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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Herstellvorrichtung, mit der das Verfahren durchgeführt wird, um eine Komponentenstruktur wie zum Beispiel eine Fahrzeugteilstruktur eines Kraftfahrzeuges herzustellen. Desweiteren betrifft die Erfindung eine solche Komponentenstruktur. Dabei umfasst die Komponentenstruktur wenigstens ein Komponentenkörper, der beispielsweise eine Fahrzeugteilstruktur oder ein Bauteil wie ein Strukturbauteil eines Kraftfahrzeuges bildet und wenigstens teilweise als faserverstärktes Teil wenigstens zum Teil aus einem Faserverbundwerkstoff besteht. Insbesondere wird der Komponentenkörper wenigstens zum Teil oder vollständig aus recycelten Verstärkungsfasern und insbesondere recycelten Kohlenstofffasern (rCF) hergestellt.
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Im Stand der Technik ist aus der
DE 20 2007 003 905 U1 ein Türmodul für eine Fahrzeugtür mit einer flächig ausgebildeten Kunststoffträgerplatte bekannt geworden, wobei Verstärkungsfasern in die Kunststoffträgerplatte eingelagert sind. Bei der Herstellung wird außen auf dem Umfang der Kunststoffträgerplatte eine Vielzahl von Ansatzteilen angeformt, die beabstandet zueinander angeordnet sind und nach der Herstellung und Aushärtung entfernt werden. Die Ansatzteile bilden jeweils einen Überlauf und sorgen für eine gezielte Ausrichtung der Fasern in einem umfänglichen Randbereich der Kunststoffträgerplatte. Die Vorzugsrichtung der Fasern unterscheidet sich dabei in dem Bereich der Ansatzteile von benachbarten Abschnitten. Der damit bekannte Stand der Technik funktioniert an sich zuverlässig und kann zu einer Verbesserung der Stabilität führen. Nachteilig ist aber, dass die erreichbare Stabilität nicht immer ausreicht. Dann muss die Wandstärke erhöht oder es muss die Konstruktion geändert werden, was das Gewicht und/oder das Volumen erheblich vergrößert.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Komponentenkörpers einer Komponentenstruktur sowie eine entsprechende Komponentenstruktur und eine Herstellvorrichtung zur Herstellung wenigstens eines Komponentenkörpers zur Verfügung zu stellen, womit eine gezielte und erhöhte Stabilität einfach zu Verfügung gestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch die erfindungsgemäße Herstellvorrichtung und durch die erfindungsgemäße Komponentenstruktur gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Herstellung einer Komponentenstruktur mit wenigstens einem Komponentenkörper insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Dabei wird die Komponentenstruktur wenigstens zum Teil aus einem Faserverbundwerkstoff umfassend wenigstens ein Matrixmaterial und Verstärkungsfasern hergestellt. In einer Herstellvorrichtung bzw. Herstellform wird an dem Komponentenkörper wenigstens ein Körperbereich mit einer (durch das Material bedingten) geringeren Belastungsgrenze hergestellt. Einstückig damit (und insbesondere simultan) wird wenigstens ein Körperabschnitt mit einer (durch das Material bedingten) höheren Belastungsgrenze hergestellt. Dabei wird in dem Körperabschnitt durch das Verfahren bedingt ein höherer Anteil an Verstärkungsfasern erzeugt als in dem Körperbereich. Das wird erreicht, indem an dem den Körperabschnitt ausbildenden Formabschnitt der Herstellform wenigstens ein Abflussfilter für fluiden Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, über welchen fluides Matrixmaterial abgeleitet wird. Dabei wird über den Abflussfilter ein höherer Anteil an Matrixmaterial abgeleitet als an Verstärkungsfasern relativ zur Gesamtmenge gesehen. Es wird durch den Abflussfilter eine relativ gesehen geringere Menge an Verstärkungsfasern abgeleitet als der Ursprungsanteil der Verstärkungsfasern, da der Abflussfilter eine Filterung des fluiden Faserverbundwerkstoffs bewirkt und Verstärkungsfasern vermehrt zurückhält.
