DE102018217018A1 - Halbzeug und verfahren zur herstellung eines strukturbauteils - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Halbzeug (1) zur Herstellung eines Strukturbauteils (B) mit einer Vielzahl von Prepregbändern (2), welche jeweils in ein thermoplastisches Matrixmaterial (20) eingebettete, unidirektional angeordnete Verstärkungsfasern (21) aufweisen, und einer Vielzahl von ein thermoplastisches Kunststoffmaterial (30) enthaltenden Verbindungssträngen (3). Die Prepregbänder (2) und die Verbindungsstränge (3) sind entweder zu einem textilen Flächengebilde (4) verbunden oder die Prepregbänder (2) sind zu einem multiaxialen Gelege (6) angeordnet, wobei einzelne Lagen (60) des Geleges (6) durch die Verbindungsstränge (3) verbunden sind. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines gewölbten Strukturbauteils (B) aus einem solchen Halbzeug (1) beschrieben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbzeug und Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils, insbesondere eines Strukturbauteils, welches eine gewölbte bzw. doppelt gekrümmte Form oder Gestalt aufweist.
  • Insbesondere auf dem Gebiet des Luft- und Raumfahrzeugbaus kommen Strukturbauteile aus Faserverbundmaterial zum Einsatz, welche eine in zumindest zwei Richtungen gekrümmte, kuppel- bzw. domförmige oder anderweitig sphärische Gestalt aufweisen. Derartige Bauteile werden im Luftfahrzeugbau z.B. als Druckspante oder als Rumpfschale verwendet.
  • Zur Herstellung solcher mehrfach gekrümmter Strukturbauteile werden typischerweise zunächst eine Vielzahl von mattenförmigen Faserhalbzeugen gestapelt, um einen Laminat- oder Schichtaufbau zu bilden. Die Faserhalbzeuge können hierbei als mit einem Matrixmaterial vorimprägnierte Fasermatten vorliegen. Der gebildete Laminataufbau wird dann verformt und das Matrixmaterial wird gehärtet.
  • Die US 2005/0035115 A1 beschreiben ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen, wobei ein Schichtaufbau, welcher in thermoplastisches Matrixmaterial eingebettete Verstärkungsfaserschichten aufweist, zwischen Heizmatten aufgenommen und induktiv auf eine Umformtemperatur beheizt wird. In einer geschlossenen Kavität eines Presswerkzeugs wird der Schichtaufbau zusammen mit den Heizmatten mittels eines Druckfluids umgeformt. Ein ähnliches Verfahren wird in der US 5,591,369 A beschrieben.
  • Die DE 10 2010 050 740 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils, wobei eine Vielzahl von Halbzeugschichten aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffmaterial gestapelt und punktuell miteinander verbunden werden, um eine Position der Halbzeugschichten relativ zueinander zu fixieren. Eine Faltenbildung bei einem anschließend durchgeführten Pressumformen soll dabei durch die Art der Verbindung vermieden werden.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils aus einem faserverstärkten Thermoplastmaterial bereitzustellen, mit dem jeweils eine Faltenbildung bei einer Umformung weiter verringert wird.
  • Diese Aufgabe wird jeweils durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Halbzeug zur Herstellung eines Strukturbauteils vorgesehen. Das Halbzeug umfasst eine Vielzahl sich entlang einander erstreckender Prepregbänder, welche jeweils in ein thermoplastisches Matrixmaterial eingebettete, unidirektional angeordnete Verstärkungsfasern aufweisen und eine Vielzahl von ein thermoplastisches Kunststoffmaterial enthaltenden Verbindungssträngen. Die Verbindungsstränge und die Prepregbänder sind zu einem textilen Flächengebilde verbunden, in welchem jeder der Verbindungsstränge mehrere der Prepregbänder kreuzt. Die Verbindungstränge und die Prepregbänder sind in einem ersten Endbereich des Flächengebildes und einem entgegengesetzt zu diesem gelegenen zweiten Endbereich des Flächengebildes jeweils entlang einer Verbindungslinie stoffschlüssig miteinander verbunden.
  • Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, ein Halbzeug in Form eines textilen Flächengebildes bereitzustellen, das aus Prepregbändern mit unidirektionalen Fasern und Verbindungssträngen, welche ein thermoplastisches Material aufweisen, gebildet ist. Insbesondere kann das thermoplastische Material der Verbindungsstränge das gleiche thermoplastische Material wie das in den Prepregbändern enthaltene Matrixmaterial sein oder zumindest eine ähnliche Zusammensetzung aufweisen. Der textile Aufbau, das heißt ein Aufbau aus sich kreuzenden Strängen, bietet den Vorteil, dass das Halbzeug anisotrope Verformungseigenschaften aufweist. Insbesondere können durch den textilen Aufbau die Prepregbänder entlang einander gleiten, was einer Faltenbildung beim Verformen vorbeugt. Der Faltenbildung wird weiter dadurch vorgebeugt, dass eine stoffschlüssige Verbindung der Stränge, also eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Prepregbändern und thermoplastischen Verbindungssträngen, lediglich entlang von entgegengesetzt zueinander gelegenen Verbindungslinien vorgesehen ist, wobei die Prepregbänder und die Verbindungsstränge an den übrigen Kreuzungspunkten aneinander abgleiten können bzw. nicht verbunden sind. Die unidirektionalen thermoplastischen Prepregbänder sind längliches, einlagiges Bandmaterial, bei welchem durchgehende, sich nur in einer Richtung erstreckende Verstärkungsfasern in ein thermoplastisches Matrixmaterial eingebettet sind. Derartige Prepregbänder bieten den Vorteil, dass sie leicht verformbar jedoch wenig anfällig für die Ausbildung von Ondulationen sind. Im Unterschied zu Halbzeugen, die rein aus verwebten Verstärkungsfasern bestehen, muss beim erfindungsgemäßen Halbzeug keine nachträgliche Infiltration mit Matrixmaterial mehr erfolgen, um aus dem Halbzeug ein Strukturbauteil herzustellen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Halbzeug zur Herstellung eines Strukturbauteils vorgesehen. Das Halbzeug umfasst eine Vielzahl von Prepregbändern, welche jeweils in ein thermoplastisches Matrixmaterial eingebettete, unidirektional angeordnete Verstärkungsfasern aufweisen. Optional sind ferner eine Vielzahl von ein thermoplastisches Kunststoffmaterial enthaltenden Verbindungssträngen vorgesehen. Die Prepregbänder sind zu einem multiaxialen Gelege angeordnet, welches mehrere übereinander liegende Lagen von Prepregbändern umfasst, wobei die Prepregbänder innerhalb einer Lage parallel zueinander verlaufen, und wobei die Lagen relativ zueinander an einzelnen Stellen verbunden sind, insbesondere vernäht, verwirkt, verwoben, verschweißt oder durch einen anderen Textilprozess verbunden, vorzugsweise mittels der Verbindungsstränge.
  • Gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist ein mehrlagiges Halbzeug vorgesehen, wobei die einzelnen Lagen aus parallelen Prepregbändern gebildet sind und die einzelnen Lagen lediglich punktuell durch die Verbindungsstränge verbunden sind. Beispielsweise können entlang paralleler Linien Verbindungsstellen vorgesehen sein. Durch die lediglich punktuelle Verbindung der Lagen und die parallele Erstreckung der Prepregbänder und damit der Verstärkungsfasern innerhalb der einzelnen Lagen können die einzelnen Lagen zueinander sowie die Fasern innerhalb der einzelnen Lagen relativ zueinander gleiten, wodurch einer Faltenbildung vorgebeugt wird. Die oben genannten Vorteile zur Verwendung von Prepregbändern mit thermoplastischem Material gelten analog auch für diesen Aspekt der Erfindung.
  • Die beschriebenen Halbzeuge ermöglichen insbesondere eine effiziente Ablage flächiger Halbzeugschichten. Damit kann auf eine Ablage und Fixierung einzelner Prepreg-Bändchen zur Ausbildung einer flächigen Schicht verzichtet werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines eine gewölbte Form aufweisenden Strukturbauteils vorgesehen. Nach diesem Verfahren wird zunächst ein Schichtaufbau aus mehreren Lagen gebildet, wobei die Lagen jeweils zumindest ein Halbzeug aufweisen, das wie voranstehend beschrieben ausgebildet ist. Die Lagen können optional an einer Verbindungsstelle, welche im Bereich eines Scheitelpunkts der herzustellenden gewölbten Form gelegen ist, thermoplastisch verbunden werden, z.B. durch Verschweißen, insbesondere Ultraschallschweißen. Es wird also eine diskrete, z.B. punktförmige stoffschlüssige Verbindung der Lagen des Schichtaufbaus an einer Stelle hergestellt, an welcher zur Herstellung der gewölbten Form bei einem Umformen keine oder lediglich geringe Relativbewegungen der einzelnen Lagen zueinander auftritt. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Umformen des Schichtaufbaus in die gewölbte Form bei einer Umformtemperatur, die kleiner als ein Schmelzpunkt der thermoplastischen Materialien des Halbzeugs ist. Nach dem Umformen erfolgt ein Heizen des umgeformten Schichtaufbaus auf eine Temperatur, die größer als der Schmelzpunkt der thermoplastischen Materialien des Halbzeugs ist, also größer als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Matrixmaterials der Prepregbänder und größer als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Kunststoffmaterials der Verbindungsstränge des Halbzeugs. Abschließend wird der Schichtaufbau unter Aufbringung eines Kompressionsdrucks konsolidiert und unter diesem Druck wieder auf eine Verfestigungstemperatur abgekühlt, die kleiner als der Schmelzpunkt der thermoplastischen Materialien des Halbzeugs ist.
