DE102017001323A1

DE102017001323A1 - Semi-finished product, in particular for the production of a vehicle, and method for producing such a semifinished product

Info

Publication number: DE102017001323A1
Application number: DE102017001323.3A
Authority: DE
Inventors: Niklas Minsch; Farbod Nezami
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-02-11
Filing date: 2017-02-11
Publication date: 2017-08-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbzeug (10), mit einem als hohler Kunststoff-Schlauch (12) ausgebildeten Kern, welcher mit einer unidirektionalen Faserverstärkung (16) umgeben ist, und mit wenigstens einem die Faserverstärkung (16) umgebenden Geflecht (20).The invention relates to a semifinished product (10) having a core formed as a hollow plastic tube (12) which is surrounded by a unidirectional fiber reinforcement (16) and having at least one braid (20) surrounding the fiber reinforcement (16).

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbzeug, insbesondere zur Herstellung eines Fahrzeugs, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Halbzeugs.The invention relates to a semifinished product, in particular for the production of a vehicle, and to a method for producing such a semifinished product.

Halbzeuge sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Ein solches Halbzeug wird üblicherweise verwendet, um wenigstens ein Produkt wie beispielsweise ein Fahrzeug herzustellen. Hierzu wird das Halbzeug selbst zunächst hergestellt, dann bereitgestellt und daraufhin weiterverarbeitet, wobei das Halbzeug beispielsweise umgeformt wird. Beispielsweise wird aus dem Halbzeug ein Bauelement des Fahrzeugs hergestellt.Semi-finished products are already well known from the general state of the art and in particular from series production. Such a semi-finished product is commonly used to make at least one product, such as a vehicle. For this purpose, the semifinished product itself is first produced, then provided and then further processed, wherein the semifinished product, for example, is formed. For example, a component of the vehicle is produced from the semifinished product.

Dabei offenbart die US 4 137 354 eine Verbundstruktur mit einer Mehrzahl von Fasern, welche in eigenen Reihen angeordnet sind. Außerdem ist aus der US 2003/0010424 A1 beziehungsweise aus der US 7 090 731 eine Komponente aus faserverstärktem Kunststoff bekannt. Schließlich offenbart die US 8 188 958 eine Zahnradanordnung, mit einem Zahnradeinsatz.It reveals the US 4 137 354 a composite structure with a plurality of fibers, which are arranged in their own rows. Moreover, from the US 2003/0010424 A1 or from the US Pat. No. 7,090,731 a component made of fiber reinforced plastic known. Finally, the reveals US 8,188,958 a gear arrangement, with a gear wheel insert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders vorteilhaftes Halbzeug sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Halbzeugs bereitzustellen.The object of the present invention is to provide a particularly advantageous semifinished product and a method for producing such a semifinished product.

