DE102019129775A1 - Process for the production of fiber-reinforced components, fiber-reinforced component and system for carrying out such a process - Google Patents

Process for the production of fiber-reinforced components, fiber-reinforced component and system for carrying out such a process Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen, insbesondere faserverstärkten Kunststoffbauteilen, wobei ein Aufbringen wenigstens einer Faserkomponente (40) mit wenigstens einer ersten Faserschicht auf ein Innenwerkzeug (10) erfolgt. In einem weiteren Schritt wird die Faserkomponente (40) mit einem Außenwerkzeug (20) umschlossen. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Rotieren des Innenwerkzeugs (10) zusammen mit der wenigstens einen Faserkomponente (40) und dem Außenwerkzeug (20) mit einer vorbestimmbaren ersten Drehzahl. Des Weiteren erfolgt ein Einbringen einer flüssigen Matrixkomponente (30) mittels dem Innenwerkzeug (10), sodass die Matrixkomponente (30) während des Rotierens die Faserkomponente (40) derart durchdringt, dass die Faserkomponente (40) in der Matrixkomponente (30) eingebettet wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein faserverstärktes Bauteil und ein System zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for producing fiber-reinforced components, in particular fiber-reinforced plastic components, wherein at least one fiber component (40) with at least one first fiber layer is applied to an inner tool (10). In a further step, the fiber component (40) is enclosed with an external tool (20). In a further step, the inner tool (10) is rotated together with the at least one fiber component (40) and the outer tool (20) at a predeterminable first speed. Furthermore, a liquid matrix component (30) is introduced by means of the inner tool (10), so that the matrix component (30) penetrates the fiber component (40) during rotation in such a way that the fiber component (40) is embedded in the matrix component (30). The invention also relates to a fiber-reinforced component and a system for carrying out such a method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen, insbesondere faserverstärkten Kunststoffbauteilen, ein System zur Durchführung eines solchen Verfahrens und ein faserverstärktes Bauteil gemäß einem solchen Verfahren.The invention relates to a method for producing fiber-reinforced components, in particular fiber-reinforced plastic components, a system for carrying out such a method and a fiber-reinforced component according to such a method.

Üblicherweise erfolgt die Herstellung faserverstärkter Bauteile unter Einsatz von Vakuum- oder Überdruckeinheiten. Auf diese Weise kann eine geeignete Kompaktierung der Matrix- und der Fasermaterialien erzielt werden. Dieses Vorgehen ist jedoch kosten- und zeitaufwendig.Fiber-reinforced components are usually manufactured using vacuum or overpressure units. In this way, suitable compaction of the matrix and fiber materials can be achieved. However, this procedure is costly and time-consuming.

Des Weiteren besteht die Möglichkeit eine solche Kompaktierung der Matrixkomponente und der darin einzubettenden Fasern im Schleuderguss-Verfahren zu erreichen. Hierbei wird die Fliehkraft während der Rotation um eine Drehachse ausgenutzt, um eine gewünschte Mischung bzw. Entmischung von Faser- und Matrixkomponente zu erzielen.It is also possible to achieve such a compaction of the matrix component and the fibers to be embedded therein using the centrifugal casting process. Here, the centrifugal force is used during the rotation around an axis of rotation in order to achieve a desired mixture or separation of fiber and matrix components.

Ein solches Schleuderguss-Verfahren ist aus den Druckschriften EP 3 103 624 B1 und EP 0 360 758 B1 bekannt, wobei das Harz als Matrixkomponente und das Fasermaterial jeweils im Zuge des Herstellungsverfahrens einer rotierenden Matrize zugeführt werden. Nachteilig bei diesem Vorgehen ist insbesondere, dass lediglich eine inhomogene Mischung bzw. Entmischung von Matrix- und Faserkomponente zwischen einzelnen Schichtbereichen erzielbar ist. Neben der Verteilung ist auch die Ausrichtung der Faserkomponente innerhalb der Matrixkomponente nur eingeschränkt bzw. nicht gezielt kontrollierbar. Darüber hinaus ist eine Verarbeitung von Lang- sowie Endlosfasern mit solchen Verfahren unmöglich.Such a centrifugal casting process is from the documents EP 3 103 624 B1 and EP 0 360 758 B1 known, wherein the resin as a matrix component and the fiber material are each fed to a rotating die in the course of the manufacturing process. A particular disadvantage of this procedure is that only an inhomogeneous mixing or demixing of the matrix and fiber components between individual layer areas can be achieved. In addition to the distribution, the alignment of the fiber component within the matrix component can only be controlled to a limited extent or not in a targeted manner. In addition, processing long and continuous fibers with such methods is impossible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils anzugeben, welches einfach anwendbar und kostengünstig durchführbar ist, sowie die Bereitstellung hochwertiger und maßhaltiger Bauteile mit hohen Toleranzanforderungen ermöglicht, wobei Fasern jeglicher Art, wie auch Lang- und Endlosfasern, gezielt verarbeitbar sind, insbesondere hinsichtlich der Faseranordnung und -ausrichtung. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung ein faserverstärktes Bauteil und ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.The invention is based on the object of specifying a method for producing a fiber-reinforced component which is easy to use and inexpensive to carry out, as well as making it possible to provide high-quality and dimensionally stable components with high tolerance requirements, with fibers of all types, including long and continuous fibers, being specifically processable especially in terms of fiber placement and orientation. A further object of the invention is to specify a fiber-reinforced component and a system for carrying out the method according to the invention.

Die Aufgabe wird mit Blick auf das Herstellungsverfahren durch den unabhängigen Anspruch 1, mit Blick auf das faserverstärkte Bauteil durch den Anspruch 9 und mit Blick auf das System durch den Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved with a view to the production method by independent claim 1, with a view to the fiber-reinforced component by claim 9 and with a view to the system by claim 9. Preferred embodiments are specified in the dependent claims.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen, insbesondere faserverstärkten Kunststoffbauteilen, vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweist:

  • - Aufbringen wenigstens einer Faserkomponente mit wenigstens einer ersten Faserschicht auf ein Innenwerkzeug,
  • - Umschließen der Faserkomponente mit einem Außenwerkzeug, insbesondere sodass die Faserkomponente von dem Innenwerkzeug in Kombination mit dem Außenwerkzeug umschlossen ist, vorzugsweise wenigstens umfangsseitig umschlossen bzw. eingefasst ist;
  • - Rotieren des Innenwerkzeugs zusammen mit der wenigstens einen Faserkomponente und dem Außenwerkzeug mit einer vorbestimmbaren ersten Drehzahl;
  • - Einbringen einer flüssigen Matrixkomponente mittels dem Innenwerkzeug, insbesondere Einbringen der flüssigen Matrixkomponente in einen Innendurchmesser des vorzugsweise permeablen Innenwerkzeugs, sodass die Matrixkomponente während des Rotierens die Faserkomponente derart durchdringt, dass die Faserkomponente in der Matrixkomponente eingebettet wird.
According to the invention, a method for producing fiber-reinforced components, in particular fiber-reinforced plastic components, is provided, which has the following steps:
  • - applying at least one fiber component with at least one first fiber layer to an internal tool,
  • - Enclosing the fiber component with an external tool, in particular so that the fiber component is enclosed by the internal tool in combination with the external tool, preferably enclosed or enclosed at least on the circumferential side;
  • Rotating the inner tool together with the at least one fiber component and the outer tool at a predeterminable first speed;
  • Introducing a liquid matrix component by means of the inner tool, in particular introducing the liquid matrix component into an inner diameter of the preferably permeable inner tool, so that the matrix component penetrates the fiber component during rotation in such a way that the fiber component is embedded in the matrix component.

