WO2009152970A1 - Profilvorformling zur herstellung eines faserverbund-profilbauteils, sowie herstellung und verwendung von dertigen profilvorformlingen - Google Patents

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Definitions

  • Profile preform for producing a fiber composite profile component as well as production and use of such profile preforms
  • the present invention relates to a profile preform for producing a fiber composite profile component, a method for producing a profile preform, and the use of such profile preforms, in particular profile component manufacturing method.
  • a fiber composite material is a composite material which generally consists of two major components, namely a matrix and fibers embedded therein. Mutual interactions of these components give the material higher intrinsic properties than either of the two components involved.
  • Fiber composite profile components can z. B. are used as lightweight, yet stable reinforcing profiles. For some time, for example, used in aircraft fiber composite profile components for stiffening the fuselage. This requires both straight-line profiles and curved profiles. Straight profiles can z. B. can be used as a "stringers" in the longitudinal direction of a simply curved aircraft shell area, whereas curved profiles z. B. can be used as in a circumferential direction "frames" for such a shell area. To reinforce double-curved shell areas (eg cockpit and tail section of an airplane) with stringers, these must also have a curvature. In particular for stiffening doubly curved shell sections, reinforcement profiles are desirable which are adapted as well as possible to the respective geometrical conditions, ie have a respective local curvature and / or a local torsion.
  • a fiber composite profile component To produce a fiber composite profile component, it is known to first prefabricate a preform which comprises a fiber material semifinished product (eg woven fabric, scrim, fiber mats etc.) arranged along an elongated mandrel, and then to form this profile preform Further processing profile component, for example, by infiltration with matrix material (eg synthetic resin) and subsequent curing (eg, thermal).
  • matrix material eg synthetic resin
  • a plurality of stiffening profiles can be manufactured in one step together with the shell to be stiffened.
  • the profile preform according to the invention for producing a fiber composite profile component comprising a fiber material semifinished product arranged along an elongated mold core is bendable or twistable in accordance with a desired curvature and / or torsion of the profile component to be produced.
  • the profile preform can thus be used for the production of various profile components. Therefore, no individual devices or manufacturing steps are needed to provide different profile preforms. In particular, tooling costs and logistics costs can be reduced and productivity increased. When using similar profiled preforms for producing different profile components, it is advantageous to eliminate the risk of confusion regarding the selection of a respectively suitable profiled preform.
  • the concrete design of the profile component to be produced plays a minor or no role in the production of the profile preform according to the invention.
  • the concrete curvature and / or torsion or the specific course of these properties is given to the profile component only in the context of further processing of the profile preform.
  • the profile preform is first brought into a desired shape in a curing tool (by curvature and / or torsion).
  • the profile preform merely has to have sufficient flexibility with regard to curvature or torsion in the prefabricated stage.
  • curvature z. B. that without damaging a (originally straight) profile preform a radius of curvature of less than 200 times, in particular less than 100 times the profile height can be achieved (the profile height lying orthogonal to the longitudinal direction of the profile and in the plane of curvature should be measured).
  • a corresponding extent of curvature can be provided.
  • the mandrel is made of a flexible material (eg silicone, foam material, etc.).
  • mandrel is to be understood as being very broad insofar as viewed below in the cross section of the profile preform both completely and incompletely surrounded by the fiber material semifinished structures are to fall.
  • the mandrel may be a multi-part structure (as is the case with the embodiments described below, for example). It is essential in the context of the invention, the profiling property of the mold core for the arranged thereon fiber material semifinished product.
  • the mold core used for the production of the profile preform was made to extend in a straight line. This is z. B. particularly advantageous if the profile preform is to be used both for the production of straight profiles and for the production of curved profiles.
  • the mold core used to produce the profile preform has been produced with a self-curvature and / or own torsion. This is z. B. particularly advantageous if the profile preform predominantly or exclusively curved and / or twisted profile components are to be produced, the curvature or torsion to "average values" varies. These average values can then advantageously form the basis of the geometric design of the profile preform.
  • the profile preform has a fiber material semifinished region which extends in a cross-section substantially orthogonal to a plane of curvature of the finished component and contains fibers in 0 ° orientation.
  • This semifinished product area is also referred to below as "neutral fiber area”.
  • curvature plane is intended to denote that (imaginary) plane in which or along which the curved profile component extends.
  • Fibers in "0 ° orientation" extend in the longitudinal direction of the profile preform or of the profiled component formed therefrom (this direction is designated “x" in the exemplary embodiments).
  • the neutral-fiber region forms a radially innermost or radially outermost component edge on the finished component.
  • these component part edges form a "profile head 1 " or "profile foot.”
  • One or more "profile webs" (for the connection between profile head and profile foot) can be formed between the profile head and the profile foot.
  • the neutral fiber area additionally contains fibers in a different orientation of 0 °. For example, fibers in +/- 30 ° and / or +/- 45 ° orientation can additionally be contained in the neutral fiber area.
  • the neutral fiber area can z. B. by one or more fiber material Halbmaschineb selected (eg., Fabric, scrim, etc., hereinafter also referred to as "bands”) may be formed.
  • Halbmaschineb eg., Fabric, scrim, etc., hereinafter also referred to as "bands”
  • a corresponding triaxial band can be laid longitudinally along the mandrel.
  • bands can be laid one above the other along the mandrel.
  • Such bands can be fixed to each other before or after their arrangement on the mold core.
  • the fixation (eg by gluing, sewing etc.) of individual tapes to one another can be carried out continuously in the neutral fiber area (eg profile head), but expediently only in the other areas (eg profile web (e) and profile foot) - rich or incomplete (eg at points or by zigzag stitching).
  • continuous fibers are contained in 0 ° orientation only in a neutral fiber region provided as a profile head, whereas the semi-finished regions defined by a profile web and profile foot contain only diagonal and / or oriented in 90 ° fibers.
  • At least one fiber-material semi-finished region adjoins the neutral fiber region, which is viewed in cross-section non-orthogonal, in particular substantially in or parallel to Curvature plane of the finished component extends, hereinafter also referred to as "radial ridge area (s)".
  • radial ridge area (s) In addition to the neutral fiber range z. B. also connect one or more obliquely extending to the plane of curvature web portions.
  • the curvature of the profile preform assumes that no long or continuous fibers are contained in 0 ° orientation in a web area.
  • the ridge region contains fibers mostly in an orientation of at least 45 ° (fibers in +/- 45 ° orientation, for example, can be readily provided by a fiber web or braid).
  • fibers may also be contained in 90 ° orientation.
  • the neutral fiber portion is formed of at least two ribbons having different fiber orientation, one of which includes continuous fibers in 0 ° orientation and extends only within the neutral fiber portion, whereas another of these bands comprises diagonal fibers and or 90 ° -oriented fibers and extends in one or more ridge areas viewed in cross-section.
  • the last strip (s) extend further into a region which, viewed in cross-section, is again substantially orthogonal to the plane of curvature of the finished component (such as the neutral fiber region).
  • At least one fiber material band is arranged along an elongated shaping core made of a flexible material.
  • profile preforms of the type described above can be produced in a simple manner.
  • a fiber material band containing fibers in 0 ° orientation is arranged on the mold core in such a way that the extension, viewed in cross-section, of this band is substantially orthogonal to a plane of curvature of the finished component.