Diese Aufgabe wird durch ein Halbzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a semi-finished product having the features of patent claim 1 and by a method having the features of patent claim 6. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Halbzeug, insbesondere zur Herstellung eines Fahrzeugs. Beispielsweise kann durch entsprechendes Weiterverarbeiten des Halbzeugs wenigstens ein Bauelement des Fahrzeugs hergestellt werden. Das Halbzeug weist dabei einen Kern auf, welcher als hohler Kunststoff-Schlauch ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist der Kern durch einen Schlauch gebildet, welcher aus einem Kunststoff gebildet ist. Dabei ist der Schlauch, insbesondere über seine gesamte Erstreckung, hohl, sodass der Kunststoff-Schlauch zumindest in einem Teilbereich, insbesondere über seine gesamte Längserstreckung, einen geschlossenen Hohlquerschnitt aufweist. Das Halbzeug umfasst ferner eine unidirektionale Faserverstärkung, mit welcher der Kern beziehungsweise der Kunststoff-Schlauch, insbesondere direkt, umgeben ist. Dabei berührt die unidirektionale Faserverstärkung (UD-Faserverstärkung) den Kern, insbesondere dessen außenumfangsseitige Mantelfläche, vorzugsweise direkt. Außerdem weist das erfindungsgemäße Halbzeug wenigstens ein beispielsweise als Ei- oder Triaxialgeflecht ausgebildetes Geflecht auf, welches die Faserverstärkung, insbesondere direkt, umgibt. Dabei berührt beispielsweise das Geflecht die Faserverstärkung direkt. Mittels des Geflechts ist die UD-Faserverstärkung beispielsweise fixiert und somit in Position gehalten.A first aspect of the invention relates to a semifinished product, in particular for the production of a vehicle. For example, by appropriate further processing of the semifinished product at least one component of the vehicle can be produced. The semifinished product has a core, which is formed as a hollow plastic hose. In other words, the core is formed by a tube which is formed from a plastic. In this case, the hose, in particular over its entire extent, hollow, so that the plastic hose has a closed hollow cross-section, at least in a partial area, in particular over its entire longitudinal extent. The semifinished product further comprises a unidirectional fiber reinforcement with which the core or the plastic hose, in particular directly, is surrounded. In this case, the unidirectional fiber reinforcement (UD fiber reinforcement) touches the core, in particular its outer peripheral side surface, preferably directly. In addition, the semifinished product according to the invention has at least one braid formed, for example, as an egg or triaxial braid, which surrounds the fiber reinforcement, in particular directly. For example, the braid touches the fiber reinforcement directly. By means of the braid, for example, the UD fiber reinforcement is fixed and thus held in position.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbzeugs, insbesondere eines erfindungsgemäßen Halbzeugs. Bei einem ersten Schritt des Verfahrens wird ein als hohler Kunststoff-Schlauch ausgebildeter Kern bereitgestellt. Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens wird eine unidirektionale Faserverstärkung, insbesondere direkt, auf den Kunststoff-Schlauch aufgebracht, sodass beispielsweise die unidirektionale Faserverstärkung den Kunststoff-Schlauch umgibt. Bei einem dritten Schritt des Verfahrens wird, insbesondere direkt, ein Geflecht auf die Faserverstärkung derart aufgebracht, dass das Geflecht die Faserverstärkung außenseitig, insbesondere zumindest teilweise, zumindest überwiegend oder vollständig, umgibt. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Halbzeugs sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.A second aspect of the invention relates to a method for producing a semifinished product, in particular a semifinished product according to the invention. In a first step of the method, a core formed as a hollow plastic tube is provided. In a second step of the method, a unidirectional fiber reinforcement, in particular directly, is applied to the plastic tube, so that, for example, the unidirectional fiber reinforcement surrounds the plastic tube. In a third step of the method, a braid is applied to the fiber reinforcement, in particular directly, such that the braid surrounds the fiber reinforcement on the outside, in particular at least partially, at least predominantly or completely. Advantages and advantageous embodiments of the semifinished product according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the method according to the invention and vice versa.

Als besonders vorteilhaft hat es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gezeigt, wenn das Halbzeug durch ein 3D-Raumwickelverfahren weiterverarbeitet, insbesondere abgelegt, wird. Mit Hilfe des 3D-Raumwickelverfahrens lassen sich beispielsweise Fasern zumindest im Wesentlichen frei im Raum um Umlenkpunkte ablegen. Als eine solche Faser kann das erfindungsgemäße Halbzeug verwendet werden, welches beispielsweise eine zumindest im Wesentlichen linienförmige Erstreckung und somit beispielsweise die Gestalt einer Faser aufweist, sodass beispielsweise das erfindungsgemäße Halbzeug mittels des 3D-Raumwickelverfahrens zumindest im Wesentlichen frei im Raum um Umlenkpunkte liegen lässt.It has proven to be particularly advantageous in the method according to the invention if the semifinished product is processed further, in particular deposited, by means of a 3D space winding method. With the help of the 3D space winding method, for example, fibers can be deposited at least substantially freely in space around deflection points. As such a fiber, the semifinished product according to the invention can be used, which has, for example, an at least substantially linear extension and thus, for example, the shape of a fiber, so that, for example, the semifinished product according to the invention can be at least substantially free in space around deflection points by means of the 3D space winding method.

Üblicherweise ist es bei einfachen Geometrien mit Hilfe von entsprechenden Werkzeugen möglich, eine gute Konsolidierung eines abgelegten Laminats zu realisieren, wobei dies nur mit erhöhtem Aufwand darstellbar ist. Ein solches Werkzeug umfasst beziehungsweise umgreift abgelegte Stränge formschlüssig und komprimiert diese durch Aufbringen von Normalkräften. Durch dieses Vorgehen wird jedoch enorm an Flexibilität eingebüßt, wodurch der generative Charakter verloren geht. Zusätzlich weisen ablegte Stränge beziehungsweise Fasern üblicherweise einen Vollquerschnitt auf. Vollquerschnitte sind vor dem Hintergrund des Gedankens des Formleichtbaus möglichst zu vermeiden, da sie im Vergleich zu Hohlstrukturen einen schlechteren Leichtbaugrad aufweisen und somit zu einem erhöhten Gewicht führen. Die Ablage von einzelnen Strängen beziehungsweise Rovings, das heißt Faserbündeln ist darüber hinaus sehr zeitaufwendig.Usually it is possible with simple geometries with the aid of appropriate tools to realize a good consolidation of a stored laminate, which can be represented only with increased effort. Such a tool comprises or encompasses stored strands positively and compresses them by applying normal forces. However, this approach loses a great deal of flexibility, thus losing the generative character. In addition, laid strands or fibers usually have a solid cross section. Full cross-sections are to be avoided as far as possible in the light of the idea of lightweight construction, since they have a poorer lightweight design compared to hollow structures and thus lead to increased weight. The storage of individual strands or rovings, that is fiber bundling is also very time consuming.

