EP3860836A2

EP3860836A2 - Verfahren zur herstellung eines strukturbauteils

Info

Publication number: EP3860836A2
Application number: EP19783273.6A
Authority: EP
Inventors: Julian Kuntz; Markus Kaden; Marvin Schneider
Original assignee: Premium Aerotec GmbH
Current assignee: Premium Aerotec GmbH
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2021-08-11
Also published as: US20220161508A1; DE102018217017A1; WO2020070204A3; WO2020070204A2

Abstract

Es werden Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils (B) beschrieben. Die Verfahren umfassen jeweils ein Bereitstellen eines vorgeformten Schichtaufbaus (100) mit mehreren Lagen (110), welche jeweils in ein thermoplastisches Matrixmaterial (20) eingebettete Verstärkungsfasern (21) aufweisen, ein Heizen des Schichtaufbaus (100) in einer zwischen einer Konturfläche (150a) und einem Anlageteil (220) gebildeten Kavität (205) auf eine erste Temperatur, die größer als ein Schmelzpunkt des thermoplastischen Matrixmaterials (20) ist, und unter Aufbringung eines Kompressionsdrucks ein Abkühlen des Schichtaufbaus (100) in der Kavität (205) auf eine Verfestigungstemperatur, die z.B. kleiner als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Matrixmaterials (20) ist. Gemäß einem Verfahren wird der Kompressionsdruck erzeugt, indem mittels einer Magneteinrichtung (240) ein quer zu der Konturfläche (150a) gerichtetes Magnetfeld erzeugt wird, welches das Anlageteil (220) und die Konturfläche (150a) relativ zueinander zusammenzieht bzw. zusammendrückt. Gemäß einem weiteren Verfahren erfolgt ein induktives Heizen der Kavität (205).

Description

Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines

Strukturbauteils, insbesondere eines Strukturbauteils, welches eine gewölbte bzw. doppelt gekrümmte Form oder Gestalt aufweist.

Insbesondere auf dem Gebiet des Luft- und Raumfahrzeugbaus kommen

Strukturbauteile aus Faserverbund material mit großer flächiger Erstreckung zum Einsatz. Häufig weisen Strukturbauteile zudem eine in zumindest zwei Richtungen gekrümmte, kuppel- bzw. domförmige oder anderweitig sphärische Gestalt auf. Gewölbte Bauteile werden im Luftfahrzeug bau z.B. als Druckspante oder als Rumpfschale verwendet.

Zur Herstellung solcher Strukturbauteile werden typischerweise zunächst eine Vielzahl von mattenförmigen Faserhalbzeugen gestapelt, um einen Laminat- oder Schichtaufbau zu bilden. Die Faserhalbzeuge können hierbei als mit einem

Matrixmaterial vorimprägnierte Fasermatten vorliegen. Der gebildete

Laminataufbau wird dann verformt und das Matrixmaterial wird gehärtet. Die DE 10 2010 050 740 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils, wobei eine Vielzahl von Halbzeugschichten aus einem

faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff material gestapelt und punktuell miteinander verbunden werden, um eine Position der Halbzeugschichten relativ zueinander zu fixieren.

Die US 2005/00351 15 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von

Faserverbundbauteilen, wobei ein Schichtaufbau, welcher in thermoplastisches Matrixmaterial eingebettete Verstärkungsfaserschichten aufweist, zwischen Heizmatten in Form von Metallfolien aufgenommen wird. In einer geschlossenen Kavität eines Presswerkzeugs wird der Schichtaufbau zwischen den Heizmatten induktiv auf eine Umformtemperatur oberhalb des Schmelzpunkts des

Matrixmaterials aufgeheizt und zusammen mit den Heizmatten mittels eines Druckfluids umgeformt. Ein ähnliches Verfahren wird in der US 5,591,369 A beschrieben.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes, insbesondere hinsichtlich der Verfahrenseffizienz verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils aus einem faserverstärkten Thermoplastmaterial bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird jeweils durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils vorgesehen. In einem ersten Schritt erfolgt ein Bereitstellen eines gemäß einer Form des herzustellenden Strukturbauteils vorgeformten

Schichtaufbaus mit mehreren Lagen, welche jeweils in ein thermoplastisches Matrixmaterial eingebettete Verstärkungsfasern aufweisen. Die einzelnen Lagen liegen hierbei insbesondere in einem nicht-konsolidierten oder nicht vollständig konsolidierten bzw. nicht vorkonsolidierten Zustand vor, also als diskrete Lagen oder nur teilweise verbundene Lagen, deren Verbindung noch nicht die für das finale Bauteil geforderte Güte hat. Ein derartiger Schichtaufbau kann insbesondere einen Luftgehalt von größer oder gleich 2,5 Volumenprozent aufweisen. Der Schichtaufbau wird in einer zwischen einer Konturfläche und einem Anlageteil gebildeten Kavität auf eine erste Temperatur geheizt, die größer als ein

Schmelzpunkt des thermoplastischen Matrixmaterials ist. Unter Aufbringung eines Kompressionsdrucks erfolgt weiterhin ein Abkühlen des Schichtaufbaus in der Kavität auf eine Verfestigungstemperatur, die beispielsweise kleiner als der

Schmelzpunkt des thermoplastischen Matrixmaterials ist. Dadurch erstarrt das thermoplastische Material des Schichtaufbaus. Der Kompressionsdruck wird erfindungsgemäß erzeugt, indem mittels einer ersten Magneteinrichtung ein quer, vorzugsweise senkrecht zu der Konturfläche gerichtetes Magnetfeld erzeugt wird, durch welches derart in ein dem Anlageteil zugeordnetes magnetisierbares

Material und/oder in ein der Konturfläche zugeordnetes magnetisierbares Material eingekoppelt wird, dass der Schichtaufbau durch die Konturfläche und das

Anlageteil mit dem Kompressionsdruck beaufschlagt wird. Beispielsweise können das Anlageteil und/oder die Konturfläche ein magnetisierbares Material enthalten bzw. aus diesem gebildet sein, wodurch das Magnetfeld das Anlageteil und die Konturfläche relativ zueinander zusammenzieht. Alternativ ist es auch möglich, dass das magnetische Material an die Konturfläche und/oder das Anlageteil gekoppelt oder daran befestigt und dadurch der Konturfläche bzw. dem Anlageteil zugeordnet ist. Alternativ wird durch die erste Magneteinrichtung ein Magnetfeld quer, vorzugsweise senkrecht zu der Konturfläche gerichtetes Magnetfeld erzeugt, welches mit einem durch eine dem Anlageteil oder der Konturfläche zugeordnete zweite Magneteinrichtung erzeugten Magnetfeld wechselwirkt, dass der

Schichtaufbau durch die Konturfläche und das Anlageteil mit dem

Kompressionsdruck beaufschlagt wird. Die erste Magneteinrichtung kann ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet sein. Die zweite Magneteinrichtung kann, unabhängig von der Gestaltung der ersten Magneteinrichtung, ein

Permanentmagnet oder ein Elektromagnet sein.

Eine der Ideen der Erfindung besteht somit darin, eine Konsolidierung des aus thermoplastischen Faserverbundhalbzeugen gebildeten Schichtaufbaus zwischen einer Konturfläche und einem Anlageteil durchzuführen, welche die Lagen des Schichtaufbaus zusammenpressen, wobei der hierfür erforderliche

Kompressionsdruck mittels einer Magneteinrichtung, z.B. in Form eines oder einer Vielzahl von Elektromagneten oder Permanentmagneten erzeugt wird, welcher in ein magnetisches Material eines die Konturfläche bildenden Teils und/oder des Anlageteils ein Magnetfeld induziert, das bewirkt, dass die Konturfläche und das Anlageteil gegen den Schichtaufbau gepresst werden. Dies verringert den

Werkzeugaufwand. Insbesondere wird eine Ausbildung eines sich durch die Kavität, in welcher der Schichtaufbau gelegen ist, hindurch erstreckendes

Magnetfeld erzielt, was in einer sehr gleichmäßigen Druckverteilung resultiert. Dies kann erfindungsgemäß auch dadurch erzielt werden, indem eine Wechselwirkung zwischen einem durch eine erste Magneteinrichtung erzeugten, quer zu der Konturfläche gerichtetes Magnetfeld und einem durch eine zweite

Magneteinrichtung, welche dem Anlageteil oder der Konturfläche zugeordnet ist, erzeugtes Magnetfeld erzeugt wird, wodurch die Konturfläche und das Anlageteil gegen den Schichtaufbau gepresst werden.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann die erste Magneteinrichtung an dem Anlageteil oder der Konturfläche angeordnet sein, wobei das durch die erste Magneteinrichtung erzeugte Magnetfeld sich durch den Schichtaufbau hindurch erstreckt. Demnach kann die erste Magneteinrichtung gegenüberliegend zu dem magnetisierbaren Material oder gegenüberliegend zu der zweiten

Magneteinrichtung angeordnet sein. Damit wird ein räumlich stark gebündeltes, aber flächig über die Konturfläche bzw. das Anlageteil verteiltes Magnetfeld erzeugt, welches den Kompressionsdruck erzeugt. Durch die Erstreckung des Magnetfelds durch den Schichtaufbau hindurch wird ein günstiger Kraftfluss erzielt und eine flächige Verteilung des Kompressionsdrucks verbessert.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens können das Anlageteil und/oder die Konturfläche ein induktiv heizbares Material enthalten und das Heizen des

Schichtaufbaus durch induktives Heizen erfolgen. Alternativ kann das Heizen auch mittels Infrarotstrahlung erfolgen. Induktives Heizen, also ein Heizen durch

Erzeugen von magnetischen Wechselfeldern mittels einer elektrischen

Wechselspannung, bietet den Vorteil, dass die Konturfläche und/oder das

Anlageteil selbst damit sehr schnell aufgeheizt werden können und somit quasi als Heizeinrichtung wirken. Damit kann ein effizientes und schnelles Aufheizen der Kavität realisiert werden. Das Anlageteils und/oder eines die Konturfläche können insbesondere ein Material aufweisen, welches sich induktiv aufheizen lässt, insbesondere ein elektrisch leitfähiges Material, z.B. ein Metallmaterial wie

Baustahl, Edelstahl, Invarstahl, Aluminium, Kupfer oder dergleichen, ein

Halbleitermaterial, ein ferrimagnetisches Keramikmaterial oder dergleichen.

Infrarotstrahlung lässt sich vorteilhaft mit geringem konstruktiven Aufwand erzeugen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Kavität mittels einer Vakuumeinrichtung evakuiert wird. Durch die Erzeugung von Vakuum in der Kavität wird Luft, die zwischen oder in den Lagen des

Schichtaufbaus vorhanden sein kann, aus dem Schichtaufbau abgesaugt. Dies beugt einer Porenbildung im Strukturbauteil vor und vergrößert dadurch die mechanische Festigkeit des Strukturbauteils. Weiterhin kann das Vakuum die Erzeugung des Kompressionsdrucks unterstützen. Dies beschleunigt weiter das Verfahren.

