DE102016103977A1

DE102016103977A1 - Mold core with expansion material

Info

Publication number: DE102016103977A1
Application number: DE102016103977.2A
Authority: DE
Inventors: Hans Lochner; Michael Wilhelm
Original assignee: KTM Technologies GmbH
Current assignee: Ktm Technologies At GmbH
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2017-09-07
Also published as: WO2017148997A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Formkern zur Herstellung eines faserverstärkten Strukturhohlbauteils mit einem Stützkern (2), der eine Grundform des Formkerns (1) vorgibt, und mit einer in zumindest einem Oberflächenbereich (4) angeordneten Beschichtung. Erfindungsgemäß umfasst die Beschichtung ein Expansionsmaterial (3), das bei einer Temperaturerhöhung expandiert, so dass bei der Herstellung des Strukturhohlbauteils Verstärkungsfasern (13) an eine Innenseite (19) eines Formwerkzeugs (12) pressbar sind.The invention relates to a mandrel for producing a fiber-reinforced structural hollow component with a support core (2), which specifies a basic shape of the mandrel (1), and with a coating arranged in at least one surface region (4). According to the invention, the coating comprises an expansion material (3) which expands upon an increase in temperature so that reinforcing fibers (13) can be pressed against an inner side (19) of a molding tool (12) during production of the structural hollow component.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Formkern zur Herstellung eines faserverstärkten Strukturhohlbauteils mit einem Stützkern, der eine Grundform des Formkerns vorgibt, und mit einer in zumindest einem Oberflächenbereich angeordneten Beschichtung. Des Weiteren Betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen derartigen Formkern zur Herstellung eines faserverstärkten Strukturhohlbauteils, bei welchem ein Stützkern zumindest in einem Oberflächenbereich beschichtet wird. Auch bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Strukturhohlbauteils, bei welchem ein Formkern und eine Matrix mit Verstärkungsfasern in ein Formwerkzeug eingebracht werden, so dass die Matrix mit den Verstärkungsfasern zwischen dem Formkern und dem Formwerkzeug angeordnet sind, und dass die Matrix mittels einer Temperatur- und/oder Druckerhöhung ausgehärtet wird. The present invention relates to a mandrel for producing a fiber-reinforced structural hollow component with a support core, which defines a basic shape of the mandrel, and with a coating arranged in at least one surface region. Furthermore, the invention relates to a production method for such a mold core for producing a fiber-reinforced structural hollow component, in which a support core is coated at least in a surface area. Also, the invention relates to a method for producing a fiber-reinforced hollow structural component, in which a mandrel and a matrix with reinforcing fibers are introduced into a mold, so that the matrix with the reinforcing fibers between the mandrel and the mold are arranged, and that the matrix a temperature and / or pressure increase is cured.

Aus der DE 10 2013 106 876 A1 ist ein Formkern zum Formen von faserverstärkten Strukturhohlbauteilen bekannt. Dieser umfasst einen Stützkern, der durch ein festes Granulat und ein wasserlösliches Bindemittel zum Binden des Granulats gebildet ist. Dabei ist das wasserlösliche Bindemittel durch einen wasserlöslichen Thermoplast gebildet und der Stützkern ist von einer Mantelschicht wenigstens teilweise umgeben. Nachteilig bei einem derartigen Formkern ist es, dass der Formkern im Wesentlichen die Größe eines Hohlraums eines Formwerkzeuges aufweist, in dem das Strukturhohlbauteil gebildet wird. Dies führt zu Problemen beim Einbringen des Formkerns in das Formwerkzeug. Der Formkern kann beim Schließen des Formwerkzeugs eingequetscht oder zwischen den Formwerkzeughälften eingeklemmt werden. Dies kann zu einem Ausschuss oder zumindest zu Fehlern an den Strukturhohlbauteilen führen. From the DE 10 2013 106 876 A1 For example, a mold core for molding fiber-reinforced structural hollow components is known. This comprises a support core, which is formed by a solid granules and a water-soluble binder for binding the granules. The water-soluble binder is formed by a water-soluble thermoplastic and the support core is at least partially surrounded by a cladding layer. A disadvantage of such a mandrel is that the mandrel has substantially the size of a cavity of a mold, in which the hollow structural member is formed. This leads to problems when introducing the mandrel into the mold. The mold core can be pinched when clamping the mold or clamped between the mold halves. This can lead to a scrap or at least errors in the structural hollow components.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, diesen Nachteil zu beseitigen. Object of the present invention is thus to eliminate this disadvantage.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Formkern zur Herstellung eines Strukturhohlbauteils, ein Herstellungsverfahren für den Formkern sowie ein Verfahren zur Herstellung des faserverstärkten Strukturhohlbauteils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1, 10 und 14. The object is achieved by a mold core for producing a structural hollow component, a production method for the mold core, and a method for producing the fiber-reinforced structural hollow component having the features of the independent patent claims 1, 10 and 14.

Vorgeschlagen wird ein Formkern zur Herstellung eines faserverstärkten Strukturhohlbauteils mit einem Stützkern. Dieser gibt vorzugsweise eine Grundform des Formkerns vor. Außerdem umfasst der Formkern eine in zumindest einem Oberflächenbereich angeordnete Beschichtung. Proposed is a mold core for producing a fiber-reinforced structural hollow component with a support core. This preferably gives a basic shape of the mold core. In addition, the mold core comprises a coating arranged in at least one surface area.

Für die Herstellung des Strukturhohlbauteils werden auf den Formkern Verstärkungsfasern aufgelegt. Anschließend wird der so präparierte Formkern in ein Formwerkzeug eingelegt. Dabei kann das Formwerkzeug geringfügig größer dimensioniert sein als der Formkern, so dass zwischen Formkern und Formwerkzeug noch ein Spalt angeordnet sein kann. Dadurch wird das Einlegen des Formkerns in das Formwerkzeug vereinfacht. Das Formwerkzeug weist ferner eine Innenseite auf, die eine Außenkontur des Strukturhohlbauteils vorgibt. Während des Herstellungsprozesses werden die Verstärkungsfasern gegen die Innenseite des Formwerkzeugs gepresst, so dass diese die Form der Innenseite annehmen. For the production of the structural hollow component reinforcing fibers are placed on the mandrel. Subsequently, the thus prepared mandrel is inserted into a mold. In this case, the mold can be dimensioned slightly larger than the mold core, so that between mold core and mold still a gap can be arranged. As a result, the insertion of the mold core is simplified in the mold. The molding tool further has an inner side, which predetermines an outer contour of the structural hollow component. During the manufacturing process, the reinforcing fibers are pressed against the inside of the mold so that they assume the shape of the inside.

Während des Herstellungsprozesses werden die Verstärkungsfasern mit einer flüssigen Matrix beaufschlagt, die während der Herstellung des Strukturhohlbauteils aushärtet, so dass diese mit den Verstärkungsfasern einen Faserverbund bildet. Alternativ kann die Matrix auch zusammen mit den Verstärkungsfasern auf den Formkern aufgebracht werden. Aus dem Faserverbund ist das Strukturhohlbauteil aufgebaut und bildet die tragende Struktur. Ein Zusammenspiel aus Formkern und Innenseite des Formwerkzeugs bestimmt die Form bzw. das Aussehen des faserverstärkten Strukturhohlbauteils. During the manufacturing process, the reinforcing fibers are subjected to a liquid matrix which hardens during the production of the structural hollow component, so that it forms a fiber composite with the reinforcing fibers. Alternatively, the matrix may also be applied to the mandrel together with the reinforcing fibers. From the fiber composite, the hollow structure member is constructed and forms the supporting structure. An interaction of the mold core and the inside of the mold determines the shape or the appearance of the fiber-reinforced structural hollow component.

