EP3471938A1 - Verfahren und anlage zur herstellung eines faserkunststoffverbundbauteils unter verwendung von sub-preforms - Google Patents

Verfahren und anlage zur herstellung eines faserkunststoffverbundbauteils unter verwendung von sub-preforms

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EP3471938A1
EP3471938A1 EP17727115.2A EP17727115A EP3471938A1 EP 3471938 A1 EP3471938 A1 EP 3471938A1 EP 17727115 A EP17727115 A EP 17727115A EP 3471938 A1 EP3471938 A1 EP 3471938A1
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EP
European Patent Office
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sub
preforms
preform structure
prefabricated
fiber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17727115.2A
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French (fr)
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Mathias SCHRAMM
Alexander Hamacher
Ignacio Lobo Casanova
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method and a system for producing a fiber-reinforced plastic composite component, in particular for the chassis of a motor vehicle.
  • DE 10 2012 221 404 A1 describes a component made of fiber composite, in particular for the chassis of a motor vehicle, which is formed from individual fiber layers.
  • DE 10 2014 205 479 A1 describes u. a. an automated handling device in the form of a robot or the like that can automatically arrange blanks of fiber material to create a two-dimensional reinforcing structure.
  • the object of the invention is to simplify the production of a fiber-reinforced plastic composite component. This is achieved with a method according to the invention according to claim 1 and with a system according to the invention (device) according to the independent claim. With a further independent claim, the invention also extends to a preferred use for producing a transverse leaf spring or a three-point link for the chassis of a motor vehicle. Preferred developments and embodiments of the invention will become apparent for all subject matter of the dependent claims, the following description and the drawings.
  • the method according to the invention comprises at least the steps:
  • the invention thus provides that the multilayer preform structure is not created or assembled as previously from individual fiber semi-finished blanks, but from different and / or identical sub-preforms.
  • the preform structure to be produced is separated into useful sub-preforms, which can be prefabricated in a first production station or the like, for example also at a supplier. In a second manufacturing station or the like, the preform structure can then be produced from the sub-preforms. This approach is less complex and time consuming.
  • the procedure according to the invention is thus also suitable for mass production and in particular mass production.
  • a further advantage of the invention can be seen in the fact that the integration of sensors which, for example, detect a change in the fiber-composite structure (as described in DE 10 2014 214 827 A1), succeeds more easily in sub-preforms.
  • a multilayer preform structure is understood to mean a flat textile-like blank made of reinforcing fibers (for example carbon or glass fibers) which forms the fiber-containing reinforcing structure of the component to be produced.
  • the preform structure has a plurality of preferably dry semi-finished fiber products (ie, a semi-finished fiber product or possibly also different semi-finished fiber products, wherein it For example, to scrim, also UD-scrim, fabric, knitted fabric u. ⁇ . acts) formed blanks, which are assembled and arranged taking into account the loads acting on the finished component.
  • the preform structure can
  • the preform structure may already have a spatial shape and be conditionally rigid.
  • Preform structure can be formed outside of the tool and then relocated into the tool or formed or built directly in the cavity of the tool.
  • the tool is then done in a well-known manner, the shaping and consolidation, d. H. the embedding in a plastic matrix.
  • the plastic matrix for example a resin
  • the fiber-plastic composite component can be removed and optionally further processed.
  • a sub-preform is understood to mean a simplified preform (flat textile-like blank made of reinforcing fibers), which virtually forms a subassembly or a module for the preform structure.
  • a sub-preform is formed from a plurality of preferably dry semifinished fiber product blanks (different or also identical blanks from one or also different semifinished fiber products) which, taking into account the loads acting on the finished component (that is, for example also with different
  • a sub-preform can be both planar (2-dimensional) and spatial (2.5- or 3-dimensional).
  • a sub-preform can be limp as well as conditionally rigid.
  • the individual blanks in particular by a thermoplastic binder (for example in the form of a binder powder already applied to the semifinished fiber article), are joined and, in particular, also precompacted.
