DE102018218827A1

DE102018218827A1 - Verfahren zur herstellung eines mehrlagigen verbundmaterials aus faserverstärktem harz und eines geformten produkts unter verwendung desselben

Info

Publication number: DE102018218827A1
Application number: DE102018218827.0A
Authority: DE
Inventors: Won Ki SONG
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2019-11-21
Also published as: US20190351627A1; KR102464884B1; KR20190131695A; CN110497657A

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz kann Herstellen eines mehrlagigen Vlieses durch aufeinanderfolgendes Anordnen und Verbinden einer Mehrzahl verstärkter Faservliese enthalten, wobei Verstärkungsfasern jeder der Mehrzahl verstärkter Faservliese in unterschiedlichen Anordnungsrichtungen in Längsrichtung ausgerichtet sind; Zusammenrollen des mehrlagigen Vlieses zum Aufbau eines rohrförmigen Mehrfachkerns mit einer Mehrzahl Lagen; und Imprägnieren des Mehrfachkerns mit einem Harz.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagige Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz und eines geformten Produkts unter Verwendung desselben, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz, bei dem eine gestapelte Struktur durch einen Rollprozess ohne Stapelprozess verwirklicht wird, und eines geformten Produkts unter Verwendung desselben.
Beschreibung der verwandten Technik
Herkömmlicherweise ist es üblich gewesen, Strukturen der Fahrzeugkarosserie und verschiedene Teile von Fahrzeugen aus einem Stahlmaterial herzustellen. Seit kurzem wird ein Verbundmaterial wie ein Verbundmaterial aus faserverstärktem Harz als Ersatz des Stahlmaterials verwendet, um die Kraftstoffeffizienz auf Grund einer Gewichtsverringerung zu verbessern.
Eine Grundstruktur eines Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz kann eine Verstärkung enthalten, die für eine auf ein Material einwirkende Last zuständig ist, und ein mit einer Verstärkung kombiniertes Grundmaterial, das eine Gesamtform des Materials verwirklicht, und die zur Übertragung der auf das Material einwirkenden Last an die Verstärkung dient. Als Verstärkung werden dabei allgemein Verstärkungsfasern wie Kohlenstofffaser, Glasfaser, Aramidfaser und dgl. verwendet und als Grundmaterial ein Grundmaterial des Harztyps wie wärmehärtendes Harz einschließlich ein Phenolharz, ein Epoxidharz und dgl. oder ein thermoplastisches Harz einschließlich Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und dgl. allgemein verwendet.
Ein derartiges Verbundmaterial aus faserverstärktem Harz kann je nach Wahl der Verstärkungen oder der Grundmaterialien durch unterschiedliche Verfahren hergestellt werden, etwa durch Strangziehen, wobei kontinuierlich Produkte mit vorgegebener Ausformung durch Harzimprägnieren eines Fasergarns in einer Form hergestellt werden, ein Harzinjektionsverfahren (RTM), bei dem eine Verstärkung im gewobenen Zustand in eine Form eingebracht und mit einem Harz imprägniert wird, und ein Reaction Injection Molding- (RIM) Verfahren zur direkten Polymerisierung eines Harzes in einer Form und dgl.
Die als Verstärkung dienenden Verstärkungsfasern werden in kurze Fasern, lange Fasern und in Endlosfasern eingeteilt, und unter ihnen unterscheiden sich die Endlosfasern je nach ihrer Anordnungsrichtung deutlich in ihren physikalischen Eigenschaften. Um bessere physikalischen Eigenschaften durch Nutzen der anisotropen Eigenschaften je nach Anordnungsrichtung der Fasern zur erzielen, sind in den vergangenen Jahren Verstärkungen im gewobenen Zustand mit unterschiedlichen Anordnungsrichtungen in einer gewünschten Anordnungsrichtung gestapelt worden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz werden verstärkte Vliese in spezifischen Anordnungsrichtungen durch Imprägnieren der Faservliese in einem gewobenen Zustand in unterschiedlichen Anordnungsrichtungen mit einem Harz hergestellt und die so hergestellten verstärkten Vliese werden in gewünschten Anordnungsrichtungen gestapelt und zur Verwendung verbunden.
Ein derartiges mehrlagiges Verbundmaterial aus faserverstärktem Harz hat die Nachteile, dass beim Verbindungsprozess der jeweiligen Lagen Dispersion auftritt und in jedem Bereich defekte Verbindungen entstehen.
