WO2012076448A1

WO2012076448A1 - Faserverbund-aufnahmekörper

Info

Publication number: WO2012076448A1
Application number: PCT/EP2011/071706
Authority: WO
Inventors: Rolf Lernbecher; Udo Diehl; Ralph Engelberg
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2012-06-14
Also published as: DE102010062690A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Faserverbund-Aufnahmekörper mit einem Grundkörper (1) und einer Kunststoffmatrix, in die ein Fasergewebe eingebettet ist. Um einen Faserverbund-Aufnahmekörper mit einem Grundkörper und einer Kunststoffmatrix zu schaffen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist, ist das Fasergewebe in Form von mindestens einem Gewebeschlauch (21-23) in die Kunststoffmatrix eingebettet.

Description

Beschreibung

Titel

Faserverbund-Aufnahmekörper Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Faserverbund-Aufnahmekörper mit einem Grundkörper und einer Kunststoffmatrix, in die ein Fasergewebe eingebettet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Faser- verbund-Aufnahmekörpers.

Bei dem Faserverbund-Aufnahmekörper handelt es sich um einen Hohlkörper, der aus einem Faserverbundmaterial gebildet ist. Das Faserverbundmaterial um- fasst eine Kunststoffmatrix, in welche Verstärkungsfasern eingebettet sind. Die Fasern werden zum Beispiel auf den Grundkörper aufgewickelt und mit Hilfe eines Kunststoffharzes, das die Kunststoffmatrix bildet, fixiert.

Offenbarung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, einen Faserverbund-Aufnahmekörper mit einem

Grundkörper und einer Kunststoffmatrix, in die ein Fasergewebe eingebettet ist, zu schaffen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.

Die Aufgabe ist bei einem Faserverbund-Aufnahmekörper mit einem Grundkör- per und einer Kunststoffmatrix, in die ein Fasergewebe eingebettet ist, dadurch gelöst, dass das Fasergewebe in Form von mindestens einem Gewebeschlauch in die Kunststoffmatrix eingebettet ist. Der Grundkörper kann aus Metall oder Kunststoff gebildet sein. Bei dem Grundkörper kann es sich auch um ein Bauteil aus Kunststoff oder Metall handeln, das den Innenraum des Faserverbund- Grundkörpers darstellt. Durch das Aufbringen der Fasern in Form eines Gewebeschlauchs wird das Einbringen der Fasern in den Faserverbund- Aufnahmekörper wesentlich vereinfacht. Der Gewebeschlauch kann auf einfache Art und Weise auf den Grundkörper aufgezogen werden. Der Gewebeschlauch ist vorzugsweise aus hochfesten Fasern, zum Beispiel Glasfasern, Kohlefasern oder Aramidfasern gebildet. Bei den Fasern handelt es sich vorzugsweise um Endlosfasern. Der Grundkörper hat vorzugsweise im Wesentlichen die Gestalt eines geraden, hohlen Kreiszylinders und kann nach dem Aushärten der Kunststoffmatrix entfernt werden. Der Grundkörper kann aber auch in dem fertigen Produkt verbleiben.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Faserverbund-Aufnahmekörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergewebe in Form von mehreren Gewebeschläuchen in die Kunststoffmatrix eingebettet ist. Bei der Herstellung des Faserverbund-Aufnahmekörpers wird zunächst ein erster Gewebesch lauch in eine erste Kunststoffmatrix um den Grundkörper herum eingebettet. Anschließend wird ein zweiter Gewebesch lauch um die gegebenenfalls ausgehärtete erste Kunststoff matrix herum gelegt. Der zweite Gewebeschlauch wird dann in eine zweite Kunststoffmatrix eingebettet. Dieser Vorgang kann mit drei oder mehr Gewebeschläuchen durchgeführt werden. Es ist auch möglich, mehrere Gewebeschläuche in ein und dieselbe Kunststoffmatrix einzubetten.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Faserverbund- Aufnahmekörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gewebesch lauch relativ enge Maschen aufweist. Der Begriff relativ enge Maschen ist im Vergleich zu relativ weiten Maschen zu sehen, wie sie ein Gewebesch lauch hat, der zum Beispiel zur Bündelung beziehungsweise Ummantelung von Kabelbäumen von Kraftfahrzeugen verwendet wird.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Faserverbund- Aufnahmekörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gewebesch lauch aus hochfesten Fasern gebildet ist. Der Gewebeschlauch ist vorzugsweise aus Endlosfasern, wie Glasfasern, Kohlefasern und/oder Aramidfasern, gebildet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Faserverbund- Aufnahmekörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gewebesch lauch an ei- nem Ende geschlossen und/oder an ein Ende des Grundkörpers angepasst ist.