  • the prefabricated sub-preforms can be further processed directly or temporarily stored. As already explained, the sub-preforms can also be manufactured by a supplier.
  • the individual layers of the sub-preforms can be joined by means of a thermoplastic binder, whereas the sub-preforms are preferably joined by means of a thermosetting binder when the preform structure is produced. Due to the thermoplastic joining the individual fiber layers or individual layers are fixed to each other, even with spatial shaping, and slipping of the layers is prevented.
  • the tool temperature in the tool usually exceeds the softening temperature of the thermoplastic binder, and therefore thermoplastic bonding of the sub-preforms to each other is inappropriate.
  • a two-stage binder eg, a binder powder
  • thermoset i.e., crosslinking
  • this two-stage binder it is possible to add the Sub-preforms in the thermoplastic range (ie in a lower temperature range) of the binder and optionally vorzukompakt Schl and then fix them together with other sub-preforms (or individual layers) (crosslinking properties the binder in the higher temperature range).
  • the Sub-preforms in the thermoplastic range ie in a lower temperature range
  • other sub-preforms or individual layers
  • crosslinking properties the binder in the higher temperature range crosslinking properties the binder in the higher temperature range
  • the invention also allows a
  • the sub-preforms are prefabricated, for example, as standardized parts or standard parts, wherein there may also be different designs for individual parts (for example with different layer structures and / or with sensors, eg in the form of smart textiles), and provided in sufficient numbers to form a modular system from which the preform structure or the preform structures produced in series can be individually or variant-specifically created or assembled by suitable selection. is / will be. If required, sub-preforms with sensors (see above) can also be used.
  • the individual or variant-specific creation takes place in particular automatically, for example by means of a production planning and
  • all steps of the method according to the invention are carried out automatically, for example with a system according to the invention and explained in more detail below.
  • the inventive, in particular automatically operating system comprises:
  • a (second) manufacturing station that creates or creates a load-adapted, multi-layered preform structure from prefabricated multilayer sub-preforms
  • a forming tool for example an RTM tool, in which the preform structure is consolidated.
  • the (second) production station is in particular designed to create the preform structure individually or variant-specific from the prefabricated sub-preforms, as explained above.
  • system according to the invention further comprises
  • said manufacturing station preferably comprises a plurality of (parallel) production lines, in which several identical and / or different sub-preforms are prefabricated simultaneously.
  • the system according to the invention is designed, in particular, for the series production of fiber-reinforced plastic components, for which, for example, continuously identical and / or different sub-preforms are produced in the first production station, from which preform structures are then produced in the second production station, in particular individually or variant-specific. which are then consolidated in the tool.
  • the further or second production station is designed for individual production and / or variant production in the modular principle by combining the pre-fabricated in the first manufacturing sub-preforms, which are provided to the second manufacturing station.
  • the inventive system has u. a. the advantages of low complexity and high production capacity.
  • Fig. 1 illustrates schematically the inventive production of a transverse leaf spring.
  • Fig. 2 schematically illustrates the manufacture of a three-point link according to the invention.
  • 1 a shows a side view of a transverse leaf spring 100 for a motor vehicle, which is a composite fiber component having a plurality of reinforcing layers.
  • the transverse leaf spring 100 has two thickened areas 1 10, which serve as bearings.
  • the transverse leaf spring 100 thus has a variable thickness.
  • the thick spots or thickenings 110 have hitherto been produced by local introduction of individual fiber layers.
  • the transverse leaf spring 100 for example. From up to seventy individual layers.
  • the invention now provides that the complex preform structure containing the reinforcing fibers for the transverse leaf spring 100 is no longer produced or manufactured from individual layers but from prefabricated sub-preforms.
  • 1 b shows the preform structure 200 for the transverse leaf spring 100.