  • Eine weitere Idee der Erfindung liegt folglich darin, die Faltenbildung zu reduzieren, indem die Umformung des Schichtaufbaus bei einer Temperatur stattfindet, die kleiner ist als der Schmelzpunkt der thermoplastischen Materialien des Halbzeugs. Da die thermoplastischen Materialen beim Umformen also noch fest sind, verkleben die Lagen des Schichtaufbaus außerhalb der optionalen Verbindungsstelle noch nicht, so dass ein Gleiten der Lagen gegeneinander noch möglich ist, insbesondere dann, wenn sich die Lagen aufgrund unterschiedlicher Faserrichtungen beim Umformprozess auch unterschiedlich verscheren. Auf diese Weise können die einzelnen Prepregbänder einer jeweiligen Lage selbst und die einzelnen Lagen zueinander abgleiten, was einer Faltenbildung der Verstärkungsfasern vorbeugt. Durch die Fixierung der Lagen oder Schichten relativ zueinander in einem Bereich des Schichtaufbaus, welcher nach der Umformung einen Scheitelpunkt der gewölbten Form des Strukturbauteils enthält, wird ferner ein Gleiten der Lagen zueinander in stärker verformten Bereichen erleichtert.
  • Durch die Verringerung der Faltenbildung wird die mechanische Festigkeit der Bauteile verbessert. Durch den textilen Aufbau aus Prepregbändern und Verbindungssträngen, die jeweils ein, vorzugsweise dasselbe thermoplastische Material aufweisen, kann nach der Umformung in sehr einfacher und schneller Weise ein großes flächiges Bauteil erzeugt werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den auf die unabhängigen Ansprüche rückbezogenen Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung.
  • Die Prepregbänder können insbesondere eine Breite zwischen 3 mm und 15 mm aufweisen. Insbesondere kann auch vorgesehen sein dass eine Breite zwischen 0,001 Prozent und 5 Prozent einer Länge der Prepregänder beträgt. Allgemein sind die Prepregbänder damit schmal, was die Verformbarkeit des Halbzeugs weiter verbessert.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Halbzeugs ist vorgesehen, dass die Prepregbänder sich in einer ersten Richtung erstrecken und die Verbindungsstränge sich in einer quer zu der ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung erstrecken sind, und wobei ein in Bezug auf die zweite Richtung äußerstes erstes Prepregband und ein äußerstes zweites Prepregband, das entgegengesetzt zu dem ersten Prepregband gelegen ist, zur Ausbildung der Verbindungslinien jeweils stoffschlüssig mit den Verbindungssträngen verbunden sind. Die Verbindungslinien verlaufen gemäß dieser Ausführungsform entlang entgegengesetzt zueinander gelegenen, äußersten Prepregbändern des textilen Halbzeugs. Dies verhindert ein Ausfransen bzw. Zerfallen des Halbzeugs, während das Gleiten der einzelnen Bänder relativ zueinander möglichst wenig behindert wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Halbzeugs sind die Prepregbänder und die Verbindungsstränge miteinander verwebt. Demnach verlaufen die Prepregbänder jeweils parallel zueinander, z.B. in einer ersten Richtung, und die Verbindungsstränge erstrecken sich quer zu den Prepregbändern, z.B. in einer zweiten Richtung, und verlaufen ebenfalls parallel zueinander. Beispielsweise können die Prepregbänder als Kettstränge und die Verbindungsstränge als Schussstränge vorgesehen sein oder umgekehrt. Optional sind die Verbindungsstränge und die Prepregbänder in einer Atlasbindung verwebt sind, bei welcher der Schussstrang unter einem Kettstrang hindurch und danach über mehr als zwei Kettstränge hinweg führt. Die Ausbildung des textilen Flächengebildes durch ein Verweben von Prepregbändern und Verbindungsstängen bietet insbesondere den Vorteil, dass innerhalb des Flächengebildes die Verstärkungsfasern etwa parallel zueinander verlaufen. Ferner lässt sich ein Verweben auf einfache Weise automatisiert durchführen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Prepregbänder und die Verbindungsstränge miteinander verflochten.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Halbzeugs weisen die Verbindungsstränge jeweils einen ersten Endabschnitt und entgegengesetzt zu diesem gelegenen zweiten Endabschnitt auf, wobei der erste und der zweite Endabschnitt jeweils über die Verbindungslinien hinaus überstehen. Demnach bilden die Verbindungsstränge Überstände bzw. eine Art Laschen aus, welche über einen Rand oder Randbereich des Flächengebildes vorstehen. Diese Laschen können zur stoffschlüssigen Kopplung an weitere, gleich oder ähnlich aufgebaute Halbzeuge genutzt werden, was die Verarbeitung des Halbzeugs erleichtert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Halbzeugs sind die Verbindungsstränge als aus dem thermoplastischen Material bestehende Folienbänder oder als aus dem thermoplastischen Material bestehende Fäden ausgebildet. Bänder, also Stränge mit flachen, rechteckförmigen Querschnitten weisen eine geringe Querschnittsdicke auf, sodass ein sehr dünnes Halbzeug realisierbar ist. Fäden, also Stränge mit mehreren, zu einem etwa kreisförmigen Querschnitt verdrillten Filamenten, bieten den Vorteil einer größeren mechanischen Festigkeit.
  • Optional bestehen die Verbindungsstränge aus thermoplastischem Kunststoffmaterial, vorzugsweise dem thermoplastischen Matrixmaterial der Prepregbänder. Dadurch lösen sich die Verbindungsstränge beim Erhitzen des Halbzeugs auf eine Temperatur größer der Schmelztemperatur der thermoplastischen Materialien gewissermaßen auf und verbessern zusätzlich den Zusammenhalt zwischen den Verstärkungsfasern.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die einzelnen Lagen des Schichtaufbaus jeweils aus mehreren Halbzeugen gebildet werden, bei welchen die Verbindungsstränge über die Verbindungslinien überstehen, wie dies voranstehend beschrieben wurde. Insbesondere werden zumindest die ersten Endabschnitte der Verbindungsstränge eines ersten Halbzeugs mit Prepregbändern eines jeweiligen weiteren Halbzeugs thermoplastisch verbunden. Optional können zusätzlich auch die zweiten Endabschnitte der Verbindungsstränge des weiteren Halbzeugs mit Prepregbändern des ersten Halbzeugs thermoplastisch verbunden werden. Dadurch lassen sich große flächige Lagen auf einfache Weise herstellen. Zur thermoplastischen Verbindung kann beispielsweise ein Schweißverfahren, wie z.B. Ultraschallschweißen verwendet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Schichtaufbau derart ausgebildet wird, dass sich die Prepregbänder in verschiedenen Lagen in verschiedenen Richtungen erstrecken. Beispielsweise werden die Lagen so übereinander gestapelt, dass die Prepregbänder von jeweils zwei benachbarten Schichten oder Lagen sich in verschiedene Richtungen erstrecken. Damit erstrecken sich auch die Verstärkungsfasern in verschiedenen Lagen in verschiedene Richtungen, wodurch die mechanische Festigkeit des Strukturbauteils verbessert wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Schichtaufbau durch sequenzielles Stapeln der Lagen auf einer ebenen Ablagefläche gebildet und das Umformen erfolgt in einem weiteren Schritt, z.B. in einer Kavität eines Formwerkzeugs, wobei die Kavität durch ein Formteil mit einer zu der gewölbten Form des Strukturbauteils korrespondierenden Konturfläche und ein flächiges Anlageteil gebildet ist. Das Stapeln auf einer ebenen Fläche bietet den Vorteil, dass eine Vielzahl von Lagen schnell abgelegt werden kann, wobei die Gefahr von Faltenbildung gering ist. Das Umformen erfolgt in einem gesonderten (Press-) verformungsschritt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Schichtaufbau durch sequenzielles Stapeln der Lagen auf einer gewölbten Ablagefläche gebildet und dadurch gleichzeitig in die gewölbte Form umgeformt, wobei durch die Ablagefläche eine korrespondierend zu der gewölbten Form des Strukturbauteils gebildete Konturfläche eines Formteils eines Formwerkzeugs gebildet wird, wobei das Formwerkzeug zusätzlich ein flächiges Anlageteil zur Ausbildung einer Kavität mit dem Formteil aufweist. Hierbei wird jede Lage für sich auf eine gewölbte Oberfläche abgelegt und dadurch zumindest teilweise bereits in die gewünschte Form umgeformt. Dies bietet den Vorteil, dass die einzelnen Lagen zum Umformen nicht oder lediglich in geringem Maß aneinander gleiten müssen, was die Gefahr der Faltenbildung weiter verringert.