Die Aushärtung der Matrix erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen von 70° C bis 250° C und Drücken von 2 bar bis 150 bar. Nach einem Zeitraum von beispielsweise 15 Sekunden bis 10 Minuten kann das Aushärten abgeschlossen sein. The curing of the matrix is preferably carried out at temperatures of 70 ° C to 250 ° C and pressures of 2 bar to 150 bar. After a period of, for example, 15 seconds to 10 minutes, the curing may be completed.

Der erfindungsgemäße Formkern ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ein Expansionsmaterial umfasst, das bei einer Temperaturerhöhung expandiert. Die bei der Herstellung aufgelegten Verstärkungsfasern sind über dem Expansionsmaterial angeordnet. Durch die Expansionseigenschaften drückt das Expansionsmaterial die Verstärkungsfasern somit vom Formkern weg nach außen und presst diese gegen die Innenseite des Formwerkzeugs, so dass die Verstärkungsfasern während der Herstellung des Strukturhohlbauteils die Kontur der Innenseite annehmen. The mold core according to the invention is characterized in that the coating comprises an expansion material which expands when the temperature increases. The reinforcing fibers applied during manufacture are disposed over the expansion material. Due to the expansion properties, the expansion material thus presses the reinforcing fibers outwardly from the mandrel and presses them against the inside of the mandrel, so that the reinforcing fibers assume the contour of the inside during the production of the hollow structural member.

Durch das Expansionsmaterial kann vorteilhafterweise der Formkern in seinem Volumen und/oder Abmessungen kleiner als das Formwerkzeug ausgebildet werden. D.h. wenn der Formkern in dem Formwerkzeug angeordnet ist, ist ein Abstand bzw. ein Spalt zwischen diesen beiden ausgebildet. Während der Temperaturerhöhung expandiert das Expansionsmaterial zumindest soweit, dass der Spalt zwischen Formkern und Formwerkzeug ausgeglichen wird und übt zusätzlich einen Expansionsdruck aus, der die Verstärkungsfasern an die Innenseite des Formwerkzeugs presst. Das Expansionsmaterial vergrößert dabei sein Volumen um das Expansionsvolumen. Das Expansionsvolumen ist die Differenz des Volumens des Expansionsmaterials nach und vor der Expansion. Durch die kleinere Ausbildung des Formkerns im Vergleich zum Formwerkzeug kann der Formkern ohne Beschädigung in das Formwerkzeug eingelegt werden. Außerdem wird ein Einquetschen während des Schließens des Formwerkzeugs verhindert. By means of the expansion material, the mold core can advantageously be made smaller in its volume and / or dimensions than the molding tool. That is, when the mandrel is disposed in the die, a gap is formed therebetween. During the temperature increase, the expansion material expands at least to the extent that the gap between the mold core and mold is compensated and additionally exerts an expansion pressure, which presses the reinforcing fibers to the inside of the mold. The expansion material thereby increases its volume by the expansion volume. The expansion volume is the difference in volume of the expansion material after and before expansion. Due to the smaller training of the Form core compared to the mold, the mandrel can be inserted without damage in the mold. In addition, a pinching during the closing of the mold is prevented.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist es, wenn der Stützkern aus einem Stützmaterial ausgebildet ist, das ein Bindemittel und/oder ein Granulat umfasst. Das Granulat umfasst insbesondere einen mineralischen Grundstoff, wie beispielsweise ein Glas, eine Keramik und/oder ein Sand. Das Granulat mit dem Bindemittel kann dabei eine Porosität aufweisen, so dass zwischen dem Granulat und/oder dem Bindemittel Zwischenräume ausgebildet sind. Das Expansionsmaterial ist dann zumindest in einem Teil der Zwischenräume der Porosität angeordnet. Die Zwischenräume dienen somit als Speicher für das Expansionsmaterial. Das Granulat umfasst eine Vielzahl an Granulatkörnern. An advantageous development of the invention is when the support core is formed from a support material comprising a binder and / or granules. The granulate comprises in particular a mineral base material, such as a glass, a ceramic and / or a sand. The granules with the binder can have a porosity, so that intermediate spaces are formed between the granules and / or the binder. The expansion material is then arranged at least in a part of the interstices of the porosity. The intermediate spaces thus serve as storage for the expansion material. The granules comprise a large number of granules.

Die Granulatkörner, insbesondere die Sandkörnchen, die Glaspartikel und/oder die Keramikpartikel, weisen beispielsweise eine Korngröße von 0,05 mm bis 1,5 mm auf. Von der Korngröße kann die Porosität abhängig sein. Wenn die Granulatkörner beispielsweise größer sind, sind auch die Zwischenräume und somit die Porosität größer. Damit kann mehr Expansionsmaterial in den Zwischenräumen gespeichert werden. Bei einer Wahl der Größe der Granulatkörner kann somit auf die in den Zwischenräumen gespeicherte Menge Expansionsmaterial eingegangen werden. The granules, in particular the grains of sand, the glass particles and / or the ceramic particles, for example, have a particle size of 0.05 mm to 1.5 mm. The particle size may be dependent on the porosity. For example, if the granules are larger, the gaps and thus the porosity are larger. This allows more expansion material to be stored in the interstices. With a choice of the size of the granules can thus be discussed on the stored in the spaces amount of expansion material.

Das Granulat und/oder das Bindemittel ist vorteilhafterweise temperaturbeständig, so dass das Granulat und/oder das Bindemittel bei der Temperaturerhöhung bei der Bildung des Strukturhohlbauteils nicht zersetzt wird. The granules and / or the binder is advantageously temperature-resistant, so that the granules and / or the binder is not decomposed during the temperature increase during the formation of the structural hollow component.

Außerdem weist das Granulat und/oder das Bindemittel einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, so dass das Granulat und/oder Bindemittel bei der Temperaturerhöhung nur unwesentlich, zumindest im Vergleich zu dem Expansionsmaterial, expandiert. In addition, the granules and / or the binder on a low coefficient of thermal expansion, so that the granules and / or binder in the temperature increase only slightly, at least in comparison to the expansion material expands.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn der Stützkern vollständig von dem Expansionsmaterial umschlossen ist. Dadurch kann der Formkern einfacher hergestellt werden, da Oberflächen des Stützkerns, die nicht beschichtet werden sollen, nicht aufwendig abgedeckt werden müssen. Furthermore, it is advantageous if the support core is completely enclosed by the expansion material. As a result, the mandrel can be made simpler, since surfaces of the support core, which are not to be coated, do not have to be covered in a complicated manner.

Zusätzlich oder alternativ ist es auch von Vorteil, wenn sich das Expansionsmaterial von der Oberfläche in Richtung eines Kernbereichs des Stützkerns zumindest teilweise in diese hineinerstreckt. Dabei kann der Stützkern auch vollständig von dem Expansionsmaterial durchtränkt sein. Dadurch ist eine größere Menge an Expansionsmaterial von dem Stützkern aufgenommen, so dass das Expansionsvolumen größer ist. Dadurch kann der Formkern noch kleiner ausgebildet werden, so dass ein Einfügen des Formkerns in das Formwerkzeug noch einfacher ist. Additionally or alternatively, it is also advantageous if the expansion material extends at least partially from the surface in the direction of a core region of the support core. In this case, the support core can also be completely impregnated by the expansion material. As a result, a larger amount of expansion material is absorbed by the support core, so that the expansion volume is greater. Thereby, the mandrel can be made even smaller, so that an insertion of the mandrel into the mold is even easier.

