DE102016120864A1 - Production of a fiber-plastic composite component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Herstellung eines einen Faser-Kunststoff-Verbund aufweisenden Bauteils mittels einer eine Kavität (14) aufweisenden Form (11), wobei der Faser-Kunststoff-Verbund eine Kunststoffmatrix und Verstärkungsfasern aufweist, die Kunststoffmatrix und die Verstärkungsfasern in die Kavität (14) eingebracht werden, die Kunststoffmatrix in der Kavität (14) zum Fließen gebracht wird, in einem Abdichtungsbereich (19) der Kavität (14) die Querschnittsfläche der Kavität (14) derart verringert ist, dass das Fließen der Kunststoffmatrix verringert wird, und in dem Abdichtungsbereich (19) mit der verringerten Querschnittsfläche die Kunststoffmatrix lokal ausgehärtet wird, so dass die Kavität (14) in dem Abdichtungsbereich (19) durch den ausgehärteten Anteil der Kunststoffmatrix nach außen hin abgedichtet wird. Auf diese Weise wird eine Möglichkeit für eine einfache und verlässliche Abdichtung einer Form (11) zur Herstellung eines einen Faser-Kunststoff-Verbund aufweisenden Bauteils geschaffen. The invention relates to the production of a component comprising a fiber-plastic composite by means of a mold (11) having a cavity (14), the fiber-plastic composite having a plastic matrix and reinforcing fibers, the plastic matrix and the reinforcing fibers being introduced into the cavity (14 ), the plastic matrix in the cavity (14) is made to flow, in a sealing region (19) of the cavity (14) the cross-sectional area of the cavity (14) is reduced such that the flow of the plastic matrix is reduced, and in the Sealing region (19) with the reduced cross-sectional area, the plastic matrix is locally cured, so that the cavity (14) in the sealing region (19) is sealed by the cured portion of the plastic matrix to the outside. In this way, a possibility for a simple and reliable sealing of a mold (11) for the production of a fiber-plastic composite component is provided.
Description
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein einen Faser-Kunststoff-Verbund aufweisendes Bauteil mittels einer eine Kavität aufweisenden Form sowie eine Anordnung mit einer Aushärtungseinrichtung und einer Form zur Herstellung eines Bauteils, das einen Faser-Kunststoff-Verbund mit einer Kunststoffmatrix und Verstärkungsfasern aufweist.The invention relates to a production method for a component comprising a fiber-plastic composite by means of a mold having a cavity and to an arrangement having a curing device and a mold for producing a component which has a fiber-plastic composite with a plastic matrix and reinforcing fibers.
In der Automobilindustrie nimmt die Verwendung von Leichtbauwerkstoffen mit besseren gewichtsspezifischen Eigenschaften, wie Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV), beständig zu. In diesem Zuge bieten Hybridstrukturen aus einer metallischen Grundstruktur und einer Verstärkung aus Faser-Kunststoff-Verbunden ein hohes Leichtbaupotential. Bei diesen Strukturen kann die Auslegung beanspruchungsgerecht durchgeführt werden und der meist teure Faser-Kunststoff-Verbunden wird nur an Stellen höchster Beanspruchung eingesetzt. Neben der Automobilindustrie werden derartige Leichtbaustrukturen zunehmend auch in anderen Industriebranchen eingesetzt, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrttechnik, bei der Herstellung von Sportgeräten und in der Windenergieindustrie.In the automotive industry, the use of lightweight materials with better weight-specific properties, such as fiber-plastic composites (FRP), is steadily increasing. In this context, hybrid structures consisting of a metallic basic structure and a reinforcement made of fiber-plastic composites offer a high level of lightweight construction potential. In these structures, the design can be carried out according to stress and the most expensive fiber-plastic composites is used only in places of highest stress. In addition to the automotive industry such lightweight structures are increasingly used in other industries, such as aerospace technology, in the production of sports equipment and in the wind energy industry.