  • the preform structure 200 which is close to the contour of the transverse leaf spring 100 comprises two cover layers 210 and four wedge-shaped inserts 220 which are each formed from a plurality of individual semifinished fiber product blanks, as explained below. Instead of up to seventy individual layers, the preform structure 200 is formed from only six sub-preforms 210 and 220, which is much simpler and faster.
  • Fig. 1c illustrates the production of the cover layers forming sub-preforms 210.
  • a semifinished product H semi-finished fiber F identical blanks 211 are produced by means of separating device, which then, optionally with different fiber orientation, arranged one above the other and form gleichd on a tray A with curved Surface can be stored.
  • the individual layers 211 are pre-compacted and thermoplastically joined together by thermally activating a binder powder applied to the semifinished fiber F so that a shell-like, preformed 2.5-dimensionally preformed and at least partially rigid sub-preform 210 with continuous layers is produced.
  • the insert wedges 220 are manufactured, as shown in Fig. 1d, wherein the production preferably takes place parallel to the production of the cover layers 210.
  • the starting material used may be the same semifinished fiber product F, another semifinished fiber product or even different semi-finished fiber products.
  • the blanks 221 are different and are stored on a tray A with a flat surface, possibly also with different fiber orientation, and joined together so that the sub-preform 220 shown in the right-hand illustration is formed with a wedge-shaped cross-sectional contour.
  • the production of the sub-preforms 210 and 220 is automated.
  • the possibility of individual production or the production of variants is explained above.
  • the prefabricated sub-preforms 210 and 220 are now, in particular automated, arranged in the manner shown in FIG. 1 b to form a preform structure or overall preform 200, wherein the sub-preforms 210 and 220 are not juxtaposed but superimposed or stacked.
  • the sub-preforms 210 and 220 are at least locally thermoset joined.
  • the preform structure 200 produced in this way can now be consolidated in a tool (for example an RTM tool), as explained above, wherein the locally high layer structures 225 of the wedge-like sub-preforms 220 are the thick points 1 10 of the transverse leaf spring 100 form.
  • a tool for example an RTM tool
  • FIG. 2 a shows a top view of a three-point link 300, such as known from DE 10 2014 214 827 A1.
  • the two legs of the three-point link 300 have bearing seats for rubber bearings at their ends 310 marked by borders and are locally thicker in the region of these bearing seats.
  • the preform structure or overall preform for producing the three-point link 300 is formed by two horseshoe-shaped sub-preforms 410 (see FIG. 2b) and wedge-like sub-preforms 420 inserted between them (see FIG. 2c) with locally high ply structures 425, which are the Serve thickening at the leg ends formed.
  • the manufacture of the horseshoe-shaped sub-preforms 410 from semi-finished fiber blanks 41 1 is illustrated in FIG. 2 b.
  • the production of the wedge-like sub-preforms 420 with the locally high layer constructions 425 takes place analogously to the procedure illustrated in FIG. 1 d.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserkunststoffverbundbauteils (100), insbesondere für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten: - Erstellen einer lastangepassten mehrlagigen Preform-Struktur (200) aus vorgefertigten mehrlagigen Sub-Preforms (210, 220), und - Konsolidieren der Preform-Struktur (200) in einem formgebenden Werkzeug. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage.

Description

Verfahren und Anlage zur Herstellung eines Faserkunststoffverbundbauteils unter Verwendung von Sub-Preforms
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung eines Faserkunststoffverbundbauteils, insbesondere für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs.
Die DE 10 2012 221 404 A1 beschreibt eine aus Faserverbund bestehende Komponente, insbesondere für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, die aus einzelnen Faserlagen gebildet ist.
Die DE 10 2014 214 827 A1 derselben Anmelderin beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers für ein Kraftfahrzeug, im Wesentlichen ausgebildet aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur, mit den Schritten:
- Erstellen einer Preform-Struktur mit lastangepasster Faserorientierung,
- Einbringen der Preform-Struktur in ein formgebendes Werkzeug,
- Konsolidieren der Preform-Struktur in dem Werkzeug,
- Entnehmen und Weiterbearbeiten des Lenkers.
