EP3625709A1 - Verfahren zum festlegen einer geometrischen form eines kernbauteils für ein faserverstärktes flechtbauteil - Google Patents

Verfahren zum festlegen einer geometrischen form eines kernbauteils für ein faserverstärktes flechtbauteil

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EP3625709A1
EP3625709A1 EP18711507.6A EP18711507A EP3625709A1 EP 3625709 A1 EP3625709 A1 EP 3625709A1 EP 18711507 A EP18711507 A EP 18711507A EP 3625709 A1 EP3625709 A1 EP 3625709A1
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EP
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braiding
component
fiber
reinforced
geometric shape
Prior art date
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Pending
Application number
EP18711507.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stanislaw Nowak
Steffen Beck
Markus Dix
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3625709A1 publication Critical patent/EP3625709A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to a method for setting a geometric shape of a core member for a fiber-reinforced braiding member for a vehicle. Furthermore, the invention relates to a core component for a fiber-reinforced braiding component for a vehicle, having a geometric shape. Moreover, the invention relates to a fiber-reinforced Flechtbauteil for a vehicle, wherein the production of the fiber reinforced Flechtbauteils comprises a braid of a core member having at least one braided layer of a fiber material. In modern technology, it is widely known to use fiber-reinforced components. In particular, at least in sections, these fiber-reinforced components consist of a fiber material which in turn comprises reinforcing fibers and a matrix material.
  • hollow components In order to design hollow components as fiber-reinforced components, it is known to form them as right components, in which a core component is braided with at least one braiding layer of a fiber material. Such fiber-reinforced right components can often be used, for example, in vehicle construction.
  • a method for determining a geometric shape of a Kembauteils for a fiber-reinforced braided component, a core component for a fiber-reinforced right component and a fiber-reinforced braiding provide that provide a simple and cost-effective way to produce a fiber reinforced right component, in which compliance with the geometry of the fiber-reinforced Wickchtbau- part is ensured and
  • particularly constant component properties of the fiber-reinforced right-hand component can preferably be provided.
  • the above object is achieved by a method for determining a geometric shape of a core component for a fiber-reinforced braided with the features of independent claim 1. Further, the object is achieved by a Kembauteil ein.faserver Fische braiding component with the features of the independent claim 10 and by a fiber-reinforced Legal feature with the features of the independent claim 11. Further features and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawing calculations.
  • the object is achieved by a method for determining a geometric shape of a core component for a fiber-reinforced braided component for a vehicle.
  • a method according to the invention is characterized by the following steps: a) providing a virtual braiding component body by a computer unit, wherein a geometric shape of the braiding component body corresponds to or at least substantially corresponds to the geometric shape of the braiding component, b) simulating braiding of the braiding component body by the computer unit with at least one Braiding layer of a fibrous material on the outside of a surface of the right component body, c) dividing the at least one braiding layer into a plurality of grid cells by the computer unit, d) determining a wall thickness of the at least one braiding layer for each of the grid cells divided in step c) by the computer unit, and e) determining the geometric shape of the core component by the computer unit by a local displacement of the surface of the braid component body inward for each of the grid cells divided in step
  • a geometric shape of a core component for a fiber-reinforced braiding component for a vehicle can be defined.
  • the manufactured fiber-reinforced right component can be used in any type of vehicle, such as a passenger car, a truck, but of course in other vehicles such as an airplane, a ship or a bicycle.
  • the fiber reinforced braid member is formed as a hollow member produced by braiding the core member with a fibrous material comprising fibrous material comprising one or more types of fibers and a matrix material.
  • the finished braiding component can furthermore, in particular depending on the requirements of the braiding component, the core component remain or else be removed.
  • a core component with a geometric shape can be provided such that a required component geometry of the fiber-reinforced right component is reliably achieved.
  • component properties of the fiber-reinforced braiding component can also be ensured, for example a preferred, for example constant, or at least substantially constant, fiber volume content.
  • the inventive method can be carried out in particular by a computer unit, wherein such a computing unit can comprise a single computer, but of course also several, in particular also networked, computer.
  • a virtual braiding component body is provided by the computer unit. Provisioning in the sense of the invention can in particular comprise a modeling of such a virtual braiding component body in a simulation program of the computer unit.
  • the geometric shape of the braided component body is created in the computer unit such that it corresponds to the geometric shape of the right component or at least substantially corresponds.
  • the braiding component body which is provided virtually in the computer unit corresponds at least in its geometric configuration to the braiding component to be produced.
  • a geometric shape in the sense of the invention may particularly preferably comprise the outer surface of the braiding component.
  • a braiding of the braided component body in the computer unit or by the computer unit is simulated.
  • At least one braiding layer made of a fibrous material is reproduced on the outside of a surface of the right structural element body in this simulation.
  • this layer of braid can be reproduced, for example, approximated by a rod model.
  • the simulated braiding layer may in particular comprise a plurality of fiber types, for example glass fibers and / or carbon fibers, and / or simulate one or more matrix materials.
  • the braiding of the right component body to Ben on a surface of the legal component body is to be understood in the sense of the invention such that the volume of the entire object simulated in the pitcher unit is increased by this braiding.
  • this at least one legal situation generated in step b) is divided into a plurality of grid cells.
  • This division is also made by the computer unit.
  • the entire legal situation is completely divided into grid cells, wherein preferably the grid cells do not overlap.
  • each point of the braiding layer is part of at least one grid cell.
  • the size of the grid cells is chosen such that they are as small as possible in order to provide the best possible, local resolution of the braiding in terms of the grid cells.
  • the grid cells are not too small, otherwise the number of grid cells can be very large and this unnecessarily increases the computing time required to perform a method according to the invention.
  • a wall thickness of the at least one legal position is determined by the computer unit for each of the screen cells divided in step c). This is particularly advantageous in that even in a simulated braiding, as is done in step b) of a method according to the invention, this wall thickness can be variable. This is in particular due, for example, to a changing geometry of the braided braided component body, since this may, for example, change the relative spacings of the individual fibers in the fiber material. Since the wall thickness is composed of the fibers of the fiber material and the matrix material, in particular, the wall thickness is variable with respect to a fiber density or the amount of added matrix material.
  • step d) of a method according to the invention in the computer unit, a Formation about how large the wall thickness of the braiding of the braid component body, dissolved for all in step c) of a erfindungsgeffleBen method divided grid cells. This is used in the last step e) of a method according to the invention in order to determine the actual geometric shape of the core component.
  • step d) as described above, a wall thickness is determined for each of the grid cells. When carrying out a method according to the invention, this wall thickness is added by the at least one right-hand outside of the surface of the braiding component body.
  • this wall thickness determined for each of the grid cells that is used to locally move the surface of the braid component body inward for each of the grid cells.
  • a new body can be provided in the computer unit, which in particular is arranged completely inside the fiber component body.
  • the distance of the newly formed body from the braiding component body is locally designed for each of the grid cells such that this distance corresponds to the wall thickness determined for the respective grid cell.
  • a fiber-reinforced braiding component with particularly predictable and desired properties can thus be provided by a core component whose geometric shape has been determined according to a method according to the invention.
  • a fiber volume content in particular a given fiber volume content, preferably a constant or at least substantially constant fiber volume content, of the fiber-reinforced right component is taken into account in step e).
  • a fiber volume content is in particular a content of fibers of the fiber material per unit volume in a corresponding section of the right component and is thus determined by the fiber density and the amount of matrix materials.
  • a predefined fiber volume content in the sense of the invention may mean, for example, that a certain fiber volume content should be present at least in a section of the right component to be produced. It can also be provided that this fiber volume content is predetermined differently depending on a position on and / or in the braiding component.
  • the fiber volume content can be set as constant over the entire legal component.