  • Optional kann vorgesehen sein, dass auf der gewölbten Konturfläche des Formteils abgelegte Lagen des Schichtaufbaus zusätzlich zu der im Bereich des Scheitelpunkts gelegenen optionalen Verbindungsstelle an weiteren Verbindungsstellen thermoplastisch verbunden werden. Dadurch werden die Lagen in ihrer Position fixiert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Heizen des Schichtaufbaus in der Kavität des Formwerkzeugs erfolgt. Falls die Lagen bereits auf dem Formteil abgelegt wurden, wird zunächst die Kavität durch das Ablageteil geschlossen und dadurch die einzelnen Lagen kompaktiert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist das Formteil des Formwerkzeugs als sich flächig erstreckendes erstes Formblech ausgebildet, wobei das Anlageteil als sich flächig erstreckendes zweites Formblech ausgebildet ist. Das Formteil und das Anlageteil sind demnach jeweils als sich flächig erstreckende, gewölbte Metallplatten ausgeführt. Im Vergleich zu massiven Pressen weisen die Formteile eine geringe Wärmekapazität auf. Dadurch kann die Kavität schnell und mit geringem Energieaufwand aufgeheizt werden.
  • Das Formteil kann auch als teilweise massive Form ausgebildet sein, z.B. mit einem Flächenabschnitt, welcher die Konturfläche bildet, und mit einem Basisabschnitt, welcher als eine Versteifungsstruktur ausgebildet ist und den Flächenabschnitt stützt.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird zur Aufbringung des Kompressionsdrucks mittels einer Magneteinrichtung ein Magnetfeld erzeugt, welches derart in ein dem ersten Formblech zugeordnetes magnetisierbares Material und/oder in ein dem zweiten Formblech zugeordnetes magnetisierbares Material eingekoppelt wird, dass der Schichtaufbau durch die Formbleche mit dem Kompressionsdruck beaufschlagt wird. Insbesondere wird ein quer zu der Konturfläche gerichtetes Magnetfeld erzeugt. Demnach wird der Kompressionsdruck mittels einer magnetischen Kraft erzeugt, welche beispielsweise direkt auf die Formbleche wirken kann, z.B. wenn das erste und/oder das zweite Formblech aus einem magnetisierbaren Metallmaterial ausgebildet und das magnetisierbare Material auf diese Weise dem jeweiligen Formblech zugeordnet ist.. Alternativ kann die Magneteinrichtung auch an die Formbleche gekoppelte magnetisierbare Elemente als magnetisches Material aufweisen, welche die Formbleche durch die Wirkung des Magnetfelds relativ zueinander zusammenpressen. Die Formbleche erlauben aufgrund deren flächiger Erstreckung hierbei die Ausbildung eines sich durch die Kavität, in welcher der Schichtaufbau gelegen ist, hindurch erstreckendes Magnetfeld. Damit wird einerseits eine sehr gleichmäßige Druckverteilung erzielt. Weiterhin bietet dies den Vorteil, dass die Formbleche relativ dünn ausgeführt sein können, was die Werkzeugkosten verringert. Die Kraft zur Kompression der Formhälften kann insbesondere durch die Formhälften und das Bauteil hindurch wirken. Dies ist besonders bei großen, flächigen Bauteilen von Vorteil.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Formwerkzeug zum Heizen und Abkühlen bzw. Konsolidieren auf eine Formhälfte abgelegt, wobei der Kompressionsdruck beim Abkühlen durch das Formwerkzeug aufgebracht wird. Die Formhälfte kann hierbei insbesondere als eine Art Stütze des Formwerkzeugs dienen, was insbesondere bei der Verwendung von Formblechen vorteilhaft ist. Ferner kann die Formhälfte auch als Wärmesenke dienen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Formwerkzeug zum Abkühlen bzw. Konsolidieren in einer durch zwei Formhälften eines Presswerkzeugs gebildeten Kavität angeordnet und der Kompressionsdruck durch die Formhälften aufgebracht wird. Demnach ist vorgesehen, dass das Formwerkzeug, in dessen Kavität der Schichtaufbau aufgenommen ist, zwischen zwei an eine Außenkontur des Formwerkzeugs angepassten Formhälften zusammengepresst wird. Auf diese Weise kann sehr präzise die endgültig gewünschte gewölbte Form des Strukturbauteils hergestellt werden. Das Presswerkzeug dient zudem als Wärmesenke zum Abkühlen des Schichtaufbaus. Ein Aufheizen des Schichtverbunds in der Kavität des Formwerkzeugs und ein Abkühlen des Schichtverbunds in der Kavität eines gesonderten Presswerkzeugs beschleunigt das Verfahren und spart Energie.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahren erfolgt das Heizen des Schichtaufbaus durch induktives Heizen der Formbleche oder mittels Infrarotstrahlung. Induktives Heizen, also ein Heizen durch Erzeugen von magnetischen Wechselfeldern mittels einer elektrischen Wechselspannung, bietet den Vorteil, dass die Formbleche selbst als Heizeinrichtung wirken. Damit kann ein effizientes Aufheizen der Kavität realisiert werden. Infrarotstrahlung lässt sich vorteilhaft mit geringem konstruktiven Aufwand erzeugen. Da die Formbleche eine geringe Wärmekapazität aufweisen, sind sowohl das Heizen mittels Infrarotstrahlung als auch das induktive Heizen der Formbleche sind geeignet, schnelle Temperaturänderungen in der Kavität zu erzeugen, was sowohl das Heizen als auch das Abkühlen des Schichtaufbaus beschleunigt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der Kavität des Formwerkzeugs ein Vakuum erzeugt wird. Insbesondere während des Umformens und/oder zur Aufbringung des Kompressionsdrucks. Durch die Erzeugung von Vakuum in der Kavität des Formwerkzeugs wird Luft, die zwischen oder in den Lagen des Schichtaufbaus vorhanden sein kann, aus dem Schichtaufbau abgesaugt. Dies beugt einer Porenbildung im Strukturbauteil vor und vergrößert dadurch die mechanische Festigkeit des Strukturbauteils. Weiterhin kann das Vakuum zumindest teilweise zur Erzeugung des Kompressionsdrucks oder des Drucks zum Umformen genutzt werden. Dies beschleunigt weiter das Verfahren.
  • Hierin wird unter einem „gewölbten Bauteil“ oder einer „gewölbten Form“ allgemein ein geometrischer Körper verstanden, der zumindest eine erste Oberfläche und eine entgegengesetzt zu dieser orientierte zweite Oberfläche aufweist, wobei die erste und die zweite Oberfläche jeweils in zumindest zwei Richtungen gekrümmt verlaufen. Insbesondere kann dies nicht auf eine Ebene abwickelbare Geometrien umfassen. Beispielsweise wird unter einem gewölbten Körper hierin ein zumindest teilweise kuppelförmiger, sphärischer, parabolischer oder schalenförmiger Körper verstanden.
  • Ein Scheitelpunkt der gewölbten Form des Bauteils kann beispielsweise durch den Flächenschwerpunkt einer der die gewölbte Form des Körpers bildenden Oberflächen gegeben sein. Insbesondere kann der Scheitelpunkt auf einem Schnittpunkt von Symmetrielinien der gewölbte Form liegen.
  • In Bezug auf Richtungsangaben und Achsen, insbesondere auf Richtungsangaben und Achsen, die den Verlauf von physischen Strukturen betreffen, wird hierin unter einem Verlauf einer Achse, einer Richtung oder einer Struktur „entlang“ einer anderen Achse, Richtung oder Struktur verstanden, dass diese, insbesondere die sich in einer jeweiligen Stelle der Strukturen ergebenden Tangenten jeweils in einem Winkel von kleiner gleich 45 Grad, bevorzugt kleiner 30 Grad und insbesondere bevorzugt parallel zueinander verlaufen.
  • In Bezug auf Richtungsangaben und Achsen, insbesondere auf Richtungsangaben und Achsen, die den Verlauf von physischen Strukturen betreffen, wird hierin unter einem Verlauf einer Achse, einer Richtung oder einer Struktur „quer“ zu einer anderen Achse, Richtung oder Struktur verstanden, dass diese, insbesondere die sich in einer jeweiligen Stelle der Strukturen ergebenden Tangenten jeweils in einem Winkel von größer oder gleich 45 Grad, bevorzugt größer oder gleich 60 Grad und insbesondere bevorzugt senkrecht zueinander verlaufen.
  • Verstärkungsfasern können hierin allgemein fadenförmige oder fadenstückförmige Fasern sein, wie beispielsweise Kohle-, Glas-, Keramik-, Aramid-, Bor-, Mineral-, Natur- oder Kunststofffasern oder Mischungen aus diesen.