Der Gewebeschlauch kann am Ende zum Beispiel, ebenso wie der Grundkörper, eine im Wesentlichen halbkugelförmige Gestalt aufweisen. Die geschlossenen Enden können einen Durchgang für einen Befüllungs- und/oder Entleerungsan- schluss des Grundkörpers aufweisen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Faserverbund- Aufnahmekörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Gewebeschläuche, die jeweils an einem Ende geschlossen und/oder an ein Ende des Grundkörpers angepasst sind, in axialer Richtung überlappend auf dem Grundkörper angeordnet sind. Dadurch wird in einem Übergangsbereich, in welchem die beiden Gewebeschläuche nicht miteinander verbunden sind, ein stabiler Verbund geschaffen. An ihrem geschlossenen Ende sind die Gewebeschläuche vorzugsweise an die Gestalt des Grundkörpers angepasst. Die geschlossenen Enden können einen Durchgang für einen Befüllungs- und/oder Entleerungsan- schluss des Grundkörpers aufweisen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Faserverbund- Aufnahmekörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Gewebeschläuche, die jeweils an einem Ende geschlossen und/oder an ein Ende des Grundkörpers angepasst sind, in axialer Richtung von einem weiteren Gewebeschlauch überlappt werden. Der weitere Gewebesch lauch dient vorzugsweise dazu, die beiden sich an ihren Enden nicht überlappenden Gewebeschläuche in einem stabilen Verbund zusammenzuhalten. Die geschlossenen Enden der Gewebeschläuche sind zum Beispiel kugelabschnittsförmig, insbesondere halbkugelförmig, gestaltet. Die geschlossenen Enden können einen Durchgang für einen Befüllungs- und/oder Entleerungsanschluss des Grundkörpers aufweisen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Faserverbund- Aufnahmekörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass Stoßkanten von aneinander stoßenden Gewebeschläuchen jeweils mit aneinander angepassten beziehungsweise ineinander greifenden Konturen versehen sind. Der Saum der aneinander stoßenden Gewebeschläuche verläuft gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung an den Stoßkanten nicht geradlinig, sondern ist zum Beispiel gezackt, gewellt, ellipsoid oder sonst wie geformt, um die Belastung an der Stoßstelle zu minimieren. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Faserverbund- Aufnahmekörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper die Gestalt eines Hohlzylinders aufweist. Der Grundkörper hat vorzugsweise die Gestalt eines geraden, hohlen Kreiszylinders. Vorzugsweise ist mindestens ein Ende des Grundkörpers geschlossen ausgeführt. Der Grundkörper ist an den Enden zum Beispiel kugelabschnittsförmig, insbesondere halbkugelförmig, gestaltet. Die geschlossenen Enden können einen Durchgang für einen Befüllungs- und/oder Ent- leerungsanschluss des Grundkörpers aufweisen.

Ein Verfahren zum Herstellen eines vorab beschriebenen Faserverbund- Aufnahmekörpers umfasst vorzugsweise folgende Schritte: Zunächst wird der Gewebesch lauch auf den Grundkörper aufgezogen; der auf den Grundkörper aufgezogene Gewebeschlauch wird anschließend mit Kunststoffmaterialien behandelt, um die Kunststoffmatrix zu bilden. Dieser Vorgang wird auch als Lami- nieren bezeichnet. Der Vorgang kann mit gleichen oder ähnlichen Gewebeschläuchen in gleicher oder ähnlicher Weise beliebig oft wiederholt werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper nach einem Aushärten der Kunststoffmatrix entfernt wird. Der Grundkörper kann aber auch in dem fertigen Produkt verbleiben.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Dabei zeigen die:

Figuren 1 bis 3 die Herstellung eines dreilagig laminierten Faserverbund-Aufnahmekörpers;

Figuren 4 bis 6 die Herstellung eines Faserverbund-Aufnahmekörpers mit zwei Gewebeschläuchen, die als überlappende Endkappen ausgeführt sind; Figuren 7 bis 10 die Herstellung eines Faserverbund-Aufnahmekörpers mit überlappenden Endkappen und einem überdeckenden Gewebeschlauch und die

Figuren 1 1 und 12 die Herstellung eines Faserverbund-Aufnahmekörpers mit zwei als Endkappen ausgeführten Gewebeschläuchen, die an ihrer Stoßkante ineinandergreifende Zickzackkonturen aufweisen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Figuren 1 bis 12 ist ein Grundkörper 1 dargestellt, der die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels 3 hat. Der gerade Kreiszylindermantel 3 hat an seinen geschlossenen Enden 5, 6 die Gestalt einer Halbkugel. Im Zentrum der Halbkugel ist jeweils ein Anschluss 8, 9 vorgesehen. Die Anschlüsse 8, 9 können als Ventile ausgeführt sein und dienen dazu, einen definierten Durchtritt von Fluid zu ermöglichen.

