DE102017009519A1 - Verbundbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verbundbauteile und Verfahren zu deren Herstellung. Die Verbundbauteile und die Verfahren zu deren Herstellung zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Verbundbauteil einfach und ökonomisch bereitstellbar und herstellbar sind.
Dazu weist das Verbundbauteil einen Träger aus Schnipseln eines ausgehärteten Faser-Matrix-Halbzeugs als ein Körper und einen elastischen Verbund aus einer faserverstärkten Kunststoffschicht auf einer elastischen Schicht oder einer elastischen Schicht auf einer faserverstärkten Kunststoffschicht auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verbundbauteile und Verfahren zu deren Herstellung.
  • Die Ausbildung von Faser-Kunststoff-Verbunden kann unter anderem auch aus Pressmassen und Glasfasern, sogenannten SMC für Sheet Molding Compound, als SMC-Halbzeug in Folienform erfolgen. Durch Zuschneiden und mittels Fließpressens erfolgt die Realisierung eines duroplastischen Bauteils, welches insbesondere als Träger fungiert. Unter anderem ist durch die Druckschrift DE 10 2014 215 964 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines mit einem unidirektionalen Fasergelege versehenen SMC-Bauteils bekannt.
  • Eine Verarbeitung von Verschnittabfällen von Prepregbahnen ist durch die Druckschrift DE 195 14 543 C1 Verfahren zum Rückgewinnen und Verwerten von Verschnittabfällen von faserverstärkten Prepregbahnen bekannt. Schnipsel der Prepregbahnen werden erhitzt und umgewälzt, so dass ein Gemisch aus Fasern und reaktionsfähigen Harz entsteht. Das Gemisch kann mittels Formwerkzeugen weiterverarbeitet werden.
  • Der in den Patentansprüchen 1, 8, 9 und 10 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbundbauteil einfach und ökonomisch bereitzustellen und herzustellen.
  • Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1, 8, 9 und 10 aufgeführten Merkmalen gelöst.
  • Die Verbundbauteile und die Verfahren zu deren Herstellung zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Verbundbauteil einfach und ökonomisch bereitstellbar und herstellbar sind.
  • Dazu weist das Verbundbauteil einen Träger aus Schnipseln eines ausgehärteten Faser-Matrix-Halbzeugs als ein Körper und einen elastischen Verbund aus einer faserverstärkten Kunststoffschicht auf einer elastischen Schicht oder einer elastischen Schicht auf einer faserverstärkten Kunststoffschicht auf.
  • In einem ersten Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils werden Schnipsel eines Faser-Matrix-Halbzeugs zu einem Körper geformt. Die Kunststoff-Matrix des Faser-Matrix-Halbzeugs wird zur Ausbildung des Körpers als ein Träger durch Wärme und Druck ausgehärtet. Auf ein bahnenförmiges Halbzeug mit Fasern in einer Kunststoffmatrix wird ein bahnenförmiges Halbzeug aus einem elastischen Stoff gelegt. Anschließend werden diese bahnenförmigen Halbzeuge gemeinsam wärmebehandelt, so dass sich ein bahnenförmiger elastischer Verbund mit einer Schicht eines faserverstärkten Kunststoffes und einer Schicht des elastischen Stoffes ausbildet. Abschließend wird der bahnenförmige elastische Verbund auf den Körper aufgelegt oder es werden der bahnenförmige elastische Verbund und der Körper miteinander verbunden.
  • In einem zweiten Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils werden Schnipsel eines Faser-Matrix-Halbzeugs zu einem Körper als ein Träger geformt. Weiterhin werden ein bahnenförmiges Halbzeug mit Fasern in einer Kunststoffmatrix und ein bahnenförmiges elastisches Halbzeug nacheinander auf den Körper aufgelegt. Der Körper mit den bahnenförmigen Halbzeugen wird abschließend wärmebehandelt, so dass ein Verbundkörper aus einer ersten Schicht des Körpers aus dem ausgehärteten faserverstärkten festen Kunststoff, einer zweiten Schicht des wärmebehandelten bahnenförmigen elastischen Kunststoffes mit den Fasern und einer dritten bahnenförmigen elastischen Schicht aus dem elastischen Halbzeug ausgebildet ist.