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Der Abflussfilter erfüllte bei dem Verfahren zwei Funktionen. Zum Einen dient der Abflussfilter als Abfluss und führt fluiden Faserverbundwerkstoff während der Herstellung aus dem Körperabschnitt oder gegebenenfalls sogar der Herstellform (nach außen) ab. Zum Anderen bewirkt der Abflussfilter eine Filterung des abfließenden fluiden Faserverbundwerkstoffs und hält einen größeren Anteil an Verstärkungsfasern zurück. Dadurch wird ein größerer Anteil an fluidem Matrixmaterial abgeleitet, sodass in dem Bereich des Abflussfilters und somit in dem Körperabschnitt eine höhere Konzentration an Verstärkungsfasern entsteht, die eine deutlich höhere mechanische Stabilität erzeugen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil besteht darin, dass auf einfache Art und Weise eine höhere Stabilität eines Komponentenkörpers lokal erzeugt werden kann. Während ein Körperabschnitt des Komponentenkörpers eine höhere Belastbarkeit aufweist, wird an demselben Komponentenkörper einstückig und simultan damit ein Körperbereich mit einer geringeren (bzw. normalen) Belastungsgrenze ausgebildet. Der Anteil der Verstärkungsfasern in dem Faserverbundwerkstoff ist dabei durch das Verfahren bedingt in dem Körperabschnitt höher als in dem Körperbereich. Damit wird in einem räumlich körperlichen Körperabschnitt mit zum Beispiel identischen Abmessungen zu einem Körperbereich eine höhere mechanische Belastbarkeit an einem Bauteil bzw. einem Komponentenkörper ausgebildet.
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Der Abflussfilter leitet relativ gesehen mehr fluides Matrixmaterial als Verstärkungsfasern ab. Dabei können durch den Abflussfilter auch Verstärkungsfasern abgeleitet werden. Der Anteil der Verstärkungsfasern in dem abgeleiteten fluiden Faserverbundwerkstoff ist jedoch (erheblich) geringer als der Ursprungsanteil der Verstärkungsfasern in dem fluiden Faserverbundwerkstoff, da der Abflussfilter eine Filterung bewirkt.
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In bevorzugten Weiterbildungen hält der Abflussfilter Verstärkungsfasern wenigstens teilweise zurück und leitet relativ gesehen mehr Matrixmaterial als Verstärkungsfasern aus dem Körperabschnitt ab und erhöht damit eine Konzentration der Verstärkungsfasern in dem Körperabschnitt. Das wird durch die lokalen Strömungsbedingungen begünstigt.
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Der Abflussfilter kann insbesondere durch wenigstens eine oder genau eine Engstelle gebildet werden. An der Engstelle und in dem Abschnitt davor reichern sich die Verstärkungsfasern an und es wird ein höherer Anteil an Matrixmaterial durch den Abflussfilter aus dem Körperabschnitt heraus abgeleitet. Damit wird in dem Körperabschnitt der Anteil der Verstärkungsfasern gegenüber dem Anteil an Matrixmaterial erhöht.
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In allen Ausgestaltungen ist es möglich, dass der Abschnitt mit dem Abflussfilter erwärmt bzw. stärker erwärmt wird als andere Bereiche der Herstellform, um das fluide Matrixmaterial besser aus dem Körperabschnitt abzuleiten. Durch eine stärkere Erwärmung kann eine Verringerung der Viskosität des Matrixmaterials erzielt werden, wodurch die Fließfähigkeit vergrößert wird. Der Anteil der zurückgehaltenen Verstärkungsfasern bzw. der Anteil des abgeleiteten Matrixmaterials kann dadurch noch weiter vergrößert werden. Eine lokal stärkere Erwärmung des Abschnitts des Abflussfilters ist allerdings nicht zwingend nötig.