Der Grundkörper 1 kann aus Metall, zum Beispiel Aluminium beziehungsweise einer Aluminiumlegierung, gebildet sein. Der Grundkörper 1 kann auch aus Kunststoff gebildet sein. Das Material, aus dem der Grundkörper 1 gebildet ist, ist nicht verstärkt. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird der Grundkörper 1 mit Endlosfasern verstärkt.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird die Faserverstärkung als vorgefertigter Gewebesch lauch aufgebracht. Das liefert den Vorteil, dass ein aufwändiges Umwinkeln des Grundkörpers 1 mit Endlosfasern entfallen kann. Der erfindungsgemäß verwendete Gewebesch lauch ist relativ engmaschig aus hochfesten Fasern mit einem definierten Durchmesser einer definierten Länge hergestellt. Dadurch wird ein Gewebesch lauch oder Geweberohr geschaffen, das auf beziehungsweise um den relativ dünnwandigen Grundkörper 1 gezogen wird, der auch als Liner bezeichnet wird. Der Grundkörper 1 kann dabei nicht nur aus Kunststoff oder Metall, sondern zum Beispiel auch aus Keramik gebildet sein.

Nach dem Aufbringen des Gewebeschlauchs oder Geweberohrs auf den Grundkörper 1 wird ein geeignetes Epoxidmaterial auf den Grundkörper 1 mit dem Ge- webeschlauch aufgebracht und ausgehärtet, um die Fasern des Gewebeschlauchs in das Epoxidmaterial einzubetten, das die Kunststoffmatrix darstellt. Das Epoxidmaterial härtet unter Wärmezufuhr aus. Dieser Vorgang wird auch als Laminieren bezeichnet. Der anhand von einem

Gewebesch lauch beschriebene Vorgang kann beliebig wiederholt werden, bis eine gewünschte Materialstärke erreicht wird, die eine angestrebte Druckfestigkeit des Faserverbund-Aufnahmekörpers sicherstellt. Das Aufbringen der Fasern in Form des Gewebeschlauchs liefert den Vorteil, dass in einem Arbeitsgang die komplette Armierung mit Verstärkungsfasern beziehungsweise Gewebefasern vorgenommen wird.

In den Figuren 1 bis 3 ist dargestellt, wie ein dreilagig laminierter Faserverbund- Aufnahmekörper 27 hergestellt wird. Zunächst wird ein erster Gewebesch lauch 21 auf den Grundkörper 1 aufgezogen und zu einem Zwischenprodukt 25 laminiert. Danach wird ein zweiter Gewebesch lauch 22 auf das Zwischenprodukt 25 aufgebracht und zu einem weiteren Zwischenprodukt 26 laminiert. Danach wird ein dritter Gewebesch lauch 23 auf das Zwischenprodukt 26 aufgebracht und zu einem Endprodukt 27 laminiert, das den dreilagig laminierten Faserverbund- Aufnahmekörper darstellt.

In den Figuren 4 bis 6 ist die Verwendung von Gewebeschläuchen 31 , 32 dargestellt, die an einem Ende geschlossen sind. Die Gestalt der Gewebeschläuche 31 , 32 ist an ihren geschlossenen Enden an die Gestalt des Grundkörpers 1 mit dem jeweiligen Anschluss 8, 9 angepasst. Das liefert den Vorteil, dass der

Grundkörper 1 durch die Gewebeschläuche 31 , 32 auch an seinen Enden 5, 6 mit Fasern verstärkt wird.

Die Gewebeschläuche 31 , 32 weisen an ihren geschlossenen Enden ein zentra- les Durchgangsloch für den Anschluss 8, 9 auf. Somit sind die geschlossenen

Enden der Gewebeschläuche 31 , 32 nicht vollständig geschlossen. Wenn der Grundkörper 1 an einem seiner Enden 5, 6 oder an beiden Enden 5, 6 jedoch keinen Anschluss aufweist, dann können die Gewebeschläuche 31 , 32 an ihren Enden auch vollständig geschlossen ausgeführt werden. In Figur 4 ist der Grundkörper 1 zusammen mit den beiden Gewebeschläuchen 31 , 32 dargestellt. Zunächst wird, wie man in Figur 5 sieht, der Gewebesch lauch 31 auf den Grundkörper 1 aufgebracht. Anschließend wird, wie man in Figur 6 sieht, der Gewebesch lauch 32 über den Grundkörper 1 mit dem Gewebeschlauch 31 bezogen. Dabei kann es vorteilhaft sein, zunächst den Gewebeschlauch 31 allein auf dem Grundkörper 1 zu laminieren, bevor der Gewebeschlauch 32 aufgezogen wird. Es kann aber auch vorteilhaft sein, beide Gewebeschläuche 31 , 32 überlappend auf den Grundkörper 1 aufzubringen und erst dann zusammen zu laminieren.