Diese Probleme und Nachteile können mittels des 3D-Raumwickelverfahrens sowie mittels des erfindungsgemäßen Halbzeugs vermieden werden, da das Halbzeug beziehungsweise der Kunststoff-Schlauch eine Hohlstruktur darstellt, welche mittels des 3D-Raumwickelverfahrens besonders vorteilhaft, einfach und kostengünstig abgelegt und dadurch weiterverarbeitet werden kann. Das 3D-Raumwickelverfahren ist eine 3D-Wickeltechnik, mit deren Hilfe das vorteilhafte Eigenschaften aufweisende, erfindungsgemäße Halbzeug besonders vorteilhaft weiterverarbeitet werden kann. Die unidirektionale Faserverstärkung ist zumindest zum Teil durch unidirektionale Fasern gebildet, wobei ein möglichst hoher Anteil an unidirektionalen Fasern beziehungsweise Faserverstärkungen anzustreben ist. Die Faserverstärkung wird beispielsweise durch das als Bi- oder Triaxialgeflecht ausgebildete Geflecht fixiert und in Position gehalten. Vorzugsweise wird als das Geflecht ein Triaxialgeflecht mit hohem unidirektionalem Faseranteil verwendet und auf den Kern appliziert.These problems and disadvantages can be avoided by means of the 3D space winding method and by means of the semifinished product according to the invention, since the semifinished product or the plastic hose represents a hollow structure which can be deposited particularly advantageously, simply and inexpensively by means of the 3D space winding method and thereby further processed. The 3D space winding method is a 3D winding technique, with the aid of which the advantageous properties having semifinished product according to the invention can be further processed particularly advantageous. The unidirectional fiber reinforcement is at least partially formed by unidirectional fibers, wherein the highest possible proportion of unidirectional fibers or fiber reinforcements is desirable. The fiber reinforcement is fixed, for example, by the braid formed as a bi- or triaxial braid and held in position. Preferably, a triaxial braid having a high unidirectional fiber content is used as the braid and applied to the core.

Insbesondere kann insofern eine besonders vorteilhafte Funktionalität des Halbzeugs realisiert werden, dass der Kunststoff-Schlauch im Inneren des Halbzeugs einen hohlen Querschnitt erzeugt, welcher eine Profilierung des Querschnitts erzeugt und den Leichtbaugrad durch effizienten Formleichtbau enorm erhöht. Insbesondere können dadurch besonders vorteilhafte Druck- und Biegeeigenschaften realisiert werden, sodass das Halbzeug beispielsweise besonders robust gegenüber Druckbeulen ist.In particular, a particularly advantageous functionality of the semifinished product can be realized in that the plastic tube inside the semifinished product produces a hollow cross-section which generates a profiling of the cross-section and enormously increases the degree of lightweight construction through efficient lightweight construction. In particular, particularly advantageous pressure and bending properties can be realized thereby, so that the semifinished product, for example, is particularly robust against pressure buckling.

