DE102016015765A1 - Method and arrangement for producing a fiber composite component - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Anordnung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils (10). Das Verfahren umfasst die Schritte: Einleiten (S01) eines Ferrofluids (51) in eine Bauteilkavität (12) mit einem Fasermaterial (14); Anlegen (S02) eines magnetischen Felds (20) an die Bauteilkavität (12); und Einleiten (S03) eines Matrixmaterials (52) in die Bauteilkavität (12).The present invention provides a method and apparatus for making a fiber composite component (10). The method comprises the steps of: introducing (S01) a ferrofluid (51) into a component cavity (12) with a fiber material (14); Applying (S02) a magnetic field (20) to the component cavity (12); and introducing (S03) a matrix material (52) into the component cavity (12).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils. Unter einem Faserverbundbauteil ist insbesondere ein Bauteil zu verstehen, welches einen Faserverbundwerkstoff aufweist oder aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.The present invention relates to a method and an arrangement for producing a fiber composite component. A fiber composite component is to be understood in particular as a component which has a fiber composite material or consists of a fiber composite material.
Ein vorteilhaftes grundlegendes Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils ist ein sogenanntes Infiltrations- oder Infusionsverfahren, welches auch als Harzinfusionsverfahren bezeichnet wird. Bei einem solchen Verfahren wird üblicherweise ein Fasermaterial, beispielsweise ein Faserhalbzeug, in einer Bauteilkavität angeordnet, welche als Negativform dient. Eine Kunststoff-Folie kann über den Rand der Bauteilkavität gelegt werden und zum hermetischen Versiegeln der Bauteilkavität verwendet werden. Innerhalb der Bauteilkavität kann sodann ein Vakuum etabliert werden. In einem ersten Bereich der Bauteilkavität wird eine Harzzufuhr angeordnet, mittels welcher ein Harz als ein Matrixmaterial in die Bauteilkavität eingeleitet wird. An einer, üblicherweise möglichst weit weg von der Harzzufuhr angeordneten, Absaugung wird durch permanentes Absaugen das Vakuum erzeugt und aufrecht erhalten und so eine Strömung des Harzes in der Bauteilkavität erzeugt oder verstärkt. Herausforderungen stellen sich bei diesem Verfahren durch das mitunter schwer vorhersagbare Fließverhalten des Harzes an Bauteilkanten, Wölbungen, Ecken und dergleichen.An advantageous basic method for producing a fiber composite component is a so-called infiltration or infusion method, which is also referred to as a resin infusion method. In such a method, usually a fiber material, for example a semi-finished fiber product, is arranged in a component cavity, which serves as a negative mold. A plastic film can be placed over the edge of the component cavity and used to hermetically seal the component cavity. Within the component cavity, a vacuum can then be established. In a first region of the component cavity, a resin supply is arranged, by means of which a resin is introduced as a matrix material in the Bauteilkavität. At a suction usually arranged as far away as possible from the resin supply, the vacuum is generated and maintained by permanent suction, thus creating or increasing a flow of the resin in the component cavity. Challenges arise in this process by the sometimes difficult predictable flow behavior of the resin on component edges, vaults, corners and the like.
Beispielsweise kann es zu einem lokalen Vorauseilen des Matrixmaterials in bestimmten Bereichen kommen, welches auch als Race-Tracking bezeichnet wird. Dabei kann es dazu kommen, dass das Matrixmaterial in weiten Bereichen an dem Fasermaterial vorbei fließt. Race-Tracking kann beispielsweise auftreten, wenn sich zwischen der Harzzufuhr, welche auch als Zuführung oder als Anguss bezeichnet wird, und der Absaugung lokale Bereiche befinden, die dem Matrixmaterial beim Durchfließen einen deutlich geringeren Widerstand bieten als umliegende Bereiche. Je nach der Anordnung von Anguss und Absaugung kann es auch außerhalb des Fasermaterials zu Race-Tracking kommen. Race-Tracking kann dazu führen, dass Trockenstellen innerhalb des Faserverbundbauteils entstehen.For example, there may be a local advance of the matrix material in certain areas, which is also referred to as race tracking. It can happen that the matrix material flows over the fiber material in a wide range. Race tracking can occur, for example, when there are local areas between the resin feed, which is also referred to as feed or as a sprue, and the suction, which offer the matrix material a much lower resistance to flowing through than the surrounding areas. Depending on the arrangement of sprue and suction, race tracking may also occur outside of the fiber material. Race tracking can lead to dry spots within the fiber composite component.
Des Weiteren kann es zu einer unzureichend kontrollierten Fortbewegung des Matrixmaterials außerhalb des Fasermaterials, welches auch als Faservorformling oder als Preform bezeichnet wird, insbesondere an den seitlichen Rändern der Bauteilkavität kommen.Furthermore, an insufficiently controlled movement of the matrix material outside the fiber material, which is also referred to as a fiber preform or as a preform, can occur, in particular at the lateral edges of the component cavity.