  • a preferred embodiment of the manufacturing method comprises a prefabrication of a multilayer fiber material band which is arranged along the mold core, wherein the prefabricated fiber material band contains a plurality of layers of fiber material bands with mutually different fiber orientations.
  • the "neutral fiber area" already mentioned above (for example on the profile head or on the profile foot) can be formed.
  • the prefabricated multilayer tape beyond other areas of the profile preform can be formed beyond.
  • a preferred further development of the production method comprises quasi-end production of a profile preform strand, from which the profile preforms are cut off in the respectively desired length.
  • a particularly advantageous use of profile preforms of the type described above and / or preforms, which were produced in the manner described above, consists in the production of a plurality of fiber composite profile components which have mutually different curvatures and / or Torsio- NEN.
  • reinforcing profiles may be provided, for example in vehicle or aircraft construction.
  • a method according to the invention for producing a fiber composite profile component may comprise, for example, the following steps:
  • profile preforms preferably a prefabricated profile preform strand. It is conceivable that the prefabricated profile preform or profile preform strand is already partially hardened before its deformation.
  • any fiber materials and matrix materials are suitable for the invention.
  • fibers for example, glass fibers, carbon fibers, synthetic plastic fibers, steel fibers or natural fibers come into consideration.
  • a matrix material in particular plastics such.
  • a strip contained in the profile preform or used in its manufacture may constitute a so-called "prepreg" (preimpregnated fiber material).
  • prepregs are known per se in various embodiments and therefore need no further explanation.
  • particularly advantageously usable prepregs z.
  • continuous filaments eg, carbon fibers
  • embedded in an uncured thermoplastic resin matrix are included.
  • Such prepregs are mostly commercially available wound on rolls commercially available and can, for.
  • a unidirectional or multidirectional layer as tissue or scrim be present.
  • FIG. 1 shows a cross section of a profile preform for producing a fiber composite profile component with double T-profile
  • FIG. 3 shows a cross section of a profile preform for producing a fiber composite profile component with omega profile
  • 4 shows a draping of fiber material semifinished strips along an elongated mold core for producing the profile preform of FIG. 3,
  • FIG. 3 shows a cross section of a profile preform for producing a fiber composite profile component with omega profile
  • FIG. 5 shows a prefabrication of one of the two bands used in the draping of FIG. 4, FIG.
  • FIG. 6 shows a cross section of a profile preform for producing a fiber composite profile component with omega profile according to a further exemplary embodiment
  • FIG. 7 shows a production of the profile preform of FIG. 6 using a fiber braiding technique
  • Fig. 9 is a curved extending profile component
  • Fig. 10 is a more curved profile component.
  • Fig. 1 shows schematically a cross section of a profile preform 10 for producing a straight or curved and / or twisted fiber composite profile component (here: double-T profile).
  • the preform 10 comprises a mandrel 12 which is elongated along a direction x and, in the example illustrated, consists of two molded core parts 12-1 and 12-2 (in this case rectangular profiles) arranged separately from one another.
  • the molded core parts 12-1 and 12-2 are each made of a flexible material such. As silicone or foam material.
  • the preform 10 further comprises a fiber material semifinished product arranged along the mold core 12 in the form of semi-finished strips 14, 16, 18, 20 and 22, which, viewed in cross-section, form the double-T profile, which is stabilized by the mold core 12.
  • the bands contain 14 to 22 carbon fibers in different orientations or with different orientation proportions.
  • Reinforcing fibers in the profile longitudinal direction occur only in a "head of the profile (in Fig. 1 above), which in the example shown is formed by the bands 14, 16 and partially 18 and 20. This profile head extends viewed in the cross section of Fig. 1 in the direction y.
  • the fibers in 0 ° orientation are realized in the illustrated example only by the band 14, whereas the bands 16, 18, 20 and 22 only diagonal fibers and / or fibers in 90 ° orientation contain (The angles used here regarding the Fiber orientation always refer to the longitudinal direction of the relevant profile preform, which is denoted by x in the figures.
  • the bands 18 and 20 may, for.
  • each may be formed by a scrim which was draped onto the core 12 to form fibers at + 45 ° and -45 °.
  • regions of the bands 18 and 20 also extend in a "vertical direction" z of the profile.
  • This profile region extending in the z-direction forms a "web", to which in the example shown (a Double T-profile) in Fig. 1 below again in the y-direction extending profile area or "profile foot” connects.
  • the tread foot is formed by the band 22 (eg, a fiber fabric) and lateral edges of the bands 18 and 22.
  • the profile preform 10 has the advantageous feature that it can be bent or twisted in accordance with a desired curvature and / or torsion of the profile component to be produced.
  • the preform 10 may first be brought into the desired shape (by curvature and / or torsion) in a curing tool.
  • the deformability is ensured in the illustrated example in that suitable textile semi-finished products (tapes 14 to 22) come with suitable reinforcing fiber orientations are used and the mandrel is made of a flexible material. Since fibers in the 0 ° orientation (band 14) occur only in the profile head, but not in the profile web and profile foot in the illustrated example, the profile preform 10 shown can be easily curved in the z direction or so that the xz plane is a "curvature plane "forms.
  • a respectively desired deformability provides corresponding prerequisites both on the mold core and on the fiber material arranged thereon.
  • a fiber material would have to be used to achieve a bendability Length of the mandrel continuous fibers unsuitable only in 0 ° orientation.
  • FIG. 8 shows a linearly extending profile component 100.
  • FIGS. 9 and 10 show a profile component curved to a different extent in the z-direction 100 'and 100 ", respectively.
  • the curved component extends in or along a plane of curvature which is spanned by the directions x and z. B. be prepared by further processing of the preform 10. If necessary (for the components 100 'and 100 "), the preform 10 would have to be correspondingly curved before it is completely cured.
  • Fig. 2 shows another example of a profile preform 10a comprising a mandrel of mandrel parts 12a-1 and 12a-2 and fiber material ribbons 14a, 18a, 20a and 22a disposed thereon.
  • the profile preform 10a has a so-called LZ profile.
  • the profiled preform 10a has only one fiber material semifinished area extending in a cross-section orthogonal to a plane of curvature (xz-plane) of the finished component and containing fibers in 0 ° orientation ("neutral fiber area").
  • this neutral fiber region forms the profile head.
  • the neutral fiber region unlike the described exemplary embodiments, does not necessarily have to form a radially innermost or radially outermost edge of a curved component. For the resulting component stability, however, this is preferred in most applications.
  • Fibers with 0 ° orientation contain only the band 14a, whereas the bands 18a, 20a and 22a contain only diagonal fibers and 90 ° oriented fibers.
  • FIG 3 shows another example of a profile preform 10b, which is provided for producing a fiber composite profile component with so-called omega profile.
  • the profile again has only one neutral fiber region with 0 ° orientation fibers realized by a band 14b.
  • the neutral fiber area forms the head of the profile, which, unlike the above examples 2, has each profile web areas running obliquely to the z-direction to a profile foot. Both web areas are formed by the fiber material of semi-finished strips 18b and 20b, which also extend into the profile head and the profile foot and contain no reinforcing fibers in 0 ° orientation.
  • a band 22b serving as a lower cover layer extends over the entire profile foot.
  • drapable textile semi-finished products For the production of profile preforms according to the invention can be used many drapable textile semi-finished products, the z.
  • the z In the form of at least one band (for example drawn off from a supply roll) in the x direction (longitudinal direction). tion of the mandrel) are draped on the mandrel.