Die Faserverstärkung weist beispielsweise wenigstens ein oder mehrere unidirektional-Lagen auf, die zur Aufnahme von Hauptlasten in Zug- und Druckbereichen des beispielsweise als Strang ausgebildeten Halbzeugs angeordnet sind. Das Geflecht fixiert die Faserverstärkung, das heißt ihre zumindest eine oder mehrere Unidirektional-Lagen für die Ablage, schützt wenigstens eine Innenlage beziehungsweise den Kern vor Verarbeitungsschäden und nimmt Schubbeanspruchungen durch seine Faserverstärkung, insbesondere mit einer Ausrichtung von +45 Grad und/oder –45 Grad, besonders gut auf. Der Kern, die Faserverstärkung und das Geflecht stellen ein Verbund dar, wobei das Geflecht und der als Kernschlauch fungierende Kunststoff-Schlauch für eine saubere Konsolidierung des Verbunds sorgen. Das Halbzeug kann beispielsweise als fertiges beziehungsweise fertig hergestelltes Halbzeug bereitgestellt und dann verarbeitet oder aber in einer Linie selbst erzeugt, umflochten und weiterverarbeitet werden. Die Erzeugung in der genannten Linie ist äußerst vorteilhaft, da die Anzahl an Unidirektional-Lagen der Faserverstärkung bedarfsgerecht eingestellt beziehungsweise angepasst werden kann. Dadurch kann beispielsweise in hochbelasteten Bereichen eine große Dicke und in demgegenüber weniger stark belasteten Bereichen eine geringe Dicke der Faserverstärkung beziehungsweise Halbzeugs insgesamt realisiert werden.The fiber reinforcement has, for example, at least one or more unidirectional layers, which are arranged to receive main loads in tensile and compressive regions of the semifinished product, for example in the form of a strand. The braid fixes the fiber reinforcement, that is, its at least one or more unidirectional layers for storage, protects at least one inner layer or core from processing damage, and takes shear stresses through its fiber reinforcement, particularly with an orientation of +45 degrees and / or -45 degrees , especially good. The core, the fiber reinforcement and the braid constitute a composite, with the braid and the inner tube functioning as a plastic hose for a clean consolidation of the composite. The semifinished product can be provided, for example, as a finished or finished semi-finished product and then processed or else produced, braided and processed in a line itself. The generation in said line is extremely advantageous, since the number of unidirectional layers of the fiber reinforcement can be adjusted or adjusted as needed. As a result, for example, in heavily loaded areas, a large thickness and, in contrast, less heavily loaded areas, a small thickness of the fiber reinforcement or semifinished product as a whole can be realized.

Beispielsweise wird das Halbzeug als Roving, das heißt als Faserbündel bereitgestellt. Besonders vorteilhaft ist es, das Halbzeug beziehungsweise den Roving bedarfsgerecht mittels eines Roboters entlang von hauptbelasteten Bereichen, insbesondere eines Bauteils, welches aus dem Halbzeug hergestellt wird, abzulegen. Aufgrund seiner zunächst geringen Eigensteifigkeit lässt sich das als Schlauch ausgebildete Halbzeug auch um enge Radien lenken beziehungsweise ablegen. In diesem Zusammenhang ist es möglich, bei besonders geringen beziehungsweise scharfen Radien Wärme einzubringen, um das Halbzeug, insbesondere den Kern, zu erwärmen und insbesondere anzuschmelzen, wodurch eine besonders vorteilhafte Duktilität des Kerns, insbesondere dessen Materials, realisiert werden kann.For example, the semifinished product is provided as a roving, that is, as a fiber bundle. It is particularly advantageous to place the semifinished product or the roving as required by means of a robot along areas which are subject to heavy loads, in particular a component which is produced from the semifinished product. Due to its initially low inherent rigidity, the semifinished product designed as a tube can also be deflected or deposited around tight radii. In this context, it is possible to introduce heat in particularly small or sharp radii in order to heat and in particular melt the semifinished product, in particular the core, whereby a particularly advantageous ductility of the core, in particular its material, can be realized.

Der Roboter weist beispielsweise ein Ablagewerkzeug auf, mittels welchem das Halbzeug abgelegt wird. Dabei ist vorzugsweise ein Heizelement, insbesondere ein Wärmestrahler, am Ablagewerkzeug des Roboters angeordnet, sodass das Halbzeug beziehungsweise der Kern mittels des Heizelements, insbesondere mittels des Wärmestrahlers, bedarfsgerecht erwärmt werden kann.The robot has, for example, a storage tool, by means of which the semifinished product is deposited. In this case, a heating element, in particular a heat radiator, is preferably arranged on the depositing tool of the robot, so that the semifinished product or the core can be heated as required by means of the heating element, in particular by means of the heat radiator.