Des Weiteren wird die Kontinuität zwischen den jede Lage des Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz bildenden Verstärkungsfasern unterbrochen, und die Herstellung eines blockförmigen Produkts ist im Vergleich zur Herstellung eines plattenförmigen Produkts eingeschränkt.
Die in diesem Hintergrund-Abschnitt der Erfindung offenbarten Informationen dienen nur dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sind nicht als Bestätigung oder irgendeine Form eines Hinweises zu verstehen, dass sie den dem Fachmann bekannten Stand der Technik darstellen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind auf die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz gerichtet, bei dem eine gestapelte Struktur durch einen Rollprozess ohne einen Stapelprozess der in unterschiedlichen Richtungen angeordneten Verstärkungsfaser verwirklicht wird, und eines dasselbe verwendenden Formprodukts.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz enthalten: Herstellen eines mehrlagigen Vlieses durch aufeinanderfolgendes Anordnen und Verbinden einer Mehrzahl verstärkter Faservliese, bei denen Verstärkungsfasern in unterschiedlichen Anordnungsrichtungen in Längsrichtung desselben eingebracht sind; Rollen des mehrlagigen Vlieses zum Aufbau eines rohrförmigen Mehrfachkerns mit einer Mehrzahl Lagen und Imprägnieren mit einem Harz.
Bei der Herstellung des mehrlagigen Vlieses kann die Mehrzahl verstärkter Faservliese nacheinander in Längsrichtung in derselben Ebene angeordnet und jeweils verbunden werden.
Bei der Herstellung des mehrlagigen Vlieses kann das mehrlagige Vlies durch Verbinden von Endabschnitten der Mehrzahl benachbarter verstärkter Faservliese hergestellt werden, bei denen Verstärkungsfasern in unterschiedlichen Anordnungsrichtungen verwoben sind. Dabei können sich die Endabschnitte der benachbarten verstärkten Faservliese um eine vorgegebene Länge überlappen, und ein Überlappabschnitt kann vernäht werden, um die Endabschnitte der benachbarten verstärkten Faservliese zu verbinden.
Bei der Herstellung des mehrlagigen Vlieses kann das mehrlagige Vlies durch kontinuierliches Verweben der Verstärkungsfasern in bereichsweise unterschiedlicher Anordnungsrichtung vorbereitet werden. Die Verstärkungsfasern können hier kontinuierlich bei sich ändernder Webrichtung verwoben werden, um unterschiedliche Anordnungsmuster mittels einer Anlage zur zielgenauen Faserablage (TFP) zu erhalten.
Bei der Herstellung des Mehrfachkerns kann eine Mehrzahl Lagen durch kontinuierliches Wickeln des mehrlagigen Vlieses auf einer Außenumfangsfläche einer sich um eine Rotationsachse drehenden Innenform ausgebildet werden.
Die Länge jedes der verstärkten Faservliese kann bei der Herstellung des mehrlagigen Vlieses so festgelegt werden, dass sie dem Umfang einer Außenumfangsfläche der bei der Vorbereitung des Mehrfachkerns verwendeten Innenform entspricht.
Die Länge jedes der verstärkten Faservliese kann bei der Herstellung des mehrlagigen Vlieses als ein Mehrfaches der Länge des Umfangs einer Außenumfangsfläche der beim Aufbau des Mehrfachkerns verwendeten Innenform festgelegt werden.
Der Aufbau des Mehrfachkerns kann die Bereitstellung eines Paares Innenformen, die Anordnung der inneren Formen an beiden Endabschnitten des mehrlagigen Vlieses und das anschließende Rollen des Paares Innenformen zu einem mittleren Abschnitt des mehrlagigen Vlieses enthalten, so dass das mehrlagige Vlies in einer Mehrzahl Lagen auf der Außenumfangsfläche jeder der Innenformen aufgewickelt werden kann.