  • a given fiber volume content can be ensured by selecting the amount of matrix material which is used in the computational determination of the wall thickness in step d) of a method according to the invention, in accordance with the fiber density resulting from the simulated braiding.
  • a constant fiber volume content can be ensured by assuming a large amount of matrix material in areas of low fiber density corresponding to less matrix material in determining the wall thickness in step d) in areas of high fiber density.
  • Such a constant fiber volume content, but also any other given fiber volume content thus results in a variable fiber density in a likewise correspondingly variable wall thickness.
  • this geometric shape can be determined such that the resulting braided component has a predetermined, in particular constant or at least substantially constant, fiber volume content.
  • Particularly constant properties, in particular constant mechanical properties, of the produced braided component can be ensured thereby.
  • topologically identical grid cells are used for the division of the legal position. Topologically identical in the sense of the invention means, in particular, that the individual grid cells are at least similarly designed with respect to their top cover sections of the braiding layer, for example by covering the same number of intersections of threads of the fiber material.
  • step c) nodes of fibers of the braiding layer are used as corner points of the grid cells for the division of the braiding layer.
  • nodes or intersections of the fibers of the layer of braiding represent particularly suitable locations within the legal position in order to define corner points of the grid cells.
  • the underlying simulation performed by the computing unit can be simplified thereby.
  • the advantageous provision of topologically identical raster cells already described above can also be made particularly simple by the use of nodes as corner points of the raster cells.
  • the assigned grid cells cover an equal number of nodes of fibers of the braided layer top cover, in particular that the divided grid cells cover four nodes, preferably nine nodes, of fibers of the braiding layer.
  • the number of overlapped nodes can be chosen in particular such that the divided grid cells are designed to be as small as possible, and on the other hand, the number of divided grid cells is not too large in order not to unnecessarily increase a computational effort in the overall simulation performed.
  • a number of four, preferably nine nodes of fibers of the braided layer, which are covered by a respective grid cell, has proven to be particularly favorable.
  • step b) a braiding of the braided component body is simulated with several, in particular five or more, legal positions. It is taken into account that the right component, which is produced by braiding the core component, usually has several layers of braiding. A mostly larger wall thickness of the entire braiding with several legal situations is the result. Because in step b) a braiding of the right-bodied component body with several legal positions is simulated, in particular a better definition or definition of the geometry of the core component can be made possible in order later to be used in the production of the to ensure proper compliance of the required there geometry of the braiding component. The quality of the braiding component that has been produced using a core component whose geometry has been determined by a method according to the invention can thereby be further increased.
  • a method according to the invention can be further developed such that the braiding of the right-hand component body with a plurality of braiding layers is extrapolated from a braiding of the pike component body to a braiding layer.
  • Each simulated braid of Flechtbauteil stresses with a braiding by the arithmetic unit represents a high computational effort. This high computational effort is usually associated with a lot of time and thus a high cost.
  • the properties of the other layers of braiding are calculated from the data of the already simulated first legal situation.
  • a wall thickness of the at least one legal position for nodes of fibers of the legal position is determined, an averaging being carried out in particular for nodes belonging to several raster cells.
  • a grid cell covers several nodes.
  • the averaging of the wall thicknesses which may be different in particular for the different grid cells, avoids the wall thickness between two grid cells being abruptly changed. there. This also makes it possible to further improve the overall specified geometry of the core component in step e).
  • a method according to the invention can be further developed such that in step e) a projection, in particular a vertical projection, of the nodal point which is carried out on the braid component body for determining starting points on the surface of the braided component body, wherein a displacement vector is also determined, whose length corresponds to the wall thickness of the respective node determined in step d) and whose direction is determined by the respective node and the respective starting point, and wherein the shifting of the surface is defined by the displacement vector acting on the starting point.
  • a projection in particular a vertical projection, of the nodal point which is carried out on the braid component body for determining starting points on the surface of the braided component body, wherein a displacement vector is also determined, whose length corresponds to the wall thickness of the respective node determined in step d) and whose direction is determined by the respective node and the respective starting point, and wherein the shifting of the surface is defined by the displacement vector acting on the starting point.
  • starting points on the surface of the braided component body can be generated by the projection, in particular the vertical projection, of the nodal points on the braided component body. These starting points are distributed in particular over the entire braiding component body, since the nodes of the braiding layer are also distributed throughout the braiding layer.
  • a shift vector can also be defined for each of the nodes and the starting points.
  • the length of the displacement vector corresponds to the length of the wall thickness which was determined for the respective node in step e).
  • variable wall thicknesses and also with respect to, for example, a predetermined, in particular constant, fiber volume content, can also be provided in this special embodiment of a method according to the invention.
  • the shift vector thus generated is now set to move the surface of the right component body at the respective belonging starting point, in particular such that the shift vector 1ns shows inside of the braid member body.
  • a particularly secure and mathematically simple generation of the surface of the core component to be determined can be provided in this way.
  • a shift vector can be generated for each of the considered nodes of the legal situation, so that the geometry of the core component can be determined to be essentially as resolved as the node points in FIG Flechtlage are defined.
  • a particularly precise definition of the geometric shape of the core component can be provided in this way.
  • a core component for a fiber-reinforced braiding component for a vehicle having a geometric shape.
  • a core component according to the invention is characterized in that the geometric shape is determined by a method according to the first aspect of the invention.
  • a fiber-reinforced braiding component can be provided by a core component according to the invention that corresponds particularly well to a given geometric shape and which preferably also has uniform component properties such as, for example, a predetermined, in particular constant, fiber volume content.
  • a fiber-reinforced braided component for a vehicle wherein a production of the fiber-reinforced right component comprises a braiding of a core component with at least one braiding layer of a fibrous material.
  • a fiber-reinforced braiding component according to the invention is characterized in that the core component used in the production of the braiding component is designed according to the second aspect of the invention.
  • a fiber-reinforced right component according to the invention also has all the advantages which have already been described in detail in relation to a core component according to the invention in accordance with the second aspect of the invention and thus also in relation to a method according to the first aspect of the invention.
  • FIG. 1 shows a method according to the invention
  • FIG. 2 step a) of a method according to the invention
  • FIG. 3 step b) of a method according to the invention
  • FIG. 6 shows a further embodiment of step e) of a method according to the invention.
  • Fig. 1 a method according to the invention is shown, wherein step a) with A, step b) with B, step c) with C, step d) with D and step e) with E is designated.
  • steps a) to e) are each shown schematically individually, with FIGS. 1 to 5 being described jointly below, the individual steps being taken individually.
  • An inventive method is provided for fixing a geometric shape of a core member 10 for a fiber-reinforced braiding member 1 for a vehicle.
  • Such braiding components 1 are widely used as hollow components in vehicles, for example passenger cars.
  • the core components 10 may remain in the manufactured right components 1 or be removed therefrom, depending on requirements and / or location.
  • An outer geometric shape of the braiding component 1 produced is usually predetermined, so that the geometric shape of the core component 10, which is braided during manufacture with at least one legal position 30 made of a fiber material 31, are taken into account.
  • a method according to the invention is intended to improve the definition of the geometric shape of such a core component 10.
  • a virtual braiding component body 20 is provided, which in its geometric form corresponds to the right component 1 to be produced
  • FIGS. 2 to 5 each show a sectional view in the left-hand illustration and a side view of the braiding component body 20 in the right-hand illustration.
  • the entire method is carried out in a computer unit so that the devices and objects shown here are present only virtually or as a simulation.
  • a braiding of the braid component body 20 with at least one legal position 30 is simulated. This is also done by the computer unit.
  • the right layer 30 has a fiber material 31, which in addition to fibers 32 also comprises a matrix material. As shown in FIG. 3, the entire braid member body 20 is braided with the fiber layer 30.