Falls die Kavität evakuiert wird, kann das Anlageteil beispielsweise durch eine Vakuumfolie gebildet sein, also eine elastisch oder plastisch verformbare, sich flächig erstreckende Folie, z.B. aus einem Silikonmaterial oder einem ähnlichen Material.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils vorgesehen. Hierbei erfolgt ein Bereitstellen eines gemäß einer Form des herzustellenden Strukturbauteils vorgeformten Schichtaufbaus mit mehreren Lagen, welche jeweils in ein thermoplastisches Matrixmaterial eingebettete Verstärkungsfasern aufweisen. Die einzelnen Lagen liegen hierbei insbesondere in einem nicht-konsolidierten bzw. nicht vorkonsolidierten Zustand, also als diskrete Lagen. Ein derartiger Schichtaufbau kann insbesondere einen Luftgehalt von größer oder gleich 2,5 Volumenprozent aufweisen. Der

Schichtaufbau wird in einer zwischen einer Konturfläche und einem Anlageteil gebildeten Kavität auf eine erste Temperatur geheizt, die größer als ein

Schmelzpunkt des thermoplastischen Matrixmaterials ist, wobei das Anlageteil und/oder die Konturfläche ein induktiv heizbares Material enthalten und das Heizen induktiv erfolgt, also durch Erzeugen von magnetischen Wechselfeldern mittels einer elektrischen Wechselspannung, welche Wirbelströme in das induktiv heizbare Material induzieren. In einem weiteren Schritt erfolgt eine Aufbringung eines Kompressionsdrucks durch Evakuieren der Kavität und ein Abkühlen des Schichtaufbaus in der Kavität auf eine Verfestigungstemperatur, die beispielsweise kleiner als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Matrixmaterials ist. Diesem Aspekt der Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein schnelles Erwärmen der Kavität durch induktives Heizen des Anlageteils und/oder eines die Konturfläche bereitstellenden Teils zu bewerkstelligen und so das Verfahren zu beschleunigen. Das Anlageteils und/oder eines die Konturfläche enthalten daher ein Material, welches sich induktiv aufheizen lässt, insbesondere ein elektrisch leitfähiges Material, z.B. ein Metallmaterial wie Baustahl, Edelstahl, Invarstahl, Aluminium, Kupfer oder dergleichen, ein Halbleitermaterial, ein ferrimagnetisches

Keramikmaterial oder dergleichen. Da der Kompressionsdruck ausschließlich durch Vakuum bzw. Evakuieren der Kavität erzeugt wird, kann ein konstruktiv einfacher Werkzeugaufbau realisiert werden, der vorteilhaft ohne Presswerkzeug auskommt.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann das Anlageteil durch eine Vakuumfolie gebildet sein, also eine elastisch oder plastisch verformbare, sich flächig erstreckende Folie, z.B. aus einem Silikonmaterial oder einem ähnlichen Material.

Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen können sich sowohl auf ein Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung als auch auf ein Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung beziehen.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Anlageteil durch ein zweites Formblech gebildet ist. Demnach ist das als eine sich flächig erstreckende, an die Form des herzustellenden Bauteils angepasste, z.B. gewölbte Metallplatte ausgeführt. Im Vergleich zu massiven Pressen weist das Formblech eine geringe Wärmekapazität auf, bietet jedoch trotzdem eine gewisse mechanische Stabilität. Dadurch kann die Kavität einerseits schnell und mit geringem Energieaufwand aufgeheizt werden. Ferner kann, wenn der Kompressionsdruck mittels magnetischer Kraft aufgebracht wird, eine besonders gute flächige Verteilung des Kompressionsdrucks erzielt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zwischen dem ersten Formblech und der Konturfläche eine Dichtung angeordnet ist, welche die Kavität hermetisch abdichtet. Die Dichtung kann beispielsweise aus einem

Silikonmaterial oder einem anderen elastischen, dichtenden Material gebildet sein. Durch die hermetische Abdichtung wird die Aufbringung des

Konsolidierungsdrucks erleichtert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann auf einer entgegengesetzt zu der Konturfläche gelegenen Lage des Schichtaufbaus zumindest ein Versteifungsprofil oder Verstärkungsprofil aufgelegt werden, welches ein thermoplastisches

Kunststoffmaterial aufweist, wobei das Versteifungsprofil in der Kavität mittels des Anlageteils an den Schichtaufbau gepresst wird. Das Versteifungsprofil wird an den Schichtaufbau angedrückt, wenn der Kompressionsdruck aufgebracht wird. Beim Heizen auf die erste Temperatur wird auch das thermoplastische Kunststoffmaterial des Versteifungsprofils zumindest teilweise aufgeschmolzen, sodass eine

stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Schichtaufbau und dem

Versteifungsprofil erzeugt wird. Da dies gleichzeitig mit dem Konsolidieren erfolgt, wird das Verfahren weiter beschleunigt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Konturfläche durch eine erste Oberfläche einer Formhälfte bereitgestellt wird. Die Formhälfte weist einen Flächenabschnitt auf, welcher die Konturfläche ausbildet und einen diesen Flächenabschnitt stützenden oder tragenden Basisabschnitt. Der

Basisabschnitt kann insbesondere blockförmig oder als Stützgestell ausgeführt sein. Hierdurch wird eine besonders formstabile Konturfläche bereitgestellt, was das Ablegen des Schichtaufbaus erleichtert, z.B. hinsichtlich der Positionstoleranz der einzelnen Lagen relativ zueinander.

Alternativ hierzu kann die Konturfläche auch durch eine Innenfläche eines ersten Formblechs bereitgestellt werden, das durch die erste Formhälfte abgestützt wird. Das erste Formblech ist, ähnlich dem zweiten Formblech, als eine sich flächig erstreckende, an die Form des herzustellenden Bauteils angepasste, z.B. gewölbte Metallplatte ausgeführt. Eine entgegengesetzt zu der Innenfläche gelegene Rückseitenfläche des ersten Formblechs wird durch den Basisabschnitt der

Formhälfte gestützt. Die Trennung von Formhälfte und erstem Formblech bietet den Vorteil, dass die Wärmekapazität der die Kavität bildenden Teile weiter verringert wird, sodass die Kavität schnell und mit geringem Energieaufwand aufgeheizt und abgekühlt werden kann und die Formhälfte eine nicht so große Temperaturbeständigkeit haben muss. Ferner kann hierdurch der Basisabschnitt oder die Formhälfte insgesamt aus einem günstigen Kunststoff material oder günstigen Metall hergestellt werden und der Kompressionsdruck dennoch mittels magnetischer Kraft aufgebracht werden, was die Werkzeug kosten weiter verringert. Optional ist zwischen dem ersten Formblech und der Formhälfte eine thermisch isolierende Schicht angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Formhälfte geringeren Temperaturschwankungen ausgesetzt ist und sich folglich weniger stark durch Wärmedehnungen verformt. Die oben genannte Dichtung kann beispielsweise, wenn das Anlageteil durch ein erstes Formblech ausgebildet ist, zwischen dem ersten und dem die Konturfläche bereitstellenden zweiten

Formblech angeordnet sein. Damit wird eine hermetisch abgedichtete Kavität zwischen zwei dünnen Formblechen bereitgestellt, welche auf einfache und effiziente Weise evakuierbar ist. Dies verbessert beispielsweise die Qualität des hergestellten Bauteils, da eventuelle Lufteinschlüssen vorgebeugt wird und, falls der Kompressionsdruck durch Evakuieren der Kavität aufgebracht wird, wird die Aufbringung des Kompressionsdruck zusätzlich erleichtert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weisen die einzelnen Lagen des Schichtaufbaus jeweils zumindest ein Halbzeug auf, das eine Vielzahl sich entlang einander erstreckender Prepregbänder, welche jeweils in

thermoplastisches Matrixmaterial eingebettete, unidirektional angeordnete Verstärkungsfasern aufweisen, und eine Vielzahl von ein thermoplastisches Kunststoffmaterial enthaltenden Verbindungssträngen umfasst. Insbesondere kann das thermoplastische Material der Verbindungsstränge das gleiche

thermoplastische Material wie das in den Prepregbändern enthaltene

Matrixmaterial sein oder zumindest eine ähnliche Zusammensetzung aufweisen. Die Verbindungsstränge und die Prepregbänder sind hierbei zu einem textilen Flächengebilde verbunden, in welchem jeder der Verbindungsstränge mehrere der Prepregbänder kreuzt, wobei die Verbindungstränge und die Prepregbänder in einem ersten Endbereich des Flächengebildes und einem entgegengesetzt zu diesem gelegenen zweiten Endbereich des Flächengebildes jeweils entlang einer Verbindungslinie stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Demnach kann die gesamte Lage durch ein derartiges Halbzeug gebildet sein oder mehrere dieser Halbzeuge aufweisen ein Halbzeug in Form eines textilen Flächengebildes bereitzustellen, das aus Prepregbändern mit unidirektionalen Fasern und

Verbindungssträngen, welche ein thermoplastisches Material aufweisen, gebildet ist. Der textile Aufbau, das heißt ein Aufbau aus sich kreuzenden Strängen, bietet den Vorteil, dass das Halbzeug anisotrope Verformungseigenschaften aufweist. Insbesondere können durch den textilen Aufbau die Prepregbänder entlang einander gleiten, was einer Faltenbildung beim Verformen vorbeugt. Der

Faltenbildung wird weiter dadurch vorgebeugt, dass eine stoffschlüssige

Verbindung der Stränge, also eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Prepregbändern und thermoplastischen Verbindungssträngen, lediglich entlang von entgegengesetzt zueinander gelegenen Verbindungslinien vorgesehen ist, wobei die Prepregbänder und die Verbindungsstränge an den übrigen

Kreuzungspunkten aneinander abgleiten können bzw. nicht verbunden sind. Dies verhindert ein Ausfransen bzw. Zerfallen des Halbzeugs, während das Gleiten der einzelnen Bänder relativ zueinander möglichst wenig behindert wird. Die unidirektionalen thermoplastischen Prepregbänder sind längliches, einlagiges Bandmaterial, bei welchem durchgehende, sich nur in einer Richtung erstreckende Verstärkungsfasern in ein thermoplastisches Matrixmaterial eingebettet sind.

Derartige Prepregbänder bieten den Vorteil, dass sie leicht verformbar jedoch wenig anfällig für die Ausbildung von Ondulationen sind.