  • lateral band regions at lateral edges or radii of the mandrel can be correspondingly turned over in this draping (compare, for example, the bands 18, 20 or 18a, 20a shown in FIGS Fig. 3 illustrated bands 18b and 20b).
  • Fig. 4 illustrates an advantageous manufacturing method in which at least one fiber material band (here: two fiber material bands 30b and 22b) are draped along the elongated mandrel 12b made of a flexible material.
  • a particular advantage in terms of productivity consists in a pre-assembly of the strip 30b, which is formed of multiple layers of several layers of fiber material bands 18b, 14b and 20b with mutually different fiber orientations.
  • the tapes 18b, 14b and 20b shown in FIG. 3 are thus advantageously brought onto the mold core 12b at the same time.
  • the tape 22b is applied to the mold core from the underside as the lower cover layer and is connected to the prefabricated tape 30b along a line 40b indicated by dashed lines in FIG. 4, but only selectively (eg by local activation of a binder or stitching by zigzag stitching) to allow some fiber displacement in this foot region of the profile at any curvature of the preform.
  • Another fixation line is provided symmetrically to the line 40b (but hidden in FIG. 4).
  • the stickiness of the uncured matrix material or hardening of the matrix material is sufficient for further processing and thus creation of the corresponding fiber composite profile component.
  • a desired curvature and / or torsion or a concrete course of these properties over the length considered in the x-direction can be set prior to curing. If the tapes 30b, 22b used do not yet contain any matrix material, the curing step must be preceded by an infiltration step. In one embodiment, it is provided that the desired deformation of the profile preform, its infiltration and curing takes place in one working step (in a tool). For the infiltration and curing, the skilled person can resort to known tools and methods (eg vacuum presses, vacuum infusion, prepreg technology, etc.).
  • the mold core of the profile preform used in the invention forms a "lost core” or is dissolved (eg chemically and / or thermally) or if possible pulled out (for example in the case of a silicone core) during further processing.
  • Fig. 5 illustrates the prefabrication of the multi-ply tape 30b used in the manufacture of the three individual plies realized by the tapes 18b, 14b and 20b.
  • the individual belts are pulled from a respective supply roll (see arrow in Fig. 5), pulled by a guide device 42b and wound up as a multi-ply belt 30b on a supply roll.
  • a fixing means (not shown) which fixes the three belts 18b, 14 and 20b guided against each other along the broken lines 44b-1 and 44b-2. This fixation of the three layers this is done consistently (eg by sewing or activating binder layers, etc.).
  • a quasi-endless profile preform strand can advantageously be formed in the production of the profile preform, of which the profile preforms are separated in each required longer.
  • FIG. 6 shows, similar to FIG. 3, a profile preform 10c with a profiled mandrel 12c elongated in the x-direction, along which a band 14c extending in the x-direction and containing fibers in the 0 ° orientation is arranged.
  • the profiled preform 10c comprises no further fiber-semifinished product strips, but around the mandrel 12c closed fiber material layers 50c and 52c, which as winding layers or Flechtlagen are formed.
  • the layers 50c and 52c were each wound or braided on the mandrel 12c starting from one or more endless fiber strands ("rovings") and thus do not contain fibers in the 0 ° orientation.
  • Fig. 6 Shown in dashed lines in Fig. 6 are optional fiber material semifinished products, as z. B. could be arranged later in the field of profile foot.
  • Fig. 7 shows a possible method for producing the profile preform 10c shown in Fig. 6.
  • a braiding station 54c shown schematically is supplied with the quasi-endlessly prefabricated mandrel 12c (compare arrow 56c). Then, the core 12c is surrounded with a first braiding layer 50c, for example with fibers in +/- 45 ° orientation.
  • the textile semifinished product strip 14c is applied to the braiding layer 50c at a point forming the later profile head and, together with the underlying braiding layer 50c and the inner core 12c, is surrounded by the second braided layer 52c, for example with fibers in - / + 45 ° orientation.
  • the quasi-endlessly produced profile preform 10c is then removed and cut through a separating station (not shown).
  • FIGS. 8 to 10 each show elongate profile components 100, 100 'and 100 "which, despite different curvatures, can advantageously be produced starting from one and the same profile preform, which is due to the sufficient deformability of the profile preform
  • profile preforms that are explicitly described in each case have particular advantages, they should, of course, only be considered as examples
  • the profiles produced by means of the invention can in principle have any desired profiles.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Profilvorformling zur Herstellung eines Faserverbund- Profilbauteils, ein Verfahren zur Herstellung eines Profilvorformlings, sowie die Verwendung von derartigen Profilvorformlingen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellung eines Faserverbund-Profilbauteils zu vereinfachen, insbesondere im Hinblick auf die Herstellung solcher Bauteile mit unterschiedlichen Krümmungen und/oder Torsionen. Der erfindungsgemäße Profilvorformling (10) zur Herstellung eines Faserverbund-Profilbauteils, umfassend ein entlang eines langgestreckten Formkerns (12) angeordnetes Fasermaterial-Halbzeug (14, 16, 18, 20, 22), ist dadurch gekennzeichnet, dass der Profilvorformling (10) entsprechend einer gewünschten Krümmung und/oder Torsion des herzustellenden Profilbauteils krümmbar bzw. tordierbar ist.

Description

Profilvorformling zur Herstellung eines Faserverbund-Profilbauteils, sowie Herstellung und Verwendung von derartigen Profilvorformlingen
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Profilvorformling zur Herstellung eines Fa- serverbund-Profilbauteils, ein Verfahren zur Herstellung eines Profilvorformlings, sowie die Verwendung von derartigen Profilvorformlingen, insbesondere Profilbauteil-Herstellungsverfahren.
Die Verwendung von faserverstärkten Bauteilen (Faserverbundbauteile) ist vor allem wegen ihrer hohen spezifischen Festigkeit (Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht) in vielen Anwendungsbereichen interessant. Ein Faserverbundwerkstoff ist ein Mischwerkstoff, der im Allgemeinen aus zwei Hauptkomponenten besteht, nämlich einer Matrix und darin eingebetteten Fasern. Durch gegenseitige Wechselwirkungen dieser Komponenten erhält der Werkstoff höherwertigere Eigen- schatten als jede der beiden einzeln beteiligten Komponenten.
Faserverbund-Profilbauteile können z. B. als leichtgewichtige und dennoch stabile Verstärkungsprofile eingesetzt werden. Seit geraumer Zeit werden beispielsweise im Flugzeugbau Faserverbund-Profilbauteile zur Versteifung des Flugzeugrumpfes eingesetzt. Hierbei werden sowohl geradlinig sich erstreckende Profile als auch gekrümmte Profile benötigt. Gerade Profile können z. B. als "Stringer" in Längsrichtung eines einfach gekrümmten Flugzeugschalenbereiches verwendet werden, wohingegen gekrümmte Profile z. B. als in einer Umfangsrichtung verlaufenende "Spanten" für einen solchen Schalenbereich verwendet werden können. Zur Ver- steifung doppelt gekrümmter Schalenbereiche (z. B. Cockpit- und Hecksektion eines Flugzeuges) mit Stringern müssen diese ebenfalls eine Krümmung aufweisen. Insbesondere zur Versteifung doppelt gekrümmter Schalenabschnitte sind Verstärkungsprofile wünschenswert, die möglichst gut an die jeweiligen geometrischen Verhältnisse angepasst sind, d. h. eine jeweilige lokale Krümmung und/oder eine lokale Torsion aufweisen.