Ein begrenzender Faktor für den Einsatz von Faser-Kunststoff-Verbunden bzw. Hybridbauteilen in der automobilen Großserie stellt der hohe Herstellungsaufwand dar. Als großserientaugliche Verfahren für FKV-Komponenten können das Resin Transfer Moulding-Verfahren (RTM-Verfahren) und das Prepreg-Pressen herausgehoben werden.A limiting factor for the use of fiber-plastic composites or hybrid components in large-scale automotive production is the high production costs. The large-scale production-capable process for FRP components can be distinguished by the Resin Transfer Molding (RTM) process and prepreg pressing become.
Beim RTM-Verfahren wird ein Überdruck erzeugt, der das Harz für den Kunststoff zur Bildung des Faser-Kunststoff-Verbundes in erwärmter und damit flüssiger Form in die Kavität einer Form presst. Hier sind relativ hohe Druckdifferenzen erzielbar, so dass auch die Herstellung großflächiger Bauteile mit komplexen Geometrien möglich ist.In the RTM process, an overpressure is generated, which presses the resin for the plastic to form the fiber-plastic composite in a heated and thus liquid form into the cavity of a mold. Here, relatively high pressure differences can be achieved, so that the production of large-scale components with complex geometries is possible.
Ein wesentliches Merkmal des Prepreg-Pressens ist die Verwendung vorimprägnierter FVK-Halbzeuge. In einem ersten Schritt werden die Verstärkungsfasern in einer Prepreg-Anlage kontinuierlich mit dem Matrixharz imprägniert und aufgerollt. Anschließend werden die einzelnen Prepreg-Lagen entsprechend den Beanspruchungen des späteren Bauteils zu einem Mehrschichtenverbund aufeinander geschichtet und verpresst. Je nach anzuwendender Fügetechnik wird auf der Oberseite des Prepregs ein Klebefilm appliziert. Im nächsten Schritt werden die Prepregs zugeschnitten. Der Zuschnitt erfolgt in Abhängigkeit der Bauteilgeometrie der FVK-Bauteile. Bei Hybridbauteilen wird das Prepreg entsprechend der Verstärkungsgeometrie konfektioniert. Zum Abschluss werden die Prepregs auf der Oberseite mit einer Trennfolie versehen und magaziniert. Je nach Trennmittel wird beim Prepreg-Pressen von FVK-Bauteilen und beim indirekten Prepreg-Pressen zusätzlich eine Trennfolie auf der Unterseite appliziert. Beim eigentlichen Prepreg-Pressen werden reine FKV-Bauteile bzw. Hybridbauteile in einem Prepreg-Presswerkzeug hergestellt. Das Werkzeug besteht in der Regel aus einer Form mit einer abgedichteten Kavität, in der durch Erwärmung eine möglichst vollständige Aushärtung des Matrixharzes erfolgt.An essential feature of prepreg pressing is the use of pre-impregnated FRP semi-finished products. In a first step, the reinforcing fibers are continuously impregnated in a prepreg plant with the matrix resin and rolled up. Subsequently, the individual prepreg layers are layered and pressed together according to the stresses of the subsequent component to form a multilayer composite. Depending on the joining technique to be used, an adhesive film is applied to the top of the prepreg. In the next step, the prepregs are cut to size. The cutting takes place depending on the component geometry of the FRP components. In hybrid components, the prepreg is assembled according to the reinforcement geometry. Finally, the prepregs on the top are provided with a release film and stored in magazines. Depending on the release agent, prepreg pressing of FRP components and indirect prepreg pressing additionally apply a release film on the underside. In actual prepreg pressing, pure FRP components or hybrid components are produced in a prepreg press tool. As a rule, the tool consists of a mold with a sealed cavity in which the curing of the matrix resin is as complete as possible by heating.
