DE102020111058A1

DE102020111058A1 - Fiber composite sandwich with expanding structural foam

Info

Publication number: DE102020111058A1
Application number: DE102020111058.8A
Authority: DE
Inventors: Oleg Konrad
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2021-10-28

Abstract

Die Erfindung betrifft Herstellungsverfahren eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (1), insbesondere eines Strukturbauteils eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer ersten Lage (2) und einer zweiten Lage (3) eines Faser-Matrix-Halbzeugs, das die folgenden Schritte umfasst; Auftragen eines thermisch expandierenden Schaums (4) auf einen vorbestimmten Bereich einer Oberfläche der ersten Lage (2) des Faser-Matrix-Halbzeugs; Herstellen eines Halbzeugs (5) durch Anordnen einer Oberfläche der zweiten Lage (3) des Faser-Matrix-Halbzeugs auf dem thermisch expandierenden Schaum (4); Erhitzen des Halbzeugs (5) und; Herstellen des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils (1) durch Verpressen des Halbzeugs (5) mittels eins Presswerkzeugs (6) und eines durch den expandierenden Schaum (4) entstehenden Innendrucks. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein mit dem Herstellungsverfahren erzeugtes Faser-Kunststoff-Verbundbauteil (1).

The invention relates to the production method of a fiber-plastic composite component (1), in particular a structural component of a motor vehicle, with at least a first layer (2) and a second layer (3) of a fiber-matrix semifinished product, which comprises the following steps; Applying a thermally expanding foam (4) to a predetermined area of a surface of the first layer (2) of the fiber-matrix semifinished product; Producing a semifinished product (5) by arranging a surface of the second layer (3) of the fiber-matrix semifinished product on the thermally expanding foam (4); Heating the semi-finished product (5) and; Production of the fiber-plastic composite component (1) by pressing the semifinished product (5) using a pressing tool (6) and an internal pressure created by the expanding foam (4). The invention also relates to a fiber-plastic composite component (1) produced using the manufacturing method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils, insbesondere eines Strukturbauteils eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer ersten Lage und einer zweiten Lage eines Faser-Matrix-Halbzeugs. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein mit dem Herstellungsverfahren erzeugtes Faser-Kunststoff-Verbundbauteil.The invention relates to a manufacturing method of a fiber-plastic composite component, in particular a structural component of a motor vehicle, with at least a first layer and a second layer of a fiber-matrix semifinished product. The invention also relates to a fiber-plastic composite component produced using the manufacturing method.

Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Herstellung und zur Funktionalisierung von flächigen Bauteilen bekannt. Diese Verfahren können jedoch nicht ohne weiteres auf Faser-Kunststoff-Verbundbauteile übertragen werden, da bei einer Umformung eines Faser-Kunststoff-Verbundhalbzeugs zu einem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil und einer danach oder zeitgleich stattfindenden Funktionalisierung der Kern des Faser-Kunststoff-Verbundhalbzeugs meist kollabiert. Um ein Kollabieren zu verhindern, werden in bekannten Verfahren Stützmittel vorgesehen. Durch die meist festen Stützmittel sind jedoch nur eingeschränkt Umformungen und weiterführende Funktionalisierungen, wie beispielsweise das Hinzufügen lokaler Verstärkungsstrukturen durch Spritzgießprozesse, an einem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil möglich. Im Stand der Technik werden die Faser-Kunststoff-Verbundbauteile zum Teil unmittelbar durch Druck erzeugende Druckmedien, wie Fluide oder Granulate, innendruckbeaufschlagt, um die Innenform des Faser-Kunststoff-Verbundhalbzeugs bei der Umformung und der anschließenden Bearbeitung zu erhalten.Various processes for the production and functionalization of flat components are known in the prior art. However, these methods cannot be easily transferred to fiber-plastic composite components, since the core of the fiber-plastic composite semifinished product usually collapses when a fiber-plastic composite semifinished product is formed into a fiber-plastic composite component and functionalization takes place thereafter or at the same time . In order to prevent collapse, proppants are provided in known methods. Due to the mostly solid support means, however, reshaping and further functionalizations, such as adding local reinforcement structures through injection molding processes, are only possible to a limited extent on a fiber-plastic composite component. In the prior art, the fiber-plastic composite components are partially directly subjected to internal pressure by pressure media such as fluids or granulates, in order to obtain the internal shape of the fiber-plastic composite semifinished product during the forming and subsequent processing.