Das Erstellen einer in der Regel mehrlagigen Preform-Struktur ist aufwändig und zeitintensiv. Üblicherweise werden unterschiedlich zugeschnittene und/oder aus unterschiedlichen Faserhalbzeugen gebildete Einzellagen nach einem bestimmten Lage- bzw. Drapierplan einzeln abgelegt. Diese Vorgehensweise ist allerdings ungeeignet für den Serieneinsatz.
Die DE 10 2014 205 479 A1 beschreibt u. a. eine automatisierte Handhabungseinrichtung in der Form eines Roboters oder dergleichen, die zur Erzeugung einer zweidimensionalen Verstärkungsstruktur automatisiert Zuschnitte aus Faserwerkstoff anordnen kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung eines Faserkunststoffverbundbauteils zu vereinfachen. Dies gelingt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 und mit einer erfindungsgemäßen Anlage (Vorrichtung) entsprechend dem nebengeordneten Patentanspruch. Mit einem weiteren nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf eine bevorzugte Verwendung zur Herstellung einer Querblattfeder oder eines Dreipunktlenkers für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst wenigstens die Schritte:
- Erstellen einer lastangepassten mehrlagigen Preform-Struktur aus vorgefertigten mehrlagigen Sub-Preforms, und
- Konsolidieren der Preform-Struktur in einem formgebenden Werkzeug.
Die Erfindung sieht also vor, dass die mehrlagige Preform-Struktur nicht wie bisher aus einzelnen Faserhalbzeugzuschnitten erstellt bzw. zusammengestellt wird, sondern aus unterschiedlichen und/oder identischen Sub-Preforms. Hierzu wird die zu erzeugende Preform-Struktur in sinnvolle Sub-Preforms separiert, die in einer ersten Fertigungsstation oder dergleichen, bspw. auch bei einem Zulieferer, vorgefertigt werden können. In einer zweiten Fertigungsstation oder dergleichen kann dann aus den Sub-Preforms die Preform-Struktur hergestellt werden. Diese Vorgehensweise ist weniger komplex und zeitintensiv. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist somit auch für die Serien- und insbesondere Großserienfertigung geeignet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Integration von Sensoren, die bspw. eine Veränderung der Faser-Verbund-Struktur detektierten (wie in der DE 10 2014 214 827 A1 beschrieben), in Sub-Preforms einfacher gelingt.
Unter einer mehrlagigen Preform-Struktur wird ein flächiges textilartiges Rohteil aus Verstärkungsfasern (bspw. Kohlenstoff- oder Glasfasern) verstanden, das die faser- haltige Verstärkungsstruktur des herzustellenden Bauteils bildet. Die Preform-Struktur weist mehrere aus vorzugsweise trockenem Faserhalbzeug (d. h. einem Faserhalbzeug oder gegebenenfalls auch unterschiedlichen Faserhalbzeugen, wobei es sich bspw. um Gelege, auch UD-Gelege, Gewebe, Gewirke u. Ä. handelt) gebildete Zuschnitte auf, die unter Berücksichtigung der auf das fertige Bauteil wirkenden Lasten zusammengestellt und angeordnet sind. Die Preform-Struktur kann
biegeschlaff sein und formfolgend in die Kavität eines formgebenden Werkzeugs, bspw. ein RTM-Werkzeug, eingebracht werden. Ebenso kann die Preform-Struktur bereits eine räumlich Formgebung aufweisen und bedingt biegesteif sein. Die
Preform-Struktur kann außerhalb des Werkzeugs gebildet und dann in das Werkzeug verlegt oder direkt in der Kavität des Werkzeugs gebildet bzw. aufgebaut werden. Im Werkzeug erfolgt dann in an und für sich bekannter Weise die Formgebung und Konsolidierung, d. h. die Einbettung in eine Kunststoffmatrix. Hierzu wird bspw. die Kunststoffmatrix (z. B. ein Harz) in die Kavität eingespritzt, die die Preform-Struktur infiltriert und dann, z. B. mittels Zuführen von Druck und/oder Temperatur, aushärtet. Danach kann das Faserkunststoffverbundbauteil entnommen und gegebenenfalls weiterverarbeitet werden.