In der
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.The present invention provides a method having the features of
Dementsprechend wird ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils bereitgestellt, mit den Schritten: Einleiten eines Ferrofluids in eine Bauteilkavität mit einem Fasermaterial; Anlegen eines magnetischen Felds an die Bauteilkavität; und Einleiten eines Matrixmaterials in die Bauteilkavität. Das Einleiten des Ferrofluids und das Einleiten des Matrixmaterials können gleichzeitig erfolgen.Accordingly, there is provided a method of making a fiber composite component comprising the steps of: introducing a ferrofluid into a component cavity with a fibrous material; Applying a magnetic field to the component cavity; and introducing a matrix material into the component cavity. The introduction of the ferrofluid and the introduction of the matrix material can take place simultaneously.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils bereitgestellt, mit den Schritten: Einleiten eines ferrofluidischen Matrixmaterials in eine Bauteilkavität mit einem Fasermaterial; und Anlegen eines magnetischen Felds an die Bauteilkavität. Das Einleiten des ferrofluidischen Matrixmaterials kann vor, nach, und/oder während des Anlegens des magnetischen Felds an die Bauteilkavität erfolgen.Furthermore, a method is provided for producing a fiber composite component, comprising the steps of: introducing a ferrofluidic matrix material into a component cavity with a fiber material; and applying a magnetic field to the component cavity. The introduction of the ferrofluidic matrix material can take place before, after, and / or during the application of the magnetic field to the component cavity.
Unter einem ferrofluidischen Matrixmaterial ist insbesondere ein Stoff zu verstehen, welcher gleichzeitig als Matrixmaterial verwendbar ist, also z. B. aushärtbar ist, und gleichzeitig ferrofluidische Eigenschaften aufweist, d. h. gleichzeitig auch als Ferrofluid klassifizierbar ist. Wann immer im Folgenden auf ein Ferrofluid Bezug genommen wird, kann dies, sofern nicht explizit etwas anderes beschrieben ist, gemäß Varianten auch als Bezug auf ein ferrofluidisches Matrixmaterial verstanden werden.A ferrofluidic matrix material is to be understood as meaning, in particular, a substance which can be used at the same time as a matrix material, ie, for example. B. curable, and at the same ferrofluidische properties, d. H. can also be classified as ferrofluid at the same time. Whenever reference is made to a ferrofluid in the following, unless explicitly stated otherwise, according to variants, this can also be understood as referring to a ferrofluidic matrix material.
Als Bauteilkavität wird insbesondere derjenige Raum bezeichnet, in welchem sich das Fasermaterial befindet und mit Matrixmaterial versetzt werden soll.The term "component cavity" refers in particular to that space in which the fiber material is located and is to be mixed with matrix material.
Weiterhin wird eine Anordnung zum Herstellen eines Faserverbundbauteils bereitgestellt, mit: einer Bauteilkavität mit einem Fasermaterial; einer Einleitungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein Ferrofluid und ein Matrixmaterial und/oder ein ferrofluidisches Matrixmaterial in die Bauteilkavität einzuleiten; und eine Magnetfeldeinrichtung, welche dazu ausgelegt oder eingerichtet ist, ein magnetisches Feld an die Bauteilkavität anzulegen, insbesondere ein magnetisches Feld im Bereich des eingeleiteten Ferrofluids bzw. des eingeleiteten ferrofluidischen Matrixmaterials zu erzeugen.Furthermore, an arrangement for producing a fiber composite component is provided, comprising: a component cavity with a fiber material; an introducing device which is designed to introduce a ferrofluid and a matrix material and / or a ferrofluidic matrix material into the component cavity; and a magnetic field device which is designed or adapted to apply a magnetic field to the component cavity, in particular to generate a magnetic field in the region of the introduced ferrofluid or of the introduced ferrofluidic matrix material.
Die Einleitungseinrichtung kann zwei voneinander räumlich separate Einleitungselemente aufweisen, von denen ein erstes Einleitungselement zum Einleiten des Ferrofluids und/oder des ferrofluidischen Matrixmaterials ausgelegt ist und ein zweites Einleitungselement zum Einleiten des nicht-ferrofluidischen Matrixmaterials. Alternativ kann die Einleitungseinrichtung zwei voneinander separate Einleitungselemente aufweisen, von denen ein erstes Einleitungselement zum Einleiten des nicht-ferrofluidischen Matrixmaterials und/oder des ferrofluidischen Matrixmaterials ausgelegt ist und ein zweites Einleitungselement zum Einleiten des Ferrofluids, welches nicht als Matrixmaterial verwendbar ist, ausgelegt ist.The introduction device may have two spatially separate introduction elements, of which a first introduction element for Introducing the ferrofluid and / or the ferrofluidic matrix material is designed and a second introduction element for introducing the non-ferrofluidic matrix material. Alternatively, the introduction device may comprise two separate introduction elements, of which a first introduction element is designed for introducing the non-ferrofluidic matrix material and / or the ferrofluidic matrix material, and a second introduction element is designed for introducing the ferrofluid, which is not usable as matrix material.
Als ein Ferrofluid wird eine Flüssigkeit bezeichnet, die auf ein magnetisches Feld reagiert. Ein Ferrofluid kann beispielsweise aus einem Trägerfluid und darin dispers verteilten ferromagnetischen und/oder ferrimagnetischen Partikeln bestehen. Vorteilhaft sind die Partikel sogenannte Schwebeartikel und sind langfristig gleichmäßig im Fluid verteilt. Bevorzugt sind die Partikel kolloidal suspendiert. Bei dem Ferrofluid handelt es sich außerdem bevorzugt um eine Dispersion.A ferrofluid is a liquid that reacts to a magnetic field. A ferrofluid may consist, for example, of a carrier fluid and ferromagnetic and / or ferrimagnetic particles dispersed therein. Advantageously, the particles are so-called floating articles and are evenly distributed over the long term in the fluid. Preferably, the particles are colloidally suspended. The ferrofluid is also preferably a dispersion.
