltechnik stammende, aber auch auf der Klebetechnologie basierende Verfahren verwendet. In einem zweiten Schritt wird der Vorformling in ein Werkzeug, wie z. B. ein Imprägnierwerkzeug, eingelegt und zu einem Faserverbundbauteil weiterverarbeitet. Dieser Verfahrensschritt wird auch als Infiltration bzw. als Imprägnierung bezeichnet. Bei der Imprägnierung wird eine viskose Kunststoffmatrix mittels eines Druckgefälles in den Vorformling eingebracht. Die Kunststoffmatrix füllt bei der Imprägnierung Faserzwischenräume des Vorformlings und verbindet somit benachbarte Fasern miteinander. In einem dritten, der Imprägnierung folgenden Schritt wird das Faserverbundbauteil ausgehärtet. Dies erfolgt durch Wärmezufuhr im Werkzeug, beispielsweise in einem entsprechenden Ofen. Nach der Aushärtung wird das Faserverbundbauteil in einem vierten Schritt aus dem Werkzeug entformt. Bei duroplastischen Matrixwerkstoffen ist ein Umformen des Faserverbundbauteils nach dem Aushärten nicht mehr möglich. In einem fünften Schritt wird das ausgehärtete Faserverbundbauteil einer Nachbearbeitung unterzogen. Bei der Nachbearbeitung werden beispielsweise Durchführungen und Löcher für Befestigungsmittel in das Faserverbundbauteil eingebracht. Dies erfolgt z. B. durch spanende Verfahren, wie z. B. Fräsen oder Bohren sowie Wasserstrahl- oder Laserschneidverfahren.
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Bekannte Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen haben den Nachteil, dass die Herstellungskosten besonders hoch sind. Es entstehen beispielsweise hohe Investitionskosten durch hohe Werkzeugkosten, Anlagenkosten sowie einen hohen Lohnkostenanteil und hohe Materialkosten, wegen eines relativ hohen Materialausschusses durch einen ineffizienten Materialeinsatz. Ferner weisen mittels herkömmlicher Verfahren hergestellte Bauteile keine optimale Gewichts- bzw. Materialbilanz auf, da diese beispielsweise an einigen Bereichen mehr Material aus konstruktiv erforderlich aufweisen sowie mehr Matrixwerkstoff zum Imprägnieren bzw. Zusammenhalten der Verstärkungsfasern erforderlich ist. Bei Hohlprofilen werden Stützkerne benötigt, die mittels Formen hergestellt werden müssen und am fertigen Bauteil verbleiben. Überdies ist eine Gestaltungsfreiheit von mittels herkömmlicher Verfahren hergestellten Bauteilen stark eingeschränkt, da z. B. Hinterschneidungen nicht oder nur schwer realisierbar sind.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie ein System zur Herstellung eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Bauteils bereitzustellen, mittels deren eine Verstärkungsstruktur aufweisende Bauteile kostengünstiger, gewichtsoptimierter und mit einer höheren Gestaltungsfreiheit als durch bekannte Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Bauteile herstellbar sind. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung ein eine Verstärkungsstruktur aufweisendes Bauteil bereitzustellen, das mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder eines erfindungsgemäßen Systems herstellbar ist.
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Die voranstehende Aufgabe wird durch die Ansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein eine Verstärkungsstruktur aufweisendes Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und ein System zur Herstellung eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 14. 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 Verfahren zur Herstellung eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Bauteils beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Bauteils sowie dem erfindungsgemäßen System zur Herstellung eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Bauteils und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Bauteils, aufweisend die Schritte:
- – Erzeugen einer Struktur aus einem Ausgangswerkstoff mittels einer Strukturerzeugungsvorrichtung, wobei der Ausgangswerkstoff in einen Verstärkungswerkstoff umwandelbar ist;
- – Umwandeln des Ausgangswerkstoffs in einen Verstärkungswerkstoff mittels einer Umwandlungsvorrichtung, wobei hierdurch eine Verstärkungsstruktur erzeugt wird; und
- – Imprägnieren der Verstärkungsstruktur mit einem Matrixwerkstoff mittels einer Imprägniervorrichtung.