  • Unter einem „Schmelzpunkt“ oder einer „Schmelztemperatur“ wird hierin in Bezug auf ein Thermoplastmaterial eine Temperatur verstanden, oberhalb welcher das Material in einem fließfähigen, viskosen Zustand vorliegt. Oberhalb der Schmelztemperatur kann eine Komponente aus Thermoplastmaterial mit einer weiteren Komponente aus Thermoplatmaterial, die ebenfalls oberhalb der Schmelztemperatur vorliegt, stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschmolzen werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:
    • 1 eine Draufsicht auf ein Halbzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 2 eine Draufsicht auf ein Halbzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 3 eine schematische Schnittansicht eines Prepregbands eines Halbzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 4 eine schematische Schnittansicht eines Verbindungsstrangs eines Halbzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 5 eine schematische Schnittansicht eines Verbindungsstrangs eines Halbzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 6 eine Draufsicht auf eine Lage zur Erzeugung eines Schichtaufbaus, wobei die Lage aus zwei Halbzeugen gemäß der 1 gebildet ist;
    • 7 eine Draufsicht auf eine Lage zur Erzeugung eines Schichtaufbaus, welche aus mehreren zugeschnittenen Halbzeugen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
    • 8 eine Draufsicht auf die Lage aus 7 nach Durchführung eines Zuschnitts;
    • 9 eine schematische Explosionsansicht eines Schichtaufbaus aus mehreren Lagen;
    • 10 eine Draufsicht auf einen Schichtaufbau aus mehreren Lagen nach der Erzeugung einer optionalen Verbindungsstelle in einem Schritt eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 11 eine schematische Schnittansicht eines Schichtaufbaus aus mehreren Lagen, der in einem Schritt eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf einer ebenen Ablagefläche erzeugt wurde;
    • 12 eine schematische Schnittansicht eines Schichtaufbaus aus mehreren Lagen, der in einem Schritt eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf einer gewölbten Ablagefläche erzeugt wurde;
    • 13 ein Umformen und Heizen eines Schichtaufbaus in einer Kavität eines Formwerkzeugs in Schritten eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 14 ein Konsolidieren eines in einer Kavität eines Formwerkzeugs aufgenommenen Schichtaufbaus in einer Kavität eines Presswerkzeugs in einem Schritt eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 15 ein Umformen, Heizen und Konsolidieren eines Schichtaufbaus in einer Kavität eines Formwerkzeugs in Schritten eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 16 eine schematische Teilschnittansicht eines Halbzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
    • 17 ein mittels eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestelltes Strukturbauteil.
  • In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
  • Die 1, 2 und 16 zeigen jeweils ein Halbzeug 1 zur Herstellung eines Strukturbauteils B. Wie in den 1, 2 und 16 dargestellt, weist das Halbzeug eine Vielzahl von Prepregändern 2 und eine Vielzahl von Verbindungssträngen 3 auf.
  • 3 zeigt beispielhaft eine schematische, unterbrochene Schnittansicht eines Prepregbandes 2. Wie in 3 erkennbar ist, weist das Prepregband 2 mehrere, sich in einer Richtung bzw. unidirektional erstreckende Verstärkungsfasern 21 auf. Die Verstärkungsfasern 21 können beispielsweise als Faserbündel vorliegen. Wie in 3 weiterhin dargestellt ist, sind die Verstärkungsfasern 21 in ein thermoplastisches Matrixmaterial 20 eingebettet. Wie insbesondere in den 1, 2 und 16 gezeigt ist, sind die Prepregbänder 2 als schmale, streifenförmige Bänder realisiert. Wie in 3 dargestellt, können die Prepregbänder 2 eine Breite b2, z.B. in einem Bereich zwischen 1 mm und 15 mm, und eine Länge 12, z.B. in einem Bereich zwischen 0,5 m und 100 m aufweisen.
  • Die 4 und 5 zeigen beispielhaft mögliche Gestaltungen der Verbindungsstränge 3. Insbesondere können die Verbindungsstränge 3 jeweils aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial bestehen oder ein thermoplastisches Kunststoffmaterial aufweisen. In 4 ist beispielhaft ein Verstärkungsstrang 3 im Querschnitt dargestellt, der als ein aus thermoplastischem Material 30 bestehende Folienband 33 realisiert ist. Wie in 4 beispielhaft dargestellt ist, kann das Folienband 33 mit einem rechteckförmigem Querschnitt realisiert sein. In 5 beispielhaft ein Verstärkungsstrang 3 im Querschnitt dargestellt, der als ein aus thermoplastischem Material 30 bestehender Faden 34 ausgebildet ist. Wie in 5 schematisch und beispielhaft dargestellt, kann der Faden 34 aus mehreren verdrillten Filamenten 35 gebildet sein, die einen etwa kreisförmigen Querschnitt des Fadens 34 bilden. Optional enthalten die Verstärkungsstränge 3 dasselbe thermoplastische Kunststoffmaterial, das als Matrixmaterial der Prepregbänder verwendet wird.
  • Das in 1 beispielhaft gezeigte Halbzeug 1 sind die Prepregbänder 2 und die Verbindungsstränge 3 miteinander verwebt und bilden dadurch ein textiles, einlagiges Flächengebilde 4 aus. Wie in 1 beispielhaft dargestellt, verlaufen die Verbindungsstränge 3 quer zu den Prepregbändern 2, wobei jeder der Verbindungsstränge 3 mehrere der Prepregbänder 2 kreuzt. Insbesondere verläuft jeder Verbindungsstrang 3 abschnittsweise auf entgegengesetzten Seiten der Prepregbänder 2. Die Prepregbänder 2 verlaufen entlang einander und kreuzen einander innerhalb des Flächengebildes 4 nicht. In 1 sind die Verbindungsstränge 3 beispielhaft als Folienbänder 33 dargestellt.
  • Wie in 1 erkennbar ist, erstrecken sich die Prepregbänder 2 in einer ersten Richtung R1 und die Verbindungsstränge 3 erstrecken sich in einer quer zu der ersten Richtung R1 verlaufenden zweiten Richtung R2. Um ein Ausfransen des Gewebes zu verhindern, sind in 1 ein in Bezug auf die zweite Richtung R2 äußerstes erstes Prepregband 2A und ein äußerstes zweites Prepregband 2B, das entgegengesetzt zu dem ersten Prepregband gelegen ist stoffschlüssig mit den Verbindungssträngen 3 verbunden. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, sind die Verbindungsstränge 3 im Bereich eines ersten Endabschnitts 31 mit dem ersten Prepregband 2A und im Bereich eines zweiten Endabschnitts 32, der in Bezug auf die zweite Richtung R2 entgegengesetzt zu dem ersten Endabschnitts 31 gelegen ist, mit dem zweiten Prepregband 2A stoffschlüssig verbunden. Das erste und das zweite Prepregband 2A, 2B definieren jeweils entgegengesetzte Ränder des textilen Flächengebildes 4. Wie in 1 beispielhaft dargestellt, kann insbesondere jeder der Verbindungsstränge 3 mit dem ersten und dem zweiten Prepregband 2A, 2B stoffschlüssig verbunden sein. Allgemein sind die Verbindungstränge 3 und die Prepregbänder 2 in einem ersten Endbereich 41 des Flächengebildes 4 und einem entgegengesetzt zu diesem gelegenen zweiten Endbereich 42 des Flächengebildes 4 jeweils entlang einer Verbindungslinie 5A, 5B stoffschlüssig miteinander verbunden. In 1 verlaufen die Verbindungslinien 5A, 5B jeweils entlang der ersten Richtung R1 bzw. entlang des ersten und zweiten Prepregbandes 2A, 2B. Die stoffschlüssig Verbindung kann beispielsweise durch Ultraschallschweißen erzeugt werden.
  • Wie in 1 weiterhin gezeigt, kann vorgesehen sein, dass der erste Endabschnitt 31 der Verbindungsstränge 3 über das erste Prepregband 2A und der zweite Endabschnitt 32 der Verbindungsstränge 3 über das zweite Prepregband 2B in Bezug auf die zweite Richtung R2 hinaussteht oder übersteht und damit eine überstehende Lasche bildet. Allgemein kann vorgesehen sein, dass die Endabschnitte 31, 32 der Verbindungsstränge 3 jeweils über die Verbindungslinien 5A, 5B hinaus überstehen.
  • Bei dem in 2 beispielhaft gezeigten Halbzeug 1 sind die Prepregbänder 2 und die Verbindungsstränge 3 miteinander verflochten und bilden dadurch ein textiles, einlagiges Flächengebilde 4 aus. Wie in 2 schematisch dargestellt, verlaufen die Verbindungsstränge 3 quer zu den Prepregbändern 2, wobei jeder der Verbindungsstränge 3 mehrere der Prepregbänder 2 kreuzt. Insbesondere verläuft jeder Verbindungsstrang 3 abschnittsweise auf entgegengesetzten Seiten der Prepregbänder 2. In 2 sind die Verbindungsstränge 3 beispielhaft als Folienbänder 33 dargestellt.
  • Wie in 2 beispielhaft dargestellt, sind die Verbindungsstränge 3 im Bereich eines ersten Endabschnitts 31 und im Bereich eines zweiten Endabschnitts 32, der in Bezug auf die zweite Richtung R2 entgegengesetzt zu dem ersten Endabschnitts 31 gelegen ist, jeweils mit einem der Prepregbänder 2 stoffschlüssig verbunden. Dadurch sind die Verbindungstränge 3 und die Prepregbänder 2 in einem ersten Endbereich 41 des Flächengebildes 4 und einem entgegengesetzt zu diesem gelegenen zweiten Endbereich 42 des Flächengebildes 4 jeweils entlang einer Verbindungslinie 5A, 5B stoffschlüssig miteinander verbunden. In 2 ist beispielhaft dargestellt, dass die Verbindungslinien 5A, 5B jeweils entlang von Kreuzungsstellen der Prepregbänder 2 und der Verbindungsstränge 3 sowie schräg zu einer Längserstreckung der Prepregbänder 2 und der Verbindungsstränge 3 verläuft. Die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Ultraschallschweißen erzeugt werden.
