DE102022104984A1 - Corner reinforcement element for and method of manufacturing a composite component - Google Patents

Corner reinforcement element for and method of manufacturing a composite component Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Eckverstärkungselement (1) für Composite Bauteile mit 3-dimensionalen Strukturelementen (10), aufweisend eine Grundplatte (2) und eine darauf angeordnete Strukturelementaufnahme (3), wobei die Form der Strukturelementaufnahme (3) mit der Form des Eckbereiches des Strukturelementes (10) korrespondiert und die Oberseite der Strukturelementaufnahme (3) einen Überlaminierbereich (8) aufweist, der mit einer Anschlagkante (9) begrenzt ist.The invention relates to a corner reinforcement element (1) for composite components with 3-dimensional structural elements (10), having a base plate (2) and a structural element receptacle (3) arranged thereon, the shape of the structural element receptacle (3) matching the shape of the corner area of the structural element (10) corresponds and the upper side of the structural element receptacle (3) has an overlaminating area (8) which is delimited by a stop edge (9).

Description

Die Erfindung betrifft ein Eckverstärkungselement für Composite Bauteile und ein Verfahren zur Herstellung eines Composite Bauteiles unter Verwendung von Eckverstärkungselementen.The invention relates to a corner reinforcement element for composite components and a method for producing a composite component using corner reinforcement elements.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf die optimierte und vorzugsweise automatisierbare Herstellung von Composite Bauteilen, die auch als Sandwichbauteile bezeichnet werden. In Sandwichbauteilen sind einlaminierte Strukturelemente integriert, welche beispielsweise als Wabenstrukturen oder Wabenkörper ausgebildet sind.The field of application of the invention extends to the optimized and preferably automated production of composite components, which are also referred to as sandwich components. Laminated structural elements are integrated into sandwich components, which are designed, for example, as honeycomb structures or honeycomb bodies.

Im Stand der Technik sind beispielsweise aus der DE 10 2018 115 241 A1 Fahrzeug-PU-Composite Bauteile mit einem eine Wabenstruktur aufweisenden Schichtaufbau bekannt.In the prior art, for example, from DE 10 2018 115 241 A1 Vehicle PU composite components with a layered structure having a honeycomb structure are known.

Auch ist aus der DE 43 14861 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers sowie ein Wabenkörper selbst bekannt. Die Wabenkörper werden für eine ganze Reihe von Anwendungsfällen eingesetzt, unter anderem für die Herstellung sogenannter Sandwichplatten, wo dem Wabenelement als Strukturelement Deckschichten auflaminiert werden. Aufgrund der positiven Eigenschaften im Hinblick auf Stabilität und Gewicht werden derartige Composite Bauteile als Flächenelemente zur Verkleidung oder auch in statisch tragenden Strukturen verwendet.Also is from the DE 43 14861 A1 a method for producing a honeycomb body and a honeycomb body itself are known. The honeycomb bodies are used for a whole range of applications, including the production of so-called sandwich panels, where cover layers are laminated onto the honeycomb element as a structural element. Due to the positive properties in terms of stability and weight, such composite components are used as surface elements for cladding or in load-bearing structures.

Ein bekanntes Problem bei der Herstellung gattungsgemäßer Sandwichbauteile besteht bei der Fertigung in den starken Qualitätsschwankungen hinsichtlich Porosität, Harzansammlung und Ondulationen, die unter Umständen auch zu Fehlern führen, die nur aufwendig repariert werden können oder diese Bauteile gänzlich für ihren Einsatz ungeeignet machen. Insbesondere bei in den Randbereichen schräg gestalteten Strukturelementen, wie es bei Wabenplatten vorkommt, führt der Druck beim Autoklavieren zu Deformationen, die die Qualität der entstehenden Leichtbauelemente beeinträchtigen können.A well-known problem in the production of sandwich components of this type is the strong quality fluctuations in terms of porosity, resin accumulation and undulations, which under certain circumstances also lead to errors that can only be repaired at great expense or make these components completely unsuitable for their use. Particularly in the case of structural elements that are designed at an angle in the edge areas, as is the case with honeycomb panels, the pressure during autoclaving leads to deformations that can impair the quality of the lightweight construction elements produced.

