EP2828069A1 - Strukturbauteil-halbzeug zur herstellung eines faserverstärkten strukturbauteils sowie strukturbauteil und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Strukturbauteil-halbzeug zur herstellung eines faserverstärkten strukturbauteils sowie strukturbauteil und verfahren zu dessen herstellung

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EP2828069A1
EP2828069A1 EP13712213.1A EP13712213A EP2828069A1 EP 2828069 A1 EP2828069 A1 EP 2828069A1 EP 13712213 A EP13712213 A EP 13712213A EP 2828069 A1 EP2828069 A1 EP 2828069A1
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EP
European Patent Office
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structural component
wall element
channel
matrix material
product according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13712213.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Valentine Troi
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SUPERTEX COMPOSITES GMBH
Original Assignee
SuperTEX composites GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by SuperTEX composites GmbH filed Critical SuperTEX composites GmbH
Publication of EP2828069A1 publication Critical patent/EP2828069A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y10T428/1372—Randomly noninterengaged or randomly contacting fibers, filaments, particles, or flakes

Definitions

  • the invention relates to a structural component semi-finished product for producing a fiber-reinforced structural component according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a fiber-reinforced structural component and a method for its production.
  • a fiber-reinforced structural component which can be produced in a simple manner and can be used for a wide variety of applications.
  • the structural component has a tubular inner wall element, on which at least one layer of reinforcing fibers is applied.
  • the reinforcing fibers are in turn surrounded by a jacket-shaped outer wall element.
  • This structure forms a semi-finished product which can be formed simply and flexibly, so that any target shapes can be produced.
  • a liquid or flowable plastic is introduced into the receiving space delimited between the wall elements, which is also referred to as matrix or matrix material. After curing, the plastic together with the reinforcing fibers forms a fiber composite material which has a high stability.
  • the structural component in this case has the desired desired shape, which was generated in a simple manner before the curing of the plastic.
  • a flow aid is arranged between the wall elements.
  • the flow aid is formed, for example, as a braid or fabric made of plastic fibers, along which the liquid plastic is distributed in the receiving space and soaks through the reinforcing fibers.
  • a fiber reinforced pipe body which is formed in a straight line.
  • the fiber reinforced tubular body has a tubular core, a fiber reinforced layer, and a resin distribution medium interposed therebetween surrounded by an airtight material such as a vacuum tube.
  • the resin distribution medium is formed by grooves extending longitudinally and perpendicularly thereto.
  • the airtight material is formed by a negative mold, in which the tubular core with the fiber-reinforced layer must be inserted.
  • the invention has for its object to provide a structural component semi-finished, which allows a simpler and better way to produce a fiber-reinforced structural component with a desired nominal shape.
  • a structural component semi-finished product with the features of claim 1. Because the flow aid is designed as at least one channel on a side of at least one of the wall elements facing the receiving space, the production step of applying plastic fibers as flow aid can be dispensed with. The preparation of the flow aid can be easily integrated into the production step of one of the wall elements, whereby the production of the structural Semi-finished semi-finished product is simplified as a whole. Furthermore, the formation of the flow aid as at least one channel improves the distribution of the matrix material in the receiving space, since the matrix material can flow substantially unhindered along the at least one channel and can be quickly and easily distributed in the receiving space for impregnation of the reinforcing fibers. This is particularly advantageous when the structural component semifinished product has large dimensions and the feeding of the flowable matrix material takes place through a feed opening arranged at a distance.
  • the stability of a structural component produced from the structural component semifinished product is improved, since the space for the unsustainable plastic fibers of the prior art is available as additional space for reinforcing fibers and / or matrix material.
  • Structural component-semifinished product also has an improved bending behavior, since the bending behavior is no longer impaired by the lack of synthetic fibers and the bending behavior can be selectively influenced by the at least one channel.
  • the arrangement of the at least one channel is preferably carried out in the manner that the associated
  • the at least one channel is formed in the first wall element.
  • the distribution of the matrix material and the infiltration of the reinforcing fibers along the entire structural component semi-finished product are thus ensured in a simple manner by the at least one channel.
  • the at least one channel for this purpose is designed to be completely open in the direction of the receiving space.
  • a separate application of the flow aid is no longer necessary, which on the one hand simplifies the production of the structural component semifinished product and on the other hand, the weight and space required by the flow aid known from the prior art, can be saved.
  • the structural component semifinished product accordingly becomes easier to produce and, with less weight and less wall thickness, has the same or improved stability.
  • the introduction of the matrix material can be controlled more easily and better by the at least one channel, so that an optimization of the matrix material flow and a corresponding optimization of the infiltration process of the reinforcing fibers is achieved.
  • the structural component resulting from the structural component semifinished product also has a high stability and carrying capacity.
  • the wall elements are malleable, a shaping of the structural component semifinished product for producing a structural component with a desired desired shape is made possible in a simple manner.
  • the wall elements or the structural component semifinished product are manually formable.
  • the wall elements can be made for example of a flexible material, such as plastic, foam or a rubber-like material.
  • at least one of the wall elements may be made of metal or comprise a metal layer. If the metal layer is sufficiently thin, the wall element can be deformed manually, but with the advantage that the wall element remains in the desired shape and does not have to be fixed by auxiliary means in the desired shape for infiltration with the matrix material.
  • the first Wall element comprise an aluminum layer referred to as aluminum inliner.
  • the wall elements can be shaped in such a way that a structural component with an at least partially curved or bent desired shape can be produced.
  • the feed opening for introducing the matrix material is preferably formed on an end face of the structural component semifinished product, on which the receiving space is open. Because the wall elements are malleable and the second, outer wall element is not formed by a negative mold, the production of a structural component with a desired and at least partially curved desired shape is possible in a simple manner by deforming the wall elements and introducing the matrix material into the receiving space , The matrix material can be introduced after the wall elements have been formed or before the wall elements have been formed.
  • the structural component semifinished product preferably has a length of less than 10 m, preferably less than 6 m, preferably less than 4 m, preferably less than 3 m, preferably less than 2.5 m , and preferably less than 2.0 m.
  • the first wall element is formed in cross section, for example, as a hollow profile, half-profile or solid profile.
  • the first wall element may be formed, for example, of metal and / or plastic.
  • the first wall element is deformable or flexible so that the structural component semifinished product can be brought into a desired desired shape.
  • the wall element may be formed due to the material so that it retains the desired desired shape after deformation itself.
  • the first or inner wall element is so preferably plastically deformable.
  • the second or outer wall element is formed according to the first wall element in cross section as a hollow profile surrounding the formed as a hollow profile, half-profile or solid profile first wall element.
  • the wall elements are in particular tubular in shape with a circular cross-section.
  • a structural component semifinished product according to claim 3 allows a simple way of improved introduction of the matrix material.
  • the wall element serves as an outer jacket and allows the introduction of the matrix material by a differential pressure, that is to say a negative or positive pressure, in the longitudinal direction of the structural component semifinished product.
  • the wall element provides the flow aid, wherein the flow of the matrix material can be selectively controlled by the at least one channel.
  • the wall element is made of metal and / or plastic, for example.
  • the wall element is formed, for example, as a plastic tube or pipe or shrink tubing.
  • a structural component semifinished product according to claim 4 enables a rapid distribution of the matrix material in the receiving space. Characterized in that at least one channel is formed on both wall elements, a high amount of matrix material can be introduced in a short time in the receiving space, so that there is a short infusion time.
  • a structural component semifinished product according to claim 5 ensures that the matrix material is also distributed transversely to the longitudinal direction in the receiving space.
  • the angle ⁇ is valid for exactly one channel, for a plurality of channels or for all channels.
  • a structural component semifinished product according to claim 6 ensures that the matrix material is distributed in the longitudinal direction in the receiving space.
  • the angle ⁇ is valid for exactly one channel, for a plurality of channels or for all channels.
  • a structural component semifinished product according to claim 7 ensures an unimpeded flow of the matrix material in the at least one channel. Because the channel direction encloses an angle ⁇ with the fiber direction of the nearest reinforcing fibers, the reinforcing fibers can not enter the at least one channel and thus do not affect the flow of the matrix material. Depending on the design of the structural component semifinished product, the angle ⁇ is valid for exactly one channel, for several channels or for all channels.
  • a structural component semifinished product according to claim 8 ensures a rapid distribution of the matrix material in the receiving space. Due to the at least two channels, a comparatively high amount of matrix material can be distributed.
  • a structural component semifinished product according to claim 9 ensures a unidirectional distribution of the matrix material in the receiving space.
  • the at least two mutually parallel channels can be arranged as longitudinal channels which extend parallel to the longitudinal direction.
  • the at least two parallel mutually arranged channels can be arranged as spiral channels whose channel direction encloses an angle ⁇ with the longitudinal direction which is greater than 0 °.
  • a structural component semifinished product according to claim 10 ensures rapid distribution of the matrix material in several directions.
  • the sewer tions of the at least two intersecting channels include an angle ⁇ , wherein for the angle ⁇ preferably applies: ⁇ > 10 °, in particular ⁇ > 20 °, and in particular ⁇ > 30 °.
  • the channel directions are arranged symmetrically to the longitudinal direction.
  • a structural component semifinished product according to claim 1 1 ensures an unimpeded flow of the matrix material in the at least one channel.
  • the ratio of maximum depth to maximum width ensures that the at least one channel is not clogged by the reinforcing fibers and / or by the matrix material.