Heutige Hybridsysteme haben jedoch entscheidende Nachteile insbesondere durch die Integration der FKV-Werkstoffe, da die Verarbeitung meist in wenig automatisierten oder sogar komplett manuellen Prozessen erfolgt. Die typische Herstellungsroute von Hybridstrukturen besteht aus der getrennten Herstellung der metallischen bzw. FKV-Komponenten sowie der anschließenden Verbindung der Materialien in einem nachgeschalteten Prozess durch Schweißen, Nieten, Clinchen oder Kleben. Neben den prozesstechnischen Nachteilen bringt dies zwingend auch zusätzliches Gewicht des Klebstoffes in die Bauteilkomponente ein. Eine zeit- und kosteneffiziente Fertigung von Hybriden kann allerdings erzielt werden, wenn das Matrixharz als Klebstoff genutzt wird und dadurch die Anbindung zwischen den Metall- und FKV-Komponenten sowie die eigentliche Bauteilherstellung prozessintegriert in einem Arbeitsschritt erfolgen. Dieses Herstellungsverfahren wird als intrinsische oder direkte Fertigung eines Hybridbauteils bezeichnet. Dies bedeutet eine einstufige direkte Fertigung und somit eine entscheidende Senkung von Produktionszeit und -aufwand hin zu einem technologisch hochentwickelten Großserienprodukt ohne nachgeschaltete Fügeprozesse.Today's hybrid systems, however, have significant disadvantages, in particular due to the integration of the FRP materials, since the processing is usually carried out in less automated or even completely manual processes. The typical production route of hybrid structures consists of the separate production of the metallic or FKV components and the subsequent connection of the materials in a downstream process by welding, riveting, clinching or gluing. In addition to the procedural disadvantages this necessarily brings additional weight of the adhesive in the component component. A time- and cost-efficient production of hybrids, however, can be achieved if the matrix resin is used as an adhesive and thereby the connection between the metal and FKV components and the actual component manufacturing process-integrated done in one step. This manufacturing process is referred to as intrinsic or direct manufacturing of a hybrid component. This means a one-step direct production and thus a significant reduction of production time and effort to a technologically advanced high volume product without downstream joining processes.
Wegen Details zu den oben genannten Verfahren wird verwiesen auf die Doktorarbeit
All den zuvor genannten Verfahren gemein ist der Einsatz von mehrteiligen Formwerkzeugen, in denen die im Prozess erforderlichen Temperaturen (ca. 80°C bis 250°C) und Drücke (ca. 3 bar bis 40 bar) eingestellt werden können. Ein besonders kritisches Problem stellt dabei die Abdichtung der Formwerkzeuge dar. Aus der Praxis sind unterschiedliche Konzepte zur Abdichtung von FKV- und Hybridwerkzeugen bekannt. Diese umfassen Werkzeugkonzepte ohne zusätzliche Dichtelemente, wie Tauch- oder Quetschkantwerkzeuge. Neben der geringen Prozessstabilität ist die Dichtwirkung bei derartigen Tauch- und Quetschkantenwerkzeugen, insbesondere bei hohen Prozessdrücken, häufig nicht ausreichend. Aus diesem Grund werden überwiegend Werkzeuge mit Silikon-basierten Dichtelementen eingesetzt. Hierbei werden flexible Dichtungen in eine Nut im Werkzeug eingebracht, um z.B. eine Oberform gegenüber einer Unterform abzudichten. Da auch diese Dichtungen bei den oben angesprochenen Prozessparametern häufig keine prozessstabile Dichtung gewährleisten können, werden im Allgemeinen mehrere Dichtelemente hintereinander verwendet. Nachteilig hierbei ist jedoch ein hoher Verschleiß, welcher zu einem erhöhten Kontroll- und Wartungsaufwand führt. Außerdem stellt die Reinigung der Werkzeugnuten einen kritischen Prozess dar, der die Einsatzzeit der Werkzeuge beschränkt.Common to all the aforementioned methods is the use of multi-part molds in which the temperatures required in the process (about 80 ° C to 250 ° C) and pressures (about 3 bar to 40 bar) can be adjusted. A particularly critical problem in this case is the sealing of the molds. From practice different concepts for the sealing of FKV and hybrid tools are known. These include tool concepts without additional sealing elements, such as Dipping or crushing tools. In addition to the low process stability, the sealing effect is often insufficient with such dipping and pinching edge tools, especially at high process pressures. For this reason, mainly tools with silicone-based sealing elements are used. In this case, flexible seals are introduced into a groove in the tool, for example, to seal an upper mold against a lower mold. Since these seals often can not guarantee a process-stable seal in the above-mentioned process parameters, several sealing elements are generally used in succession. The disadvantage here, however, is a high wear, which leads to increased control and maintenance. In addition, the cleaning of the tool grooves is a critical process that limits the service life of the tools.
Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit für eine einfache und verlässliche Abdichtung einer Form zur Herstellung eines einen Faser-Kunststoff-Verbund aufweisenden Bauteils anzugeben.Proceeding from this, it is the object of the invention to provide a possibility for a simple and reliable sealing of a mold for producing a component having a fiber-plastic composite.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is solved by the subject matters of the independent claims. Preferred developments are described in the subclaims.
Erfindungsgemäß ist somit ein Herstellungsverfahren für ein einen Faser-Kunststoff-Verbund aufweisendes Bauteil mittels einer eine Kavität aufweisenden Form vorgesehen, wobei der Faser-Kunststoff-Verbund eine Kunststoffmatrix und Verstärkungsfasern aufweist, die Kunststoffmatrix und die Verstärkungsfasern in die Kavität eingebracht werden, die Kunststoffmatrix in der Kavität zum Fließen gebracht wird, in einem Abdichtungsbereich der Kavität die Querschnittsfläche der Kavität derart verringert ist, dass das Fließen der Kunststoffmatrix verringert wird, und in dem Abdichtungsbereich mit der verringerten Querschnittsfläche die Kunststoffmatrix lokal ausgehärtet wird, so dass die Kavität in dem Abdichtungsbereich durch den ausgehärteten Anteil der Kunststoffmatrix nach außen hin abgedichtet wird.According to the invention, therefore, a production method for a component comprising a fiber-plastic composite is provided by means of a mold having a cavity, the fiber-plastic composite having a plastic matrix and reinforcing fibers, the plastic matrix and the reinforcing fibers being introduced into the cavity, the plastic matrix in the cavity is made to flow, in a sealing region of the cavity, the cross-sectional area of the cavity is reduced such that the flow of the plastic matrix is reduced, and in the sealing region with the reduced cross-sectional area, the plastic matrix is locally cured, so that the cavity in the sealing region the hardened portion of the plastic matrix is sealed to the outside.
Die erfindungsgemäße Lösung nutzt somit die im Faser-Kunststoff-Verbund vorhandene Kunststoffmatrix direkt zur Werkzeugabdichtung, also zur Abdichtung der Kavität der Form zur Herstellung des Bauteils gegenüber der Umgebung. Ein wesentlicher Vorteil dieser Lösung ist die Möglichkeit, vollkommen auf separate Dichtelemente zu verzichten. Dies ermöglicht zum einen die Reduzierung von Werkzeugstandzeiten und den Fertigungsaufwand sowie auch die Umsetzung sehr komplexer dreidimensionaler Bauteil- und Werkzeugstrukturen. Darüber hinaus können Aussparungen mit nahezu beliebigen Konturen und Größen direkt bei der Herstellung in die FKV-Komponente eingebracht werden. Dies führt zum Entfall teurer Nachbearbeitungsschritte und reduziert den Verschnitt der teuren Halbzeuge.The solution according to the invention thus utilizes the plastic matrix present in the fiber-plastic composite directly for tool sealing, ie for sealing the cavity of the mold for producing the component with respect to the environment. A major advantage of this solution is the ability to completely dispense with separate sealing elements. This enables on the one hand the reduction of tool life and the manufacturing effort as well as the implementation of very complex three-dimensional component and tool structures. In addition, recesses can be introduced with almost any contours and sizes directly in the production in the FKV component. This leads to the elimination of expensive post-processing steps and reduces the waste of expensive semi-finished products.