Diese Partikel sind vorteilhaft so klein, dass sie in der Flüssigkeit nicht absinken, verklumpen oder sich bei Einwirkung magnetischer Kräfte gegenseitig anziehen. Die Größe der Partikel in dem Ferrofluid beträgt bevorzugt zwischen einem und zehn Nanometern, insbesondere zwischen fünf und zehn Nanometern. Das Ferrofluid kann ein superparamagnetisches Verhalten aufweisen. Superparamagnetisch ist ein Stoff, wenn er die magnetische Eigenschaft hat, auch bei Temperaturen unterhalb der Curie-Temperatur keine bleibende Magnetisierung zu halten, wenn ein zuvor angelegtes Magnetfeld abgeschaltet wurde.These particles are advantageously so small that they do not sink in the liquid, clump together or attract each other under the action of magnetic forces. The size of the particles in the ferrofluid is preferably between one and ten nanometers, in particular between five and ten nanometers. The ferrofluid may have a superparamagnetic behavior. Superparamagnetic is a substance, if it has the magnetic property, even at temperatures below the Curie temperature no permanent magnetization to hold when a previously applied magnetic field has been turned off.
Ferrofluide verfestigen sich unter magnetischem Einfluss nicht und unterscheiden sich darin beispielsweise von magnetorheologischen Flüssigkeiten, welche unter einem magnetischen Einfluss ihre Viskosität verändern.Ferrofluids do not solidify under magnetic influence and differ, for example, from magnetorheological fluids which change their viscosity under a magnetic influence.
Somit kann durch erfindungsgemäße Verwendung eines Ferrofluids beim Herstellen eines Faserverbundbauteils, kombiniert mit einem geeigneten, in einer gewünschten Form und in einer gewünschten Feldstärke ausgebildeten Magnetfeld, für eine Vielzahl von verschieden geformten Faserverbundbauteilen jeweils ein gewünschtes Fließprofil für das Matrixmaterial innerhalb der Bauteilkavität erzeugt werden, insbesondere, falls zum Herstellen des Faserverbundbauteils ein Infusionsverfahren, bevorzugt ein Vakuum-Infusionsverfahren, verwendet wird.Thus, by using a ferrofluid according to the invention in producing a fiber composite component, combined with a suitable magnetic field formed in a desired shape and in a desired field strength, in each case a desired flow profile for the matrix material within the component cavity can be produced, in particular for a multiplicity of differently shaped fiber composite components if an infusion method, preferably a vacuum infusion method, is used for producing the fiber composite component.
Bevorzugt wird das Einleiten des Ferrofluids zeitlich dem Einleiten des Matrixmaterials vorangestellt, wobei sich die beiden Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise überlappen können. Bevorzugt erfolgt das Anlegen des magnetischen Felds vor dem Einleiten des Matrixmaterials in die Bauteilkavität, wobei auch diese Verfahrensschritte sich ganz oder teilweise überlappen können.The introduction of the ferrofluid is preferably preceded in time by the introduction of the matrix material, with the two method steps also being able to overlap completely or partially. The application of the magnetic field preferably takes place before the introduction of the matrix material into the component cavity, wherein these method steps may also overlap completely or partially.
Es kann vorteilhaft sein, wenn vor dem Einleiten des Matrixmaterials in die Bauteilkavität das Ferrofluid zumindest teilweise in die Bauteilkavität eingeleitet und durch Anlegen des magnetischen Felds in seinen Bewegungseigenschaften, d. h. insbesondere in seiner Bewegungsgeschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung, beeinflusst wird.It may be advantageous if, prior to the introduction of the matrix material into the component cavity, the ferrofluid is at least partially introduced into the component cavity and, by applying the magnetic field in its movement properties, ie. H. in particular in its movement speed and / or movement direction is influenced.
Auf diese Weise kann z. B. eine das Fließprofil des Matrixmaterials vorteilhaft beeinflussende Struktur mittels des Ferrofluids geschaffen werden. Dabei kann das Magnetfeld insbesondere derart angelegt werden, dass das Ferrofluid ein anderes Bewegungsprofil aufweist als das Matrixmaterial. Insbesondere können global oder lokal die Fließeigenschaften des Ferrofluids, insbesondere Bewegungsrichtungen und/oder Bewegungsgeschwindigkeiten, durch Anlegen des magnetischen Felds gezielt verändert werden.In this way, z. B. a flow profile of the matrix material advantageously influencing structure by means of the ferrofluid are created. In this case, the magnetic field can be applied in particular such that the ferrofluid has a different movement profile than the matrix material. In particular, globally or locally, the flow properties of the ferrofluid, in particular directions of movement and / or movement speeds, can be specifically changed by applying the magnetic field.
Insbesondere kann ein magnetisches Feld im Bereich einer Fließfront des Ferrofluids angelegt werden. Das Ferrofluid kann von diesem magnetischen Feld abgestoßen oder angezogen werden, wodurch die Fließgeschwindigkeit des Ferrofluids entsprechend verringert oder erhöht werden kann, und/oder die Bewegungsrichtung des Ferrofluids verändert werden kann.In particular, a magnetic field can be applied in the region of a flow front of the ferrofluid. The ferrofluid can be repelled or attracted by this magnetic field, whereby the flow speed of the ferrofluid can be correspondingly reduced or increased, and / or the direction of movement of the ferrofluid can be changed.