Ferner ist es von Vorteil, wenn das Expansionsmaterial ein Wachs, ein Silikon, ein Kunststoff, ein Fett und/oder eine niedrigschmelzende Legierung umfasst. Der Kunststoff kann vorzugsweise als ein Elastomer ausgebildet sein. Ein derartiges Expansionsmaterial weist bei einer Temperaturerhöhung einen derartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, dass der Abstand zwischen Formkern und Formwerkzeug überwunden wird. Beispielsweise ist der Volumenausdehnungskoeffizient des Expansionsmaterials im Bereich zwischen 0,5·10e–3 1/K und 1,5·10e–3 1/K. Furthermore, it is advantageous if the expansion material comprises a wax, a silicone, a plastic, a fat and / or a low-melting alloy. The plastic may preferably be formed as an elastomer. Such an expansion material has a temperature increase such a thermal expansion coefficient that the distance between the mold core and mold is overcome. For example, the volume expansion coefficient of the expansion material is in the range between 0.5 × 10e-3 1 / K and 1.5 × 10e-3 1 / K.

Ebenfalls ist es von Vorteil, wenn der oben erwähnte Wärmeausdehnungskoeffizient des Stützmaterials, insbesondere des Granulats und/oder des Bindemittels, kleiner als ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Expansionsmaterials ist. Dabei kann der Wärmeausdehnungskoeffizient des Expansionsmaterials 20- bis 30-fach höher sein als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Stützmaterials. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Expansionsmaterials kann aber auch, insbesondere maximal, 150-fach höher sein. Beispielsweise kann ein Granulat einen Volumenausdehnungskoeffizienten aufweisen, der im Bereich zwischen 1,0·10e–6 1/K und 30·10e–6 1/K aufweisen. It is also advantageous if the above-mentioned coefficient of thermal expansion of the support material, in particular the granules and / or the binder, is smaller than a coefficient of thermal expansion of the expansion material. Incidentally, the coefficient of thermal expansion of the expansion material may be 20 to 30 times higher than the thermal expansion coefficient of the support material. However, the thermal expansion coefficient of the expansion material may also, in particular maximum, be 150 times higher. For example, a granulate may have a volume expansion coefficient ranging from 1.0 · 10e-6 l / K to 30 · 10e-6 l / K.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist es, wenn dem Expansionsmaterial ein erster Zusatzstoff zugemischt ist, der bei der Temperaturerhöhung den Expansionsdruck erhöht. Der erste Zusatzstoff kann beispielsweise ein physikalisches und/oder ein chemisches Treibmittel, insbesondere Wasser, umfassen, das sich bei der Temperaturerhöhung ebenfalls ausdehnt. Das physikalische Treibmittel ändert bei der Temperaturerhöhung beispielsweise seinen Aggregatszustand, wobei es beispielsweise verdampfen kann, so dass es den Expansionsdruck erhöht. Ein chemisches Treibmittel wandelt sich chemisch in andere Stoffe um. Beispielsweise bildet sich ein Gas, so dass der Expansionsdruck erhöht wird. A further advantageous development of the invention is when the expansion material, a first additive is added, which increases the expansion pressure in the temperature increase. The first additive may comprise, for example, a physical and / or a chemical blowing agent, in particular water, which also expands when the temperature increases. The physical blowing agent, for example, changes its state of aggregation as the temperature increases, for example, allowing it to evaporate to increase the expansion pressure. A chemical blowing agent chemically transforms into other substances. For example, a gas forms, so that the expansion pressure is increased.

Zusätzlich oder alternativ kann das Expansionsmaterial auch ein zweiter Zusatzstoff zugemischt sein, mittels dem der Beginn der Expansion des Expansionsmaterials in Abhängigkeit der Temperatur und/oder des Drucks steuerbar ist. Der zweite Zusatzstoff kann beispielsweise einen Alkohol umfassen. Additionally or alternatively, the expansion material may be admixed with a second additive, by means of which the beginning of the expansion of the expansion material in dependence on the temperature and / or pressure is controllable. The second additive may include, for example, an alcohol.

Ebenso ist es von Vorteil, wenn der Formkern auf seiner Außenseite zumindest im Bereich des Expansionsmaterials eine Trennschicht aufweist, die den Formkern nach außen versiegelt und die sich der Expansion des Expansionsmaterials anpasst. Die Trennschicht kann vorteilhafterweise elastisch sein, so dass die Trennschicht mit der Expansion des Expansionsmaterial ausdehnt. Die Trennschicht kann insbesondere ein Elastomer umfassen. Beispielsweise kann das Elastomer eine Silikon- und/oder Kunststoffschicht umfassen. Die Trennschicht versiegelt dabei den Formkern und insbesondere auch das Expansionsmaterial. Der Formkern kann dadurch beispielsweise gelagert werden, wobei die Trennschicht die Expansionsschicht und den Stützkern vor Abnutzung schützt. Die Trennschicht kann auch für die spätere Herstellung des Strukturhohlbauteils vorteilhaft sein. Die Trennschicht sorgt beispielsweise für eine glatte Oberfläche des Formkerns. Likewise, it is advantageous if the mold core on its outside at least in the region of Expansion material has a release layer which seals the mandrel to the outside and which adapts to the expansion of the expansion material. The separating layer may advantageously be elastic, so that the separating layer expands with the expansion of the expansion material. The separating layer may in particular comprise an elastomer. For example, the elastomer may comprise a silicone and / or plastic layer. The separating layer seals the mold core and especially the expansion material. The mold core can thereby be stored, for example, wherein the release layer protects the expansion layer and the support core from wear. The separating layer can also be advantageous for the subsequent production of the structural hollow component. The separating layer, for example, ensures a smooth surface of the mold core.

Von Vorteil ist es auch, wenn das Bindemittel, das Expansionsmaterial, der erste Zusatzstoff, der zweite Zusatzstoff und/oder die Trennschicht mittels eines Lösungsmittels löslich sind, so dass der Formkern nach dem Herstellen des Strukturhohlbauteils aus diesem ausspülbar ist. Das Lösungsmittel kann beispielsweise Wasser und/oder ein Alkohol umfassen. Das Lösungsmittel kann aber auch Säuren und/oder Basen umfassen. Das Lösungsmittel muss dabei natürlich derart gewählt werden, dass es das Bindemittel, das Expansionsmaterial, die Zusatzstoffe und/oder die Trennschicht auflöst. It is also advantageous if the binder, the expansion material, the first additive, the second additive and / or the separating layer are soluble by means of a solvent, so that the mold core can be rinsed out of the hollow component after the production thereof. The solvent may include, for example, water and / or an alcohol. The solvent may also include acids and / or bases. Of course, the solvent must be chosen such that it dissolves the binder, the expansion material, the additives and / or the release layer.

Ferner ist es von Vorteil, wenn der Formkern einen Hohlraum, der leer ist oder zumindest teilweise mit dem Expansionsmaterial gefüllt ist, aufweist, mittels dem ein Auslösen des Formkerns beschleunigbar ist. Der Hohlraum verringert auf der einen Seite das Gewicht des Formkerns und auf der anderen Seite kann in den Hohlraum eine Ausspülvorrichtung, zum Auslösen des Formkerns eingebracht werden, so dass das Auslösen des Formkerns beschleunigt ist. Der Formkern wird damit von Innen durch die Ausspülvorrichtung von dem Hohlraum aus ausgespült. Furthermore, it is advantageous if the mold core has a cavity which is empty or at least partially filled with the expansion material, by means of which a release of the mold core can be accelerated. The cavity reduces on the one hand the weight of the mold core and on the other hand, in the cavity, a flushing device can be introduced for releasing the mold core, so that the release of the mold core is accelerated. The mandrel is thus rinsed from the inside through the Ausspülvorrichtung from the cavity.