Gemäß einer Ausführungsform ist weisen die Verbindungsstränge jeweils einen ersten Endabschnitt und entgegengesetzt zu diesem gelegenen zweiten

Endabschnitt auf, wobei der erste und der zweite Endabschnitt jeweils über die Verbindungslinien hinaus überstehen. Eine jeweilige Lage des Schichtaufbaus wird gebildet, indem zumindest die ersten Endabschnitte der Verbindungsstränge eines erstes Halbzeugs mit Prepregbändern eines jeweiligen weiteren Halbzeugs thermoplastisch verbunden werden. Optional können zusätzlich auch die zweiten Endabschnitte der Verbindungsstränge des weiteren Halbzeugs mit

Prepregbändern des ersten Halbzeugs thermoplastisch verbunden werden.

Dadurch lassen sich große flächige Lagen auf einfache Weise hersteilen. Zur thermoplastischen Verbindung kann beispielsweise ein Schweißverfahren, wie z.B. Ultraschallschweißen verwendet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Lagen des Schichtaufbaus durch Halbzeuge gebildet sind, welche eine Vielzahl von Prepregbändern, welche jeweils in ein thermoplastisches Matrixmaterial eingebettete, unidirektional angeordnete Verstärkungsfasern aufweisen, wobei die Prepregbänder zu einem multiaxialen Gelege angeordnet sind, welches mehrere übereinander liegende Lagen von Prepreg bändern umfasst, wobei die

Prepregbänder innerhalb einer Lage parallel zueinander verlaufen, und wobei die Lagen relativ zueinander an einzelnen Stellen verbunden sind. Vorzugsweise sind die Lagen an diskreten, in einem sich periodisch wiederholenden Muster angeordneten Stellen, verbunden. Allgemein können die Lagen vernäht, verwirkt oder verwoben sein, z.B. mittels einer Vielzahl von ein thermoplastisches

Kunststoffmaterial 30 enthaltender Verbindungsstränge vernäht sind. Zur Bildung des Schichtaufbaus wird demnach ein mehrlagiges Halbzeug verwendet, wobei die einzelnen Lagen aus parallelen Prepregbändern gebildet sind und die einzelnen Lagen lediglich punktuell durch die Verbindungsstränge verbunden sind.

Beispielsweise können entlang paralleler Linien Verbindungsstellen vorgesehen sein. Durch die lediglich punktuelle Verbindung der Lagen und die parallele Erstreckung der Prepregbänder und damit der Verstärkungsfasern innerhalb der einzelnen Lagen können die einzelnen Lagen zueinander sowie die Fasern innerhalb der einzelnen Lagen relativ zueinander Gleiten, wodurch einer

Faltenbildung vorgebeugt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Bereitstellen des Schichtaufbaus durch Ablegen von Prepregbändern mittels eines Ablegekopfes erfolgt, wobei die einzelnen Prepregbänder beim Ablegen in deren Position relativ zueinander fixiert werden. Die Prepregbänder können insbesondere jeweils in ein thermoplastisches Matrixmaterial eingebettete, unidirektional angeordnete Verstärkungsfasern aufweisen. Demnach erfolgt das Ausbilden der Lagen mittels eines AFP-Verfahrens, wobei„AFP" als Abkürzung für den Ausdruck „Automated Fiber Placement" steht. Der Ablegekopf kann hierzu beispielsweise eine Rolle oder Walze aufweisen, welche die Prepregbänder an die Konturfläche bzw. an eine bereits gebildete Lage anlegt. Zur Bewegung der Walze kann ein Aktuator, z.B. in Form eines Manipulators eines Industrieroboters vorgesehen sein. Optional wird bei diesem Verfahren die Konturfläche auf eine Ablagetemperatur erwärmt, welche unterhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen

Matrixmaterials liegt. Zum Fixieren der der Prepregbänder können diese durch den Ablagekopf im Moment des Ablegens lokal auf Schmelztemperatur erwärmt werden, sodass die einzelnen Prepregbänder nach dem Ablegen lokal miteinander verschmelzen. Das optionale Heizen der Konturfläche bewirkt, dass der

Temperaturunterschied, den der Ablegekopf erzeugen muss, vorteilhaft verringert wird, und dass thermischen Spannungen in den Prepregbändern vorgebeugt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Schichtaufbau derart ausgebildet, dass die Verstärkungsfasern sich innerhalb einer jeweiligen Lage entlang einer Richtung und in verschiedenen Lagen in verschiedenen

Richtungen erstrecken. Beispielsweise werden die Lagen so übereinander gestapelt, dass die Prepregbänder bzw. die Verstärkgungsfasern von jeweils zwei benachbarten Schichten oder Lagen sich in verschiedene Richtungen erstrecken. Dadurch wird die mechanische Festigkeit des Strukturbauteils verbessert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist die Konturfläche eine gewölbte Geometrie auf.

Hierin wird unter einem„gewölbten Bauteil" oder einer„gewölbten Form" allgemein ein geometrischer Körper verstanden, der zumindest eine erste

Oberfläche und eine entgegengesetzt zu dieser orientierte zweite Oberfläche aufweist, wobei die erste und die zweite Oberfläche jeweils in zumindest zwei Richtungen gekrümmt verlaufen. Insbesondere kann dies nicht auf eine Ebene abwickelbare Geometrien umfassen. Beispielsweise wird unter einem gewölbten Körper hierin ein zumindest teilweise kuppelförmiger, sphärischer, parabolischer oder schalenförmiger Körper verstanden.

Ein Scheitelpunkt der gewölbten Form des Bauteils kann beispielsweise durch den Flächenschwerpunkt einer der die gewölbte Form des Körpers bildenden

Oberflächen gegeben sein. Insbesondere kann der Scheitelpunkt auf einem

Schnittpunkt von Symmetrielinien der gewölbte Form liegen.

In Bezug auf Richtungsangaben und Achsen, insbesondere auf Richtungsangaben und Achsen, die den Verlauf von physischen Strukturen betreffen, wird hierin unter einem Verlauf einer Achse, einer Richtung oder einer Struktur„entlang" einer anderen Achse, Richtung oder Struktur verstanden, dass diese, insbesondere die sich in einer jeweiligen Stelle der Strukturen ergebenden Tangenten jeweils in einem Winkel von kleiner gleich 45 Grad, bevorzugt kleiner 30 Grad und

insbesondere bevorzugt parallel zueinander verlaufen.

In Bezug auf Richtungsangaben und Achsen, insbesondere auf Richtungsangaben und Achsen, die den Verlauf von physischen Strukturen betreffen, wird hierin unter einem Verlauf einer Achse, einer Richtung oder einer Struktur„quer" zu einer anderen Achse, Richtung oder Struktur verstanden, dass diese, insbesondere die sich in einer jeweiligen Stelle der Strukturen ergebenden Tangenten jeweils in einem Winkel von größer oder gleich 45 Grad, bevorzugt größer oder gleich 60 Grad und insbesondere bevorzugt senkrecht zueinander verlaufen. Verstärkungsfasern können hierin allgemein fadenförmige oder fadenstückförmige Fasern sein, wie beispielsweise Kohle-, Glas-, Keramik-, Aramid-, Bor-, Mineral-, Natur- oder Kunststofffasern oder Mischungen aus diesen. Unter einem„Schmelzpunkt" oder einer„Schmelztemperatur" wird hierin in Bezug auf ein Thermoplastmaterial eine Temperatur verstanden, oberhalb welcher das Material in einem fließfähigen, viskosen Zustand vorliegt. Oberhalb der

Schmelztemperatur kann eine Komponente aus Thermoplastmaterial mit einer weiteren Komponente aus Thermoplatmaterial, die ebenfalls oberhalb der

Schmelztemperatur vorliegt, stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschmolzen werden.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der

Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Schichtaufbaus mit

mehreren Lagen in einem Anfangszustand eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Schichtaufbaus, der in einer Kavität angeordnet ist, während eines Verfahrens gemäß einem

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 eine Schnittansicht eines Schichtaufbaus, der in einer Kavität angeordnet ist, während eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Schnittansicht eines Schichtaufbaus, der in einer Kavität angeordnet ist, während eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Halbzeug zur Verwendung in einem

Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 6 eine Draufsicht auf ein weiteres Halbzeug zur Verwendung in einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine schematische Schnittansicht eines Prepregbands zur

Verwendung in einem Verfahren gemäß einem

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine schematische Schnittansicht eines Verbindungsstrangs eines

Halbzeugs zur Verwendung in einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 eine schematische Schnittansicht eines Verbindungsstrangs eines

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine Lage zur Erzeugung eines Schichtaufbaus für ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Lage aus zwei Halbzeugen gemäß der Fig. 5 gebildet ist;

Fig. 1 1 eine schematische Teilschnittansicht eines Halbzeugs zur

Verwendung in einem Verfahren gemäß einem

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 12 ein Ausbilden einer Lage eines Schichtaufbaus gemäß einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens der vorliegenden

Erfindung;

Fig. 13 eine schematische Explosionsansicht eines Schichtaufbaus aus mehreren Lagen zur Verwendung in einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 14 ein perspektivische Ansicht eines mittels eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung

hergestellten Strukturbauteils;

Fig. 15 eine Schnittansicht eines Schichtaufbaus, der in einer Kavität angeordnet ist, während eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 16 eine Draufsicht auf die in Fig. 15 dargestellte Anordnung. In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.

Fig. 14 zeigt beispielhaft ein gewölbtes Strukturbauteil B in Form einer

Druckkalotte für ein Luftfahrzeug (nicht dargestellt). Das Strukturbauteil B kann insbesondere einen kreisförmigen Umfangsrand E aufweisen. Wie in Fig. 14 gezeigt ist, kann das Strukturbauteil B beispielsweise dom- oder kuppelförmig und damit in mehreren Krümmungsrichtungen gekrümmt gestaltet sein. In Fig. 14 ist ein Scheitelpunkt P der gewölbten Form des Strukturbauteils B eingezeichnet, welcher durch einen Schnittpunkt von Symmetrielinien S1, S2 des Strukturbauteils B gegeben ist.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Schichtaufbaus 100 als Ausgangsprodukt eines Verfahrens zur Herstellung eines Strukturbauteils B, z.B. des in Fig. 14 dargestellten Strukturbauteils B. Der Schichtaufbau 100 weist mehrere, z.B.

zumindest zwei Lagen 1 10 auf. Die Lagen 1 10 sind generell als sich flächig erstreckende Schichten ausgebildet, welche jeweils in ein thermoplastisches Matrixmaterial 20 (in Fig. 1 nicht dargestellt) eingebettete Verstärkungsfasern 21 (in Fig. 1 nicht dargestellt) aufweisen.