Insbesondere im Flugzeugbau ist in der Regel davon auszugehen, dass der Krümmungsradius nicht konstant ist und somit selbst nebeneinander angeordnete Verstärkungsprofile nicht identisch sind. In der Folge werden die in der Praxis benötigten Faserverbund-Profilbauteile einzeln und mit individuellen Werkzeugsät- zen angefertigt. Dies bedeutet einen hohen Aufwand, insbesondere hinsichtlich der Werkzeugkosten und der Logistik, und führt darüber hinaus zu einer langwierigen Produktion mit entsprechend geringer Produktivität.
Zur Herstellung eines Faserverbund-Profilbauteils ist es bekannt, zunächst einen Profilvorformling ("Preform") vorzufertigen, welcher ein entlang eines langgestreckten Formkerns angeordnetes Fasermaterial-Halbzeug (z. B. Gewebe, Gelege, Fasermatten etc.) umfasst, und diesen Profilvorformling sodann zum Profilbauteil weiterzuverarbeiten, beispielsweise durch Infiltration mit Matrixmaterial (z. B. Kunstharz) und anschließendem Aushärten (z. B. thermisch). Gegebenenfalls können auch mehrere Versteifungsprofile in einem Schritt zusammen mit der zu versteifenden Schale gefertigt werden.
Zur Herstellung von Profilbauteilen mit - über deren Länge betrachtet - verschiedenen Krümmungs- bzw. Torsionsverläufen sind die entsprechenden Profilvor- formlinge einzeln und mit individuellen Werkzeugsätzen, und somit sehr aufwändig anzufertigen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellung eines Faserverbund-Profilbauteils zu vereinfachen, insbesondere im Hinblick auf die Herstellung solcher Bauteile mit unterschiedlichen Krümmungen und/oder Torsionen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Profilvorformling nach Anspruch 1 , ein Verfahren zur Herstellung eines Profilvorformlings nach Anspruch 8 und eine Verwendung von Profilvorformlingen nach Anspruch 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Der erfindungsgemäße Profilvorformling zur Herstellung eines Faserverbund- Profilbauteils, umfassend ein entlang eines langgestreckten Formkerns angeordnetes Fasermaterial-Halbzeug, ist entsprechend einer gewünschten Krümmung und/oder Torsion des herzustellenden Profilbauteils krümmbar bzw. tordierbar.
Der Profilvorformling kann somit zur Herstellung verschiedenartiger Profilbauteile verwendet werden. Daher werden keine individuellen Vorrichtungen bzw. Fertigungsschritte zur Bereitstellung verschiedenartiger Profilvorformlinge benötigt. Damit können insbesondere die Werkzeugkosten und der Logistikaufwand gesenkt werden und die Produktivität gesteigert werden. Bei Verwendung gleicharti- ger Profilvorformlinge zur Herstellung verschiedenartiger Profilbauteile ist vorteilhaft auch eine Verwechslungsgefahr betreffend die Auswahl eines jeweils geeigneten Profilvorformlings beseitigt.
Die konkrete Formgestaltung des herzustellenden Profilbauteils spielt bei der Her- Stellung des erfindungsgemäßen Profilvorformlings eine untergeordnete oder gar keine Rolle. Die konkrete Krümmung und/oder Torsion bzw. der konkrete Verlauf dieser Eigenschaften wird dem Profilbauteil erst im Rahmen der Weiterverarbeitung des Profilvorformlings verliehen. Dazu wird der Profilvorformling beispielsweise erst in einem Aushärtewerkzeug in die jeweils gewünschte Form gebracht (durch Krümmung und/oder Torsion). Der Profilvorformling muss hierzu im vorgefertigten Stadium lediglich eine ausreichende Flexibilität hinsichtlich Krümmung bzw. Torsion aufweisen.
Im Hinblick auf eine Krümmbarkeit kann z. B. vorgesehen sein, dass ohne Schädigung eines (ursprünglich geraden) Profilvorformlings ein Krümmungsradius von weniger als dem 200-fachen, insbesondere weniger als dem 100-fachen der Profilhöhe erzielt werden kann (wobei die Profilhöhe orthogonal zur Längsrichtung des Profils und in der Krümmungsebene liegend gemessen sein soll). Für einen ursprünglich bereits gekrümmt gefertigten Vorformling kann ein entsprechendes Krümmbarkeitsausmaß vorgesehen sein.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Formkern aus einem flexiblen Werkstoff (z. B. Silikon, Schaumwerkstoff etc.) gefertigt ist.
Der Begriff "Formkern" ist insofern sehr breit zu verstehen, als hierunter im Querschnitt des Profilvorformlings betrachtet sowohl vollständig als auch unvollständig von dem Fasermaterial-Halbzeug umgebene Strukturen fallen sollen. Auch kann der Formkern eine aus mehreren Teilen gebildete Struktur darstellen (wie es z. B. bei den unten noch beschriebenen Ausführungsbeispielen der Fall ist). Wesentlich ist im Rahmen der Erfindung die profilgebende Eigenschaft des Formkerns für das daran angeordnete Fasermaterial-Halbzeug.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zur Herstellung des Profilvorformlings verwendete Formkern geradlinig verlaufend gefertigt wurde. Dies ist z. B. besonders vorteilhaft, wenn der Profilvorformling sowohl zur Herstellung von geraden Profilen als auch zur Herstellung von gekrümmten Profilen verwendet werden soll. In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zur Herstellung des Profilvorformlings verwendete Formkern mit einer Eigenkrümmung und/oder Eigentorsion gefertigt wurde. Dies ist z. B. dann besonders vorteilhaft, wenn mit dem Profilvorformling vorwiegend oder ausschließlich gekrümmte und/oder tordierte Profilbauteile hergestellt werden sollen, deren Krümmung bzw. Torsion um "mittlere Werte" variiert. Diese mittleren Werte können dann vorteilhaft die Grundlage der geometrischen Gestaltung des Profilvorformlings bilden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Profilvorformling einen Fasermaterial-Halbzeugbereich aufweist, der sich im Querschnitt betrachtet im Wesentlichen orthogonal zu einer Krümmungsebene des fertigen Bauteils erstreckt und Fasern in 0°-Orientierung enthält. Dieser Halbzeugbereich wird nachfolgend auch als "Neutralfaserbereich" bezeichnet.
Der Begriff "Krümmungsebene" soll diejenige (gedachte) Ebene bezeichnen, in welcher bzw. entlang welcher sich das gekrümmte Profilbauteil erstreckt.
Fasern in "0°-Orientierung" verlaufen in Längsrichtung des Profilvorformlings bzw. des daraus gebildeten Profilbauteils (Diese Richtung ist in den Ausführungsbeispielen mit "x" bezeichnet).
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Neutralfaserbereich am fertigen Bauteil einen radial innersten oder radial äußersten Bauteilrand bildet. Diese Bau- teilränder bilden im Querschnittsprofil einen "Profilkopf1 bzw. "Profilfuß". Zwischen dem Profilkopf und dem Profilfuß können ein oder mehrere "Profilstege" (zur Verbindung zwischen Profilkopf und Profilfuß) ausgebildet sein. In einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Neutralfaserbereich zusätzlich Fasern in von 0° verschiedener Orientierung enthält. Beispielsweise können im Neutralfaserbereich zusätzlich Fasern in +/- 30° und/oder +/- 45°- Orientierung enthalten sein.