Die Erfindung basiert auf der Idee, anhand der Vorpositionierung der Faserkomponente auf dem Innenwerkzeug und der Festlegung einer spezifischen Bauteilgeometrie mittels dem Außenwerkzeug ein faserverstärktes Bauteil bereitzustellen, welches sowohl eine geeignete Faserverteilung entlang seines Querschnitts und eine hochgradige Faserausrichtung, insbesondere in jeder einzelnen der vorgesehenen Faserschichten, aufweist, als auch eine hohe Maßhaltigkeit im Sinne eines Abdrucks insbesondere einer Innenseite bzw. einer Innenform bzw. eines Innendurchmessers des Außenwerkzeugs aufweist.The invention is based on the idea of using the pre-positioning of the fiber component on the inner tool and the definition of a specific component geometry by means of the outer tool to provide a fiber-reinforced component which has both a suitable fiber distribution along its cross-section and a high-grade fiber orientation, in particular in each of the individual fiber layers provided, as well as having a high degree of dimensional accuracy in the sense of an imprint in particular of an inner side or an inner shape or an inner diameter of the outer tool.

Indem lediglich die Matrixkomponente, beispielsweise ein Harz bzw. ein Reaktionsharz oder ein anderer flüssiger Matrixwerkstoff, während der Rotation im Zuge eines Schleuderguss-Verfahrens zugeführt werden muss, ist ein vereinfachter Prozess und eine vorteilhaft steuerbare Verteilung der Faserkomponente bzw. Einbettung in die Matrixkomponente verfügbar. Anhand der Rotation und den wirkenden Fliehkräften ist das resultierende faserverstärkte Bauteil ferner vorteilhaft entformbar, insbesondere von dem Innenwerkzeug vorteilhaft entformbar.Since only the matrix component, for example a resin or a reaction resin or another liquid matrix material, has to be fed in during the rotation in the course of a centrifugal casting process, a simplified process and an advantageously controllable distribution of the fiber component or embedding in the matrix component is available. On the basis of the rotation and the acting centrifugal forces, the resulting fiber-reinforced component can also advantageously be demolded, in particular advantageously demolded from the inner tool.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Faserkomponente im trockenen Zustand auf das Innenwerkzeug abgelegt bzw. aufgebracht wird. Die Faserkomponente kann geflochten, gewickelt oder auf eine andere zweckmäßige Weise auf dem Innenwerkzeug angeordnet werden. Vorzugsweise kann die Faserkomponente in jeder erdenklichen Faserhalbzeugform, wie z.B. als Gewebe, Gelege, unidirektionales Material, Matten oder dergleichen, und mit einer beliebigen, insbesondere als Kurz-, Lang- oder Endlosfasern, im Rahmen der Erfindung einsetzbar bzw. verwendbar sein.In particular, it is provided that the fiber component in the dry state on the Inner tool is deposited or applied. The fiber component can be braided, wound or arranged on the inner tool in some other suitable manner. The fiber component can preferably be used or usable in any conceivable semi-finished fiber form, such as woven fabric, scrim, unidirectional material, mats or the like, and with any desired, in particular short, long or continuous fibers, within the scope of the invention.

Des Weiteren ist bei der Positionierung des Außenwerkzeugs vorgesehen, dass anhand des Außenwerkzeugs und des Innenwerkzeugs ein im Wesentlichen abgeschlossener Arbeitsraum ausgebildet wird, indem die Faserkomponente angeordnet und von der Matrixkomponente durchdrungen werden kann. Im Sinne der Erfindung kann die Faserkomponente als von dem Innenwerkzeug und dem Außenwerkzeug vollständig, wenigstens jedoch umfangsseitig, umschlossen bzw. eingefasst angesehen werden. Innerhalb des gebildeten Arbeitsraumes kann eine zweckmäßige Einbettung der wenigstens einen Faserkomponente in die wenigstens eine Matrixkomponente, beispielsweise ein (Reaktions-)Harz, erfolgen.Furthermore, when positioning the external tool, it is provided that an essentially closed working space is formed on the basis of the external tool and the internal tool, in which the fiber component can be arranged and penetrated by the matrix component. In the context of the invention, the fiber component can be viewed as completely enclosed or enclosed by the inner tool and the outer tool, at least however on the circumferential side. The at least one fiber component, for example a (reaction) resin, can expediently be embedded in the at least one matrix component within the working space formed.

Im Sinne der Erfindung ist als ein Innenwerkzeug insbesondere ein gegenüber einer Rotationsachse radial innenliegendes Werkzeugteil und als ein Außenwerkzeug insbesondere ein gegenüber der Rotationsachse radial außenliegendes Werkzeugteil zu verstehen.For the purposes of the invention, an inner tool is to be understood as meaning, in particular, a tool part that is located radially on the inside with respect to an axis of rotation, and an outer tool is to be understood in particular as a tool part that is located radially outside of the axis of rotation.

Indem die Matrixkomponente und die Faserkomponente entlang der wirkenden Fliehkräfte nach radial außen gegen das Außenwerkzeug gedrückt werden, kann ein faserverstärktes Bauteil bereitgestellt werden, welches einen Abdruck einer Innenform bzw. eines Innendurchmessers des Außenwerkzeugs darstellt. Indem das Außenwerkzeug eine maßhaltige Innenform aufweist, sind faserverstärkte Bauteile bzw. Kunststoffbauteile innerhalb enger Toleranzbereiche in reproduzierbarer Form herstellbar.By pressing the matrix component and the fiber component radially outward against the outer tool along the acting centrifugal forces, a fiber-reinforced component can be provided which represents an impression of an inner shape or an inner diameter of the outer tool. Because the outer tool has a dimensionally stable inner shape, fiber-reinforced components or plastic components can be produced in a reproducible form within narrow tolerance ranges.

Des Weiteren bedingen die Rotation und die damit einhergehenden Fliehkräfte eine, zumindest geringfügige, Ausrichtung bzw. Orientierung und Streckung der Faserkomponente bzw. der in der Faserkomponente enthaltenen Faserbestandteile. Auf diese Weise kann, insbesondere durch eine Streckung der Faserondulationen, eine vorteilhafte Faserausrichtung verstärkt bzw. unterstützt und damit eine optimierte Qualität des faserverstärkten Bauteils erzielt werden.Furthermore, the rotation and the accompanying centrifugal forces cause an, at least slight, alignment or orientation and stretching of the fiber component or the fiber components contained in the fiber component. In this way, in particular by stretching the fiber undulations, an advantageous fiber alignment can be reinforced or supported and thus an optimized quality of the fiber-reinforced component can be achieved.

Ferner kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bedarfsweise ein Bauteil mit hohem Fasergehalt und niedriger Innenmaßhaltigkeit hergestellt werden, oder ein Bauteil mit niedrigem Fasergehalt und hoher Innenmaßhaltigkeit. Anhand der vorliegenden Erfindung ist somit eine flexible, anwendungsspezifische Ausgestaltung faserverstärkter Bauteile möglich.Furthermore, with the method according to the invention, if necessary, a component with a high fiber content and low internal dimensional accuracy can be produced, or a component with a low fiber content and high internal dimensional accuracy. Using the present invention, a flexible, application-specific configuration of fiber-reinforced components is thus possible.