Wie in Fig. 1 beispielhaft und schematisch dargestellt ist, sind die Lagen 1 10 übereinander liegend bzw. übereinander gestapelt angeordnet und können insbesondere flächig aneinander anliegen. Wie in Fig. 1 weiterhin schematisch dargestellt ist, ist der Schichtaufbau 100 insgesamt ist vorgeformt, also

geometrisch derart verformt, dass die der Schichtaufbau 100 eine Form oder Gestalt des herzustellenden Strukturbauteils B aufweist. Der in Fig. 1 beispielhaft dargestellte Schichtaufbau 100 weist eine gewölbte, insbesondere dom- oder kuppelförmige Form auf. Mit diesem Schichtaufbau 100 ist beispielsweise das in Fig. 14 dargestellte Strukturbauteil B herstellbar.

Bei dem in Fig. 1 beispielhaft dargestellten Schichtaufbau 100 sind die einzelnen Lagen 1 10 an einer ersten Verbindungsstelle 120, welche im Bereich des

Scheitelpunkts P der herzustellenden gewölbten Form gelegen ist, thermoplastisch verbunden, z.B. durch Ultraschallschweißen. Beispielsweise kann die

Verbindungsstelle derart gewählt werden, dass im entsprechenden Bereich bei einer nachfolgenden Verformung keine oder lediglich eine sehr geringe

Verschiebung der Lagen 1 10 relativ zueinander mehr notwendig ist. Die Lagen 1 10 können alternativ oder zusätzlich auch an weiteren Verbindungsstellen 121 abseits des Scheitelpunks P thermoplastisch verbunden sein, z.B. ebenfalls durch

Ultraschallschweißen, wie dies in Fig. 1 beispielhaft dargestellt ist. Der Schichtaufbau 100 kann allgemein durch sequenzielles Ablegen und

Umformen der einzelnen Lagen 1 10 gebildet werden, wobei das Ablegen und Umformen optional gleichzeitig erfolgt. Die einzelnen Lagen 1 10 können beispielsweise als flächige Halbzeuge 1 gestapelt und umgeformt werden.

Beispiele flächiger Halbzeuge 1 werden nachfolgend anhand der Fign. 5 bis 1 1 noch im Detail erläutert. Alternativ können die einzelnen Lagen 1 10 durch Ablegen einer Vielzahl von Prepreg bändern 2 erzeugt werden, z.B. mittels eines AFP- Prozesses, welcher nachfolgend beispielhaft anhand der Fig. 12 erläutert wird.

Wie in den Fig. 5, 6 und 1 1 dargestellt, weist das Halbzeug 1 eine Vielzahl von Prepregändern 2 und eine Vielzahl von Verbindungssträngen 3 auf.

Fig. 7 zeigt beispielhaft eine schematische, unterbrochene Schnittansicht eines Prepregbandes 2. Wie in Fig. 7 erkennbar ist, weist das Prepreg band 2 mehrere, sich in einer Richtung bzw. unidirektional erstreckende Verstärkungsfasern 21 auf. Die Verstärkungsfasern 21 können beispielsweise als Faserbündel vorliegen. Wie in Fig. 7 weiterhin dargestellt ist, sind die Verstärkungsfasern 21 in ein

thermoplastisches Matrixmaterial 20 eingebettet. Wie insbesondere in den Fign. 5, 6 und 1 1 gezeigt ist, sind die Prepregbänder 2 als schmale, streifenförmige Bänder realisiert. Wie in Fig. 7 dargestellt, können die Prepregbänder 2 eine Breite b2, z.B. in einem Bereich zwischen 1 mm und 15 mm, und eine Länge I2, z.B. in einem Bereich zwischen 0,5 m und 100 m aufweisen. Die Fign. 8 und 9 zeigen beispielhaft mögliche Gestaltungen der

Verbindungsstränge 3. Insbesondere können die Verbindungsstränge 3 jeweils aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial bestehen oder ein thermoplastisches Kunststoffmaterial aufweisen. In Fig. 8 ist beispielhaft ein Verstärkungsstrang 3 im Querschnitt dargestellt, der als ein aus thermoplastischem Material 30

bestehendes Folienband 33 realisiert ist. Wie in Fig. 8 beispielhaft dargestellt ist, kann das Folienband 33 mit einem rechteckförmigem Querschnitt realisiert sein.

In Fig. 9 ist beispielhaft ein Verstärkungsstrang 3 im Querschnitt dargestellt, der als ein aus thermoplastischem Material 30 bestehender Faden 34 ausgebildet ist. Wie in Fig. 9 schematisch und beispielhaft dargestellt, kann der Faden 34 aus mehreren verdrillten Filamenten 35 gebildet sein, die einen etwa kreisförmigen Querschnitt des Fadens 34 bilden. Optional enthalten die Verstärkungsstränge 3 dasselbe thermoplastische Kunststoffmaterial, das als Matrixmaterial der Prepregbänder verwendet wird.

Bei dem in Fig. 5 beispielhaft gezeigte Halbzeug 1 sind die Prepregbänder 2 und die Verbindungsstränge 3 miteinander verwebt und bilden dadurch ein textiles, einlagiges Flächengebilde 4 aus. Wie in Fig. 5 beispielhaft dargestellt, verlaufen die Verbindungsstränge 3 quer zu den Prepreg bändern 2, wobei jeder der

Verbindungsstränge 3 mehrere der Prepregbänder 2 kreuzt. Insbesondere verläuft jeder Verbindungsstrang 3 abschnittsweise auf entgegengesetzten Seiten der Prepregbänder 2. Die Prepregbänder 2 verlaufen entlang einander und kreuzen einander innerhalb des Flächengebildes 4 nicht. In Fig. 5 sind die

Verbindungsstränge 3 beispielhaft als Folienbänder 33 dargestellt.

Wie in Fig. 5 erkennbar ist, erstrecken sich die Prepregbänder 2 in einer ersten Richtung R1 und die Verbindungsstränge 3 erstrecken sich in einer quer zu der ersten Richtung R1 verlaufenden zweiten Richtung R2. Um ein Ausfransen des Gewebes zu verhindern, sind in Fig. 5 ein in Bezug auf die zweite Richtung R2 äußerstes erstes Prepregband 2A und ein äußerstes zweites Prepregband 2B, das entgegengesetzt zu dem ersten Prepregband gelegen ist stoffschlüssig mit den Verbindungssträngen 3 verbunden. Wie in Fig. 5 beispielhaft gezeigt, sind die Verbindungsstränge 3 im Bereich eines ersten Endabschnitts 31 mit dem ersten Prepregband 2A und im Bereich eines zweiten Endabschnitts 32, der in Bezug auf die zweite Richtung R2 entgegengesetzt zu dem ersten Endabschnitt 31 gelegen ist, mit dem zweiten Prepregband 2A stoffschlüssig verbunden. Das erste und das zweite Prepregband 2A, 2B definieren jeweils entgegengesetzte Ränder des textilen Flächengebildes 4. Wie in Fig. 5 beispielhaft dargestellt, kann insbesondere jeder der Verbindungsstränge 3 mit dem ersten und dem zweiten Prepregband 2A, 2B stoffschlüssig verbunden sein. Allgemein sind die Verbindungstränge 3 und die Prepregbänder 2 in einem ersten Endbereich 41 des Flächengebildes 4 und einem entgegengesetzt zu diesem gelegenen zweiten Endbereich 42 des Flächengebildes 4 jeweils entlang einer Verbindungslinie 5A, 5B stoffschlüssig miteinander verbunden. In Fig. 5 verlaufen die Verbindungslinien 5A, 5 B jeweils entlang der ersten Richtung R1 bzw. entlang des ersten und zweiten Prepregbandes 2A, 2B. Die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Ultraschallschweißen erzeugt werden.

Wie in Fig. 5 weiterhin gezeigt, kann vorgesehen sein, dass der erste Endabschnitt 31 der Verbindungsstränge 3 über das erste Prepregband 2A und der zweite Endabschnitt 32 der Verbindungsstränge 3 über das zweite Prepregband 2B in Bezug auf die zweite Richtung R2 hinaussteht oder übersteht und damit eine überstehende Lasche bildet. Allgemein kann vorgesehen sein, dass die

Endabschnitte 31, 32 der Verbindungsstränge 3 jeweils über die Verbindungslinien 5A, 5B hinaus überstehen. Bei dem in Fig. 6 beispielhaft gezeigten Halbzeug 1 sind die Prepregbänder 2 und die Verbindungsstränge 3 miteinander verflochten und bilden dadurch ein textiles, einlagiges Flächengebilde 4 aus. Wie in Fig. 6 schematisch dargestellt, verlaufen die Verbindungsstränge 3 quer zu den Prepreg bändern 2, wobei jeder der

Verbindungsstränge 3 mehrere der Prepregbänder 2 kreuzt. Insbesondere verläuft jeder Verbindungsstrang 3 abschnittsweise auf entgegengesetzten Seiten der Prepregbänder 2. Innerhalb des Flächengebildes 4 können sich hierbei auch die Prepregbänder 2 kreuzen. In Fig. 6 sind die Verbindungsstränge 3 beispielhaft als Folienbänder 33 dargestellt.

Wie in Fig. 6 beispielhaft dargestellt, sind die Verbindungsstränge 3 im Bereich eines ersten Endabschnitts 31 und im Bereich eines zweiten Endabschnitts 32, der in Bezug auf die zweite Richtung R2 entgegengesetzt zu dem ersten Endabschnitts 31 gelegen ist, jeweils mit einem der Prepregbänder 2 stoffschlüssig verbunden.

Dadurch sind die Verbindungstränge 3 und die Prepregbänder 2 in einem ersten Endbereich 41 des Flächengebildes 4 und einem entgegengesetzt zu diesem gelegenen zweiten Endbereich 42 des Flächengebildes 4 jeweils entlang einer Verbindungslinie 5A, 5B stoffschlüssig miteinander verbunden. In Fig. 6 ist beispielhaft dargestellt, dass die Verbindungslinien 5A, 5B jeweils entlang von

Kreuzungsstellen der Prepregbänder 2 und der Verbindungsstränge 3 sowie schräg zu einer Längserstreckung der Prepregbänder 2 und der Verbindungsstränge 3 verläuft. Die stoffschlüssig Verbindung kann beispielsweise durch

Ultraschallschweißen erzeugt werden.

Wie in Fig. 6 weiterhin gezeigt, kann vorgesehen sein, dass bei einem oder mehreren der Verbindungsstränge 3 der erste Endabschnitt 31 über die erste Verbindungslinie 5A und der zweite Endabschnitt 32 über die zweite Verbindungslinie 5B hinaus übersteht und damit eine überstehende Lasche bildet.

Die in den Fign. 5 und 6 beispielhaft dargestellten Halbzeuge 3 erlauben durch deren textile Struktur jeweils ein Abgleiten der Prepregbänder aneinander, wodurch die Gefahr der Faltenbildung beim Verformen des Halbzeugs reduziert wird.