Ferner ist die Herstellung eines Faserverbund-Sandwiches, das zumindest zwei Lagen eines Faserverbundwerkstoffs umfasst, bekannt. Dabei handelt es sich üblicherweise um vorgefertigte Halbzeuge aus thermoplastischen Materialien, wie beispielsweise zwei Decklagen aus einem Organoblech und einem dazwischen liegenden Kern aus z.B. Papier- oder Kunststoff-Waben. Organobleche sind Faser-Matrix-Halbzeuge, die aus einem Fasergewebe oder einem Fasergelege bestehen, die in eine thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet sind. Bei duroplastischen Bauteilen entsteht das Faserverbund-Sandwich beispielsweise durch Nasspressen, bei dem zwei Decklagen aus einem Faserkunststoff-Gelege bzw. -Gewebe mit einem Kunststoff-Wabenkern verpresst werden. Dabei sind der Herstellungsprozess der Decklagen bzw. des Sandwiches und der anschließende Fügeprozess sehr aufwändig. Bei den thermoplastischen Halbzeugen ist dagegen eine der Begrenzungen bzw. Beschränkungen bei der Herstellung der Umformgrad, da der Kern ansonsten kollabiert. Weitere Einschränkungen bei der Herstellung sind beispielsweise die Bauteildicke, da eine maximale Bauteildicke durch das Halbzeug vorgegeben ist, und der notwendige Herstellungs- bzw. Fügeprozess der Decklagen mit den Kernmaterialien.Furthermore, the production of a fiber composite sandwich that comprises at least two layers of a fiber composite material is known. These are usually prefabricated semi-finished products made of thermoplastic materials, such as two cover layers made of an organic sheet and an intermediate core made of e.g. paper or plastic honeycomb. Organic sheets are fiber matrix semi-finished products that consist of a fiber fabric or a fiber scrim that are embedded in a thermoplastic plastic matrix. In the case of thermoset components, the fiber composite sandwich is created, for example, by wet pressing, in which two cover layers made of a fiber-reinforced plastic fabric or fabric are pressed with a plastic honeycomb core. The manufacturing process of the cover layers or the sandwich and the subsequent joining process are very complex. In the case of thermoplastic semi-finished products, on the other hand, one of the limitations or restrictions in production is the degree of deformation, since the core otherwise collapses. Further restrictions in the production are, for example, the component thickness, since a maximum component thickness is specified by the semi-finished product, and the necessary manufacturing or joining process of the cover layers with the core materials.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils bzw. ein Faser-Verbundbauteil bereitzustellen, das einen höheren Umformgrad ermöglicht.It is therefore the object of the present invention to provide a manufacturing method of a fiber-plastic composite component or a fiber-composite component which enables a higher degree of deformation.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the combination of features according to claim 1.

Erfindungsgemäß wird ein Herstellungsverfahren eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils, insbesondere eines Strukturbauteils eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer ersten Lage und einer zweiten Lage eines Faser-Matrix-Halbzeugs vorgeschlagen. Das Herstellungsverfahren umfasst zunächst den Schritt des Auftragens eines thermisch expandierenden Schaums auf einen vorbestimmten Bereich einer Oberfläche der ersten Lage des Faser-Matrix-Halbzeugs. Anschließend wird ein Halbzeug durch Anordnen einer Oberfläche der zweiten Lage des Faser-Matrix-Halbzeugs auf dem thermisch expandierenden Schaum hergestellt. In dem nachfolgenden Schritt des Herstellungsverfahrens wird das Halbzeug erhitzt. Daraufhin wird das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil durch Verpressen des Halbzeugs mittels eins Presswerkzeugs und eines durch den expandierenden Schaum entstehenden Innendrucks hergestellt.According to the invention, a production method of a fiber-plastic composite component, in particular a structural component of a motor vehicle, with at least a first layer and a second layer of a fiber-matrix semifinished product is proposed. The manufacturing method initially includes the step of applying a thermally expanding foam to a predetermined area of a surface of the first layer of the fiber-matrix semifinished product. A semi-finished product is then produced by arranging a surface of the second layer of the fiber-matrix semi-finished product on the thermally expanding foam. In the subsequent step of the manufacturing process, the semi-finished product is heated. The fiber-plastic composite component is then produced by pressing the semi-finished product using a pressing tool and an internal pressure created by the expanding foam.