Das Imprägnieren kann die Anordnung des Mehrfachkerns in einem Hohlraum enthalten, der durch Kombinieren einer oberen Form und einer unteren Form gebildet wird, und das Einspritzen eines Harzes in den Hohlraum, um den Mehrfachkern mit dem Harz zu imprägnieren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein Formprodukt, das nach einem Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz hergestellt wird, enthalten: einen durch Zusammenrollen eines mehrlagigen Vlieses ausgebildeten Mehrfachkern, der durch aufeinanderfolgendes Anordnen und kontinuierliches Verbinden einer Mehrzahl verstärkter Faservliese gebildet wird, in denen Verstärkungsfasern in unterschiedlichen Anordnungsrichtungen in Längsrichtung eingebracht sind, in eine Rohrform mit einer Mehrzahl Lagen gebracht wird, wobei der Mehrfachkern mit einem Harz imprägniert wird.
Der Mehrfachkern kann durch Zusammenrollen des mehrlagigen Vlieses von einem Endabschnitt in Richtung zur anderen Seite in Rohrform ausgebildet werden.
Der Mehrfachkern kann ein Paar verbundene gerollte Abschnitte enthalten, die durch Zusammenrollen des mehrlagigen Vlieses von beiden Endabschnitten her zum mittleren Abschnitt gebildet werden.
Das Innere des Mehrfachkerns kann einen hohlen Abschnitt in Breitenrichten des mehrlagigen Vlieses haben.
Die Verfahren und Einrichtungen der vorliegenden Erfindung haben noch weitere Merkmale und Vorteile, die sich im Einzelnen aus den beiliegenden Zeichnungen, die hiermit einbezogen werden, und der folgenden detaillierten Beschreibung, erschließen oder darin angegeben sind, und die zusammen dazu dienen, bestimmte Grundlagen der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht eines Verfahrens zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Schnittansicht eines Formprodukts, das durch ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt wird;
3A und 3B zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vlieses gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 und 5 sind Ansichten eines Verfahrens zur Herstellung eines hinteren Querträgers für ein Fahrzeug durch ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
6A und 6B sind Ansichten eines hinteren Querträgers für ein Fahrzeug, der durch ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.

Es versteht sich, dass die beigefügten Zeichnungen nicht unbedingt maßstäblich sind, da sie eine etwas vereinfachte Darstellung der verschiedenen bevorzugten Merkmale zeigen, die für die Grundlagen der Erfindung beispielhaft sind. Die hierin offenbarten spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung die z. B. bestimmte Abmessungen, Ausrichtungen, Orte und Formen umfassen, werden zum Teil durch die besondere vorgesehene Anwendung und die Umgebungsbedingungen am Einsatzort bestimmt.
In den Figuren kennzeichnen identische Bezugszeichen gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung in den verschiedenen Figuren der Zeichnung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nunmehr wird ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en) eingegangen, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind und nachstehend beschrieben werden. Obwohl die Erfindung(en) in Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen beschrieben wird/ werden, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung(en) nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränken soll. Die Erfindung(en) soll(en) vielmehr nicht nur die Ausführungsbeispiele, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die von Geist und Gültigkeitsbereich der Erfindung, die in den angefügten Ansprüchen definiert sind, abdecken.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen ausführlich erläutert. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auf verschiedene Arten verwirklicht werden und sollte nicht dahingehend ausgelegt werden, dass sie auf die hierin angegebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Diese Ausführungsformen sind vielmehr bereitgestellt, um die vorliegende Offenbarung genau und vollständig zu machen und übermitteln dem Fachmann umfassend den Gültigkeitsbereich der vorliegenden Erfindung. Innerhalb der gesamten Beschreibung kennzeichnen identische Bezugszeichen gleiche Elemente.
1 ist eine Ansicht eines Verfahrens zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 2 ist eine Schnittansicht eines Formprodukts, das durch ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, und die 3A und 3B sind Ansichten eines Verfahrens zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in den Zeichnungen dargestellt enthält ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Schritt zur Bildung eines mehrlagigen Vlieses 110, bei dem eine Mehrzahl verstärkter Faservliese 111, 112 und 113 verbunden wird, das Zusammenrollen des mehrlagigen Vlieses 110 zur Bildung des Mehrfachkerns 210 mit einer Mehrzahl Lagen; und das Imprägnieren des Mehrfachkerns 210 mit einem Harz 120.
Der Schritt der Herstellung des mehrlagigen Vlieses ist ein Schritt, bei dem das mehrlagige Vlies 110 mit unterschiedlichen Anordnungsrichtungen bereichsweise in Längsrichtung hergestellt wird. Beispielsweise kann eine Mehrzahl verstärkter Faservliese 111, 112 und 113, in denen unter einem Winkel von 0°, ± 45° und ± 90° gleichmäßig angeordnete Verstärkungsfasern verwoben sind, nacheinander in Längsrichtung in derselben Ebene angeordnet werden, um das nacheinander verbundene mehrlagige Vlies 110 zu bilden.