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Unter einer Struktur wird erfindungsgemäß eine geometrische, zweidimensionale oder dreidimensionale Anordnung eines Materials verstanden. Eine Struktur unterscheidet sich demnach von einem Vollmaterial dadurch, dass die Struktur Bereiche aufweist, in denen kein Material, wie z. B. Ausgangsmaterial oder Verstärkungsmaterial angeordnet ist. Diese Bereiche werden im Folgenden als Kammern bezeichnet. Die Kammern sind dabei nicht zwangsläufig durch geschlossene Wände voneinander getrennt sondern können ineinander übergehen. Durch die Struktur werden in diesem Fall die Umrisse der Kammern bestimmt. Die Struktur unterscheidet sich von der Verstärkungsstruktur im Wesentlichen durch das Merkmal, dass die Struktur aus dem Ausgangswerkstoff und die Verstärkungsstruktur aus dem Verstärkungswerkstoff, also dem umgewandelten Ausgangswerkstoff, gebildet sind.
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Ein Ausgangswerkstoff ist im Sinne der Erfindung ein Werkstoff, der mittels einer Umwandlungsvorrichtung in einen Verstärkungswerkstoff umwandelbar ist. Eine Umwandlungsvorrichtung ist beispielsweise als Laser ausgebildet oder weist eine Düse auf, die zum Einbringen eines Stoffes zum Bewirken einer chemischen Reaktion mit dem Ausgangswerkstoff ausgebildet ist. Mittels einer solchen Umwandlungsvorrichtung ist der Ausgangswerkstoff zur Umwandlung in den Verstärkungswerkstoff an lokalen Stellen erwärmbar bzw. verbrennbar. Der Ausgangswerkstoff weist eine derartige Beschaffenheit auf, dass mittels einer Strukturerzeugungsvorrichtung eine Struktur aus diesem erzeugbar ist. Eine Strukturerzeugungsvorrichtung ist beispielsweise ein 3D-Drucker. Vorzugsweise ist der Ausgangswerkstoff derart formbar, dass eine aus dem Ausgangswerkstoff erzeugte Struktur zumindest teilweise temporär und ohne äußere Belastungen formstabil bzw. im Wesentlichen formstabil ist.
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Ein Verstärkungswerkstoff ist im Sinne der Erfindung ein Werkstoff, der durch Umwandlung eines Ausgangswerkstoffs hergestellt ist. Ein Verstärkungswerkstoff ist zur Verstärkung eines Bauteils ausgebildet und ist fester als der Ausgangswerkstoff. Eine aus einem Verstärkungswerkstoff gebildete Verstärkungsfaser weist demnach mechanische Eigenschaften wie z. B. Kohlenstofffasern (Karbonfasern), Glasfasern oder Aramidfasern auf. Somit ist eine aus einem Verstärkungswerkstoff gebildete Struktur auch bei äußeren Belastungen formstabil.
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Die aus dem Verstärkungswerkstoff gebildete Struktur wird als Verstärkungsstruktur bezeichnet. Die Verstärkungsstruktur weist im Gegensatz zu herkömmlichen Strukturen aus Verstärkungswerkstoff, die zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen verwendet werden, vorzugsweise kein Gelege oder Geflecht auf sondern ist im Wesentlichen einteilig ausgebildet. Die Erzeugung einer derartigen Verstärkungsstruktur ist mit herkömmlichen Verfahren nicht möglich.