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Vorzugsweise werden zur Vorbereitung Verstärkungsfasern in ein fluides Matrixmaterial insbesondere homogen eingerührt. Anschließend wird der fluide Faserverbundwerkstoff vorzugsweise in die Herstellform eingebracht. In besonders bevorzugten Ausgestaltungen werden recycelte Verstärkungsfasern in ein fluides Matrixmaterial homogen eingerührt. Als Matrixmaterial wird insbesondere wenigstens ein Epoxidharz verwendet.
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In allen Ausgestaltungen und Weiterbildungen ist es bevorzugt, dass wenigstens ein Komponentenkörper in 3D-gedruckten Werkzeugen oder als Pressmasse gegossen, gespritzt oder gepresst wird.
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Eine erfindungsgemäße Herstellvorrichtung zur Herstellung wenigstens eines Komponentenkörpers einer Komponentenstruktur wenigstens zum Teil aus wenigstens einem Faserverbundwerkstoff umfassend wenigstens ein Matrixmaterial und Verstärkungsfasern dient insbesondere zur Herstellung eines Komponentenkörpers einer Komponentenstruktur für ein Kraftfahrzeug. Die Herstellvorrichtung umfasst wenigstens eine Herstellform zur Aufnahme von Faserverbundmaterial, wobei die Herstellform wenigstens einen Formabschnitt aufweist, der an einen Körperabschnitt eines herzustellenden Komponentenkörpers angrenzt, um diesen auszubilden. Dabei ist an dem den Körperabschnitt ausbildenden Formabschnitt der Herstellform wenigstens ein Abflussfilter für fluiden Faserverbundwerkstoff ausgebildet, um bei dem Herstellvorgang fluiden Faserverbundwerkstoff mit einem höheren Anteil an Matrixmaterial über den Abflussfilter aus dem benachbarten Körperabschnitt abzuleiten und somit in dem Körperabschnitt einen höheren Anteil an Verstärkungsfasern zu erzeugen als in einem von dem Abflussfilter weiter entfernteren Körperbereich des Komponentenkörpers.
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Auch die erfindungsgemäße Herstellvorrichtung hat viele Vorteile. Mit der erfindungsgemäßen Herstellvorrichtung ist es möglich, eine Komponentenstruktur mit wenigstens einem Komponentenkörper herzustellen, bei der wenigstens ein Körperabschnitt (bei ansonsten gleichen Abmessungen und bei gleicher Struktur) eine höhere Festigkeit bzw. eine höhere mechanische Belastbarkeit aufweist als ein benachbarter und grundsätzlich gleich ausgebildeter Körperbereich. Das wird dadurch erreicht, dass die Herstellvorrichtung so ausgebildet ist, dass bei der Herstellung eines Komponentenkörpers der Körperabschnitt mit einem höheren Anteil an Verstärkungsfasern ausgerüstet wird.
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Vorzugsweise umfasst der Abflussfilter wenigstens ein Filterelement. Besonders bevorzugt umfasst der Abflussfilter wenigstens eine Engstelle. In sehr vorteilhaften Ausgestaltungen kann der Abflussfilter durch genau eine Engstelle ausgebildet sein. Bei einem räumlich ausgedehnten Körperabschnitt können auch mehrere separate Abflussfilter bzw. mehrere separate Engstellen benachbart zueinander ausgebildet sein. Eine Mehrzahl an Engstellen und/oder ein separater mechanischer Filter können vorgesehen und parallel zueinander geschaltet sein. Möglich ist auch der Einsatz von in Reihe geschalteten Filterelementen. Über in Reihe geschaltete Filterelemente kann auch eine mehrstufige Erhöhung des Anteils an Verstärkungsfasern in dem Körperabschnitt erreicht werden.