  • the properties, in particular the wall thicknesses 34, of the further braiding layers 30 are extrapolated. Shown is a very simple braiding component body 20, wherein, of course, a wide variety of, even more complicated, geometries for the braiding component body 20 can be provided.
  • the next step c) shown in particular in the right-hand illustration of FIG. 4, the at least one braiding layer 30 is divided into a plurality of raster cells 40.
  • These grid cells 40 may, for example and preferably, be oriented at junctions 33 of the fibers 32 of the braiding layer 30. It can also be provided that topologically identical grid cells 40 are used for the top covering of the entire braiding component body 20. Topologically identical may mean in particular that preferably all grid cells 40 cover the same number of nodes 33. Shown is a grid cell 40, which includes 25 nodes 33. Particularly preferred are raster cells 40 which cover four or nine such nodes 33. In this way, on the one hand, a particularly good local resolution of the legal position 30 can be provided by the raster line 40 and, at the same time, a computation effort can be ensured in carrying out a method according to the invention in the computer unit. Furthermore, FIG.
  • a wall thickness 34 of the at least one braided layer 30 is determined, in particular for each of the divided grid cells 40.
  • this wall thickness 34 may differ for the individual grid cells 40, since the wall thickness 34 is particularly dependent, for example on a fiber density or the amount of matrix material used.
  • Particular preference can already be given here are taken into account when the fiber braid component 1 to be produced is to have a predetermined, in particular constant, or at least substantially constant, fiber volume content.
  • the latter can, for example, be taken into account by the fact that in regions with high fiber density, a high amount of matrix material is also used in the simulation, and accordingly only a small amount of matrix material is simulated in a section of the braided layer 30 with a low fiber density.
  • a constant fiber volume content can be simulated thereby, whereby at the same time a variable and locally different wall thickness 34 is conditioned.
  • the wall thickness 34 can also be determined preferably for the individual nodes 33, wherein an averaging can be carried out at nodes 33 which belong to a plurality of halftone cells 40.
  • a spatial resolution of the determined wall thickness 34. can be increased thereby.
  • the actual setting of the geometric shape of the core component 10 is carried out.
  • the surface 21 of the braided component body 20 is displaced inwardly for each grid cell 40, in particular by the amount of wall thickness 34 determined for this grid cell 40.
  • the braiding layer 30 it can be assumed that the braiding layer 30 Again, an at least substantially equal wall thickness 34 will have, so that the resulting braiding member 1 (not shown in Fig. 5 with) will have the required geometric shape. Due to the above-described consideration of, for example, a predetermined, in particular constant, fiber volume content, this can likewise be provided for the generated right component 1. In this way, a right-hand component 1 can thus be produced with high accuracy with regard to its geometric configuration and its properties, in particular with regard to a fiber volume content.
  • FIG. 6 shows a particularly preferred embodiment of step e) of a method according to the invention, designated here by E.
  • a projection 50 which projects this node 33 onto the surface 21 of the braided component body 20, is carried out for each of the nodal points 33 of the legal position 30.
  • a starting point 22 is defined on the braiding member body 20 for each of the nodes 33.
  • the wall thickness 34 used in just this node 33.
  • the wall thickness 34 determined in step d) of a method according to the invention depends in particular on the fiber density and the simulated matrix content.
  • the wall thickness 34 determined or determined by calculation in a method according to the invention will therefore differ from the simulated distance of the nodes 33 from the respectively associated starting points 22. Further, as shown, this wall thickness 34 may be different for each of the nodes 33.
  • a displacement vector 51 which is formed by the node 33 and the starting point 22 and which has the length of the wall thickness 34, is set. In order to carry out the displacement of the surface 21 of the molded component body 20, the corresponding displacement vector 51 is now set for each of the starting points 22 at the starting point 22, in particular directed inside the Flechtbauteil- body 20.
  • the end points of the displacement vectors 51 then define the new surface 21 of the core member 10, whereby the geometric shape of the core member 10 is fixed.
  • both the projections 50 and the displacement by the displacement vectors 51 may be performed perpendicular to the surface 21 of the braid member body 20, respectively.
  • the geometrical shape of the core component 10 can be specified in a particularly simple and yet precise manner.
  • a braiding component 1 (not shown) which is produced using or braiding a core component 10 produced in this way thus has, in particular, the geometric shape desired for this braided component 1 and at the same time takes into account the properties which are defined in the geometrical shape of the core component 10. For example, a predetermined, in particular constant, fiber volume content on.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festlegen einer geometrischen Form eines Kernbauteils (10) für ein faserverstärktes Flechtbauteil (1) für ein Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Kernbauteil (10) für ein faserverstärktes Flechtbauteil (1) für ein Fahrzeug, aufweisend eine geometrische Form. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein faserverstärktes Flechtbauteil (1) für ein Fahrzeug, wobei eine Herstellung des faserverstärkten Flechtbauteils (1) eine Umflechtung eines Kernbauteils (10) mit zumindest einer Flechtlage (30) eines Faserwerkstoffs (31) umfasst.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUM FESTLEGEN EINER GEOMETRISCHEN FORM EINES KERNBAUTEILS FÜR EIN FASERVERSTÄRKTES FLECHTBAUTEIL
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festlegen einer geometrischen Form eines Kernbauteils für ein faserverstärktes Flechtbauteil für ein Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Kernbauteil für ein faserverstärktes Flechtbauteil für.ein Fahrzeug, aufweisend eine geometrische Form. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein faserverstärktes Flechtbauteil für ein Fahrzeug, wobei die Herstellung des faserverstärkten Flechtbauteils eine Umflechtung eines Kernbauteils mit zumindest einer Flechtlage eines Faserwerkstoffs, umfasst. In der modernen Technik ist es weitläufig bekannt, faserverstärkte Bauteile einzusetzen. Diese faserverstärkten Bauteile bestehen insbesondere zumindest abschnittsweise aus einem Faserwerkstoff, der wiederum Verstärkungsfasern und einen Matrixwerkstoff umfasst Um Hohlbauteile als faserverstärkte Bauteile auszugestalten, ist es insbesondere bekannt diese als Rechtbauteile auszubilden, bei denen ein Kem- bauteil mit zumindest einer Flechtlage eines Faserwerkstoffs umflochten ist. Derartige faserverstärkte Rechtbauteile können oftmals beispielsweise beim Fahrzeugbau eingesetzt werden.
Wie oben bereits beschrieben wird für derartige Hohlbauteile, die als faserverstärkte Flechtbauteile ausgebildet sind, ein entformbares oder im Bauteil verbleibendes Kernbauteil benötigt. Oftmals ist eine Außenoberfläche des herzustellenden Flechtbauteils beispielsweise aufgrund von Bauraumanforderungen als fixiert anzusehen. Wandstärkenunterschiede des faserverstärkten Flechtbauteils, die beispielsweise durch den Herstellungsprozess bedingt sind und insbesondere von dem verwende- ten Herstellungsprozess und/oder einer Geometrie des herzustellenden Rechtbauteils abhängen, müssen daher durch eine geometrische Form des verwendeten Kernbauteils kompensiert werden. Gemäß dem Stand der Technik ist es bekannt, Offset-Wandstärken über das gesamte Bauteil oder auch über Bauteilabschnitte des Flechtbauteils als konstant anzunehmen, und daraus eine geometrische Form des zu verwendenden Kembauteils zu bestimmen. Um diese konstante, idealisierte Offset-Wandstärke zu bestimmen, wer- den oftmals analytische Überlegungen eingesetzt.