Vorteilhaft daran ist, dass sich die beiden Lagen des Faser-Matrix-Halbzeugs und der thermisch expandierende Schaum leicht übereinanderschichten und aneinander fixieren lassen. Desweiteren ist günstig, dass die beiden Faser-Matrix-Halbzeug-lagen des entstandenen Halbzeugs beim anschließenden Erhitzen in einen verformbaren Zustand übergehen und gleichzeitig die Expansion des thermisch expandierenden Schaums aktiviert wird. Anschließend kann das Halbzeug beispielsweise in ein Press- oder Spritzgusswerkzeug transportiert und umgeformt werden. Dabei formt der durch den thermisch expandierenden Schaum entstehende Innendruck das Halbzeug von innen nach außen gegen das Presswerkzeug. Aufgrund des thermisch expandierenden Schaums kollabiert das Halbzeug oder Bauteil während des Umformens auch nicht bei hohen Umformgraden.The advantage of this is that the two layers of the fiber-matrix semifinished product and the thermally expanding foam can easily be layered on top of one another and fixed to one another. Furthermore, it is favorable that the two fiber-matrix-semi-finished product layers of the resulting semi-finished product change into a deformable state during the subsequent heating and at the same time the expansion of the thermally expanding foam is activated. The semifinished product can then be transported, for example, into a press or injection molding tool and reshaped. The internal pressure created by the thermally expanding foam forms the semi-finished product from the inside outwards against the pressing tool. Due to the thermally expanding foam, the semi-finished product or component does not collapse during the forming process, even with high degrees of deformation.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird nach dem Verpressen des Halbzeugs mittels des Presswerkzeugs zwischen einer äußeren Oberfläche des Halbzeugs und dem Presswerkzeugs ein Hohlraum ausgebildet. Zum Herstellen des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils presst der durch den thermisch expandierenden Schaum entstehende Innendruck die erste Lage und/oder die zweite Lage gegen das Presswerkzeug.In a preferred embodiment of the production method, after the pressing of the semifinished product by means of the pressing tool, a cavity is formed between an outer surface of the semifinished product and the pressing tool. To produce the fiber-plastic composite component, the internal pressure created by the thermally expanding foam presses the first layer and / or the second layer against the pressing tool.

Dabei ist günstig, dass im Gegensatz zu bekannten Herstellungsverfahren die Bauteildicke nicht durch das Halbzeug beschränkt ist, sondern auch die Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils möglich ist, das Erhöhungen bzw. eine Bauteildicke über die ursprüngliche Bauteildicke des Halbzeugs hinaus aufweist.It is advantageous that, in contrast to known manufacturing processes, the component thickness is not is limited by the semi-finished product, but also the production of a fiber-plastic composite component is possible, which has elevations or a component thickness beyond the original component thickness of the semi-finished product.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der thermisch expandierende Schaum ein Montageschaum bzw. ein PU-Schaum ist, der als Einkomponenten-Schaum oder als Zweikomponenten-Schaum ausgebildet ist. Ein Montageschaum bzw. PU-Schaum ist besonders geeignet, da dieser gute Eigenschaften hinsichtlich des Verbindens mit den Faser-Matrix-Halbzeugen aufweist und besonders expansionsfähig ist. Außerdem ist die Aktivierung der expandierenden Eigenschaften durch die Hitze bei einem Montageschaum vorteilhaft.In an advantageous embodiment, it is provided that the thermally expanding foam is an assembly foam or a PU foam, which is designed as a one-component foam or as a two-component foam. An assembly foam or PU foam is particularly suitable because it has good properties with regard to connecting to the fiber-matrix semifinished products and is particularly expandable. In addition, the activation of the expanding properties by the heat in an assembly foam is advantageous.