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In allen Ausgestaltungen ist es auch möglich und bevorzugt, dass der Abflussfilter (auf der Abflussseite) an ein weiteres Körpersegment des Komponentenkörpers angrenzt. Dann wird das Körpersegment des Komponentenkörpers mit einer geringeren mechanischen Stabilität ausgebildet als ein Körperbereich, der wiederum mit einer geringeren mechanischen Stabilität versehen ist als der Körperabschnitt. In allen Ausgestaltungen ist es auch möglich und bevorzugt, dass ein Körpersegment, in welches das fluide Faserverbundmaterial mit höherem Matrixanteil eingeleitet wird, nach der Entnahme des Komponentenkörpers aus der Herstellvorrichtung entfernt wird. Die Oberfläche des Komponentenkörpers kann lokal oder auch insgesamt nachgearbeitet werden, wenn das nötig oder erforderlich ist.
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Vorzugsweise weist eine Engstelle einen (lichten) Durchmesser zwischen 0,1 mm und 5 mm und insbesondere zwischen 0,25 mm und 4 mm und vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 3 mm (jeweils +/-10 %) auf. Besonders bevorzugt weist eine Engstelle eine Länge auf, die wenigstens doppelt so groß ist und insbesondere wenigstens viermal oder zehnmal so groß ist wie ein (lichter) Durchmesser der Engstelle. In bevorzugten Ausgestaltungen weist der Komponentenkörper eine maximale Abmessung (Durchmesser) auf, der mindestens den Faktor 300 oder 500 oder 1000 größer ist als der minimale oder typische (lichte) Durchmesser der Engstelle.
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Es ist bevorzugt, dass die Herstellvorrichtung wenigstens zwei Formteile umfasst, zwischen denen wenigstens ein Komponentenkörper ausbildbar ist. Dabei ist es bevorzugt, dass der Abflussfilter an einer Kontaktfläche der Formteile ausgebildet ist.
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Eine erfindungsgemäße Komponentenstruktur umfasst wenigstens ein Komponentenkörper insbesondere für ein Kraftfahrzeug und ist (insbesondere) hergestellt mit einem Verfahren und/oder einer Herstellvorrichtung, wie es zuvor beschrieben wurde. Dabei besteht der Komponentenkörper wenigstens zum Teil aus einem Faserverbundwerkstoff, der wenigstens ein Matrixmaterial und Verstärkungsfasern umfasst. Der Komponentenkörper weist wenigstens einen Körperabschnitt mit einer höheren (mechanischen) Belastungsgrenze und wenigstens einen Körperbereich mit einer geringeren (mechanischen) Belastungsgrenze auf. Dabei liegt in dem Körperabschnitt ein höherer Anteil an Verstärkungsfasern vor als in dem Körperbereich.
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Die erfindungsgemäße Komponentenstruktur ist ebenfalls sehr vorteilhaft. Die Komponentenstruktur stellt einen einstückigen Komponentenkörper zu Verfügung, der durch die lokale Zusammensetzung des Faserverbundwerkstoffs lokal erhöhte mechanische Belastungsgrenzen zur Verfügung stellt. Eine Erhöhung der Bauteilstärke oder eine Änderung der Struktur des Komponentenkörpers ist lokal nicht nötig, kann aber zusätzlich erfolgen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Komponentenkörper insgesamt eine flächige Struktur ausbilden, an der beispielsweise wenigstens eine Strebe ausgebildet ist. Es ist möglich, dass mehrere Streben insgesamt eine flächige Struktur ausbilden. Der Körperabschnitt (oder wenigstens ein Körperabschnitt) ist vorzugsweise an einem (äußeren) Rand der flächigen Struktur ausgebildet. Der Komponentenkörper kann wenigstens eine Befestigungsstelle für eine Fahrzeugkomponente oder eine Karosseriekomponente umfassen. Eine solche Befestigungsstelle kann beispielsweise als ein Befestigungsauge oder auch als ein Befestigungsflansch oder dergleichen ausgebildet sein.