  • In einem dritten Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils werden Schnipsel eines Faser-Matrix-Halbzeugs zu einem Körper als ein Träger geformt. Weiterhin werden ein bahnenförmiges elastisches Halbzeug und ein bahnenförmiges Halbzeug mit Fasern in einer Kunststoffmatrix nacheinander auf den Körper aufgelegt. Abschließend wird der Körper mit den bahnenförmigen Halbzeugen wärmebehandelt, so dass ein Verbundkörper aus einer ersten Schicht des Körpers aus dem ausgehärteten faserverstärkten festen Kunststoff, einer zweiten elastischen Schicht aus dem bahnenförmigen elastischen Halbzeug und einer dritten Schicht des wärmebehandelten bahnenförmigen elastischen Kunststoffes mit den Fasern ausgebildet ist.
  • Bei den Verfahren sind die zweite Schicht und die dritte Schicht ein elastischer Verbund aus der faserverstärkten Kunststoffschicht auf der elastischen Schicht oder der elastischen Schicht auf der faserverstärkten Kunststoffschicht.
  • Der Körper ist ein fester Träger für den elastischen Verbund. Dazu werden vorteilhafterweise die Schnipsel des Faser-Matrix-Halbzeugs verwendet. Das sind zerkleinerte Abfälle, die bei der Herstellung von Verbundteilen aus bahnenförmigen Faser-Matrix-Halbzeugen entstehen. Der dabei entstehende Verschnitt kann so ökonomisch günstig zur Ausbildung des Trägers verwendet werden. Ressourcen werden geschont und ansonsten entstehende Abfälle werden weitestgehend vermieden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 und 11 angegeben.
  • Die Dicke der faserverstärkten Kunststoffschicht ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 jeweils einschließlich von 0,1 mm bis 5 mm ist.
  • Die Dicke der elastischen Schicht ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 von jeweils einschließlich von 0,1 mm bis 2 mm.
  • Die Kunststoff-Matrix des faserverstärkten Kunststoffes besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 aus einem Epoxidharz.
  • Der faserverstärkte Kunststoff enthält nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 Fasern aus Kohlenstoff, Glas und/oder Aramid enthält.
  • Die Fasern sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 Endlosfasern.
  • Der Träger aus Schnipseln eines ausgehärteten Faser-Matrix-Halbzeugs ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 ein bahnenförmiger Körper.
  • Der Träger aus Schnipseln eines ausgehärteten Faser-Matrix-Halbzeugs ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 ein bahnenförmiger Körper. Damit ist ein Flächengebilde realisierbar.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen:
    • 1 ein Verbundbauteil mit einem Träger und Schichten einer faserverstärkten Kunststoffschicht und einer elastischen Schicht und
    • 2 ein Verbundbauteil mit einem Träger und Schichten einer elastischen Schicht auf einer faserverstärkten Kunststoffschicht.
  • In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen werden Verbundbauteile und Verfahren zu deren Herstellung zusammen näher erläutert.
  • Ein Verbundbauteil 1 besteht im Wesentlichen aus einem Träger 2 und einem einem elastischen Verbund aus einer faserverstärkten Kunststoffschicht 3 und einer elastischen Schicht 4.
  • Die 1 zeigt ein Verbundbauteil 1 mit einem Träger 2 und Schichten einer faserverstärkten Kunststoffschicht 3 und einer elastischen Schicht 4 in einer prinzipiellen Darstellung.
  • Auf dem Träger 2 aus Schnipseln eines ausgehärteten Faser-Matrix-Halbzeugs befindet sich in einem ersten Ausführungsbeispiel ein elastischer Verbund aus einer faserverstärkten Kunststoffschicht 3 und einer elastischen Schicht 4.
  • Dazu werden Schnipsel eines Faser-Matrix-Halbzeugs zu einem Körper geformt und die Kunststoff-Matrix des Faser-Matrix-Halbzeugs zur Ausbildung des Körpers als ein Träger 2 durch Wärme und Druck ausgehärtet. Auf ein bahnenförmiges Halbzeug mit Fasern in einer Kunststoffmatrix wird ein bahnenförmiges Halbzeug aus einem elastischen Stoff gelegt. Diese werden anschließende gemeinsam wärmebehandelt, so dass sich ein bahnenförmiger elastischer Verbund mit einer Schicht 3 eines faserverstärkten Kunststoffes und einer Schicht 4 des elastischen Stoffes ausbildet. Der bahnenförmige elastische Verbund wird auf den Körper als Träger 2 aufgelegt.