  • T / B> 1 applies to the ratio T / B.
  • a structural component semifinished product according to claim 12 enables the production of structural components with comparatively small radii of curvature.
  • a structural component semifinished product according to claim 13 ensures a simple production of a structural component.
  • the formation parallel to the longitudinal direction extending channels in the first wall element is possible in a simple manner.
  • the first wall element is preferably made of metal, such as formed of aluminum.
  • the first wall element is produced as an extruded profile.
  • a structural component semifinished product according to claim 14 ensures in a simple manner the distribution of the matrix material in the longitudinal direction and transverse direction.
  • the first wall element has exactly one channel which runs in a spiral.
  • multiple channels may be spiraled.
  • all channels are parallel spirally.
  • a structural component semifinished product according to claim 15 remains after molding in the desired curved or curved desired shape, so that no further aids are required for the production of the structural component. In particular, no fixatives or a negative mold are required.
  • the first wall element can either be formed entirely from a flexible metal or at least have a flexible metal layer. As a result, the plastic deformability is ensured.
  • a structural component semifinished product according to claim 16 is easily deformable or bendable. After shaping of the structural component semi-finished product, this is fixed pointwise and / or in regions by means of auxiliaries or fixing agents in order to ensure that it remains in the desired desired shape. However, the aids or fixing means do not constitute a negative mold, since the receiving space is limited even in the case of an area-wise fixation by the second or outer wall element.
  • a structural component semifinished product according to claim 17 improves the incorporation of the matrix material. Because the at least one channel tapers in the direction of the receiving space, the matrix material is accelerated in the direction of the receiving space and the reinforcing fibers. Preferably, the at least one channel is formed in the first wall element, so that the at least one channel tapers from the central longitudinal axis in the direction of the receiving space.
  • a structural component semifinished product according to claim 18 ensures on the one hand the deformability and on the other hand the required stability of the second wall element for introducing the matrix material.
  • a structural component semifinished product according to claim 19 ensures a sufficient stability of the second wall element for introducing the matrix material.
  • a structural component semifinished product according to claim 20 enables in a simple manner the production of structural components for a variety of applications.
  • a structural component semifinished product according to claim 21 enables in a simple manner the production of tubular structural components with different cross-sectional shapes.
  • a structural component semifinished product according to claim 22 enables a simpler production of structural components with needs-based properties.
  • both wall elements are integrally formed. Due to the one-part design, the first wall element and / or the second wall element can be easily removed after the curing of the matrix material become. As a result, a low weight of the structural component is achieved.
  • the structural component has a smooth surface after removal of the second wall element, if it has no channels. As a result, visually appealing structural components can be produced without further post-processing.
  • a structural component semifinished product according to claim 23 ensures in a simple manner a deformability or flexibility.
  • the outer wall element is made of PVC, for example.
  • the invention is further based on the object of providing a fiber-reinforced structural component with a desired desired shape, which is easy to produce. This object is achieved by a fiber-reinforced structural component with the
  • the structural component semi-finished product according to the invention can easily be brought into a desired curved or bent desired shape and provided with matrix material over a comparatively long length.
  • the matrix material can quickly and easily distribute in the receiving space and impregnate the reinforcing fibers, without the desired shape is impaired.
  • the fiber-reinforced structural component is produced, which has a high rigidity and load capacity. Due to the simple shaping of the structural component semifinished product and the simple introduction of the matrix material, the production of the fiber-reinforced structural component is also possible with a comparatively large length.
  • the fiber-reinforced structural component thus has a desired shape, which is at least partially curved.
  • the invention is further based on the object to provide a simple method for producing a fiber-reinforced structural component with a desired desired shape.
  • the structural component semifinished product according to the invention makes it possible to generate a desired curved or curved nominal shape and to easily introduce the matrix material through the feed opening into the receiving space, so that the matrix material in the receiving space is rapidly distributed and the reinforcing fibers are provided with the matrix material.
  • the generation of the desired shape can take place before or after the introduction of the flowable matrix material.
  • the flowable matrix material is introduced by a pressure difference, that is, a positive or negative pressure in the receiving space.
  • the hardening of the Materixmaterials can basically be done in any way, for example at room temperature or to accelerate the curing under heat.
  • the structural component can be produced easily and with an at least partially curved desired shape.
  • a method according to claim 26 ensures a simple production of the fiber-reinforced structural component. Due to the fact that the structural component semifinished product retains the desired shape due to the plastic deformability, no additional aids or fixing agents are required. In particular, no negative mold is required.
  • a method according to claim 27 allows in a simple way a whereabouts of the structural component semifinished product in the desired desired form. By means of the aids or fixing means, the structural component semi-finished product is fixed pointwise and / or in sections. A negative form is not required. An area fixation is not a negative form, since the receiving space is limited by the second wall element.
  • a method according to claim 28 ensures the production of structural components with desired properties. By removing the first wall element and / or the second wall element, the structural component has a low weight. If the second wall element has no channels, the removal of the second wall element achieves a smooth surface of the structural component. Further features, advantages and details of the invention will become apparent from the following description of several embodiments. Show it:
  • FIG. 1 is a perspective view of a fiber-reinforced structural component according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows an axial section through the structural component in FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 shows a cross section through the structural component in Fig. 1,
  • Fig. 4 is a side view of a first, inner wall element of
  • Structural component in Fig. 1, 1 a cross-sectional view of a fiber-reinforced structural component according to a second exemplary embodiment, a cross-section through a fiber-reinforced structural component according to a third exemplary embodiment, a side view of a first wall element for a fiber-reinforced structural component according to a fourth exemplary embodiment, a side view of a first wall element for a fiber-reinforced structural component according to a fifth exemplary embodiment, 3 a side view of a first wall element for a fiber-reinforced structural component according to a sixth exemplary embodiment, a side view of a first wall element for a fiber-reinforced structural component according to a seventh exemplary embodiment, a cross section through a first wall element of a fiber-reinforced structural component according to an eighth embodiment,
  • FIG. 12 shows a cross section through a first wall element of a fiber-reinforced structural component according to a ninth embodiment, a cross section through a first wall element of a fiber reinforced structural component according to a tenth embodiment, a cross section through a first wall element of a fiber reinforced structural component according to an eleventh embodiment, a cross section through a first wall element of a fiber reinforced structural component according to a twelfth embodiment, a cross section through a first wall element of a fiber reinforced Structural component according to a thirteenth embodiment, a cross section through a first wall element of a fiber reinforced structural component according to a fourteenth embodiment, a cross section through a first wall element of a fiber reinforced structural component according to a fifteenth embodiment, and a partially illustrated cross section through a first wall element of a fiber reinforced structural component according to a sixteenth embodiment ,
  • a first embodiment of the invention will be described with reference to FIGS.
  • a fiber-reinforced structural component 1 is produced from a structural component semifinished product 2.
  • the structural component semifinished product 2 comprises a first, inner wall element 3, which is surrounded by a second, outer wall element 4.
  • the wall elements 3, 4 are arranged concentrically to a central longitudinal axis M of the structural component semifinished product 2.
  • the wall elements 3, 4 are formed as hollow cylinders and in particular have a circular cross-section.
  • the wall elements 3, 4 define in a radial direction designated as transverse direction Q between them a receiving space 5 which extends in a longitudinal direction L.
  • a plurality of reinforcing fibers 6 are arranged.
  • the reinforcing fibers 6 may be applied in one or more layers and be woven, braided or wound.
  • carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, basalt fibers, hemp fibers and / or bamboo fibers can be used as reinforcing fibers 6.
  • the structural component semifinished product 2 has, on the front side, in each case a feed opening 8, 9 which opens into the receiving space 5.
  • the structural component semifinished product 2 has a flow aid 10, which is designed in the form of channels 11.
  • the channels 1 1 are formed on a side facing the receiving space 5 side of the first wall element 3.
  • the wall element 3, 4, the receiving space 5 with the feed openings 8, 9, the reinforcing fibers 6 and the flow aid 10 form the structural component semifinished product 2.
  • the channels 1 1 1 extend parallel to each other and parallel to the longitudinal direction L.
  • the receiving space 5 is circumferential in cross-section and designed as an annular space.
  • the channels 1 1 are formed in uniform angular sections about the central longitudinal axis M on the wall element 3.
  • the channels 1 1 each have a maximum depth T and a maximum width B, where: T / B> 0.8, in particular T / B> 1.0, and in particular T / B> 1.2.
  • the wall elements 3, 4 are made of a material such that the structural component semi-finished product 2 can be brought manually into a desired desired shape.
  • the wall elements 3, 4 are made for example of plastic, wherein the wall element 3 may comprise, for example, an aluminum layer or an aluminum inliner.
  • the structural component semifinished product 2 is first brought into a desired shape.
  • flowable matrix material 7 is introduced through one of the feed openings 8, 9. This is preferably done by a differential pressure is applied between the supply ports 8, 9, so a negative or positive pressure.
  • the matrix material 7 flows through the channels 1 1 and into the receiving space 5 and wets or impregnates the reinforcing fibers 6.
  • the channels 1 1 are formed completely open in the direction of the receiving space 5, so that the matrix material 7 along the channels 1 1 and in the transverse direction Q in the Recording room 5 can flow.
  • the receiving space 5 is simply and quickly filled with the matrix material 7 and the reinforcing fibers 6 are impregnated by the matrix material 7.