Unter ein Sub-Preform wird eine vereinfachte Preform (flächiges textilartiges Rohteil aus Verstärkungsfasern) verstanden, die quasi eine Unterbaugruppe oder ein Modul für die Preform-Struktur bildet. Analog zu den vorausgehenden Erläuterungen ist eine Sub-Preform aus mehreren vorzugsweise trockenen Faserhalbzeugzuschnitten (unterschiedliche oder auch identische Zuschnitte aus einem oder auch unterschiedlichen Faserhalbzeugen) gebildet, die unter Berücksichtigung der auf das fertige Bauteil wirkenden Lasten (d. h. bspw. auch mit unterschiedlichen
Faserausrichtungen) zusammengestellt und in der Regel übereinander angeordnet sind. Eine Sub-Preform kann sowohl eben (2-dimensional) als auch räumlich (2,5- oder 3-dimensional) sein. Eine Sub-Preform kann sowohl biegeschlaff als auch bedingt biegesteif sein. In einer Sub-Preform sind die einzelnen Zuschnitte, insbesondere durch einen thermoplastischen Binder (bspw. in Form eines bereits auf das Faserhalbzeug aufgebrachten Binderpulvers), gefügt und sind insbesondere auch vor- kompaktiert.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass in einem dem Erstellen der Preform-Struktur vorausgehenden Schritt zumindest einige der Sub-Preforms gleichzeitig gefertigt werden. Durch eine solche parallele Vorfertigung ergibt sich eine erhebliche Zeitersparnis. Die vorgefertigten Sub-Preforms können direkt weiterverarbeitet oder zwischengelagert werden. Wie bereits erläutert, können die Sub-Preforms auch bei einem Zulieferer gefertigt werden.
Wie bereits erläutert, können die einzelnen Lagen der Sub-Preforms mittels thermoplastischem Binder gefügt sein, wohingegen die Sub-Preforms beim Erstellen der Preform-Struktur bevorzugt mittels duroplastischem Binder gefügt werden. Durch die thermoplastische Fügung sind die einzelnen Faserlagen bzw. Einzellagen, auch bei räumlicher Formgebung, zueinander fixiert und ein Verrutschen der Lagen wird verhindert. Allerdings übersteigt die Werkzeugtemperatur im Werkzeug für gewöhnlich die Erweichungstemperatur des thermoplastischen Binders, weswegen eine thermoplastische Bindung der Sub-Preforms untereinander ungeeignet ist. Insbesondere kommt ein zweistufiger Binder (bspw. ein Binderpulver) zur Anwendung, der sowohl thermoplastische als auch duroplastische (d. h. vernetzende) Eigenschaften aufweist. Durch Verwendung dieses zweistufigen Binders ist es möglich, die Sub-Preforms im thermoplastischen Bereich (d. h. in einem niedrigeren Temperaturbereich) des Binders zu fügen und gegebenenfalls vorzukompaktieren und diese im Anschluss zusammen mit anderen Sub-Preforms (oder auch Einzellagen) zu fixieren (vernetzende Eigenschaften des Binders im höheren Temperaturbereich). Dadurch erhält man in jedem Stadium des Herstellungsprozesses einfach handhabbare, biegeschlaffe oder auch biegesteife Sub-Preforms, die prinzipiell beliebig miteinander kombiniert werden können.