Der spezifische Prozess zur Herstellung des mehrlagigen Vlieses 110 kann dabei durch verschiedene Verfahren implementiert werden.
Zum Beispiel werden zunächst wie in 3A dargestellt zur Herstellung des mehrlagigen Vlieses 110 ein erstes verstärktes Faservlies 111, in dem Verstärkungsfasern unter 0° verwoben sind, ein zweites verstärktes Faservlies 112, in dem Verstärkungsfasern unter 45° verwoben sind, und ein drittes verstärktes Faservlies 113, in dem Verstärkungsfasern unter 90° verwoben sind, individuell hergestellt. Dann werden das erste verstärkte Faservlies 111, das zweite verstärkte Faservlies 112 und das dritte verstärkte Faservlies 113 selektiv in Längsrichtung nacheinander angeordnet und dann verbunden. Dabei überlappen nebeneinander angeordnete Endabschnitte der verstärkten Faservliese 111, 112 und 113 einander um eine vorgegebene Länge, so dass Überlappungsabschnitte 110a und 110b gebildet werden. Die Überlappungsabschnitte 110a und 110b werden vernäht, um die benachbarten verstärkten Faservliese 111, 112 und 113 nacheinander miteinander zu verbinden. Dabei sind das erste verstärkte Faservlies 111, das zweite verstärkte Faservlies 112 und das dritte verstärkte Faservlies 113 nicht auf die dargestellten Anordnungswinkel beschränkt, sondern können mit verschiedenen anderen Winkeln implementiert werden, und Anzahl sowie Anordnungsreihenfolge der verstärkten Faservliese können ebenfalls in verschiedener Weise modifiziert werden.
Wie in 3B dargestellt wird eine Anlage zur zielgenauen Faserablage (TFP) mit einer Mehrzahl Spannbolzen 20 verwendet, um das mehrlagige Vlies 110 bereitzustellen. Dementsprechend werden Verstärkungsfasern nacheinander so verwoben, dass sie bereichsweise unterschiedliche Anordnungsrichtungen haben. Das Verweben erfolgt hier kontinuierlich, während die Webrichtung bereichsweise geändert wird, um bereichsweise unterschiedliche Anordnungsmuster zu erhalten. Zum Beispiel werden in einem Anfangsstadium des Verwebens die Verstärkungsfasern unter 0° in das erste verstärkte Faservlies 111 verwoben, unter 45° zur Bildung des zweiten verstärkten Faservlieses 112 und anschließend unter 90° zur Bildung des dritten verstärkten Faservlieses 113 verwoben, um das bereichsweise in unterschiedlichen Anordnungsrichtungen kontinuierlich verbundene mehrlagige Vlies 110 zu erzeugen. Im aktuellen Fall sind außerdem die verstärkten Faservliese nicht auf die dargestellten Anordnungswinkel beschränkt, sondern können geändert und unter verschiedenen anderen Winkeln implementiert werden.
Dabei können die zur Herstellung des mehrlagigen Vlieses 110 verwendeten Verstärkungsfasern unterschiedlichen Arten von Verstärkungsfasern entsprechen, die zur Bildung von Endlosfasern wie Kohlenstofffaser, Glasfaser und Aramidfaser konfiguriert sind.
Der Schritt zum Aufbau des Mehrfachkerns kann ein Schritt des Zusammenrollens des mehrlagigen Vlieses 110 in eine Rohrform mit einer Mehrzahl Lagen sein. Der Mehrfachkern 210 kann z. B. mittels einer Innenform 10 aufgebaut werden, die sich um eine Rotationsachse dreht. Als die Innenform 10 kann dabei eine Innenform unterschiedlicher Form entsprechend der endgültigen Form eines Produktes verwendet werden.
