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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils sowie ein Faserverbundbauteil.
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Faserverbundbauteile kommen aufgrund ihrer guten Eigenschaften hinsichtlich Gewicht und Steifigkeit in der Industrie immer mehr zum Einsatz, insbesondere in der Automobilindustrie. Die Herstellung der Faserverbundbauteile kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, wobei sie typischerweise durch ein Pressverfahren hergestellt werden.
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Hierbei wird ein Faser-Halbzeug in einem Werkzeug mit einem matrixbildenden Material getränkt, gepresst und ausgehärtet, sodass das Faserverbundbauteil entsteht.
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Die Faserverbundbauteile werden mittlerweile auch im Fahrzeuginnenraum eingesetzt, weswegen es in letzter Zeit auch vermehrt zu Verzierungen der Faserverbundbauteile kommt. Hierbei wird beispielsweise auf das hergestellte Faserverbundbauteil ein Logo oder ähnliches aufgeklebt bzw. eingestickt.
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Um die Oberfläche des Faserverbundbauteils nicht zu stören, ist es auch bekannt, dass Einlegematten durch Sticken verziert werden und diese anschließend mit dem Faser-Halbzeug zusammen mit dem matrixbildenden Material getränkt werden. Hierdurch können Schriftzüge oder Logos im Faserverbundbauteil vorgesehen werden, die jedoch ausschließlich zur Verzierung des Faserverbundbauteils dienen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Faserverbundbauteil bereitzustellen, das in einfacher Weise und kostengünstig weitere Funktionen in integraler Weise aufweist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils gelöst, wobei zunächst ein Faser-Halbzeug bereitgestellt wird, das aus mehreren Fasersträngen gebildet ist, wobei das Faser-Halbzeug mit einem Stickmaterial zumindest abschnittsweise bestickt wird und wobei das bestickte Faser-Halbzeug anschließend in ein Werkzeug überführt wird, in das zudem ein matrixbildendes Material einbracht wird, um das bestickte Faser-Halbzeug zu tränken, wobei als Stickmaterial ein signalleitendes Material verwendet wird.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist es, eine der Grundkomponenten des Faserverbundbauteils selbst mit signalleitenden Materialien zu besticken, sodass in einfacher Weise eine Signalleitung im Faserverbundbauteil bereitgestellt werden kann. Da das Faser-Halbzeug mit dem signalleitenden Material bestickt worden ist, ist eine integrierte Funktionalität im Faserverbundbauteil geschaffen. Generell lassen sich über das signalleitende Material in einfacher Weise integrale Strukturen in beliebiger Form und Erstreckung im Faserverbundbauteil ausbilden, die für weitere Funktionen zur Verfügung stehen.
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Das signalleitende Material wird demnach vor dem Injizieren bzw. vor der Tränkung des Faser-Halbzeugs mit dem matrixbildenden Material bereits in das Faser-Halbzeug eingebracht, sodass das fertig hergestellte Faserverbundbauteil eine ungestörte Oberfläche aufweist.
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Insbesondere können die signalleitenden Materialien derart gestickt werden, dass zumindest abschnittsweise verstärkende Strukturen durch das signalleitende Material im Faser-Halbzeug gebildet werden. Das signalleitende Material, welches mittels Sticken in das Faser-Halbzeug eingebracht worden ist, dient somit nicht nur zur Leitung von Signalen, sondern schafft auch eine mechanische Verstärkung des Faser-Halbzeugs und somit des gesamten Faserverbundbauteils.
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Das als Stickmaterial verwendete signalleitende Material kann zudem vorzugsweise in Abschnitten des Faser-Halbzeugs zur Verstärkung desselben verwendet werden, in denen hohe mechanische Belastungen des Faserverbundbauteils zu erwarten sind. Hierdurch können entsprechend über das signalleitende Material im Faser-Halbzeug Lastpfade eingearbeitet werden, über die die später auftretenden Kräfte aufgenommen bzw. weitergeleitet werden.