Besonders gefährdet sind die Ecken von Strukturelementen, die besonderen Belastungen beim Autoklavieren unter Druck ausgesetzt sind. Durch sogenannte Druckstücke kann verhindert werden, dass es zu größeren Formveränderungen im Randbereich kommt, was jedoch zu Porositäten oder Harzansammlungen in den Übergangsbereichen führt.The corners of structural elements, which are exposed to special loads when autoclaving under pressure, are particularly at risk. So-called pressure pieces can be used to prevent major changes in shape in the edge area, which, however, leads to porosity or resin accumulations in the transition areas.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Hilfsmittel für die Herstellung von Composite Bauteilen zur Verfügung zu stellen, welches die Probleme bei der Herstellung von Sandwichbauteilen mit Strukturelementen, insbesondere in den Eckbereichen der Strukturelemente, minimiert.The object of the invention is to provide an aid for the production of composite components which minimizes the problems in the production of sandwich components with structural elements, in particular in the corner areas of the structural elements.

Die Aufgabe wird durch die selbständigen Patentansprüche gelöst, Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by the independent patent claims, developments are specified in the dependent patent claims.

Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere durch ein Eckverstärkungselement für Composite Bauteile mit dreidimensionalen Strukturelementen gelöst, welches eine Grundplatte und eine darauf angeordnete Strukturelementaufnahme aufweist. Die Form der Strukturelementaufnahme korrespondiert mit der Form des Eckbereiches des Strukturelementes. Die Oberseite der Strukturelementaufnahme weist einen Überlaminierbereich auf, der mit einer Anschlagkante begrenzt ist.The object of the invention is achieved in particular by a corner reinforcement element for composite components with three-dimensional structural elements, which has a base plate and a structural element receptacle arranged thereon. The shape of the structural element receptacle corresponds to the shape of the corner area of the structural element. The upper side of the structural element receptacle has an overlaminating area that is delimited by a stop edge.

Bevorzugt ist die Grundplatte zusammengesetzt aus einem Überstandsbodenbereich und einem Aufnahmebodenbereich, wobei die Grundplatte selbst mit der Strukturelementaufnahme verbunden und bevorzugt einteilig mit dieser ausgebildet ist.The base plate is preferably made up of an overhanging base area and a receiving base area, the base plate itself being connected to the structural element receptacle and preferably being formed in one piece with it.

Im Aufnahmebodenbereich der Grundplatte sind Drainageelemente für Harz oder Kleber als Löcher ausgebildet, durch welche überschüssige fluide Komponenten aus der Strukturelementaufnahme abfließen können.In the receiving floor area of the base plate, drainage elements for resin or adhesive are designed as holes, through which excess fluid components can flow out of the structural element receptacle.

Weiterhin sind bevorzugt an der Grundplatte Spikes angeordnet, die sich von der Unterseite der Grundplatte nach unten erstrecken. Die Spikes dienen der Positionierung des Eckverstärkungselementes im Unterlaminat und sind entsprechend in ihrer Dimension ausgebildet, um einen guten Kontakt zum Unterlaminat auszubilden und dabei jedoch keinen undefinierten Spalt zum Unterlaminat hin auszubilden.Furthermore, spikes are preferably arranged on the base plate, which extend downwards from the underside of the base plate. The spikes are used to position the corner reinforcement element in the sub-laminate and are designed accordingly in their dimensions in order to form good contact with the sub-laminate but not form an undefined gap towards the sub-laminate.

Besonders vorteilhaft ist das Strukturelement als dreidimensionales Strukturelement in Form einer Wabenplatte ausgeführt. Die Randbereiche der Wabenplatte sind als sogenannte Wabenschrägen ausgebildet und verjüngen sich nach außen zur Unterseite der Platte hin.The structural element is particularly advantageously designed as a three-dimensional structural element in the form of a honeycomb panel. The edge areas of the honeycomb panel are designed as so-called honeycomb bevels and taper outwards towards the underside of the panel.

Entsprechend ist die Strukturelementaufnahme des Eckverstärkungselementes für die Eckbereiche der Wabenplatten korrespondierend in Form und Dimension zu den Wabenschrägen ausgebildet.Accordingly, the structural element receptacle of the corner reinforcement element for the corner regions of the honeycomb panels is designed to correspond in shape and dimensions to the honeycomb bevels.

Besonders vorteilhaft ist die Strukturelementaufnahme des Eckverstärkungselementes auf zwei benachbarten Seiten pyramidenstumpfartig und hohl zur Aufnahme der Strukturelementecken ausgebildet. Die Strukturelementaufnahme bildet gemeinsam mit dem Aufnahmebodenbereich der Grundplatte eine taschenartige Aufnahme für das Strukturelement, dessen Ecke passgenau in das Eckverstärkungselement eingeführt und von diesem aufgenommen und für die Weiterverarbeitung mechanisch stabilisiert werden kann.The structural element receptacle of the corner reinforcement element is particularly advantageously designed in the manner of a truncated pyramid on two adjacent sides and is hollow for receiving the structural element corners. The structural element receptacle forms the base together with the receptacle floor area plate has a pocket-like receptacle for the structural element, the corner of which can be introduced with a precise fit into the corner reinforcement element and picked up by it and mechanically stabilized for further processing.