Wie in 1 dargestellt wird z. B. eine zylindrische Innenform 10 bereitgestellt, und das vorbereitete mehrlagige Vlies 110 wird kontinuierlich auf die Außenumfangsfläche der Innenform 10 zu einer Mehrzahl Lagen aufgewickelt. Da das mehrlagige Vlies 110 durch kontinuierliches Verbinden der verstärkten Faservliese 111, 112 und 113 in Längsrichtung, die in den Anordnungsrichtungen um eine vorgegebene Länge gewoben worden sind, ausgebildet wird, wird das in einer vorgegebenen Anordnungsrichtung um eine vorgegebene Länge gewobene verstärkte Faservlies 111 um die Innenform 10 gewickelt, und die verstärkten Faservliese 112 und 113, die anschließend in unterschiedlichen Anordnungsrichtungen verwoben werden, werden um die Innenform 10 gewickelt. Dies wird wiederholt ausgeführt. Deshalb können die Anordnungsrichtungen der in jeder Lage angeordneten den Mehrfachkern 210 bildenden Verstärkungsfasern durch Anpassen der Länge jedes der verstärkten Faservliese 111, 112 und 113 angepasst werden. Wenn zum Beispiel die Längen der verstärkten Faservliese 111, 112 und 113 der Länge der Außenumfangsfläche der Innenform angeglichen werden, bilden die entsprechenden verstärkten Faservliese 111, 112 und 113 eine Lage im Mehrfachkern 210. Wenn ebenfalls die Längen der verstärkten Faservliese 111, 112 und 113 der doppelten Länge der Außenumfangsfläche der Innenform angeglichen werden, bilden die entsprechenden verstärkten Faservliese 111, 112 und 113 eine Lage im Mehrfachkern 210. Somit kann die Länge jedes der verstärkten Faservliese 111, 112 und 113 als ein Mehrfaches der Länge der Außenumfangsfläche der Innenform 10 festgelegt werden.
Der Mehrfachkern 210 ist dabei nicht auf einen einzigen hohlen Abschnitt 221, der durch die eine Innenform 10 gebildet wird, beschränkt, sondern kann verschieden viele hohle Abschnitte 110a haben.
Beispielsweise kann ein Paar Innenformen 10 bereitgestellt werden, wobei die Innenformen 10 an beiden Endabschnitten des mehrlagigen Vlieses 110 angeordnet werden, und dann wird das Paar Innenformen 10 zu einem mittleren Abschnitt des mehrlagigen Vlieses 110 gerollt, so dass das mehrlagige Vlies 110 auf einer Außenumfangsfläche der Innenform 10 als eine Mehrzahl Lagen aufgewickelt werden kann.
Der Schritt des Imprägnierens des Mehrfachkerns 210 mit einem Harz ist ein Schritt, bei dem der Mehrfachkern 210 mit dem Harz 120 imprägniert wird, um ein Fertig-Formprodukt oder ein Zwischen-Formprodukt auszubilden.
Dabei können verschiedene Harze, die zur Verwirklichung eines Verbundmaterials konfiguriert sind, als das Harz 120 verwendet werden. Zum Beispiel kann ein wärmehärtendes Harz, einschließlich eines Phenolharzes, ein Epoxidharz und dgl., oder ein thermoplastisches Harz einschließlich Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und dgl. verwendet werden.
Das Verfahren zum Imprägnieren des Mehrfachkerns 210 mit dem Harz 120 kann durch verschiedene Verfahren implementiert werden. Zum Beispiel kann es implementiert werden, indem der Mehrfachkern 210 in einem Hohlraum angeordnet wird, der durch Kombinieren einer oberen Form 30a und einer unteren Form 30b gebildet wird, durch Einspritzen des Harzes 120 in den Hohlraum und durch Aushärten des Harzes 120.
Wie in 2 dargestellt enthält das durch das obige Herstellungsverfahren hergestellte Formprodukt den Mehrfachkern 210, der durch Rollen des mehrlagigen Vlieses 110 zu einer Rohrform mit einer Mehrzahl Lagen gebildet wird, und die mit dem Harz imprägniert werden. Dabei wird das in den Mehrfachkern 210 imprägnierte Harz als eine Formgebungslage 220 bezeichnet. Die Mitte des Mehrfachkerns 210 in dem das mehrlagige Vlies 110 zusammengerollt wird, ist als der hohle Abschnitt 221 implementiert. Die Gesamtquerschnittsform des Mehrfachkerns 210 wird dabei durch die Form der Außenumfangsfläche der Innenform 10 bestimmt, kann aber als eine Rohrform einer im Wesentlichen kreisförmigen ober vieleckigen geschlossenen Stirnfläche implementiert werden. Dabei sind im Mehrfachkern 210 die verstärkten Faservliese 111, 112 und 113, die in unterschiedlichen Anordnungsrichtungen verwoben sind, als Mehrfachlagen implementiert.