  • the matrix material 7 hardens in the desired shape of the structural component semifinished product 2, so that the structural component 1 is produced.
  • the curing can be carried out at room temperature or under heat.
  • the wall elements 3, 4 can then be removed if necessary.
  • the flow aid 10 is formed as a spiral channel 1 1 on the first wall element 3.
  • a corresponding channel 11 may be formed on the second wall element 4.
  • the channel direction K encloses with the longitudinal direction L an angle of ⁇ - 45 °.
  • the fiber direction F of the nearest reinforcing fibers 6 runs parallel to the longitudinal direction L and encloses an angle ⁇ ⁇ 45 ° with the channel direction K.
  • the channel direction K with the longitudinal direction L forms an angle ⁇ ⁇ 80 °.
  • the fiber direction F of the reinforcing fibers 6 extends at an angle of approximately 30 ° to the longitudinal direction L, so that the fiber direction F and the channel direction K enclose an angle ⁇ ⁇ 70 °.
  • two spiral channels 1 1 are formed, which intersect and extend substantially at an angle ⁇ ⁇ 90 ° to each other and at an angle of ⁇ ⁇ 45 ° to the longitudinal direction L.
  • the fiber direction F of the reinforcing fibers 6 is parallel to the longitudinal direction L, so that the angle ⁇ is ⁇ 45 °.
  • the seventh embodiment according to the first and the sixth embodiment a plurality of parallel to the longitudinal direction L extending channels 1 1 and two spiral channels 1 1, each extending at an angle of ⁇ ⁇ 45 ° to the longitudinal direction L.
  • the channels 1 1 are formed on the first wall element 3.
  • the channels 1 1 at the second wall be formed element 4.
  • the fiber direction F runs at an angle ⁇ ⁇ 22.5 ° relative to the channel directions K.
  • the first wall element 3 is formed as a solid profile.
  • the exemplary embodiments according to FIGS. 12 to 16 each show a hollow cylindrical design of the wall element 3 with an oval cross section, a square cross section, a polygonal cross section, a rectangular cross section and a triangular cross section.
  • the channels 1 1 may be formed on the wall element 3 and / or on the wall element 4.
  • the embodiments according to FIGS. 17 and 18 are T-shaped in cross-section and U-shaped. With regard to the further structure and further operation, reference is made to the preceding embodiments.
  • the sixteenth embodiment has compared to the previous embodiments channels 1 1, which taper in the direction of the receiving space 5.
  • the channels 1 1 are formed in the first wall element 3 and / or the second wall element 4.
  • the channels 1 1 have a maximum depth T, which is greater than a maximum width B.
  • the structural component semifinished product 2 makes it possible to produce freely shaped fiber-reinforced structural components 1, which can be produced by infiltration of a matrix material 7 or resin without a negative mold or a tool.
  • the structural component semifinished product 2 is preferably flexible so that it can be brought into a desired desired shape before the curing process.
  • the cured structural component 1 may be a hybrid component of the wall elements 3, 4 and a fiber composite layer.
  • the fiber composite layer is formed from the reinforcing fibers 6 and the hardened matrix material 7.
  • one of the wall elements 3, 4 or both wall elements 3, 4 are removed from the fiber composite layer, so that the fiber-reinforced structural component 1 is formed exclusively by the fiber composite layer.
  • the first wall element 3 can in principle have a wide variety of cross-sectional shapes.
  • the reinforcing fibers 6 may be applied as one or more layers.
  • the reinforcing fibers 6 or the layers can be woven, braided or wound. If the structural component semifinished product 2 is brought into a desired shape, then the fiber layer is preferably drapable or extensible, so that a simple shaping is possible.
  • the fiber layers can be applied manually or by machine.
  • the matrix material 7 may be a thermosetting or thermoplastic resin system having a sufficiently low viscosity for the infiltration and / or bending process.
  • the matrix material 7 can be introduced before or after the bending process of the structural component semifinished product 2 by means of a differential pressure. The curing of the matrix material 7 or resin can either take place at room temperature or be accelerated by a supply of heat.
  • the second wall element 4 allows the introduction of the matrix material 7 without a negative tool, since between the wall elements 3, 4 along the longitudinal direction L, a negative or positive pressure can be constructed and thus the matrix material 7 can be transported via the flow aid 10 in the reinforcing fibers 6.
  • the second wall element 4 may for example be made of plastic and be applied manually or mechanically.
  • Manually applied wall elements 4 may be plastic hoses or tubing or heat shrink tubing.
  • Machine applied wall elements 4 may be extruded thermoplastics or mechanically wound plastic or shrink bands.
  • the wall elements 3, 4 are preferably formed such that a
  • Radius of curvature of the structural component semifinished product 2 can be achieved, wherein the radius of curvature is in particular less than ten times, in particular eight times, in particular six times and in particular four times the outer diameter D of the second wall element 4.
  • the second wall element 4 has an outer diameter D and a radial wall thickness W, where 5 ⁇ D / W ⁇ 30 and in particular 10 ⁇ D / W ⁇ 20.
  • the outer wall element 4 is preferably formed of a material having a hardness of at most 100 Shore A, in particular of at most 90 Shore A, and in particular of at most 80 Shore A.
  • the outer diameter D of the second wall element 4 is preferably 10 mm ⁇ D ⁇ 200 mm, in particular 15 mm ⁇ D ⁇ 150 mm, and in particular 20 mm ⁇ D ⁇ 100 mm.
  • the first wall element 3 and / or the second wall element 4 is preferably formed in one piece.
  • the first wall element 3 and / or the second wall element 4 can be removed after curing of the matrix material 7, so that the structural component 1 has a low weight. If the second wall element 4 has no channels, the structural component 1 has a smooth surface after removal of the outer wall element 4.
  • the wall thickness W of the first wall element 3 and / or of the second wall element 4 is between 1 mm and 6 mm, in particular between 1.5 mm and 5 mm, and in particular between 2 mm and 4 mm.
  • the wall thickness W of the wall elements 3, 4 may be the same or different. In particular, the wall thickness W depends on whether the respective wall element 3, 4 has at least one channel 11.
  • the structural component semifinished product 2 is plastically deformable, it retains the at least partially curved desired shape after shaping or bending itself, so that aids or fixing agents are not required. If, on the other hand, the structural component semifinished product 2 is made of an elastically deformable or bendable material, then the curved desired shape can be retained by point-wise or area-wise fixation in the at least partially curved desired shape. For this purpose, simple aids or fixatives can be used. In any case, a negative mold is not required. Depending on the desired properties of the structural component 1, the features of the individual exemplary embodiments can be combined with one another as required to form a structural component semifinished product 2 or a fiber-reinforced structural component 1.

Abstract

Ein Strukturbauteil-Halbzeug (2) weist zwei Wandelemente (3, 4) auf, die einen Aufnahmeraum (5) in einer Querrichtung (Q) zumindest teilweise begrenzen. Der Aufnahmeraum (5) erstreckt sich in einer Längsrichtung (L). In dem Aufnahmeraum (5) sind Verstärkungsfasern (6) angeordnet. Zum Verteilen eines Matrixmaterials (7) in dem Aufnahmeraum (5) ist eine Fließhilfe (10) vorgesehen, die als mindestens ein Kanal (11) an einer dem Aufnahmeraum (5) zugewandten Seite mindestens eines der Wandelemente (3, 4) ausgebildet ist. Der mindestens eine Kanal (11) ermöglicht ein einfaches und schnelles Verteilen des Matrixmaterials (7) in dem Aufnahmeraum (5) zum Versehen der Verstärkungsfasern (6) mit Matrixmaterial (7). Zur Erzeugung eines Strukturbauteils (1) mit einer zumindest teilweise gekrümmten Sollform sind die Wandelemente (3, 4) formbar. Zur Herstellung eines faserverstärkten Strukturbauteils (1) wird das Strukturbauteil-Halbzeug (2) in eine Sollform gebracht und durch eine Zuführöffnung fließfähiges Matrixmaterial (7) in den Aufnahmeraum (5) eingebracht, das sich über den mindestens einen Kanal (11) verteilt und die Verstärkungsfasern (6) durchtränkt. Anschließend härtet das Matrixmaterial (7) aus und bildet das Strukturbauteil (1) aus.

Description

Strukturbauteil-Halbzeug zur Herstellung eines faserverstärkten Strukturbauteils sowie Strukturbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung Der Inhalt der deutschen Patentanmeldung 10 2012 204 604.6 wird durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil-Halbzeug zur Herstellung eines faserverstärkten Strukturbauteils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein faserverstärktes Strukturbauteil sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Aus der WO 2010/129 975 A2 ist ein faserverstärktes Strukturbauteil bekannt, das in einfacher Weise herstellbar ist und für verschiedenste An- Wendungen einsetzbar ist. Das Strukturbauteil weist ein schlauchförmiges inneres Wandelement auf, auf das mindestens eine Lage Verstärkungsfasern aufgebracht ist. Die Verstärkungsfasern sind wiederum von einem mantelförmigen äußeren Wandelement umgeben. Dieser Aufbau bildet ein Halbzeug, das einfach und flexibel formbar ist, sodass beliebige Sollfor- men erzeugbar sind. Zum Ausbilden des Strukturbauteils wird in den zwischen den Wandelementen begrenzten Aufnahmeraum ein flüssiger bzw. fließfähiger Kunststoff eingebracht, der auch als Matrix bzw. Matrixmaterial bezeichnet wird. Nach dem Aushärten bildet der Kunststoff zusammen mit den Verstärkungsfasern ein Faserverbundmaterial, das eine hohe Stabi- lität aufweist. Das Strukturbauteil weist hierbei die gewünschte Sollform auf, die vor dem Aushärten des Kunststoffs in einfacher Weise erzeugt wurde. Um den flüssigen Kunststoff in einfacher Weise zwischen das innere Wandelement und das äußere Wandelement einzubringen bzw. zu infundieren, ist zwischen den Wandelementen eine Fließhilfe angeordnet. Die Fließhilfe ist beispielsweise als Geflecht oder Gewebe aus Kunststofffasern ausgebildet, entlang denen der flüssige Kunststoff sich im Aufnahmeraum verteilt und die Verstärkungsfasern durchtränkt.