Wenn der Hohlraum mit dem Expansionsmaterial gefüllt ist, wird die Menge an in dem Formkern angeordnetem Expansionsmaterial erhöht, so dass das Expansionsvolumen insgesamt erhöht wird. When the cavity is filled with the expansion material, the amount of expansion material disposed in the mandrel is increased, so that the expansion volume is increased overall.

Des Weiteren wird ein Herstellungsverfahren für einen Formkern zur Herstellung eines faserverstärkten Strukturhohlbauteils vorgeschlagen. Bei diesem Herstellungsverfahren wird ein Stützkern zumindest in einem Oberflächenbereich beschichtet. Erfindungsgemäß wird dabei der Formkern gemäß einem oder mehreren der Merkmale der vorangegangenen Beschreibung hergestellt, wobei die genannten Verfahrensmerkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können. Furthermore, a production method for a mold core for producing a fiber-reinforced structural hollow component is proposed. In this manufacturing method, a support core is coated at least in a surface area. According to the invention, the mandrel is produced in accordance with one or more of the features of the preceding description, wherein said method features may be present individually or in any desired combination.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist es, wenn der Stützkern mittels eines Kernschießverfahrens oder eines Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt wird. Dadurch kann der Stützkern besonders kostengünstig und schnell hergestellt werden. An advantageous development of the invention is when the support core is produced by means of a core shooting method or a rapid prototyping method. As a result, the support core can be produced particularly cost-effectively and quickly.

Außerdem ist es von Vorteil, wenn das Expansionsmaterial auf den Stützkern mittels Eintauchen in ein Bad aus Expansionsmaterial aufgebracht wird. Der Stützkern kann dabei vorzugsweise zumindest so lange in das Bad eingetaucht werden, bis der Stützkern zumindest zu 20 % mit Expansionsmaterial durchtränkt ist. Der Stützkern kann aber auch so lange in das Bad eingetaucht bleiben, bis dieser im Wesentlichen vollständig, beispielsweise 75 %–- 100 % seines Volumens, mit dem Expansionsmaterial durchtränkt ist. Dadurch kann das Expansionsmaterial besonders einfach und schnell aufgebracht werden. Durch das Eintauchen kann das Expansionsmaterial auch besonders gleichmäßig auf den Stützkern aufgebracht werden, so dass das Expansionsmaterial an allen Stellen der Oberfläche gleichmäßig expandiert. In addition, it is advantageous if the expansion material is applied to the support core by immersion in a bath of expansion material. The support core can preferably be immersed in the bath at least until the support core is at least 20% soaked with expansion material. However, the support core can remain so immersed in the bath until it is substantially completely, for example, 75% - 100% of its volume, impregnated with the expansion material. As a result, the expansion material can be applied very easily and quickly. By dipping the expansion material can also be applied particularly uniformly on the support core, so that the expansion material uniformly expands at all points of the surface.

Zusätzlich oder alternativ kann das Expansionsmaterial auch auf den Stützkern aufgestrichen und/oder aufgesprüht werden. Dadurch kann das Expansionsmaterial in ausgewählten Ausschnitten der Oberfläche auf den Stützkern aufgebracht werden. Additionally or alternatively, the expansion material may also be brushed onto the support core and / or sprayed on. As a result, the expansion material can be applied to the support core in selected sections of the surface.

Um ein Eindringen des Expansionsmaterials in den Stützkern zu unterstützen bzw. zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn der Stützkern und/oder Expansionsmaterial erwärmt wird, bevor das Expansionsmaterial auf den Stützkern aufgebracht wird. Dadurch sinkt die Viskosität des Expansionsmaterials und kann dadurch besser in die Porosität bzw. die Zwischenräume des Stützkerns eindringen. Der Stützkern kann dabei auf eine Temperatur erwärmt werden, die von der Viskosität und/oder von dem Schmelzpunkt des Expansionsmaterials abhängig ist. In order to assist penetration of the expansion material into the support core, it is advantageous if the support core and / or expansion material is heated before the expansion material is applied to the support core. As a result, the viscosity of the expansion material decreases and can thereby better penetrate into the porosity or the interspaces of the support core. The support core can be heated to a temperature which is dependent on the viscosity and / or the melting point of the expansion material.

Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Strukturhohlbauteils vorgeschlagen, bei welchem ein Formkern und eine Matrix mit Verstärkungsfasern in ein Formwerkzeug eingebracht werden. Der Formkern kann dabei gemäß einem oder mehreren in der vorangegangenen Beschreibung erwähnten Merkmale ausgebildet sein. Das Formwerkzeug kann beispielsweise zwei Formwerkzeughälften aufweisen, die zum Einbringen des Formkerns geöffnet werden und zur Herstellung des Strukturhohlbauteils geschlossen werden. Nach der Herstellung kann das fertige Strukturhohlbauteil wieder durch Öffnen aus dem Formwerkzeug entnommen werden. Das Formwerkzeug weist eine Kavität auf, in der der Formkern angeordnet ist. Zwischen dem Formkern und der Formwerkzeug sind dabei die Verstärkungsfasern sowie die Matrix angeordnet. Des Weiteren weist das Formwerkzeug eine Innenseite auf, gegen die die Verstärkungsfasern, insbesondere durch die Expansion des Expansionsmaterials, gepresst werden, so dass das Strukturhohlbauteil die Form der Innenseite des Formwerkzeugs annimmt. Furthermore, a method for producing a fiber-reinforced structural hollow component is proposed in which a mandrel and a matrix with reinforcing fibers are introduced into a molding tool. The mandrel may be formed according to one or more features mentioned in the preceding description. By way of example, the molding tool can have two molding tool halves, which are opened for insertion of the mold core and closed to produce the structural hollow component. After production, the finished structural hollow component can be removed again by opening from the mold. The molding tool has a cavity in which the mold core is arranged. Between the mold core and the mold while the reinforcing fibers and the matrix are arranged. Furthermore, the molding tool has an inner side, against which the reinforcing fibers are pressed, in particular by the expansion of the expansion material, so that the structural hollow component assumes the shape of the inner side of the molding tool.

Dabei kann zuerst der Formkern lediglich mit den Verstärkungsfasern versehen werden und dann in das Formwerkzeug eingelegt werden. Während des Herstellungsverfahrens und insbesondere bei geschlossenem Formwerkzeug kann die Matrix eingepresst werden. Alternativ können auch die Verstärkungsfasern zuerst in das Formwerkzeug und anschließend der Formkern in die Verstärkungsfasern eingelegt werden. Dabei können die Verstärkungsfasern bereits mit der Matrix versehen sein oder die Matrix kann wieder während dem Herstellungsverfahren in das Formwerkzeug eingepresst werden. Die Verstärkungsfasern können auch bereits mit der Matrix vorimprägniert sein, wobei dieser Verbund auch Prepreg genannt wird. Diese Prepregs werden auf den Formkern aufgelegt, welcher dann in das Formwerkzeug eingelegt wird. Here, first, the mandrel can be provided only with the reinforcing fibers and then inserted into the mold. During the manufacturing process, and in particular when the mold is closed, the matrix can be pressed in. Alternatively, the reinforcing fibers can be inserted first in the mold and then the mold core in the reinforcing fibers. In this case, the reinforcing fibers can already be provided with the matrix or the matrix can be pressed into the mold again during the production process. The reinforcing fibers may also already be preimpregnated with the matrix, this composite also being called a prepreg. These prepregs are placed on the mold core, which is then inserted into the mold.

Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn der Formkern vor dem Einlegen in das Formwerkzeug abgekühlt wird. Dadurch ziehen sich der Formkern und insbesondere das Expansionsmaterial zusammen, so dass der Formkern besonders leicht in das Formwerkzeug eingelegt werden kann. In addition, it is advantageous if the mold core is cooled before insertion into the mold. As a result, the mold core and in particular the expansion material contract, so that the mold core can be inserted particularly easily into the mold.

Durch die Temperatur- und/oder eine Druckerhöhung wird die Matrix ausgehärtet, so dass das faserverstärkte Strukturhohlbauteil seine Festigkeit erhält. As a result of the temperature and / or pressure increase, the matrix is cured so that the fiber-reinforced structural hollow component obtains its strength.

Dabei wird die Temperatur auf beispielsweise 70°C bis 250°C erhöht, so dass die Matrix aushärtet und zusammen mit den Verstärkungsfasern den Faserverbund bildet. Diese Temperatur wird über eine gewisse Zeit gehalten, bis die Aushärtung abgeschlossen ist. The temperature is increased to, for example, 70 ° C to 250 ° C, so that the matrix hardens and forms the fiber composite together with the reinforcing fibers. This temperature is maintained for a period of time until the cure is complete.

Die Temperaturerhöhung führt erfindungsgemäß zu der Expansion des auf der Oberfläche und/oder in den Zwischenräumen des Formkerns vorhandenen Expansionsmaterials. Durch den oben beschriebenen Volumenausdehnungskoeffizienten (im Bereich von 0,5·10e–3 1/K und 1,5·10e–3 1/K) steigt dessen Volumen um das Expansionsvolumen. Das Expansionsvolumen ist dabei die Differenz des Volumens bei einer Endtemperatur, beispielsweise 250°C, und der Anfangstemperatur, beispielsweise der Raumtemperatur von 20°C. Das Expansionsmaterial drückt dabei die auf dessen Außenseite angeordneten Verstärkungsfasern nach außen und presst diese gegen die Innenseite des Formwerkzeugs. Die Temperatur wird für einige Zeit, beispielsweise 15 Sekunden bis 10 Minuten, auf beispielsweise 250° C gehalten, so dass die Matrix aushärtet und mit den Verstärkungsfasern den Faserverbund bildet. Nach dem Aushärten kann der in dem Formwerkzeug vorherrschende Druck und/oder die Temperatur langsam, beispielsweise über einen Zeitraum von 30 Sekunden bis 30 Minuten, reduziert werden, um einen Verzug des Faserverbundes zu steuern bzw. um den Verzug gering zu halten. Nach einer Abkühlphase kann das fertige Strukturhohlbauteil aus dem Formwerkzeug entnommen werden. The temperature increase according to the invention leads to the expansion of the existing on the surface and / or in the interstices of the mold core expansion material. Due to the volume expansion coefficient described above (in the range of 0.5 · 10e-3 1 / K and 1.5 · 10e-3 1 / K) increases its volume by the expansion volume. The expansion volume is the difference of the volume at a final temperature, for example 250 ° C, and the initial temperature, for example, the room temperature of 20 ° C. The expansion material pushes the arranged on the outside reinforcing fibers to the outside and presses them against the inside of the mold. The temperature is maintained for some time, for example 15 seconds to 10 minutes, for example, 250 ° C, so that the matrix hardens and forms the fiber composite with the reinforcing fibers. After curing, the pressure and / or the temperature prevailing in the molding tool can be reduced slowly, for example over a period of 30 seconds to 30 minutes, in order to control a distortion of the fiber composite or to minimize the delay. After a cooling phase, the finished structural hollow component can be removed from the mold.

Die Verstärkungsfasern können verschiedene Fasern umfassen wie beispielsweise Basalt-, Glas-, Keramik-, Aramid-, Kohlestoff- und/oder Nylonfasern umfassen. The reinforcing fibers may comprise various fibers such as basalt, glass, ceramic, aramid, carbon and / or nylon fibers.

Als Matrix können beispielsweise verschiedenen Thermoplaste und/oder Duroplaste, wie beispielsweise Epoxidharze oder Kunststoffen, verwendet werden. As a matrix, for example, various thermoplastics and / or thermosets, such as epoxy resins or plastics may be used.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn nach der Herstellung des Strukturhohlbauteils der Formkern mittels eines Lösungsmittels aus dem Formkern ausgelöst wird. Das Herauslösen des Formkerns kann beispielsweise durch Einspritzen des Lösungsmittels in den Hohlraum ausgeführt werden. Das Lösungsmittel kann ferner eine Säure, eine Base, Wasser und/oder ein Alkohol umfassen. Durch das Herauslösen des Formkerns aus dem Strukturhohlbauteil wird das Gewicht des Strukturhohlbauteils verringert, was bei der weiteren Verwendung des Strukturhohlbauteils vorteilhaft ist. Furthermore, it is advantageous if, after the production of the structural hollow component, the mandrel is triggered by means of a solvent from the mandrel. The release of the mold core can be carried out, for example, by injecting the solvent into the cavity. The solvent may further comprise an acid, a base, water and / or an alcohol. By detaching the mandrel from the hollow structural member, the weight of the structural hollow member is reduced, which is advantageous in the further use of the structural hollow member.

Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen: Further advantages of the invention are described in the following exemplary embodiments. Show it:

1 eine Schnittansicht eines Formkerns, 1 a sectional view of a mold core,

2 einen Ausschnitt aus einer Oberfläche des Formkerns mit Granulat, Bindemittel, Expansionsmaterial und Trennschicht und 2 a section of a surface of the mold core with granules, binder, expansion material and release layer and

3 einen Formkern in einem Formwerkzeug. 3 a mold core in a mold.

1 zeigt eine Schnittansicht eines Formkerns 1. Der Formkern 1 umfasst einen Stützkern 2 und ein auf einem Teilbereich der Oberfläche des Stützkerns 2 aufgetragenes Expansionsmaterial 3. Der Formkern 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel für die Herstellung eines rohrförmigen faserverstärkten Strukturhohlbauteils ausgebildet. Da der Formkern 1 die Form des Strukturhohlbauteils zumindest im Groben vorgibt, weist der Formkern 1 eine zylinderförmige Form auf. Das Expansionsmaterial 3 ist des Weiteren nur auf der Mantelfläche 4 des Stützkerns 2 aufgebracht, wohingegen die Stirnseiten 5a, 5b nicht mit dem Expansionsmaterial versehen sind. Dadurch wird bei der Herstellung des Strukturhohlbauteils die Rohrform ausgebildet. 1 shows a sectional view of a mold core 1 , The mold core 1 includes a support core 2 and one on a portion of the surface of the support core 2 Applied expansion material 3 , The mold core 1 is formed in this embodiment for the production of a tubular fiber-reinforced structural hollow component. Because the mold core 1 the shape of the hollow structural member at least roughly specifies the mold core 1 a cylindrical shape. The expansion material 3 is furthermore only on the lateral surface 4 of the supporting core 2 applied, whereas the front ends 5a . 5b not provided with the expansion material. Thereby In the production of the structural hollow component, the tubular shape is formed.