Die Fig. 10 zeigt beispielhaft die Herstellung einer einzelnen Lage 1 10 aus mehreren der in Fig. 5 gezeigten Halbzeuge 1. Zur Ausbildung der Lage 1 10 werden zunächst erste Endabschnitte 31 der Verbindungsstränge 3 eines ersten Halbzeugs 1 1 mit Prepregbändern 2 eines jeweiligen weiteren Halbzeugs 12 thermoplastisch bzw. stoffschlüssig verbunden, z.B. durch Ultraschallschweißen. Die zweiten Endabschnitte 32 der Verbindungsstränge 3 des weiteren Halbzeugs 12 werden weiterhin mit Prepregbändern 2 des ersten Halbzeugs 1 1 thermoplastisch verbunden, beispielsweise ebenfalls durch Ultraschallschweißen. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, überlappen die ersten Endabschnitte 31 der Verbindungsstränge 3 des erstes Halbzeugs 1 1 das äußerste zweite Prepregband 2B des zweiten Halbzeugs 12 und die zweiten Endabschnitte 32 der Verbindungsstränge 3 des ersten

Halbzeugs 12 überlappen das äußerste erste Prepregband 2A des ersten

Halbzeugs 1 1. Das in Fig. 6 dargestellte Halbzeug 1 lässt sich in gleicher Weise mit weiteren derartigen Halbzeugen 1 verbinden.

Zum Bereitstellen des Schichtaufbaus 100 können mehrere Lagen 1 10, wie sie in Fig. 10 beispielhaft dargestellt sind, übereinander gestapelt und umgeformt werden. Optional können die einzelnen Lagen 1 10 auch noch zugeschnitten werden (nicht dargestellt), um eine gewünschte Umfangsform herzustellen.

Selbstverständlich kann auch jeweils ein Halbzeug 1, wie es in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, jeweils eine Lage 1 10 bilden, gegebenenfalls nach Durchführung eines Zuschnitts (nicht dargestellt).

Das in Fig. 1 1 beispielhaft und schematisch gezeigte Halbzeug 1 ist mehrlagig aufgebaut. Die Prepregbänder 2 sind hierbei zu einem sich flächig erstreckenden multiaxialen Gelege 6 angeordnet, welches mehrere übereinander liegende Lagen 60 von Prepregbändern 2 umfasst. Wie in Fig. 1 1 schematisch dargestellt ist, erstrecken sich die Prepregbänder 2 innerhalb einer jeweiligen Lage 60 parallel zueinander. In aneinander angrenzenden Lagen 60 erstrecken sich die

Prepregbänder 2 in verschiedenen Richtungen, z.B. quer zueinander. In Fig. 1 1 sind der Einfachheit halber lediglich zwei Schichten bzw. Lagen 60 dargestellt. Die einzelnen Lagen 60 sind relativ zueinander an einzelnen Stellen bzw. punktuell verbunden, vorzugsweise an diskreten, in einem sich periodisch wiederholenden Muster angeordneten Stellen. Beispielsweise können die Lagen 60 mittels der voranstehend beschriebenen Verbindungsstränge 3 vernäht. Dies ist in Fig. 1 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich an einer einzigen Stelle dargestellt. Wie beispielhaft dargestellt ist, umschlingt der Verbindungsstrang 3 hierbei jeweils zwei sich kreuzende Prepregbänder 2 an einer Kreuzungsstelle. Der Verbindungsstrang 3 ist dabei vorzugsweise als Faden 34 ausgebildet.

Bei dem in Fig. 1 1 beispielhaft dargestellten Halbzeug 1 können die Prepregbänder 2 innerhalb einer Lage 60 und die Lagen 60 aneinander abgleiten, wodurch die Gefahr der Faltenbildung beim Umformen des Halbzeugs 1 reduziert wird. Zum Bereitstellen des Schichtaufbaus 100 können ein oder mehrere Halbzeuge 1, wie es in Fig. 1 1 beispielhaft dargestellt ist, übereinander gestapelt und umgeformt werden. Optional können die Halbzeuge 1 auch noch zugeschnitten werden (nicht dargestellt), um eine gewünschte Umfangsform herzustellen. Fig. 12 zeigt schematisch ein Bereitstellen des Schichtaufbaus 100 durch Ablegen von Prepreg bändern 2 mittels eines Ablegekopfes 410. Dies kann auch als AFP- Verfahren bezeichnet werden, wobei„AFP" als Abkürzung für den englischen Ausdruck„Automated Fiber Placement" steht. Die Prepregbänder 2 können insbesondere wie in Fig. 7 beispielhaft dargestellt und oben bereits erläutert ausgeführt sein. Der Ablegekopf 410 weist eine oder mehrere Rollen (nicht dargestellt) auf und ist mittels einer Bewegungseinrichtung 420 entlang einer Konturfläche 150a bewegbar. Die Konturfläche 150a kann hierbei insbesondere durch eine erste Oberfläche 310a einer Formhälfte 310 oder durch eine

Innenfläche 210a eines Formblechs 21 1 gebildet sein, welche nachfolgend noch im Detail beschrieben werden. Die Bewegungseinrichtung 420 ist in Fig. 12 lediglich symbolisch als Block dargestellt und kann beispielsweise durch einen

Manipulatorarm eines Industrieroboters gebildet sein. Die Bewegungseinrichtung 420 bewegt den Ablegekopf 410 entlang vorgegebener Bewegungsbahnen entlang der Konturfläche 150a und die zumindest eine Rolle legt das Prepregband 2, das z.B. von einer Lagertrommel (nicht dargestellt) abgerollt wird, an die

Konturfläche 150a an. Die einzelnen Prepregbänder 2 werden innerhalb einer Lage 1 10 parallel zueinander bzw. nebeneinander liegend abgelegt, wie dies in Fig. 12 schematisch dargestellt ist. Ferner werden die Prepregbänder 2 in deren Lage 1 10 relativ zueinander fixiert, z.B. durch lokales Erwärmen der Prepregbänder 2 auf eine Temperatur, die größer als die Schmelztemperatur des Matrixmaterials 20 ist. Dadurch erfolgt zumindest lokal eine stoffschlüssige Verbindung der

Prepregbänder 2. Zur Ausbildung einer weiteren Lage 1 10 werden Prepregbänder 2 in der beschriebenen Weise auf eine bereits gebildete Lage 1 10 abgelegt.

Fig. 13 zeigt schematisch eine Explosionsansicht eines Schichtaufbaus 100. Wie in Fig. 13 schematisch dargestellt ist, verlaufen die Verstärkungsfasern 21 innerhalb einer Schicht 1 10 vorzugsweise entlang einer Richtung R1 10. Ferner kann vorgesehen sein, dass sich die Verstärkungsfasern 21 von aneinander anliegenden Lagen 1 10 des Schichtaufbaus 100 in sich kreuzenden Richtungen R1 10 erstrecken. In Fig. 13 ist zur besseren Übersichtlichkeit lediglich in zwei Schichten 1 10 jeweils eine Verstärkungsfaser 21 symbolisch als gestrichelte Linie dargestellt.

Zur Herstellung des Strukturbauteils B wird der Schichtaufbau 100 in einer Kavität 205 auf eine erste Temperatur, die größer als ein Schmelzpunkt des

thermoplastischen Matrixmaterials 20 ist, aufgeheizt und unter Aufbringung eines Kompressionsdrucks in der Kavität 205 auf eine Verfestigungstemperatur abgekühlt, die beispielsweise kleiner als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Matrixmaterials 20 ist, und somit konsolidiert.

Allgemein wird die Kavität 205 zwischen einer Konturfläche 150a und einem

Anlageteil 220 gebildet, wie dies in den Fign. 2 bis 4 schematisch dargestellt ist.

Die Konturfläche 150a weist allgemein eine zu der Form des Strukturbauteils B korrespondierende Geometrie oder Gestalt auf. In den Fign. 2 bis 4 ist die

Konturfläche 150a konvex gekrümmt und weist eine gewölbte Geometrie zur Herstellung des in Fig. 14 beispielhaft dargestellten Strukturbauteils B auf. Fig. 15 zeigt beispielhaft eine konkav gekrümmte Konturfläche.

In Fig. 2 ist beispielhaft eine Werkzeuganordnung W dargestellt, welche ein erstes Formblech 21 1, das die Konturfläche 150a ausbildet, und als Anlageteil 220 ein zweites Formblech 221 aufweist. Das Anlageteil 220 bzw. das zweite Formblech 221 und das erste Formblech 21 1 sind relativ zueinander in eine geschlossene

Stellung positionierbar, wie dies in Fig. 2 beispielhaft dargestellt ist. In der geschlossenen Stellung wird eine Kavität 205 zwischen der Konturfläche 150a und einer Innenfläche 220a des Anlageteils 220 gebildet, welche der Konturfläche 150a in der geschlossenen Stellung zugewandt ist. Optional kann zwischen dem ersten und dem zweiten Formblech 21 1, 221 eine Dichtung 215 angeordnet sein, welche die Kavität 205 in der geschlossenen Stellung hermetisch abdichtet. Alternativ zu dem zweiten Formblech 221 kann als Anlageteil 220 auch eine Vakuumfolie (nicht dargestellt) vorgesehen sein.

Das erste Formblech 21 1 kann optional durch eine Formhälfte 310 gestützt werden, wie dies bei der in Fig. 3 beispielhaft dargestellten Werkzeuganordnung W der Fall ist. Weiterhin kann die Konturfläche 150a anstatt an dem ersten Formblech 21 1 auch an einer Formhälfte 310 ausgebildet sein, wie dies in Fig. 4 beispielhaft für eine weitere Werkzeuganordnung W dargestellt ist. Durch diese lediglich einseitige Stützung der Kavität 205 bzw. des ersten Formblechs 21 1 ist ein

Energieaufwand zum Aufheizen des Schichtaufbaus und zum Abkühlen des Schichtaufbaus bei der Konsolidierung sehr gering bzw. die für diese Schritte benötigte Zeit wird bei hoher Formstabilität der Kavität 205 verringert.

Wie insbesondere in den Fig. 2 und 3 erkennbar ist, sind die Formbleche 21 1, 221 jeweils als sich flächig erstreckende plattenförmige Bauteile mit einer im

wesentlichen konstanten Dicke ausgebildet. Das erste Formblech 21 1 weist eine Innenfläche 210a auf, welche die Konturfläche 150a bildet, und eine

entgegengesetzt zu der Innenfläche 210a gelegene Rückseitenfläche oder

Rückoberfläche 210b auf. Das zweite Formblech 221 weist eine Innenfläche 220a auf, welche insbesondere korrespondierend zu der herzustellenden Form des Strukturbauteils B bzw. komplementär zu der Innenfläche 210a des ersten

Formblechs 21 1 ausgebildet sein kann. Die Innenfläche 220a der in den Fign. 2 bis 4 gezeigten zweiten Formbleche 221 ist konkav gekrümmt und weist eine gewölbte Geometrie auf. In den Fig. 2 und 3 sind die Formbleche 21 1, 221 insbesondere kuppelförmig ausgebildet. Die Formbleche 21 1, 221 können jeweils aus einem Metallmaterial wie z.B. Edelstahl oder Invarstahl gebildet sein.