Für die Preform-Struktur kann es unterschiedliche Varianten (bspw. für verschiedene Fahrzeugtypen) oder individuelle Anpassungen (bspw. für Fahrzeugtuning) geben. Neben einer chargenweisen Fertigung ermöglicht die Erfindung auch eine
individuelle Fertigung oder Variantenfertigung in Serie. Hierzu werden die Sub-Preforms bspw. als standardisierte Teile bzw. Standardteile vorgefertigt, wobei es für einzelne Teile auch unterschiedliche Ausführungen geben kann (bspw. mit verschiedenen Lagenaufbauten und/oder mit Sensoren, z. B. in Gestalt von Smart Textilien), und in ausreichender Stückzahl bereitgestellt, um einen Baukasten zu bilden, aus dem durch geeignete Auswahl die Preform-Struktur bzw. die in Serie hergestellten Preform-Strukturen individuell oder variantenspezifisch erstellt bzw. zusammenge- stellt wird/werden. Dabei können nach Bedarf auch Sub-Preforms mit Sensoren (s. o.) verwendet werden. Die individuell oder variantenspezifische Erstellung erfolgt insbesondere automatisch, bspw. mithilfe eines Produktionsplanungs- und
Steuerungssystems (PPS-System).
Bevorzugt werden alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens automatisiert ausgeführt, bspw. mit einer erfindungsgemäßen und im Weiteren näher erläuterten Anlage.
Die erfindungsgemäße, insbesondere automatisch arbeitende Anlage umfasst:
- eine (zweite) Fertigungsstation, die aus vorgefertigten mehrlagigen Sub-Preforms eine lastangepasste mehrlagige Preform-Struktur erstellt bzw. erzeugt; und
- ein formgebendes Werkzeug, bspw. ein RTM-Werkzeug, in dem die Preform- Struktur konsolidiert wird.
Die (zweite) Fertigungsstation ist insbesondere dazu ausgebildet, die Preform- Struktur individuell oder variantenspezifisch aus den vorgefertigten Sub-Preforms zu erstellen, wie oben bereit erläutert.
Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Anlage ferner
- eine weitere vorgelagerte (erste) Fertigungsstation, in der die Sub-Preforms vorgefertigt werden, wobei diese Fertigungsstation bevorzugt mehrere (parallele) Fertigungslinien aufweist, in denen gleichzeitig mehrere identische und/oder unterschiedliche Sub-Preforms vorgefertigt werden.
Die erfindungsgemäße Anlage ist insbesondere für die Serienherstellung von Faserkunststoffverbundbauteilen ausgebildet, wozu bspw. in der ersten Fertigungsstation fortlaufend identische und/oder unterschiedliche Sub-Preforms erzeugt werden, aus denen dann in der zweiten Fertigungsstation, insbesondere individuell oder variantenspezifisch, Preform-Strukturen erstellt werden, die dann im Werkzeug konsolidiert werden. Bevorzugt ist die weitere bzw. zweite Fertigungsstation ausgelegt für eine individuelle Fertigung und/oder Variantenfertigung im Baukastenprinzip durch Kombination der in der ersten Fertigungsstation vorgefertigten Sub-Preforms, die der zweiten Fertigungsstation bereitgestellt werden.
Insbesondere im Hinblick auf eine individuelle Fertigung oder Variantenfertigung in Serie kann das Werkzeug bzw. die Werkzeugvorrichtung mehrere unterschiedliche Kavitäten aufweisen, die je nach herzustellender Baueilvariante benutzt werden.
Die erfindungsgemäße Anlage weist u. a. die Vorteile einer geringen Komplexität und hohen Fertigungskapazität auf.
Mögliche Anwendungen der Erfindung sind die Herstellung einer Querblattfeder oder eines Dreipunktlenkers, wie nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die in der Zeichnung gezeigten oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung weiterbilden.
Fig. 1 veranschaulicht schematisch die erfindungsgemäße Herstellung einer Querblattfeder.
Fig. 2 veranschaulicht schematisch die erfindungsgemäße Herstellung eines Dreipunktlenkers.