Das Eckverstärkungselement ist bevorzugt im 3D-Druckverfahren hergestellt.The corner reinforcement element is preferably produced using a 3D printing process.

Das Eckverstärkungselement ist bevorzugt aus Polymeren ausgebildet, welche sich mit den 3D-Drucktechniken verarbeiten lassen, wie beispielsweise Polylactide (PLA), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), High Impact Polystyrene (HIPS), Polyhydroxyfettsäure (PHA) oder Polyetheretherkton (PEEK).The corner reinforcement element is preferably made of polymers that can be processed using 3D printing techniques, such as polylactide (PLA), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), high-impact polystyrene (HIPS), polyhydroxy fatty acid (PHA) or polyetheretherktone ( PEEK).

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung eines Composite Bauteiles mit laminiertem Strukturelement unter Verwendung von Eckverstärkungselementen gelöst, welches die folgenden Arbeitsschritte aufweist.
Zunächst wird das Unterlaminat für das Composite Bauteil auf der Arbeitsfläche positioniert. Die Eckverstärkungselemente werden auf die Ecken des Strukturelementes aufgesteckt und das Strukturelement wird nachfolgend mit den Eckverstärkungselementen auf dem Unterlaminat positioniert. Nachfolgend wird das Überlaminat entlang der Anschlagkante der Eckverstärkungselemente laminiert, so dass am Ende dieses Arbeitsganges das Strukturelement von der Unterseite vom Unterlaminat und von der Oberseite vom Überlaminat sowie an den Ecken von den Eckverstärkungselementen eingeschlossen und begrenzt ist. Nachfolgend wird das Composite Bauteil autoklaviert und entsprechend nachbearbeitet und konfektioniert.The object of the invention is also achieved by a method for producing a composite component with a laminated structural element using corner reinforcement elements, which has the following work steps.
First, the sub-laminate for the composite component is positioned on the work surface. The corner reinforcement elements are snapped onto the corners of the structural element and the structural element is subsequently positioned with the corner reinforcement elements on the sublaminate. The overlaminate is then laminated along the stop edge of the corner reinforcement elements, so that at the end of this operation the structural element is enclosed and limited by the underside by the underlaminate and by the upper side by the overlaminate and at the corners by the corner reinforcement elements. The composite component is then autoclaved and reworked and assembled accordingly.

Durch die Verstärkung der Ecken der Strukturelemente durch die Eckverstärkungselemente können die empfindlichen Strukturen in den Randbereichen und an den Ecken nicht durch den Autoklavierdruck eingedrückt und beschädigt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Laminierprozess für das Überlaminat, auch Decklagen genannt, deutlich erleichtert ist, da es durch die Anschlagkante in den Oberseiten der Strukturelementaufnahme der Eckverstärkungselemente zu keinen Drapierproblemen im Eckbereich kommt und sich das Laminierverfahren somit hervorragend automatisieren lässt, was zu einem effizienteren Herstellungsprozess der Composite Bauteile führt.By reinforcing the corners of the structural elements with the corner reinforcement elements, the sensitive structures in the edge areas and at the corners cannot be dented and damaged by the autoclaving pressure. Another advantage is that the laminating process for the overlaminate, also known as cover layers, is significantly easier, since the stop edge in the upper sides of the structural element receptacle of the corner reinforcement elements does not cause any draping problems in the corner area, and the laminating process can therefore be perfectly automated, which leads to a more efficient manufacturing process for composite components.

Besonders vorteilhaft ist die wirtschaftlich günstige Herstellbarkeit der Eckverstärkungselemente im 3D-Druck-Verfahren. Im 3D-Druck können komplexe Geometrien mit Hohlstrukturen zur Aufnahme der Ecken sowie Spikes und Drainageelemente mit geringem Material- und Kostenaufwand hergestellt werden.A particular advantage is the economically favorable manufacturability of the corner reinforcement elements using the 3D printing process. In 3D printing, complex geometries with hollow structures to accommodate the corners as well as spikes and drainage elements can be produced with little material and cost.