In den Fign. 3 und 4 sind jeweils Werkzeuganordnungen mit einer optionalen Formhälfte 310 dargestellt. Allgemein weist die Formhälfte 310 einen

Flächenabschnitt 312 und einen Basisabschnitt 314 auf. Der Flächenabschnitt 312 weist eine erste Oberfläche 310a auf, welche beispielsweise als dreidimensional zu beschreibende Oberfläche ausgebildet sein kann. Bei der in Fig. 3 beispielhaft dargestellten Formhälfte 310 dient die erste Oberfläche 310a zur Stützung des ersten Formblechs 21 1. Wie in Fig. 3 erkennbar, kann die erste Oberfläche 310a beispielsweise konvex gekrümmt und gewölbt verlaufen. Bei der in Fig. 4 beispielhaft dargestellten Formhälfte 310 bildet die erste Oberfläche 310a der Formhälfte 310 die Konturfläche 150a aus, auf welcher der Schichtaufbau 100 abgelegt ist. Die erste Oberfläche 310a weist dabei einen zu der herzustellenden Form des Bauteils B korrespondierende Gestalt auf. In Fig. 4 ist die erste

Oberfläche 310a somit konvex gekrümmt und gewölbt.

Der Basisabschnitt 314 trägt oder stützt den Flächenabschnitt 312. Der

Basisabschnitt 314 kann insbesondere block- oder quaderförmig gestaltet sein, wie dies in Fig. 3 beispielhaft dargestellt ist. Flächenabschnitt 312 und Basisabschnitt 314 können hierbei insbesondere einstückig ausgeführt sein. Der Basisabschnitt 314 kann auch, wie in Fig. 4 beispielhaft dargestellt, als Stützgestell oder -Struktur realisiert sein. Der Flächenabschnitt 312 kann hierbei insbesondere plattenförmig gestaltet sein. Die die in Fig. 4 beispielhaft dargestellte Stützstruktur 314 weist mehrere Standfüße 315 auf, welche um einen Umfang des Flächenabschnitts 312 verteilt angeordnet und an diesem angebracht sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Stützstruktur 314 Versteifungsrippen 316 aufweisen, welche an einer entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche 310a gelegenen zweiten Oberfläche 310b des Flächenabschnitts 312 angebracht sind.

Anhand der Fign. 2 bis 4 werden nachfolgend verschiedene Verfahren zur

Herstellung des Strukturbauteils B beschrieben.

In Fig. 2 ist der Schichtaufbau 100 in der zwischen den Formblechen 21 1, 221 gebildeten Kavität 205 gelegen. Die Kavität 205 ist hierbei mittels der optionalen Dichtung 215 hermetisch abgedichtet. Die Konturfläche 150a wird in Fig. 2 durch die Innenfläche 210a des ersten Formblechs 21 1 gebildet. Das zweite Formblech 221 bildet das Anlageteil 220. Alternativ kann das Anlageteil 220 auch durch eine Vakuumfolie (nicht dargestellt) gebildet sein.

Vor dem Schließen der Kavität 205 wurden in einem optionalen weiteren

Verfahrensschritt auf eine entgegengesetzt zu der Konturfläche 150a gelegenen Lage 1 10 des Schichtaufbaus 100 mehrere Verstärkungs- oder Versteifungsprofile 130 aufgelegt, wie dies in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Die Versteifungsprofile 130 können beispielsweise einen doppel-T-förmigen Querschnitt aufweisen, wie dies in Fig. 2 beispielhaft dargestellt ist, und enthalten ein thermoplastisches Kunststoffmaterial. Beispielsweise können die Versteifungsprofile 130 aus einem faserverstärkten Thermoplastmaterial gebildet sein. Anschließend werden das erste und das zweite Formblech 21 1, 221 in die geschlossene Stellung gebracht, wie in Fig. 2 gezeigt. Das zweite Formblech 221 ist in diesem Fall mit Ausnehmungen 223 versehen, durch welche hindurch sich ein Steg des Versteifungsprofils 130 erstreckt. Das zweite Formblech 221 kann hierzu beispielsweise zweiteilig ausgebildet sein, wobei ein erstes Teil die Ausnehmungen 223 in Form einseitig offener Schlitze aufweist, welche durch ein zweites Teil geschlossen werden.

Optional wird zwischen dem Steg und der jeweiligen Ausnehmung eine Dichtung (nicht dargestellt) angeordnet. Alternativ können die Versteifungsprofile 130 auch in umhüllende Ausbeulungen oder Vertiefungen (nicht dargestellt) des zweiten Formblechs 221 eingelegt werden. Dadurch wird die Dichtigkeit der Kavität 205 verbessert. Das Versteifungsprofil 130 wird allgemein in der Kavität 205 mittels des Anlageteils 220 an den Schichtaufbau 100 angepresst.

Die Kavität 205 wird in einem weiteren Schritt mittels einer Pumpe bzw.

Vakuumeinrichtung 230, welche fluidisch leitend mit der Kavität 205 verbunden ist, evakuiert. Dadurch wird auf die Formbleche 21 1, 221 eine Kraft F aufgebracht, welche die Formbleche 21 1, 221 relativ zueinander zusammenzieht, sodass der Schichtaufbau 100 mit einem Kompressionsdruck beaufschlagt wird und die optionalen Versteifungsprofile 130 an den Schichtaufbau 100 angedrückt werden. Durch das Evakuieren wird ferner Luft, die möglicherweise im Schichtaufbau 100 enthalten ist, aus dem Schichtaufbau abgesaugt.

In einem weiteren Schritt erfolgt ein Heizen des Schichtaufbaus 100 in der Kavität 205 auf eine erste Temperatur, die größer als ein Schmelzpunkt des

thermoplastischen Matrixmaterials 20 ist. Dadurch verschmilzt das Matrixmaterial 20 der einzelnen Lagen 1 10 des Schichtaufbaus 100. Ferner wird das

thermoplastische Material des Versteifungsprofils 130 in einem an dem

Schichtaufbau 100 anliegenden Bereich des Versteifungsprofils 130

aufgeschmolzen wodurch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem

Versteifungsprofil 130 und dem Schichtaufbau 100 erzielt wird. In Fig. 2 erfolgt das Heizen induktiv. Hierzu enthalten das Anlageteil 220 und/oder die Konturfläche 150a ein induktiv heizbares Material, z.B. eine elektrisch

leitfähiges Material, welches beispielsweise magnetisch oder magnetisierbar sein kann. Insbesondere kommen Metallmaterialen, wie z.B. Baustahl, Edel- oder Invarstahl, Aluminium oder dergleichen, Halbleitermaterialien oder Keramiken infrage, z.B. ferrimagnetische keramische Werkstoffe. In Fig. 2 kann beispielsweise das erste oder das zweite Formblech 21 1, 221 oder beide Formbleche 21 1, 221 jeweils aus Edelstahl oder Invarstahl gebildet sein. Falls das Anlageteil 220 als Vakuumfolie ausgebildet ist, kann diese auch ein Netz aus einem induktiv heizbaren Material aufweisen. Falls die Konturfläche 150a durch eine erste

Oberfläche 310a eines Formteils 310 ausgebildet wird, wie dies in Fig. 4

beispielhaft dargestellt ist, kann das Formteil 310, insbesondere der

Flächenabschnitt 312 ein induktiv heizbares Material aufweisen, , , oder aus diesem gebildet sein. Es ist beispielsweise denkbar, dass das Anlageteil 220 und/oder das die Konturfläche 150a bildende Teil ein nicht induktiv erwärmbares Trägermaterial aufweist, z.B. ein Kunststoffmaterial, in welches induktiv erwärmbare Partikel oder Strukturen z.B. ein Netz, eingebettet sind. Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, ist zum induktiven Heizen eine Heizeinrichtung 250 in Form einer

Induktionsheizeinrichtung 252 vorgesehen, welche eine oder mehrere

Induktionsspulen 253 aufweist. Die Induktionsspulen 253 werden mittels einer Wechselstromquelle 254 mit einer elektrischen Wechselspannung beaufschlagt.

Die Induktionsspulen 252 können durch einen Wechselstrom im niederfrequenten Bereich, z.B. in einem Bereich zwischen 50 Hz und 300 Hz, im mittelfrequenten Bereich, z.B. in einem Bereich zwischen 200 Hz und 100 kHz, oder im

hochfrequenten Bereich, z.B. in einem Bereich zwischen 100 kHz und 3 GHz durchflossen werden. Dadurch induzieren die Induktionsspulen 253 in dem

Anlageteil 220 und/oder in der Konturfläche 150a Wechselfelder bzw. erzeugen dort Wirbelströme, wodurch die Kavität erwärmt wird.

Weiterhin erfolgt unter Aufbringung eines Kompressionsdrucks ein Abkühlen des Schichtaufbaus 100 in der Kavität 205 auf eine Verfestigungstemperatur, die beispielsweise kleiner als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Matrixmaterials 20 ist. Der Kompressionsdruck wird in Fig. 2 ausschließlich durch das Evakuieren der Kavität 205 mittels der Pumpe 230 aufgebracht. Zum Abkühlen des

Schichtaufbaus 100 wird die Induktionsheizeinrichtung 252 ausgeschaltet. Durch die geringe Wärmekapazität der Formbleche 21 1, 221 kühlt die Kavität 205 schnell ab und das Matrixmaterial 20 erstarrt innerhalb kurzer Zeit. Optional kann die Induktionsheizeinrichtung 252 auch langsam oder schrittweise in Ihrer Leistung reduziert werden, um eine bestimmte Abkühlrate einzuhalten. Optional kann zusätzlich ein Kühlen der Kavität 205 erfolgen. Optional kann sich um das

Anlageteil 220 und/oder die Konturfläche 150a auch ein thermisch isolierendes Medium (nicht dargestellt) befinden, um den Energieabfluss beim Aufheizen zu reduzieren.

In Fig. 3 ist der Schichtaufbau 100 in der zwischen den Formblechen 21 1, 221 gebildeten Kavität 205 gelegen. Die Kavität 205 ist hierbei mittels der optionalen Dichtung 215 hermetisch abgedichtet. Die Konturfläche 150a wird in Fig. 2 durch die Innenfläche 210a des ersten Formblechs 21 1 gebildet. Das zweite Formblech 221 bildet das Anlageteil 220. Alternativ kann das Anlageteil 220 auch durch eine Vakuumfolie (nicht dargestellt) gebildet sein. In Fig. 3 wird das erste Formblech 21 1 durch die erste Oberfläche 310a des Formteils 310 bzw. durch den

Flächenabschnitt 312 des Formteils 310 gestützt. Ferner ist zwischen der ersten Oberfläche 310a des Formteils 310 und der Rückoberfläche 210b des ersten Formblechs 21 1 eine optionale Isolationsschicht 31 1 angeordnet.