Bei der Ermittlung des oben genannten Wandstärkenoffsets kömmt es aufgrund des Unterschieds zwischen dem realen Herstellungsprozess und der verwendeten analytischen Herangehensweise oftmals zu Abweichungen. Darüber hinaus kann eine Ermittlung der Offset-Wandstärke zumeist auch nur punktuell durchgeführt werden, sodass insbesondere eine nur grob aufgelöste Ermittlung der Offset-Wandstärken durchgeführt werden kann. Im Ergebnis kann somit nureine grobe Abschätzung und insbesondere lokal ungenaue geometrische Form des zu verwendenden Kernbauteils bereitgestellt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen " Nachteile bei Verfahren zum Festlegen einer geometrischen Form eines Kembauteils, bei Kernbauteilen und bei faserverstärkten Flechtbauteilen zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Festlegen einer geometrischen Form eines Kembauteils für ein faserverstärktes Flechtbauteil, ein Kernbauteil für ein faserverstärktes Rechtbauteil sowie ein faserverstärktes Flechtbauteil bereit zu stellen, die auf einfache und kostengünstige Art und Weise eine Herstellung eines faserverstärkten Rechtbauteils ermöglichen, bei dem ein Einhalten der Geometrie des herzustellenden faserverstärkten Flechtbau- teils sichergestellt ist und bevorzugt darüber hinaus besonders konstante Bauteileigenschaften des faserverstärkten Rechtbauteils bereitgestellt werden können.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Festlegen einer geometrischen Form eines Kernbauteils für ein faserverstärktes Flechtbauteil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Kembauteil für ein.faserverstärktes Flechtbauteil mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 sowie durch ein faserverstärktes Rechtbauteil mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 11. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeich- nungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kernbauteil sowie dem erfindungsgemäßen faserverstärkten Flechtbauteil und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenba- rung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Festlegen einer geometrischen Form eines Kernbauteils für ein faserverstärktes Flechtbauteil für ein Fahrzeug. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: a) Bereitstellen eines virtuellen Flechtbauteilkörpers durch eine Rechnereinheit, wobei eine geometrische Form des Flechtbauteilkörpers der geometrischen Form des Flechtbauteils entspricht oder zumindest im Wesentlichen entspricht, b) Simulieren einer Umflechtung des Flechtbauteilkörpers durch die Rechnereinheit mit zumindest einer Flechtlage aus einem Faserwerkstoff außen auf eine Oberfläche des Rechtbauteilkörpers, c) Einteilen der zumindest einen Flechtlage in eine Vielzahl von Rasterzellen durch die Rechnereinheit, d) Ermitteln einer Wandstärke der zumindest einen Flechtlage für jede der in Schritt c) eingeteilten Rasterzellen durch die Rechnereinheit, und e) Festlegen der geometrischen Form des Kernbauteils durch die Rechnereinheit durch ein lokales Verschieben der Oberfläche des Flechtbauteilkörpers nach innen für jede der in Schritt c) eingeteilten Rasterzellen jeweils um die in Schritt d) ermittelte Wandstärke.
Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann eine geometrische Form eines Kernbauteils für ein faserverstärktes Flechtbauteil für ein Fahrzeug festgelegt werden. Das hergestellte faserverstärkte Rechtbauteil kann in einem beliebig gearteten Fahrzeug eingesetzt werden, beispielsweise einem Personenkraftwagen, einem Lastkraftwagen, aber selbstverständlich auch in anderen Fahrzeugen wie beispielsweise einem Flugzeug, einem Schiff oder einem Fahrrad. Das faserverstärkte Flechtbauteil ist insbesondere als ein Hohlbauteil ausgebildet, dass durch eine Umflechtung des Kernbauteils mit einem Faserwerkstoff, der Faserwerkstoff umfassend eine oder mehrere Faserarten und einen Matrixwerkstoff, erzeugt wird. Im fertiggestellten Flechtbauteil kann ferner, insbesondere abhängig von Anforderungen an das Flechtbauteil, das Kernbauteil verbleiben oder aber auch entfernt werden.
Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann ein Kernbauteil mit einer geometrischen Form derart bereitgestellt werden, dass eine geforderte Bauteilgeometrie des faserverstärkten Rechtbauteils sicher erreicht wird. Ferner können auch Bauteileigenschaften des faserverstärkten Flechtbauteils sichergestellt werden, beispielswei- se bevorzugt ein vorgegebener, beispielsweise konstanter oder zumindest im Wesentlichen konstanter, Faservolumengehalt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere durch eine Rechnereinheit durchgeführt werden, wobei eine derartige Rechneteinheit einen einzelnen Computer, aber auch selbstverständlich mehrere, insbesondere auch vernetzte, Computer umfassen kann.
In einem ersten Schritt a) eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein virtueller Flechtbauteilkörper durch die Rechnereinheit bereitgestellt. Ein Bereitstellen im Sinne der Erfindung kann insbesondere ein Modellieren eines derartigen virtuellen Flechtbauteilkörpers in einem Simulationsprogramm der Rechnereinheit umfassen. Die geometrische Form des Flechtbauteilkörpers wird derart in der Rechnereinheit erstellt, dass diese der geometrischen Form des Rechtbauteils entspricht oder zumindest im Wesentlichen entspricht. Mit anderen Worten entspricht der Flechtbauteilkörper, der virtuell in der Rechnereinheit bereitgestellt wird, zumindest in seiner geometrischen Ausgestaltung dem herzustellenden Flechtbauteil. Eine geometrische Form im Sinne der Erfindung kann insbesondere bevorzugt die äußere Oberfläche des Flechtbauteils umfassen.
Im nächsten Schritt b) eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Umflechtung des Flechtbauteilkörpers in der Rechnereinheit bzw. durch die Rechnereinheit simu- liert, wobei zumindest eine Flechtlage aus einem Faserwerkstoff außen auf eine Oberfläche des Rechtbauteilkörpers in dieser Simulation nachgebildet wird. Dabei kann diese Flechtlage beispielsweise durch ein Stabchenmodell genähert nachgebildet werden. Die simulierte Flechtlage kann insbesondere mehrere Fasertypen, z.B. Glasfasern und/oder Kohlefasern, umfassen und/oder auch einen oder mehrere Matrixwerkstoffe simulieren. Das Umflechten des Rechtbauteilkörpers au Ben auf einer Oberfläche des Rechtbauteilkörpers ist im Sinne der Erfindung derart zu verstehen, dass durch diese Umflechtung das Volumen des gesamten in der Hechnereinheit nachgebildeten Objekts vergrößert wird.
Im dritten Schritt c) eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird diese im Schritt b) erzeugte zumindest eine Rechtlage in eine Vielzahl von Rasterzellen eingeteilt. Auch diese Einteilung wird durch die Rechnereinheit vorgenommen. Bevorzugt wird die gesamte Rechtlage vollständig in Rasterzellen eingeteilt, wobei sich bevorzugt die Rasterzellen nicht überlappen. Mit anderen Worten ist jeder Punkt der Flechtlage Teil zumindest einer Rasterzelle. Die Größe der Rasterzellen wird derart gewählt, dass sie zum einen möglichst klein sind, um eine möglichst gute, lokale Auflösung der Flechtlage im Sinne der Rasterzellen bereit zu stellen. Andererseits werden die Rasterzellen auch nicht zu klein gewählt, da sonst die Anzahl dieser Rasterzellen sehr groß werden kann und dies die Rechenzeit, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt wird, unnötig erhöht.