Aus der EP 1 170 1 17 AI ist ein faserverstärkter Rohrkörper bekannt, der geradlinig ausgebildet ist. Der faserverstärkte Rohrkörper weist einen rohr- förmigen Kern, eine faserverstärkte Schicht und ein dazwischen angeordnetes Harzverteilungsmedium auf, die von einem luftdichten Material, wie beispielsweise einem Vakuumschlauch umgeben sind. Das Harzverteilungsmedium ist durch Nuten ausgebildet, die in Längsrichtung und senkrecht dazu verlaufen. Bei der Herstellung von gekrümmten faserverstärkten Rohrkörpern wird das luftdichte Material durch eine Negativform gebildet, in die der rohrförmige Kern mit der faserverstärkten Schicht eingelegt werden muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strukturbauteil-Halbzeug zu schaffen, das auf einfachere und bessere Weise die Herstellung eines faserverstärkten Strukturbauteils mit einer gewünschten Sollform ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Strukturbauteil-Halbzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass die Fließhilfe als mindestens ein Kanal an einer dem Aufnahmeraum zugewandten Seite mindestens eines der Wandelemente ausgebildet ist, kann der Herstellungsschritt des Aufbringens von Kunststofffasern als Fließhilfe entfallen. Das Herstellen der Fließhilfe kann in einfacher Weise in den Herstellungsschritt eines der Wandelemente integriert werden, wodurch die Herstellung des Struktur- bauteil-Halbzeugs insgesamt vereinfacht wird. Weiterhin wird durch die Ausbildung der Fließhilfe als mindestens ein Kanal die Verteilung des Matrixmaterials in dem Aufnahmeraum verbessert, da entlang des mindestens einen Kanals das Matrixmaterial im Wesentlichen ungehindert strömen und sich zur Durchtränkung der Verstärkungsfasern schnell und einfach im Aufnahmeraum verteilen kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Strukturbauteil-Halbzeug große Abmessungen hat und das Zuführen des fließfähigen Matrixmaterials durch eine entfernt liegende Zuführöffnung erfolgt.
Darüber hinaus wird im Vergleich zum Stand der Technik die Stabilität eines aus dem Strukturbauteil-Halbzeugs hergestellten Strukturbauteils verbessert, da der Raum für die nicht tragfähigen Kunststofffasern des Standes der Technik als zusätzlicher Raum für Verstärkungsfasern und/oder Matrixmaterial zur Verfügung steht. Das erfindungsgemäße
Strukturbauteil-Halbzeug weist zudem ein verbessertes Biegeverhalten auf, da durch die fehlenden Kunststofffasern das Biege verhalten nicht länger beeinträchtigt wird und das Biege verhalten durch den mindestens einen Kanal gezielt beeinflussbar ist. Die Anordnung des mindestens einen Ka- nals erfolgt vorzugsweise in der Art und Weise, dass das zugehörige
Wandelement verbesserte Verformungseigenschaften aufweist. Vorzugsweise ist der mindestens eine Kanal in dem ersten Wandelement ausgebildet. Durch den mindestens einen Kanal wird somit die Verteilung des Matrixmaterials und die Infiltration der Verstärkungsfasern entlang des gesamten Strukturbauteil-Halbzeugs in einfacher Weise gewährleistet. Vorzugsweise ist der mindestens eine Kanal hierfür in Richtung des Aufnahmeraums vollständig offen ausgebildet. Ein separates Aufbringen der Fließhilfe ist nicht mehr erforderlich, wodurch einerseits die Herstellung des Strukturbauteil-Halbzeugs vereinfacht und andererseits das Gewicht und der Bauraum, den die aus dem Stand der Technik bekannte Fließhilfe benötigt, eingespart werden kann. Das Strukturbauteil-Halbzeug wird dementspre- chend einfacher in der Herstellung und weist bei geringerem Gewicht und geringerer Wandstärke eine gleiche bzw. eine verbesserte Stabilität auf. Darüber hinaus kann durch den mindestens einen Kanal das Einbringen des Matrixmaterials einfacher und besser gesteuert werden, sodass eine Optimierung des Matrixmaterialflusses und eine entsprechende Optimierung des Infiltrationsprozesses der Verstärkungsfasern erzielt wird.
Durch den im Querschnitt umlaufend ausgebildeten Aufnahmeraum ist eine einfache und schnelle Verteilung des Matrixmaterials in dem Aufnahmeraum gewährleistet. Das aus dem Strukturbauteil-Halbzeug resultierende Strukturbauteil weist zudem eine hohe Stabilität und Tragfähigkeit auf.
Dadurch, dass die Wandelemente formbar sind, wird in einfacher Weise eine Formung des Strukturbauteil-Halbzeugs zur Erzeugung eines Strukturbauteils mit einer gewünschten Sollform ermöglicht. Vorzugsweise sind die Wandelemente bzw. das Strukturbauteil-Halbzeug manuell formbar. Hierzu können die Wandelemente beispielsweise aus einem flexiblen Material hergestellt sein, wie beispielsweise aus Kunststoff, Schaumstoff oder einem gummiartigen Material. Weiterhin kann mindestens eines der Wandelemente aus Metall hergestellt sein bzw. eine Metallschicht umfassen. So- fern die Metallschicht ausreichend dünn ist, ist das Wandelement manuell verformbar, jedoch mit dem Vorteil, dass das Wandelement in der Sollform verbleibt und zur Infiltration mit dem Matrixmaterial nicht durch Hilfsmittel in der Sollform fixiert werden muss. Beispielsweise kann das erste Wandelement eine als Aluminium- Inliner bezeichnete Aluminiumschicht umfassen.
Die Wandelemente sind derart formbar, dass ein Strukturbauteil mit einer zumindest teilweise gekrümmten bzw. gebogenen Sollform herstellbar ist. Die Zuführöffnung zum Einbringen des Matrixmaterials ist vorzugsweise an einer Stirnseite des Strukturbauteil-Halbzeugs ausgebildet, an der der Aufnahmeraum offen ist. Dadurch, dass die Wandelemente formbar sind und das zweite, äußere Wandelement nicht durch eine Negativform gebil- det wird, ist die Herstellung eines Strukturbauteils mit einer gewünschten und zumindest teilweise gekrümmten Sollform in einfacher Weise durch Verformen der Wandelemente und Einbringen des Matrixmaterials in den Aufnahmeraum möglich. Das Matrixmaterial kann nach dem Formen der Wandelemente oder vor dem Formen der Wandelemente eingebracht wer- den. Zur einfachen und schnellen Herstellung von Strukturbauteilen weist das Strukturbauteil-Halbzeug vorzugsweise eine Länge von weniger als 10 m, vorzugsweise von weniger als 6 m, vorzugsweise von weniger als 4 m, vorzugsweise von weniger als 3 m, vorzugsweise von weniger als 2,5 m, und vorzugsweise von weniger als 2,0 m.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 2 ermöglicht auf einfache Weise ein verbessertes Einbringen des Matrixmaterials. Das erste Wandelement ist im Querschnitt beispielsweise als Hohlprofil, Halbprofil oder Vollprofil ausgebildet. Das erste Wandelement kann beispielsweise aus Metall und/oder Kunststoff ausgebildet sein. Das erste Wandelement ist verformbar bzw. biegeweich, sodass das Strukturbauteil-Halbzeug in eine gewünschte Sollform bringbar ist. Das Wandelement kann aufgrund des Materials so ausgebildet sein, dass es die gewünschte Sollform nach dem Verformen selbst beibehält. Das erste bzw. innere Wandelement ist also vorzugsweise plastisch verformbar. Das zweite bzw. äußere Wandelement ist entsprechend dem ersten Wandelement im Querschnitt als Hohlprofil ausgebildet, das das als Hohlprofil, Halbprofil oder Vollprofil ausgebildete erste Wandelement umgibt. Die Wandelemente sind insbesondere rohrför- mig mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 3 ermöglicht auf einfache Weise ein verbessertes Einbringen des Matrixmaterials. Das Wandelement dient einerseits als Außenmantel und ermöglicht das Einbringen des Ma- trixmaterials durch einen Differenzdruck, also einen Unter- oder Überdruck, in Längsrichtung des Strukturbauteil-Halbzeugs. Gleichzeitig stellt das Wandelement die Fließhilfe bereit, wobei durch den mindestens einen Kanal der Fluss des Matrixmaterials gezielt gesteuert werden kann. Das Wandelement ist beispielsweise aus Metall und/oder Kunststoff hergestellt. Das Wandelement ist beispielsweise als Kunststoffschlauch bzw. -rohr oder Schrumpfschlauch ausgebildet.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 4 ermöglicht eine schnelle Verteilung des Matrixmaterials in dem Aufnahmeraum. Dadurch, dass an beiden Wandelementen mindestens ein Kanal ausgebildet ist, kann eine hohe Menge an Matrixmaterial in kurzer Zeit in den Aufnahmeraum eingebracht werden, sodass sich eine kurze Infusionszeit ergibt.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 5 gewährleistet, dass das Ma- trixmaterial auch quer zu der Längsrichtung in dem Aufnahmeraum verteilt wird. Der Winkel α gilt je nach Ausbildung des Strukturbauteil-Halbzeugs für genau einen Kanal, für mehrere Kanäle oder für alle Kanäle. Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 6 gewährleistet, dass das Matrixmaterial in der Längsrichtung in dem Aufnahmeraum verteilt wird. Der Winkel α gilt je nach Ausbildung des Strukturbauteil-Halbzeugs für genau einen Kanal, für mehrere Kanäle oder für alle Kanäle.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 7 gewährleistet einen ungehinderten Fluss des Matrixmaterials in dem mindestens einen Kanal. Dadurch, dass die Kanalrichtung mit der Faserrichtung der nächstliegenden Verstärkungsfasern einen Winkel ß einschließt, können die Verstärkungs- fasern nicht in den mindestens einen Kanal eintreten und somit nicht den Fluss des Matrixmaterials beeinträchtigen. Der Winkel ß gilt je nach Ausbildung des Strukturbauteil-Halbzeugs für genau einen Kanal, für mehrere Kanäle oder für alle Kanäle. Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 8 gewährleistet ein schnelles Verteilen des Matrixmaterials in dem Aufnahmeraum. Durch die mindestens zwei Kanäle kann eine vergleichsweise hohe Menge an Matrixmaterial verteilt werden. Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 9 gewährleistet eine unidirek- tionale Verteilung des Matrixmaterials in dem Aufnahmeraum. Die mindestens zwei parallel zueinander angeordneten Kanäle können als Längskanäle angeordnet sein, die parallel zu der Längsrichtung verlaufen. Alternativ können die mindestens zwei parallelen zueinander angeordneten Kanäle als Spiralkanäle angeordnet sein, deren Kanalrichtung mit der Längsrichtung einen Winkel α einschließen, der größer 0° ist.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 10 gewährleistet eine schnelle Verteilung des Matrixmaterials in mehreren Richtungen. Die Kanalrich- tungen der mindestens zwei einander kreuzenden Kanäle schließen einen Winkel γ ein, wobei für den Winkel γ vorzugsweise gilt: γ > 10°, insbesondere γ > 20°, und insbesondere γ > 30°. Vorzugsweise gilt für den Winkel γ: γ < 90°, insbesondere γ < 85°, und insbesondere γ < 80°. Vorzugsweise sind die Kanalrichtungen symmetrisch zu der Längsrichtung angeordnet. Durch zwei einander kreuzende Kanäle kann eine biaxiale Verteilung des Matrixmaterials erzielt werden. Zusätzlich zu den einander kreuzenden Kanälen können noch mindestens zwei parallel zueinander verlaufende Kanäle vorgesehen sein, sodass eine triaxiale Verteilung des Matrixmateri- als erzielt wird. Insbesondere kann durch die Anzahl und Anordnung der Kanäle auch das Biege verhalten des Strukturbauteils-Halbzeugs gezielt beeinflusst werden.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 1 1 gewährleistet einen unge- hinderten Fluss des Matrixmaterials in dem mindestens einen Kanal. Durch das Verhältnis von maximaler Tiefe zu maximaler Breite wird gewährleistet, dass der mindestens eine Kanal durch die Verstärkungsfasern und/oder durch das Matrixmaterials nicht verstopft wird. Für das Verhältnis T/B gilt insbesondere T/B > 1. Für das Verhältnis T/B gilt vorzugsweise: T/B < 2,5, insbesondere T/B < 2,3, und insbesondere T/B < 2, 1.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 12 ermöglicht die Herstellung von Strukturbauteilen mit vergleichsweise geringen Krümmungsradien. Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 13 gewährleistet eine einfache Herstellung eines Strukturbauteils. Die Ausbildung parallel zu der Längsrichtung verlaufender Kanäle in dem ersten Wandelement ist auf einfache Weise möglich. Das erste Wandelement ist vorzugsweise aus Metall, wie beispielsweise aus Aluminium ausgebildet. Vorzugsweise ist das erste Wandelement als Strangpressprofil hergestellt.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 14 gewährleistet in einfacher Weise das Verteilen des Matrixmaterials in Längsrichtung und Querrichtung. Darüber hinaus wird aufgrund der spiralförmigen Anordnung des mindestens einen Kanals in einfacher Weise eine Verformbarkeit bzw. Biegbarkeit erzielt. Vorzugsweise weist das erste Wandelement genau einen Kanal auf, der spiralförmig verläuft. Alternativ können mehrere Kanäle spiralförmig verlaufen. Vorzugsweise verlaufen alle Kanäle parallel spiralförmig.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 15 verbleibt nach dem Formen in der gewünschten gekrümmten bzw. gebogenen Sollform, sodass zur Herstellung des Strukturbauteils keine weiteren Hilfsmittel erforderlich sind. Insbesondere sind keine Fixierungsmittel oder eine Negativform erforderlich. Das erste Wandelement kann entweder vollständig aus einem biegeweichen Metall ausgebildet sein oder zumindest eine biegeweiche Metallschicht aufweisen. Hierdurch wird die plastische Verformbarkeit gewährleistet.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 16 ist einfach verformbar, bzw. biegbar. Nach dem Formen des Strukturbauteil-Halbzeugs wird dieses durch Hilfsmittel bzw. Fixiermittel punktweise und/oder bereichsweise fixiert, um den Verbleib in der gewünschten Sollform sicher zu stellen. Die Hilfsmittel bzw. Fixiermittel stellen jedoch keine Negativform dar, da der Aufnahmeraum auch bei einer bereichsweisen Fixierung durch das zweite bzw. äußere Wandelement begrenzt wird. Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 17 verbessert die Einbringung des Matrixmaterials. Dadurch, dass sich der mindestens eine Kanal in Richtung des Aufnahmeraums verjüngt, wird das Matrixmaterial in Richtung des Aufnahmeraums und der Verstärkungsfasern beschleunigt. Vor- zugsweise ist der mindestens eine Kanal in dem ersten Wandelement ausgebildet, sodass sich der mindestens eine Kanal ausgehend von der Mittellängsachse in Richtung des Aufnahmeraums verjüngt.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 18 gewährleistet einerseits die Verformbarkeit und andererseits die erforderliche Stabilität des zweiten Wandelements zum Einbringen des Matrixmaterials.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 19 gewährleistet eine ausreichende Stabilität des zweiten Wandelements zur Einbringung des Matrix- materials.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 20 ermöglicht in einfacher Weise die Herstellung von Strukturbauteilen für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 21 ermöglicht in einfacher Weise die Herstellung von rohrförmigen Strukturbauteilen mit unterschiedlichen Querschnittsformen. Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 22 ermöglicht eine einfachere Herstellung von Strukturbauteilen mit bedarfsgerechten Eigenschaften. Vorzugsweise sind beide Wandelemente einteilig ausgebildet. Durch die einteilige Ausbildung kann das erste Wandelement und/oder das zweite Wandelement nach dem Aushärten des Matrixmaterials einfach entfernt werden. Hierdurch wird ein geringes Gewicht des Strukturbauteils erzielt. Darüber hinaus hat das Strukturbauteil nach dem Entfernen des zweiten Wandelements, wenn dieses keine Kanäle aufweist, eine glatte Oberfläche. Hierdurch können optisch ansprechende Strukturbauteile ohne weitere Nachbearbeitung hergestellt werden.
Ein Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 23 gewährleistet in einfacher Weise eine Verformbarkeit bzw. Biegbarkeit. Das äußere Wandelement ist beispielsweise aus PVC hergestellt.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde ein faserverstärktes Strukturbauteil mit einer gewünschten Sollform zu schaffen, das einfach herstellbar ist. Diese Aufgabe wird durch ein faserverstärktes Strukturbauteil mit den
Merkmalen des Anspruchs 24 gelöst. Das erfindungsgemäße Strukturbauteil-Halbzeug kann aufgrund der als mindestens ein Kanal ausgebildeten Fließhilfe in einfacher Weise in eine gewünschte gekrümmte bzw. gebogene Sollform gebracht und über eine vergleichsweise große Länge mit Ma- trixmaterial versehen werden. Durch den mindestens einen Kanal kann sich das Matrixmaterial schnell und einfach in dem Aufnahmeraum verteilen und die Verstärkungsfasern durchtränken, ohne dass die Sollform beeinträchtigt wird. Durch das Aushärten des Matrixmaterials wird das faserverstärkte Strukturbauteil erzeugt, das eine hohe Steifigkeit und Tragfähigkeit aufweist. Durch die einfache Formung des Strukturbauteil-Halbzeugs und das einfache Einbringen des Matrixmaterials ist die Herstellung des faserverstärkten Strukturbauteils auch mit einer vergleichsweise großen Länge einfach möglich. Das faserverstärkte Strukturbauteil weist somit eine Sollform auf, die zumindest teilweise gekrümmt ist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Strukturbauteils mit einer gewünschten Sollform zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 25 gelöst. Das erfindungsgemäße Strukturbauteil-Halbzeug ermöglicht ein einfaches Erzeugen einer gewünschten gekrümmten bzw. gebogenen Sollform und ein einfaches Einbringen des Matrixmaterials durch die Zuführöffnung in den Aufnahmeraum, sodass sich das Matrixmaterial in dem Aufnahmeraum schnell verteilt und die Verstärkungsfasern mit dem Matrixmaterial versehen werden. Das Erzeugen der Sollform kann vor oder nach dem Einbringen des fließfähigen Matrixmaterials erfolgen. Vorzugsweise wird das fließfähige Matrixmaterial durch eine Druckdifferenz, also einen Über- oder Unterdruck in den Aufnahmeraum eingebracht. Das Aushärten des Materixmaterials kann grundsätzlich auf beliebige Weise erfolgen, beispielsweise bei Raumtemperatur oder zur Beschleunigung des Aushärtens unter Wärmezufuhr. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können insbesondere faserverstärkte Strukturbauteile schnell und mit einer vergleichsweise großen Länge hergestellt werden. Das faserverstärkte
Strukturbauteil ist dementsprechend einfach und mit einer zumindest teilweise gekrümmten Sollform herstellbar.