Nach dem Aufbringen der Faserverstärkung auf den Kunststoff-Schlauch, insbesondere nach dem Ablegen des fertigen Halbzeuges mit Hilfe des Roboters, ist es möglich, den Kunststoff-Schlauch, insbesondere dessen Hohlquerschnitt, insbesondere pneumatisch und/hydraulisch, mit einem Druck, insbesondere mit einem Innendruck, zu beaufschlagen. Der im Kern, insbesondere in dessen Hohlquerschnitt, wirkende Innendruck wirkt insbesondere in radialer Richtung des Kunststoff-Schlauchs nach außen und stellt einen hohen Konsolidierungsdruck bereit, der beispielsweise auf die beispielsweise als Laminat ausgebildete Faserverstärkung wirkt. Dadurch kann die Faserverstärkung besonders vorteilhaft konsolidiert werden, da beispielsweise das die Faserverstärkung umgebende Geflecht dem Konsolidierungsdruck entgegenwirkt beziehungsweise entgegensteht. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die insbesondere als Laminat ausgebildete Faserverstärkung mittels des Konsolidierungsdrucks zwischen dem Kern und dem Geflecht zu verpressen und somit vorteilhaft zu konsolidieren. Durch eine gleichzeitige beziehungsweise simultane Ablage von mehreren Rovings beziehungsweise Halbzeugen kann ein besonders hoher Massendurchsatz realisiert werden, sodass sich eine besonders zeit- und kostengünstige Herstellung realisieren lässt.After applying the fiber reinforcement on the plastic tube, in particular after the laying of the finished semi-finished product by means of the robot, it is possible, the plastic hose, in particular its hollow cross-section, in particular pneumatically and / or hydraulically, with a pressure, in particular with an internal pressure to charge. The internal pressure acting in the core, in particular in its hollow cross-section, acts in particular in the radial direction of the plastic hose to the outside and provides a high consolidation pressure which, for example, acts on the fiber reinforcement formed, for example, as a laminate. As a result, the fiber reinforcement can be consolidated in a particularly advantageous manner, since, for example, the braiding surrounding the fiber reinforcement counteracts or counteracts the consolidation pressure. This makes it possible, for example, to compress the fiber reinforcement formed in particular as a laminate by means of the consolidation pressure between the core and the braid and thus to consolidate it in an advantageous manner. By a simultaneous or simultaneous storage of a plurality of rovings or semi-finished products, a particularly high mass throughput can be realized, so that a particularly time-consuming and cost-effective production can be realized.

Insbesondere können folgende Vorteile durch das erfindungsgemäße Halbzeug und das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden:

– maximaler Leichtbaugrad durch Formleichtbau durch Hohlquerschnitte
– optimale Konsolidierung der Fasern
– idealer Strangaufbau mit hohem unidirektionalem Anteil für Zug-Druck-Aufnahme und +45/–45 Grad für Schubspannungen
– enorme Erhöhung der Massendurchsätze durch simultane Ablagen von mehreren Rovings
– bedarfsgerechte Anpassung des Halbzeugs
– bedarfsgerechte Anpassung der Dicke der unidirektionalen Faserverstärkung beziehungsweise der Stränge im Allgemeinen an den vorherrschenden Spannungszustand
– Schutz der Fasern während der Ablage durch Ummantelungsgeflecht
– kostengünstige Herstellung und Verarbeitung durch Herstellung und Verarbeitung des Halbzeugs in der Linie (inline-Herstellung)
– Betriebsmitteltragstrukturen erreichen neue Leichtbaudimensionen
– geringerer Energieverbrauch von Vorteil für Leichtbaugreiferstrukturen im Fahrzeugbau: geringerer Roboterenergieverbrauch, höhere Werkzeugbewegungsraten möglich durch geringere Trägheit und somit Reduktion von Taktzeit, Erhöhung der Roboterreichweite und Downscaling auf kleinere Roboter möglich
– höhere Werkzeugbewegungsraten möglich durch geringe Trägheit und somit Reduktion von Taktzeit
– kleinere Roboter können verwendet werden, wodurch die Kosten gering gehalten werden können

In particular, the following advantages can be realized by the semifinished product according to the invention and the method according to the invention:

- Maximum lightweight design by lightweight construction by hollow sections
- optimal consolidation of the fibers
- Ideal strand construction with high unidirectional component for tensile-pressure-absorption and + 45 / -45 degrees for shear stress
- Huge increase in mass throughputs by simultaneous storage of multiple rovings
- needs-based adaptation of the semi-finished product
- matching the thickness of the unidirectional fiber reinforcement or the strands in general to the prevailing stress state
- Protection of the fibers during storage through sheath braid
- cost-effective production and processing by production and processing of the semi-finished product in the line (in-line production)
- Equipment support structures achieve new lightweight dimensions
Lower energy consumption is advantageous for lightweight construction structures in vehicle construction: lower robot energy consumption, higher tool movement rates possible due to lower inertia and thus reduced cycle time, increased robot range and downscaling to smaller robots possible
- higher tool movement rates possible due to low inertia and thus reduction of cycle time
- smaller robots can be used, which can keep costs down