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In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass das Faserverbundmaterial in einem erheblichen Maße recycelte Verstärkungsfasern und insbesondere recycelte Kohlenstofffasern und ein Epoxidharz umfasst. Besonders bevorzugt werden überwiegend oder nahezu vollständig oder vollständig recycelte Verstärkungsfasern und insbesondere recycelte Kohlenstofffasern eingesetzt.
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In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die Verstärkungsfasern und insbesondere die recycelten Verstärkungsfasern eine Länge zwischen 20 µm und 500 µm und insbesondere zwischen 40 µm und 200 µm aufweisen. Besonders bevorzugt weist wenigstens ein erheblicher oder ein überwiegender Anteil der recycelten Verstärkungsfasern eine solche Länge auf. In einer konkreten Ausgestaltung hat sich der Einsatz von recycelten Verstärkungsfasern mit einer Länge von 100 µm +/-50 µm (jeweils +/-10 %) als vorteilhaft herausgestellt.
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Vorzugsweise liegt der Fasermassenanteil wenigstens in dem Körperabschnitt bei Anteilen größer als 33 % und insbesondere größer als 40 % und vorzugsweise bei Anteilen größer 50 %. Es ist auch möglich, dass der ursprüngliche Anteil an Verstärkungsfasern (Massenanteil) an dem Faserverbundwerkstoff insgesamt größer als 40 %, 45 % oder 50 % beträgt und dass in einem Körperabschnitt mit einer höheren Belastungsgrenze ein noch höherer Anteil an Verstärkungsfasern ausgebildet wird.
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Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine vorteilhafte Ausbildung einer Komponentenstruktur mit wenigstens einem Komponentenkörper, bei welchem durch die (lokal unterschiedliche) interne Konzentrationsverteilung von Verstärkungsfasern und Matrixmaterial eine lokal angepasste unterschiedliche Belastungsgrenze ausgebildet wird. Eine solche Komponentenstruktur kann einfach und kostengünstig hergestellt werden. Die Herstellung kann bei Einzelteilproduktionen oder in Kleinserien und auch in größeren Serien erfolgen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Komponentenstruktur in einer stark schematisierten Herstellvorrichtung;
- 2 den stark schematisierten Schnitt A - A aus 1; und
- 3 einen stark schematisierten Schnitt A - A einer anderen Ausgestaltung nach 1.
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1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung eine erfindungsgemäße Herstellform 10 und eine erfindungsgemäße Komponentenstruktur 1 mit einem Komponentenkörper 2 in einer schematischen Draufsicht, wobei von der Herstellvorrichtung 10 nur ein Formteil 11 abgebildet ist. Die in der in der geöffneten Stellung dargestellten Herstellvorrichtung 10 ist eine fertig ausgebildete Komponentenstruktur 1 mit einem Komponentenkörper 2 zu erkennen. In der Herstellvorrichtung 10 ist eine Negativkontur des herzustellenden Komponentenkörpers 2 ausgebildet.
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Die Komponentenstruktur 1 kann beispielsweise eine Fahrzeugteilstruktur bilden oder als eine solche ausgebildet sein. Möglich ist es, dass der Komponentenkörper 2 unterschiedliche Teile einer Karosseriestruktur oder der Verkleidung eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung stellt. Dargestellt ist im Ausführungsbeispiel eine Flügelstütze zur Verbindung eines Kraftfahrzeugs mit zum Beispiel einem Heckflügel.
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Grundsätzlich können unterschiedlichste Strukturbauteile hergestellt werden. Dabei können durch die Komponentenstruktur 1 mit dem Komponentenkörper 2 unterschiedliche Bauteile, die bislang zum Beispiel aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung gebildet werden, hergestellt werden.
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In 1 ist die Herstellform 10 mit dem Werkzeugkasten zu sehen, in welchem eine Kavität ausgebildet ist, um die Komponentenstruktur 1 mit dem Komponentenkörper 2 herzustellen. Das Bauteil ist zu erkennen.
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Der Komponentenkörper 2 bildet hier insgesamt ein flächiges Bauteil, welches hier über flächige Bereiche und über Streben 14 verfügt, die hier insgesamt die flächige Struktur 12 ausbilden.