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Die Verstärkungsstruktur wird in einem weiteren Verfahrensschritt mit einem Matrixwerkstoff imprägniert. Bei diesem Verfahrensschritt wird flüssiger Matrixwerkstoff in die Kammern der Struktur eingeleitet. Vorzugsweise werden die Kammern hierbei vollständig bzw. im Wesentlichen Vollständig mit Matrixmaterial ausgefüllt. Anschließend wird der Matrixwerkstoff in den Kammern zumindest derart ausgehärtet, dass dieser in den Kammern verbleibt bzw. an einem Ausfließen aus den Kammern gehindert wird. Das ausgehärtete Matrixmaterial weist eine geringere Steifigkeit als das Verstärkungsmaterial auf.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Bauteils hat gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Bauteile den Vorteil, dass die Verstärkungsstruktur auf einfache Weise erzeugbar ist. Somit sind beispielsweise gewichtsoptimierte Strukturen mit Hinterschneidungen erzeugbar. Überdies wird ein Materialbedarf für die Verstärkungsstruktur reduziert, da das Material gewichtsoptimiert verteilbar ist und kein Nachbearbeitungsschritt zum Entfernen von Verstärkungsmaterial erforderlich ist. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren flexibel einsetzbar und eine Veränderung der Bauteilgeometrie leicht umsetzbar. Kerne, die anschließend im Bauteil verbleiben, sind nicht erforderlich. Die Verstärkungsstruktur weist eine höhere Steifigkeit als Gelege oder Geflechte herkömmlicher faserverstärkter Bauteile auf. Ferner weist die Verstärkungsstruktur bereits vor dem Imprägnieren einen größeren Zusammenhalt als Gelege oder Geflechte auf.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vielzahl unterschiedlicher Bauteile, insbesondere für Kraftfahrzeuge herstellbar. Somit sind beispielsweise Halter, Träger, Abstützungen, Streben, Karosserieteile, Strukturteile, komplette Karosserien oder Fahrwerkkomponenten, wie z. B. Achsen, Felgen oder Bremsen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbar.
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Es ist bevorzugt, dass der Ausgangswerkstoff Polyacrylnitril und/oder Pech und/oder Cellulose und/oder Lignin aufweist, und/oder dass der Verstärkungswerkstoff zumindest zu einem überwiegenden Anteil einen grafitförmigen und/oder grafitartig angeordneten Kohlenstoff aufweist. Derartige Ausgangswerkstoffe sind zur Herstellung einer Verstärkungsstruktur aus Karbon bzw. einer Karbonhaltigen Verstärkungsstruktur besonders geeignet. Mittels einer geeigneten Umwandlungsvorrichtung, wie z. B. eines Lasers, sind diese Ausgangswerkstoffe leicht in den Verstärkungswerkstoff umwandelbar, ohne dabei die gebildete Struktur zu zerstören. Derartige Verstärkungswerkstoffe sind zum Verstärken von Bauteilen, insbesondere gewichtsoptimierter Bauteile, besonders geeignet.
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Vorzugsweise weist die Verstärkungsstruktur bzw. die Struktur eine Mehrzahl von Strukturelementen sowie eine Mehrzahl von Knotenpunkten auf, wobei an einem Knotenpunkt mindestens zwei Strukturelemente einteilig miteinander ausgebildet sind. Ein Strukturelement weist vorzugsweise eine wesentlich größere Länge aus dessen Durchmesser auf. Ein Strukturelement ist beispielsweise stabförmig ausgebildet. Ein Knotenpunkt ist ein Verbindungspunkt von mindestens zwei Strukturelementen. Vorzugsweise ist ein Knotenpunkt kerbwirkungsoptimiert ausgebildet, so dass der Knotenpunkt anstatt einer zwischen zwei Strukturelementen ausgebildeten Kerbe vorzugsweise eine Rundung aufweist. Die Struktur ist vorzugsweise FEM-artig ausgebildet. Eine derartige Struktur hat den Vorteil, dass diese besonders belastungs- sowie gewichtsoptimiert ausgebildet und leicht erzeugbar ist.
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Weiter bevorzugt sind die Strukturelemente gerade oder im Wesentlichen gerade ausgebildet, wobei an einem Knotenpunkt angeordnete Strukturelemente eine unterschiedliche Orientierung aufweisen. Eine derartige Struktur hat den Vorteil, dass diese besonders belastungs- sowie gewichtsoptimiert ausgebildet und leicht erzeugbar ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Struktur bzw. Verstärkungsstruktur als eine dreidimensionale Struktur bzw. Verstärkungsstruktur erzeugt wird. Somit sind nicht nur flächige sondern auch dreidimensionale Erzeugnisse herstellbar.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Struktur bzw. Verstärkungsstruktur auf einer Basisfläche erzeugt, wobei während des Erzeugens der Struktur bzw. Verstärkungsstruktur die Basisfläche um mindestens eine Achse verschwenkt wird. Hierbei erfolgt ein Verschwenken vorzugsweise um eine horizontal bzw. im Wesentlichen horizontal verlaufende Achse. Dabei ist bevorzugt, dass die Struktur bzw. Verstärkungsstruktur an der Basisfläche gehalten wird. Ein Verschwenken hat den Vorteil, dass komplexere Strukturen bzw. Verstärkungsstruktur mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Einfluss der Schwerkraft erzeugbar sind.