2 zeigt einen Ausschnitt aus einer Oberfläche des Formkerns 1 mit dem Stützkern 2, dem Expansionsmaterial 3 und einer Trennschicht 9. Der Stützkern 2 ist aus einem Stützmaterial, in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Vielzahl von Granulatkörnern 6, aufgebaut, wobei die Granulatkörner 6 mittels eines Bindemittels 7 verbunden sind. Die Granulatkörner 6 können dabei aus einem mineralischen Grundstoff ausgebildet sein. Die Granulatkörner 6 können beispielsweise Sandkörner umfassen. Die Größe der Granulatkörner 6 kann zwischen 0,05 mm und 1,5 mm betragen. Des Weiteren können diese zueinander unterschiedliche Größen aufweisen. Die Granulatkörner 6 sind ferner von dem Bindemittel 7 umschlossen. An den Kontaktstellen 11 zwischen den einzelnen Granulatkörnern 6 bilden sich Brücken bzw. Klebestellen aus, so dass die Granulatkörner 6 eine feste Gitterstruktur bilden. 2 shows a section of a surface of the mold core 1 with the support core 2 , the expansion material 3 and a release layer 9 , The support core 2 is of a support material, in this embodiment of a plurality of granules 6 , built up, wherein the granules 6 by means of a binder 7 are connected. The granules 6 can be formed from a mineral base material. The granules 6 may include, for example, grains of sand. The size of the granules 6 can be between 0.05 mm and 1.5 mm. Furthermore, these may have different sizes to each other. The granules 6 are also from the binder 7 enclosed. At the contact points 11 between the individual granules 6 form bridges or splices, so that the granules 6 form a solid grid structure.

Der Stützkern 2 kann, wenn dieser, wie hier beispielsweise gezeigt ist, aus Granulatkörnern 6 und Bindemittel 7 aufgebaut ist, mittels eines Kernschießverfahrens oder eines Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt sein. The support core 2 can, if this, as shown here, for example, from granules 6 and binders 7 is constructed by means of a core shooting method or a rapid prototyping method.

Da die Granulatkörner 6 zum einen im Wesentlichen rund sind und zum anderen unterschiedliche Größen aufweisen, sind zwischen den Granulatkörnern 6 Zwischenräume 8 ausgebildet. Aufgrund der Zwischenräume 8 ist der Stützkern 2 porös ausgebildet. In diese Zwischenräume 8 kann das Expansionsmaterial 3 eindringen, so dass diese als Speicher dienen. Vorteilhaft ist dabei, wenn das Expansionsmaterial 3 und/oder der Stützkern 2 vor dem Beschichten des Stützkerns 2 mit dem Expansionsmaterial 3 erwärmt wird. Der Stützkern 2 kann dabei auf eine Temperatur erwärmt werden, die von der Viskosität und/oder dem Schmelzpunkt des Expansionsmaterials 3 abhängt. Dadurch sinkt die Viskosität des Expansionsmaterials 3 und es kann schneller und/oder tiefer in den Stützkern 2 eindringen. Das Expansionsmaterial 3 kann beispielsweise durch Eintauchen des Stützkerns 2 in ein Bad aus Expansionsmaterial 3 aufgebracht werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Expansionsmaterial 3 auch auf den Stützkern 2 aufgestrichen und/oder aufgesprüht werden. Because the granules 6 on the one hand are substantially round and on the other have different sizes, are between the granules 6 interspaces 8th educated. Due to the gaps 8th is the support core 2 porous. In these spaces 8th can the expansion material 3 penetrate, so that they serve as storage. It is advantageous if the expansion material 3 and / or the support core 2 before coating the support core 2 with the expansion material 3 is heated. The support core 2 can be heated to a temperature that of the viscosity and / or the melting point of the expansion material 3 depends. This reduces the viscosity of the expansion material 3 and it can get faster and / or deeper into the support core 2 penetration. The expansion material 3 For example, by dipping the support core 2 in a bath of expansion material 3 be applied. Additionally or alternatively, the expansion material 3 also on the support core 2 brushed and / or sprayed on.

Der Stützkern 2 kann somit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ausschließlich an seiner Außenfläche mit dem Expansionsmaterial 3 versehen sein. Alternativ kann das Expansionsmaterial 3 durch die Kapillarwirkung aber auch zumindest teilweise in den Stützkern 2 eingezogen sein. Ferner kann der Stützkern 2 auch vollständig mit dem Expansionsmaterial 3 durchtränkt sein. The support core 2 Thus, according to a first embodiment, only on its outer surface with the expansion material 3 be provided. Alternatively, the expansion material 3 by capillary action but also at least partially in the support core 2 be drafted. Furthermore, the support core 2 also completely with the expansion material 3 be soaked.

Gemäß 2 weist der Stützkern 2 des Weiteren eine Mantelfläche 4 auf, die durch den Aufbau des Stützkerns 2 mit seinen Granulatkörnern 6 keine geradlinige Trennung darstellt. Die Mantelfläche 4 schließt jedoch den Stützkern 2 nach außen hin ab und bildet demnach die Beschichtung des Formkerns 1. According to 2 has the support core 2 Furthermore, a lateral surface 4 due to the construction of the support core 2 with its granules 6 does not represent a straight-line separation. The lateral surface 4 however, closes the support core 2 towards the outside and thus forms the coating of the mold core 1 ,

Das Expansionsmaterial 3 kann auch vorteilhafterweise, wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, in einer Oberflächenschicht 10 über der Mantelfläche bzw. auf den Stützkern 2 angeordnet sein. Dadurch können beispielsweise Unebenheiten in der Mantelfläche 4 (bedingt durch die Form der Granulatkörner 6) ausgeglichen werden. Die Oberflächenschicht 10 kann eine Dicke im Bereich von 0,5 mm und 10 mm aufweisen. The expansion material 3 may also be advantageously, as shown in this embodiment, in a surface layer 10 over the lateral surface or on the support core 2 be arranged. As a result, for example, unevenness in the lateral surface 4 (due to the shape of the granules 6 ). The surface layer 10 may have a thickness in the range of 0.5 mm and 10 mm.

Auf dem Expansionsmaterial 3 ist, wie bereits vorstehend erwähnt, die Trennschicht 9 angeordnet, die den Formkern 1 nach außen hin abschließt. Die Trennschicht 9 kann ein Elastomer umfassen, wie beispielsweise eine Silikon- und/oder eine Kunststoffschicht. Vorteilhafterweise kann die Trennschicht 9 elastisch sein, so dass diese sich bei einer Expansion des Expansionsmaterials 3 entsprechend ausdehnt. Die Trennschicht 9 kann ebenfalls aufgesprüht, aufgestrichen oder durch Eintauchen in ein Bad aus dem entsprechenden Material aufgebracht werden. Die Trennschicht 9 dient weiterhin dazu, den Formkern 1 vor Beschädigung zu schützen. Mit der Trennschicht 9 kann der Formkern 1 auch über eine längere Zeit gelagert werden. Des Weiteren verhindert die Trennschicht 9, dass sich bei der Herstellung des Strukturhohlbauteils das Expansionsmaterial 3 zwischen die Fasern, insbesondere Karbonfasern, und/oder die Matrix des Faserverbundmaterials des herzustellenden Strukturhohlbauteils drückt. Die Trennschicht 9 gewährleistet demnach eine zuverlässige Trennung zwischen Formkern 1 und außen angeordnetem Faserverbundmaterial. On the expansion material 3 is, as already mentioned above, the release layer 9 arranged the mold core 1 closes to the outside. The separation layer 9 may include an elastomer, such as a silicone and / or a plastic layer. Advantageously, the release layer 9 be elastic so that they expand during expansion of the expansion material 3 expands accordingly. The separation layer 9 can also be sprayed on, brushed on or applied by immersion in a bath of appropriate material. The separation layer 9 continues to serve the mold core 1 to protect against damage. With the separation layer 9 can the mold core 1 be stored for a long time. Furthermore, the separating layer prevents 9 in that in the production of the structural hollow component the expansion material 3 between the fibers, in particular carbon fibers, and / or the matrix of the fiber composite material of the structural hollow component to be produced. The separation layer 9 thus ensures a reliable separation between mold core 1 and externally arranged fiber composite material.