In einem Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens ist vorgesehen, dass beim Auftragen auf den vorbestimmten Bereich der Oberfläche der ersten Lage des Faser-Matrix-Halbzeugs der thermisch expandierende Schaum flächig aufgetragen wird. Dadurch ist der thermisch expandierende Schaum gleichmäßig auf dem Faser-Matrix-Halbzeug verteilt, wodurch eine bestmögliche Wirkung hinsichtlich des sich aufbauenden Innendrucks bei der Expansion erzielt wird.In one exemplary embodiment of the production method, it is provided that the thermally expanding foam is applied over the surface when it is applied to the predetermined area of the surface of the first layer of the fiber-matrix semifinished product. As a result, the thermally expanding foam is evenly distributed on the fiber-matrix semifinished product, which achieves the best possible effect with regard to the internal pressure that builds up during expansion.

Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der der thermisch expandierende Schaum mittels eines Extrusionsverfahrens hergestellt ist. Auf diese Weise ist der thermisch expandierende Schaum sehr gut auf das Faser-Matrix-Halbzeug aufzutragen oder zu verteilen. Ferner ist das Extrusionsverfahren bzw. das Auftragen einfach in den Herstellungsprozess des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils einzubinden.Furthermore, an embodiment is favorable in which the thermally expanding foam is produced by means of an extrusion process. In this way, the thermally expanding foam is very easy to apply or distribute to the fiber-matrix semi-finished product. Furthermore, the extrusion process or the application can be easily integrated into the manufacturing process of the fiber-plastic composite component.

In einer weiteren vorteilhaften Variante ist vorgesehen, dass der thermisch expandierende Schaum auf die gesamte Oberfläche der ersten Lage des Faser-Matrix-Halbzeugs aufgetragen wird. Vorteilhaft daran ist, dass der resultierende Innendruck über das gesamte Halbzeug verteilt ist und folglich der Druckaufbau des resultierenden Innendrucks gleichmäßig erfolgt und daher optimiert ist.In a further advantageous variant it is provided that the thermally expanding foam is applied to the entire surface of the first layer of the fiber-matrix semifinished product. It is advantageous that the resulting internal pressure is distributed over the entire semi-finished product and consequently the pressure build-up of the resulting internal pressure takes place uniformly and is therefore optimized.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens weisen die wenigstens erste Lage und die zweite Lage des Faser-Matrix-Halbzeugs eine thermoplastische Matrix auf oder sind als ein Organoblech ausgebildet. Die Vorteile einer thermoplastischen Matrix liegen in der Warmumformfähigkeit der Halbzeuge und den daraus resultierenden kürzeren Prozesszeiten im Vergleich zu konventionellen duroplastischen Faserverbundwerkstoffen. Dies ist besonders in der Automobilindustrie mit ihren kurzen Prozesszeiten von hohem Interesse. Häufig verwendete Faserwerkstoffe sind Glas, Aramid und Kohlenstoff, aber auch Naturfasern, wie beispielsweise Hanf, Flachs und Bambus. Bei Geweben und Gelegen können die Fasern auch rechtwinklig zueinander verlaufen, so dass die mechanischen Eigenschaften eines Organoblechs, wie die Steifigkeit, die Festigkeit und die Wärmeausdehnung besonders günstig sind.In a further preferred embodiment of the production method, the at least first layer and the second layer of the fiber-matrix semifinished product have a thermoplastic matrix or are designed as an organic sheet. The advantages of a thermoplastic matrix are the hot formability of the semi-finished products and the resulting shorter process times compared to conventional thermosetting fiber composites. This is of particular interest in the automotive industry with its short process times. Frequently used fiber materials are glass, aramid and carbon, but also natural fibers such as hemp, flax and bamboo. In the case of woven and non-woven fabrics, the fibers can also run at right angles to one another, so that the mechanical properties of an organic sheet, such as stiffness, strength and thermal expansion, are particularly favorable.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird in einer Ausführungsvariante derart durchgeführt, dass das Halbzeug mittels eines Heizfelds erhitzt wird, insbesondere mittels eines Infrarot-Heizfelds, eines Infrarot-Strahlers oder eines KTL-Trockners. Dabei ist günstig, dass ein Heizfeld üblicherweise bereits in Fertigungslinien vorhanden ist und daher ohne nennenswerten Mehraufwand nutzbar ist und darüber hinaus zum Aktivieren der thermisch expandierenden Eigenschaften bzw. zum Erhitzen des Schaums besonders geeignet ist.The production method according to the invention is carried out in one embodiment in such a way that the semifinished product is heated by means of a heating field, in particular by means of an infrared heating field, an infrared radiator or a KTL dryer. It is favorable here that a heating field is usually already present in production lines and can therefore be used without significant additional effort and is also particularly suitable for activating the thermally expanding properties or for heating the foam.