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Es ist vorteilhaft, wenn beim Erzeugen der Struktur eine Stützvorrichtung zum Abstützen der Struktur oder mindestens eines Bereichs der Struktur verwendet wird. Dies ist insbesondere bei komplexen Strukturen von Vorteil, die ohne Stützvorrichtung kollabieren würden. Auf diese Weise werden eine Gestaltungsvielfalt für herstellbare Bauteile sowie eine Prozesssicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlich erhöht.
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Vorzugsweise wird die Stützvorrichtung nach dem Umwandeln mindestens eines Teilbereichs der Struktur von der Verstärkungsstruktur entfernt. Dabei ist es bevorzugt, dass die Struktur mittels der Stützvorrichtung solange abgestützt wird, bis die Verstärkungsstruktur durch den Verstärkungswerkstoff eine hinreichende Stabilität aufweist. Ein Entfernen der Stützvorrichtung hat den Vorteil, dass das mit der Verstärkungsstruktur hergestellte Bauteil weiter gewichtsoptimiert ist. Bei Herkömmlichen Verfahren verbleiben derartige Stützelemente oftmals im Bauteil.
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Es ist bevorzugst, dass der Ausgangswerkstoff durch eine thermische und/oder chemische Reaktion zu dem Verstärkungswerkstoff umgewandelt wird. Bevorzugt wird der Ausgangswerkstoff erhitzt und reagiert dann mit Sauerstoff. Alternativ oder zusätzlich wird der Ausgangswerkstoff mit einem chemischen Stoff beaufschlagt, um eine Umwandlung in den Verstärkungswerkstoff zu bewirken. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Struktur durch die Umwandlung nicht bzw. nicht substanziell beschädigt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird der Ausgangswerkstoff während des Erzeugens der Struktur zu dem Verstärkungswerkstoff umgewandelt. Somit kann beispielsweise der Ausgangswerkstoff eines Bereichs der Struktur umgewandelt werden, während ein anderer Bereich der Struktur erzeugt wird. Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass der Ausgangswerkstoff direkt bzw. im Wesentlichen direkt nach Erzeugung der Struktur umgewandelt wird. Dies hat den Vorteil, dass eine Formstabilität der Struktur verbessert und die Notwendigkeit von Stützvorrichtungen reduziert werden.
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Vorzugsweise weist der Matrixwerkstoff einen Thermoplasten und/oder einen Duroplasten auf. Besonders bevorzugt weist der Matrixwerkstoff ein Harz auf. Derartige Matrixwerkstoffe sind gut verfügbar sowie leicht verarbeitbar.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein verstärktes Bauteil, aufweisend eine Verstärkungsstruktur aus einem Verstärkungswerkstoff, der aus Kohlenstoff oder im Wesentlichen aus Kohlenstoff besteht, wobei die Verstärkungsstruktur mit einem Matrixwerkstoff imprägniert ist. Die Verstärkungsstruktur weist eine Mehrzahl von Strukturelementen sowie eine Mehrzahl von Knotenpunkten auf, wobei an einer Mehrzahl von Knotenpunkten mindestens zwei Strukturelemente einteilig miteinander ausgebildet sind. Ein derartiges Bauteil hat gegenüber bekannten faserverstärkten Bauteilen den Vorteil, dass die Verstärkungsstruktur eine höhere Steifigkeit aufweist. Das erfindungsgemäße Bauteil ist somit belastungs- sowie gewichtsoptimiert ausgebildet und kostengünstig herstellbar.
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Vorzugsweise ist das Bauteil mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Bauteils hergestellt. Ein derartiges Bauteil ist somit kostengünstig sowie gewichtsoptimiert herstellbar.