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:

1 ausschnittsweise eine schematische und teilweise geschnittene Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Halbzeugs, mit einem als hohler Kunststoff-Schlauch ausgebildeten Kern, welcher mit einer unidirektionalen Faserverstärkung umgeben ist, und mit wenigstens einem die Faserverstärkung umgebenden Geflecht; und 1 a schematic and partially sectioned perspective view of a semi-finished product according to the invention, with a designed as a hollow plastic tube core, which is surrounded by a unidirectional fiber reinforcement, and with at least one braid surrounding the fiber reinforcement; and

2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen und insbesondere Weiterverarbeiten des Halbzeugs. 2 a schematic representation of a method for manufacturing and in particular further processing of the semifinished product.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichem Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und teilweise geschnittenen Perspektivansicht ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Halbzeug, insbesondere zur Herstellung eines beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildeten Fahrzeugs. Beispielsweise wird aus dem Halbzeug 10 ein Bauelement des Fahrzeugs hergestellt, welches wiederum aus dem Bauelement hergestellt wird. Um besonders vorteilhafte Eigenschaften, insbesondere eine besonders vorteilhafte Weiterverarbeitbarkeit, des Halbzeugs 10 zu realisieren, weist das Halbzeug 10 einen Kern in Form eines hohlen Kunststoff-Schlauchs 12 auf. Mit anderen Worten ist der Kern als ein hohler Schlauch ausgebildet, welcher aus einem Kunststoff oder aber gegebenenfalls aus einem anderen Werkstoff gebildet ist. Der Kunststoff-Schlauch 12 ist zumindest in einem Längenbereich, insbesondere über seine zumindest überwiegende oder vollständige Längserstreckung, hohl ausgebildet und weist somit einen geschlossenen Hohlquerschnitt 14 auf, welcher auch einfach als Querschnitt bezeichnet wird. 1 shows a detail in a schematic and partially cut perspective view as a whole with 10 designated semifinished product, in particular for the production of a vehicle, for example as a motor vehicle, especially as a passenger car, trained vehicle. For example, from the semifinished product 10 made a component of the vehicle, which in turn is made of the device. In order to obtain particularly advantageous properties, in particular a particularly advantageous further processibility, of the semifinished product 10 realize the semifinished product 10 a core in the form of a hollow plastic tube 12 on. In other words, the core is formed as a hollow tube, which is made of a plastic or optionally of another material. The plastic hose 12 is hollow at least in a longitudinal region, in particular over its at least predominant or complete longitudinal extent, and thus has a closed hollow cross-section 14 on, which is also referred to simply as a cross section.

Das Halbzeug 10 umfasst ferner eine unidirektionale Faserverstärkung 16, welche auch als UD-Faserverstärkung oder als UD-Verstärkung bezeichnet wird. Dabei ist der Kunststoff-Schlauch 12 direkt mit der Faserverstärkung 16 umgeben, sodass beispielsweise die Faserverstärkung 16 den Kunststoff-Schlauch 12, insbesondere dessen außenumfangsseitige Mantelfläche 18, direkt berührt. Ferner weist das Halbzeug 10 wenigstens ein die Faserverstärkung 16 umgebendes Geflecht 20 auf, welches beispielsweise als Biaxialgeflecht mit einer Fasermontierung +/–45 Grad ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist das Geflecht 20 aus Fasern gebildet, wobei beispielsweise das Geflecht 20 die Faserverstärkung 16 direkt umgibt und somit die Faserverstärkung 16 direkt berührt. Vorzugsweise ist der Kunststoff-Schlauch 12 aus Polyethylen (PE) gebildet, sodass der genannte Schlauch beispielsweise als PE-Schlauch ausgebildet ist.The semi-finished product 10 further includes unidirectional fiber reinforcement 16 , which is also referred to as UD fiber reinforcement or as UD gain. Here is the plastic hose 12 directly with the fiber reinforcement 16 surrounded, so for example, the fiber reinforcement 16 the plastic hose 12 , in particular its outer peripheral side surface 18 , touched directly. Furthermore, the semifinished product has 10 at least one fiber reinforcement 16 surrounding mesh 20 on, which is formed for example as a biaxial braid with a fiber mount +/- 45 degrees. In other words, that's the braid 20 formed of fibers, for example, the braid 20 the fiber reinforcement 16 directly surrounds and thus the fiber reinforcement 16 touched directly. Preferably, the plastic tube 12 made of polyethylene (PE), so that said hose is formed for example as a PE hose.