Ein Verfahren nach Anspruch 26 gewährleistet eine einfache Herstellung des faserverstärkten Strukturbauteils. Dadurch, dass das Strukturbauteil- Halbzeug aufgrund der plastischen Verformbarkeit die Sollform selbst beibehält, sind keine weiteren Hilfsmittel bzw. Fixiermittel erforderlich. Insbesondere ist keine Negativform erforderlich. Ein Verfahren nach Anspruch 27 ermöglicht auf einfache Weise einen Verbleib des Strukturbauteil-Halbzeugs in der gewünschten Sollform. Durch die Hilfsmittel bzw. Fixiermittel wird das Strukturbauteil-Halbzeug punktweise und/oder bereichsweise fixiert. Eine Negativform ist nicht er- forderlich. Eine bereichsweise Fixierung stellt keine Negativform dar, da der Aufnahmeraum durch das zweite Wandelement begrenzt wird.
Ein Verfahren nach Anspruch 28 gewährleistet die Herstellung von Strukturbauteilen mit gewünschten Eigenschaften. Durch das Entfernen des er- sten Wandelements und/oder des zweiten Wandelements weist das Strukturbauteil ein geringes Gewicht auf. Wenn das zweite Wandelement keine Kanäle aufweist, wird durch das Entfernen des zweiten Wandelements eine glatte Oberfläche des Strukturbauteils erzielt. Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines faserverstärkten Strukturbauteils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 einen Axialschnitt durch das Strukturbauteil in Fig. 1 ,
Fig. 3 einen Querschnitt durch das Strukturbauteil in Fig. 1 ,
Fig. 4 eine Seitenansicht eines ersten, inneren Wandelements des
Strukturbauteils in Fig. 1 , einen Querschnitt durch ein faserverstärktes Strukturbauteil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, einen Querschnitt durch ein faserverstärktes Strukturbauteil gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, eine Seitenansicht eines ersten Wandelements für ein faserverstärktes Strukturbauteil gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, eine Seitenansicht eines ersten Wandelements für ein faserverstärktes Strukturbauteil gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, eine Seitenansicht eines ersten Wandelements für ein faserverstärktes Strukturbauteil gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, eine Seitenansicht eines ersten Wandelements für ein faserverstärktes Strukturbauteil gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel, einen Querschnitt durch ein erstes Wandelement eines faser verstärkten Strukturbauteils gemäß einem achten Ausführungsbeispiel,
Fig. 12 einen Querschnitt durch ein erstes Wandelement eines faserverstärkten Strukturbauteils gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel, einen Querschnitt durch ein erstes Wandelement eines faserverstärkten Strukturbauteils gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel, einen Querschnitt durch ein erstes Wandelement eines faserverstärkten Strukturbauteils gemäß einem elften Ausführungsbeispiel, einen Querschnitt durch ein erstes Wandelement eines faserverstärkten Strukturbauteils gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel, einen Querschnitt durch ein erstes Wandelement eines faserverstärkten Strukturbauteils gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel, einen Querschnitt durch ein erstes Wandelement eines faserverstärkten Strukturbauteils gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel, einen Querschnitt durch ein erstes Wandelement eines faserverstärkten Strukturbauteils gemäß einem fünfzehnten Ausführungsbeispiel, und einen teilweise dargestellten Querschnitt durch ein erstes Wandelement eines faserverstärkten Strukturbauteils gemäß einem sechzehnten Ausführungsbeispiel. Nachfolgend ist anhand der Fig. 1 bis 4 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Ein faserverstärktes Strukturbauteil 1 ist aus einem Strukturbauteil-Halbzeug 2 hergestellt. Das Strukturbauteil-Halbzeug 2 umfasst ein erstes, inneres Wandelement 3, das von einem zweiten, äuße- ren Wandelement 4 umgeben ist. Die Wandelemente 3, 4 sind konzentrisch zu einer Mittellängsachse M des Strukturbauteil-Halbzeugs 2 angeordnet. Die Wandelemente 3, 4 sind als Hohlzylinder ausgebildet und haben insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt. Die Wandelemente 3, 4 begrenzen in einer als Querrichtung Q bezeichneten radialen Richtung zwischen sich einen Aufnahmeraum 5, der sich in einer Längsrichtung L erstreckt. In dem Aufnahmeraum 5 sind eine Vielzahl von Verstärkungsfasern 6 angeordnet. Die Verstärkungsfasern 6 können ein- oder mehrlagig aufgebracht und gewoben, geflochten oder gewickelt sein. Als Verstärkungsfasern 6 können beispielsweise Kohlefasern, Glasfasern, Aramitfasern, Basaltfa- sern, Hanffasern und/oder Bambusfasern verwendet werden.
Zum Zuführen von fließfähigem Matrixmaterial 7 weist das Strukturbauteil-Halbzeug 2 stirnseitig jeweils eine Zuführöffnung 8, 9 auf, die in den Aufnahmeraum 5 münden. Zum Verteilen des Matrixmaterials 7 in dem Aufnahmeraum 5 weist das Strukturbauteil-Halbzeug 2 eine Fließhilfe 10 auf, die in Form von Kanälen 1 1 ausgebildet ist. Die Kanäle 1 1 sind an einer dem Aufnahmeraum 5 zugewandten Seite des ersten Wandelements 3 ausgebildet. Die Wandelement 3, 4, der Aufnahmeraum 5 mit den Zuführöffnungen 8, 9, die Verstärkungsfasern 6 und die Fließhilfe 10 bilden das Strukturbauteil-Halbzeug 2. Die Kanäle 1 1 verlaufen parallel zu einander und parallel zu der Längsrichtung L. Eine Kanalrichtung K schließt mit der Längsrichtung L einen Winkel α ein, wobei für den Winkel α gilt: α = 0°. Die den Kanälen 1 1 nächstliegenden Verstärkungsfasern 6 weisen eine Faserrichtung F auf, die paral- lel zu der Längsrichtung L verläuft. Für einen Winkel ß zwischen der Kanalrichtung K und der Faserrichtung F gilt: ß = 0°.
Dadurch, dass die Wandelemente 3, 4 als Hohlzylinder ausgebildet sind, ist der Aufnahmeraum 5 im Querschnitt umlaufend und als Ringraum ausge- bildet. Die Kanäle 1 1 sind in gleichmäßigen Winkelabschnitten um die Mittellängsachse M an dem Wandelement 3 ausgebildet. Die Kanäle 1 1 weisen jeweils eine maximale Tiefe T und eine maximale Breite B auf, wobei gilt: T/B > 0,8, insbesondere T/B > 1,0, und insbesondere T/B > 1,2. Die Wandelemente 3, 4 sind aus einem Material derart hergestellt, dass das Strukturbauteil-Halbzeug 2 manuell in eine gewünschte Sollform bringbar ist. Hierzu sind die Wandelemente 3, 4 beispielsweise aus Kunststoff hergestellt, wobei das Wandelement 3 beispielsweise eine Aluminiumschicht bzw. einen Aluminium- Inliner umfassen kann.
Zur Herstellung des faserverstärkten Strukturbauteils 1 wird das Strukturbauteil-Halbzeug 2 zunächst in eine Sollform gebracht. Anschließend wird durch eine der Zuführöffnungen 8, 9 fließfähiges Matrixmaterial 7 eingebracht. Dies erfolgt vorzugsweise indem zwischen den Zuführöffnungen 8, 9 ein Differenzdruck angelegt wird, also ein Unter- bzw. Überdruck. Das Matrixmaterial 7 strömt durch die Kanäle 1 1 und in den Aufnahmeraum 5 und benetzt bzw. durchtränkt die Verstärkungsfasern 6. Die Kanäle 1 1 sind in Richtung des Aufnahmeraums 5 vollständig offen ausgebildet, sodass das Matrixmaterial 7 entlang der Kanäle 1 1 und in Querrichtung Q in den Aufnahmeraum 5 strömen kann. Auf diese Weise wird der Aufnahmeraum 5 einfach und schnell mit dem Matrixmaterial 7 gefüllt und die Verstärkungsfasern 6 von dem Matrixmaterial 7 durchtränkt. Anschließend härtet das Matrixmaterial 7 in der Sollform des Strukturbauteil-Halbzeugs 2 aus, sodass das Strukturbauteil 1 erzeugt wird. Das Aushärten kann bei Raumtemperatur oder unter Wärmezufuhr erfolgen. Die Wandelemente 3, 4 können bei Bedarf anschließend entfernt werden.