Im nächsten Schritt d) eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird für jede der im Schritt c) eingeteilten Rasterzellen durch die Rechnereinheit eine Wandstärke der zumindest eine Rechtlage ermittelt. Dies ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, da auch in einer simulierten Umflechtung, wie sie in Schritt b) eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgenommen wird, diese Wandstärke variabel sein kann. Dies ist insbesondere beispielsweise durch eine sich ändernde Geometrie des umflochtenen Flechtbauteilkörpers bedingt, da sich dadurch beispielsweise die relativen Ab- stände der einzelnen Fasern im Faserwerkstoff verändern können. Da sich die Wandstärke aus den Fasern des Faserwerkstoffs und dem Matrixwerkstoff zusammensetzt wird insbesondere die Wandstärke variabel hinsichtlich einer Faserdichte bzw. der Menge des zugegebenen Matrixwerkstoffs. Zusammenfassend ist somit nach Schritt d) eines erfindungsgemäßen Verfahrens in der Rechnereinheit eine In- formation darüber vorhanden, wie groß die Wandstärke der Umflechtung des Flechtbauteilkörpers ist, aufgelöst für sämtliche in Schritt c) eines erfindungsgemäBen Verfahrens eingeteilten Rasterzellen. Dies wird im letzten Schritt e) eines erfindungsgemäBen Verfahrens verwendet, um die eigentliche geometrische Form des Kernbauteils festzulegen. In Schritt d) wird, wie oben beschrieben, für jede der Rasterzellen eine Wandstärke ermittelt Bei der Durchführung eines erfindungsgemäBen Verfahrens wird diese Wandstärke durch die zumindest eine Rechtlage außen auf der Oberfläche des Flechtbauteilkörpers hinzugefügt. Um nun die geometrische Form des Kernbauteils festzulegen wird eben diese für jede der Rasterzellen ermittelte Wandstärke verwendet, um die Oberfläche des Flechtbauteilkörpers lokal für jede der Rasterzellen nach innen zu verschieben. Auf diese Weise kann, wenn dieses Verschieben für alle Rasterzellen durchgeführt wurde, ein neuer Körper In der Rechnereinheit bereitgestellt werden, der insbesonde- re vollständig im Inneren des Faserbauteilkörpers angeordnet ist. Insbesondere ist der Abstand des neu entstandenen Körpers vom Flechtbauteilkörper lokal für jede der Rasterzellen jeweils derart ausgebildet, dass dieser Abstand der für die jeweilige Rasterzelle ermittelten Wandstärke entspricht. Somit kann bei einem Kernbauteil, das eben die geometrische Form dieses so erzeugten Körpers aufweist, sicherge- stellt werden, dass bei einer Umflechtung dieses Kernbauteils eben ein Flechtbauteil entsteht, dass die gewünschte beziehungsweise geforderte geometrische Form für dieses Flechtbauteil aufweist oder zumindest nur mit unwesentlichen Abweichungen aufweist. Ein faserverstärktes Flechtbauteil mit besonders vorhersagbaren und gewünschten Eigenschaften kann somit durch ein Kernbauteil, dessen geometrische Form gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren festgelegt wurde, bereitgestellt werden.
Ferner kann beim erfindungsgemäBen Verfahren vorgesehen sein, dass in Schritt e) beim Ermitteln der Wandstärke ein Faservolumengehalt, insbesondere ein vorgege- bener Faservolumengehalt, bevorzugt ein konstanter oder zumindest im Wesentlichen konstanter Faservolumengehalt, des faserverstärkten Rechtbauteils berücksichtigt wird. Ein Faservolumengehalt ist insbesondere ein Gehalt an Fasern des Faserwerkstoffs pro Volumeneinheit in einem entsprechenden Abschnitt des Rechtbauteils und wird somit durch die Faserdichte und die Menge an Matrixwerkstoffen be- stimmt. Ein vorgegebener Faservolumengehalt im Sinne der Erfindung kann beispielsweise bedeuten, dass zumindest in einem Abschnitt des herzustellenden Rechtbauteils ein bestimmter Faservolumengehalt vorhanden sein soll. Auch kann vorgesehen sein, dass dieser Faservolumengehalt in Abhängigkeit von einer Position auf und/oder im Flechtbauteil unterschiedlich vorgegeben ist. Bevorzugt kann der Faservolumengehalt als über das gesamte Rechtbauteil konstant vorgegeben sein. Ein derartiger vorgegebener Faservolumengehalt kann dadurch sichergestellt werden, dass die Menge an Matrixwerkstoff, die bei der rechnerischen Ermittlung der Wandstärke in Schritt d) eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird, ent- sprechend der Faserdichte, die sich durch die simulierte Umflechtung ergibt, gewählt wird. Beispielsweise kann ein konstanter Faservolumengehalt dadurch sichergestellt werden, dass beim Ermitteln der Wandstärke in Schritt d) in Gebieten mit einer hohen Faserdichte eine große Menge an Matrixwerkstoff, in Bereichen mit niedriger Faserdichte entsprechend weniger Matrixwerkstoff angenommen wird. Ein derartiger konstanter Faservolumengehalt, aber auch jeder andere vorgegebene Faservolumengehalt, resultiert somit bei einer variablen Faserdichte in einer ebenfalls entsprechend variablen Wandstärke. Insbesondere kann somit durch ein erfindungsgemäßes Verfahren beim Festgelegen der geometrischen Form des Kernbauteils diese geometrische Form derart festgelegt werden, dass das resultierende Flechtbauteil einen vorgegebenen, insbesondere konstanten oder zumindest im Wesentlichen - konstanten, Faservolumengehalt aufweist. Besonders gleichbleibende Eigenschaften, insbesondere gleichbleibende mechanische Eigenschaften, des hergestellten Flechtbauteils können dadurch sichergestellt werden. Auch kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ferner vorgesehen sein, dass im Schritt c) für das Einteilen der Rechtlage topologisch identische Rasterzellen verwendet werden. Topologisch identisch im Sinne der Erfindung bedeutet insbesondere, dass die einzelnen Rasterzellen hinsichtlich der von ihnen Oberdecken Abschnitte der Flechtlage zumindest ähnlich ausgebildet sind, beispielsweise dadurch, dass sie dieselbe Anzahl von Kreuzungen von Fäden des Faserwerkstoffs Oberdecken. Auf diese Weise kann eine besonders gleichmäßige Einteilung der Flechtlage in Rasterzellen sichergestellt werden. Die festgelegte geometrische Form des Kernbauteils kann dadurch insgesamt verbessert werden. Besonders bevorzugt kann beim erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass im Schritt c) für das Einteilen der Flechtlage Knotenpunkte von Fasern der Flechtlage als Eckpunkte der Rasterzellen verwendet werden. Derartige Knotenpunkte bzw. Kreuzungen der Fasern der Flechtlage stellen besonders geeignete Orte in- nerhalb der Rechtlage dar, um Eckpunkte der Rasterzellen zu definieren. Insbesondere kann die zugrunde liegende Simulation, die durch die Rechnereinheit durchgeführt wird, dadurch vereinfacht werden. Auch das oben bereits beschriebene vorteilhafte Bereitstellen von topologisch identischen Rasterzellen kann durch die Verwendung von Knotenpunkten als Eckpunkte der Rasterzellen besonders einfach bereit- gestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass die eingeteilten Rasterzellen eine gleiche Anzahl von Knotenpunkten von Fasern der Flechtlage Oberdecke, insbesondere dass die eingeteilten Rasterzellen vier Knotenpunkte, bevorzugt neun Knotenpunkte von Fasern der Flechtlage überdecken. Auf diese Weise kann besonders einfach eine identische Topologie der einzelnen Rasterzellen sichergestellt werden. Die Anzahl der überdeckten Knotenpunkte kann insbesondere derart gewählt werden, dass die eingeteilten Rasterzellen zum einen möglichst klein ausgebildet sind, und zum anderen die Anzahl der eingeteilten Rasterzellen nicht zu groß wird, um einen Rechenaufwand bei der insgesamt durchgeführten Simulation nicht unnötig zu erhöhen. Eine Anzahl von vier, bevorzugt neun Knotenpunkten von Fasern der Flechtlage, die durch jeweils eine Rasterzelle überdeckt werden, hat sich als besonders günstig herausgestellt.