Durch Anlegen des magnetischen Felds im Bereich der Fließfront des Ferrofluids, welcher hier als erster Bereich bezeichnet wird, sind auch Bewegungseigenschaften eines nachfolgenden Fluids veränderbar, welches nicht, oder noch nicht, oder noch nicht erheblich, durch das magnetische Feld beeinflusst wird, d. h. welches sich in einem zweiten Bereich befindet, in welchem kein oder kein erhebliches magnetisches Feld wirkt. Das nachfolgende Fluid kann mit dem Ferrofluid in dem ersten Bereich insbesondere in Kontakt stehen; es kann sich auch um das Ferrofluid selbst handeln, welches sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Bereich vorhanden sein kann.By applying the magnetic field in the region of the flow front of the ferrofluid, which is referred to here as the first region, also movement properties of a subsequent fluid are changeable, which is not, or not yet, or not significantly affected by the magnetic field, d. H. which is located in a second area in which no or no significant magnetic field acts. The subsequent fluid may be in contact with the ferrofluid in the first region in particular; it may also be the ferrofluid itself, which may be present in both the first and second regions.
So kann etwa beim Fortschreiten des Ferrofluids, auf welches das magnetische Feld wirkt, innerhalb der Bauteilkavität das nachfolgende Fluid, etwa das Matrixmaterial und/oder mehr des Ferrofluids, in dem zweiten Bereich nachgezogen werden oder gebremst werden. Solche Effekte können bei gleichen oder ähnlichen Fluiden z. B. auf Kohäsion und bei unterschiedlichen Phasen z. B. auf Adhäsion beruhen.For example, as the ferrofluid advances, upon which the magnetic field acts, the subsequent fluid, such as the matrix material and / or more of the ferrofluid, within the device cavity may be drawn or braked in the second region. Such effects may occur with the same or similar fluids z. B. on cohesion and at different phases z. B. based on adhesion.
Wird, statt eines getrennten Einleitens eines Ferrofluids und eines Matrixmaterials, ein ferrofluidisches Matrixmaterial in die Bauteilkavität eingeleitet, kann vorteilhaft eine einzige Einleitungseinrichtung verwendet werden. Weiterhin verringert sich die Anzahl der nötigen Ausgangsstoffe, wodurch weitere wirtschaftliche und technische Vorteile erzielt werden können. Des Weiteren kann das ferrofluidische Matrixmaterial in der Bauteilkavität auch nach Fertigstellung des Faserverbundbauteils verbleiben, ohne dass sich dadurch grundlegend andere mechanische und/oder physikalische relevante Eigenschaften des Faserverbundbauteils ergeben, z. B. ein Temperaturausdehnungskoeffizient, eine Elastizität und dergleichen.Instead of separately introducing a ferrofluid and a matrix material, a ferrofluidic matrix material is introduced into the device cavity introduced, can be used advantageously a single introduction device. Furthermore, the number of required starting materials is reduced, whereby further economic and technical advantages can be achieved. Furthermore, the ferrofluidic matrix material can remain in the component cavity even after completion of the fiber composite component, without fundamentally resulting in any other mechanical and / or physical relevant properties of the fiber composite component, for example. As a coefficient of thermal expansion, elasticity and the like.
Weiterhin ist bei dieser Variante das Fließverfahren des Matrixmaterials in der gesamten Bauteilkavität während des Herstellungsverfahrens besonders präzise steuerbar, indem ein zeitlich und/oder räumlich auf das jeweilige Faserverbundbauteil hin optimiertes magnetisches Feld an die Bauteilkavität angelegt wird, um entsprechend zeitlich und/oder räumlich die Bewegungseigenschaften, insbesondere Bewegungsgeschwindigkeiten und/oder Bewegungsrichtungen, des ferrofluidischen Matrixmaterials zu beeinflussen.Furthermore, in this variant, the flow process of the matrix material in the entire Bauteilkavität during the manufacturing process can be controlled particularly precisely by a temporally and / or spatially applied to the respective fiber composite component out magnetic field is applied to the Bauteilkavität to temporally and / or spatially the movement properties , in particular movement speeds and / or directions of movement, of the ferrofluidic matrix material.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Further advantages will become apparent from the subclaims and from the description with reference to the figures.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Anlegen des magnetischen Felds derart, insbesondere zu einem solchen Zeitpunkt und/oder mit einer solchen Dauer und/oder mit einem derart räumlich ausgebildeten magnetischen Feld, dass eine Bewegungseigenschaft, insbesondere eine Bewegungsrichtung und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit, des Ferrofluids und/oder des ferrofluidischen Matrixmaterials, in zumindest einem Bereich der Bauteilkavität gesteuert, insbesondere verändert, erhöht oder verringert wird.According to a preferred development, the application of the magnetic field takes place in such a way, in particular at such a time and / or with such a duration and / or with such a spatially formed magnetic field, that a movement property, in particular a movement direction and / or a movement speed, of the ferrofluid and / or the ferrofluidic matrix material, controlled in at least one region of the component cavity, in particular changed, increased or decreased.