Nachfolgend ist anhand von Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Kanäle 1 1 an einer inneren Seite des zweiten Wandelements 4 ausgebildet. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise wird auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen. Nachfolgend ist anhand von Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind an den dem Aufnahmeraum 5 zugewandten Seiten beider Wandelemente 3, 4 Kanäle 1 1 ausgebildet. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Nachfolgend ist anhand von Fig. 7 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Fließhilfe 10 ist als spiralförmiger Kanal 1 1 an dem ersten Wandelement 3 ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann ein entsprechender Kanal 1 1 an dem zweiten Wandelement 4 ausgebildet sein. Die Kanalrichtung K schließt mit der Längsrichtung L einen Winkel von α - 45° ein. Die Faserrichtung F der nächstliegenden Verstärkungsfasern 6 verläuft parallel zu der Längsrichtung L und schließt mit der Kanalrichtung K einen Winkel ß ~ 45° ein. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Nachfolgend ist anhand von Fig. 8 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Er- fmdung beschrieben. Im Unterschied zu dem vierten Ausführungsbeispiel schließt die Kanalrichtung K mit der Längsrichtung L einen Winkel α ~ 80° ein. Die Faserrichtung F der Verstärkungsfasern 6 verläuft in einem Winkel von ca. 30° zu der Längsrichtung L, sodass die Faserrichtung F und die Kanalrichtung K einen Winkel ß ~ 70° einschließen. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Nachfolgend ist anhand von Fig. 9 ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. An der dem Aufnahmeraum 5 zugewandten Seite des Wandelements 3 sind zwei spiralförmige Kanäle 1 1 ausgebildet, die einander kreuzen und im Wesentlichen in einem Winkel γ ~ 90° zueinander und in einem Winkel von jeweils α ~ 45° zur Längsrichtung L verlaufen. Die Faserrichtung F der Verstärkungsfasern 6 verläuft parallel zu der Längsrichtung L, sodass der Winkel ß ~ 45° beträgt. Hinsichtlich des wei- teren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Nachfolgend ist anhand von Fig. 10 ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Das siebte Ausführungsbeispiel weist entsprechend dem ersten und dem sechsten Ausführungsbeispiel mehrere parallel zu der Längsrichtung L verlaufende Kanäle 1 1 und zwei spiralförmige Kanäle 1 1 auf, die jeweils unter einem Winkel von α ~ 45° zu der Längsrichtung L verlaufen. Die Kanäle 1 1 sind an dem ersten Wandelement 3 ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich können die Kanäle 1 1 an dem zweiten Wand- element 4 ausgebildet sein. Die Faserrichtung F läuft relativ zu den Kanalrichtungen K in einem Winkel ß ~ 22,5°. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiel verwiesen.
Nachfolgend sind anhand der Fig. 1 1 bis 18 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 1 ist das erste Wandelement 3 als Vollprofil ausgebildet. Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 12 bis 16 zeigen jeweils eine hohlzylinderförmige Ausbildung des Wandelements 3 mit einem ovalen Querschnitt, einem quadratischen Querschnitt, einem polygonalen Querschnitt, einem recht- eckförmigen Querschnitt und einem dreieckförmigen Querschnitt. Die Kanäle 1 1 können an dem Wandelement 3 und/oder an dem Wandelement 4 ausgebildet sein. Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 17 und 18 sind im Querschnitt T-förmig und U-förmig ausgebildet. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Nachfolgend ist anhand von Fig. 19 ein sechzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Das sechzehnte Ausführungsbeispiel weist gegenüber den vorangegangenen Ausführungsbeispielen Kanäle 1 1 auf, die sich in Richtung des Aufnahmeraums 5 verjüngen. Die Kanäle 1 1 sind in dem ersten Wandelement 3 und/oder dem zweiten Wandelement 4 ausgebildet. Die Kanäle 1 1 weisen eine maximale Tiefe T auf, die größer als eine maximale Breite B ist. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen. Das erfmdungsgemäße Strukturbauteil-Halbzeug 2 ermöglicht die Herstellung von frei geformten faserverstärkten Strukturbauteilen 1 , die mittels Infiltration eines Matrixmaterials 7 bzw. Harzes ohne eine Negativform oder ein Werkzeug hergestellt werden können. Das Strukturbauteil- Halbzeug 2 ist vorzugsweise biegeweich ausgebildet, sodass es vor dem Aushärtungsprozess in eine gewünschte Sollform gebracht werden kann. Dies kann entweder in einem trockenen Zustand, also ohne eingebrachtes Matrixmaterial 7, oder im bereits infundierten Zustand, solange das Matrixmaterial 7 noch flüssig ist, erfolgen. Darüber hinaus kann ein Matrix- material 7 verwendet werden, das bei Wärmezufuhr wieder erweicht bzw. sich wieder verflüssigt, sodass eine erneute Formung möglich ist. Das ausgehärtete Strukturbauteil 1 kann ein Hybridbauteil aus den Wandelementen 3, 4 und einer Faserverbundschicht sein. Die Faserverbundschicht ist aus den Verstärkungsfasern 6 und dem ausgehärteten Matrixmaterial 7 gebil- det. Alternativ kann eines der Wandelemente 3, 4 oder beide Wandelemente 3, 4 von der Faserverbundschicht entfernt werden, sodass das faserverstärkte Strukturbauteil 1 ausschließlich durch die Faserverbundschicht gebildet ist. Das erste Wandelement 3 kann prinzipiell verschiedenste Querschnittsformen aufweisen. Die Verstärkungsfasern 6 können als eine oder mehrere Schichten aufgebracht werden. Die Verstärkungsfasern 6 bzw. die Schichten können gewoben, geflochten oder gewickelt sein. Wird das Strukturbauteil-Halbzeug 2 in eine Sollform gebracht, so ist die Faserschicht vor- zugsweise drapierfähig bzw. dehnbar, sodass eine einfache Formgebung möglich ist. Die Faserlagen können manuell oder maschinell aufgebracht werden. Das Matrixmaterial 7 kann ein duroplastisches oder thermoplastisches Harzsystem sein, das für den Infiltrations- und/oder Biegeprozess eine ausreichend geringe Viskosität aufweist. Das Matrixmaterial 7 kann vor oder nach dem Biegeprozess des Strukturbauteil-Halbzeugs 2 mittels einem Dif- ferenzdruck eingebracht werden. Das Aushärten des Matrixmaterials 7 bzw. Harzes kann entweder bei Raumtemperatur erfolgen oder durch eine Wärmezufuhr beschleunigt werden.
Das zweite Wandelement 4 ermöglicht das Einbringen des Matrixmaterials 7 ohne ein Negativwerkzeug, da zwischen den Wandelementen 3, 4 entlang der Längsrichtung L ein Unter- oder Überdruck aufgebaut werden kann und somit das Matrixmaterial 7 über die Fließhilfe 10 in die Verstärkungsfasern 6 transportiert werden kann. Das zweite Wandelement 4 kann beispielsweise aus Kunststoff hergestellt sein und manuell oder maschinell aufgebracht sein. Manuell aufgebrachte Wandelemente 4 können Kunst- stoffschläuche oder -röhre oder Schrumpfschläuche sein. Maschinell aufgebrachte Wandelemente 4 können aufextrudierte Thermoplaste oder maschinell aufgewickelte Kunststoff- oder Schrumpfbänder sein. Die Wandelemente 3, 4 sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein
Krümmungsradius des Strukturbauteil-Halbzeugs 2 erzielbar ist, wobei der Krümmungsradius insbesondere kleiner als der zehnfache, insbesondere der achtfache, insbesondere der sechsfache und insbesondere der vierfache äußere Durchmesser D des zweiten Wandelements 4 ist. Für den äußeren Durchmesser D und die Wandstärke W des zweiten Wandelements 4 gilt insbesondere, dass das zweite Wandelement 4 einen äußeren Durchmesser D und eine radiale Wandstärke W aufweist, wobei gilt: 5 < D/W < 30 und insbesondere 10 < D/W < 20. Das äußere Wandelement 4 ist vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, das eine Härte von höchstens 100 Shore A, insbesondere von höchstens 90 Shore A, und insbesondere von höchstens 80 Shore A aufweist. Der äußere Durchmesser D des zweiten Wandelements 4 beträgt vorzugsweise 10 mm < D < 200 mm, insbesondere 15 mm < D < 150 mm, und insbesondere 20 mm < D < 100 mm. Das erste Wand- element 3 und/oder das zweite Wandelement 4 ist vorzugsweise einteilig ausgebildet. Das erste Wandelement 3 und/oder das zweite Wandelement 4 kann nach dem Aushärten des Matrixmaterials 7 entfernt werden, sodass das Strukturbauteil 1 ein geringes Gewicht aufweist. Weist das zweite Wandelement 4 keine Kanäle auf, so hat das Strukturbauteil 1 nach dem Entfernen des äußeren Wandelements 4 eine glatte Oberfläche.