Darüber hinaus kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass in Schritt b) eine Umflechtung des Flechtbauteilkörpers mit mehreren, insbesondere fünf oder mehr, Rechtlagen simuliert wird. Dabei wird berücksichtigt, dass auch das Rechtbauteil, welches durch Umflechtung des Kernbauteils hergestellt wird, zumeist mehrere Flechtlagen aufweist. Eine zumeist größere Wandstärke der gesamten Umflechtung mit mehreren Rechtlagen ist die Folge. Dadurch, dass in Schritt b) eine Umflechtung des Rechtbauteilkörpers mit mehreren Rechtlagen simuliert wird, kann insbesondere eine bessere Bestimmung bzw. Festlegung der Geometrie des Kernbauteils ermöglicht werden, um später bei der Herstellung des ei- gentlichen Flechtbauteils eine Einhaltung der dort geforderten Geometrie des Flechtbauteils sicherzustellen. Die Qualität des Flechtbauteils, dass unter Verwendung eines Kernbauteils, dessen Geometrie durch ein erfindungsgemäßes Verfahren festgelegt wurde, hergestellt wurde, kann dadurch weiter gesteigert werden.
Besonders bevorzugt kann ein erflndungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Umflechtung des Rechtbauteilkörpers mit mehreren Flechtlagen aus einer Umflechtung des Hechtbauteilkörpers mit einer Flechtlage extrapoliert wird. Jede simulierte Umflechtung des Flechtbauteilkörpers mit einer Flechtlage durch die Recheneinheit stellt einen hohen Rechenaufwand dar. Dieser hohe Rechenaufwand ist zumeist mit einem hohen Zeitaufwand und damit einem hohen Kostenaufwand verbunden. Bei einer Extrapolation werden die Eigenschaften der weiteren Flechtlagen aus den Daten der bereits simulierten ersten Rechtlage errechnet. Eine Extrapolation von weiteren Umflechtungen des Rechtbauteilkörpers durch die Verwendung von Informationen beziehungsweise Daten einer bereits durchgeführten simulieren Umflechtung des Flechtbauteilkörpers steift daher eine deutliche Vereinfachung gegenüber einer tatsächlich durchgeführten Simulation der jeweiligen weiteren Umflechtung mit einer Flechtlage dar. Eine Umflechtung des Flechtbauteilkörpers mit mehreren Flechtlagen kann durch eine derartige Extrapolation somit deutlich einfa- eher und insbesondere schneller und kostengünstiger durchgeführt werden.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäBen Verfahren vorgesehen sein, dass in Schritt e) eine Wandstärke der zumindest eine Rechtlage für Knotenpunkte von Fasern der Rechtlage ermittelt wird, wobei insbesondere für Knotenpunkte, die mehre- ren Rasterzellen zugehörig sind, eine Mittelung durchgeführt wird. Wie oben bereits beschrieben ist zumeist vorgesehen, dass eine Rasterzelle mehrere Knotenpunkte überdeckt. Durch die Berechnung einer Wandstärke für jeden der Knotenpunkte einer Rasterzelle kann somit eine örtliche Genauigkeit der ermittelten Wandstärke, die später in Schritt e) eines erfindungsgemäBen Verfahrens zum eigentlichen Erzeugen der Oberfläche des Kernbauteils verwendet wird, gesteigert werden. Insbesondere für Knotenpunkte die mehreren Rastzellen zugehörig sind, beispielsweise als Eckpunkte oder an Kanten dieser Rastzellen, kann durch die Mittelung der Wandstärken, die insbesondere für die verschiedenen Rasterzellen unterschiedlich sein können, vermieden werden, dass sich die Wandstärke zwischen zwei Rasterzellen abrupt än- dort. Auch dadurch kann insgesamt die festgelegte Geometrie des Kernbauteils im Schritt e) weiter verbessert werden.
Besonders bevorzugt kann eine erfindungsgemäßes Verfahren dahingehend weiter- entwickelt sein, dass in Schritt e) eine Projektion, insbesondere eine senkrechte Projektion, der Knotenpunkt der auf den Flechtbauteilkörper zur Bestimmung von Startpunkten auf der Oberfläche des Flechtbauteilkörpers durchgeführt wird, wobei ferner ein Verschiebevektor ermittelt wird, dessen Länge der in Schritt d) ermittelten Wandstärke des jeweiligen Knotenpunkts entspricht und dessen Richtung durch den jewei- ligen Knotenpunkt und den jeweiligen Startpunkt festgelegt wird, und wobei das Verschieben der Oberfläche durch den am Startpunkt angreifenden Verschiebevektor definiert wird. Dies stellt eine besonders bevorzugte Vorgehensweise dar, um die Verschiebung der Oberfläche des Rechtbauteilkörpers nach innen vorzunehmen. Durch die Projektion, insbesondere die senkrechte Projektion, der Knotenpunkte auf den Flechtbauteilkörper können insbesondere Startpunkte auf der Oberfläche des Flechtbauteilkörpers erzeugt werden. Diese Startpunkte sind insbesondere über den gesamten Flechtbauteilkörper verteilt, da die Knotenpunkte der Flechtlage ebenfalls in der gesamten Flechtlage verteilt sind. Dadurch, dass für jeden der Knotenpunkte ein Startpunkt erzeugt wird, kann folglich auch für jeden der Knotenpunkte bzw. der Startpunkte ein Verschiebevektor definiert werden. Die Länge des Verschiebevektors entspricht der Länge der Wandstärke, die für den jeweiligen Knotenpunkt im Schritt e) der ermittelt wurde. Auf diese Weise können sämtliche Vorteile, die oben bereits bzgl. der variablen Wandstärken und auch bzgl. beispielsweise eines vorgegebenen, insbesondere konstanten, Faservolumengehalts beschrieben worden sind, auch in dieser speziellen Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Verfährens bereitgestellt werden. Der so erzeugte Verschiebevektor wird für das Verschieben der Oberfläche des Rechtbauteilkörpers nun an dem jeweiligen zugehören Startpunkt angesetzt, insbesondere derart, dass der Verschiebevektor 1ns Innere des Flechtbauteilkörpers zeigt. Eine besonders sichere und mathematisch einfache Erzeugung der Oberfläche des festzulegenden Kernbauteils, kann auf diese Weise bereitgestellt werden. Zusammenfassend kann in dieser speziellen Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens für jeden der betrachteten Knotenpunkte der Rechtlage ein Verschiebevektor erzeugt werden, sodass die Geometrie des Kernbauteils im Wesentlichen derart aufgelöst festgelegt werden kann, wie die Knotenpunkte in der Flechtlage definiert sind. Eine besonders genaue Festlegung der geometrischen Form des Kernbauteils kann auf diese Weise bereitgestellt werden.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Kern- bauteil für ein faserverstärktes Flechtbauteils für ein Fahrzeug, aufweisend eine geometrische Form. Ein erfindungsgemäßes Kernbauteil ist dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Form durch ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung festgelegt ist. Somit weist auch ein erfindungsgemäßes Kernbauteil sämtliche Vorteile auf, die bereits im Bezug auf ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind. Insbesondere kann durch ein erfindungsgemäßes Kernbauteil ein faserverstärktes Flechtbauteil bereitgestellt werden, dass einer vorgegebenen geometrischen Form besonders gut entspricht und das bevorzugt auch gleichmäßige Bauteileigenschaften wie beispielsweise einen vorgegebenen, insbesondere konstanten, Faservolumengehalt aufweist.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein faserverstärktes Flechtbauteil für ein Fahrzeug, wobei eine Herstellung des faserverstärkten Rechtbauteils eine Umflechtung eines Kernbauteils mit zumindest einer Flechtlage eines Faserwerkstoffs umfasst. Ein erfindungsgemäßes faserverstärktes Flecht- bauteil ist dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Herstellung des Flechtbauteils verwendete Kernbauteil gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Somit weist auch ein erfindungsgemäßes faserverstärktes Rechtbauteil sämtliche Vorteile auf, die bereits in Bezug auf ein erfindungsgemäßes Kernbauteil gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und damit auch in Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Aus- führungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und die in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 6 mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schemätisch: Figur 1 ein erfindungsgemäßes Verfahren,
Figur 2 Schritt a) eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 3 Schritt b) eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 4 Schritte c) und d) eines erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 5 Schritt e) eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
Figur 6 eine weitere Ausgestaltungsform des Schritts e) eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren gezeigt, wobei Schritt a) mit A, Schritt b) mit B, Schritt c) mit C, Schritt d) mit D sowie Schritt e) mit E bezeichnet ist. In den Fig. 2 bis 5 sind die Schritte a) bis e) jeweils schematisch einzelnen gezeigt, wobei im Folgenden die Fig. 1 bis 5 gemeinsam beschrieben werden, wobei auf die einzelnen Schritte jeweils einzeln eingegangen wird.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zum Festlegen einer geometrischen Form eines Kernbauteils 10 für ein faserverstärktes Flechtbauteil 1 für ein Fahrzeug vorgesehen. Derartige Flechtbauteile 1 werden als Hohlbauteile weitläufig in Fahrzeugen, beispielsweise Personenkraftwagen, eingesetzt. Die Kernbauteile 10 Können in den hergestellten Rechtbauteilen 1 verbleiben oder aus diesen entfernt werden, je nach Anforderungen und/oder Einsatzort. Eine äußere geometrische Form des hergestellten Flechtbauteils 1 ist zumeist vorgegeben, so dass die geometrische Form des Kernbauteils 10, das bei der Herstellung mit zumindest einer Rechtlage 30 aus einem Faserwerkstoff 31 umflochten wird, berücksichtigt werden. Ein erfindungsgemä- ßes Verfahren ist dafür vorgesehen, das Festlegen der geometrischen Form eines derartigen Kernbauteils 10 zu verbessern.