  • Wie in 2 weiterhin gezeigt, kann vorgesehen sein, dass bei einem oder mehreren der Verbindungsstränge 3 der erste Endabschnitt 31 über die erste Verbindungslinie 5A und der zweite Endabschnitt 32 über die zweite Verbindungslinie 5B hinaus übersteht und damit eine überstehende Lasche bildet.
  • Die in den 1, 2 beispielhaft dargestellten Halbzeuge 3 erlauben durch deren textile Struktur jeweils ein Abgleiten der Prepregbänder aneinander, wodurch die Gefahr der Faltenbildung beim Verformen des Halbzeugs reduziert wird.
  • Das in 16 beispielhaft und schematisch gezeigte Halbzeug 1 ist mehrlagig aufgebaut. Die Prepregbänder 2 sind hierbei zu einem sich flächig erstreckenden multiaxialen Gelege 6 angeordnet, welches mehrere übereinander liegende Lagen 60 von Prepregbändern 2 umfasst. Wie in 16 schematisch dargestellt ist, erstrecken sich die Prepregbänder 2 innerhalb einer jeweiligen Lage 60 parallel zueinander. In aneinander angrenzenden Lagen 60 erstrecken sich die Prepregbänder 2 in verschiedenen Richtungen, z.B. quer zueinander. In 16 sind der Einfachheit halber lediglich zwei Schichten bzw. Lagen 60 dargestellt. Die einzelnen Lagen 60 sind relativ zueinander an einzelnen, vorzugsweise diskreten, sich z.B. periodisch wiederholenden Stellen bzw. Punktuell vernäht oder anderweitig verbunden, z.B. verschweißt, verwirkt, verstrickt oder verknüpft. Dies ist in 16 aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich an einer einzigen Stelle dargestellt. Wie beispielhaft dargestellt ist, kann zur Verbindung der einzelnen Lagen 60 ein Verbindungsstrang 3 verwendet werden. Hierbei umschlingt der Verbindungsstrang 3 beispielsweise jeweils zwei sich kreuzende Prepregbänder 2 an einer Kreuzungsstelle. Der Verbindungsstrang 3 ist dabei vorzugsweise als Faden 34 ausgebildet.
  • Bei dem in 16 beispielhaft dargestellten Halbzeug 1 können die Prepregbänder 2 innerhalb einer Lage 60 und die Lagen 60 aneinander abgleiten, wodurch die Gefahr der Faltenbildung beim Umformen des Halbzeugs 1 reduziert wird.
  • Im Folgenden wird anhand der 6 bis 15 beispielhaft ein Verfahren zur Herstellung eines gewölbten Strukturbauteils B erläutert, z.B. eines Strukturbauteils B, wie es in 17 beispielhaft dargestellt ist.
  • 17 zeigt beispielhaft ein gewölbtes Strukturbauteil B in Form einer Druckkalotte für ein Luftfahrzeug (nicht dargestellt). Das Strukturbauteil B kann insbesondere einen kreisförmigen Umfangsrand E aufweisen. Wie in 17 gezeigt ist, kann das Strukturbauteil beispielsweise dorn- oder kuppelförmig und damit in mehreren Krümmungsrichtungen gekrümmt gestaltet sein. In 17 ist ein Scheitelpunkt P der gewölbten Form des Strukturbauteils B eingezeichnet, welcher durch einen Schnittpunkt von Symmetrielinien S1, S2 des Strukturbauteils B gegeben ist.
  • Zur Herstellung des Strukturbauteils B wird zunächst ein Schichtaufbau 100 gebildet, welcher mehrere übereinanderliegende Lagen 110 aufweist, wobei die Lagen 110 jeweils zumindest ein Halbzeug 1 enthalten, wie es beispielhaft anhand der 1, 2 und 16 beschrieben wurde.
  • Die Lagen 110 als sich flächig erstreckende Matten realisiert. Die 6 bis 8 zeigen beispielhaft die Herstellung einer einzelnen Lage 110 aus mehreren der in 1 gezeigten Halbzeuge 1. Zur Ausbildung der Lage 110 werden zunächst erste Endabschnitte 31 der Verbindungsstränge 3 eines erstes Halbzeugs 11 mit Prepregbändern 2 eines jeweiligen weiteren Halbzeugs 12 thermoplastisch bzw. stoffschlüssig verbunden, z.B. durch Ultraschallschweißen. Die zweiten Endabschnitte 32 der Verbindungsstränge 3 des weiteren Halbzeugs 12 werden weiterhin mit Prepregbändern 2 des ersten Halbzeugs 11 thermoplastisch verbunden, beispielsweise ebenfalls durch Ultraschallschweißen. Wie in 6 gezeigt ist, überlappen die ersten Endabschnitte 31 der Verbindungsstränge 3 des erstes Halbzeugs 11 das äußerste zweite Prepregband 2B des zweiten Halbzeugs 12 und die zweiten Endabschnitte 32 der Verbindungsstränge 3 des ersten Halbzeugs 12 überlappen das äußerste erste Prepregband 2A des ersten Halbzeugs 11.
  • Das in 2 dargestellte Halbzeug 1 lässt sich in gleicher Weise mit weiteren derartigen Halbzeugen 1 verbinden.
  • In 7 ist eine Lage 110 dargestellt, die wie voranstehend beschrieben durch mehrere Halbzeuge 1 ausgebildet wurde. Hierbei wurden die einzelnen Halbzeuge 1 vor deren Verbindung zu einer Lage 110 jeweils an entgegengesetzten Enden 1A, 1B beschnitten. Dadurch können verschiedene Umfangsformen der Lagen 110 erzeugt werden, z.B. ein etwa kreisförmiger Umfang, wie dies in 7 beispielhaft dargestellt ist. Optional kann zusätzlich ein weiterer Zuschnitt der durch die Halbzeuge 1 gebildeten Lage 110 erfolgen, um die exakt gewünschte Umfangsform der Lage 110 einzustellen, z.B. kreisförmig, wie dies in 8 dargestellt ist.
  • Selbstverständlich ist es auch denkbar, eine Lage 110 aus jeweils einem Halbzeug 1 zu bilden.
  • Bei der Verwendung von Halbzeugen 1, die als multiaxiale Gelege ausgebildet sind, wie dies in 16 beispielhaft dargestellt ist, enthält eine Lage 110 des Schichtaufbaus 100 mehrere Lagen 60 des Halbzeugs 1.
  • Das Bilden des Schichtaufbaus 100 erfolgt allgemein durch Stapeln bzw. Ablegen mehrerer Lagen 110 übereinander, wie dies in 9 beispielhaft in einer Explosionsansicht dargestellt ist. Wie in 9 schematisch gezeigt ist, kann der Schichtaufbau 100 insbesondere derart ausgebildet werden, dass sich die Prepregbänder 2 in verschiedenen Lagen 110 in verschiedenen Richtungen R110 erstrecken. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich die Prepregbänder 2 von aneinander anliegenden Lagen 110 des Schichtaufbaus 100 in sich kreuzenden Richtungen R110 erstrecken.
  • Wie in 11 beispielhaft dargestellt ist, kann der Schichtaufbau 100 beispielsweise durch sequenzielles Stapeln der Lagen 110 auf einer ebenen Ablagefläche 150a gebildet werden. Alternativ hierzu kann der Schichtaufbau 100 auch durch Stapeln der Lagen 110 auf einer gewölbten Ablagefläche 150a gebildet werden wie dies in 12 schematisch dargestellt ist. Im letztgenannten Fall erfolgt aufgrund der biegeschlaffen Beschaffenheit des textilen Flächengebildes 4 oder des Multiaxialgeleges 6 eine zumindest teilweise Verformung der einzelnen Lagen 110 entsprechend der gewölbten Ablagefläche 150a. Die gewölbte Ablagefläche 150a kann beispielsweise durch ein zu der gewölbten Form des Strukturbauteils B korrespondierenden Konturfläche 210a eines Formwerkzeugs 200 bereitgestellt werden. Das Formwerkzeug 200 wird im Folgenden noch im Detail erläutert.