Fig. 1 a zeigt in einer Seitenansicht eine Querblattfeder 100 für ein Kraftfahrzeug, wobei es sich um ein mehrere Verstärkungslagen aufweisendes Faserkunststoff ver- bundbauteil handelt. Die Querblattfeder 100 hat zwei aufgedickte Bereiche 1 10, die als Lagerstellen dienen. Die Querblattfeder 100 hat also eine variable Dicke. Die Dickstellen bzw. Aufdickungen 1 10 werden bislang durch lokales Einbringen einzelner Faserlagen erzeugt. An den Dickstellen 1 10 besteht die Querblattfeder 100 bspw. aus bis zu siebzig Einzellagen. Die Erfindung sieht nun vor, dass die die Verstärkungsfasern enthaltende komplexe Preform-Struktur für die Querblattfeder 100 nicht mehr aus Einzellagen, sondern aus vorgefertigten Sub-Preforms erstellt bzw. gefertigt wird. Fig. 1 b zeigt die Preform- Struktur 200 für die Querblattfeder 100. Die bezüglich der Querblattfeder 100 konturnahe Preform-Struktur 200 umfasst zwei Decklagen 210 und vier keilförmige Einleger 220, die jeweils aus einer Vielzahl einzelner Faserhalbzeugzuschnitte gebildet sind, wie nachfolgend noch erläutert. Anstatt aus bis zu siebzig Einzellagen wird die Preform-Struktur 200 nur aus sechs Sub-Preforms 210 und 220 gebildet, was wesentlich einfacher und schneller ist.
Fig. 1c veranschaulicht die Herstellung der die Decklagen bildenden Sub-Preforms 210. Von dem auf einer Halbzeugrolle H bereitgestellten Faserhalbzeug F werden mittels Trenneinrichtung identische Zuschnitte 211 erzeugt, die dann, gegebenenfalls mit unterschiedlicher Faserausrichtung, übereinander angeordnet und formfolgend auf einer Ablage A mit gewölbter Oberfläche abgelegt werden. Die einzelnen Lagen 211 werden vorkompaktiert und durch thermisches Aktivieren eines auf das Faserhalbzeug F aufgebrachten Binderpulvers miteinander thermoplastisch gefügt, so dass eine schalenartige, 2,5-dimensional räumlich vorgeformte und zumindest bedingt biegesteife Sub-Preform 210 mit durchgehenden Lagen entsteht.
In analoger Weise werden auch die Einlegekeile 220 gefertigt, wie in Fig. 1d gezeigt, wobei die Fertigung bevorzugt parallel zur Fertigung der Decklagen 210 erfolgt. Als Ausgangsmaterial kann dasselbe Faserhalbzeug F, ein anderes Faserhalbzeug oder auch verschiedene Faserhalbzeuge verwendet werden. Die Zuschnitte 221 sind allerdings unterschiedlich und werden auf einer Ablage A mit ebener Oberfläche, gegebenenfalls auch mit unterschiedlicher Faserausrichtung, so abgelegt und miteinander gefügt, dass die in der rechten Darstellung gezeigte Sub-Preform 220 mit keilartiger Querschnittskontur entsteht.
Bevorzugt erfolgt die Fertigung der Sub-Preforms 210 und 220 automatisiert. Die Möglichkeit der individuellen Fertigung oder der Fertigung von Varianten ist obenstehend erläutert. Die vorgefertigten Sub-Preforms 210 und 220 werden nun, insbesondere automatisiert, in der in Fig. 1 b gezeigten Weise zu einer Preform-Struktur bzw. Gesamt-Preform 200 angeordnet, wobei die Sub-Preforms 210 und 220 nicht nebeneinander, sondernd übereinander gelegt bzw. gestapelt werden. Durch thermisches Aktivieren des Binderpulvers in einem höheren Temperaturbereich werden die Sub-Preforms 210 und 220 zumindest stellenweise duroplastisch gefügt. Die auf diese Weise erstellte Preform-Struktur 200 kann nun in einem Werkzeug (bspw. einem RTM-Werk- zeug) konsolidiert werden, wie obenstehend erläutert, wobei die lokal hohen Lagenaufbauten 225 der keilartigen Sub-Preforms 220 die Dickstellen 1 10 der Querblattfeder 100 bilden.