In einem ersten Schritt a) wird ein virtueller Flechtbauteilkörper 20 bereitgestellt, der in seiner geometrischen Form dem herzustellenden Rechtbauteil 1 entspricht In den Fig. 2 bis 5 sind jeweils in der linken Abbildung eine Schnittansicht und in der rechten Abbildung eine Seitenansicht des Flechtbauteilkörpers 20 gezeigt Das gesamte Verfahren wird in einer Rechnereinheit durchgeführt, sodass die hier gezeigten Vorrichtungen und Gegenstände jeweils nur virtuell bzw. als Simulation vorhanden sind. Im nächsten .Schritt b) wird eine Umflechtung des Flechtbauteilkörpers 20 mit zumindest einer Rechtlage 30 simuliert. Auch dies wird durch die Rechnereinheit durchgeführt. Die Rechtlage 30 weist einen Faserwerkstoff 31 auf, der neben Fasern 32 auch einen Matrixwerkstoff umfasst. Wie in Fig. 3 dargestellt, wird der gesamte Flechtbauteilkörper 20 mit der Faserlage 30 umflochten. Auch eine Umflechtung des Recht- bauteilkörpers 20 mit mehreren Rechtlagen 30 kann bevorzugt simuliert werden, wobei besonders bevorzugt nach einer ersten simulierten Flechtlage 30 die Eigenschaften, insbesondere die Wandstärken 34, der weiteren Flechtlagen 30 (jeweils nicht mit abgebildet) aus den Daten und Eigenschaften der ersten Flechtlage 30 extrapoliert werden. Dargestellt ist ein sehr einfacher Flechtbauteilkörper 20, wobei selbstver- ständlich verschiedenste, auch darüber hinaus komplizierte, Geometrien für den Flechtbauteilkörper 20 vorgesehen sein können. Im nächsten Schritt c), dargestellt insbesondere in der rechten Abbildung der Fig. 4, wird die zumindest in eine Flechtlage 30 in eine Vielzahl von Rasterzellen 40 eingeteilt. Diese Rasterzellen 40 können beispielsweise und bevorzugt sich an Knotenpunkten 33 der Fasern 32 der Flechtla- ge 30 orientieren. Auch kann vorgesehen sein, dass für die Oberdeckung des gesamten Flechtbauteilkörpers 20 topologisch identische Rasterzellen 40 verwendet werden. Topologisch identisch kann insbesondere bedeuten, dass bevorzugt sämtliche Rasterzellen 40 dieselbe Anzahl von Knotenpunkten 33 überdecken. Dargestellt ist eine Rasterzelle 40, die 25 Knotenpunkte 33 beinhaltet. Besonders bevorzugt sind Rasterzellen 40, die vier oder neun derartige Knotenpunkte 33 überdecken. Auf diese Weise kann zum einen eine besonders gute lokale Auflösung der Rechtlage 30 durch die Rasterzeile 40 bereitgestellt werden und gleichzeitig ein Rechenaufwand beim durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens in der Rechnereinheit sichergestellt werden. Ferner ist in Fig. 4 dargestellt, dass im Schritt d) eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens eine Wandstärke 34 der zumindest eine Flechtlage 30 ermittelt wird, insbesondere für jede der eingeteilte Rasterzellen 40. Dabei kann sich diese Wandstärke 34 für die einzelnen Rasterzellen 40 unterscheiden, da die Wandstärke 34 insbesondere abhängig ist, beispielsweise von einer Faserdichte oder der Menge an eingesetzten Matrixwerkstoff. Besonders bevorzugt kann bereits hier be- rücksichtigt werden, wenn das herzustellende Faserflechtbauteil 1 einen vorgegebenen, insbesondere konstanten oder zumindest im Wesentlichen konstanten, Faservolumengehalt aufweisen soll. Letzteres kann beispielsweise dadurch berücksichtigt werden, dass in Gebieten mit hoher Faserdichte ebenfalls eine hohe Menge an Mat- rixwerkstoff in der Simulation angesetzt wird, entsprechend in einem Abschnitt der Flechtlage 30 mit einer geringen Faserdichte auch nur wenig Matrixwerkstoff simuliert wird. Ein konstanter Faservolumengehalt kann dadurch simuliert werden, wobei dadurch gleichzeitig eine variable und lokal unterschiedliche Wandstärke 34 bedingt ist. Die Wandstärke 34 kann auch bevorzugt für die einzelnen Knotenpunkte 33 be- stimmt werden, wobei bei Knotenpunkten 33, die mehreren Rasterzellen 40 zugehörig sind, eine Mittelung durchgeführt werden kann. Eine Ortsauflösung der ermittelten Wandstärke 34.kann dadurch erhöht werden.
Im letzten Schritt e), dargestellt in Fig. 5, wird das eigentliche Festlegen der geomet- rischen Form des Kernbauteils 10 durchgeführt. Dafür wird die Oberfläche 21 des Flechtbauteilkörpers 20 lokal für jede Rasterzelle 40 nach innen verschoben, insbesondere um den Betrag der für diese Rasterzelle 40 ermittelten Wandstärke 34. Bei einer späteren Umflechtung eines Kernbauteils 10 mit dieser geometrischen Form kann davon ausgegangen werden, dass die Flechtlage 30 wieder eine zumindest im Wesentlichen gleiche Wandstärke 34 aufweisen wird, so dass das resultierende Flechtbauteil 1 (in Fig. 5 nicht mit abgebildet) die geforderte geometrische Form aufweisen wird. Durch die oben beschriebene Berücksichtigung beispielsweise eines vorgegebenen, insbesondere konstanten, Faservolumengehalts kann dieser ebenfalls für das erzeugte Rechtbauteil 1 bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann somit ein Rechtbauteil 1 mit hoher Genauigkeit bzgl. seiner geometrischen Ausgestaltung und seiner Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich eines Faservolumengehalts, erzeugt werden..