Bei dem zumindest einen Bereich kann es sich insbesondere um einen Bereich der Bauteilkavität handeln, welcher näher an einer Absaugeeinrichtung an der Bauteilkavität angeordnet ist als an einer Einleitungseinrichtung zum Einleiten des Matrixmaterials und/oder des ferrofluidischen Matrixmaterials in die Bauteilkavität. Insbesondere kann der zumindest eine Bereich in unmittelbarer Nähe der Absaugeeinrichtung, das heißt der Absaugung, angeordnet sein. Dadurch kann verhindert, oder die Wahrscheinlichkeit dafür vermindert werden, dass das Matrixmaterial oder das ferrofluidische Matrixmaterial in die Absaugeeinrichtung eindringt, was ein mitunter sehr aufwendiges Entfernen von zumindest teilweise ausgehärtetem Matrixmaterial aus der Absaugeeinrichtung nach Fertigstellung des Faserverbundbauteils nötig machen kann.The at least one region may in particular be a region of the component cavity which is arranged closer to a suction device on the component cavity than to an introduction device for introducing the matrix material and / or the ferrofluidic matrix material into the component cavity. In particular, the at least one region can be arranged in the immediate vicinity of the suction device, that is to say the suction device. This can prevent or reduce the likelihood that the matrix material or the ferrofluidic matrix material penetrates into the suction device, which may necessitate a sometimes very complicated removal of at least partially cured matrix material from the suction device after completion of the fiber composite component.
Der zumindest eine Bereich, oder einer von mehreren solchen Bereichen, kann auch in der Nähe eines Dichtungselements vorgesehen sein, um zu verhindern oder die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass Matrixmaterial oder das ferrofluidische Matrixmaterial in das Dichtungselement eindringt.The at least one region, or one of a plurality of such regions, may also be provided in the vicinity of a sealing element to prevent or reduce the likelihood that matrix material or the ferrofluidic matrix material will penetrate into the sealing element.
Beispielsweise kann für einen ersten Zeitraum eine Menge des Ferrofluids oder des ferrofluidischen Matrixmaterials mit Hilfe des Magnetfelds in der Nähe der Absaugeeinrichtung stark verlangsamt oder sogar aufgehalten werden, während Luft und/oder andere Gase aus der Bauteilkavität mittels der Absaugeeinrichtung entfernt werden oder entfernbar sind. Zu einem zweiten Zeitpunkt nach dem ersten Zeitraum, beispielsweise nachdem das Matrixmaterial oder das ferrofluidische Matrixmaterial das Fasermaterial vollständig infiltriert hat und/oder aus diesem austritt, kann das Magnetfeld, welches das Ferrofluid oder das ferrofluidische Matrixmaterial in dem zumindest einen Bereich in Position hält, zumindest kurzfristig aufgehoben werden. Dadurch kann erreicht werden, dass das Ferrofluid oder das ferrofluidische Matrixmaterial in dem Bereich sich wieder, oder wieder schneller, bewegt und noch vorhandene Undichtigkeiten vor der Absaugeeinrichtung schließt.For example, for a first time period, an amount of the ferrofluid or ferrofluidic matrix material may be greatly slowed or even stopped by the magnetic field near the aspirator while air and / or other gases are removed or removed from the component cavity via the aspirator. At a second time after the first time period, for example after the matrix material or the ferrofluidic matrix material has completely infiltrated and / or exits the fiber material, the magnetic field holding the ferrofluid or ferrofluidic matrix material in the at least one region may at least be lifted at short notice. It can thereby be achieved that the ferrofluid or the ferrofluidic matrix material in the region moves again, or again faster, and closes any remaining leaks in front of the suction device.
Alternativ oder zusätzlich kann, beispielsweise im Eingangsbereich der Absaugeeinrichtung, ein zweites magnetisches Feld aktiviert, d. h. angelegt werden, um mit dem Ferrofluid oder dem ferrofluidischen Matrixmaterial die Absaugeeinrichtung zu verschließen. Auf diese Weise kann ein Eindringen von Matrixmaterial oder von ferrofluidischem Matrixmaterial in die Absaugeeinrichtung vermieden werden. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Ferrofluid zusätzlich zu einem nicht-ferrofluidischen Matrixmaterial verwendet wird.Alternatively or additionally, for example, in the entrance area of the suction device, a second magnetic field activated, d. H. can be applied to close with the ferrofluid or the ferrofluidic matrix material, the suction device. In this way, penetration of matrix material or of ferrofluidic matrix material into the suction device can be avoided. This is particularly advantageous when the ferrofluid is used in addition to a non-ferrofluidic matrix material.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Ferrofluid oder das ferrofluidische Matrixmaterial zumindest in einen Bereich zwischen dem Fasermaterial und einer seitlichen Begrenzung der Bauteilkavität eingeleitet. Auf diese Weise kann insbesondere ein Race-Tracking verringert oder vermieden werden.According to a further preferred development, the ferrofluid or the ferrofluidic matrix material is introduced at least into a region between the fiber material and a lateral boundary of the component cavity. In this way, in particular a race tracking can be reduced or avoided.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung verbleibt das Ferrofluid nach Fertigstellung des Faserverbundbauteils ganz oder teilweise in dem Faserverbundbauteil. Auf diese Weise kann das Fertigstellen des Faserverbundbauteils vereinfacht werden, indem auf ein Extrahieren des Ferrofluids aus der Bauteilkavität verzichtet werden kann.According to a further preferred development, the ferrofluid remains completely or partially in the fiber composite component after completion of the fiber composite component. In this way, the completion of the fiber composite component can be simplified by eliminating the need to extract the ferrofluid from the Bauteilkavität.