In 2 sind zu Beschreibungszwecken die Lagen aus den verstärkten Faservliese 111, 112 bzw. 113 als konzentrische Kreise mit verschiedenen Durchmessern dargestellt. Da der Mehrfachkern 210 jedoch durch Zusammenrollen des mehrlagigen Vlieses110 gebildet wird, kann der Mehrfachkern 110 als eine Rolle implementiert werden, bei der die Lagen kontinuierlich miteinander verbunden werden.
Die Formgebungslage 220 wird durch Aushärten des in den Mehrfachkern 210 imprägnierten Harzes ausgebildet. Dabei kann die Form der Formgebungslage 220 auf unterschiedliche Weise durch Verändern des Raums, in den das Harz eingespritzt wird, z. B. die Form des Hohlraums, der durch Kombinieren der oberen Form 30a und der unteren Form 30b gebildet wird, implementiert werden.
Das nach dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren erzeugte Formprodukt kann bei Teilen verwendet werden, die Festigkeit und Steifigkeit erfordern und stabförmig sind, wie Seitendichtungen, Elemente, Säulen und dgl., die eine Fahrzeugkarosserie bilden.
Die 4 und 5 zeigen ein Verfahren zur Herstellung z. B. eines hinteren Querträgers für ein Fahrzeug durch ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6A ist eine Ansicht eines hinteren Querträgers für ein Fahrzeug, der durch ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagiges Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, und 6B ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 6A.
Zur Herstellung eines hinteren Querträgers 200 für ein Fahrzeug wird zuerst ein mehrlagiges Vlies 110 mit bereichsweise unterschiedlichen Anordnungsrichtungen in Längsrichtung hergestellt. Danach werden die Innenformen 10 an beiden Endabschnitten des mehrlagigen Vlieses 110 angeordnet wie in 4 dargestellt. In diesem Zustand wird das Paar Innenformen 10 zur Mitte des mehrlagigen Vlieses 110 gerollt, damit das mehrlagige Vlies 110 auf die Außenumfangsfläche jeder der Innenformen 10 als eine Mehrzahl Lagen gewickelt werden kann, um einen Mehrfachkern 210 zu bilden.
Wenn der Mehrfachkern 210 fertiggestellt ist, wird der fertige Mehrfachkern 210 in einen Hohlraum eingebracht, der durch Kombinieren der oberen Form 30a und der unteren Form 30b gebildet wird. Dann wird das Harz 120 durch eine Harz-Zuführeinrichtung 40 eingespritzt und ausgehärtet. Wenn das Aushärten des Harzes abgeschlossen ist, wird ein Formprodukt aus der oberen Form 30a und der unteren Form 30b entnommen, und die Innenform 10 wird vom Innern des Mehrfachkerns 210 getrennt. Dabei wird das Formprodukt in eine Form entsprechend der Form des Hohlraums gebracht und zur Verwendung als der hintere Querträger 200 nachbehandelt.
Die Ausbildung des hohlen Abschnitts 211 im Innern des Mehrfachkerns 210 kann dabei durch Verändern des Zeitpunkts der Trennung der Innenform 10 bestimmt werden. Wenn z. B. der hohle Abschnitt 211 nicht ausgebildet ist, nachdem der Mehrfachkern 210 mittels der Innenform 10 aufgebaut worden ist, wird die Innenform 10 vom Mehrfachkern 210 vor der Imprägnierung mit dem Harz 120 getrennt, und die Imprägnierung mit dem Harz 120 kann zum Verfüllen des Raums mit dem Harz 120 erfolgen, in dem der hohle Abschnitt 211 ausgebildet wird.
Wie in 6B dargestellt Mehrfachkern 210 hat die Verstärkung der Steifigkeit in der Mitte des hinteren Querträgers 200 zwei darin ausgebildete hohle Abschnitte 211, und weil der Mehrfachkern 210 so aufgebaut ist, dass er kontinuierlich verbunden ist, können somit Festigkeit und Steifigkeit verbessert werden, während eine Gewichtsreduzierung des hinteren Querträgers erzielt wird.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Mehrzahl verstärkter Faservliese, in denen Verstärkungsfasern in unterschiedlichen Anordnungsrichtungen angeordnet sind, nacheinander in Längsrichtung in derselben Ebene angeordnet und verbunden, um das mehrlagige Vlies zu erzeugen, und das erzeugte mehrlagige Vlies wird auf der Außenumfangsfläche der Innenform aufgewickelt, wodurch ohne einen Stapelprozess verwirklicht werden kann. Somit kann die Anzahl der Prozesse verringert und das Problem der Dispersion im Material, das beim Stapelprozess auftreten kann, kann gelöst werden.