  • Darüber hinaus können in einem weiteren Verfahren zur Herstellung des Verbundbauteils 1 die Schnipsel eines Faser-Matrix-Halbzeugs zu einem Körper als ein Träger 2 geformt werden. Weiterhin werden ein bahnenförmiges Halbzeug mit Fasern in einer Kunststoffmatrix und ein elastisches bahnenförmiges Halbzeug nacheinander auf den Körper aufgelegt und der Körper mit den bahnenförmigen Halbzeugen wärmebehandelt. Dadurch bildet sich ein Verbundkörper aus einer ersten Schicht des Körpers aus dem ausgehärteten faserverstärkten festen Kunststoff, einer zweiten Schicht des wärmebehandelten bahnenförmigen elastischen Kunststoffes mit den Fasern und einer dritten bahnenförmigen elastischen Schicht aus dem elastischen Halbzeug als Verbundbauteil 1 aus.
  • Die 2 zeigt ein Verbundbauteil 1 mit einem Träger 2 und Schichten einer elastischen Schicht 4 auf einer faserverstärkten Kunststoffschicht 3 in einer prinzipiellen Darstellung.
  • Auf dem Träger 2 aus Schnipseln eines ausgehärteten Faser-Matrix-Halbzeugs befindet sich in einem zweiten Ausführungsbeispiel ein elastischer Verbund aus einer elastischen Schicht 4 und einer faserverstärkten Kunststoffschicht 3.
  • Dazu werden Schnipsel eines Faser-Matrix-Halbzeugs zu einem Körper als ein Träger 2 geformt. In nächsten Schritten werden ein bahnenförmiges elastisches Halbzeug und ein bahnenförmiges Halbzeug mit Fasern in einer Kunststoffmatrix nacheinander auf den Körper aufgelegt werden. Anschließend wird der Körper mit den bahnenförmigen Halbzeugen wärmebehandelt, so dass ein Verbundkörper aus einer ersten Schicht des Körpers aus dem ausgehärteten faserverstärkten festen Kunststoff, einer zweiten elastischen Schicht 4 aus dem bahnenförmigen elastischen Halbzeug und einer dritten Schicht 3 des wärmebehandelten bahnenförmigen elastischen Kunststoffes mit den Fasern ausgebildet ist.
  • Darüber hinaus können Schnipsel eines Faser-Matrix-Halbzeugs zu einem Körper geformt und die Kunststoff-Matrix des Faser-Matrix-Halbzeugs zur Ausbildung des Körpers als ein Träger 2 durch Wärme und Druck ausgehärtet werden. Weiterhin wird ein bahnenförmiges Halbzeug mit Fasern in einer Kunststoffmatrix ein bahnenförmiges Halbzeug aus einem elastischen Stoff gelegt. Diese werden anschließende gemeinsam wärmebehandelt, so dass sich ein bahnenförmiger elastischer Verbund mit einer Schicht 3 eines faserverstärkten Kunststoffes und einer Schicht 4 des elastischen Stoffes ausbildet. Der bahnenförmige elastische Verbund wird auf den Körper als Träger 2 aufgelegt.
  • Die folgenden Merkmale betreffen beide Ausführungsbeispiele.
  • Die Dicke der faserverstärkten Kunststoffschicht 3 ist jeweils einschließlich von 0,1 mm bis 5 mm, beispielsweise 0,25 mm. Die Dicke der elastischen Schicht 4 ist jeweils einschließlich von 0,1 mm bis 2 mm, beispielsweise 0,5 mm.
  • Die Kunststoff-Matrix des faserverstärkten Kunststoffes besteht aus einem Epoxidharz. Die Fasern des faserverstärkten Kunststoffes als Endlosfasern bestehen aus Kohlenstoff oder Aramid.