Es ist bevorzugter Weise vorgesehen, dass die flüssige Matrixkomponente in einen Innendurchmesser des vorzugsweise permeablen Innenwerkzeugs eingebracht wird, sodass die Matrixkomponente während des Rotierens die Faserkomponente durchdringt und einbettet. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einer permeablen Ausgestaltung beispielsweise des Innenwerkzeugs insbesondere zu verstehen, dass die Matrixkomponente eine Wandung bzw. Umfangswandung des Innenwerkzeugs durchdringen kann. Hierzu kann das Innenwerkzeug zweckmäßige Öffnungen entlang seiner Wandung aufweisen. Die Permeabilität des Innenwerkzeugs und/oder des Außenwerkzeugs beschreibt somit die Möglichkeit für die Matrixkomponente, in den Arbeitsraum zwischen dem Innenwerkzeug und dem Außenwerkzeug einzutreten und/oder teilweise aus diesem Arbeitsraum wieder auszutreten.It is preferably provided that the liquid matrix component is introduced into an inner diameter of the preferably permeable inner tool, so that the matrix component penetrates and embeds the fiber component during rotation. In the context of the present invention, a permeable configuration, for example of the inner tool, is to be understood in particular to mean that the matrix component can penetrate a wall or peripheral wall of the inner tool. For this purpose, the inner tool can have appropriate openings along its wall. The permeability of the inner tool and / or the outer tool thus describes the possibility for the matrix component to enter the working space between the inner tool and the outer tool and / or to partially exit this working space again.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verfahren den weiteren Schritt aufweist:

  • - Weiterrotieren des Innenwerkzeugs zusammen mit der Matrixkomponente, der Faserkomponente und dem Außenwerkzeug bis eine gewünschte Kompaktierung der Faserkomponente innerhalb der Matrixkomponente erreicht ist, insbesondere weiterrotieren mit einer vorbestimmbaren zweiten Drehzahl und/oder unter fortlaufendem Einbringen von flüssiger Matrixkomponente, vorzugsweise mit einem reduzierten Volumenzufluss.
In one embodiment it is provided that the method has the further step:
  • - Further rotation of the inner tool together with the matrix component, the fiber component and the outer tool until a desired compaction of the fiber component within the matrix component is achieved, in particular further rotation at a predeterminable second speed and / or with continuous introduction of liquid matrix component, preferably with a reduced volume inflow.

So kann während dem Weiterrotieren zur Kompaktierung der Matrixkomponente mit der eingebetteten Faserkomponente das Einbringen der Matrixkomponente fortgesetzt werden, insbesondere mit einer reduzierten Volumenzuflussrate der Matrixkomponente fortgesetzt werden. Auf diese Weise kann die Matrixkomponente gemäß der einsetzenden Kompaktierung nachgeführt werden.Thus, during the further rotation to compact the matrix component with the embedded fiber component, the introduction of the matrix component can be continued, in particular continued with a reduced volume inflow rate of the matrix component. In this way, the matrix component can be adjusted in accordance with the compaction that is taking place.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren den weiteren Schritt auf:

  • - Weiterrotieren des Innenwerkzeugs zusammen mit der Faserkomponente, der Matrixkomponente und dem Außenwerkzeug bis ein gewünschter Aushärtungsgrad der Matrixkomponente erreicht ist, insbesondere weiterrotieren mit einer vorbestimmbaren dritten Drehzahl.
According to a preferred embodiment, the method has the further step:
  • Further rotation of the inner tool together with the fiber component, the matrix component and the outer tool until a desired degree of hardening of the matrix component is reached, in particular continuing to rotate at a predeterminable third speed.

Nach einer Ausführungsform ist die vorbestimmbare zweite Drehzahl kleiner als die vorbestimmbare erste Drehzahl, und wobei die vorbestimmbare dritte Drehzahl kleiner ist als die vorbestimmbare erste und/oder zweite Drehzahl.According to one embodiment, the predeterminable second speed is less than the predeterminable first speed, and wherein the predeterminable third speed is less than the predeterminable first and / or second speed.

Indem während des Trocknungs- bzw. Aushärtevorgangs ein Weiterrotieren erfolgt, kann einer einseitigen Wandaufdickung des faserverstärkten Bauteils vorgebeugt werden. Insbesondere kann hierzu die Drehzahl über einen Trocknungs-/Aushärtezeitraum im Wesentlichen kontinuierlich oder schrittweise reduziert werden.By continuing to rotate during the drying or curing process, one-sided wall thickening of the fiber-reinforced component can be prevented. In particular, for this purpose, the speed can be reduced essentially continuously or gradually over a drying / curing period.

Insbesondere kann mit einer sehr hohe ersten Drehzahl ein schnelles (Durch-)Tränken der Faserkomponente mit der Matrixkomponente erzielt werden. Dies kann bei schnell reagierenden bzw. trocknenden Matrixkomponenten, wie z.B. bei schnell reagierenden Harzen, wichtig bzw. notwendig sein. Anhand eines vorzugsweise permeablen Außenwerkzeugs und dem Einsatz von Harz als Matrixkomponente kann somit der Bildung von sogenannten „Harznestern“ bzw. harzreichen Bereiche vorgebeugt werden.In particular, with a very high first speed, rapid (soaking) impregnation of the fiber component with the matrix component can be achieved. This can be important or necessary for fast-reacting or drying matrix components, such as fast-reacting resins. With the help of a preferably permeable outer tool and the use of resin as a matrix component, the formation of so-called “resin nests” or areas rich in resin can be prevented.

Die niedrigere zweite Drehzahl kann, insbesondere bei reduziertem Zufluss von Matrixkomponente bzw. Harz oder dergleichen, zum Einstellen des Kompaktierungsgrades des Fasermaterials bei noch fließfähigem Harz bzw. fließfähiger Matrixkomponente genutzt werden.The lower second speed can be used, in particular with a reduced inflow of matrix component or resin or the like, to adjust the degree of compaction of the fiber material when the resin or the flowable matrix component is still flowable.

Eine wiederrum niedrigere dritte Drehzahl kann zum gleichmäßigen Aushärten der Matrixkomponente, in Verbindung mit der darin eingebetteten Faserkomponente, genutzt werden.Another lower third speed can be used for uniform curing of the matrix component in connection with the fiber component embedded therein.

Besonders bevorzugt kann nach der Einbettung der Faserkomponente in die Matrixkomponente mittels der ersten Drehzahl das Weiterrotieren mit der zweiten, reduzierten Drehzahl fortgesetzt werden. Des Weiteren ist es hierbei möglich, eine weitere Zu- bzw. Abführung der Matrixkomponente zu reduzieren oder zu stoppen. Nach dem Erzielen eines gewünschten Kompaktierungsgrades kann eine vorzugsweise niedrigere dritte Drehzahl einstellbar sein, um die Rotation des herzustellenden, faserverstärkten Bauteils während der Aushärtung fortzusetzen und die Formstabilität sicherzustellen.Particularly preferably, after the fiber component has been embedded in the matrix component by means of the first speed, the further rotation at the second, reduced speed can be continued. It is also possible here to reduce or stop any further feed or discharge of the matrix component. After a desired degree of compaction has been achieved, a preferably lower third speed can be set in order to continue the rotation of the fiber-reinforced component to be produced during curing and to ensure dimensional stability.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Drehzahl identisch sind oder die erste, zweite und dritte Drehzahl identisch sind.Alternatively, it can be provided that the first and the second speed are identical or the first, second and third speed are identical.

Insbesondere können die erste, zweite und dritte Drehzahl als eine Drehzahlkennlinie vorgesehen sein, die eine konstante Drehzahl oder über ihren Zeitverlauf variable Drehzahlverläufe bzw. Drehzahländerungen aufweist. Auch sind die erste, zweite und dritte Drehzahl jeweils für sich konstant oder variabel ausgestaltbar. So kann beispielsweise die dritte Drehzahl während des Aushärtens stetig abnehmen, beispielsweise im Sinne einer Rampenfunktion, oder die erste Drehzahl während des Einbringens der Matrixkomponente zum Durchtränken der Faserkomponente ondulieren oder dergleichen.In particular, the first, second and third speed can be provided as a speed characteristic which has a constant speed or speed curves or changes in speed that are variable over time. The first, second and third speeds can each be configured to be constant or variable. For example, the third speed can steadily decrease during curing, for example in the sense of a ramp function, or the first speed can undulate during the introduction of the matrix component to soak the fiber component or the like.