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Gemäß einem Aspekt ist als Stickmaterial ein elektrisch leitfähiges Material und/oder ein lichtleitendes Material vorgesehen, insbesondere ein metallischer Draht und/oder ein Lichtleiter. Das signalleitende Material kann somit zur Leitung von elektrischen Signalen und/oder von optischen Signalen dienen.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass zumindest ein weiteres elektronisches oder mechatronisches Bauteil beim Besticken des Faser-Halbzeugs in das Faser-Halbzeug eingebracht wird, insbesondere ein Leuchtmittel, vorzugsweise eine LED, ein Sensor und/oder ein Schaltkreis. Das entsprechende Bauteil kann mit dem signalleitenden Material verbunden werden, sodass eine im Faserverbundbauteil integrale Signalleitung samt daran angeschlossenem Bauteil vorliegt. Über den Sensor können beispielsweise Parameter des Faserverbundbauteils während des Einsatzes/Betriebs erfasst werden. Bei den Parametern kann es sich insbesondere um mechanische Zustände wie die mechanische Spannung, Biege- und Torsionsbelastungen und/oder Temperaturen des Faserverbundbauteils handeln.
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Insbesondere wird das zumindest eine weitere Bauteil durch Sticken mit dem Stickmaterial gleichzeitig am Faser-Halbzeug befestigt und signalleitend angebunden. Da als Stickmaterial das signalleitende Material verwendet wird, welches beispielsweise elektrisch leitfähig ist, kann eine gleichzeitige elektrische Anbindung und Befestigung des elektronischen Bauteils erfolgen. Hierdurch werden zusätzliche Schritte eingespart, die Kosten verursachen würden, weswegen eine kostengünstige integrale Anbindung der elektronischen Bauteile gewährleistet ist.
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Die zusätzlich eingebrachten Bauteile sind darüber hinaus aufgrund der sie umgebenden Schicht des matrixbildenden Materials vor Umwelteinflüssen geschützt. Nachträgliche Montagekosten der Bauteile entfallen, da sie bereits bei der Herstellung des Faserverbundbauteils integriert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Faser-Halbzeug derart mit dem Stickmaterial bestickt, dass das Stickmaterial selbst als ein Sensor fungiert. Dies kann dadurch erfolgen, dass als Stickmaterial ein Draht verwendet wird, der derart exakt in das Faser-Halbzeug eingestickt wird, dass er als z. B. ein einfacher Dehnungsmessstreifen, kapazivier Sensor oder induktiver Sensor fungiert, über den aufgrund von Widerstands- bzw. Spannungswerten auf die entsprechenden mechanischen Eigenschaften des Faserverbundbauteils geschlossen werden kann.
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Insbesondere ist das Faser-Halbzeug als eine Fasermatte ausgebildet. Hierdurch lassen sich in einfacher Weise elektronische oder mechatronische Bauteile in das Faser-Halbzeug integrieren. Des Weiteren erleichtert sich das Besticken des Faser-Halbzeugs, sofern dieses als eine Fasermatte ausgebildet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird zudem durch ein Faserverbundbauteil gelöst, das ein mit einem matrixbildenden Material getränktes Faser-Halbzeug umfasst, das zumindest abschnittsweise mit einem Stickmaterial bestickt ist, wobei das Stickmaterial ein signalleitendes Material ist. Das Stickmaterial, welches signalleitend ist, ist somit vom matrixbildenden Material bei der Herstellung des Faserverbundbauteils umgeben worden, sodass das signalleitende Material vor Umwelteinflüssen geschützt ist, da es nicht an der Außenfläche des Faserverbundbauteils vorgesehen ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Faserverbundbauteil ein integriertes elektronisches oder mechatronisches Bauteil auf, wobei die Oberfläche des Faserverbundbauteils bauteilfrei ist. Aufgrund der integralen Anbindung des Bauteils im Faser-Halbzeug ist sichergestellt, dass das Faserverbundbauteil bei dessen Herstellung eine Oberfläche aufweist, die lediglich durch das matrixbildende Material geschaffen ist, beispielsweise eine Harzschicht. Das Faserverbundbauteil hat demnach eine glatte Oberfläche, da keine zusätzlichen Bauteile an der Oberfläche des Faserverbundbauteils angebracht werden müssen, wie dies der Fall wäre, wenn elektronische bzw. mechatronische Bauteile nachträglich an das Faserverbundbauteil bzw. in dieses eingebracht werden. Hierdurch würde in jedem Fall die Oberfläche des Faserverbundbauteils beschädigt bzw. gestört werden. Darüber hinaus schützt das matrixbildende Material das signalleitende Material sowie das integrierte elektronische bzw. mechatronische Bauteil vor Umwelteinflüssen. Aufgrund der integralen Anbindung des elektronischen bzw. mechatronischen Bauteils im Faser-Halbzeug entfallen nachträgliche Montagekosten der entsprechenden Bauteile.