2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zum Herstellen des Halbzeugs 10, welches im Rahmen des Verfahrens auch weiterverarbeitet wird. Im Rahmen des Verfahrens wird der Kunststoff-Schlauch 12, insbesondere als Endlosmaterial, bereitgestellt und beispielsweise mit der Faserverstärkung 16 umgeben. Der mit der Faserverstärkung 16 umgebene Kunststoff-Schlauch 12 wird beispielsweise durch ein Flechtrad 22 hindurchgeführt, mittels welchem das Geflecht 20 aus Fasern 24 hergestellt wird, welche mittels des Flechtrads 22 unter Ausbildung des Geflechts 20 auf beziehungsweise um einen Verbund geflochten werden, der den direkt mit der Faserverstärkung 16 umgebenen Kunststoff-Schlauch 12 und somit die Faserverstärkung 16 umfasst. Somit wird der genannte Verbund durch das Flechtrad 22 hindurchgeführt und mittels des Flechtrads 22 mit dem Geflecht 20 versehen. Der mit dem Geflecht 20 versehene Verbund läuft dann beispielsweise durch eine Imprägnierdüse 26, mittels welcher ein den genannten Verbund und das Geflecht 20, mit welchem der Verbund versehen ist, umfasst. Mit anderen Worten umfasst der Gesamtverbund den Kunststoff-Schlauch 12, die den Kunststoff-Schlauch 12 umgebende Faserverstärkung 16 und das die Faserverstärkung 16 umgebende Geflecht 20. Mittels der Imprägnierdüse 26 wird der Gesamtverbund mit einem Harz beziehungsweise mit einer Kunststoff-Matrix imprägniert beziehungsweise versehen oder getränkt. Daran anschließend durchläuft beispielsweise der gesamte getränkte Verbund einen Abstreifer 28, mittels welchem überschüssige Kunststoff-Matrix von dem Gesamtverbund abgestrichen wird. Der Gesamtverbund ist beispielsweise das Halbzeug 10, welches mittels der Imprägnierdüse 26 mit der Kunststoff-Matrix versehen wird. Nach dem Abstreifer 28 wird das als Faser, Strang oder Roving ausgebildete Halbzeug 10 mittels eines Roboters 30 abgelegt, wobei mittels des Roboters 30 ein 3D-Raumwickelverfahren durchgeführt wird, mittels welchem das Halbzeug 10 besonders bedarfsgerecht abgelegt wird. 2 shows a schematic representation of a method for producing the semifinished product 10 , which is also processed in the context of the procedure. As part of the procedure, the plastic hose 12 , in particular as endless material, provided and, for example, with the fiber reinforcement 16 surround. The one with the fiber reinforcement 16 surrounded plastic hose 12 for example, by a wicker 22 passed, by means of which the braid 20 made of fibers 24 made by means of the wicker 22 under training of the braid 20 braided on or around a composite, which directly with the fiber reinforcement 16 surrounded plastic hose 12 and thus the fiber reinforcement 16 includes. Thus, said composite becomes the braided wheel 22 passed through and by means of Flechtrads 22 with the braid 20 Mistake. The one with the braid 20 provided composite then runs, for example, through a impregnation 26 , by means of which a said composite and the braid 20 with which the composite is provided comprises. In other words, the overall composite includes the plastic tube 12 holding the plastic hose 12 surrounding fiber reinforcement 16 and that the fiber reinforcement 16 surrounding braid 20 , By means of the impregnation nozzle 26 the entire composite is impregnated or provided or impregnated with a resin or with a plastic matrix. Subsequently, for example, the entire impregnated composite passes through a scraper 28 , By means of which excess plastic matrix is scraped off the entire composite. The overall composite is, for example, the semi-finished product 10 , which by means of the impregnation nozzle 26 is provided with the plastic matrix. After the scraper 28 becomes the semifinished product formed as fiber, strand or roving 10 by means of a robot 30 filed by means of the robot 30 a 3D space winding method is performed, by means of which the semifinished product 10 is stored particularly needs-based.