Der Neutralfaserbereich kann z. B. durch ein oder mehrere Fasermaterial- Halbzeugbänder (z. B. Gewebe, Gelege etc., nachfolgend auch kurz als "Bänder" bezeichnet) gebildet sein.
Um beispielsweise einen Neutralfaserbereich mit Fasern in -30°, 0° und +30° auszubilden, kann ein entsprechendes triaxiales Band in Längsrichtung entlang des Formkerns verlegt werden.
Alternativ können hierfür mehrere Bänder (mit verschiedenen Faserorientierun- gen) übereinander entlang des Formkerns verlegt werden. Solche Bänder können vor oder nach deren Anordnung am Formkern aneinander fixiert werden. Die Fixierung (z. B. durch Verkleben, Vernähen etc.) einzelner Bänder zueinander kann im Neutralfaserbereich (z. B. Profilkopf) durchgängig erfolgen, in den anderen Bereichen (z. B. Profilsteg(e) und Profilfuß) jedoch zweckmäßigerweise nur be- reichsweise bzw. nicht-vollständig (z. B. punktuell oder durch Zickzacknaht).
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass durchgehende Fasern in 0°-Orientierung nur in einem als Profilkopf vorgesehenen Neutralfaserbereich enthalten sind, wohingegen die durch einen Profilsteg und Profilfuß definierten Halbzeugbereiche nur diagonale und/oder in 90° orientierte Fasern enthalten.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich an den Neutralfaserbereich wenigstens ein Fasermaterial-Halbzeugbereich anschließt, der sich im Querschnitt betrachtet nicht-orthogonal, insbesondere im Wesentlichen in oder parallel zur Krümmungsebene des fertigen Bauteils erstreckt, nachfolgend auch als "radiale(r) Stegbereich(e)" bezeichnet. Darüber hinaus können sich an den Neutralfaserbereich z. B. auch ein oder mehrere schräg zur Krümmungsebene erstreckende Stegbereiche anschließen.
Die Krümmbarkeit des Profilvorformlings setzt voraus, dass in einem Stegbereich keine langen bzw. durchgehenden Fasern in 0°-Orientierung enthalten sind. Bevorzugt enthält der Stegbereich Fasern größtenteils in einer Orientierung von mindestens 45° (Fasern in +/- 45°-Orientierung können z. B. in einfacher Weise durch ein Fasergelegeband oder Geflecht bereitgestellt werden). Alternativ oder zusätzlich zu diagonalen Fasern können hier auch Fasern in 90°-Orientierung enthalten sein.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Neutralfaserbereich aus wenigstens zwei Bändern mit verschiedener Faserorientierung bzw. Faserorientierungsverteilung ausgebildet ist, wobei eines dieser Bänder durchgehende Fasern in 0°-Orientierung enthält und sich lediglich innerhalb des Neutralfaserbereiches erstreckt, wohingegen ein anderes dieser Bänder diagonale Fasern und/oder 90°- orientierte Fasern enthält und sich im Querschnitt betrachtet in einen oder mehre- re Stegbereiche hinein erstreckt. In einer Weiterbildung erstrecken sich das oder die letzteren Bänder weiter in einen Bereich, der im Querschnitt betrachtet wieder im Wesentlichen orthogonal zur Krümmungsebene des fertigen Bauteils liegt (wie der Neutralfaserbereich).
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Profilvorformlings wird wenigstens ein Fasermaterial-Band entlang eines langgestreckten, aus einem flexiblen Werkstoff gefertigten Formkerns angeordnet. Damit können Profilvorform- linge der vorstehend beschriebenen Art in einfacher Weise hergestellt werden. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Fasermaterial-Band enthaltend Fasern in 0°-Orientierung derart am Formkern angeordnet wird, dass die im Querschnitt betrachtete Erstreckung dieses Bandes im Wesentlichen orthogonal zu einer Krümmungsebene des fertigen Bauteils ist.
Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Band am fertigen Bauteil im Bereich eines radial innersten oder radial äußersten Bauteilrandes (Profilfuß oder Profilkopf) angeordnet ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Herstellungsverfahrens umfasst eine Vor- konfektionierung eines mehrlagigen Fasermaterial-Bandes, welches entlang des Formkerns angeordnet wird, wobei das vorkonfektionierte Fasermaterial-Band mehrere Lagen von Fasermaterial-Bändern mit voneinander verschiedenen Faserorientierungen enthält.
Mit einem derart vorkonfektionierten mehrlagigen Band kann insbesondere der oben bereits erwähnte "Neutralfaserbereich" (beispielsweise am Profilkopf oder am Profilfuß) gebildet werden. Bei entsprechender Ausbildung des vorkonfektionierten mehrlagigen Bandes können darüber hinaus auch noch andere Bereiche des Profilvorformlings ausgebildet werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung des Herstellungsverfahrens umfasst eine quasiendlose Fertigung eines Profilvorformlingstranges, von welchem die Profilvorform- linge in jeweils gewünschter Länge abgetrennt werden. Damit ergibt sich vorteil- haft eine besonders universelle Nutzbarkeit der Profilvorformling-Herstellung, nämlich nicht nur hinsichtlich einer etwaigen Krümmung und/oder Torsion, sondern auch hinsichtlich der Länge des herzustellenden Profilbauteils. Eine besonders vorteilhafte Verwendung von Profilvorformlingen der oben beschriebenen Art und/oder von Vorformlingen, die in der oben beschriebenen Art hergestellt wurden, besteht in der Herstellung einer Mehrzahl von Faserverbund- Profilbauteilen, welche voneinander verschiedene Krümmungen und/oder Torsio- nen aufweisen.
Insbesondere kann eine Verwendung zur Herstellung von Verstärkungsprofilen (oder z. B. auch: Streben, Stützen, Lenker etc.) vorgesehen sein, beispielsweise im Fahrzeug- oder Flugzeugbau.
Ein im Rahmen der Erfindung liegendes Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Profilbauteils kann beispielsweise folgende Schritte umfassen:
Bereitstellung eines Profilvorformlings der oben beschriebenen Art und/oder entsprechend eines Verfahrens der oben beschriebenen Art hergestellt,
Verformung des Profilvorformlings durch Krümmen und/oder Tordieren entsprechend der für das fertige Bauteil gewünschten Krümmung bzw. Torsion,
Infiltration des Profilvorformlings (vor oder nach dessen Verformung) mit einem Matrixmaterial (einzeln oder zusammen mit der zu versteifenden Struktur), und
- Aushärten des infiltrierten Profilvorformlings.
Zur Herstellung verschiedenartiger Faserverbund-Profilbauteile kann vorteilhaft eine gemeinsame Herstellung von Profilvorformlingen (bevorzugt eines konfektionierbaren Profilvorformlingstrangs) vorgesehen sein. Denkbar ist, dass der vorgefertigte Profilvorformling bzw. Profilvorformlingstrang vor dessen Verformung bereits teilausgehärtet ist.