Die Wandstärke W des ersten Wandelements 3 und/oder des zweiten Wandelements 4 liegt zwischen 1 mm und 6 mm, insbesondere zwischen 1,5 mm und 5 mm, und insbesondere zwischen 2 mm und 4 mm. Die Wandstärke W der Wandelemente 3, 4 kann gleich oder unterschiedlich sein. Insbesondere hängt die Wandstärke W davon ab, ob das jeweilige Wandelement 3, 4 mindestens einen Kanal 1 1 aufweist.
Ist das Strukturbauteil-Halbzeug 2 plastisch verformbar, so behält es die zumindest teilweise gekrümmte Sollform nach dem Formen bzw. Biegen selbst bei, sodass Hilfsmittel bzw. Fixiermittel nicht erforderlich sind. Ist demgegenüber das Strukturbauteil-Halbzeug 2 aus einem elastisch verformbaren bzw. biegbaren Material, so kann die gekrümmte Sollform durch punktweise oder bereichsweise Fixierung in der zumindest teilweise gekrümmten Sollform beibehalten werden. Hierzu können einfache Hilfsmittel bzw. Fixiermittel eingesetzt werden. In jedem Fall ist eine Negativform nicht erforderlich. Je nach den gewünschten Eigenschaften des Strukturbauteils 1 können die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele je nach Bedarf zu einem erfmdungemäßen Strukturbauteil-Halbzeugs 2 bzw. einem faserverstärkten Strukturbauteil 1 miteinander kombiniert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Strukturbauteil-Halbzeug zur Herstellung eines faserverstärkten Strukturbauteils mit
- einem ersten Wandelement (3),
einem das erste Wandelement (3) umgebenden zweiten Wandelement (4),
einem Aufnahmeraum (5),
— der zumindest in einer Querrichtung (Q) von den Wandele- menten (3, 4) begrenzt ist,
— der sich in einer Längsrichtung (L) zwischen den Wandelementen (3, 4) erstreckt, und
— der im Querschnitt umlaufend ausgebildet ist,
in dem Aufnahmeraum (5) angeordnete Verstärkungsfasern (6), - einer Zuführöffnung (8, 9) zum Zuführen von fließfähigem Matrixmaterial (7) in den Aufnahmeraum (5), und
einer Fließhilfe (10) zum Verteilen des Matrixmaterials (7) in dem Aufnahmeraum (5), wobei die Fließhilfe (10) als mindestens ein Kanal (1 1) an einer dem Aufnahmeraum (5) zugewandten Seite mindestens eines Wandelements (3, 4) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Erzeugung eines Strukturbauteils (1) mit einer Sollform die Wandelemente (3, 4) formbar sind.
2. Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kanal (1 1) zumindest an einer äußeren Seite des ersten Wandelements (3) ausgebildet ist.
3. Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Kanal (1 1) zumindest an einer inneren Seite des zweiten Wandelements (4) ausgebildet ist.
4. Strukturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Kanal (1 1) an dem ersten Wandelement (3) und mindestens ein Kanal (1 1) an dem zweiten Wandelement (4) ausgebil- det ist.
5. Strukturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Kanal (1 1) eine Kanalrichtung (K) aufweist, die mit der Längsrichtung (L) einen Winkel α einschließt, wobei für den Winkel α betragsmäßig gilt: α > 0°, insbesondere α > 5°, und insbesondere α > 10°.
6. Strukturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Kanal (1 1) eine Kanalrichtung (K) aufweist, die mit der Längsrichtung (L) einen Winkel α einschließt, wobei für den Winkel α betragsmäßig gilt: α < 90°, insbesondere α < 85°, und insbesondere α < 80°.
7. Strukturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Kanal (1 1) eine Kanalrichtung (K) aufweist, die mit einer Faserrichtung (F) der nächstliegenden Verstärkungsfasern (6) einen Winkel ß einschließt, wobei für den Winkel ß betragsmäßig gilt: ß > 5°, insbesondere ß > 10°, und insbesondere ß > 15°.
8. Strukturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass an mindestens einem der Wandelemente (3, 4) mindestens zwei Kanäle (1 1) ausgebildet sind.
9. Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Kanäle (1 1) parallel zueinander angeordnet sind.
10. Strukturbauteil-Halbzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Kanäle (1 1) einander kreuzen.
1 1. Strukturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Kanal (1 1) im Querschnitt eine maximale Tiefe T und eine maximale Breite B hat, wobei gilt: T/B > 0,8, insbe- sondere T/B > 1,0, und insbesondere T/B > 1,2.
12. Strukturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Wandelement (4) im Querschnitt einen äußeren Durchmesser D aufweist und die Wandelemente (3, 4) derart formbar sind, dass ein Krümmungsradius von weniger als 10 D, insbesondere von weniger als 8 D, insbesondere von weniger als 6 D, und insbesondere von weniger als 4 D erzielbar ist.
13. Stmkturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass alle Kanäle (1 1) in dem ersten Wandelement (3) ausschließlich parallel zu der Längsrichtung (L) verlaufen.
14. Stmkturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass alle Kanäle (1 1) in dem ersten Wandelement (3) eine Kanalrichtung (K) aufweisen und die Kanalrichtung (K) mit der Längsrichtung (L) einen Winkel α einschließt, wobei für den Winkel α betragsmäßig gilt: 45° < α < 90°, insbesondere 60° < α < 90°, und insbesondere 75° < a < 90°.
15. Stmkturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Wandelement (3) aus einem Material derart ausgebildet ist, dass es die Sollform nach dem Verformen selbst beibehält, wobei das Material insbesondere ein Metall umfasst.
16. Stmkturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Wandelement (3) aus Kunststoffmaterial ausgebildet ist, insbesondere aus einem thermoplastischen und/oder elastomeren Kunststoffmaterial.
17. Stmkturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Kanal (1 1) sich zu dem Aufnahmeraum (5) hin verjüngt.
18. Stmkturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Wandelement (4) einen äußeren Durchmesser D und eine radiale Wandstärke W aufweist, wobei gilt: 5 < D/W < 30 und insbesondere 10 < D/W < 20.
19. Stmkturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Wandelement (4) eine Härte von höchstens 100 Shore
A insbesondere von höchstens 90 Shore A, und insbesondere von höchstens 80 Shore A aufweist.
20. Stmkturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Wandelement (4) einen äußeren Durchmesser D aufweist, wobei gilt: 10 mm < D < 200 mm, insbesondere 15 mm < D < 150 mm, und insbesondere 20 mm < D < 100 mm.
21. Stmkturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Wandelement (4) als Hohlprofil ausgebildet ist, wobei der Querschnitt insbesondere kreisförmig, oval oder rechteckförmig ist.
22. Stmkturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Wandelement (3,4) einteilig ausgebildet ist.
23. Strukturbauteil-Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Wandelement (4) aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist, insbesondere aus einem thermoplastischen und/oder elasto- meren Kunststoffmaterial.
24. Faserverstärktes Strukturbauteil, mit
einem ersten Wandelement (3),
einem das erste Wandelement (3) umgebenden zweiten Wandele- ment (4),
einem Aufnahmeraum (5),
— der zumindest in einer Querrichtung (Q) von den Wandelementen (3, 4) begrenzt ist,
— der sich in einer Längsrichtung (L) zwischen den Wandele- menten (3, 4) erstreckt, und
— der im Querschnitt umlaufend ausgebildet ist,
in dem Aufnahmeraum (5) angeordnete Verstärkungsfasern (6), einer Zuführöffnung (8, 9) zum Zuführen von fließfähigem Matrixmaterial (7) in den Aufnahmeraum (5), und
- einer Fließhilfe (10) zum Verteilen des Matrixmaterials (7) in dem
Aufnahmeraum (5), wobei die Fließhilfe (10) als mindestens ein Kanal (1 1) an einer dem Aufnahmeraum (5) zugewandten Seite mindestens eines Wandelements (3, 4) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Erzeugung eines Strukturbauteils (1) mit einer Sollform die
Wandelemente (3, 4) formbar sind,
dass der Aufnahmeraum (5) und der mindestens eine Kanal (1 1) mit einem Matrixmaterial (7) derart gefüllt sind, dass die Verstärkungsfasern (6) mit dem Matrixmaterial (7) versehen sind, und dass das Matrixmaterial (7) in der Sollform ausgehärtet ist.
25. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Strukturbauteils mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Strukturbauteil-Halbzeugs (2) nach einem der
Ansprüche 1 bis 23,
- Formen den Strukturbauteil-Halbzeugs (2) zum Erzeugen einer Sollform,
- Einbringen von fließ fähigem Matrixmaterial (7) durch die Zuführ- Öffnung (8, 9) in den Aufnahmeraum (5), wobei
— das Matrixmaterial (7) entlang des mindestens einen Kanals (1 1) strömt und sich in dem Aufnahmeraum (5) verteilt, und
— die Verstärkungsfasern (6) mit dem Matrixmaterial (7) versehen werden,
- Aushärten des Matrixmaterials (7) derart, dass das in der Sollform befindliche Strukturbauteil-Halbzeug (2) dauerhaft in der Sollform verbleibt und das Strukturbauteil (1) ausbildet.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
dass das Strukturbauteil-Halbzeug (2) nach dem Verformen die Sollform selbst beibehält.
27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
dass das Struktubauteil-Halbzeug (2) in der Sollform punktweise und/oder bereichsweise fixiert wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Wandelemente (3, 4) nach dem Aushärten des Matrixmaterials (7) entfernt wird.
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