Zumindest die Fasern 24 der Faserverstärkung 16 und/oder die Fasern des Geflechts 20 werden, jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in die Kunststoff-Matrix eingebettet, wodurch ein faserverstärkter Kunststoff gebildet wird, insbesondere nach Aushärtung der zunächst flüssigen Kunststoff-Matrix. Da der Kunststoff-Schlauch 12 hohl ausgebildet ist, ist der Kunststoff-Schlauch 12 an sich ein Hohlprofil, welches mit dem faserverstärkten Kunststoff versehen ist, sodass das Halbzeug 10 insgesamt als faserverstärktes Hohlprofil ausgebildet ist. Dieses faserverstärkte Hohlprofil wird dann mittels des Roboters 30 einem Wickelverfahren unterzogen und mittels des Wickelverfahrens abgelegt, wobei das Wickelverfahren vorzugsweise eine 3D-Wickeltechnik ist, insbesondere das zuvor genannte 3D-Raumwickelverfahren, durchgeführt wird. Die Kunststoff-Matrix härtet insbesondere nach Ablegen des Halbzeugs 10 aus, sodass ein durch das abgelegte Halbzeug 10 gebildetes Bauelement seine Form selbstständig beibehält.At least the fibers 24 the fiber reinforcement 16 and / or the fibers of the braid 20 be, in each case at least partially, in particular at least predominantly or completely embedded in the plastic matrix, whereby a fiber-reinforced plastic is formed, in particular after curing of the initially liquid plastic matrix. Because the plastic hose 12 Hollow is the plastic tube 12 in itself a hollow profile, which is provided with the fiber-reinforced plastic, so that the semifinished product 10 is formed in total as a fiber-reinforced hollow profile. This fiber reinforced hollow profile is then by means of the robot 30 subjected to a winding process and deposited by means of the winding process, wherein the winding process is preferably a 3D winding technique, in particular the aforementioned 3D space winding method is performed. The plastic matrix cures in particular after the semifinished product has been deposited 10 out, so that through the deposited semi-finished 10 formed component maintains its shape independently.

Mittels des 3D-Raumwickelverfahrens kann das Halbzeug 10 als Faser zumindest im Wesentlichen frei im Raum um jeweilige Umlenkpunkte abgelegt und dadurch beispielsweise bedarfsgerecht geformt werden. Hierdurch kann am Halbzeug 10 eine Form aufgeprägt werden, welche beispielsweise nach Aushärten der Kunststoff-Matrix erhalten bleibt. Ferner ist es denkbar, den Hohlquerschnitt 14 mit einem Konsolidierungsdruck pneumatisch zu beaufschlagen, insbesondere nachdem der Kunststoff-Schlauch 12 mit der Faserverstärkung 16 und dem Geflecht 20 versehen wurde. Mittels des Konsolidierungsdrucks, dem beispielsweise das Geflecht 20 entgegensteht, wird die Faserverstärkung 16 zwischen dem Kunststoff-Schlauch 12 und dem Geflecht 20 verpresst, wodurch die Faserverstärkung 16 besonders vorteilhaft konsolidiert werden kann.By means of the 3D space winding process, the semi-finished 10 stored as fiber at least substantially free in space around respective deflection and thereby formed, for example, as needed. This can be on the semifinished product 10 a shape is impressed, which is maintained, for example, after curing of the plastic matrix. Furthermore, it is conceivable, the hollow cross-section 14 to pneumatically pressurize with a consolidation pressure, especially after the plastic hose 12 with the fiber reinforcement 16 and the braid 20 was provided. By means of consolidation pressure, for example, the braid 20 opposes, the fiber reinforcement 16 between the plastic hose 12 and the braid 20 pressed, causing the fiber reinforcement 16 can be consolidated particularly advantageous.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 4137354 [0003]
US 2003/0010424 A1 [0003]
US7090731 [0003]
US 8188958 [0003]

Claims

Workpiece ( 10 ), with a hollow plastic hose ( 12 ) formed core, which with a unidirectional fiber reinforcement ( 16 ) and at least one of the fiber reinforcement ( 16 ) surrounding braid ( 20 ).

Workpiece ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the braid ( 20 ) is designed as bi- or Triaxialgeflecht.

Workpiece ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the braid ( 20 ) has at least one unidirectional fiber content.

Workpiece ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic hose ( 12 ) is formed of polyethylene.

Workpiece ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the braid ( 20 ) the fiber reinforcement ( 16 ) directly surrounds.

Method for producing a semifinished product ( 10 ), comprising the steps of: - providing a hollow plastic hose ( 12 ) trained core; Application of a unidirectional fiber reinforcement ( 16 ) on the plastic hose ( 12 ); - applying a braid ( 20 ) on the fiber reinforcement ( 16 ) such that the mesh ( 20 ) the fiber reinforcement ( 16 ) surrounds.

A method according to claim 6, characterized in that the semifinished product is further processed by a 3D Raumwickelververfahren.