Fig. 2a zeigt in einer Draufsicht einen Dreipunktlenker 300, wie bspw. aus der DE 10 2014 214 827 A1 bekannt. Die beiden Schenkel des Dreipunktlenkers 300 weisen an ihren durch Umrandung gekennzeichneten Enden 310 Lagersitze für Gummilager auf und sind im Bereich dieser Lagersitze lokal dicker ausgebildet.
Die Preform-Struktur bzw. Gesamt-Preform zur Herstellung des Dreipunktlenkers 300 wird durch zwei hufeisenförmige Sub-Preforms 410 (siehe Fig. 2b) und dazwischen eingelegte keilartige Sub-Preforms 420 (siehe Fig. 2c) mit lokal hohen Lagenaufbauten 425, welche der Aufdickung an den Schenkelenden dienen, gebildet. Die Fertigung der hufeisenförmigen Sub-Preforms 410 aus Faserhalbzeugzuschnitten 41 1 ist in Fig. 2b veranschaulicht. Die Fertigung der keilartigen Sub-Preforms 420 mit den lokal hohen Lagenaufbauten 425 erfolgt analog zu der in Fig. 1 d veranschaulichten Vorgehensweise.
Bezuqszeichen
100 Querblattfeder
110 Aufdickung
200 Preform-Struktur
210 Sub-Preform
211 Faserhalbzeugzuschnitt(e)
220 Sub-Preform
221 Faserhalbzeugzuschnitt(e)
225 lokaler Lagenaufbau
300 Dreipunktlenker
310 Schenkelende mit Aufdickung
410 Sub-Preform
411 Faserhalbzeugzuschnitt(e)
420 Sub-Preform
425 lokaler Lagenaufbau
A Ablage
F Faserhalbzeug
H Halbzeugrolle

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Faserkunststoffverbundbauteils (100), insbesondere für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten:
- Erstellen einer lastangepassten mehrlagigen Preform-Struktur (200) aus vorgefertigten mehrlagigen Sub-Preforms (210, 220), und
- Konsolidieren der Preform-Struktur (200) in einem formgebenden Werkzeug.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vorher zumindest einige der Sub-Preforms (210, 220) gleichzeitig gefertigt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lagen (21 1 , 221 ) der Sub-Preforms (210, 220) mittels thermoplastischem Binder gefügt sind, wohingegen die Sub-Preforms (210, 220) beim Erstellen der Preform- Struktur (200) mittels duroplastischem Binder gefügt werden.
4. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgefertigten Sub-Preforms (210, 220) einen Baukasten bilden, aus dem die Preform-Struktur (200) individuell oder variantenspezifisch zusammengestellt wird.
5. Anlage zur Herstellung eines Faserkunststoffverbundbauteils (100), insbesondere für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, mit:
- einer Fertigungsstation, die aus vorgefertigten mehrlagigen Sub-Preforms (210, 220) eine lastangepasste mehrlagige Preform-Struktur (200) erstellt; und
- einem formgebenden Werkzeug, in dem die Preform-Struktur (200) konsolidiert wird.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungsstation dazu ausgebildet ist, die Preform-Struktur (200) individuell oder variantenspezifisch aus den vorgefertigten Sub-Preforms (210, 220) zu erstellen.
7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, ferner aufweisend: - eine weitere vorgelagerte Fertigungsstation, in der die Sub-Preforms (210, 220) vorgefertigt werden.
8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Fertigungsstation mehrere Fertigungslinien umfasst, in denen gleichzeitig identische oder unterschiedliche Sub-Preforms (210, 220) vorgefertigt werden.
9. Anlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug mehrere, insbesondere unterschiedliche, Kavitäten aufweist.
10. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder der Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 9 zur Herstellung einer Querblattfeder (100) oder eines Dreipunktlenkers (300).
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