Prinzipiell sind für die Erfindung beliebige Faserwerkstoffe und Matrixwerkstoffe geeignet. Als Fasern kommen beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern, synthetische Kunststofffasern, Stahlfasern oder Naturfasern in Betracht. Als Matrixmaterial sind insbesondere Kunststoffe wie z. B. duroplastische Kunststoffe (Kunstharze) interessant. Ein im Profilvorformling enthaltenes bzw. bei dessen Herstellung verwendetes Band kann ein so genanntes "Prepreg" (vorimprägniertes Fasermaterial) darstellen. Derartige Prepregs sind in vielfältigen Ausführungen an sich bekannt und bedürfen daher hier keiner näheren Erläuterung. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft verwendbare Prepregs können z. B. Endlosfasern (z. B. Kohlenstofffasern) enthalten, die in einer ungehärteten du- roplastischen Kunststoffmatrix eingebettet sind. Derartige Prepregs sind zumeist bahnförmig auf Rollen gewickelt kommerziell erhältlich und können z. B. als unidi- rektionale oder multidirektionale Schicht, als Gewebe oder Gelege vorliegen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
Fig. 1 einen Querschnitt eines Profilvorformlings zur Herstellung eines Faserverbund-Profilbauteils mit Doppel-T-Profil,
Fig. 2 einen Querschnitt eines Profilvorformlings zur Herstellung eines Faserverbund-Profilbauteils mit LZ-Profil,
Fig. 3 einen Querschnitt eines Profilvorformlings zur Herstellung eines Faserverbund-Profilbauteils mit Omega-Profil, Fig. 4 ein Drapieren von Fasermaterial-Halbzeugbändern entlang eines langgestreckten Formkerns zur Herstellung des Profilvorformlings von Fig. 3,
Fig. 5 ein Vorkonfektionieren eines der beiden beim Drapieren von Fig. 4 verwendeten Bänder,
Fig. 6 einen Querschnitt eines Profilvorformlings zur Herstellung eines Faser- verbund-Profilbauteils mit Omega-Profil gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels,
Fig. 7 eine Fertigung des Profilvorformlings von Fig. 6 unter Einsatz einer Faserflechttechnik,
Fig. 8 ein geradlinig verlaufendes Profilbauteil,
Fig. 9 ein gekrümmt verlaufendes Profilbauteil, und
Fig. 10 ein stärker gekrümmt verlaufendes Profilbauteil.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt eines Profilvorformlings 10 zur Herstellung eines geraden oder gekrümmten und/oder tordierten Faserverbund- Profilbauteils (hier: Doppel-T-Profil).
Der Vorformling 10 umfasst einen entlang einer Richtung x langgestreckten Formkern 12, der im dargestellten Beispiel aus zwei separat voneinander angeordneten Formkernteilen 12-1 und 12-2 (hier: Rechteckprofile) besteht. Die Formkernteile 12-1 und 12-2 sind jeweils aus einem flexiblen Werkstoff wie z. B. Silikon oder Schaumwerkstoff gefertigt.
Der Vorformling 10 umfasst ferner ein entlang des Formkerns 12 angeordnetes Fasermaterial-Halbzeug in Form von Halbzeug-Bändern 14, 16, 18, 20 und 22, die im Querschnitt betrachtet das Doppel-T-Profil ausbilden, welches durch den Formkern 12 stabilisiert wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel enthalten die Bänder 14 bis 22 Kohlenstoff- fasern in unterschiedlichen Orientierungen bzw. mit unterschiedlichen Orientierungsanteilen.
Verstärkungsfasern in Profillängsrichtung (x bzw. 0°-Orientierung) kommen nur in einem "Kopf des Profils vor (in Fig. 1 oben), welcher im dargestellten Beispiel durch die Bänder 14, 16 und teilweise 18 und 20 gebildet wird. Dieser Profilkopf erstreckt im Querschnitt von Fig. 1 betrachtet in Richtung y.
Die Fasern in 0°-Orientierung werden im dargestellten Beispiel nur durch das Band 14 realisiert, wohingegen die Bänder 16, 18, 20 und 22 nur diagonale Fa- sern und/oder Fasern in 90°-Orientierung enthalten (Die hier verwendeten Winkelangaben betreffend die Faserorientierung beziehen sich stets auf die in den Figuren mit x bezeichnete Längsrichtung des betreffenden Profilvorformlings).
Die Bänder 18 und 20 können z. B. jeweils von einem Gelege gebildet sein, wel- ches zur Ausbildung von Fasern in +45° und -45° auf den Kern 12 drapiert wurde.
Wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist, erstrecken sich Bereiche der Bänder 18 und 20 auch in einer "Hochrichtung" z des Profils. Dieser sich in z-Richtung erstreckende Profilbereich bildet einen "Steg", an welchen sich im dargestellten Beispiel (eines Doppel-T-Profils) in Fig. 1 unten wieder ein sich in y-Richtung erstreckender Profilbereich bzw. "Profilfuß" anschließt. Der Profilfuß wird durch das Band 22 (z. B. ein Fasergelege) sowie seitliche Ränder der Bänder 18 und 22 gebildet.
Der Profilvorformling 10 besitzt die vorteilhafte Besonderheit, dass dieser entsprechend einer gewünschten Krümmung und/oder Torsion des herzustellenden Profilbauteils krümmbar bzw. tordierbar ist. Somit kann der Vorformling 10 beispielsweise erst in einem Aushärtewerkzeug in die gewünschte Form (durch Krümmung und/oder Torsion) gebracht werden.
Es können also gleiche Zwischenprodukte (Profilvorformlinge) zur Produktion von verschiedenartigen Endprodukten (Bauteilen) verwendet werden, so dass hinsichtlich der einzusetzenden Zwischenprodukte vorteilhaft keine Verwechslungsgefahr besteht.
Die Verformbarkeit ist im dargestellten Beispiel dadurch gewährleistet, dass geeignete textile Halbzeuge (Bänder 14 bis 22) mit geeignetem Verstärkungsfaserorientierungen zum Einsatz kommen und der Formkern aus einem flexiblen Werkstoff gefertigt ist. Da im dargestellten Beispiel Fasern in 0°-Orientierung (Band 14) nur im Profilkopf, nicht jedoch im Profilsteg und Profilfuß vorkommen, kann der dargestellte Profilvorformling 10 problemlos in z-Richtung gekrümmt werden bzw. so, dass die x-z-Ebene eine "Krümmungsebene" bildet.
Allgemein ist zu bedenken, dass eine jeweils gewünschte Verformbarkeit entspre- chende Voraussetzungen sowohl an den Formkern als auch das daran angeordnete Fasermaterial stellt. Selbst bei Verwendung eines flexiblen Formkerns (oder z. B. eines durch eine "gliederkettenartige" Ausbildung insgesamt verformbaren Formkerns) wäre zur Erzielung einer Krümmbarkeit ein Fasermaterial mit über die Länge des Formkerns durchgehenden Fasern ausschließlich in 0°-Orientierung ungeeignet.
Der hier verwendete Begriff der "Krümmungsebene" sei anhand der Fig. 8 bis Fig. 10 nochmals verdeutlicht: Fig. 8 zeigt ein geradlinig verlaufendes Profilbauteil 100. Die Fig. 9 und Fig. 10 zeigen ein in verschiedenem Ausmaß in z-Richtung gekrümmtes Profilbauteil 100' bzw. 100". Das gekrümmte Bauteil erstreckt in bzw. entlang einer Krümmungsebene, die durch die Richtungen x und z aufgespannt wird. Jedes der Bauteile 100, 100' und 100" könnte z. B. durch eine Weiterverar- beitung des Vorformlings 10 hergestellt werden. Gegebenenfalls (für die Bauteile 100' und 100") müsste der Vorformling 10 entsprechend gekrümmt werden, bevor dieser vollständig ausgehärtet wird.
Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele ver- wiesen.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel eines Profilvorformlings 10a, umfassend einen Formkern aus Formkernteilen 12a-1 und 12a-2 und daran angeordnete Fasermaterial-Bänder 14a, 18a, 20a und 22a.
Im Unterschied zu dem Beispiel gemäß Fig. 1 besitzt der Profilvorformling 10a ein so genanntes LZ-Profil. Wie bei dem Beispiel gemäß Fig. 1 besitzt der Profilvorformling 10a lediglich einen Fasermaterial-Halbzeugbereich, der sich im Querschnitt betrachtet orthogonal zu einer Krümmungsebene (x-z-Ebene) des fertigen Bauteils erstreckt und Fasern in 0°-OMtentierung enthält ("Neutralfaserbereich"). Auch bei dem Vorformling 10a bildet dieser Neutralfaserbereich den Profilkopf. Es versteht sich, dass der Neutralfaserbereich abweichend von den beschriebenen Ausführungsbeispielen nicht zwingend einen radial innersten oder radial äußersten Rand eines gekrümmten Bauteils ausbilden muss. Für die resultierende Bauteilstabilität ist dies jedoch in den meisten Anwendungsfällen bevorzugt.
Fasern mit 0°-Orientierung enthält lediglich das Band 14a, wohingegen die Bänder 18a, 20a und 22a nur diagonale Fasern und in 90° orientierte Fasern enthalten.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel eines Profilvorformlings 10b, der zur Herstellung eines Faserverbund-Profilbauteils mit so genanntem Omega-Profil vorgesehen ist.
Wie bei den oben mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschriebenen Beispielen besitzt das Profil wieder nur einen Neutralfaserbereich mit Fasern in 0°-Orientierung, realisiert durch ein Band 14b. Der Neutralfaserbereich bildet den Kopf des Profils, welches abweichend von den obigen Beispielen 2 jeweils schräg zur z-Richtung zu einem Profilfuß verlaufende Profilstegbereiche besitzt. Beide Stegbereiche werden durch das Fasermaterial von Halbzeugbändern 18b und 20b gebildet, welche sich außerdem in den Profilkopf sowie den Profilfuß erstrecken und keine Verstärkungsfasern in 0°-Orientierung enthalten. Über den gesamten Profilfuß er- streckt sich außerdem ein als untere Decklage dienendes Band 22b.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Profilvorformlinge können vielerlei drapierbare textile Halbzeuge zum Einsatz kommen, die z. B. in Form wenigstens eines Bandes (z. B. von einer Vorratsrolle abgezogen) in x-Richtung (Längsrich- tung des Formkerns) auf den Formkern drapiert werden. Je nach konkret verlangtem Profil können bei diesem Drapieren seitliche Bandbereiche an seitlichen Kanten oder Radien des Formkerns entsprechend umgeschlagen werden (vgl. z. B. die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Bänder 18, 20 bzw. 18a, 20a und die in Fig. 3 dargestellten Bänder 18b und 20b).
Nachfolgend werden mit Bezug auf die Fig. 4 und Fig. 5, am Beispiel des Omega- Profils von Fig. 3, vorteilhafte Besonderheiten eines Verfahrens zur Herstellung von erfindungsgemäßen Profilvorformlingen erläutert.
Fig. 4 veranschaulicht eine vorteilhafte Herstellungsmethode, bei welcher wenigstens ein Fasermaterial-Band (hier: zwei Fasermaterial-Bänder 30b und 22b) entlang des langgestreckten, aus einem flexiblen Werkstoff gefertigten Formkerns 12b drapiert werden.
Eine hinsichtlich der Produktivität vorteilhafte Besonderheit besteht in einer Vor- konfektionierung des Bandes 30b, welches mehrlagig ausgebildet ist aus mehreren Lagen von Fasermaterial-Bändern 18b, 14b und 20b mit voneinander verschiedenen Faserorientierungen.
Beim Anordnen des mehrlagigen Bandes 30b werden somit vorteilhaft gleichzeitig die in Fig. 3 ersichtlichen Bänder 18b, 14b und 20b auf den Formkern 12b gebracht. Gleichzeitig wird von der Unterseite her als untere Decklage das Band 22b auf den Formkern aufgebracht und entlang einer in Fig. 4 gestrichelt eingezeich- neten Linie 40b mit dem vorkonfektionierten Band 30b verbunden, dies jedoch nur punktuell (z. B. durch lokale Aktivierung eines Binders oder Vernähen mittels Zickzackstich), um in diesem Fußbereich des Profils bei einer etwaigen Krümmung des Vorformlings eine gewisse Faserverschiebung zuzulassen. Eine weitere Fixierungslinie ist symmetrisch zur Linie 40b vorgesehen (in Fig. 4 jedoch verdeckt). Falls die bei dem Herstellungsverfahren gemäß Fig. 4 verwendeten Bänder 30b und 22b bereits vorimprägniert sind, so genügt zur Weiterverarbeitung und somit Schaffung des entsprechenden Faserverbund-Profilbauteils die Klebrigkeit des unausgehärteten Matrixmaterials oder ein Aushärten des Matrixmaterials. Eine gewünschte Krümmung und/oder Torsion bzw. ein konkreter Verlauf dieser Eigenschaften über die in x-Richtung betrachtete Länge kann vor dem Aushärten eingestellt werden. Falls die verwendeten Bänder 30b, 22b noch kein Matrixmaterial enthalten, muss dem Aushärteschritt noch ein Infiltrationsschritt vorangehen. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die gewünschte Verformung des Pro- filvorformlings, dessen Infiltration und Aushärtung in einem Arbeitsschritt (in einem Werkzeug) erfolgt. Für die Infiltration und Aushärtung kann der Fachmann auf an sich bekannte Werkzeuge und Verfahren zurückgreifen (z. B. Vakuumpressen, Vakuum-Infusion, Prepreg-Technologie etc.).
Bevorzugt bildet der bei der Erfindung verwendete Formkern des Profilvorform- lings einen "verlorenen Kern" bzw. wird im Rahmen der Weiterverarbeitung aufgelöst (z. B. chemisch und/oder thermisch) bzw. sofern möglich herausgezogen (z.B. bei einem Silikonkern).
Fig. 5 veranschaulicht die Vorkonfektionierung des bei der Herstellung verwendeten mehrlagigen Bandes 30b aus den drei Einzellagen, realisiert durch die Bänder 18b, 14b und 20b. Wie in der Figur dargestellt werden die einzelnen Bänder von einer jeweiligen Vorratsrolle abgezogen (vgl. Pfeil in Fig. 5), durch eine Führungs- einrichtung 42b gezogen und als das mehrlagige Band 30b auf eine Vorratsrolle aufgewickelt. Zwischen der Führungseinrichtung 42b und der Aufwicklung des Bandes 30b ist eine (nicht dargestellte) Fixiereinrichtung vorgesehen, welche die drei aneinander geführten Bänder 18b, 14 und 20b entlang der gestrichelten Linien 44b-1 und 44b-2 aneinander fixiert. Diese Fixierung der drei Lagen zueinan- der erfolgt durchgängig (z. B. durch Vernähen oder Aktivierung von Binderlagen etc.).