Während den verschiedenen Arbeitsschritten, insbesondere während des initialen Einbringens der Matrixkomponente zum Durchdringen und Einbetten der Faserkomponente, des Kompaktierens sowie des Aushärtens des herzustellenden, faserverstärkten Bauteils, sind jeweils zweckmäßige Rotationsgeschwindigkeiten bzw. Drehzahlen einstellbar.During the various work steps, in particular during the initial introduction of the matrix component for penetrating and embedding the fiber component, compacting and curing of the fiber-reinforced component to be produced, appropriate rotational speeds can be set.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren zumindest temporär in einem Ofen bzw. einem temperierbaren Bereich durchgeführt wird, um eine Aushärtung des faserverstärkten Bauteils zu beschleunigen.Furthermore, it can be provided that the method according to the invention is carried out at least temporarily in an oven or a temperature-controllable area in order to accelerate curing of the fiber-reinforced component.

In einer Ausführungsform ist/sind die erste Drehzahl, die zweite Drehzahl und/oder die dritte Drehzahl zum gemeinsamen Rotieren wenigstens des Innenwerkzeugs, der Faserkomponente und des Außenwerkzeugs als konstante Drehzahl(en) oder variable Drehzahlen(en) bzw. Drehzahlkennlinien vorbestimmbar.In one embodiment, the first speed, the second speed and / or the third speed for rotating at least the inner tool, the fiber component and the outer tool can be predetermined as constant speed (s) or variable speed (s) or speed characteristics.

Demnach wird die erste Drehzahl derart eingestellt, dass eine geeignete Einbettung bzw. Durchtränkung der Faserkomponente in der Matrixkomponente erfolgen kann. Des Weiteren kann anhand einer zweiten Drehzahl und den damit einhergehenden Fliehkräften eine Kompaktierung bzw. Verdichtung des faserverstärkten Bauteils gezielt eingestellt werden. Während eine dritte Drehzahl eingestellt ist, kann das Aushärten des faserverstärkten Bauteils erfolgen, wobei eine Formgebung des Bauteils anhand der fortlaufenden Rotation beibehalten werden kann.Accordingly, the first speed is set in such a way that suitable embedding or impregnation of the fiber component in the matrix component can take place. Furthermore, a compaction or compression of the fiber-reinforced component can be set in a targeted manner on the basis of a second speed and the associated centrifugal forces. While a third speed is set, the curing of the fiber-reinforced component can take place, wherein a shape of the component can be maintained on the basis of the continuous rotation.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Faserkomponente mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Fasermaterialschicht auf dem Innenwerkzeug aufgebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zwischen der ersten Fasermaterialschicht und der zweiten Fasermaterialschicht der Faserkomponente wenigstens eine Sandwichkomponente eingelegt, insbesondere wenigstens ein Schaumelement, Verbindungselemente, vorzugsweise metallische Verbindungselemente, oder dergleichen.According to a further embodiment, the fiber component is applied to the inner tool with at least a first and a second fiber material layer. In a preferred embodiment, at least one sandwich component is inserted between the first fiber material layer and the second fiber material layer of the fiber component, in particular at least one foam element, connecting elements, preferably metallic connecting elements, or the like.

So kann mittels der vorliegenden Erfindung ein komplexes, faserverstärktes Bauteil, und insbesondere eine Sandwich-Bauweise des faserverstärkten Bauteils, anwendungsspezifisch und zweckmäßig umgesetzt werden.Thus, by means of the present invention, a complex, fiber-reinforced component, and in particular a sandwich construction of the fiber-reinforced component, can be implemented in an application-specific and expedient manner.

Nach einer Ausführungsform wird umfangsseitig als eine erste Schichtkomponente, zwischen dem Innenwerkzeug und der Faserkomponente, und/oder als eine letzte Schichtkomponente, zwischen der Faserkomponente und dem Außenwerkzeug, wenigstens eine Abreißkomponente, insbesondere ein Abreißgewebe, aufgebracht.According to one embodiment, a first layer component, between the inner tool and the fiber component, and / or as a last layer component, between the fiber component and the outer tool, at least one tear-off component, in particular a tear-off fabric, applied.

Gemäß einem nebengeordneten Aspekt der Erfindung ist ein faserverstärktes Bauteil, insbesondere faserverstärktes Kunststoffbauteil, vorgesehen, welches nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, wobei das faserverstärkte Bauteil wenigstens eine Matrixkomponente und wenigstens eine Faserkomponente mit wenigstens einer Faserschicht aufweist.According to a secondary aspect of the invention, a fiber-reinforced component, in particular a fiber-reinforced plastic component, is provided which is produced by a method according to the invention, the fiber-reinforced component having at least one matrix component and at least one fiber component with at least one fiber layer.

Insbesondere kann das faserverstärkte Bauteil als ein maßhaltig faserverstärktes Bauteil bereitgestellt werden, welches auch engen Toleranzbereichen genügen kann. Des Weiteren können die mechanischen Eigenschaften des Bauteils anhand der vorteilhaften Faserausrichtung der Faserkomponente im Zuge der Rotation sowie anhand eines gezielt einstellbaren Faseranteils optimierbar sein.In particular, the fiber-reinforced component can be provided as a dimensionally stable fiber-reinforced component which can also meet narrow tolerance ranges. Furthermore, the mechanical properties of the component can be optimized on the basis of the advantageous fiber alignment of the fiber component in the course of the rotation and on the basis of a specifically adjustable fiber proportion.

In einem weiteren nebengeordneten Aspekt der Erfindung ist ein System zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils gemäß der Erfindung vorgesehen, mit

  • - einem Innenwerkzeug, welches während einer Rotation zur umfangsseitigen Abgabe der Matrixkomponente geeignet ist, und
  • - einem Außenwerkzeug, welches an einem Innendurchmesser eine Innenform zur Ausbildung des faserverstärkten Bauteils aufweist.
In a further secondary aspect of the invention, a system for carrying out a method according to the invention for producing a fiber-reinforced component according to the invention is provided, with
  • - An inner tool which is suitable for the peripheral delivery of the matrix component during a rotation, and
  • - An external tool which has an internal shape on an internal diameter for forming the fiber-reinforced component.

Unter der Abgabe der Matrixkomponente durch das Innenwerkzeug ist im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere zu verstehen, dass die Matrixkomponente durch das Innenwerkzeug bzw. eine Wandung des Innenwerkzeugs hindurchtreten kann und umfangsseitig entlang des Innenwerkzeuges austritt.In the context of the present invention, the release of the matrix component through the inner tool is to be understood in particular as meaning that the matrix component can pass through the inner tool or a wall of the inner tool and exits along the circumference of the inner tool.

Alternativ kann die Matrixkomponente anderweitig entlang des Innenwerkzeugs zweckmäßig verteilbar und abgebbar sein, beispielsweise mittels spezieller Fluidleitungen oder dergleichen.Alternatively, the matrix component can expediently be distributed and dispensed in some other way along the inner tool, for example by means of special fluid lines or the like.

Die Innenform des Außenwerkzeugs kann insbesondere als eine maßhaltige Innenform ausgebildet sein, sodass das Bauteil im Sinne eines Abdrucks der Innenform auch engen Toleranzbereichen genügt. Insbesondere ist eine Vielzahl von faserverstärkten Bauteilen innerhalb enger Toleranzbereiche auf diese Weise herstellbar.The inner shape of the outer tool can in particular be designed as a dimensionally stable inner shape, so that the component also satisfies narrow tolerance ranges in the sense of an imprint of the inner shape. In particular, a large number of fiber-reinforced components can be produced in this way within narrow tolerance ranges.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Innenwerkzeug als ein permeables Innenwerkzeug, insbesondere als ein Hohlrohr mit permeabler Umfangswandung, ausgebildet ist und/oder das Außenwerkzeug als ein permeables Außenwerkzeug, insbesondere mit permeabler Umfangswandung, ausgebildet ist. Des Weiteren sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das Innenwerkzeug und/oder das Außenwerkzeug ausgestaltet als eine permeable Membran, eine metallische Form, insbesondere ein Blech, mit Öffnungen, eine Form mit piezo-adaptiv steuerbaren Öffnungsdurchmessern oder dergleichen.In a preferred embodiment it is provided that the inner tool is designed as a permeable inner tool, in particular as a hollow tube with a permeable circumferential wall, and / or the outer tool is designed as a permeable outer tool, in particular with a permeable circumferential wall. Furthermore, according to a preferred embodiment, the inner tool and / or the outer tool are designed as a permeable membrane, a metallic shape, in particular a sheet metal, with openings, a shape with piezo-adaptively controllable opening diameters or the like.