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In der Darstellung nach 1 sind hier am unteren Ende des Komponentenkörpers 2 drei separate Befestigungsstellen 9 in Form von Befestigungsaugen zu erkennen, die zur Anbindung an die Karosserie eines Fahrzeugs dienen. Am oberen Ende sind hier zwei Anschlussstellen 9 in Form von Befestigungsaugen oder Anschlussbohrungen zu erkennen, die im konkreten Ausführungsbeispiel zur Befestigung des Heckflügels eines Sportwagens dienen.
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Beispielhaft sind an dem Komponentenkörper 2 ein Körperbereich 21 und ein Körperabschnitt 22 und ein Körpersegment 23 zu erkennen. Das fertige Bauteil umfasst später nur den Körperbereich 21 und den Körperabschnitt 22. Das Körpersegment 23 wird hier nach der Entnahme aus der Herstellform 10 entfernt.
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Der Unterschied zwischen dem Körperbereich 21 und dem Körperabschnitt 22 besteht u.a. darin, dass an dem Körperabschnitt 22 ein Abflussfilter 6 ausgebildet ist, der zum Einen als Überlauf zu dem Körpersegment 23 dient und zum Anderen das abfließende fluide Faserverbundmaterial 3 filtert. Durch die Filterung fließt verstärkt flüssiges Matrixmaterial 4 in das Körpersegment 23, sodass sich lokal in dem Körperabschnitt 22 die Konzentration von Verstärkungsfasern 5, die beispielhaft eingezeichnet sind, vergrößert. Dadurch wird in dem Körperabschnitt benachbart zu dem Abflussfilter 6 eine erhöhte Konzentration an Verstärkungsfasern 5 bewirkt, wodurch die Stabilität und mechanische Belastbarkeit des Körperabschnitts 22 vergrößert wird.
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Auf diese Art und Weise ist es möglich, einen oder mehrere Körperabschnitte 22 an einem Komponentenkörper 2 auszubilden, um den Komponentenkörper 2 in bestimmten und gezielt gewählten Körperabschnitten mechanisch stabiler auszugestalten. Dabei ist es nicht nötig, die Wandstärken oder die Strukturen des Körperabschnitts 22 im Vergleich zu dem Körperbereich 21 zu ändern.
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Grundsätzlich können auch stabförmige Komponentenkörper mit konstantem Querschnitt in unterschiedlichen Längsabschnitten unterschiedlich stabil bzw. mechanisch belastbar ausgestaltet werden. Das erfolgt dadurch, dass in einem Körperabschnitt 22 der Anteil der Verstärkungsfasern 5 gezielt erhöht wird. Das Gewicht und das Volumen bleiben dabei praktisch konstant.
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Der Abflussfilter 6 umfasst hier im Ausführungsbeispiel eine Engstelle 7, die als Filterelement 8 dient.
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Einen vergrößerten schematischen und beispielhaften Querschnitt entlang der Schnittlinie A - A zeigt 2. In dem Bereich des Körperabschnitts 22, der sich hier über die vollständige Breite und den vollständigen Querschnitt der Strebe 14 erstreckt ist lokal ein erheblich erhöhter Anteil an Verstärkungsfasern 5 vorhanden. Durch den Abflussfilter 6 wird mittels der Engstelle 7, die als Filterelement 8 dient, bei der Herstellung fluider Faserverbundwerkstoff 3 abgeleitet, wobei ein deutlich erhöhter Anteil an Matrixmaterial 4 abgeleitet und nur ein geringer Anteil an Verstärkungsfasern 5 abgeleitet wird.
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Zwar werden hier im Ausführungsbeispiel durch den Abflussfilter 6 die Verstärkungsfasern 5 nicht vollständig zurückgehalten, sondern ein geringerer Anteil an Verstärkungsfasern kann auch durch die Engstelle 7 in das Körpersegment 23 übertreten, aber es findet doch eine deutliche Konzentration an Verstärkungsfasern 5 in dem Körperabschnitt 22 statt.