  • Nach der Ausbildung des Schichtaufbaus 100 werden die Lagen 110 optional an einer Verbindungsstelle 120, welche beispielsweise im Bereich des Scheitelpunkts P der herzustellenden gewölbten Form gelegen ist, thermoplastisch verbunden, z.B. durch Ultraschallschweißen. Allgemein wird die Verbindungsstelle derart gewählt, dass im entsprechenden Bereich bei der nachfolgenden Verformung keine oder lediglich eine sehr geringe Verschiebung der Lagen 110 relativ zueinander notwendig ist. Falls die Lagen 110 auf einer gewölbten Ablagefläche 150a abgelegt wurden, erfolgt optional zusätzlich ein thermoplastisches Verbinden an weiteren Verbindungsstellen 121 abseits des Scheitelpunks P, z.B. ebenfalls durch Ultraschallschweißen. In 10 ist schematisch eine Draufsicht auf einen Schichtaufbau 100 dargestellt, welcher aus Lagen 110 mit kreisförmigem Umfang gebildet ist. Die Verbindungsstelle 120 ist dabei in Bezug auf eine radiale Richtung im Bereich des Zentrums ausgebildet. Dies ist der Bereich, welcher den Scheitelpunkt P des in 17 beispielhaft dargestellten Strukturbauteils B ausbildet.
  • In einem weiteren Schritt erfolgt ein Umformen des Schichtaufbaus 100 in die gewölbte Form. Dieser Umformschritt erfolgt bei einer Umformtemperatur, die kleiner ist als ein Schmelzpunkt der thermoplastischen Materialien 20, 30 des Halbzeugs 1. Die Umformtemperatur ist somit kleiner als ein Schmelzpunkt des Matrixmaterials 20 der Prepregbänder 2 und kleiner als ein Schmelzpunkt des thermoplastischen Kunststoffmaterials 30 der Verbindungsstränge 3. Dadurch liegen die Prepregbänder 2 und die Verstärkgungsstränge 3 der in den Lagen 110 enthaltenen Halbzeuge 1 in einem festen Aggregatszustand vor, was die Reibung bzw. die viskose Anhaftung zwischen und innerhalb den Lagen 110 verringert. Zudem sind beim Umformprozess die Verstärkungsfasern innerhalb der einzelnen Prepregbänder noch durch festes Matrixmaterial gestützt, so dass die Fasern auch im Falle einer Druckbelastung in Faserlängsrichtung durch den Umformprozess besser vor Beulen geschützt sind. Damit wird beim Umformen der Bildung von Falten, Welligkeiten oder Ondulationen in den Faserlagen vorgebeugt.
  • Das Umformen kann beispielsweise in einer Kavität 205 eines Formwerkzeugs 200 erfolgen, wie dies schematisch in 13 dargestellt ist. Das Formwerkzeug 200 weist ein Formteil 210 mit einer zu der gewölbten Form des Strukturbauteils B korrespondierenden Konturfläche 210a sowie ein Anlageteil 220 auf. Das Anlageteil 220 und das Formteil 210 sind relativ zueinander in eine geschlossene Stellung positionierbar, wie dies in 13 beispielhaft dargestellt ist. In der geschlossenen Stellung wird eine Kavität 205 zwischen der Konturfläche 210a und einer Innenfläche 220a des Anlageteils 220 gebildet. Optional kann zwischen dem Anlageteil 220 und dem Formteil 210 eine Dichtung 215 angeordnet sein, welche die Kavität 205 in der geschlossenen Stellung des Formwerkzeugs 200 hermetisch abdichtet.
  • Wie in 13 beispielhaft dargestellt, kann das Formteil 210 als sich flächig erstreckendes erstes Formblech 211 und das Anlageteil 220 als sich flächig erstreckendes zweites Formblech 221 ausgebildet sein. Die Innenfläche 220a des Anlageteils 220 kann hierbei korrespondieren zu der herzustellenden Form des Strukturbauteils B bzw. komplementär zu der Konturfläche 210a des Formteils 210 ausgebildet sein.
  • Zum Umformen des auf der ebenen Ablagefläche 150a ausgebildeten Schichtaufbaus 100 (11) bzw. zum weiteren Umformen des bereits teilweise umgeformten Schichtaufbaus 100, der auf der gewölbten Ablagefläche 150a erzeugt wurde (12) werden das Formteil 210 und das Anlageteil 220 derart mit einer Kraft F beaufschlagt, dass der Schichtaufbau 100 zwischen Formteil 210 und Anlageteil 220 zusammengepresst wird.
  • Die Kraft F kann beispielsweise durch Erzeugen eines Vakuums in der Kavität 205 des Formwerkzeugs 200 mittels einer fluidisch leitend an die Kavität 205 gekoppelten Evakuierungseinrichtung oder Pumpe 230 aufgebracht werden, wie dies in 13 beispielhaft dargestellt ist. Dies sorgt gleichzeitig dafür, dass möglicherweise im Schichtaufbau 100 vorhandene Lufteinschlüsse entfernt oder verringert werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Kraft F auch dadurch erzeugt werden, dass ein Magnetfeld erzeugt wird, welches derart in ein dem ersten Formblech 211 zugeordnetes magnetisierbares Material und/oder in ein dem zweiten Formblech 221 zugeordnetes magnetisierbares Material eingekoppelt wird, dass der Schichtaufbau durch die Formbleche mit dem Kompressionsdruck beaufschlagt wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das erste und/oder das zweite Formblech 211, 221 und/oder eine Unterstruktur, wie die Formhälfte 310 aus einem magnetisierbaren Metallmaterial ausgebildet ist und ein Magnetfeld erzeugt wird, welches das erste und das zweite Formblech 211, 221 relativ zueinander zusammenzieht bzw. zusammendrückt. Dies ist beispielhaft in 15 dargestellt. Demnach ist das magnetisierbare Material den Formblechen 211, 221 zugeordnet, indem diese selbst aus einem magnetisierbaren Material gebildet sind oder ein solches enthalten. Dem ersten Formbleche 211 kann das magnetisierbare Material auch dadurch zugeordnet sein, dass die Formhälfte 310 aus einem magnetisierbaren Material gebildet ist oder ein solches aufweist. Zur Erzeugung des Magnetfeldes kann eine Magneteinrichtung 240 mit mehreren elektrischen Induktionsspulen 241 vorgesehen sein, welche entlang der Konturfläche 210a des Formteils 210 verteilt sind. Anstelle von elektrischen Induktionsspulen 241 können auch Permanentmagnete (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Allgemein kann die Magneteinrichtung 240 zur Erzeugung eines Magnetfelds eingerichtete Magnetfelderzeuger aufweisen. Im Folgenden wird beispielhaft auf Induktionsspulen 241 als Magnetfelderzeuger Bezug genommen, wobei die hierzu offenbarten Merkmale in analoger Weise auch für andere Magnetfelderzeuger gelten. Die Magneteinrichtung 240 kann sich dabei, wie in 15 dargestellt, in der Unterstruktur der Formhälfte 310 befinden oder beispielsweise auch auf der anderen Seite, oberhalb des oberen Formblechs 221. Insbesondere in dem letztgenannten Fall kann die Magneteinrichtung 240 eine zumindest teilweise flexibel oder gelenkig gestaltete Trägerstruktur aufweisen, welche an das zweite Formblech 221 gekoppelt wird, so dass die Induktionselemente 241 flexibel miteinander verbunden sind und sich an das Formblech 221 anpassen können, um den Druck möglichst gleichmäßig zu übertragen. Die Magneteinrichtung 240 ist insbesondere dazu eingerichtet, ein quer zu der Konturfläche 210a gerichtetes Magnetfeld zu erzeugen.
  • In 13 ist ferner das Ergebnis eines weiteren optionalen Verfahrensschrittes dargestellt, in welchem Verstärkungsprofile 130 auf einer entgegengesetzt zu der Konturfläche 210a gelegenen Lage 110 des Schichtaufbaus 100 aufgelegt wurden. Die Verstärkungsprofile 130 können beispielsweise einen doppel-T-förmigen Querschnitt aufweisen, wie dies in 13 schematisch dargestellt ist, und weisen ebenfalls ein thermoplastisches Kunststoffmaterial auf. Beispielsweise können die Verstärkungsprofile 130 aus einem faserverstärkten Thermoplastmaterial gebildet sein. Anschließend wird das Formwerkzeug 200 in die geschlossene Stellung gebracht, wie in 13 gezeigt. Das Anlageteil 220 bzw. das zweite Formblech 221 ist in diesem Fall mit Ausnehmungen 223 versehen, durch welche hindurch sich ein Steg des Verstärkungsprofils 223 erstreckt. Das zweite Formblech 221 kann hierzu beispielsweise zweiteilig ausgebildet sein, wobei ein erstes Teil die Ausnehmungen 223 in Form einseitig offener Schlitze aufweist, welche durch ein zweites Teil geschlossen werden. Alternativ können die Versteifungsprofile 130 auch in umhüllende Ausbeulungen oder Vertiefungen (nicht dargestellt) des zweiten Formblechs 221 bzw. des Anlageteils 220 eingelegt werden. Dadurch wird die Dichtigkeit der Kavität 205 verbessert. Das Versteifungsprofil 130 kann allgemein in der Kavität 205 mittels des Anlageteils 220 an den Schichtaufbau 100 angepresst werden.
  • In einem weiteren Schritt erfolgt ein Heizen des umgeformten Schichtaufbaus 100 auf eine Temperatur, die größer als der Schmelzpunkt der thermoplastischen Materialien 20, 30 des Halbzeugs 1 ist. Hierdurch werden das thermoplastische Matrixmaterial 20 der Prepregbänder 2 und das thermoplastische Material 30 der Verbindungsstränge 3 aufgeschmolzen, wodurch die einzelnen Lagen 110 des Schichtaufbaus 100 miteinander verschmelzen und dadurch verbunden werden. Die optionalen Versteifungsprofile 130 werden dadurch ebenfalls mit der obersten Lage 110 verschmolzen.