Die erfindungsgemäße Lösung ist grundsätzlich für alle Arten von Faser-Kunststoff-Verbunden und Hybridbauteilen aus FKV und Metallen anwendbar. Dies gilt insbesondere für polymere Matrizen, nämlich thermoplastische und duroplastische Systeme sowie für alle Halbzeugarten, wie Gewebe, Gelege, Gewirke und Gestricke. Die Halbzeuge können vorimprägniert sein (Prepregs) oder einzeln vorliegen, nämlich als trockene Fasern und Matrix. Dabei kann der Ausgangszustand auch vollständig konsolidiert sein, z.B. mittels Organoblechen. Im Falle von Hybridbauteilen sind grundsätzlich alle Arten von Metallen verwendbar, wie hochfeste Stähle und Aluminium, vorzugsweise in Blechform. Im Übrigen können grundsätzlich auch alle Arten von Fasern eingesetzt werden, wie Fasern aus Kohlenstoff, Glas, Metall, Keramik und Naturfasern. Weiterhin sind grundsätzlich alle Faserlängen möglich, also endlos, lang und kurz, die im Übrigen in allen Ausrichtungen verwendet werden können, also unidirektional, mehrdirektional, isotrop, gerichtet oder als Wirrfaser. Schließlich findet die Erfindung Anwendung in grundsätzlich allen Prozessen zur Herstellung von FKV-Bauteilen, wie Infusions- und Injektionsprozessen (Resin Transfer Moulding, VARI, SCRIMP, ...), Drappierprozessen (Prepreg-Pressen, Nasspressen, ...), Fließprozessen (GMT, SMC, LFI, ...) und intrinsische Prozessen zur Herstellung von Hybridbauteilen.The solution according to the invention is fundamentally applicable to all types of fiber-plastic composites and hybrid components made of FRP and metals. This applies in particular to polymeric matrices, namely thermoplastic and thermoset systems and for all types of semifinished products, such as fabrics, scrims, knitted fabrics and knits. The semi-finished products may be pre-impregnated (prepregs) or individually, namely as dry fibers and matrix. The initial state may also be fully consolidated, e.g. by means of organic sheets. In the case of hybrid components, basically all types of metals are usable, such as high-strength steels and aluminum, preferably in sheet form. Incidentally, in principle, all types of fibers can be used, such as fibers of carbon, glass, metal, ceramic and natural fibers. Furthermore, in principle, all fiber lengths are possible, that is endless, long and short, which can be used in all orientations, ie unidirectional, multi-directional, isotropic, directional or as a random fiber. Finally, the invention finds application in basically all processes for the production of FRP components, such as infusion and injection processes (Resin Transfer Molding, VARI, SCRIMP, ...), Drapping processes (prepreg presses, wet pressing, ...), flow processes ( GMT, SMC, LFI, ...) and intrinsic processes for the production of hybrid components.
Erfindungswesentlich ist, dass die Kunststoffmatrix im Abdichtungsbereich lokal ausgehärtet wird, so dass die Kavität in dem Abdichtungsbereich durch den ausgehärteten Anteil der Kunststoffmatrix selbst nach außen hin abgedichtet wird, womit hierfür keine separate Dichtung mehr erforderlich ist. Dabei kann die lokale Aushärtung der Kunststoffmatrix im Abdichtungsbereich auf unterschiedliche Weisen erfolgen.Essential to the invention is that the plastic matrix is locally cured in the sealing area, so that the cavity is sealed in the sealing area by the cured portion of the plastic matrix itself to the outside, so this no longer a separate seal is required. The local curing of the plastic matrix in the sealing area can take place in different ways.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Kunststoffmatrix insofern in dem Abdichtungsbereich direkt thermisch induziert ausgehärtet. Vorzugsweise erfolgt dies mittels einer Strahlungsquelle, z.B. einem Laser oder einer UV-Lampe, oder mittels elektrischer Induktion. Im Zusammenhang mit der elektrischen Induktion ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass metallische Additive in die Kunststoffmatrix eingebracht werden.According to a preferred embodiment of the invention, the plastic matrix is cured in the direct thermal induced induced in the sealing area. Preferably this is done by means of a radiation source, e.g. a laser or a UV lamp, or by means of electrical induction. In connection with the electrical induction is particularly preferably provided that metallic additives are introduced into the plastic matrix.