So kann die Matrixkomponente vorzugsweise durch Öffnungen entlang der Wandung des Innenwerkzeugs bzw. des Außenwerkzeugs hindurchtreten. Des Weiteren können die Öffnungen statisch in dem Innenwerkzeug bzw. dem Außenwerkzeug ausgebildet sein oder adaptierbar sein, beispielsweise piezo-adaptiv bzw. piezoelektrisch steuerbar sein.Thus, the matrix component can preferably pass through openings along the wall of the inner tool or of the outer tool. Furthermore, the openings can be embodied statically in the inner tool or the outer tool or can be adapted, for example piezo-adaptively or piezoelectrically controllable.

Indem auch das Außenwerkzeug permeabel ausgestaltet ist, kann eine zweckmäßige Einbettung der Faserkomponente sichergestellt werden. Insbesondere kann überschüssiges Material der Matrixkomponente entlang der Fliehkrafteinwirkung während der Rotation abgeleitet werden.Since the outer tool is also made permeable, an appropriate embedding of the fiber component can be ensured. In particular, excess material of the matrix component can be diverted along the action of centrifugal force during the rotation.

In einer Ausführungsform weist das System eine Zuführvorrichtung auf zur Zuführung der Matrixkomponente zu einem Innendurchmesser des Innenwerkzeugs, insbesondere zur Einspritzung der Matrixkomponente in den Innendurchmesser des Innenwerkzeugs.In one embodiment, the system has a feed device for feeding the matrix component to an inner diameter of the inner tool, in particular for injecting the matrix component into the inner diameter of the inner tool.

Somit kann eine bedarfsweise Menge der Matrixkomponente in das System eingebracht und verteilt werden, um eine zweckmäßige Einbettung der Faserkomponente zu erzielen.Thus, as required, the matrix component can be introduced into the system and distributed in order to achieve an expedient embedding of the fiber component.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind das Innenwerkzeug und/oder das Außenwerkzeug rotationssymmetrisch ausgebildet, insbesondere sodass das Innenwerkzeug und das Außenwerkzeug konzentrisch zueinander anordbar sind.According to a preferred embodiment, the inner tool and / or the outer tool are designed to be rotationally symmetrical, in particular so that the inner tool and the outer tool can be arranged concentrically to one another.

Alternativ können das Innenwerkzeug und/oder das Außenwerkzeug nicht rotationssymmetrisch ausgebildet sein, sodass das herzustellende, faserverstärkte Bauteil mit einer beliebigen Formgebung bereitgestellt werden kann.Alternatively, the inner tool and / or the outer tool can not be designed to be rotationally symmetrical, so that the fiber-reinforced component to be produced can be provided with any shape.

Nach einer Ausführungsform ist das Außenwerkzeug einteilig oder mehrteilig ausgebildet.According to one embodiment, the outer tool is designed in one piece or in several pieces.

Indem das Außenwerkzeug mehrteilig ausgebildet sein kann, ist eine Ausformung des hergestellten faserverstärkten Bauteils erleichterbar. Insbesondere kann das Außenwerkzeug mittels eines Scharniers oder einem Fügemechanismus, wie einem oder mehreren Schnappverschlüssen oder dergleichen, zweiteilig ausgebildet sein.The fact that the outer tool can be designed in several parts makes it easier to shape the fiber-reinforced component produced. In particular, the outer tool can be designed in two parts by means of a hinge or a joining mechanism, such as one or more snap locks or the like.

Im Falle der einteiligen Ausbildung des Außenwerkzeuges kann eine konische Ausgestaltung des Außenwerkzeuges zur verbesserten Entformung vorgesehen sein.In the case of the one-piece design of the outer tool, a conical design of the outer tool can be provided for improved demolding.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Spritzschutzeinheit vorgesehen, die das rotierende Außenwerkzeug, die Faserkomponente und das Innenwerkzeug derart umgibt, dass ein überschüssiger, austretender Teil der Matrixkomponente auffangbar ist, insbesondere umfangsseitig auffangbar ist.According to a further embodiment, a splash guard unit is provided which surrounds the rotating outer tool, the fiber component and the inner tool in such a way that an excess, emerging part of the matrix component can be caught, in particular on the circumference.

Aus dem vorzugsweise permeablen Außenwerkzeug während der Rotation austretender Matrixwerkstoff kann auf diese Weise mittels der Spritzschutzeinheit aufgefangen und wiederverwendet werden.Matrix material emerging from the preferably permeable outer tool during the rotation can in this way be collected and reused by means of the splash protection unit.

Im Folgenden werden Details der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele gemäß den beigefügten Zeichnungen näher erläutert.In the following, details of the present invention are explained in more detail with reference to exemplary embodiments according to the accompanying drawings.

Es zeigen schematisch:

  • 1 perspektivischer Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Systems zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen;
  • 2 Draufsicht eines Querschnitts des Ausführungsbeispiels gemäß 1;
  • 3 Seitenansicht eines Querschnitts des Ausführungsbeispiels gemäß 1;
  • 4 perspektivische Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 1;
  • 5a perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 1; und
  • 5b weitere perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 1.
They show schematically:
  • 1 perspective detail of an embodiment of a system for the production of fiber-reinforced components;
  • 2 Top view of a cross section of the embodiment according to FIG 1 ;
  • 3 Side view of a cross section of the embodiment according to 1 ;
  • 4th perspective exploded view of the embodiment according to 1 ;
  • 5a perspective illustration of the embodiment according to 1 ; and
  • 5b further perspective illustration of the embodiment according to FIG 1 .

In 1 ist ein perspektivischer Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Systems 1 zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen, insbesondere faserverstärkten Kunststoffbauteilen, gezeigt.In 1 is a perspective detail of a first embodiment of a system 1 for the production of fiber-reinforced components, in particular fiber-reinforced plastic components, shown.

Das System 1 weist ein Innenwerkzeug 10 und ein Außenwerkzeug 20 auf. Insbesondere das Innenwerkzeug 10 ist gemäß 1 als ein Hohlrohr ausgebildet. Das Außenwerkzeug 20 ist zweiteilig mit einem Scharniergelenk 20a oder dergleichen vorgesehen. Das Innenwerkzeug 10 und das Außenwerkzeug sind gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1 rotationssymmetrisch ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet.The system 1 has an internal tool 10 and an outside tool 20th on. In particular the internal tool 10 is according to 1 designed as a hollow tube. The outside tool 20th is in two parts with a hinge joint 20a or the like provided. The inner tool 10 and the outer tool are in accordance with the exemplary embodiment in FIG 1 rotationally symmetrical and arranged concentrically to one another.

Das Innenwerkzeug 10 weist eine Mehrzahl von radial verteilten Öffnungen 12 auf, sodass das Innenwerkzeug 10 als ein permeables Innenwerkzeug 10 ausgebildet ist. Demgegenüber weist das Außenwerkzeug 20 bevorzugter Weise die gleiche oder eine geringere Anzahl an radial verteilten Öffnungen 22 auf, sodass das Außenwerkzeug 20 als ein permeables Außenwerkzeug 20 bereitgestellt ist. Insbesondere weisen das Innenwerkzeug 10 und das Außenwerkzeug 20 im Sinne der vorliegenden Erfindung jeweils permeable Umfangswandungen auf.The inner tool 10 has a plurality of radially distributed openings 12th so that the inner tool 10 as a permeable inner tool 10 is trained. In contrast, the outer tool 20th preferably the same or a smaller number of radially distributed openings 22nd so that the outside tool 20th as a permeable outer tool 20th is provided. In particular, the inner tool 10 and the outside tool 20th in the sense of the present invention in each case permeable circumferential walls.