Die Kavität 205 wird optional mittels einer Pumpe bzw. Vakuumeinrichtung 230, welche fluidisch leitend mit der Kavität 205 verbunden ist, evakuiert. Durch das Evakuieren wird Luft, die möglicherweise im Schichtaufbau 100 enthalten ist, aus dem Schichtaufbau abgesaugt. In einem weiteren Schritt wird auf die Formbleche 21 1, 221 eine Kraft F derart auf die Formbleche 21 1, 221 aufgebracht, dass der Schichtaufbau 100 zwischen den Formblechen 21 1, 221 zusammengepresst bzw. mit einem Kompressionsdruck beaufschlagt wird. In Fig. 3 wird diese Kraft F durch Erzeugung eines quer zu der Konturfläche 150a gerichteten Magnetfelds erzeugt, welches in ein dem Anlageteil 220 zugeordnetes magnetisierbares Material und/oder in ein der Konturfläche 150a zugeordnetes magnetisierbares Material eingekoppelt wird. In Fig. 3 weist das erste und/oder das zweite Formblech 21 1, 221 ein magnetisierbares Material auf bzw. sind aus diesem gebildet, wodurch das magnetisierbare Material den Formblechen 21 1, 221 zugeordnet ist. Beispielsweise können eines der Formbleche 21 1, 221 oder beide Formbleche 21 1, 221 aus Edel- oder Invarstahl gebildet sein. Allgemein können das Anlageteil 220 und/oder die Konturfläche 150a aus einem magnetisierbaren Material gebildet sein, wodurch das magnetisierbare Material jeweils dem Anlageteil 220 bzw. der Konturfläche 150a zugeordnet ist. Das magnetisierbare Material kann jedoch auch dadurch der Konturfläche 150a bzw. dem Anlageteil 220 zugordnet sein, dass es an dem Anlageteil 220 und/oder der Konturfläche 150a angebracht ist. Beispielsweise kann in Fig. 3 die Formhälfte 310 bzw. der Flächenabschnitt 312 der Formhälfte 310 aus einem magnetisierbaren Material gebildet sein.

Wie in Fig. 3 weiterhin schematisch dargestellt ist, ist zur Erzeugung des

Magnetfeldes eine erste Magneteinrichtung 240 vorgesehen. In Fig. 3 ist die erste Magneteinrichtung 240 beispielhaft in Form einer elektrischen Magneteinrichtung mit mehreren elektrischen Induktionsspulen 241 realisiert. Allgemein ist die erste Magneteinrichtung 240 zur Erzeugung eines Magnetfelds eingerichtet und kann somit auch einen oder mehrere Permanentmagnete anstelle der Induktionsspulen 241 aufweisen. Somit weist die erste Magneteinrichtung 240 allgemein einen oder mehrere Magnetfelderzeuger auf, die zur Erzeugung eines Magnetfelds eingerichtet sind. Die folgenden Ausführungen zu Induktionsspulen 241 gelten somit allgemein für Magnetfelderzeuger. Die Induktionsspulen 241 sind entlang der Konturfläche 150a verteilt. Hierzu können die Induktionsspulen 241

beispielsweise im Bereich der Formhälfte 310 angeordnet bzw. in diese integriert sein, wie dies in Fig. 3 beispielhaft dargestellt ist. Es ist jedoch auch denkbar, die Induktionsspulen 241 entlang der Konturfläche 150a zu verteilen, indem diese auf Seiten des Anlageteils 220 angeordnet werden. Beispielsweise können die

Induktionsspulen 241 an einer entgegengesetzt zu der Innenfläche 220a gelegenen Außenfläche 220b des Anlageteils 220 angeordnet werden (nicht dargestellt). Durch beaufschlagen der Spulen 241 mit einer elektrischen Spannung wird ein Magnetfeld in das magnetisierbare Material induziert, welches die

Konturfläche 150a und das Anlageteil 220, in Fig. 3 also die Formbleche 21 1, 221 relativ zueinander zusammenzieht bzw. zusammendrückt und dadurch den Schichtaufbau 100 zusammengepresst. Alternativ kann auch eine zweite

Magneteinrichtung (in Fig. 3 nicht dargestellt) der Konturfläche 150a oder dem Anlageteil 220 zugeordnet sein. Die zweite Magneteinrichtung kann ebenfalls als elektrische Magneteinrichtung realisiert sein, wie dies voranstehend für die erste Magneteinrichtung 240 beschrieben wurde. Auch ist denkbar, dass die zweite Magneteinrichtung durch eine oder mehrere Permanentmagnete gebildet ist. Allgemein kann die erste Magneteinrichtung 240 an dem Anlageteil 220 oder der Konturfläche 150a angeordnet sein und die zweite Magneteinrichtung ist an dem jeweils anderen von Anlageteil 220 und Konturfläche 150a angeordnet. Somit kann durch die Magneteinrichtungen jeweils ein Magnetfeld erzeugt werden, das mit dem Magnetfeld der jeweils anderen Magneteinrichtung wechselwirkt und sich durch den Schichtaufbau 100 hindurch erstreckt, so dass das Anlageteil 220 und das die Konturfläche 150a bildende Teil aneinander angezogen werden. Weiterhin erfolgt ein Aufheizen des Schichtaufbaus 100 in der Kavität auf die erste Temperatur und ein Abkühlen des Schichtaufbaus auf die Verfestigungstemperatur unter Aufbringung des Kompressionsdrucks zum Konsolidieren. Durch die

Isolationsschicht 31 1 wird ein Aufheizen der Formhälfte 310 beim Heizen weitestgehend vermieden. Das Heizen kann beispielsweise mittels

Infrarotstrahlung erfolgen. Wie in Fig. 3 schematisch und beispielhaft dargestellt, kann die Heizeinrichtung 250 hierzu als Infrarotstrahler 251 ausgeführt sein, welcher auf Seiten des Anlageteils 220 angeordnet ist. Optional kann ein weiterer Infrarotstrahler (nicht dargestellt) auf Seiten der Konturfläche 150a angeordnet sein. Generell ist der Infrarotstrahler 251 zur Erzeugung von Wärmestrahlung eingerichtet, um die Kavität 205 zu aufzuheizen. Alternativ kann das Heizen auch wie anhand von Fig. 2 beschrieben induktiv erfolgen. Die Kavität 205 kann sowohl während des Heizens als auch während des Abkühlens weiterhin evakuiert werden. In Fig. 4 wird der Kompressionsdruck ebenfalls durch ein mittels einer

Magneteinrichtung 240 erzeugtes Magnetfeld aufgebracht, wie dies voranstehend anhand der Fig. 3 beschrieben wurde. Im Unterschied zu Fig. 3 ist die Konturfläche 150a durch die erste Oberfläche 310a der Formhälfte 310 gebildet. Ein weiterer Unterschied zu Fig. 3 liegt darin, dass die Heizeinrichtung 250 als

Induktionsheizeinrichtung 252 ausgebildet ist und ein Heizen der Kavität, wie voranstehend beschrieben, induktiv erfolgt.

Fig. 15 zeigt beispielhaft eine weitere Werkzeuganordnung W. Die in der Fig. 15 gezeigte Werkzeuganordnung W unterscheidet sich von der in Fig. 3 dargestellten Werkzeuganordnung W insbesondere durch die Anordnung und Gestaltung der Magneteinrichtung 240 als elektrische Magneteinrichtung. In Fig. 3 ist dem ersten Formblech 21 1 ein magnetisierbares Material zugeordnet, indem das Formblech 21 1 selbst ein magnetisierbares Material aufweist. Bei der in Fig. 15 beispielhaft dargestellten Werkzeuganordnung sind die Induktionsspulen 241 mit einer flächigen Trägerstruktur 242 verbunden und flächig über die Trägerstruktur 242 verteilt angeordnet, z.B. gitterartig, wie dies in Fig. 16 beispielhaft gezeigt ist. Die Trägerstruktur 242 ist elastisch verformbar und kann insbesondere aus einem flexiblen Material, wie z.B. Gummi, Silikon oder dergleichen, gebildet sein. Dadurch wird eine gleichmäßige Druckverteilung auch bei Formungenauigkeiten erzielt. Optional kann die Trägerstruktur 242 lokal faser- oder drahtverstärkt sein, um Beschädigungen wie ein Aufplatzen zu verhindern. Durch die Flexibilität der Trägerstruktur 242 kann die Magneteinrichtung 240 zudem für unterschiedliche Formen verwendet werden.

Durch die in Fig. 16 beispielhaft dargestellte gitterartige Anordnung der

Induktionsspulen 241 als sich wiederholende, gleiche Elemente werden die

Vorrichtungskosten gesenkt.

Optional sind in die Trägerstruktur 242 zur weiteren Verbesserung der

Druckverteilung im Bereich einer jeweiligen Induktionsspule 241 flexible Kissen 243 eingebettet. Die Kissen 243 können aus einem flexiblen Material gebildet sein und mit einem fließfähigen Medium wie z.B. Luft, Wasser, Öl, Sand oder dergleichen gefüllt. Die weichen Kissen 243 unterhalb der Induktionsspulen 241 übertragen den Druck gleichmäßig auch bei Formungenauigkeiten und ggf. auch seitlich.

Weiter optional kann zwischen einer jeweiligen Induktionsspule 241 und der Trägerstruktur 242 auch ein starres Plattenelement 244 angeordnet sein, das die Druckverteilung weiter verbessert.

Wie in Fig. 15 erkennbar ist, kann die Magneteinrichtung 240 mit der

Trägerstruktur 241 auf die Außenfläche 220b des Anlageteils 220 aufgelegt werden. Zur Aufbringung des Kompressionsdrucks werden die Induktionsspulen 241 der Magneteinrichtung 240 bestromt, vorzugsweise mit einem Gleichstrom. Dadurch induzieren diese ein Magnetfeld, sodass die Magneteinrichtung 240 und das erste Formblech 21 1 aneinander angezogen werden und der Schichtaufbau 100 zwischen den Formblechen 21 1, 221 zusammengepresst wird.

Wie in Fig. 15 weiterhin dargestellt ist, kann die Heizeinrichtung 250 optional als Induktionsheizeinrichtung 252 ausgeführt sein, welche das erste Formblech 21 1 aufheizt. Dazu ist die Induktionsheizeinrichtung 252 in das Formteil 310 integriert. Optional können auch die Induktionsspulen 241 der Magneteinrichtung 240 als Induktionsheizung verwendet werden. Hierzu werden diese mit einem

Wechselstrom geeigneter Frequenz durchflossen.