In einer weiteren vorteilhaften Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass beim Erhitzen das Halbzeug wenigstens auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der die erste Lage und die zweite Lage des Faser-Matrix-Halbzeugs mittels des Presswerkzeugs verformbar sind und eine Expansion des thermisch expandierenden Schaums aktiviert wird. Dadurch wird die Aktivierung des thermisch expandierenden Schaums und das Überführen des Faser-Matrix-Halbzeugs in einen verformbaren Zustand in einem Arbeitsschritt verbunden, wodurch der Aufwand und eine Komponenten- bzw. Werkzeuganzahl für die Herstellung des Faser-Matrix-Verbundbauteils reduziert wird.In a further advantageous variant, it is provided according to the invention that during heating the semifinished product is heated to at least a temperature at which the first layer and the second layer of the fiber-matrix semifinished product can be deformed by means of the pressing tool and an expansion of the thermally expanding foam is activated . As a result, the activation of the thermally expanding foam and the conversion of the fiber-matrix semi-finished product into a deformable state are combined in one work step, which reduces the effort and the number of components or tools for the production of the fiber-matrix composite component.

In einer Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass die erste Lage oder die zweite Lage des Faser-Matrix-Halbzeugs wenigstens einen Schlitz und/oder Aussparungen aufweist und beim Verpressen des Halbzeugs der thermisch expandierende Schaum durch den wenigstens einen Schlitz und/oder die Aussparungen strömt. Dadurch werden Beschädigungen des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils vermieden, da beispielsweise der thermisch expandierende Schaum durch die Aussparung bzw. den Schlitz entweichen kann, falls ein resultierender Innendruck zu hoch werden sollte. Außerdem sind Funktionserweiterungen mittels einer Aussparung oder eines Schlitzes möglich, da der austretende Schaum die Lagen des Faser-Matrix-Halbzeugs verformt bzw. die Verformung der jeweiligen Lage des Faser-Matrix-Halbzeugs beeinflussbar ist.In one variant of the method it is provided that the first layer or the second layer of the fiber-matrix semifinished product has at least one slot and / or cutouts and the thermally expanding foam flows through the at least one slot and / or the cutouts when the semifinished product is pressed . This avoids damage to the fiber-plastic composite component, since, for example, the thermally expanding foam can escape through the recess or the slot if the resulting internal pressure should become too high. In addition, functional expansions by means of a recess or a slot are possible, since the escaping foam deforms the layers of the fiber-matrix semifinished product or the deformation of the respective layer of the fiber-matrix semifinished product can be influenced.

Des Weiteren wird ein Herstellungsverfahren einer Komponente mit einem Faser-Kunststoff-Verbundbauteil entsprechend den vorstehenden Merkmalen vorgeschlagen, bei dem ein Funktionselement an das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil angespritzt wird. Eine Weiterverarbeitung des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils ist besonders günstig, da mittels der Funktionserweiterungen zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils entstehen.Furthermore, a production method of a component with a fiber-plastic composite component is proposed in accordance with the above features, in which a functional element is injection-molded onto the fiber-plastic composite component. Further processing of the fiber-plastic composite component is particularly advantageous, since additional functions are provided by means of the functional expansions Possible applications of the fiber-plastic composite component arise.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil, insbesondere ein Strukturbauteil eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer ersten Lage und einer zweiten Lage eines Faser-Matrix-Halbzeugs vorgeschlagen, das mit einem Verfahren gemäß der vorstehenden Offenbarung hergestellt ist. Insbesondere bei der Verwendung als ein Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug ist daran vorteilhaft, dass das Bauteilgewicht des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils sehr gering ist. Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil weist somit eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten auf, die fortan nicht durch ein gewisses Maß eines Umformgrads beschränkt sind.According to the invention, a fiber-plastic composite component, in particular a structural component of a motor vehicle, with at least a first layer and a second layer of a fiber matrix semifinished product is also proposed, which is produced using a method according to the above disclosure. Particularly when used as a structural component for a motor vehicle, it is advantageous that the component weight of the fiber-plastic composite component is very low. The fiber-plastic composite component thus has a large number of possible uses which from now on are not restricted by a certain degree of deformation.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils beim Erhitzen,
2 eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils nach dem Erhitzen und dem Anordnen in einem Presswerkzeug,
3 eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils nach dem Herstellen durch Verpressen des Halbzeugs mittels des Presswerkzeugs,
4 eine schematische Darstellung eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils und
5 eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens eines weiteren Faser-Kunststoff-Verbundbauteils nach dem Herstellen durch Verpressen des Halbzeugs mittels eines weiteren Presswerkzeugs.

Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are shown in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. Show it:

1 a schematic representation of a manufacturing process of a fiber-plastic composite component during heating,
2 a schematic representation of a manufacturing process of a fiber-plastic composite component after heating and placing in a pressing tool,
3 a schematic representation of a manufacturing method of a fiber-plastic composite component after manufacture by pressing the semi-finished product by means of the pressing tool,
4th a schematic representation of a fiber-plastic composite component and
5 a schematic representation of a production method of a further fiber-plastic composite component after production by pressing the semifinished product by means of a further pressing tool.

In 1 ist eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 1 beim Erhitzen dargestellt. Das herzustellende Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 1 ist ein Strukturbauteil eines Kraftfahrzeugs, das eine erste Lage 2 und eine zweite Lage 3 eines Faser-Matrix-Halbzeugs aufweist. Die erste Lage 2 und die zweite Lage 3 des Faser-Matrix-Halbzeugs umfassen eine thermoplastische Matrix und sind als ein Organoblech ausgebildet, das die Form einer ebenen Fläche aufweist.In 1 is a schematic representation of a manufacturing process for a fiber-plastic composite component 1 shown when heated. The fiber-plastic composite component to be produced 1 is a structural component of a motor vehicle that has a first layer 2 and a second layer 3 a fiber-matrix semifinished product. The first location 2 and the second layer 3 of the fiber-matrix semi-finished product comprise a thermoplastic matrix and are designed as an organic sheet which has the shape of a flat surface.

Vor dem in 1 dargestellten Erhitzen wird das zu erhitzende Halbzeug 5 erzeugt. Hierfür wird auf die gesamte Oberfläche der ersten Lage 2 des Faser-Matrix-Halbzeugs ein thermisch expandierender Schaum 4 aufgetragen. Dieser thermisch expandierende Schaum 4 ist ein Montageschaum bzw. ein PU-Schaum, der als Einkomponenten- Schaum ausgebildet und mittels eines Extrusionsverfahrens hergestellt ist. Ferner wird der thermisch expandierende Schaum 4 auf den vorbestimmten Bereich der Oberfläche der ersten Lage 2 des Faser-Matrix-Halbzeugs flächig und vorzugsweise mit konstanter Dicke aufgetragen. Anschließend wird das Halbzeug 5 durch Anordnen einer Oberfläche der zweiten Lage 3 des Faser-Matrix-Halbzeugs, die ebenfalls als eine ebene Fläche ausgebildet ist, auf dem thermisch expandierenden Schaum 4 hergestellt.Before the in 1 The heating shown is the semi-finished product to be heated 5 generated. This is done on the entire surface of the first layer 2 of the fiber-matrix semi-finished product is a thermally expanding foam 4th applied. This thermally expanding foam 4th is an assembly foam or a PU foam, which is designed as a one-component foam and produced by means of an extrusion process. Furthermore, the thermally expanding foam 4th on the predetermined area of the surface of the first layer 2 of the fiber-matrix semi-finished product is applied over a large area and preferably with a constant thickness. Then the semi-finished product 5 by arranging a surface of the second layer 3 of the fiber-matrix semi-finished product, which is also designed as a flat surface, on the thermally expanding foam 4th manufactured.

Daraufhin wird das Halbzeug 5, wie in 1 dargestellt, mittels eines Heizfelds 5 erhitzt. Das Heizfeld 8 ist ein Infrarot-Heizfeld. Das Halbzeug 5 wird beim Erhitzen auf eine Temperatur erhitzt, bei der die erste Lage 2 und die zweite Lage 3 des Faser-Matrix-Halbzeugs mittels eines Presswerkzeugs 6 verformbar sind und eine Expansion des thermisch expandierenden Schaums 4 aktiviert wird.Thereupon the semi-finished product 5 , as in 1 shown, by means of a heating field 5 heated. The heating field 8th is an infrared heating field. The semi-finished product 5 is heated when heated to a temperature at which the first layer 2 and the second layer 3 of the fiber-matrix semi-finished product by means of a pressing tool 6th are deformable and an expansion of the thermally expanding foam 4th is activated.