  • Das Heizen erfolgt vorzugweise in der Kavität 205 des Formwerkzeugs 200. Optional wird hierbei mittels der Pumpe 205 weiterhin ein Vakuum in der Kavität 205 erzeugt. Zum Heizen der Kavität 205 kann eine Heizeinrichtung 250 vorgesehen sein. In 13 ist die Heizeinrichtung 250 beispielhaft als eine Induktionsheizeinrichtung 252 ausgeführt, welche eine oder mehrere Induktionsspulen 253 aufweist, um in zumindest einem der Formbleche 211, 221 ein wechselndes Magnetfeld zu induzieren, welches das Formblech 211, 221 induktiv erwärmt, sodass die Kavität 205 geheizt wird. In 13 ist die Heizeinrichtung 250 beispielhaft auf Seiten Formteils 210 gelegen. Im Beispiel der 13 wird dadurch vorzugsweise das erste Formblech 211 angeregt, sodass der Schichtaufbau 100 sich von diesem ausgehend erwärmt und die optionalen Versteifungsprofile 130 vorwiegend in dem Bereich erwärmt werden, in dem diese an dem Schichtaufbau 100 anliegen.
  • In 15 ist die Heizeinrichtung 250 beispielhaft als Infrarotstrahler 251 ausgeführt, welcher auf Seiten des Anlageteils 220 angeordnet ist. Optional kann ein weiterer Infrarotstrahler (nicht dargestellt) auf Seiten des Formteils 210 angeordnet sein. Generell ist der Infrarotstrahler 251 zur Erzeugung von Wärmestrahlung eingerichtet, um die Kavität 205 aufzuheizen. Selbstverständlich kann auch in 15 eine Induktionsheizeinrichtung 252 vorgesehen sein, wie sie anhand der 13 erläutert wurde. Weiterhin ist denkbar, dass die Magneteinrichtung 240, welche an sich zur Aufbringung des Kompressionsdrucks vorgesehen ist, auch als Heizeinrichtung verwendet wird. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Induktionsspulen 241 zur Erzeugung des magnetischen Gleichfeldes für die Aufbringung des Kompressionsdrucks mit einem Gleichstrom und zum Heizen der Kavität 205 mit einem elektrischen Wechselstrom durchflossen werden.
  • Optional und unabhängig von der Gestaltung der Heizeinrichtung 250 bzw. der Wärmezufuhr zum Heizen kann das Formwerkzeug 200 während des Heizens auf eine Formhälfte 310 abgelegt werden, wie dies in 15 beispielhaft dargestellt ist. Die Formhälfte 310 kann eine Formfläche 310a aufweisen, welche korrespondierend zu einer Rückoberfläche 210b des Formteils 210 des Formwerkzeugs 200 geformt sein kann. Hierbei ist vorteilhaft eine Isolationsschicht 311 zwischen der Formfläche 310a der Formhälfte 310 und der Rückoberfläche 210b des Formteils 210 angeordnet, um ein Aufheizen der Formhälfte 310 weitestgehend zu vermeiden. Dies hat den Vorteil, dass die Formhälfte 310 geringeren Temperaturschwankungen ausgesetzt ist und sich folglich weniger stark durch Wärmedehnungen verformt. Die Formhälfte 310 dient insbesondere als Stütze des Formwerkzeugs 200. Damit können die Formbleche 211, 221 relativ dünn ausgeführt werden. Dies beschleunigt das Aufheizen der Kavität 205 und verringert die Werkzeugkosten. Wie in 15 weiterhin dargestellt ist, kann die Magneteinrichtung 240 beispielsweise in die Formhälfte 310 integriert sein.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt unter Aufbringung eines Kompressionsdrucks ein Konsolidieren des Schichtaufbaus 100 durch Abkühlen auf eine Verfestigungstemperatur, die kleiner als der Schmelzpunkt der thermoplastischen Materialien 20, 30 des Halbzeugs 1 ist. Beim Konsolidieren kühlt der Schichtaufbau 100 ab bzw. es erfolgt eine Wärmeabfuhr aus dem Schichtaufbau. Dadurch erstarrt das thermoplastische Material 20, 30 und das Strukturbauteil B wird gebildet.
  • Das Konsolidieren kann ebenfalls in der Kavität 205 des Formwerkzeugs 200 erfolgen. Zum Abkühlen wird die Heizeinrichtung 250 abgeschaltet und/oder das Formwerkzeug 205 und die Heizeinrichtung 250 werden räumlich voneinander getrennt. Wie in 15 beispielhaft gezeigt ist, kann das Konsolidieren bzw. Abkühlen ebenfalls auf der Formhälfte 310 erfolgen. Der Kompressionsdruck kann hierbei durch die Vakuumeinrichtung 205 und/oder durch die Magneteinrichtung 240 erzeugt werden. Allgemein kann der Kompressionsdruck 200 durch das Formwerkzeug 200 aufgebracht werden.
  • Alternativ hierzu kann das Formwerkzeug 200 zum Konsolidieren bzw. Abkühlen in einer durch zwei Formhälften 310, 320 eines Presswerkzeugs 300 gebildeten Kavität 305 angeordnet und der Kompressionsdruck durch die Formhälften 310, 320 aufgebracht werden, wie dies in 14 schematisch dargestellt ist. Das in 14 beispielhaft dargestellte Presswerkzeug 300 weist eine erste Formhälfte 310 und eine zweite Formhälfte 320 auf. Die erste Formhälfte 310 kann analog zu der anhand der 15 beschriebenen Formhälfte mit einer ersten Formfläche 310a ausgebildet sein. Die zweite Formfläche 320 weist eine zweite Formfläche 320a auf, die korrespondierend zu einer Außenfläche 220b des Anlageteils 220 ausgebildet ist. Die Formhälften 310, 320 sind mittels einer Bewegungseinrichtung 330, z.B. in Form eines hydraulischen Antriebs, relativ zueinander zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position bewegbar. 14 zeigt das Presswerkzeug 300 in einer geschlossenen Position oder Stellung, in welcher die zweite Formfläche 320a der ersten Formfläche 310a zugewandt ist und die Formhälften 310, 320 bzw. die Formflächen 310a, 320a der Formhälften 310, 320 die Kavität 305 definieren.
  • Wie in 14 schematisch durch die Pfeile A1, A2 angedeutet ist, Pressen die Formhälften 310, 320 das Formteil 210 und das Anlageteil 220 und damit den Schichtaufbau 100, der in der Kavität 205 des Formwerkzeugs 200 gelegen ist, zusammen. Damit wird der Kompressionsdruck durch das Presswerkzeug 300 aufgebracht. Optional kann während des Konsolidierens bzw. Abkühlens die Kavität 305 des Presswerkzeugs 300 und/oder die Kavität 205 des Formwerkzeugs 200 evakuiert werden. Wird der Schichtaufbau 100 zusammen mit den Formblechen 211 und 221 außerhalb des Presswerkzeugs erhitzt, kann optional die Kavität 205 des Formwerkzeugs 200 schon vor dem Einlegen in die Kavität 305 des Presswerkzeugs 300 evakuiert sein, was das Zusammenhalten von Schichtaufbau 100 und Formblechen 211, 221 erleichtert und im Schichtaufbau 100 zuvor befindliche Luft schon vor dem Aufschmelzen entfernt.