Des Weiteren ist das System 1 mit einer Zuführvorrichtung 2 sowie einem mit der Zuführvorrichtung 2 strömungsmäßig verbundenen Vorrats- bzw. Auffangbehälter 2a.Furthermore, the system is 1 with a feeding device 2 and one with the feeding device 2 Fluidly connected storage or collecting container 2a .

Zwischen dem Innenwerkzeug 10 und dem Außenwerkzeug 20 ist eine Faserkomponente 40 angeordnet, die eine oder mehrere Faserschichten aufweisen kann.Between the inner tool 10 and the outside tool 20th is a fiber component 40 arranged, which may have one or more fiber layers.

Insbesondere wird die Faserkomponente 40 vor dem Herstellungsprozess auf das Innenwerkzeug 10 aufgebracht. Anschließend wird das Außenwerkzeug 20 angeordnet, sodass die Faserkomponente 40 von dem Außenwerkzeug 20 und dem Innenwerkzeug 10 umschlossen ist, insbesondere wenigstens umfangsseitig umschlossen bzw. eingefasst ist.In particular, the fiber component 40 on the inner tool before the manufacturing process 10 upset. Then the outside tool 20th arranged so that the fiber component 40 from the outside tool 20th and the inner tool 10 is enclosed, in particular is enclosed or enclosed at least on the circumferential side.

Gemäß 1 wird mittels der Zuführvorrichtung 2 eine Matrixkomponente 30, wie z.B. ein (Reaktions-)Harz oder dergleichen, in einen Innendurchmesser des Innenwerkzeugs 10 eingebracht und dort verteilt bzw. dispergiert. Insbesondere kann die Zuführvorrichtung 2 mit einer Düse oder dergleichen ausgebildet sein, sodass die Matrixkomponente innerhalb des Innendurchmessers des Innenwerkzeugs 10 zweckmäßig versprüht bzw. dispergiert werden kann.According to 1 is by means of the feeding device 2 a matrix component 30th , such as a (reaction) resin or the like, into an inner diameter of the inner tool 10 introduced and distributed or dispersed there. In particular, the feed device 2 be formed with a nozzle or the like, so that the matrix component within the inner diameter of the inner tool 10 can expediently be sprayed or dispersed.

Das Innenwerkzeug 10, das Außenwerkzeug 20 und die dazwischen eingefasste Faserkomponente 40 können gemeinsam im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn rotiert werden. Auf diese Weise kann die verteilte bzw. dispergierte Matrixkomponente 30 entlang der wirkenden Fliehkraft von dem Innendurchmesser des Innenwerkzeugs 10 aus, durch dessen Öffnungen 12 bis zu der Faserkomponente 40 gelangen und die Faserkomponente 40 zweckmäßig einbetten. Überschüssige Anteile der Matrixkomponente 30 können durch die Öffnungen 22 des Außenwerkzeugs 20 wiederrum nach außen abgegeben werden.The inner tool 10 , the outside tool 20th and the fiber component enclosed therebetween 40 can be rotated together clockwise or counterclockwise. In this way, the distributed or dispersed matrix component 30th along the acting centrifugal force from the inner diameter of the inner tool 10 from, through its openings 12th up to the fiber component 40 arrive and the fiber component 40 embed appropriately. Excess parts of the matrix component 30th can through the openings 22nd of the outer tool 20th in turn are released to the outside world.

Indem eine zweckmäßige erste Drehzahl bzw. Rotationsgeschwindigkeit des Innenwerkzeugs 10, der Faserkomponente 40 und des Außenwerkzeugs 20 gewählt wird, kann eine hinreichende bzw. spezifische Durchtränkung und Einbettung der Faserkomponente erfolgen.By having an appropriate first speed or rotational speed of the inner tool 10 , the fiber component 40 and the outside tool 20th is chosen, a sufficient or specific impregnation and embedding of the fiber component can take place.

Des Weiteren ist mittels einer zweiten Drehzahl, im Anschluss an das initiale Einbringen der Matrixkomponente 30 zur Einbettung der Faserkomponente 40, eine zweckmäßige Kompaktierung bzw. Verdichtung eines herzustellenden, faserverstärkten Bauteils bereitstellbar. Anhand einer dritten Drehzahl kann die Formstabilität des herzustellenden Bauteils während eines Aushärtevorgangs sichergestellt werden, bis die Matrixkomponente 30 hinreichend ausgehärtet ist. So ist eine spezifische Konfiguration, insbesondere hinsichtlich Faseranteil, Faserausrichtung und Schichtdicke des resultierenden Bauteils, erzielbar.Furthermore, by means of a second speed, following the initial introduction of the matrix component 30th for embedding the fiber component 40 , an expedient compaction or compression of a fiber-reinforced component to be produced can be provided. Using a third speed, the dimensional stability of the component to be produced can be ensured during a curing process until the matrix component 30th is sufficiently cured. In this way, a specific configuration, in particular with regard to fiber content, fiber orientation and layer thickness of the resulting component, can be achieved.

In 2 ist eine Draufsicht eines Querschnitts des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1 dargestellt.In 2 FIG. 14 is a plan view of a cross section of the first embodiment of FIG 1 shown.

Gemäß 2 weist das System 1 zusätzlich noch eine Spritzschutzeinheit 4 auf (in 1 nicht gezeigt), die in einem Abstand zu dem Außenwerkzeug 20 das selbige umragt. Auf diese Weise kann aus dem Außenwerkzeug 20 austretende Matrixkomponente bzw. das austretende Harz mittels der Spritzschutzeinheit 4 aufgefangen und anschließend wieder- bzw. weiterverwendet werden.According to 2 instructs the system 1 additionally a splash protection unit 4th on (in 1 not shown) at a distance from the outer tool 20th the same surrounds. In this way, the outside tool can be used 20th escaping matrix component or the escaping resin by means of the splash protection unit 4th collected and then reused or reused.

Des Weiteren veranschaulicht 2 die Einspritzung bzw. das Dispergieren des Matrixwerkstoffes 30 mittels der Zuführvorrichtung 2 in dem Innendurchmesser des Innenwerkzeugs 10.Also illustrated 2 the injection or the dispersion of the matrix material 30th by means of the feeding device 2 in the inner diameter of the inner tool 10 .

Sobald sich die Matrixkomponente 30 an dem Innendurchmesser des Innenwerkzeugs 10 abgesetzt hat, kann die Matrixkomponente 30 durch die Öffnungen 12 des Innenwerkzeugs 10 entlang der wirkenden Fliehkräfte während der Rotationsbewegung in Richtung der Faserkomponente 40 wandern. Auf diese Weise kann die Faserkomponente 40 in die Matrixkomponente 30 zweckmäßig eingebettet werden. Überschüssige Anteile der Matrixkomponente 30 sind über die Öffnungen 22 des Außenwerkzeugs 20 abführbar.Once the matrix component 30th on the inner diameter of the inner tool 10 has settled, the matrix component 30th through the openings 12th of the inner tool 10 along the acting centrifugal forces during the rotational movement in the direction of the fiber component 40 hike. In this way the fiber component 40 into the matrix component 30th be appropriately embedded. Excess parts of the matrix component 30th are about the openings 22nd of the outer tool 20th deductible.

Die Öffnungen 12; 22 des Innenwerkzeugs 10 und des Außenwerkzeugs 20 können als Löcher bzw. Bohrungen ausgebildet sein.The openings 12th ; 22nd of the inner tool 10 and the outside tool 20th can be designed as holes or bores.

3 zeigt eine Seitenansicht eines Querschnitts des Ausführungsbeispiels des Systems 1 zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen. 3 Figure 13 shows a side view of a cross section of the embodiment of the system 1 for the production of fiber-reinforced components.