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung kann alternativ das Ferrofluid vor Fertigstellung des Faserverbundbauteils vollständig aus dem Faserverbundbauteil entfernt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn als Ferrofluid eine Flüssigkeit verwendet wird, welche selbst kein Matrixmaterial ist bzw. nicht als Matrixmaterial verwendbar ist. Somit können Ferrofluide mit besonders vorteilhaften Eigenschaften zum Beeinflussen der Fließgeschwindigkeit des Matrixmaterials in der Bauteilkavität eingesetzt werden, ohne dass das Verbleiben dieser Ferrofluide in dem Faserverbundbauteil nach dessen Fertigstellung zu räumlichen Unterschieden in den relevanten mechanischen und/oder physikalischen Eigenschaften des Faserverbundbauteils führt. Dadurch kann bei der Auswahl des Ferrofluids unbeachtet bleiben, welche Eigenschaften das Ferrofluid bei Verbleib in dem fertigen Faserverbundbauteil aufweisen würde und wie diese das Faserverbundbauteil beeinflussen würden.According to a further preferred development, alternatively the ferrofluid can be completely removed from the fiber composite component before completion of the fiber composite component. This is particularly advantageous when used as ferrofluid a liquid is used, which itself is not a matrix material or is not usable as a matrix material. Thus, ferrofluids with particularly advantageous properties for influencing the flow rate of the matrix material in the component cavity can be used without the retention of these ferrofluids in the fiber composite component after its completion leading to spatial differences in the relevant mechanical and / or physical properties of the fiber composite component. As a result, in the selection of the ferrofluid, it may be disregarded what properties the ferrofluid would have when remaining in the finished fiber composite component and how these would affect the fiber composite component.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung kann das Einleiten des Ferrofluids vor einem hermetischen Abdichten der Bauteilkavität erfolgen. Ein solches hermetisches Abdichten kann insbesondere einem Ausbilden eines Vakuums in der Bauteilkavität vorangehen.According to yet another preferred development, the introduction of the ferrofluid can be carried out before a hermetic sealing of the component cavity. Such hermetic sealing may in particular precede the formation of a vacuum in the component cavity.
Wird ein ferrofluidisches Matrixmaterial in die Bauteilkavität eingeleitet, kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung zusätzlich auch nicht-ferrofluidisches Matrixmaterial in die Bauteilkavität eingeleitet werden.If a ferrofluidic matrix material is introduced into the component cavity, according to a further preferred development, non-ferrofluidic matrix material may additionally be introduced into the component cavity.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in teilweise schematisierter DarstellungThe invention is explained below with reference to embodiments in the drawing. In a partially schematic representation
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden. Sofern nichts Anderes explizit beschrieben ist, wird durch die Nummerierungen, auch von Verfahrensschritten, nicht notwendigerweise eine Reihenfolge impliziert, auch wenn die Verfahrensschritte vorteilhaft in einer Reihenfolge entsprechend ihrer Nummerierung durchgeführt werden können. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.In all figures, the same or functionally identical elements and devices - unless otherwise stated - have been given the same reference numerals. Unless otherwise explicitly described, numbering, including procedural steps, does not necessarily imply an order, even though the method steps may advantageously be performed in an order according to their numbering. In particular, several method steps can be carried out simultaneously.
In einem Schritt S01 wird ein Ferrofluid
In einem Schritt S03 wird ein Matrixmaterial
Die Magnetfeldeinrichtung
In einem Schritt S101 wird ein ferrofluidisches Matrixmaterial
Vorteilhaft wird dazu ein Matrixmaterial vor Infiltrationsbeginn, d. h. vor Einleiten S101 des ferrofluidischen Matrixmaterials
In einem Schritt S102 wird ein magnetisches Feld
Das Einleiten S101 kann bei der Anordnung
Das Verfahren gemäß
Die Absaugeeinrichtung
Bevorzugt wird das magnetische Feld
Alternativ oder zusätzlich kann dieser Bereich ein Bereich sein, welcher näher an der Absaugeeinrichtung
Auch andere der im Voranstehenden oder im Nachfolgenden beschriebenen vorteilhaften Ausbildungen des magnetischen Felds
Als Restluft wird eine Luftmenge bezeichnet, welche in der Bauteilkavität
In einem Schritt S201 wird ein Ferrofluid
In einem Schritt S203 wird ein Matrixmaterial
Bevorzugt besteht das Ferrofluid
Zwischen der Bauteilkavität
Das magnetische Feld
In dem Verfahren gemäß
In einem Schritt S301 wird ein Ferrofluid
Bei dem Verfahren gemäß
In einem Schritt S302 wird ein magnetisches Feld
Das Ausbilden des Ferrofluids
Das Ferrofluid
Das Verfahren gemäß
Die Schritte S301, S302, S303, S304, S305 können beispielsweise in dieser Reihenfolge durchgeführt werden. Es soll verstanden werden, dass je nach dem speziellen Anwendungsfall auch vorgesehen sein kann, dass ein magnetisches Feld
Das Anlegen S302 zumindest eines magnetischen Felds
Welche Reihenfolge und/oder jeweilige Wiederholungen der Verfahrensschritte S301 bis S305 vorteilhaft ist, hängt auch von der jeweiligen geometrischen Form und den physikalischen und chemischen Eigenschaften des gewählten Ferrofluids
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways.