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3 zeigt einen Querschnitt A - A einer anderen Ausgestaltung nach 1, wobei sich links der Körperbereich 21 mit einem normalen bzw. einem geringeren Anteil an Verstärkungsfasern 5 befindet, während in dem Körperabschnitt 22 wieder ein erhöhter Anteil an Verstärkungsfasern 5 vorliegt.
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Über die schematisch dargestellte Engstelle 7 als Abflussfilter 6 wird eine Filterung verursacht, sodass ein höherer Anteil an Matrixmaterial 4 von dem Körperabschnitt 22 in das Körpersegment 23 abgeleitet wird. Dadurch wird die Stabilität des Körperabschnitts 22 erhöht.
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Die Engstelle 7 weist hier im Ausführungsbeispiel einen Querschnitt von zwischen etwa 0,5 mm und etwa 3 mm Durchmesser auf. Die genaue Abmessung hängt vom Anwendungsfall und auch von den Abmessungen und den Eigenschaften der eingesetzten Verstärkungsfasern ab.
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Im Ausführungsbeispiel werden recycelte Kohlenstofffasern als Verstärkungsfasern eingesetzt, die hier eine Länge von typischerweise 100 µm +/-50 µm aufweisen. Möglich ist es aber auch, dass recycelte Kohlenstofffasern mit 200 µm oder 300 µm Länge eingesetzt werden. Je nach Länge der verwendeten Verstärkungsfasern kann auch der Durchmesser der Engstelle entsprechend angepasst werden.
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Hier beträgt ein Verhältnis des Durchmessers der Engstelle zu einer Länge typischer Verstärkungsfasern zwischen etwa 5 und 30. Die Filterwirkung entsteht auch dann, wenn der Durchmesser der Engstelle größer ist als die typische Länge der Verstärkungsfasern.
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Vorzugsweise ist eine Länge der Engstelle 7 wenigstens doppelt oder wenigstens viermal oder wenigstens zehnmal so groß wie ein Durchmesser der Engstelle.
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Insgesamt wird ein Herstellungsverfahren einer Komponentenstruktur 1 und eine Herstellform 10 zur Verfügung gestellt, womit eine Komponentenstruktur 1 mit einem Komponentenkörper 2 aus zum Beispiel recycelten Verstärkungsfasern und einem Matrixmaterial hergestellt wird. Dabei wird vor der Herstellung vorzugsweise der Anteil der Verstärkungsfasern homogen in einer Kunststoffmatrix bzw. in ein Matrixmaterial eingerührt.
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Anschließend wird der Komponentenkörper bzw. ein Bauteil durch Gießen, Pressen oder Spritzen hergestellt. Dabei wird in Körperabschnitten mit stärkeren Belastungen ein Abflussfilter eingesetzt, über den ein höherer Anteil von Matrixmaterial abgeführt wird, sodass in den Körperabschnitten, die an einen Abflussfilter 6 angrenzen, der Anteil an Verstärkungsfasern relativ gesehen erhöht wird. Dadurch werden die mechanischen Eigenschaften verbessert.
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Die Erfindung eignet sich für größere Stückzahlen und insbesondere für kleinere Stückzahlen, bei denen faserverstärktem Bauteile zum Beispiel aus recycelten Verstärkungsfasern hergestellt werden. Es können dabei Fasermassenanteile von 50 % und mehr lokal oder insgesamt erreicht werden.
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Die Herstellform kann in einem höher beanspruchten Bereich des herzustellenden Komponentenkörpers durch ein benachbartes Körpersegment ergänzt werden, welches über eine Engstelle als Abflussfilter an einen Körperabschnitt angeschlossen ist. Das Körpersegment 23 kann nach der Entnahme aus der Herstellform 10 entfernt werden oder kann ein Segment bilden, welche nicht so hoch belastbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007003905 U1 [0002]