Das erhitze Halbzeug wird anschließend, wie in 2 gezeigt, in dem Presswerkzeug 6 angeordnet.The heated semi-finished product is then, as in 2 shown in the pressing tool 6th arranged.

3 zeigt eine schematische Darstellung des Herstellungsverfahrens eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 1 nach dem Herstellen durch Verpressen des Halbzeugs 5. Dabei erfolgt das Herstellen des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 1 durch Verpressen des Halbzeugs 5 mittels des Presswerkzeugs 6 und eines durch den expandierenden Schaum 4 entstehenden Innendrucks. Ferner weist das Presswerkzeug 6 eine Aussparung auf, durch die nach dem Verpressen des Halbzeugs 5 mittels des Presswerkzeugs 6 zwischen einer äußeren Oberfläche des Halbzeugs 5 und dem Presswerkzeugs 6 ein Hohlraum 7 ausgebildet wird. Auf einer gegenüberliegenden Hälfte des Presswerkzeugs 6 ist die Oberfläche des Presswerkzeugs 6 abgesenkt, sodass das Presswerkzeug 6 eine Stufe aufweist. Beim Herstellen des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 1, bzw. nach dem Schließen des Presswerkzeugs 6, presst der durch den thermisch expandierenden Schaum 4 entstehende Innendruck die zweite Lage 3 in dem Hohlraum 7 gegen eine Oberfläche des Presswerkzeugs 6 und die erste Lage 2 gegen eine Oberfläche des abgesenkten Bereichs das Presswerkzeugs 6. Auf diese Weise entsteht in diesen beiden Bereichen bei der Herstellung des Faser-Kunststoff-Verbunds 1 jeweils ein Abschnitt in denen ein Querschnitt des thermisch expandierenden Schaums 4 im Vergleich zu den restlichen Abschnitten deutlich erhöht ist. Ferner weisen die erste und die zweite Lage 2, 3 einen hohen Umformgrad auf, der der dadurch realisierbar ist, da aufgrund des thermisch expandierenden Schaums 4 das Halbzeug 5 nicht kollabiert. 3 shows a schematic representation of the manufacturing process for a fiber-plastic composite component 1 after production by pressing the semi-finished product 5 . The fiber-plastic composite component is manufactured here 1 by pressing the semi-finished product 5 by means of the pressing tool 6th and one through the expanding foam 4th resulting internal pressure. Furthermore, the pressing tool 6th a recess through which after pressing the semi-finished product 5 by means of the pressing tool 6th between an outer surface of the semi-finished product 5 and the pressing tool 6th a cavity 7th is trained. On an opposite half of the press tool 6th is the surface of the pressing tool 6th lowered so that the pressing tool 6th has a stage. When producing the fiber-plastic composite component 1 , or after closing the press tool 6th , the presses through the thermally expanding foam 4th resulting internal pressure the second layer 3 in the cavity 7th against a surface of the pressing tool 6th and the first layer 2 the pressing tool against a surface of the lowered area 6th . This is how the fiber-plastic composite is produced in these two areas 1 each a section in which a cross section of the thermally expanding foam 4th is significantly increased compared to the rest of the sections. Furthermore, the first and the second layer 2 , 3 a high degree of deformation, which can be achieved because of the thermally expanding foam 4th the semi-finished product 5 not collapsed.

In 4 ist eine schematische Darstellung des mittels dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahrens erzeugten Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 1 dargestellt. Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 1 ist ein Strukturbauteil eines Kraftfahrzeugs mit der ersten Lage 2 und der zweiten Lage 3 des Faser-Matrix-Halbzeugs.In 4th is a schematic representation of the fiber-plastic composite component produced by means of the production method described above 1 shown. The fiber-plastic composite component 1 is a structural component of a motor vehicle with the first layer 2 and the second layer 3 of the fiber-matrix semi-finished product.