Die Herstellung von Eckverstärkungselementen im 3D-Druck ermöglicht vorteilhaft eine schnelle und kostengünstige Variantenvielfalt von Verstärkungselementen. Zudem können in die Verstärkungselemente auch Funktionselemente ohne zusätzlichen fertigungstechnischen Aufwand mit eingebracht werden.
Auch kann die Positionierung des Waben- oder Schaummaterials über 3D-Druckelemente effizient erfolgen.The production of corner reinforcement elements using 3D printing advantageously enables a fast and cost-effective variety of reinforcement elements. In addition, functional elements can also be introduced into the reinforcement elements without additional outlay in terms of manufacturing technology.
The honeycomb or foam material can also be positioned efficiently using 3D printing elements.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

  • 1: Eckverstärkungselement in perspektivischer Darstellung,
  • 2: Eckverstärkungselement, Ansicht von unten,
  • 3: Eckverstärkungselement in der Draufsicht,
  • 4: Eckverstärkungselement, Schnitt A-A gemäß 3,
  • 5: Composite Bauteil aus Wabenstrukturelement mit Eckverstärkungselementen und
  • 6: Composite Bauteil mit Eckverstärkungselementen, laminiert.
Further details, features and advantages of embodiments of the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the associated drawings. Show it:
  • 1 : Corner reinforcement element in perspective view,
  • 2 : Corner reinforcement element, bottom view,
  • 3 : Corner reinforcement element in plan view,
  • 4 : Corner reinforcement element, section AA according to 3 ,
  • 5 : Composite component made of honeycomb structural element with corner reinforcement elements and
  • 6 : Composite component with corner reinforcement elements, laminated.

In 1 ist ein Eckverstärkungselement 1 für Composite Bauteile in perspektivischer Ansicht dargestellt. Das Eckverstärkungselement 1 ist geometrisch aus einer Grundplatte 2 und einer darauf angeordneten und sich nach oben erstreckenden Strukturelementaufnahme 3 aufgebaut. Die Strukturelementaufnahme 3 ist pyramidenstumpfförmig ausgebildet und wird auf der Unterseite von einem Teil der Grundplatte 2 begrenzt. Die Strukturelementaufnahme 3 ist beschreibbar als Pyramidenstumpf, bei dem zwei benachbarte Seitenflächen entlang der Kante des Pyramidendaches nach unten abgeschnitten sind. Die fehlenden Seitenflächen ermöglichen dem Eckverstärkungselement 1 die Aufnahme des in dieser Ansicht nicht dargestellten Strukturelements. Die Strukturelementaufnahme 3 weist somit nur zwei schräge Seiten des gedachten Pyramidenstumpfes auf, welcher an der jeweils gegenüberliegenden Seite offen ist.In 1 a corner reinforcement element 1 for composite components is shown in a perspective view. The corner reinforcement element 1 is constructed geometrically from a base plate 2 and a structural element receptacle 3 arranged thereon and extending upwards. The structural element receptacle 3 is in the form of a truncated pyramid and is delimited on the underside by a part of the base plate 2 . The structural element receptacle 3 can be described as a truncated pyramid in which two adjacent side surfaces are cut off downwards along the edge of the pyramid roof. The missing side surfaces enable the corner reinforcement element 1 to accommodate the structural element that is not shown in this view. The structural element receptacle 3 thus has only two oblique sides of the imaginary truncated pyramid, which is open on the respectively opposite side.

Die Grundplatte 2 ragt über den durch die Strukturelementaufnahme 3 abgedeckten Bereich der Grundplatte 2, welcher Bereich als Überstandsbodenbereich 7 bezeichnet wird. Der Überstandsbodenbereich 7 bildet den Eckbereich des Composite Bauteiles und damit die äußere Begrenzung des Bauteiles.The base plate 2 protrudes over the area of the base plate 2 covered by the structural element receptacle 3 , which area is referred to as the overhanging floor area 7 . The overhanging floor area 7 forms the corner area of the composite component and thus the outer boundary of the component.

Entlang der Flanken der schrägen Seiten des Pyramidenstumpfes der Strukturelementaufnahme 3 verläuft eine Anschlagkante 9. Die Anschlagkante 9 verläuft dabei jeweils entlang der Seitenfläche nach oben und in gerader Linie weiter über das Dach des Pyramidenstumpfes, bis die Anschlagkanten 9 beider Seiten sich treffen. Auf diese Weise sind die beiden Seitenflächen des Pyramidenstumpfes und das Pyramidendach durch die Anschlagkante 9 in jeweils zwei Bereiche aufgeteilt. Der Bereich zur schräg sich nach unten erstreckenden Ecke der Strukturelementaufnahme 3 ist vom Niveau her erhaben gegenüber dem von der Ecke weg weisenden Bereich der jeweiligen Seiten- oder Dachfläche, was für die Verarbeitung der Eckverstärkungselemente 1 bei der Herstellung von Composite Bauteilen beim Laminierprozess von Bedeutung ist.A stop edge 9 runs along the flanks of the sloping sides of the truncated pyramid of the structural element receptacle 3. The stop edge 9 runs upwards along the side surface and continues in a straight line over the roof of the truncated pyramid until the stop edges 9 on both sides meet. In this way, the two side surfaces of the truncated pyramid and the pyramid roof are each divided into two areas by the stop edge 9 . The area towards the corner of the structural element receptacle 3 that extends diagonally downwards is raised in level compared to the area of the respective side or roof surface pointing away from the corner, which is important for the processing of the corner reinforcement elements 1 in the production of composite components during the lamination process .