Beispielsweise können die in Bezug auf
Bei allen beschriebenen Ausführungsformen kann es, zum Beispiel bei der Herstellung von Sandwichstrukturen, vorteilhaft sein, dass zunächst eine Decklage des Bauteils
Dies kann etwa dann vorteilhaft sein, wenn auf der Oberseite des herzustellenden Faserverbundbauteils
Die Erfindung umfasst die folgenden Ausführungsbeispiele:
- 1. Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils (
10 ), mit den Schritten: Einleiten (S01; S201; S301) eines Ferrofluids (51 251 ;351 ) in eine Bauteilkavität (12 ) mit einem Fasermaterial (14 ); Anlegen (S02; S202; S302) eines magnetischen Felds (20 ) an die Bauteilkavität (12 ); und Einleiten (S03; S203; S303) eines Matrixmaterials (52 ;151 ;252 ;352 ) in die Bauteilkavität (12 ). - 2.
Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlegen (S02; S202; 302) des magnetischen Felds (20 ) derart erfolgt, dass eine Bewegungsrichtung und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit des Ferrofluids (51 ;251 ;351 ) in zumindest einem Bereich der Bauteilkavität (12 ) gesteuert wird. - 3. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zumindest eine Bereich, in dem durch das Anlegen (S02; S202; 302) des magnetischen Felds (
20 ) die Bewegungsrichtung und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Ferrofluids (51 ;251 ;351 ) gesteuert wird, näher an einer Absaugeeinrichtung (134 ) an der Bauteilkavität (12 ) angeordnet ist als an einer Einleitungseinrichtung (32 ;232 ;332 ) zum Einleiten (S01; S201; S301) des Matrixmaterials (52 ;252 ;352 ) in die Bauteilkavität (12 ). - 4. Verfahren nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Ferrofluid (
51 ;251 ;351 ) in zumindest einen Bereich zwischen dem Fasermaterial (14 ) und einer seitlichen Begrenzung der Bauteilkavität (12 ) eingeleitet wird. - 5. Verfahren nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Ferrofluid (
51 ;251 ) nach Fertigstellung des Faserverbundbauteils (10 ) ganz oder teilweise in dem Faserverbundbauteil (10 ) verbleibt. - 6. Verfahren nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Ferrofluid (
51 ;351 ) vor Fertigstellung des Faserverbundbauteils (10 ) vollständig aus dem Faserverbundbauteil (10 ) entfernt wird. - 7. Verfahren nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Einleiten (S01; S201; S301) des Ferrofluids (
51 ;251 ;351 ) vor einem hermetischen Abdichten der Bauteilkavität (12 ) erfolgt. - 8. Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils (
10 ), mit den Schritten: Einleiten (S101) eines ferrofluidischen Matrixmaterials (151 ) in eine Bauteilkavität (12 ) mit einem Fasermaterial (14 ); und Anlegen (S102) eines magnetischen Felds (20 ) an die Bauteilkavität (12 ). - 9. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass außer dem ferrofluidischen Matrixmaterial (
151 ) außerdem auch ein nicht-ferrofluidisches Matrixmaterial in die Bauteilkavität (12 ) eingeleitet wird. - 10. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Anlegen (S102) des magnetischen Felds (
20 ) derart erfolgt, dass eine Bewegungsrichtung und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit des ferrofluidischen Matrixmaterials (151 ) in zumindest einem Bereich der Bauteilkavität (12 ) gesteuert wird. - 11.
Verfahren nach Ausführungsbeispiel 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Bereich, in dem durch das Anlegen (S102) des magnetischen Felds (20 ) die Bewegungsrichtung und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit des ferrofluidischen Matrixmaterials (151 ) gesteuert wird, näher an einer Absaugeeinrichtung (134 ) an der Bauteilkavität (12 ) angeordnet ist als an einer Einleitungseinrichtung (132 ) zum Einleiten (S101) des ferrofluidischen Matrixmaterials (151 ) in die Bauteilkavität (12 ). - 12. Verfahren nach einem der Ausführungsbeispiele 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass das ferrofluidische Matrixmaterial (
151 ) in zumindest einen Bereich zwischen dem Fasermaterial (14 ) und einer seitlichen Begrenzung der Bauteilkavität (12 ) eingeleitet wird. - 13. Anordnung (
1 ;101 ;201 ;301 ) zum Herstellen eines Faserverbundbauteils (10 ), mit: einer Bauteilkavität (12 ) mit einem Fasermaterial (14 ); einer Einleitungseinrichtung (32 ;132 ;232 ;332 ), welche dazu ausgelegt ist, ein Ferrofluid (51 ;251 ;351 ) und ein Matrixmaterial (52 ;252 ;352 ) und/oder ein ferrofluidisches Matrixmaterial (151 ) in die Bauteilkavität (12 ) einzuleiten; und einer Magnetfeldeinrichtung (22 ), welche dazu ausgelegt ist, ein magnetisches Feld (20 ) an die Bauteilkavität (12 ) anzulegen.