Ferner zeigt 5 eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens eines weiteren Faser-Kunststoff-Verbundbauteils 1 nach dem Herstellen durch Verpressen des Halbzeugs 5 mittels eines weiteren Presswerkzeugs 6. Das Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 1 weist die gleichen Merkmale wie das vorstehend beschrieben Faser-Kunststoff-Verbundbauteil 1 auf. Darüber hinaus umfasst die zweite Lage 3 des Faser-Matrix-Halbzeugs drei Aussparungen. Beim Verpressen des Halbzeugs 5 strömt der thermisch expandierende Schaum 4 durch die drei Aussparungen in entsprechend in dem Presswerkzeug 6 dafür vorgesehene Kavitäten.Also shows 5 a schematic representation of a manufacturing process for a further fiber-plastic composite component 1 after production by pressing the semi-finished product 5 by means of another pressing tool 6th . The fiber-plastic composite component 1 has the same features as the fiber-plastic composite component described above 1 on. It also includes the second layer 3 the fiber-matrix semi-finished product has three recesses. When pressing the semi-finished product 5 the thermally expanding foam flows 4th through the three recesses in the press tool accordingly 6th dedicated cavities.

Claims

Manufacturing method of a fiber-plastic composite component (1), in particular a structural component of a motor vehicle, with at least a first layer (2) and a second layer (3) of a fiber-matrix semifinished product, which comprises the following steps: a. Applying a thermally expanding foam (4) to a predetermined area of a surface of the first layer (2) of the fiber-matrix semifinished product, b. Production of a semifinished product (5) by arranging a surface of the second layer (3) of the fiber-matrix semifinished product on the thermally expanding foam (4), c. Heating the semi-finished product (5) and d. Production of the fiber-plastic composite component (1) by pressing the semifinished product (5) using a pressing tool (6) and an internal pressure created by the expanding foam (4).

Manufacturing method of a fiber-plastic composite component (1) according to Claim 1 , wherein after the pressing of the semifinished product (5) by means of the pressing tool (6) a cavity (7) is formed between an outer surface of the semifinished product (5) and the pressing tool (6) ) the internal pressure created by the thermally expanding foam (4) presses the first layer (2) and / or the second layer (3) against the pressing tool (6).

Manufacturing method of a fiber-plastic composite component (1) according to Claim 1 or 2 , wherein the thermally expanding foam (4) is an assembly foam or a PU foam, which is designed as a one-component foam or as a two-component foam.

Production method of a fiber-plastic composite component (1) according to one of the preceding claims, wherein the thermally expanding foam (4) is applied over the surface of the predetermined area of the surface of the first layer (2) of the fiber-matrix semifinished product.

Manufacturing method of a fiber-plastic composite component (1) according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the thermally expanding foam (4) is produced by means of an extrusion process.

Manufacturing method of a fiber-plastic composite component (1) according to one of the preceding claims, wherein the thermally expanding foam (4) is applied to the entire surface of the first layer (2) of the fiber-matrix semifinished product.

Manufacturing method of a fiber-plastic composite component (1) according to one of the preceding claims, wherein the at least first layer (2) and the second layer (3) of the fiber matrix semi-finished product have a thermoplastic matrix or are designed as an organic sheet.

Manufacturing method of a fiber-plastic composite component (1) according to one of the preceding claims, wherein the semi-finished product (5) is heated by means of a heating field (8), in particular by means of an infrared heating field, an infrared radiator or a KTL dryer.

Manufacturing method of a fiber-plastic composite component (1) according to one of the preceding claims, wherein during heating the semi-finished product (5) is heated to at least a temperature at which the first layer (2) and the second layer (3) of the fiber matrix - Semifinished product can be deformed by means of the pressing tool (6) and an expansion of the thermally expanding foam (4) is activated.

Manufacturing method of a fiber-plastic composite component (1) according to one of the preceding claims, wherein the first layer (2) or the second layer (3) of the fiber-matrix semifinished product has at least one slot and / or recesses, wherein when pressing the semifinished product (5) the thermally expanding foam (4) flows through the at least one slot and / or the recesses.

Manufacturing method of a component with a fiber-plastic composite component (1) according to one of the preceding claims, wherein a functional element is injection-molded onto the fiber-plastic composite component.

Fiber-plastic composite component (1), in particular a structural component of a motor vehicle, with at least a first layer (2) and a second layer (3) of a fiber matrix semifinished product which is produced using a method according to one of the preceding claims.