Ferner kann durch Anpassen der Länge jedes der verstärkten Faservliese, die das mehrlagige Vlies bilden, so dass sie der Länge der Außenumfangsfläche der Innenform entspricht, das verstärkte Faservlies mit den gewünschten Anordnungsrichtungen an gewünschten Positionen auf einfache Weise hergestellt werden.
Des Weiteren können physikalische Eigenschaften der Teile erfüllt werden, wobei Teile, die Festigkeit und Steifigkeit erfordern, jedoch stabförmig sind, wie Seitendichtungen, Elemente, Säulen und dgl., die eine Fahrzeugkarosserie bilden, auf einfache Weise hergestellt werden.
Zur Vereinfachung der Beschreibung und zur genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen dienen die Begriffe „oberer, obere, oberes, oberen“, „unterer, untere, unteres, unteren“, „innerer, innere, inneres, inneren“, „äußerer, äußere, äußeres, äußeren“, „nach oben“, „nach unten“, „oberer, obere, oberes, oberen“, „unterer, untere, unteres, unteren“, „aufwärts“, „abwärts“, „vorne“, „hinten“, „rückseitig“, „innen“, „außen“, „nach innen“, „nach außen“, „im Innern“, „außerhalb“, „innen“, „außen“, „vorwärts“ und „rückwärts“ zur Beschreibung von Merkmalen der Ausführungsbeispiele bezogen auf die Positionen solcher Merkmale wie sie in den Figuren dargestellt sind.
Die obigen Beschreibungen spezifischer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dienen zu Beispiel- und Beschreibungszwecken. Sie sind nicht erschöpfend oder sollen die Erfindung nicht auf die offenbarten präzisen Formen beschränken, und offensichtlich sind zahlreiche Modifikationen und Variationen angesichts der obigen Lehren möglich. Die Ausführungsbeispiele wurden gewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, damit andere Fachleute verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen ausführen und nutzen können. Der Gültigkeitsbereich der Erfindung soll durch die beiliegenden Ansprüche und ihre Äquivalente definiert werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundmaterials aus faserverstärktem Harz, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen eines mehrlagigen Vlieses durch aufeinanderfolgendes Anordnen und Verbinden einer Mehrzahl verstärkter Faservliese in Längsrichtung des mehrlagigen Vlieses, wobei Verstärkungsfasern jeder der Mehrzahl verstärkter Faservliese in unterschiedlichen Anordnungsrichtungen dazwischen ausgerichtet sind; Zusammenrollen des mehrlagigen Vlieses zum Aufbau eines rohrförmigen Mehrfachkerns mit einer Mehrzahl Lagen; und Imprägnieren des rohrförmigen Mehrfachkerns mit einem Harz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei der Herstellung des mehrlagigen Vlieses die Mehrzahl verstärkter Faservliese nacheinander in Längsrichtung in derselben Ebene angeordnet und kontinuierlich verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei der Herstellung des mehrlagigen Vlieses das mehrlagige Vlies durch Verbinden von Endabschnitten benachbarter verstärkter Faservliese, in die Verstärkungsfasern in unterschiedlichen Anordnungsrichtungen verwoben sind, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei sich bei der Herstellung des mehrlagigen Vlieses die Endabschnitte der benachbarten verstärkten Faservliese um eine vorgegebene Länge überlappen und ein Überlappungsabschnitt der benachbarten verstärkten Faservliese vernäht wird, um die Endabschnitte der benachbarten verstärkten Faservliese zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei der Herstellung des mehrlagigen Vlieses das mehrlagige Vlies durch kontinuierliches Verweben der Verstärkungsfasern so hergestellt wird, dass sich bereichsweise unterschiedliche Anordnungsrichtung ergeben.