Optional können auch die Spulen 253 der Heizeinrichtung 250 als Magnetfeld erzeugende Spulen verwendet werden. In diesem Fall bildet die Heizeinrichtung 250 eine der Anlagefläche 150a zugeordnete zweite Magneteinrichtung. Damit kann der Druck zur Verpressung des Schichtaufbaus 100 im Wesentlichen durch die Anziehungskräfte zwischen den Induktionsspulen 241 der Magneteinrichtung 240 und den Spulen 253 der Heizeinrichtung 250 erzeugt werden, da die Spulen 241, 253 die dabei entstehenden Kräfte entsprechend an die dazwischen befindlichen Elemente weitergeben. Hierdurch wird eine besonders große

Anziehungskraft zwischen zwei gegenüberliegenden Spulen 241, 253 erzielt, wodurch der Kompressionsdruck vorteilhaft gesteigert wird. Weiterhin ist es denkbar, in einem ersten Schritt die Spulen 243 und/oder 253 in einem Modus zu betreiben, in dem sie die Konturfläche 150a und das Anlageteil 220 induktiv aufheizen und nach ausreichender Aufheizung der Schichtstruktur 100 in einem zweiten Schritt als Elektromagneten derart zu betreiben, dass die Schichtstruktur 100 zwischen dem Anlageteil 220 und der Konturfläche 150a zusammengepresst wird.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar.

BEZUGSZEICHEN LISTE

1 Halbzeug

1A, 1 B Enden des Halbzeugs

2 Prepregbänder

2A erstes Prepregband

2B zweites Prepregband

3 Verbindungsstränge

4 Flächengebilde

5A, 5B Verbindungslinien

6 multiaxiales Gelege

1 1 erstes Halbzeug

12 zweites Halbzeug

20 thermoplastisches Matrixmaterial

21 Verstärkungsfasern

30 thermoplastisches Kunststoffmaterial

31 erster Endabschnitt der Verbindungsstränge

32 zweiter Endabschnitt der Verbindungsstränge

33 Folienband

34 Faden

35 Filamente

41 erster Endbereich des Flächengebildes

42 zweiter Endbereich des Flächengebildes

60 Lagen

100 Schichtaufbau

1 10 Lage

120 Verbindungsstelle

130 Versteifungsprofile

1 50a Ablagefläche

205 Kavität

21 1 erstes Formblech

210a Innenfläche des ersten Formblechs

210b Rückoberfläche des ersten Formblechs

21 5 Dichtung

220 Anlageteil

220a Innenfläche des Anlageteils

220b Außenfläche des Anlageteils

221 zweites Formblech

230 Pumpe

240 Magneteinrichtung 241 Induktionsspulen

242 Trägerstruktur 243 Kissen

250 Heizeinrichtung

251 Infrarotstrahler

252 Induktionsheizeinrichtung

253 Induktionsspulen

254 Wechselstromquelle

310 Formhälfte

310a erste Oberfläche der Formhälfte 310b zweite Oberfläche

31 1 Isolationsschicht

312 Flächenabschnitt der Formhälfte

314 Basisabschnitt der Formhälfte

315 Standfüße

316 Versteifungsrippen

410 Ablegekopf

420 Bewegungseinrichtung

B Strukturbauteil

b2 Breite der Prepregbänder

E Umfangsrand des Strukturbauteils F Kraft

I2 Länge der Prepregbänder

P Scheitelpunkt

R1 erste Richtung

R2 zweite Richtung

R1 10 Richtung

S1, S2 Symmetrielinien

W Werkzeuganordnung

Claims

ANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils (B) mit folgenden

Verfahrensschritten:

Bereitstellen eines gemäß einer Form des herzustellenden Strukturbauteils (B) vorgeformten Schichtaufbaus (100) mit mehreren Lagen (1 10), welche jeweils in ein thermoplastisches Matrixmaterial (20) eingebettete

Verstärkungsfasern (21) aufweisen;

Heizen des Schichtaufbaus (100) in einer zwischen einer Konturfläche (150a) und einem Anlageteil (220) gebildeten Kavität (205) auf eine erste

Temperatur, die größer als ein Schmelzpunkt des thermoplastischen

Matrixmaterials (20) ist; und

unter Aufbringung eines Kompressionsdrucks Abkühlen des Schichtaufbaus

(100) in der Kavität (205) auf eine Verfestigungstemperatur, die kleiner als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Matrixmaterials (20) ist;

wobei der Kompressionsdruck erzeugt wird, indem mittels einer ersten Magneteinrichtung (240) ein quer zu der Konturfläche (150a) gerichtetes Magnetfeld erzeugt wird, welches derart in ein dem Anlageteil (220) zugeordnetes magnetisierbares Material und/oder in ein der Konturfläche (150a) zugeordnetes magnetisierbares Material eingekoppelt wird oder welches derart mit einem durch eine dem Anlageteil (220) oder der

Konturfläche (150a) zugeordnete zweite Magneteinrichtung erzeugten Magnetfeld wechselwirkt, dass der Schichtaufbau (100) durch die

Konturfläche (150a) und das Anlageteil (220) mit dem Kompressionsdruck beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Magneteinrichtung (240) an dem Anlageteil (220) oder der Konturfläche (150a) angeordnet ist und das durch die erste Magneteinrichtung (240) erzeugte Magnetfeld sich durch den Schichtaufbau (100) hindurch erstreckt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Heizen des Schichtaufbaus (100) durch induktives Heizen oder mittels Infrarotstrahlung erfolgt.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Kavität (205) mittels einer Vakuumeinrichtung (230) evakuiert wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils (B) mit folgenden

Verfahrensschritten:

Verstärkungsfasern (21) aufweisen;

Heizen des Schichtaufbaus (100) in einer zwischen einer Konturfläche (210a) und einem Anlageteil (220) gebildeten Kavität (205) auf eine erste

Temperatur, die größer als ein Schmelzpunkt des thermoplastischen

Matrixmaterials (20) ist, wobei das Anlageteil (220) und/oder die

Konturfläche (150a) ein induktiv heizbares Material enthalten und das Heizen induktiv erfolgt;

Aufbringung eines Kompressionsdrucks durch Evakuieren der Kavität (205); und

Abkühlen des Schichtaufbaus (100) in der Kavität (205) auf eine

Verfestigungstemperatur, die kleiner als der Schmelzpunkt des

thermoplastischen Matrixmaterials (20) ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Anlageteil (220) durch eine Vakuumfolie gebildet ist. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Anlageteil (220) durch ein zweites Formblech (221) gebildet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei zwischen dem ersten Formblech (21 1) und der Konturfläche (150a) eine Dichtung (215) angeordnet ist, welche die Kavität (205) hermetisch abdichtet.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei auf einer entgegengesetzt zu der Konturfläche (150a) gelegenen Lage (1 10) des Schichtaufbaus (100) zumindest ein Versteifungsprofil (130) aufgelegt wird, welches ein thermoplastisches Kunststoff material aufweist, wobei das Versteifungsprofil (130) in der Kavität (205) mittels des Anlageteils (220) an den Schichtaufbau (100) gepresst wird.

10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die

Konturfläche (150a) durch eine erste Oberfläche (310a) einer Formhälfte

(310) bereitgestellt wird.

1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Konturfläche (150a) durch eine Innenfläche (210a) eines ersten Formblechs (21 1) bereitgestellt wird, das durch eine erste Formhälfte (310) abgestützt wird.

12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die einzelnen Lagen (1 10) des Schichtaufbaus jeweils zumindest ein Halbzeug (1) aufweisen, das umfasst:

eine Vielzahl sich entlang einander erstreckender Prepregbänder (2), welche jeweils in thermoplastisches Matrixmaterial (20) eingebettete, unidirektional angeordnete Verstärkungsfasern (21) aufweisen; und

eine Vielzahl von ein thermoplastisches Kunststoffmaterial (30) enthaltenden Verbindungssträngen (3), wobei die Verbindungsstränge (3) und die

Prepregbänder (2) zu einem textilen Flächengebilde (4) verbunden sind, in welchem jeder der Verbindungsstränge (3) mehrere der Prepregbänder (2) kreuzt, und wobei die Verbindungstränge (3) und die Prepregbänder (2) in einem ersten Endbereich (41) des Flächengebildes (4) und einem

entgegengesetzt zu diesem gelegenen zweiten Endbereich (42) des

Flächengebildes (4) jeweils entlang einer Verbindungslinie (5A; 5B) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Verbindungsstränge (3) jeweils

einen ersten Endabschnitt (31) und entgegengesetzt zu diesem gelegenen zweiten Endabschnitt (32) aufweisen, wobei der erste und der zweite

Endabschnitt (31; 32) jeweils über die Verbindungslinien (5A; 5B) hinaus überstehen, und wobei eine jeweilige Lage (1 10) des Schichtaufbaus (100) gebildet wird, indem zumindest die ersten Endabschnitte (31) der

Verbindungsstränge (3) eines erstes Halbzeugs (1 1) mit Prepregbändern (2) eines jeweiligen weiteren Halbzeugs (12) thermoplastisch verbunden werden, und wobei vorzugsweise auch die zweiten Endabschnitte (32) der Verbindungsstränge (3) des weiteren Halbzeugs (12) mit Prepregbändern (2) des ersten Halbzeugs (1 1) thermoplastisch verbunden werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei die Lagen (1 10) des Schichtaufbaus (100) durch Halbzeuge (1) gebildet sind, welche aufweisen: eine Vielzahl von Prepreg bändern (2), welche jeweils in ein

thermoplastisches Matrixmaterial (20) eingebettete, unidirektional angeordnete Verstärkungsfasern (21) aufweisen wobei die Prepreg bänder

(2) zu einem multiaxialen Gelege (6) angeordnet sind, welches mehrere übereinander liegende Lagen (60) von Prepregbändern (2) umfasst, wobei die Prepreg bänder (2) innerhalb einer Lage (60) parallel zueinander verlaufen, und wobei die Lagen (60) relativ zueinander an einzelnen Stellen, vorzugsweise an diskreten, in einem sich periodisch wiederholenden Muster angeordneten Stellen, verbunden sind, insbesondere vernäht, verwirkt, verwoben, verschweißt oder anderweitig verbunden, vorzugsweise mittels einer Vielzahl von ein thermoplastisches Kunststoffmaterial (30)

enthaltender Verbindungssträngen (3).

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei das Bereitstellen des Schichtaufbaus (100) durch Ablegen von Prepregbändern (2) mittels eines Ablegekopfes (410) erfolgt, und wobei die einzelnen Prepregbänder (2) beim Ablegen relativ zueinander fixiert werden.

16. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der

Schichtaufbau (100) derart ausgebildet wird, dass die Verstärkungsfasern sich innerhalb einer jeweiligen Lage (1 10) entlang einer Richtung (R1 10) und in verschiedenen Lagen (1 10) in verschiedenen Richtungen (R1 10)

erstrecken.

17. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die

Konturfläche (150a) eine gewölbte Geometrie aufweist.