Fig. 6 zeigt eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Schritts e) eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens, hier mit E bezeichnet. Dafür wird für jeden der Knotenpunkte 33 der Rechtlage 30 eine Projektion 50 durchgeführt, die diesen Knotenpunkt 33 auf die Oberfläche 21 des Flechtbauteilkörpers 20 projiziert. Auf diese Weise wird auf den Flechtbauteilkörper 20 für jeden der Knotenpunkte 33 ein Startpunkt 22 definiert. Als Abstand zwischen dem Knotenpunkt 33 und dem Startpunkt 22 ist in dieser Abbildung zur besseren Darstellung jeweils die Wandstärke 34 in eben diesem Knotenpunkt 33 verwendet. Dies ist jedoch nicht zwingend immer der Fall, da die in Schritt d) eines erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte Wandstärke 34 insbesondere von der Faserdichte und dem simulierten Matrixgehalt abhängt. Insbesondere bei einem vorgegebenen, bevorzugt kontanten, Faservolumengehalt wird sich daher die in einem erfindungsgemäßen Verfahren rechnerisch ermittelte beziehungsweise bestimmte Wandstärke 34 von dem simulierten Abstand der Knotenpunkte 33 zu den jeweils zugehörigen Startpunkten 22 unterscheiden. Wie abgebildet kann ferner diese Wandstärke 34 für jeden der Knotenpunkte 33 unterschiedlich sein. Als nächster Verfahrensschritt wird ein Verschiebevektor 51 , der durch den Knotenpunkt 33 und den Startpunkt 22 gebildet wird und der die Länge der Wandstärke 34 aufweist, festgelegt. Um das Verschieben der Oberfläche 21 des Formbauteilkörpers 20 durchzuführen, wird nun für jeden der Startpunkte 22 der entsprechende Verschiebevektor 51 am Startpunkt 22 angesetzt, insbesondere gerichtet ins Innere des Flechtbauteil- körpers 20. Die Endpunkte der Verschiebevektoren 51 definieren dann die neue Oberfläche 21 des Kernbauteils 10, wodurch die geometrische Form des Kernbauteils 10 festgelegt wird. Wie dargestellt können sowohl die Projektionen 50 als auch das Verschieben durch die Verschiebevektoren 51 jeweils senkrecht zur Oberfläche 21 des Flechtbauteilkörpers 20 durchgeführt werden. Auf diese Weise kann rechne- risch besonders einfach und dennoch präzise die geometrische Form des Kernbauteils 10 festgelegt werden. Ein Flechtbauteil 1 (nicht mit abgebildet) das unter Verwendung bzw. Umflechtung eines derartig hergestellten Kernbauteils 10 hergestellt ist, weist somit insbesondere die für dieses Flechtbauteil 1 gewünschte geometrische Form auf und gleichzeitig den bei der Festlegung bei der geometrischen Form des Kernbauteils 10 berücksichtigen Eigenschaften, beispielsweise einen vorgegebenen, insbesondere konstanten, Faservolumengehalt, auf.
Bezugszeichenliste
1 Flechtbauteil
10 Kernbauteil
20 Flechtbauteilkörper
21 Oberfläche
22 Startpunkt
30 Flechtlage
31 Faserwerkstoff
32 Faser
33 Knotenpunkt
34 Wandstärke
40 Rasterzelle
50 Projektion
51 Verschiebevektor

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Festlegen einer geometrischen Form eines Kernbauteils (10) für ein faserverstärktes Flechtbauteil (1) für ein Fahrzeug,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Bereitstellen eines virtuellen Flechtbauteilkörpers (20) durch eine Rechnereinheit, wobei eine geometrische Form des Flechtbauteilkörpers (20) der geometrischen Form des Flechtbauteils (1 ) entspricht oder zumindest im Wesentlichen entspricht,
b) Simulieren einer Umflechtung des Flechtbauteilkörpers (20) durch die Rechnereinheit mit zumindest einer Flechtlage (30) aus einem Faserwerkstoff (31) außen auf eine Oberfläche (21) des Flechtbauteilkörpers (20),
c) Einteilen der zumindest einen Flechtlage (30) in eine Vielzahl von Rasterzellen (40) durch die Rechnereinheit,
d) Ermitteln einer Wandstärke (34) der zumindest einen Rechtlage (30) für jede der in Schritt c) eingeteilten Rasterzellen (40) durch die Rechnereinheit, und
e) Festlegen der geometrischen Form des Kembauteils (10) durch die
Rechnereinheit durch ein lokales Verschieben der Oberfläche (21) des Flechtbauteilkörpers (20) nach innen für jede der in Schritt c) eingeteilten Rasterzellen (40) jeweils um die in Schritt d) ermittelte Wandstärke (34).
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt d) beim Ermitteln der Wandstärke (34) ein Faservolumengehalt, insbesondere ein vorgegebener Faservolumengehalt, bevorzugt ein konstanter oder zumindest im Wesentlichen konstanter Faservolumengehalt , des faserverstärkten Flechtbauteils (1) berücksichtigt wird.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) für das Einteilen der Flechtlage (30) topologisch identische Rasterzellen (40) verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt c) für das Einteilen der Flechtlage (30) Knotenpunkte (33) von Fasern (32) der Flechtlage (30) als Eckpunkte der Rasterzellen (40) verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die eingeteilten Rasterzellen (40) eine gleiche Anzahl von Knotenpunkten (33) von Fasern (32) der Rechtlage (30) überdecken, insbesondere dass die eingeteilten Rasterzellen (40) vier Knotenpunkte (33), bevorzugt neun Knotenpunkte (33) von Fasefn (32) der Rechtlage (30) überdecken.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt b) eine Umflechtung des Flechtbauteilkörpers (20) mit mehreren, insbesondere fünf oder mehr, Flechtlagen (30) simuliert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Umflechtung des Rechtbauteilkörpers (20) mit mehreren Flechtlagen (30) aus einer Umflechtung des Rechtbauteilkörpers (20) mit einer Rechtlage (30) extrapoliert wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt d) eine Wandstärke (34) der zumindest einen Rechtlage (30) für Knotenpunkte (33) von Fasern (32) der Flechtlage (30) ermittelt wird, wobei insbesondere für Knotenpunkte (33), die mehreren Rasterzellen (40) zugehörig sind, eine Mittelung durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt e) eine Projektion (50), insbesondere eine senkrechte Projektion
(50) , der Knotenpunkte (33) auf den Rechtbauteilkörper (20) zur Bestimmung von Startpunkten (22) auf der Oberfläche (21) des Flechtbauteilkörpers (20) durchgeführt wird, wobei ferner ein Verschiebevektor (51) ermittelt wird, dessen Länge der in Schritt d) ermittelten Wandstarke (34) des jeweiligen Knotenpunkts (33) entspricht und dessen Richtung durch den jeweiligen Knotenpunkt (33) und den jeweiligen Startpunkt (22) festgelegt wird, und wobei das Verschieben der Oberfläche (21) durch den am Startpunkt (22) angreifenden Verschiebevektor
(51) definiert wird.
10. Kernbauteil (10) für ein faserverstärktes Rechtbauteil (1 ) für ein Fahrzeug, aufweisend eine geometrische Form,
dadurch gekennzeichnet,
dass die geometrische Form durch ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprühe festgelegt ist.
11. Faserverstärktes Rechtbauteil (1) für ein Fahrzeug, wobei eine Herstellung des faserverstärkten Flechtbauteils (1) eine Umflechtung eines Kernbauteils (10) mit zumindest einer Flechtlage (30) eines Faserwerkstoffs (31 ) umfasst,
dadurch gekennzeichnet,
dass das bei der Herstellung des Flechtbauteils (1) verwendete Kernbauteil (10) gemäß Anspruch 10 ausgebildet ist.
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