- 1. Method for producing a fiber composite component (
10 ), comprising the steps of: introducing (S01; S201; S301) a ferrofluid (51 251 ;351 ) in a Bauteilkavität (12 ) with a fiber material (14 ); Applying (S02; S202; S302) a magnetic field (20 ) to the component cavity (12 ); and initiating (S03; S203; S303) a matrix material (52 ;151 ;252 ;352 ) in the component cavity (12 ). - 2. Method according to
embodiment 1, characterized in that the application (S02; S202; 302) of the magnetic field (20 ) is carried out such that a movement direction and / or a movement speed of the ferrofluid (51 ;251 ;351 ) in at least one region of the component cavity (12 ) is controlled. - 3. The method according to embodiment 2, characterized in that the at least one region in which by the application (S02; S202; 302) of the magnetic field (
20 ) the direction of movement and / or the speed of movement of the ferrofluid (51 ;251 ;351 ), closer to a suction device (134 ) at the component cavity (12 ) is arranged as at an initiator (32 ;232 ;332 ) for initiating (S01; S201; S301) the matrix material (52 ;252 ;352 ) in the component cavity (12 ). - 4. Method according to one of the
embodiments 1 to 3, characterized in that the ferrofluid (51 ;251 ;351 ) in at least one region between the fiber material (14 ) and a lateral boundary of the component cavity (12 ) is initiated. - 5. The method according to any one of
embodiments 1 to 4, characterized in that the ferrofluid (51 ;251 ) after completion of the fiber composite component (10 ) wholly or partly in the fiber composite component (10 ) remains. - 6. The method according to any one of
embodiments 1 to 4, characterized in that the ferrofluid (51 ;351 ) before completion of the fiber composite component (10 ) completely from the fiber composite component (10 ) Will get removed. - 7. Method according to one of the
embodiments 1 to 6, characterized in that the introduction (S01; S201; S301) of the ferrofluid (51 ;251 ;351 ) before a hermetic sealing of the component cavity (12 ) he follows. - 8. Method for producing a fiber composite component (
10 ), comprising the steps of: introducing (S101) a ferrofluidic matrix material (151 ) in a Bauteilkavität (12 ) with a fiber material (14 ); and applying (S102) a magnetic field (20 ) to the component cavity (12 ). - 9. The method according to embodiment 8, characterized in that except the ferrofluidic matrix material (
151 ) also a non-ferrofluidic matrix material in the Bauteilkavität (12 ) is initiated. - 10. The method according to embodiment 8 or 9, characterized in that the application (S102) of the magnetic field (
20 ) such that a direction of movement and / or a movement speed of the ferrofluidic matrix material (151 ) in at least one region of the component cavity (12 ) is controlled. - 11. The method according to
embodiment 10, characterized in that the at least one region in which by the application (S102) of the magnetic field (20 ) the direction of movement and / or the speed of movement of the ferrofluidic matrix material (151 ), closer to a suction device (134 ) at the component cavity (12 ) is arranged as at an initiator (132 ) for introducing (S101) the ferrofluidic matrix material (151 ) in the component cavity (12 ). - 12. The method according to any one of embodiments 8 to 11, characterized in that the ferrofluidic matrix material (
151 ) in at least one region between the fiber material (14 ) and a lateral boundary of the component cavity (12 ) is initiated. - 13. Arrangement (
1 ;101 ;201 ;301 ) for producing a fiber composite component (10 ), comprising: a component cavity (12 ) with a fiber material (14 ); an initiator (32 ;132 ;232 ;332 ), which is designed to be a ferrofluid (51 ;251 ;351 ) and a matrix material (52 ;252 ;352 ) and / or a ferrofluidic matrix material (151 ) in the component cavity (12 ) to initiate; and a magnetic field device (22 ), which is adapted to a magnetic field (20 ) to the component cavity (12 ).
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Anordnungarrangement
- 1010
- FaserverbundbauteilFiber composite component
- 1212
- Bauteilkavitätcomponent cavity
- 1414
- Fasermaterialfiber material
- 2020
- Magnetfeldmagnetic field
- 2222
- Magnetfeldeinrichtungmagnetic field means
- 3232
- Einleitungseinrichtunginducer
- 5151
- Ferrofluidferrofluid
- 5252
- Matrixmaterialmatrix material
- 101101
- Anordnungarrangement
- 132132
- Einleitungseinrichtunginducer
- 136 136
- erster Behälterfirst container
- 151151
- ferrofluidisches Matrixmaterialferrofluidic matrix material
- 201201
- Anordnungarrangement
- 232232
- Einleitungseinrichtunginducer
- 236236
- erster Behälterfirst container
- 238238
- zweiter Behältersecond container
- 251251
- Ferrofluidferrofluid
- 252252
- Matrixmaterialmatrix material
- 301301
- Anordnungarrangement
- 332332
- Einleitungseinrichtunginducer
- 336336
- erster Behälterfirst container
- 338338
- zweiter Behältersecond container
- 351351
- Ferrofluidferrofluid
- 352352
- Matrixmaterialmatrix material
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102013012005 A1 [0005] DE 102013012005 A1 [0005]
Claims (8)
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DE102016015765.8A DE102016015765A1 (en) | 2016-09-06 | 2016-09-06 | Method and arrangement for producing a fiber composite component |
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DE102016015765.8A DE102016015765A1 (en) | 2016-09-06 | 2016-09-06 | Method and arrangement for producing a fiber composite component |
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DE102016015765A1 true DE102016015765A1 (en) | 2018-03-08 |
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ID=61198070
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DE102016015765.8A Withdrawn DE102016015765A1 (en) | 2016-09-06 | 2016-09-06 | Method and arrangement for producing a fiber composite component |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013012005A1 (en) | 2013-07-18 | 2015-01-22 | Technische Universität München | Method for producing a component from a fiber composite material |
-
2016
- 2016-09-06 DE DE102016015765.8A patent/DE102016015765A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102013012005A1 (en) | 2013-07-18 | 2015-01-22 | Technische Universität München | Method for producing a component from a fiber composite material |
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