In 2 ist die Unterseite eines Eckverstärkungselementes 1 gemäß 1 dargestellt. Dabei ist die Grundplatte 2 von unten gezeigt, welche aus zwei gedachten Teilflächen zusammengesetzt ist. Eine quadratische Teilfläche bildet den Aufnahmebodenbereich 4. Eine in einem rechtwinkligen Streifen sich anschließende Teilfläche bildet den Überstandsbodenbereich 7 aus. Die Grundplatte 2 weist im Aufnahmebodenbereich 4 Drainageelemente 6 in Form von Löchern auf, durch welche fluide Elemente aus der Strukturelementaufnahme 3 nach unten austreten können und das Material des unter der Grundplatte 2 angeordneten Unterlaminates über das Harz oder den Kleber in Kontakt tritt.In 2 is the underside of a corner reinforcement element 1 according to FIG 1 shown. The base plate 2 is shown from below, which is composed of two imaginary partial areas. A square sub-area forms the receiving floor area 4. A sub-area adjoining in a right-angled strip forms the overhanging floor area 7. The base plate 2 has drainage elements 6 in the form of holes in the receiving floor area 4, through which fluid elements can exit downwards from the structural element receptacle 3 and the material of the sub-laminate arranged under the base plate 2 comes into contact via the resin or the adhesive.

Weiterhin sind an der Unterseite der Grundplatte 2 Spikes 5 angeordnet, die in darunterliegendes Material eindringen können und somit ein Verrutschen der Eckverstärkungselemente 1 auf dem darunterliegenden Unterlaminat vermindert beziehungsweise verhindert wird.Furthermore, spikes 5 are arranged on the underside of the base plate 2, which can penetrate into the underlying material and thus a slipping of the corner reinforcement elements 1 on the underlying sub-laminate is reduced or prevented.

In 3 ist ein Eckverstärkungselement 1 gemäß 1 in der Draufsicht von oben dargestellt.In 3 is a corner reinforcing member 1 according to FIG 1 shown in top view.

In der Draufsicht ist der Überstandsbodenbereich 7 der Grundplatte 2 als rechteckiger Streifen von oben dargestellt. Die schrägen Flanken der Strukturelementaufnahme 3 bilden eine sich nach oben erstreckende Kontur, welche die zwei benachbarten Seiten eines Pyramidenstumpfes bilden, der auf den jeweils gegenüberliegenden Seiten lotrecht abgeschnitten ist.In the top view, the overhanging floor area 7 of the base plate 2 is shown as a rectangular strip from above. The inclined flanks of the structural element receptacle 3 form an upwardly extending contour which forms the two adjacent sides of a truncated pyramid which is cut off perpendicularly on the respective opposite sides.

Die Anschlagkante 9 verläuft jeweils beginnend am Schnittpunkt der Grundplatte 2 mit den schrägen Flanken der Strukturelementaufnahme 3 entlang der schrägen Flanken der Pyramidenstumpfseiten nach oben und begrenzt einen Überlaminierbereich 8 innerhalb der Strukturelementaufnahme 3. Der Überlaminierbereich 8 läuft zunächst als Streifen beginnend auf dem Niveau der Grundplatte 2 entlang einer schrägen Seite des Pyramidenstumpfes der Strukturelementaufnahme 3 nach oben, knickt in die obere Ebene des Pyramidendaches ab und setzt sich abgewinkelt in Richtung der zweiten schrägen Seite des Pyramidenstumpfes fort. Entlang der zweiten schrägen Seite verläuft der Überlaminierbereich 8 wieder nach unten bis zum Niveau der Grundplatte 2. Die Anschlagkante 9 ist die Trennlinie des Überlaminierbereiches 8 zum nicht überlaminierten Bereich der Strukturelementaufnahme 3. Weiterhin ist in der Draufsicht eine Schnittlinie A-A gezeigt.Starting at the intersection of the base plate 2 with the sloping flanks of the structural element receptacle 3, the stop edge 9 runs upwards along the sloping flanks of the truncated pyramid sides and delimits an overlaminating area 8 within the structural element receptacle 3. The overlaminating area 8 initially runs as a strip beginning at the level of the base plate 2 along a sloping side of the truncated pyramid of the structural element receptacle 3 upwards, bends into the upper plane of the pyramid roof and continues at an angle in the direction of the second sloping side of the truncated pyramid. Overlamination area 8 runs along the second sloping side down again to the level of base plate 2. Stop edge 9 is the dividing line between overlamination area 8 and non-overlaminate area of structural element receptacle 3. Section line A-A is also shown in the plan view.