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Faserverbundbauteil einen aus einem Stickmaterial gebildeten Sensor aufweist. Bei dem Sensor kann es sich z. B. um einen Dehnungsmessstreifen, einen kapazitiven oder einen induktiven Sensor oder ähnliches handeln, der durch einen Draht gebildet ist, welcher als Stickmaterial dient. Der Sensor ist somit eingestickt worden und durch das Stickmaterial selbst gebildet.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das matrixbildende Material im ausgehärteten Zustand teilweise lichtundurchlässig ist. Das matrixbildende Material weist eine entsprechende Färbung auf, sodass dieses nicht durchsichtig ist. Im deaktivierten Zustand der signalleitenden Materialien bzw. der integrierten elektronischen bzw. mechatronischen Bauteile sind somit die im Faserverbundbauteil integrierten Strukturen für einen Benutzer nicht sichtbar. Sofern die integrierten Strukturen aktiviert werden, beispielsweise Einschalten einer LED oder eines anderen leuchtenden Signals, werden diese sichtbar, da das matrixbildende Material nur partiell opak ist.
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Insbesondere können aufgrund der integrierten signalleitenden Materialien sowie der integrierten elektronischen bzw. mechatronischen Bauteile versteckte Anzeigen im Faserverbundbauteil selbst geschaffen werden, ohne die Oberfläche des Faserverbundbauteils zu stören. Hierdurch können weitere visuelle Effekte im Faserverbundbauteil erzeugt werden.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Teilabschnitts eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils in einem deaktivierten Zustand, und
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2 eine schematische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils in einem aktivierten Zustand.
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In 1 ist ein Teilausschnitt eines Faserverbundbauteils 10 schematisch dargestellt, welches ein z. B. gewebtes oder vliesartiges Faser-Halbzeug 12 aufweist, das von einem matrixbildenden Material 14 umgeben ist.
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Das Faser-Halbzeug 12 ist mit einem Stickmaterial 16 vor der Herstellung des Faserverbundbauteils 10 bestickt worden, wobei es sich bei dem Stickmaterial 16 um ein signalleitendes Material handelt.
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In der gezeigten Ausführungsform handelt es sich bei dem Stickmaterial 16 um ein elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise einen metallischen Draht.
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Darüber hinaus sind in der 1 elektronische Bauteile 18 gezeigt, welche beim Besticken des Faser-Halbzeugs 12 in das Faser-Halbzeug 12 eingebracht worden sind. Bei den elektronischen Bauteilen 18 handelt es sich in der gezeigten Ausführungsform um Leuchtmittel, insbesondere LEDs.
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Die elektronischen Bauteile 18 sind mit dem Stickmaterial 16 untereinander verbunden, sodass eine Signalleitung zwischen den einzelnen elektronischen Bauteilen 18 möglich ist.
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Aus der 1 geht hervor, dass die elektronischen Bauteile 18 sowie das Stickmaterial 16 weitestgehend nicht sichtbar sind, da das matrixbildende Material 14, welches das Faser-Halbzeug 12 umgibt und die Oberfläche des Faserverbundbauteils 10 bildet, im Wesentlichen lichtundurchlässig bzw. teilweise opak ist.
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In der in 1 gezeigten Darstellung sind die elektronischen Bauteile 18 nicht aktiviert, das heißt, dass die signalleitenden Materialien des Stickmaterials 16 keinen Strom leiten.
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Daher leuchten die als Leuchtmittel ausgebildeten elektronischen Bauteile 18 nicht, sodass sie von außen nicht sichtbar sind. Dies wird durch die gestrichelte Darstellung der elektronischen Bauteile 18 dargestellt.