Unabhängig von der Art und Weise, wie das Fasermaterial-Halbzeug bei der Her- Stellung des Profilvorformlings auf den Formkern gelangt, und unabhängig von der konkreten Gestalt des Profils, kann bei der Herstellung des Profilvorformlings vorteilhaft ein quasi-endloser Profilvorformlingstrang gebildet werden, von welchem die Profilvorformlinge in jeweils benötigter Länger abgetrennt werden.
Nachfolgend werden mit Bezug auf die Fig. 6 und Fig. 7 ein weiteres Beispiel eines Profilvorformlings sowie ein modifiziertes Herstellungsverfahren hierfür erläutert.
Fig. 6 zeigt ähnlich der Fig. 3 einen Profilvorformling 10c mit einem in x-Richtung langgestreckten Profilformkern 12c, entlang dessen ein in x-Richtung verlaufendes und Fasern in 0°-Orientierung enthaltendes Band 14c angeordnet ist.
Abweichend von den oben mit Bezug auf die Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 3 beschriebenen Beispielen umfasst der Profilvorformling 10c jedoch keine weiteren Faserma- terial-Halbzeugbänder, sondern um den Formkern 12c herum geschlossen verlaufende Fasermateriallagen 50c und 52c, welche als Wickellagen oder Flechtlagen ausgebildet sind. Die Lagen 50c und 52c wurden jeweils ausgehend von einem oder mehreren Endlosfasersträngen ("Rovings") auf den Formkern 12c gewickelt oder geflochten, und enthalten somit keine Fasern in 0°-Orientierung.
In Fig. 6 gestrichelt eingezeichnet sind optionale Fasermaterial-Halbzeugbänder, wie sie z. B. nachträglich im Bereich des Profilfußes angeordnet werden könnten. Fig. 7 zeigt ein mögliches Verfahren zur Herstellung des in Fig. 6 dargestellten Profilvorformlings 10c.
Einer schematisch dargestellten Flechtstation 54c (alternativ: Wickelstation) wird der quasi-endlos vorgefertigte Formkern 12c zugeführt (vgl. Pfeil 56c). Sodann wird der Kern 12c mit einer ersten Flechtlage 50c umgeben, beispielsweise mit Fasern in +/-45°-Orientierung. Auf die Flechtlage 50c wird das textile Halbzeugband 14c an einer den späteren Profilkopf bildenden Stelle aufgebracht und zusammen mit der darunter liegenden Flechtlage 50c und dem innen liegenden Kern 12c mit der zweiten Flechtlage 52c umgeben, beispielsweise mit Fasern in -/+45°- Orientierung.
Am Ausgang der Flechtstation 54c wird dann der quasi-endlos gefertigte Profilvor- formling 10c abgezogen und durch eine (nicht dargestellte) Trennstation zuge- schnitten.
Die oben bereits erwähnten Fig. 8 bis Fig. 10 zeigen jeweils langgestreckte Profilbauteile 100, 100' und 100", welche trotz unterschiedlicher Krümmungen vorteilhaft ausgehend von ein und demselben Profilvorformling herstellbar sind. Wesent- lieh hierfür ist die ausreichende Verformbarkeit des Profilvorformlings. Die oben explizit beschriebenen Ausführungen solcher Profilvorformlinge bieten zwar jeweils besondere Vorteile, sind jedoch selbstverständlich nur beispielhaft zu betrachten. Die mit der Erfindung herstellbaren Profilbauteile können prinzipiell beliebige Profile aufweisen. Abweichend von den explizit beschriebenen Beispielen können z. B. auch Profile mit abgerundeten Profilbereichen realisiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Profilvorformling zur Herstellung eines Faserverbund-Profilbauteils (100, 100', 100"), umfassend ein entlang eines langestreckten Formkerns (12) angeordnetes Fasermaterial-Halbzeug (14, 16, 18, 20, 22), dadurch gekennzeichnet, dass der Profilvorformling (10) entsprechend einer gewünschten Krümmung und/oder Torsion des herzustellenden Profilbauteils (100, 100', 100") krümmbar bzw. tordierbar ist.
2. Profilvorformling nach Anspruch 1 , wobei der Formkern (12) aus einem flexiblen Werkstoff gefertigt ist.
3. Profilvorformling nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Profilvorformling (10) einen Fasermaterial-Halbzeugbereich aufweist, der sich im Querschnitt betrachtet im Wesentlichen orthogonal zu einer Krümmungsebene x-z des fertigen Bauteils (100, 100', 100") erstreckt und Fasern in 0°-Orientierung enthält, nachfolgend als "Neutralfaserbereich" bezeichnet.
4. Profilvorformling nach Anspruch 3, wobei der Neutralfaserbereich am fertigen Bauteil (100, 100', 100") einen radial innersten oder radial äußersten Bauteilrand bildet.
5. Profilvorformling nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Neutralfaserbereich auch Fasern in von 0° verschiedener Orientierung enthält.
6. Profilvorformling nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei sich an den Neutralfaserbereich wenigstens ein Fasermaterial-Halbzeugbereich anschließt, der sich im Querschnitt betrachtet nicht-orthogonal zur Krümmungsebene x-z des fertigen Bauteils (100, 1001, 100") erstreckt, nachfolgend als "Stegbereich(e)" bezeichnet.
7. Profilvorformling nach Anspruch 6, wobei der Stegbereich Fasern größtenteils in einer Orientierung von mindestens 30° enthält.
8. Verfahren zur Herstellung eines Profilvorformlings (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend ein Anordnen wenigstens eines Fasermaterial-Bandes (14, 16, 18, 20, 22) entlang eines langgestreckten, aus einem flexiblen Werkstoff gefertigten Formkerns (12).
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein Fasermaterial-Band (14) enthaltend Fasern in 0°-Orientierung derart am Formkern (12) angeordnet wird, dass die im Querschnitt betrachtete Erstreckung dieses Bandes (14) im Wesentlichen orthogonal zu einer Krümmungsebene x-z des fertigen Bauteils (100, 100', 100") ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Band (14) am fertigen Bauteil (100, 100', 100") im Bereich eines radial innersten oder radial äußersten Bauteilrandes angeordnet ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, umfassend eine Vorkonfektio- nierung eines mehrlagigen Fasermaterial-Bandes (30b), welches entlang des Formkerns angeordnet wird, wobei das vorkonfektionierte Fasermaterial-Band mehrere Lagen von Fasermaterial-Bändern (14b, 18b, 20b) mit voneinander verschiedenen Faserorientierungen enthält.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , umfassend eine quasi-endlose Fertigung eines Profilvorformlingstranges, von welchem die Profilvorformlinge (10) in jeweils gewünschter Länge abgetrennt werden.
13. Verwendung von Profilvorformlingen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder hergestellt nach einem der Ansprüche 8 bis 12, zur Herstellung einer Mehrzahl von Faserverbund-Profilbauteilen (100, 100', 100"), welche voneinander verschiedene Krümmungen und/oder Torsionen aufweisen.
14. Verwendung nach Anspruch 13, wobei die Faserverbund-Bauteile (100, 100', 100") als Verstärkungsprofile vorgesehen sind, insbesondere zur Verstärkung von Rumpf- oder Schalenbereichen in der Luft- und Raumfahrttechnik oder in der Fahrzeugtechnik.
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