In 4 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie A-A gemäß 3 dargestellt. Im Schnitt sind die Bereiche der Grundplatte 2 mit dem Überstandsbodenbereich 7 und dem Aufnahmebodenbereich 4 als einteilig ausgeführt erkennbar. Bevorzugt wird das Eckverstärkungselement 1 im 3D-Druck-Verfahren erzeugt und das Eckverstärkungselement ist somit einstückig ausgeführt und in einem Arbeitsschritt als 3D-Druck effizient hergestellt.In 4 is a section along the section line AA according to 3 shown. In section, the areas of the base plate 2 with the overhanging floor area 7 and the receiving floor area 4 can be seen as being made in one piece. The corner reinforcement element 1 is preferably produced using the 3D printing method and the corner reinforcement element is therefore designed in one piece and efficiently produced in one work step as a 3D print.

Die Grundplatte 2 weist nach unten Spikes 5 auf und im Aufnahmebodenbereich 4 sind Drainageelemente 6 in Form von Löchern für den Austritt fluider Komponenten, wie Harz, vorgesehen.The base plate 2 has spikes 5 at the bottom and drainage elements 6 in the form of holes for the escape of fluid components, such as resin, are provided in the receiving base area 4 .

Die Strukturelementaufnahme 3 ist im Schnitt mit einer schrägen Seitenfläche gezeigt, welche oben in den oberen Abschluss des Pyramidenstumpfes, das Pyramidendach, übergeht.The structural element receptacle 3 is shown in section with a sloping side face, which merges into the upper end of the truncated pyramid, the pyramid roof.

Zwischen der oberen Begrenzung des Pyramidenstumpfes, mithin dem Pyramidendach, und der schrägen Seitenflächen der Strukturelementaufnahme 3 sowie dem Aufnahmebodenbereich 4 von unten ist somit eine Kavität ausgebildet, welche der Aufnahme eines in dieser Figur nicht dargestellten Strukturelementes und insbesondere des Eckbereiches eines Strukturelementes dient. Das Eckverstärkungselement 1 ist statisch durch Materialwahl und Materialdicke derart bemessen und ausgelegt, dass es bei Autoklavdruck Formstabilität bewahrt und somit keine Deformationen der Eckbereiche bei der Herstellung von Composite Bauteilen eintreten. Die hinsichtlich der Festigkeit kritischen Eckbereiche von Strukturelementen bei der Herstellung von Composite Bauteilen werden somit durch die mechanischen Eigenschaften beziehungsweise die Festigkeit der Eckverstärkungselemente 1 geschützt.Between the upper boundary of the truncated pyramid, and therefore the pyramid roof, and the sloping side surfaces of the structural element receptacle 3 and the receptacle floor area 4 from below, a cavity is thus formed which serves to accommodate a structural element not shown in this figure and in particular the corner area of a structural element. The corner reinforcement element 1 is dimensioned and designed statically through the choice of material and material thickness in such a way that it retains its dimensional stability under autoclave pressure and thus no deformations of the corner areas occur during the production of composite components. The corner areas of structural elements in the production of composite components, which are critical in terms of strength, are thus protected by the mechanical properties or the strength of the corner reinforcement elements 1 .

Im Schnitt ist die Anschlagkante 9 als Kante erkennbar, welche den Überlaminierbereich 8 des Pyramidendaches, der oberen Seite der pyramidenstumpfartigen Strukturelementaufnahme 3, begrenzt. Die Drainageelemente 6 sind in der dargestellten Ausgestaltungsform als zylindrische Löcher ausgeführt. Ein Vorteil der Herstellung des Eckverstärkungselementes 1 im 3D-Druck-Verfahren besteht weiterhin darin, dass die Form und Größe der Drainageelemente 6 an die Eigenschaften des Harzes des Composite Bauteiles oder an die Erfordernisse von Kontaktflächen beziehungsweise von Kontaktstreifen beispielsweise flexibel angepasst werden kann.In section, the stop edge 9 can be seen as an edge which delimits the overlaminating area 8 of the pyramid roof, the upper side of the structural element receptacle 3 in the shape of a truncated pyramid. In the embodiment shown, the drainage elements 6 are designed as cylindrical holes. Another advantage of producing the corner reinforcement element 1 using the 3D printing process is that the shape and size of the Drai Nailing elements 6 can, for example, be flexibly adapted to the properties of the resin of the composite component or to the requirements of contact surfaces or contact strips.