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In 2 ist derselbe Ausschnitt des Faserverbundbauteils 10 in einem aktivierten Zustand gezeigt, bei dem ein Strom über das signalleitende Stickmaterial 16 fließt, sodass die als Leuchtmittel ausgebildeten elektronischen Bauteile 18 leuchten.
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Hierdurch ist es möglich, dass das Faserverbundbauteil 10 eine versteckte Anzeige aufweist, die in der gezeigten Darstellung als „TL” gezeigt ist.
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Das matrixbildende Material 14 des Faserverbundbauteils 10 ist dabei derart eingefärbt, dass es im nicht-aktivierten bzw. deaktivierten Zustand der elektronischen Bauteile 18 quasi lichtundurchlässig ist, sodass man die eingebetteten und integrierten Bauteile 18 nicht sieht, wohingegen es im aktivierten Zustand die von den elektronischen Bauteilen 18, also den Leuchtmitteln, ausgehenden Lichtstrahlen durchlässt.
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Da die elektronischen Bauteile 18 sowie das Stickmaterial 16 in das Faser-Halbzeug 12 eingebracht worden sind, bevor das Faser-Halbzeug 12 mit dem matrixbildenden Material 14 umgeben worden ist bzw. von diesem getränkt wurde, ist sichergestellt, dass das Faserverbundbauteil 10 eine glatte Oberfläche hat, welche bauteilfrei ist.
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Anstatt den in dem Ausführungsbeispiel gezeigten elektronischen Bauteilen 18 in Form von Leuchtmitteln können mechatronische Bauteile, Schaltkreise und/oder Sensoren in das Faserverbundbauteil 10 integriert werden. Hierdurch ist es möglich, dass beispielsweise Parameter des Faserverbundbauteils 10 über die Sensoren erfasst werden können.
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Insbesondere kann der Sensor durch das Stickmaterial 16 selbst gebildet sein, sofern dieser exakt im Faser-Halbzeug 12 eingestickt wird, sodass er als ein Dehnungsmessstreifen fungiert. Hierbei ist das Stickmaterial 16 vorzugsweise als ein metallischer Draht ausgebildet.
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Das Stickmaterial 16 kann darüber hinaus selbst als Lichtleiter ausgebildet sein, sodass das Stickmaterial 16 optische Signale leitet. Hierdurch lässt sich in einfacher Weise eine wie in den 1 und 2 gezeigte „versteckte Anzeige” des Faserverbundbauteils 10 durch das Stickmaterial 16 selbst ausbilden.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Stickmaterial 16, also das signalleitende Material, gleichzeitig mechanische verstärkende Strukturen im Faser-Halbzeug 12 ausbildet. Hierdurch ist es insbesondere möglich, dass ein lastpfadgerechtes Faser-Halbzeug 12 geschaffen wird. Dementsprechend muss das Faser-Halbzeug 12 und somit das Faserverbundbauteil 10 nicht materialdicker ausgebildet werden, um die entsprechenden Lasten aufzunehmen bzw. weiterzuleiten. Das Gewicht sowie die Herstellungskosten können so reduziert werden.
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Insgesamt ist somit ein Faserverbundbauteil 10 geschaffen, das zusätzliche Funktionen wie eine verdeckte Anzeige oder integrierte Schalt- oder Sensorfunktionen aufweist, die in einfacher und kostengünstiger Weise hergestellt werden können, da keine zusätzlichen Schritte nötig sind. Gleichzeitig sind diese zusätzlichen Baugruppen im Faserverbundbauteil schützend integriert.
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Ein derartig hergestelltes Faserverbundbauteil 10 weist eine glatte bzw. ungestörte Oberfläche auf, sodass es in einfacher Weise weiterverarbeitet werden kann. Insbesondere sind dadurch auch die integrierten Bauteile 18 und das Stickmaterial 16 selbst vor Umwelteinflüssen geschützt, da das matrixbildende Material 14 die Außenfläche des Faserverbundbauteils 10 und somit eine Schutzschicht ausbildet.