Die Faserkomponente 40 ist zumindest umfangsseitig zwischen dem Innenwerkzeug 10 und dem Außenwerkzeug 20 eingefasst bzw. umschlossen. Somit kann in einem derart ausgebildeten Arbeitsraum die Matrixkomponente 30 zweckmäßig aufgestaut bzw. angesammelt und die Faserkomponente 40 eingebettet werden.The fiber component 40 is at least circumferentially between the inner tool 10 and the outside tool 20th edged or enclosed. The matrix component can thus be used in a work space designed in this way 30th appropriately dammed or accumulated and the fiber component 40 be embedded.

Gemäß 3 ist die Spritzschutzeinheit 4 derart angeordnet, dass entlang des Umfangs des Außenwerkzeugs 20 austretende Matrixkomponente 30 aufgefangen und in den Auffang- bzw. Vorratsbehälter 2a zurückgeführt werden kann.According to 3 is the splash guard 4th arranged such that along the circumference of the outer tool 20th escaping matrix component 30th collected and placed in the collecting or storage container 2a can be traced back.

Über die Zuführvorrichtung 2 wird die Matrixkomponente 30 angesaugt und mittig in den Innendurchmesser des Innenwerkzeugs 10 eingebracht und verteilt.About the feeding device 2 becomes the matrix component 30th sucked in and centered in the inner diameter of the inner tool 10 introduced and distributed.

4 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 1. 4th FIG. 11 shows an exploded perspective view of the exemplary embodiment according to FIG 1 .

Gemäß 4 ist das zweiteilige Außenwerkzeug 20 entlang des Scharniers 20a aufgeklappt bzw. geöffnet und kann auf einfache Weise von dem hergestellten, faserverstärkten Bauteil abgenommen bzw. auf eine neue Faserkomponente 40 aufgesetzt werden.According to 4th is the two-part external tool 20th along the hinge 20a unfolded or opened and can easily be removed from the manufactured, fiber-reinforced component or on a new fiber component 40 be put on.

Die Faserkomponente 40 kann geflochten, gewickelt oder anderweitig auf das Innenwerkzeug 10 aufgebracht werden.The fiber component 40 can be braided, wrapped or otherwise attached to the inner tool 10 be applied.

Sobald das Außenwerkzeug 20 wiederrum aufgesetzt ist und die neue Faserkomponente 40 zweckmäßig entlang ihres Umfangs umschließt bzw. umgreift, kann die Spritzschutzeinheit 4 wieder in ihre zweckmäßige Position zum Auffangen von überschüssiger Matrixkomponente 30 gebracht werden.Once the outside tool 20th in turn is put on and the new fiber component 40 suitably encloses or engages around its circumference, the splash guard unit 4th back to their convenient position for collecting excess matrix components 30th to be brought.

In 5a und 5b sind perspektivische Darstellungen des Ausführungsbeispiels gemäß 1 mit und ohne Spritzschutzeinheit 4 gezeigt.In 5a and 5b are perspective views of the embodiment according to 1 with and without splash protection unit 4th shown.

Insbesondere aus 5b ist dabei ersichtlich, dass die Anzahl radial verteilter Öffnungen 22 des Außenwerkzeugs 20 vorzugsweise gleich oder kleiner ist als die Anzahl der radial verteilten Öffnungen 12 des Innenwerkzeugs 10.In particular from 5b it can be seen that the number of radially distributed openings 22nd of the outer tool 20th is preferably equal to or smaller than the number of radially distributed openings 12th of the inner tool 10 .

Auf diese Weise kann die Matrixkomponente 30, eingebracht über die Zuführvorrichtung 2 und das Innenwerkzeug 10, zwischen dem Innenwerkzeug 10 und dem Außenwerkzeug 20 zur Einbettung der Faserkomponente 40 zweckmäßig aufgenommen und aufgestaut werden, wobei überschüssige Anteile der Matrixkomponente 30 wiederrum über das Außenwerkzeug 20 abführbar sind. Somit ist eine vollständige und qualitativ hochwertige Einbettung der wenigstens einen Faserkomponente 40 in die Matrixkomponente 30 möglich.In this way the matrix component 30th , introduced via the feeding device 2 and the inner tool 10 , between the inner tool 10 and the outside tool 20th for embedding the fiber component 40 are expediently taken up and dammed, with excess portions of the matrix component 30th again via the outer tool 20th are deductible. A complete and high quality embedding of the at least one fiber component is thus possible 40 into the matrix component 30th possible.

Zusammenfassend können anhand der vorliegenden Erfindung faserverstärkte Bauteile, insbesondere Kunststoffbauteile, auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden, wobei hohe qualitative Anforderungen an Faseranteile, Formmaße der Bauteile und damit verbundene, enge Toleranzbereiche reproduzierbar erfüllt bzw. eingehalten werden können.In summary, with the aid of the present invention, fiber-reinforced components, in particular plastic components, can be produced in a simple and inexpensive manner, with high qualitative requirements on fiber proportions, dimensional dimensions of the Components and the associated narrow tolerance ranges can be reproducibly fulfilled or adhered to.

Des Weiteren ist eine hohe Qualität der Bauteile erzielbar, indem die wenigstens eine Faserkomponente bzw. deren einzelnen Faseranteile im Zuge der rotatorischen Bewegung während der Einbettung in die Matrixkomponente gestreckt und gezielt ausgerichtet sind.Furthermore, a high quality of the components can be achieved in that the at least one fiber component or its individual fiber portions are stretched and specifically aligned in the course of the rotational movement during embedding in the matrix component.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Systemsystem
22
ZuführvorrichtungFeeding device
2a2a
Auffang behälter/VorratsbehälterCollecting container / storage container
44th
SpritzschutzeinheitSplash protection unit
1010
InnenwerkzeugInternal tool
1212th
Öffnungen des InnenwerkzeugsInner tool openings
2020th
AußenwerkzeugOutside tool
20a20a
Scharnier/Fügespalt des AußenwerkzeugsHinge / joint gap of the outer tool
2222nd
Öffnungen des AußenwerkzeugsOuter tool openings
3030th
MatrixkomponenteMatrix component
4040
FaserkomponenteFiber component
4242
erste Faserschichtfirst fiber layer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 3103624 B1 [0004]EP 3103624 B1 [0004]
  • EP 0360758 B1 [0004]EP 0360758 B1 [0004]

Claims (16)

Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen, insbesondere faserverstärkten Kunststoffbauteilen, die folgenden Schritte aufweisend: -Aufbringen wenigstens einer Faserkomponente (40) mit wenigstens einer ersten Faserschicht auf ein Innenwerkzeug (10), - Umschließen der Faserkomponente (40) mit einem Außenwerkzeug (20), insbesondere sodass die Faserkomponente (40) von dem Innenwerkzeug (10) in Kombination mit dem Außenwerkzeug (20) umschlossen ist; - Rotieren des Innenwerkzeugs (10) zusammen mit der wenigstens einen Faserkomponente (40) und dem Außenwerkzeug (20) mit einer vorbestimmbaren ersten Drehzahl; - Einbringen einer flüssigen Matrixkomponente (30) mittels dem Innenwerkzeug (10), insbesondere Einbringen der flüssigen Matrixkomponente (30) in einen Innendurchmesser des vorzugsweise permeablen Innenwerkzeugs (10), sodass die Matrixkomponente (30) während des Rotierens die Faserkomponente (40) derart durchdringt, dass die Faserkomponente (40) in der Matrixkomponente (30) eingebettet wird.A method for producing fiber-reinforced components, in particular fiber-reinforced plastic components, comprising the following steps: - applying at least one fiber component (40) with at least one first fiber layer to an inner tool (10), - Enclosing the fiber component (40) with an external tool (20), in particular so that the fiber component (40) is enclosed by the internal tool (10) in combination with the external tool (20); - Rotating the inner tool (10) together with the at least one fiber component (40) and the outer tool (20) at a predeterminable first speed; - Introducing a liquid matrix component (30) by means of the inner tool (10), in particular introducing the liquid matrix component (30) into an inner diameter of the preferably permeable inner tool (10), so that the matrix component (30) penetrates the fiber component (40) while rotating that the fiber component (40) is embedded in the matrix component (30). Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren den weiteren Schritt aufweist: - Weiterrotieren des Innenwerkzeugs (10) zusammen mit der Matrixkomponente (30), der Faserkomponente (40) und dem Außenwerkzeug (20) bis eine gewünschte Kompaktierung der Faserkomponente (40) innerhalb der Matrixkomponente (30) erreicht ist, insbesondere weiterrotieren mit einer vorbestimmbaren zweiten Drehzahl und/oder unter fortlaufendem Einbringen von flüssiger Matrixkomponente (30), vorzugsweise mit einem reduzierten Volumenzufluss.Procedure according to Claim 1 , wherein the method comprises the further step: further rotating the inner tool (10) together with the matrix component (30), the fiber component (40) and the outer tool (20) until a desired compaction of the fiber component (40) within the matrix component (30) is achieved, in particular continuing to rotate at a predeterminable second speed and / or with the continuous introduction of liquid matrix component (30), preferably with a reduced volume inflow. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren den weiteren Schritt aufweist: - Weiterrotieren des Innenwerkzeugs (10) zusammen mit der Matrixkomponente (30), der darin eingebetteten Faserkomponente (40) und dem Außenwerkzeug (20) bis ein gewünschter Aushärtungsgrad der Matrixkomponente (30) erreicht ist, insbesondere weiterrotieren mit einer vorbestimmbaren dritten Drehzahl.Procedure according to Claim 1 or 2 , the method comprising the further step: further rotating the inner tool (10) together with the matrix component (30), the fiber component (40) embedded therein and the outer tool (20) until a desired degree of hardening of the matrix component (30) is reached, in particular continue to rotate at a predeterminable third speed. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmbare zweite Drehzahl kleiner ist als die vorbestimmbare erste Drehzahl, und wobei die vorbestimmbare dritte Drehzahl kleiner ist als die vorbestimmbare erste und/oder zweite Drehzahl.Procedure according to Claim 2 or 3 , characterized in that the predeterminable second speed is smaller than the predeterminable first speed, and wherein the predeterminable third speed is smaller than the predeterminable first and / or second speed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehzahl, die zweite Drehzahl und/oder die dritte Drehzahl zum gemeinsamen Rotieren wenigstens des Innenwerkzeugs (10), der Faserkomponente (40) und des Außenwerkzeugs (20) als konstante Drehzahl(en) oder variable Drehzahl(en) vorbestimmbar ist/sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first speed, the second speed and / or the third speed for rotating at least the inner tool (10), the fiber component (40) and the outer tool (20) as a constant speed (s ) or variable speed (s) can be predetermined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserkomponente (40) mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Fasermaterialschicht auf dem Innenwerkzeug (10) aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber component (40) is applied to the inner tool (10) with at least a first and a second fiber material layer. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Fasermaterialschicht und der zweiten Fasermaterialschicht der Faserkomponente (40) wenigstens eine Sandwichkomponente eingelegt wird, insbesondere wenigstens ein Schaumelement, wenigstens ein Verbindungselement, vorzugsweise metallische Verbindungselemente, oder dergleichen.Procedure according to Claim 6 , characterized in that at least one sandwich component is inserted between the first fiber material layer and the second fiber material layer of the fiber component (40), in particular at least one foam element, at least one connecting element, preferably metallic connecting elements, or the like. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass umfangsseitig als eine erste Schichtkomponente, zwischen dem Innenwerkzeug (10) und der Faserkomponente (40), und/oder als eine letzte Schichtkomponente, zwischen der Faserkomponente (40) und dem Außenwerkzeug (20), wenigstens eine Abreißkomponente, insbesondere ein Abreißgewebe, aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that on the circumference as a first layer component, between the inner tool (10) and the fiber component (40), and / or as a last layer component, between the fiber component (40) and the outer tool (20) , at least one tear-off component, in particular a tear-off fabric, is applied. Faserverstärktes Bauteil, insbesondere faserverstärktes Kunststoffbauteil, welches gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist, wobei das faserverstärkte Bauteil wenigstens eine Matrixkomponente (30) und wenigstens eine Faserkomponente (40) mit wenigstens einer Faserschicht aufweist.Fiber-reinforced component, in particular fiber-reinforced plastic component, which is produced according to a method according to one of the preceding claims, the fiber-reinforced component having at least one matrix component (30) and at least one fiber component (40) with at least one fiber layer. System (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit - einem Innenwerkzeug (10), welches während einer Rotation zur umfangsseitigen Abgabe der Matrixkomponente geeignet ist, und - einem Außenwerkzeug (20), welches an einem Innendurchmesser eine Innenform zur Ausbildung des faserverstärkten Bauteils aufweist.System (1) for carrying out a method according to one of the preceding claims for producing a fiber-reinforced component according to one of the preceding claims - An inner tool (10) which is suitable for the peripheral delivery of the matrix component during a rotation, and - An outer tool (20) which has an inner shape on an inner diameter for forming the fiber-reinforced component. System (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenwerkzeug als ein permeables Innenwerkzeug, insbesondere als ein Hohlrohr mit permeabler Umfangswandung, ausgebildet ist und/oder das Außenwerkzeug als ein permeables Außenwerkzeug, insbesondere mit permeabler Umfangswandung, ausgebildet ist.System (1) according to Claim 10 , characterized in that the inner tool is designed as a permeable inner tool, in particular as a hollow tube with a permeable circumferential wall, and / or the outer tool is designed as a permeable outer tool, in particular with a permeable circumferential wall. System (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenwerkzeug (10) und/oder das Außenwerkzeug (20) ausgestaltet ist als eine permeable Membran, eine metallische Form, insbesondere ein Blech, mit Öffnungen, eine Form mit piezo-adaptiv steuerbaren Öffnungsdurchmessern oder dergleichen.System (1) according to Claim 11 , characterized in that the inner tool (10) and / or the outer tool (20) is designed as a permeable membrane, a metallic shape, in particular a sheet metal with openings, a shape with piezo-adaptively controllable opening diameters or the like. System (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) eine Zuführvorrichtung (2) aufweist zur Zuführung der Matrixkomponente (30) zu einem Innendurchmesser des Innenwerkzeugs (10), insbesondere zur Einspritzung der Matrixkomponente (30) in den Innendurchmesser des Innenwerkzeugs (10).System (1) according to one of the Claims 10 to 12th , characterized in that the system (1) has a feed device (2) for feeding the matrix component (30) to an inner diameter of the inner tool (10), in particular for injecting the matrix component (30) into the inner diameter of the inner tool (10). System (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenwerkzeug (10) und/oder das Außenwerkzeug (20) rotationssymmetrisch ausgebildet sind, insbesondere sodass das Innenwerkzeug (10) und das Außenwerkzeug (20) konzentrisch zueinander anordbar sind.System (1) according to one of the Claims 10 to 13th , characterized in that the inner tool (10) and / or the outer tool (20) are designed to be rotationally symmetrical, in particular so that the inner tool (10) and the outer tool (20) can be arranged concentrically to one another. System (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenwerkzeug einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist.System (1) according to one of the Claims 10 to 14th , characterized in that the outer tool is designed in one piece or in several parts. System (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spritzschutzeinheit (2) vorgesehen ist, die das rotierende Außenwerkzeug (20), die Faserkomponente (40) und das Innenwerkzeug (10) derart umgibt, dass ein überschüssiger, austretender Teil der Matrixkomponente (30) auffangbar ist.System (1) according to one of the Claims 10 to 15th , characterized in that a splash guard unit (2) is provided which surrounds the rotating outer tool (20), the fiber component (40) and the inner tool (10) in such a way that an excess, escaping part of the matrix component (30) can be collected.
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