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei bei der Herstellung des mehrlagigen Vlieses die Verstärkungsfasern kontinuierlich verwoben werden, während die Webrichtungen mittels einer Anlage zur zielgenauen Faserablage (TFP) geändert werden, so dass sich bereichsweise unterschiedliche Anordnungsmuster ergeben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Aufbau des rohrförmigen Mehrfachkerns die Mehrzahl Lagen durch kontinuierliches Wickeln des mehrlagigen Vlieses auf der Außenumfangsfläche einer Innenform gebildet wird, die sich um eine Rotationsachse der Innenform von einer ersten Seite des mehrlagigen Vlieses in Richtung zu einer zweiten Seite des mehrlagigen Vlieses dreht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Innere des Mehrfachkerns einen hohlen Abschnitt in Breitenrichtung des mehrlagigen Vlieses hat, nachdem die Innenform vom mehrlagigen Vlies entfernt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Länge jedes der verstärkten Faservliese bei der Herstellung des mehrlagigen Vlieses so festgelegt wird, dass sie dem Umfang einer Außenumfangsfläche der beim Aufbau des rohrförmigen Mehrfachkerns verwendeten Innenform entspricht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Länge jedes der verstärkten Faservliese bei der Herstellung des mehrlagigen Vlieses als ein Mehrfaches der Länge des Umfangs der Außenumfangsfläche der beim Aufbau des rohrförmigen Mehrfachkerns verwendeten Innenform festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Aufbau des rohrförmigen Mehrfachkerns die Mehrzahl Lagen durch kontinuierliches Wickeln des mehrlagigen Vlieses auf einer Außenumfangsfläche eines Paares Innenformen gebildet wird, die sich jeweils um eine Rotationsachse der Innenformen drehen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Innere des Mehrfachkerns aus hohlen Abschnitten in Breitenrichtung des mehrlagigen Vlieses gebildet ist, nachdem die Innenformen vom mehrlagigen Vlies entfernt worden sind.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Aufbau des rohrförmigen Mehrfachkerns ferner enthält: Anordnen des Paares Innenformen am ersten bzw. zweiten Endabschnitt des mehrlagigen Vlieses; und nach dem Anordnen des Paares Innenformen am ersten bzw. zweiten Endabschnitt des mehrlagigen Vlieses Rollen des Paares Innenformen zu einem mittleren Abschnitt des mehrlagigen Vlieses, damit das mehrlagige Vlies auf eine Außenumfangsfläche jeder Innenform des Paares Innenformen als eine Mehrzahl Lagen gewickelt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Imprägnieren das Anordnen des rohrförmigen Mehrfachkerns in einem Hohlraum enthält, der durch Kombinieren einer oberen Form und einer unteren Form ausgebildet wird, und das Einspritzen des Harzes in den Hohlraum, um den rohrförmigen Mehrfachkern mit dem Harz zu imprägnieren.
Formprodukt, aufweisend: einen Mehrfachkern, der durch Zusammenrollen eines mehrlagigen Vlieses, das durch aufeinanderfolgendes Anordnen und kontinuierliches Verbinden einer Mehrzahl verstärkter Faservliese in Längsrichtung des mehrlagigen Vlieses in eine Rohrform mit einer Mehrzahl Lagen gebracht wird, wobei Verstärkungsfasern jeder der Mehrzahl verstärkter Faservliese in unterschiedliche Richtungen dazwischen ausgerichtet sind, und wobei der Mehrfachkern mit einem Harz imprägniert ist.
Formprodukt nach Anspruch 15, wobei der Mehrfachkern durch Zusammenrollen eines Endabschnitts des Mehrfachkerns von einer ersten Seite des mehrlagigen Vlieses in Richtung zu einer zweiten Seite des mehrlagigen Vlieses in eine Rohrform gebracht wird.
Formprodukt nach Anspruch 16, wobei das Innere des Mehrfachkerns einen hohlen Abschnitt in Breitenrichtung des mehrlagigen Vlieses hat.
Formprodukt nach Anspruch 15, wobei der Mehrfachkern ein Paar verbundene gerollte Abschnitte enthält, die durch Zusammenrollen des mehrlagigen Vlieses vom ersten und zweiten Endabschnitt des mehrlagigen Vlieses her zum mittleren Abschnitt des mehrlagige Vlieses gebildet werden.
Formprodukt nach Anspruch 18, wobei das Innere des Mehrfachkerns einen hohlen Abschnitt in Breitenrichtung des mehrlagigen Vlieses hat.