3 zeigt einen Formkern 1 und ein Formwerkzeug 12. Der Formkern 1 weist den bereits beschriebenen Stützkern 2 und das Expansionsmaterial 3 auf. Das Expansionsmaterial 3 ist abbildungsgemäß nur auf der Außenseite des Stützkerns 2 angeordnet. Das Expansionsmaterial 3 kann jedoch auch, wie in 2 gezeigt, zumindest teilweise in der Porosität des Stützkerns 2 angeordnet sein. Auf dem Expansionsmaterial 3 kann eine hier nicht gezeigte Trennschicht 9 (vgl. 2) aufgebracht sein. Auf dem Expansionsmaterial 3 bzw. der Trennschicht 9 sind Verstärkungsfasern 13 angeordnet. Mit diesen kann der Formkern 1 vor dem Einlegen in das Formwerkzeug 12 umwickelt werden. Die Verstärkungsfasern 13 bilden mit einer hier nicht gezeigten Matrix einen Faserverbund aus, so dass ein Strukturhohlbauteil ausgebildet wird. 3 shows a mold core 1 and a mold 12 , The mold core 1 has the support core already described 2 and the expansion material 3 on. The expansion material 3 is imaging only on the outside of the support core 2 arranged. The expansion material 3 However, as in 2 shown, at least partially in the porosity of the support core 2 be arranged. On the expansion material 3 can a separating layer, not shown here 9 (see. 2 ) be applied. On the expansion material 3 or the separating layer 9 are reinforcing fibers 13 arranged. With these, the mold core 1 before insertion into the mold 12 to be wrapped. The reinforcing fibers 13 form a fiber composite with a matrix, not shown here, so that a structural hollow component is formed.

Der Formkern 1 ist des Weiteren in dem Formwerkzeug 12 angeordnet, welches beispielsweise zwei Hälften umfassen, so dass das Formwerkzeug 12 einfach geöffnet und geschlossen werden kann. Das Formwerkzeug 12 weist ferner eine Kavität 18 auf, in der der Formkern 1 angeordnet ist. Der Formkern 1 weist weiterhin eine geringere Größe als die Kavität 18 auf, so dass zwischen einer Innenseite 19 des Formwerkzeugs 12 und dem Formkern 1 ein Spalt 14 ausgebildet ist. Dadurch kann der Formkern 1 besonders einfach in das Formwerkzeug 12 eingebracht werden. Des Weiteren wird hierdurch beim Schließen des Formwerkzeuges 12 ein Verquetschen der Verstärkungsfasern 13 zwischen den beiden Hälften des Formwerkzeuges 12 vermieden. The mold core 1 is further in the mold 12 arranged, which for example comprise two halves, so that the mold 12 can be easily opened and closed. The mold 12 also has a cavity 18 on, in which the mold core 1 is arranged. The mold core 1 also has a smaller size than the cavity 18 on, so that between an inside 19 of the mold 12 and the mandrel 1 A gap 14 is trained. This allows the mold core 1 especially easy in the mold 12 be introduced. Furthermore, this is when closing the mold 12 a crimping of the reinforcing fibers 13 between the two halves of the mold 12 avoided.

Die Verstärkungsfasern 13 können beispielsweise auf den Formkern 1 aufgelegt werden, bevor dieser in das Formwerkzeug 12 eingelegt wird. Ebenso können vor dem Einlegen auch sogenannte Prepregs auf den Formkern 1 aufgelegt werden. Prepregs sind Verstärkungsfasern 13 die bereits mit einer Matrix vorimprägniert sind. The reinforcing fibers 13 can, for example, on the mold core 1 be hung up before this in the mold 12 is inserted. Likewise, before loading so-called prepregs on the mandrel 1 be hung up. Prepregs are reinforcing fibers 13 already preimpregnated with a matrix.

Alternativ könnte die Verstärkungsfasern 13 auch zuerst in das Formwerkzeug 12 eingelegt werden, woraufhin erst danach der Formkern 1 in das Formwerkzeug 12 bzw. in die Verstärkungsfasern 13 eingelegt wird. Alternatively, the reinforcing fibers could 13 also first in the mold 12 are inserted, whereupon only after the mold core 1 in the mold 12 or in the reinforcing fibers 13 is inserted.

Die Matrix kann dann bei einem geschlossenen Formwerkzeug 12 und wenn die Verstärkungsfasern 13 um den Formkern 1 darin angeordnet sind eingepresst werden. Die Matrix wird dann vorteilhafterweise an hier nicht gezeigte Positionen in das Formwerkzeug 12 eingepresst, so dass die Matrix direkt zwischen Formkern 1 und Formwerkzeug 12 in den Spalt 14 (wo die Verstärkungsfasern 13 angeordnet sind) gelangt. The matrix can then be used in a closed mold 12 and if the reinforcing fibers 13 around the mold core 1 are arranged in it to be pressed. The matrix is then advantageously at positions not shown here in the mold 12 pressed in, leaving the matrix directly between mold core 1 and mold 12 in the gap 14 (where the reinforcing fibers 13 are arranged) passes.

Um den Herstellungsprozess des Strukturhohlbauteils zu beginnen, wird eine Temperaturerhöhung, von beispielsweise 20°C auf 250°C, des Formkerns 1 und/oder des Formwerkzeugs 12 durchgeführt, wobei das Expansionsmaterial 3 expandiert und auf die Verstärkungsfasern 13 einen Expansionsdruck 15 ausübt. Dabei drückt das Expansionsmaterial 3 die Verstärkungsfasern 13 nach außen vom Formkern 1 weg. Wenn das Expansionsmaterial 3 soweit expandiert ist, bis der Spalt 14 überwunden ist, werden die Verstärkungsfasern 13 gegen die Innenseite 19 des Formwerkzeugs 12 gepresst. Mittels der Temperatur- und/oder einer Druckerhöhung härtet ferner die Matrix aus und verbindet sich mit den Verstärkungsfasern 13 zu dem Faserverbund, welcher das Strukturhohlbauteil bildet. Nach einer Aushärtezeit und/oder einer Abkühlzeit, beispielsweise zwischen 15 Sekunden und 10 Minuten, kann das Formwerkzeug 12 geöffnet werden (indem beispielsweise die beiden Hälften auseinander gezogen werden), und das Strukturhohlbauteil kann entnommen werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Abkühlzeit derart gewählt wird, dass ein Verzug des sich abkühlenden Strukturhohlbauteils verringert ist. Beispielsweise wird das Strukturhohlbauteil langsam abgekühlt, so dass Spannung und somit ein Verzug des Strukturhohlbauteils verringert wird. Der Verzug kann auch dadurch verringert werden, wenn der in dem Formwerkzeug herrschender Druck langsam reduziert wird. In order to start the production process of the structural hollow component, a temperature increase, for example from 20 ° C to 250 ° C, of the mold core 1 and / or the mold 12 performed, with the expansion material 3 expanded and on the reinforcing fibers 13 an expansion pressure 15 exercises. At the same time, the expansion material pushes 3 the reinforcing fibers 13 to the outside of the mold core 1 path. If the expansion material 3 as far as expanded until the gap 14 is overcome, the reinforcing fibers 13 against the inside 19 of the mold 12 pressed. By means of the temperature increase and / or an increase in pressure, the matrix furthermore hardens and combines with the reinforcing fibers 13 to the fiber composite which forms the structural hollow component. After a curing time and / or a cooling time, for example between 15 Seconds and 10 minutes, the mold can 12 can be opened (by, for example, the two halves are pulled apart), and the structural hollow member can be removed. It is advantageous if the cooling time is selected such that a delay of the cooling structural hollow component is reduced. For example, the structural hollow component is slowly cooled, so that stress and thus distortion of the structural hollow component is reduced. The delay can also be reduced if the pressure prevailing in the mold is slowly reduced.