Alternativ ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Kunststoffmatrix in dem Abdichtungsbereich indirekt thermisch induziert ausgehärtet wird, vorzugsweise mittels eines beheizten bzw. gekühlten Werkzeugs. Ein derartiges beheiztes Werkzeug kann z.B. aus einer in einen Teil der Form integrierten Heizung bestehen. Ganz besonders bevorzugt wird mittels eines derartigen beheizten Werkzeugs eine die Temperatur des restlichen Bereichs der Form deutlich überschreitende Temperatur erzeugt. Bei einer Temperatur der Form von 80°C zur eigentlichen Herstellung des den Faser-Kunststoff-Verbund aufweisenden Bauteils bei duroplastischen Exposidharzsystemen wird mittels des beheizten Werkzeugs vorzugsweise eine Temperatur von 300°C zur lokalen Aushärtung der Kunststoffmatrix erzeugt.Alternatively, according to a preferred development of the invention, provision is made for the plastic matrix to be cured indirectly thermally induced in the sealing region, preferably by means of a heated or cooled tool. Such a heated tool can eg from a built-in a part of the form of heating consist. With very particular preference, a temperature which clearly exceeds the temperature of the remaining region of the mold is produced by means of such a heated tool. At a temperature of the form of 80 ° C for the actual production of the fiber-plastic composite component having thermosetting Exposidharzsystemen a heated temperature of 300 ° C for local curing of the plastic matrix is preferably produced by means of the heated tool.
Schließlich ist es gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung auch möglich, die Kunststoffmatrix in dem Abdichtungsbereich mittels eines chemischen Katalysators auszuhärten, der die Reaktionsgeschwindigkeit zur Aushärtung lokal heraufsetzt. Auf diese Weise kann auf eine zusätzliche Einrichtung an der Form zur Herstellung des dem Faser-Kunststoff-Verbund aufweisenden Bauteils, wie eine Heizung oder eine Strahlungsquelle, verzichtet werden.Finally, according to another preferred embodiment of the invention, it is also possible to cure the plastic matrix in the sealing area by means of a chemical catalyst which locally increases the reaction rate for curing. In this way, it is possible to dispense with an additional device on the mold for producing the component having the fiber-plastic composite, such as a heater or a radiation source.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass in dem Abdichtungsbereich der ausgehärtete Anteil der Kunststoffmatrix als Abdichtung zwischen zwei Teilen der Form wirkt, z.B. zwischen einer Oberform und einer Unterform. Dies ist insbesondere dann bevorzugt, wenn es sich um eine wenigstens zweiteilige Form handelt und ein reines FKV-Bauteil hergestellt wird, das kein Hybridbauteil darstellt und somit keine Metallbestandteile aufweist. Alternativ dazu ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Bauteil, das mittels der Form hergestellt wird, ein Hybridbauteil aus dem Faser-Kunststoff-Verbund und einem Metallteil ist und in dem Abdichtungsbereich der ausgehärtete Anteil der Kunststoffmatrix als Abdichtung zwischen einem Teil der Form und dem Metallteil wirkt.According to a preferred development of the invention, it is further provided that in the sealing region the hardened portion of the plastic matrix acts as a seal between two parts of the mold, e.g. between an upper mold and a lower mold. This is particularly preferred if it is an at least two-part mold and a pure FKV component is produced which does not represent a hybrid component and thus has no metal components. Alternatively, it is provided according to a preferred embodiment of the invention that the component which is produced by means of the mold is a hybrid component of the fiber-plastic composite and a metal part and in the sealing region of the cured portion of the plastic matrix as a seal between a part of Form and the metal part acts.