  • Die Formhälften 310, 320 weisen beim Konsolidieren bzw. Abkühlen des Schichtaufbaus 100 eine Temperatur auf, die kleiner als die Schmelztemperatur der Thermoplastmaterialien 20, 30 ist. Dadurch bilden die Formhälften 310, 320 Wärmesenken, was das Abkühlen der Kavität 205 beschleunigt. Das Abkühlen kann weiter dadurch beschleunigt sein, dass die Formhälften 310, 320 aus einem Metallmaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Aluminium oder dergleichen gebildet sind. Vorteilhaft beträgt die Wärmekapazität der Formhälften 310, 320 ein Vielfaches, z.B. das Zehnfache, der Wärmekapazität der Formbleche 211, 212 des Formwerkzeugs 200.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbzeug
    1A, 1B
    Enden des Halbzeugs
    2
    Prepregbänder
    2A
    erstes Prepregband
    2B
    zweites Prepregband
    3
    Verbindungsstränge
    4
    Flächengebilde
    5A, 5B
    Verbindungslinien
    6
    Multiaxialgelege
    11
    erstes Halbzeug
    12
    zweites Halbzeug
    20
    thermoplastisches Matrixmaterial
    21
    Verstärkungsfasern
    30
    thermoplastisches Kunststoffmaterial
    31
    erster Endabschnitt der Verbindungsstränge
    32
    zweiter Endabschnitt der Verbindungsstränge
    33
    Folienband
    34
    Faden
    35
    Filamente
    41
    erster Endbereich des Flächengebildes
    42
    zweiter Endbereich des Flächengebildes
    60
    Lagen
    100
    Schichtaufbau
    110
    Lage
    120
    Verbindungsstelle
    130
    Verstärkungsprofile
    150a
    Ablagefläche
    200
    Formwerkzeug
    205
    Kavität des Formwerkzeugs
    210
    Formteil
    211
    erstes Formblech
    210a
    Konturfläche des Formteils
    210b
    Rückoberfläche des Formteils
    215
    Dichtung
    220
    Anlageteil
    220a
    Innenfläche des Anlageteils
    221
    zweites Formblech
    230
    Pumpe
    240
    Magneteinrichtung
    250
    Heizeinrichtung
    251
    Infrarotstrahler
    252
    Induktionsheizeinrichtung
    300
    Presswerkzeug
    305
    Kavität des Presswerkzeugs
    310
    erste Formhälfte
    310a
    Formfläche der ersten Formhälfte
    320
    zweite Formhälfte
    320a
    Formfläche der zweiten Formhälfte
    330
    Bewegungseinrichtung
    B
    Strukturbauteil
    b2
    Breite der Prepregbänder
    E
    Umfangsrand des Strukturbauteils
    F
    Kraft
    I2
    Länge der Prepregbänder
    P
    Scheitelpunkt
    R1
    erste Richtung
    R2
    zweite Richtung
    S1, S2
    Symmetrielinien
    R110
    Richtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2005/0035115 A1 [0004]
    • US 5591369 A [0004]
    • DE 102010050740 A1 [0005]

Claims (18)

  1. Halbzeug (1) zur Herstellung eines Strukturbauteils (B), mit: einer Vielzahl sich entlang einander erstreckender Prepregbänder (2), welche jeweils in ein thermoplastisches Matrixmaterial (20) eingebettete, unidirektional angeordnete Verstärkungsfasern (21) aufweisen; und einer Vielzahl von ein thermoplastisches Kunststoffmaterial (30) enthaltenden Verbindungssträngen (3); wobei die Verbindungsstränge (3) und die Prepregbänder (2) zu einem textilen Flächengebilde (4) verbunden sind, in welchem jeder der Verbindungsstränge (3) mehrere der Prepregbänder (2) kreuzt; und wobei die Verbindungstränge (3) und die Prepregbänder (2) in einem ersten Endbereich (41) des Flächengebildes (4) und einem entgegengesetzt zu diesem gelegenen zweiten Endbereich (42) des Flächengebildes (4) jeweils entlang einer Verbindungslinie (5A; 5B) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  2. Halbzeug (1) nach Anspruch 1, wobei die Prepregbänder (2) sich in einer ersten Richtung (R1) erstrecken und die Verbindungsstränge (3) sich in einer quer zu der ersten Richtung (R1) verlaufenden zweiten Richtung (R2) erstrecken sind, und wobei ein in Bezug auf die zweite Richtung (R2) äußerstes erstes Prepregband (2A) und ein äußerstes zweites Prepregband (2B), das entgegengesetzt zu dem ersten Prepregband gelegen ist, zur Ausbildung der Verbindungslinien (5A; 5B) jeweils stoffschlüssig mit den Verbindungssträngen (3) verbunden sind.
  3. Halbzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Prepregbänder (2) und die Verbindungsstränge (3) miteinander verwebt oder verflochten sind.
  4. Halbzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsstränge (3) jeweils einen ersten Endabschnitt (31) und entgegengesetzt zu diesem gelegenen zweiten Endabschnitt (32) aufweisen, wobei der erste und der zweite Endabschnitt (31; 32) jeweils über die Verbindungslinien (5A; 5B) hinaus überstehen.
  5. Halbzeug (1) zur Herstellung eines Strukturbauteils (B), mit: einer Vielzahl von Prepregbändern (2), welche jeweils in ein thermoplastisches Matrixmaterial (20) eingebettete, unidirektional angeordnete Verstärkungsfasern (21) aufweisen; wobei die Prepregbänder (2) zu einem multiaxialen Gelege (6) angeordnet sind, welches mehrere übereinander liegende Lagen (60) von Prepregbändern (2) umfasst; wobei die Prepregbänder (2) innerhalb einer Lage (60) parallel zueinander verlaufen; und wobei die Lagen (60) relativ zueinander an einzelnen Stellen, vorzugsweise an diskreten, in einem sich periodisch wiederholenden Muster angeordneten Stellen verbunden sind, insbesondere vernäht, verwirkt, verwoben, verschweißt oder anderweitig verbunden, vorzugsweise mittels einer Vielzahl von ein thermoplastisches Kunststoffmaterial (30) enthaltenden Verbindungssträngen (3).
  6. Halbzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsstränge (3) als aus dem thermoplastischen Material (30) bestehende Folienbänder (33) oder Fäden (34) ausgebildet sind.
  7. Verfahren zur Herstellung eines eine gewölbte Form aufweisenden Strukturbauteils (B), umfassend folgende Verfahrensschritte: Bilden eines Schichtaufbaus (100) aus mehreren Lagen (110), wobei die Lagen (110) jeweils zumindest ein Halbzeug (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche aufweisen; Umformen des Schichtaufbaus (100) in die gewölbte Form bei einer Umformtemperatur, die kleiner als ein Schmelzpunkt der thermoplastischen Materialien (20; 30) des Halbzeugs (1) ist; Heizen des umgeformten Schichtaufbaus (100) auf eine Temperatur, die größer als der Schmelzpunkt der thermoplastischen Materialien (20; 30) des Halbzeugs (1) ist; und unter Aufbringung eines Kompressionsdrucks Abkühlen des Schichtaufbaus (100) auf eine Verfestigungstemperatur, die kleiner als der Schmelzpunkt der thermoplastischen Materialien (20; 30) des Halbzeugs (1) ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die einzelnen Lagen (110) des Schichtaufbaus jeweils aus mehreren Halbzeugen (1) gemäß Anspruch 4 gebildet werden, indem zumindest die ersten Endabschnitte (31) der Verbindungsstränge (3) eines ersten Halbzeugs (11) mit Prepregbändern (2) eines jeweiligen weiteren Halbzeugs (12) thermoplastisch verbunden werden, wobei bevorzugt auch die zweiten Endabschnitte (32) der Verbindungsstränge (3) des weiteren Halbzeugs (12) mit Prepregbändern (2) des ersten Halbzeugs (11) thermoplastisch verbunden werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Schichtaufbau (100) derart ausgebildet wird, dass sich die Prepregbänder (2) in verschiedenen Lagen (110) in verschiedenen Richtungen (R110) erstrecken.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Schichtaufbau durch sequenzielles Stapeln der Lagen (110) auf einer ebenen Ablagefläche (150a) gebildet wird und das Umformen in einer Kavität (205) eines Formwerkzeugs (200) erfolgt, wobei die Kavität (205) durch ein Formteil (210) mit einer zu der gewölbten Form des Strukturbauteils (B) korrespondierenden Konturfläche (210a) und ein flächiges Anlageteil (220) gebildet ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Schichtaufbau durch sequenzielles Stapeln der Lagen (110) auf einer gewölbten Ablagefläche (150a) gebildet und dadurch gleichzeitig in die gewölbte Form umgeformt wird, wobei die Ablagefläche (150a) eine korrespondierend zu der gewölbten Form des Strukturbauteils (B) gebildete Konturfläche (210a) eines Formteils (220) eines Formwerkzeugs (200) gebildet wird, wobei das Formwerkzeug (200) zusätzlich ein flächiges Anlageteil (220) zur Ausbildung einer Kavität (205) mit dem Formteil (210) aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Heizen des Schichtaufbaus (100) in der Kavität (205) des Formwerkzeugs (200) erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Formteil (210) des Formwerkzeugs (200) als sich flächig erstreckendes erstes Formblech (211) ausgebildet ist, und wobei das Anlageteil (220) als sich flächig erstreckendes zweites Formblech (221) ausgebildet ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei zur Aufbringung des Kompressionsdrucks mittels einer Magneteinrichtung (240) ein Magnetfeld erzeugt wird, welches derart in ein dem ersten Formblech (211) zugeordnetes magnetisierbares Material und/oder in ein dem zweiten Formblech (221) zugeordnetes magnetisierbares Material eingekoppelt wird, dass der Schichtaufbau durch die Formbleche mit dem Kompressionsdruck beaufschlagt wird, wobei das erste und/oder das zweite Formblech (211; 221) vorzugsweise aus einem magnetisierbaren Metallmaterial ausgebildet sind.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Formwerkzeug (200) zum Heizen und Abkühlen auf eine Formhälfte (310) abgelegt wird, und wobei der Kompressionsdruck beim Abkühlen durch das Formwerkzeug (200) aufgebracht wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Formwerkzeug (200) zum Abkühlen in einer durch zwei Formhälften (310; 320) eines Presswerkzeugs (300) gebildeten Kavität (305) angeordnet und der Kompressionsdruck durch die Formhälften (310; 320) aufgebracht wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Heizen des Schichtaufbaus (100) durch induktives Heizen der Formbleche (211; 221) oder mittels Infrarotstrahlung erfolgt.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei in der Kavität (205) des Formwerkzeugs (200) ein Vakuum erzeugt wird.
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