Da in dem Strukturhohlbauteil noch der Formkern 1 angeordnet ist, ist ein Gewicht des Strukturhohlbauteils erhöht. Um den Formkern 1 bzw. das den Stützkern 2 aufbauende Stützmaterial, insbesondere das Granulat, das Bindemittel, die während des Herstellungsprozesses zugefügten Zusatzstoffe, das Expansionsmaterial 3 und/oder die Trennschicht aus dem Strukturhohlbauteil auszuspülen, kann eine Ausspülvorrichtung durch eine Öffnung 17 des Formkerns 1 in einen Hohlraum 16 des Formkerns 1 eingeführt werden. Mittels der Ausspülvorrichtung kann dann der Formkern 1 in seine Bestandteile gelöst und ausgespült werden. Since in the structural hollow component still the mold core 1 is arranged, a weight of the structural hollow component is increased. To the mold core 1 or the supporting core 2 constituent support material, in particular the granules, the binder, the added during the manufacturing process additives, the expansion material 3 and / or rinse the release layer from the hollow structural member, a flushing device through an opening 17 of the mold core 1 in a cavity 16 of the mold core 1 be introduced. By means of the Ausspülvorrichtung can then the mold core 1 dissolved in its components and rinsed out.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind. The present invention is not limited to the illustrated and described embodiments. Variations within the scope of the claims are also possible as a combination of features, even if they are shown and described in different embodiments.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Formkern mold core
2 2: Stützkern supporting core
3 3: Expansionsmaterial expansion material
4 4: Mantelfläche lateral surface
5 5: Stirnseite front
6 6: Granulatkorn granule
7 7: Bindemittel binder
8 8th: Zwischenraum gap
9 9: Trennschicht Interface
10 10: Oberflächenschicht surface layer
11 11: Kontaktstelle contact point
12 12: Formwerkzeug mold
13 13: Verstärkungsfasern reinforcing fibers
14 14: Spalt gap
15 15: Expansionsdruck expansion pressure
16 16: Hohlraum cavity
17 17: Öffnung opening
18 18: Kavität cavity
19 19: Innenseite inside

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013106876 A1 [0002]

Claims

Mold core for producing a fiber-reinforced structural hollow component with a support core ( 2 ), which is a basic form of the mold core ( 1 ) and with one in at least one surface area ( 4 ), characterized in that the coating is an expansion material ( 3 ), which expands upon an increase in temperature, so that in the production of the structural hollow component reinforcing fibers ( 13 ) to an inside ( 19 ) of a molding tool ( 12 ) are pressable.

Mold core according to the preceding claim, characterized in that the support core ( 2 ) of one, in particular porous and / or with spaces ( 8th ), support material is formed, which is a binder ( 7 ) and / or granules ( 6 ), in particular of mineral raw material, of glass, of ceramic and / or of sand, and in that the expansion material ( 3 ) at least in a part of the intermediate spaces ( 8th ) is arranged.

Mold core according to one or more of the preceding claims, characterized in that the support core ( 2 ) completely of the expansion material ( 3 ) and / or that the expansion material ( 3 ) from the surface towards a core region of the support core ( 2 ) extends at least partially into this, wherein the support core ( 2 ) preferably completely with expansion material ( 3 ) is saturated.

Mold core according to one or more of the preceding claims, characterized in that the expansion material ( 3 ) comprises a wax, a silicone, a plastic, preferably an elastomer, a fat and / or a low-melting alloy.

Mold core according to one or more of the preceding claims, characterized in that a thermal expansion coefficient of the support material is smaller than a thermal expansion coefficient of the expansion material ( 3 ), wherein the thermal expansion coefficient of the expansion material ( 3 ) is preferably 20 to 30 times, in particular at most 150 times higher.

Mold core according to one or more of the preceding claims, characterized in that the expansion material ( 3 ) a first additive, preferably a physical and / or chemical blowing agent, is admixed, which in the temperature increase the expansion pressure ( 15 ) elevated.

Mold core according to one or more of the preceding claims, characterized in that the mold core ( 1 ) on its outside at least in the region of the expansion material ( 3 ), in particular elastic, separating layer ( 9 ), in particular an elastomer, preferably a silicone and / or a plastic layer, comprising the mandrel ( 1 ) sealed to the outside and the expansion of the expansion material ( 3 ) adapts.

Mold core according to one or more of the preceding claims, characterized in that the binder ( 7 ), the expansion material ( 3 ), the first additive and / or the release layer ( 9 ) are soluble by means of a solvent, in particular acids, bases, water and / or alcohol, so that the mold core ( 1 ) can be rinsed out of the structural hollow component after it has been produced.

Mold core according to one or more of the preceding claims, characterized in that the mold core ( 1 ) a cavity ( 16 ), which is empty or at least partially with the expansion material ( 3 ), by means of which a release of the mandrel ( 1 ) is acceleratable.

Manufacturing method for a mold core for producing a fiber-reinforced structural hollow component, in which a support core ( 2 ) at least in a surface area ( 4 ), characterized in that the mandrel ( 1 ) is formed according to one or more of the preceding claims.

Production method for a mandrel according to the preceding claim, characterized in that the support core ( 2 ) is produced by means of a core shooting method or a rapid prototyping method.

Manufacturing process for a mandrel according to one or more of the claims, characterized in that the expansion material ( 3 ) on the support core ( 2 ) by immersion in a bath of expansion material ( 3 ) is applied, wherein the support core ( 2 ) is preferably immersed in the bath for at least as long as at least 20% of the support core ( 2 ), in particular this substantially complete, with expansion material ( 3 ) is saturated.

Manufacturing process for a mandrel according to one or more of the claims, characterized in that before the expansion material ( 3 ) on the support core ( 2 ) is applied, the support core ( 2 ) and / or the expansion material ( 3 ) is heated, wherein the support core ( 2 ) preferably to one of the viscosity and / or the melting point of the expansion material ( 3 ) dependent temperature is heated.

A method for producing a fiber-reinforced structural hollow component, in which a mold core ( 1 ), in particular according to one or more of the preceding claims, and a matrix with reinforcing fibers ( 13 ) in a mold ( 12 ) are introduced, so that the matrix with the reinforcing fibers ( 13 ) between the mandrel ( 1 ) and the mold ( 12 ) are arranged, and that the matrix is cured by means of a temperature and / or pressure increase, characterized in that the temperature increase an expansion material ( 3 ) of the mandrel ( 1 ) expands, so that the volume of the mold core ( 1 ) and the reinforcing fibers ( 13 ) to an inside ( 19 ) of the molding tool ( 12 ) are pressed.

Method for producing a structural component according to the preceding claim, characterized in that after the production of the structural component of the mandrel ( 1 ) by means of a solvent, in particular acids, bases, water and / or alcohol, from the structural component, in particular by injection into an in the mold core ( 1 ) formed cavity ( 17 ), is triggered.