Schließlich gilt gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, dass in dem Abdichtungsbereich die verringerte Querschnittsfläche von einem Spalt gebildet wird, dessen Abmessung in einer Dimension weniger als 1 mm beträgt, vorzugsweise weniger als 0,35 mm, ganz bevorzugt 0,1 mm oder weniger. Auf diese Weise wird eine effektive Reduzierung des Fließens der Kunststoffmatrix erzielt und gleichzeitig ein schnelles Aushärten der Kunststoffmatrix zur Abdichtung der Kavität der Form nach außen hin ermöglicht.Finally, according to a preferred development of the invention, the reduced cross-sectional area in the sealing region is formed by a gap whose dimension in one dimension is less than 1 mm, preferably less than 0.35 mm, very preferably 0.1 mm or less. In this way, an effective reduction of the flow of the plastic matrix is achieved and at the same time allows a rapid curing of the plastic matrix to seal the cavity of the mold to the outside.
Außerdem liegt die Erfindung in einer Anordnung mit einer Aushärtungseinrichtung und einer Form zur Herstellung eines Bauteils, das einen Faser-Kunststoff-Verbund mit einer Kunststoffmatrix und Verstärkungsfasern aufweist, wobei die Form eine Kavität aufweist, in die die Kunststoffmatrix und die Verstärkungsfasern einbringbar sind und in der die Kunststoffmatrix in der Kavität zum Fließen gebracht werden kann, in einem Abdichtungsbereich der Kavität die Querschnittsfläche der Kavität verringert ist, um das Fließen der Kunststoffmatrix zu verringern, und in dem Abdichtungsbereich mit der verringerten Querschnittsfläche die Kunststoffmatrix mittels der Aushärtungseinrichtung lokal aushärtbar ist, so dass die Kavität in dem Abdichtungsbereich durch den ausgehärteten Anteil der Kunststoffmatrix nach außen hin abgedichtet wird.In addition, the invention is in an arrangement with a curing device and a mold for producing a component, which has a fiber-plastic composite with a plastic matrix and reinforcing fibers, wherein the mold has a cavity into which the plastic matrix and the reinforcing fibers are introduced and in the plastic matrix in the cavity can be made to flow, in a sealing region of the cavity the cross-sectional area of the cavity is reduced in order to reduce the flow of the plastic matrix, and in the sealing region with the reduced cross-sectional area the plastic matrix is locally curable by means of the curing device, then in that the cavity in the sealing area is sealed to the outside by the hardened portion of the plastic matrix.
Bevorzugte Weiterbildungen dieser erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich in Analogie zu den bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, wie oben beschrieben.Preferred developments of this arrangement according to the invention result in analogy to the preferred developments of the manufacturing method according to the invention, as described above.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert.The invention will be further explained with reference to preferred embodiments with reference to the drawings.
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 a - d schematisch eine aus dem Stand der Technik bekannte intrinsische RTM-Herstellung eines Hybridbauteil, und -
2 schematisch die Herstellung eines einen Faser-Kunststoff-Verbund aufweisenden Bauteils gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 a - d schematically show an intrinsic RTM production of a hybrid component known from the prior art, and -
2 schematically the production of a fiber-plastic composite component according to a preferred embodiment of the invention.