In 5 ist ein Zwischenschritt bei der Herstellung eines Composite Bauelementes mit Hilfe eines Wabenkernes als Strukturelement 10 dargestellt. Die Waben des Wabenkernes sind dabei zeichnerisch angedeutet. Die Eckverstärkungselemente 1 sind auf den Wabenkern des Strukturelementes 10 aufgesteckt und nehmen die Eckbereiche des Strukturelementes 10 zwischen der Strukturelementaufnahme 3 und dem Bodenbereich der Grundplatte 2, dem Aufnahmebodenbereich 4, auf, beschrieben zu den 1 bis 4.
Das Strukturelement 10 mit den Eckverstärkungselementen 1 wird auf ein Unterlaminat 11 aufgesetzt. Die Spikes 5 gemäß der vorangegangenen Darstellung in den Grundplatten 2 der Eckverstärkungselemente 1 geben diesen Halt auf dem Unterlaminat 11.In 5 an intermediate step in the production of a composite component using a honeycomb core is shown as the structural element 10 . The honeycombs of the honeycomb core are indicated in the drawing. The corner reinforcement elements 1 are attached to the honeycomb core of the structural element 10 and take the corner areas of the structural element 10 between the structural element receptacle 3 and the bottom area of the base plate 2, the receptacle bottom area 4, described for the 1 until 4 .
The structural element 10 with the corner reinforcement elements 1 is placed on a sub-laminate 11 . The spikes 5 according to the previous illustration in the base plates 2 of the corner reinforcement elements 1 provide this hold on the sub-laminate 11.

In 6 ist ein Composite Bauteil dargestellt, welches im nächsten Arbeitsgang nach der Darstellung gemäß 5 bei der Herstellung entsprechender Wabenkern-Composite Bauteile mit einem Überlaminat 12 laminiert wurde. Das Überlaminat 12 wird dabei entlang der Anschlagkanten 9 der Eckverstärkungselemente 1 verlegt, wobei das Überlaminat 12 die in den 3 und 4 dargestellten Überlaminierbereiche 8 des Eckverstärkungselementes 1 überdeckt und damit das Eckverstärkungselement 1 fest in das Composite Bauteil einbindet.
Die Anschlagkante 9 ist von besonderem Vorteil für die automatisierte Herstellbarkeit laminierter Composite Bauteile, da die Positionierung der Laminatschichten entlang der Anschlagkante 9 automatisiert stattfinden kann.In 6 a composite component is shown, which in the next step according to the illustration 5 was laminated with an overlaminate 12 in the production of corresponding honeycomb core composite components. The overlaminate 12 is laid along the stop edges 9 of the corner reinforcement elements 1, the overlaminate 12 in the 3 and 4 illustrated over-laminating areas 8 of the corner reinforcement element 1 are covered and thus the corner reinforcement element 1 is firmly incorporated into the composite component.
The stop edge 9 is of particular advantage for the automated manufacturability of laminated composite components, since the positioning of the laminate layers along the stop edge 9 can take place in an automated manner.

Neben Eckverstärkungselementen können mittels 3D-Druck erzeugte Funktionselemente für Composite Bauteile auf einfache Weise erzeugt und eingesetzt werden. Dazu sind beispielhaft Kabelhalter oder ein Bohrbild für Scharniere und diverse Schablonen fertigungstechnisch in einem Arbeitsgang und ohne zusätzlichen Aufwand erzeugbar.In addition to corner reinforcement elements, functional elements for composite components produced using 3D printing can be easily produced and used. For example, cable holders or a drilling pattern for hinges and various templates can be produced in one production step and without additional effort.

Die 3D-Druckteile bei den dargestellten Composite Bauteilen können auch entlang einer Wabenschräge verlaufen, um dort Lasteinleitungen mit zu übernehmen. Alternativ zu Eckverstärkungselementen für Außenecken sind Verstärkungselemente für Innenecken analog in gezeigter Weise ausführbar.The 3D printed parts in the composite components shown can also run along a honeycomb slope in order to take over the load introduction there. As an alternative to corner reinforcement elements for outside corners, reinforcement elements for inside corners can be implemented analogously in the manner shown.