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Beispiele für erfindungsgemäße Bauteile sind Halter, Träger, Abstützungen, Streben, Karosserieteile, Strukturteile, komplette Karosserien oder Fahrwerkkomponenten, wie z. B. Achsen, Felgen oder Bremsen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein System zur Herstellung eines eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Bauteils, aufweisend eine Basisfläche auf der eine dreidimensionale Struktur aus einem Ausgangswerkstoff erzeugbar ist, eine Strukturerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur aus dem Ausgangswerkstoff auf der Basisfläche, einer Umwandlungsvorrichtung zum Umwandeln des Ausgangswerkstoffs der Struktur in einen Verstärkungswerkstoff, wobei hierdurch eine Verstärkungsstruktur erzeugt wird, und eine Imprägniervorrichtung zum Imprägnieren der Verstärkungsstruktur aus Verstärkungswerkstoff mit einem Matrixwerkstoff. Mittels eines derartigen Systems sind das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar sowie das erfindungsgemäße Bauteil herstellbar.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen jeweils schematisch:
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1 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
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2 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines verstärkten Bauteils gemäß der Erfindung.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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In 1 ist schematisch ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird eine Struktur, beispielsweise eine dreidimensionale Struktur, mit einer Strukturerzeugungsvorrichtung aus einem Ausgangswerkstoff erzeugt.
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Der Ausgangswerkstoff wird in einem zweiten Verfahrensschritt 200, der vorzugsweise im Wesentlichen gleichzeitig mit dem ersten Verfahrensschritt 100 abläuft, mittels einer Umwandlungsvorrichtung in einen Verstärkungswerkstoff umgewandelt. Der Verstärkungswerkstoff weist eine wesentlich höhere Steifigkeit als der Ausgangswerkstoff auf. Bevorzugt wird der Ausgangswerkstoff direkt nach dem Erzeugen eines Teilbereichs der Struktur in den Verstärkungswerkstoff umgewandelt, während weitere Teilbereiche der Struktur erzeugt werden.
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In einem dritten Verfahrensschritt 300 wird die somit gebildete Verstärkungsstruktur mit einem Matrixwerkstoff imprägniert bzw. injiziert. Dabei dringt Matrixwerkstoff in Freiräume der Verstärkungsstruktur, die auch als Kammern bezeichnet werden, ein.
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In einem vierten Verfahrensschritt 400 wird der Matrixwerkstoff, z. B. durch Erwärmen, ausgehärtet. Das somit hergestellte Bauteil weist eine Verstärkungsstruktur auf und ist belastungs- sowie gewichtsoptimiert ausgebildet. Da bei dem Verfahren im Wesentlichen keine Abfallstoffe entstehen, z. B. durch eine mechanische Nachbearbeitung, sind hierdurch Material- sowie Entsorgungskosten einsparbar.
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Der in 2 schematisch dargestellte Ausschnitt eines erfindungsgemäßen, verstärkten Bauteils 2 zeigt eine dreidimensionale Verstärkungsstruktur 1, die aus einem Verstärkungswerkstoff gebildet ist. Die Verstärkungsstruktur 1 weist eine Mehrzahl von Strukturelementen 4 auf, die an Knotenpunkten 5 einteilig miteinander verbunden sind. Somit ist die gesamte Verstärkungsstruktur 1 einteilig ausgebildet.
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Die Strukturelemente 4 sind derart angeordnet, Kammern 6 zu bilden. In den Kammern 6 ist ein Matrixwerkstoff 3 angeordnet und ausgehärtet. In diesem Beispiel weisen die Kammern 6 eine sechseckige Grundfläche auf. Erfindungsgemäß können auch andere regelmäßige oder unregelmäßige Strukturen für die Anordnung der Strukturelemente 4 bzw. Ausbildung der Kammern 6 vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstärkungsstruktur
- 2
- Bauteil
- 3
- Matrixwerkstoff
- 4
- Strukturelement
- 5
- Knotenpunkt
- 6
- Kammer
- 100
- erster Verfahrensschritt
- 200
- zweiter Verfahrensschritt
- 300
- dritter Verfahrensschritt
- 400
- vierter Verfahrensschritt