  • Der Träger 2 aus Schnipseln des ausgehärteten Faser-Matrix-Halbzeugs kann ein bahnenförmiger Körper sein, so dass ein Verbundbauteil als Flächengebilde ausbildbar ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014215964 A1 [0002]
    • DE 19514543 C1 [0003]

Claims (11)

  1. Verbundbauteil (1) aus einem Träger (2) aus Schnipseln eines ausgehärteten Faser-Matrix-Halbzeugs als ein Körper und einem elastischen Verbund aus einer faserverstärkten Kunststoffschicht (3) auf einer elastischen Schicht (4) oder einer elastischen Schicht (4) auf einer faserverstärkten Kunststoffschicht (3).
  2. Verbundbauteil (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der faserverstärkten Kunststoffschicht (3) jeweils einschließlich von 0,1 mm bis 5 mm ist.
  3. Verbundbauteil (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der elastischen Schicht (4) von jeweils einschließlich von 0,1 mm bis 2 mm ist.
  4. Verbundbauteil (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Matrix des faserverstärkten Kunststoffes der faserverstärkten Kunststoffschicht (3) aus einem Epoxidharz besteht.
  5. Verbundbauteil (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der faserverstärkte Kunststoff der faserverstärkten Kunststoffschicht (3) Fasern aus Kohlenstoff, Glas und/oder Aramid enthält.
  6. Verbundbauteil (1) nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Endlosfasern sind.
  7. Verbundbauteil (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) aus Schnipseln eines ausgehärteten Faser-Matrix-Halbzeugs ein bahnenförmiger Körper ist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (1), dadurch gekennzeichnet, dass Schnipsel eines Faser-Matrix-Halbzeugs zu einem Körper geformt werden, dass die Kunststoff-Matrix des Faser-Matrix-Halbzeugs zur Ausbildung des Körpers als ein Träger (2) durch Wärme und Druck ausgehärtet wird, dass auf ein bahnenförmiges Halbzeug mit Fasern in einer Kunststoffmatrix ein bahnenförmiges Halbzeug aus einem elastischen Stoff gelegt wird und die bahnenförmige Halbzeuge gemeinsam wärmebehandelt werden, so dass sich ein bahnenförmiger elastischer Verbund mit einer Schicht eines faserverstärkten Kunststoffes und einer Schicht des elastischen Stoffes ausbildet, und dass der bahnenförmige elastische Verbund auf den Körper aufgelegt wird oder dass der bahnenförmige elastische Verbund und der Körper miteinander verbunden werden.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (1), dadurch gekennzeichnet, dass Schnipsel eines Faser-Matrix-Halbzeugs zu einem Körper als ein Träger (2) geformt werden, dass ein bahnenförmiges Halbzeug mit Fasern in einer Kunststoffmatrix und ein elastisches bahnenförmiges Halbzeug nacheinander auf den Körper aufgelegt werden und dass der Körper mit den bahnenförmigen Halbzeugen wärmebehandelt wird, so dass ein Verbundkörper aus einer ersten Schicht des Körpers aus dem ausgehärteten faserverstärkten festen Kunststoff, einer zweiten Schicht des wärmebehandelten bahnenförmigen elastischen Kunststoffes mit den Fasern und einer dritten bahnenförmigen elastischen Schicht aus dem elastischen Halbzeug ausgebildet ist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (1), dadurch gekennzeichnet, dass Schnipsel eines Faser-Matrix-Halbzeugs zu einem Körper als ein Träger (2) geformt werden, dass ein bahnenförmiges elastisches Halbzeug und ein bahnenförmiges Halbzeug mit Fasern in einer Kunststoffmatrix nacheinander auf den Körper aufgelegt werden und dass der Körper mit den bahnenförmigen Halbzeugen wärmebehandelt wird, so dass ein Verbundkörper aus einer ersten Schicht des Körpers aus dem ausgehärteten faserverstärkten festen Kunststoff, einer zweiten elastischen Schicht aus dem bahnenförmigen elastischen Halbzeug und einer dritten Schicht des wärmebehandelten bahnenförmigen elastischen Kunststoffes mit den Fasern ausgebildet ist.
  11. Verfahren nach Patentanspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) aus Schnipseln eines ausgehärteten Faser-Matrix-Halbzeugs ein bahnenförmiger Körper ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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