BezugszeichenlisteReference List

11
Eckverstärkungselementcorner reinforcement element
22
Grundplattebase plate
33
Strukturelementaufnahmestructural element recording
44
Aufnahmebodenbereichrecording floor area
55
Spikesspikes
66
Drainageelementedrainage elements
77
Überstandsbodenbereichoverhang area
88th
Überlaminierbereichoverlaminate area
99
Anschlagkantestop edge
1010
Strukturelementstructural element
1111
Unterlaminatsublaminate
1212
Überlaminatoverlaminate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102018115241 A1 [0003]DE 102018115241 A1 [0003]
  • DE 4314861 A1 [0004]DE 4314861 A1 [0004]

Claims (10)

Eckverstärkungselement (1) für Composite Bauteile mit 3-dimensionalen Strukturelementen (10), aufweisend eine Grundplatte (2) und eine darauf angeordnete Strukturelementaufnahme (3), wobei die Form der Strukturelementaufnahme (3) mit der Form des Eckbereiches des Strukturelementes (10) korrespondiert und die Oberseite der Strukturelementaufnahme (3) einen Überlaminierbereich (8) aufweist, der mit einer Anschlagkante (9) begrenzt ist.Corner reinforcement element (1) for composite components with 3-dimensional structural elements (10), having a base plate (2) and a structural element receptacle (3) arranged thereon, the shape of the structural element receptacle (3) corresponding to the shape of the corner area of the structural element (10). and the upper side of the structural element receptacle (3) has an overlaminating area (8) which is delimited by a stop edge (9). Eckverstärkungselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (2) einen Überstandsbodenbereich (7) und einen Aufnahmebodenbereich (4) aufweist.Corner reinforcement element (1) according to claim 1 , characterized in that the base plate (2) has an overhanging floor area (7) and a receiving floor area (4). Eckverstärkungselement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Drainageelemente (6) als Löcher im Aufnahmebodenbereich (4) der Grundplatte (2) ausgebildet sind.Corner reinforcement element (1) according to claim 1 or 2 , characterized in that drainage elements (6) are designed as holes in the receiving floor area (4) of the base plate (2). Eckverstärkungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Spikes (5) an der Grundplatte (2) sich nach unten erstreckend zur Positionierung im Unterlaminat (11) ausgebildet sind.Corner reinforcement element (1) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that spikes (5) are formed on the base plate (2) extending downward for positioning in the sub-laminate (11). Eckverstärkungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das 3-dimensionale Strukturelement (10) als Wabenplatte ausgeführt ist und in den Randbereichen der Wabenplatte Wabenschrägen ausgebildet sind.Corner reinforcement element (1) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the 3-dimensional structural element (10) is designed as a honeycomb panel and honeycomb bevels are formed in the edge regions of the honeycomb panel. Eckverstärkungselement (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelementaufnahme (3) für die Eckbereiche der Wabenplatten korrespondierend zu den Wabenschrägen ausgebildet ist.Corner reinforcement element (1) according to claim 5 , characterized in that the structural element receptacle (3) for the corner regions of the honeycomb panels is designed to correspond to the honeycomb bevels. Eckverstärkungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelementaufnahme (3) auf zwei benachbarten Seiten pyramidenstumpfartig und hohl zur Aufnahme der Strukturelementecken ausgebildet ist.Corner reinforcement element (1) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the structural element receptacle (3) is formed on two adjacent sides in the manner of a truncated pyramid and is hollow for receiving the structural element corners. Eckverstärkungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Eckverstärkungselement (1) im 3D-Druck-Verfahren hergestellt ist.Corner reinforcement element (1) according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the corner reinforcement element (1) is produced in the 3D printing process. Eckverstärkungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Eckverstärkungselement (1) aus Polylactide (PLA), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), High Impact Polystyrene (HIPS), Polyhydroxyfettsäure (PHA) oder Polyetheretherkton (PEEK) ausgebildet ist.Corner reinforcement element (1) according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the corner reinforcement element (1) is made of polylactide (PLA), acrylonitrile butadiene styrene copolymer (ABS), high impact polystyrene (HIPS), polyhydroxy fatty acid (PHA) or polyetheretherktone (PEEK). Verfahren zur Herstellung eines Composite Bauteiles mit laminiertem Strukturelement (10) unter Verwendung von Eckverstärkungselementen (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte: - Positionieren des Unterlaminates (11), - Aufstecken der Eckverstärkungselemente (1) auf die Ecken des Strukturelementes (10), - Positionieren des Strukturelementes (10) mit den Eckverstärkungselementen (1) auf dem Unterlaminat (11), - Laminieren des Überlaminates (12) entlang der Anschlagkanten (9) der Eckverstärkungselemente (1) und - Autoklavieren des Composite Bauteiles.Method for producing a composite component with a laminated structural element (10) using corner reinforcement elements (1) according to one of the preceding claims, comprising the following method steps: - positioning of the sub-laminate (11), - Attaching the corner reinforcement elements (1) to the corners of the structural element (10), - Positioning the structural element (10) with the corner reinforcement elements (1) on the sub-laminate (11), - Laminating the overlaminate (12) along the stop edges (9) of the corner reinforcement elements (1) and - Autoclaving of the composite component.
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