Aus den
Dabei wird in einem ersten Schritt, wie in
Dieses Verfahren erfolgt bei einer Werkzeugtemperatur, also einer Temperatur der Form 1, von 80 °C und einem Injektionsdruck von 5 bar. Um dabei einen Austritt des Harzes aus der Form 1 zu vermeiden, sind zwischen der Oberform 2 und der Unterform 3 die schon angesprochenen Silikon-basierten Dichtelemente 6 vorgesehen. Nachteilig hinsichtlich dieser Dichtelemente 6 ist ein immenser Verschleiß, der durch hohe chemische und mechanische Belastungen verursacht wird und zu einem großen Kontroll- und Wartungsaufwand führt. Die daraus resultierenden Eigenschaftsänderungen der Dichtmaterialien wirken sich negativ auf die Reproduzierbarkeit und auf die Prozesssicherheit bei der Bauteilherstellung sowie auf die Bauteilqualität aus. Daher wird häufig nach nur wenigen Bauteilen ein neuer Satz der Dichtelemente 6 benötigt. Der Wechsel der Dichtelemente 6 und die Reinigung der Form im Auflagebereich der Dichtelemente beschränken somit die Einsatzzeit des Werkzeugs erheblich. Darüber ist die Dichtwirkung begrenzt, so dass bei hohen Drücken mitunter mehrere Dichtelemente 6 hintereinander eingesetzt werden müssen. Das steigert Prozess- und Werkzeugkosten. Im Übrigen beschränkt dies auch die verwendbaren Drücke.This process is carried out at a mold temperature, ie a temperature of the mold 1, of 80 ° C and an injection pressure of 5 bar. In order to allow a leakage of the resin from the mold 1 avoid, the already mentioned silicone-based
Der zuvor beschriebenen Problematik wird gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein duroplastisches Exposidharzsystem betrifft, dadurch abgeholfen, dass, wie schematisch aus
Die
Gezeigt ist die Oberform 12 zusammen mit der in der Form 11 gebildeten
Das untere Ende des Heizelements 16, vorliegend eine elektrische Heizpatrone, ist also nur 0,1 mm von dem darunter liegenden Blech 15 entfernt. Aus diesem Grund wird das Fließen des die Kunststoffmatrix bildende Harzes 10 in diesem Bereich stark gehemmt. Zusätzlich erwärmt das Heizelement 16 diesen Bereich auf ca. 300 °C. Dies führt dazu, dass dort gezielt eine lokale Aushärtung des die Kunststoffmatrix bildende Harzes 10 erfolgt, wodurch es in diesem Abdichtbereich 19 praktisch zu einer Selbstabdichtung durch die Kunststoffmatrix selbst kommt. Eine
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- Formshape
- 11
- Oberformupper mold
- 22
- Unterformunder the form
- 33
- Kavitätcavity
- 44
- Hybridbauteilhybrid component
- 55
- Dichtelementesealing elements
- 66
- Blechsheet
- 77
- textiles Halbzeugsemi-finished textile
- 88th
- Harzinjektionresin injection
- 99
- Harzresin
- 1010
- Formshape
- 1111
- Oberformupper mold
- 1212
- separate Dichtungseparate seal
- 1313
- Kavitätcavity
- 1414
- Blechsheet
- 1515
- Heizelementheating element
- 1616
- Wärmeisolierungthermal insulation
- 1717
- Spaltgap
- 1818
- Abdichtungsbereichsealing area
- 1919
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- „Entwicklung und Herstellung von Hybridbauteilen aus Metallen und Faserverbundkunststoffen für den Leichtbau im Automobil" von Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Christian Lauter (Fakultät für Maschinenbau der Universität Paderborn, 2014) und die Veröffentlichung WANG, Z.; RIEMER, M.; KOCH, S. F.; BARFUSS, D.; GRÜTZNER, R.; AUGENTHALER, F.; SCHWENNEN, J.: Intrinsic Hybrid Composites for Lightweight Structures: Tooling Technologies. Advanced Materials Research, 1140, 247-254, 2016 [0007]"Development and production of hybrid components made of metals and fiber composite plastics for lightweight construction in the automobile" by Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Christian Lauter (Faculty of Mechanical Engineering of the University of Paderborn, 2014) and the publication WANG, Z .; RIEMER, M .; KOCH, SF; BARFUSS, D .; GRÜTZNER, R .; AUGENTHALER, F. SCHWENNEN, J .: Intrinsic Hybrid Composites for Lightweight Structures: Tooling Technologies., Advanced Materials Research, 1140, 247-254, 2016 [0007]
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