In Figur 6 sieht man, dass sich die Gewebeschläuche 31 , 32 zwischen den Enden 5, 6 des Endprodukts 37 so überlappen, dass der gerade Kreiszylindermantel 3 des Endprodukts 37 komplett zweilagig laminiert ist. An den Enden 5, 6 des Grundkörpers 1 ist der Grundkörper 1 nur einlagig laminiert. Das Endprodukt 37 stellt einen Faserverbund-Aufnahmekörper dar, der in der Mitte zweilagig und an den Enden einlagig laminiert ist.

In den Figuren 7 bis 10 ist die Herstellung eines Faserverbund-Aufnahmekörpers 51 mit zwei jeweils an einem Ende geschlossenen Gewebeschläuchen 41 , 42 dargestellt, die von einem dritten Gewebeschlauch 43 überlappt werden. Die beiden Gewebeschläuche 41 , 42 sind, wie bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel, bezüglich ihrer Gestalt an die Enden 5, 6 des Grundkörpers 1 ange- passt. Im Vergleich zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel sind die beiden Gewebeschläuche 41 , 42 kürzer ausgeführt, so dass sie sich nicht überlappen.

In Figur 7 sieht man, dass zunächst der an einem Ende geschlossene Gewebeschlauch 41 auf den Grundkörper 1 aufgebracht und zu einem in Figur 8 dargestellten Zwischenprodukt laminiert wird. Anschließend wird der zweite Gewebeschlauch 42 auf den Grundkörper 1 aufgebracht und laminiert. In Figur 9 ist ein Zwischenprodukt 45 dargestellt, bei welchem beide Gewebeschläuche 41 und 42 auf den Grundkörper 1 aufgezogen und laminiert sind. Es ist auch möglich, zunächst beide Gewebeschläuche 41 , 42 auf den Grundkörper 1 aufzubringen und gemeinsam zu laminieren. In Figur 9 sieht man, dass ein dritter Gewebeschlauch 43, der an beiden Enden offen ist, so über die beiden Gewebeschläuche 41 , 42 gezogen wird, dass ein freier Abschnitt 46 zwischen den beiden Gewebeschläuchen 41 , 42 von dem Gewebesch lauch 43 überdeckt wird. Der Gewebeschlauch 43 ist dabei so lang ausgeführt, dass der gerade Kreiszylindermantel 3 zwischen den beiden Enden 5, 6 des Grundkörpers 1 komplett überdeckt wird.

In Figur 10 ist das fertige Endprodukt 51 gezeigt, das einen Faserverbund- Aufnahmekörper darstellt, der an den Enden 8, 9 des Grundkörpers 1 und in dem freien Abschnitt 46 einlagig laminiert ist. Abgesehen von dem freien Abschnitt 46 ist der gerade Kreiszylindermantel 3 des Faserverbund- Aufnahmekörpers 51 zweilagig laminiert.

In den Figuren 1 1 und 12 ist die Herstellung eines Faserverbund- Aufnahmekörpers 71 mit zwei Gewebeschläuchen 61 , 62 dargestellt. Die Gewebeschläuche 61 , 62 sind an einem Ende geschlossen halbkugelförmig ausgeführt, wie bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel sind die Gewebeschläuche 61 , 62 an ihren offenen Enden mit einer zickzackförmigen Kontur 63, 64 versehen. Die Länge der Gewebeschläuche 61 , 62 und die Konturen 63, 64 sind so aufeinander abgestimmt, dass die Gewebeschläuche 61 , 62 ineinandergreifen, ohne sich zu überlappen.

Die beiden Gewebeschläuche 61 , 62 werden, wie man in Figur 1 1 sieht, auf den Grundkörper 1 aufgebracht und laminiert. Am fertigen Endprodukt 71 sieht man in Figur 12, dass der Grundkörper 1 durch die beiden Gewebeschläuche 61 , 62 vollständig einlagig laminiert ist. Durch die Konturen 63, 64 an den Stoßkanten der Gewebeschläuche 61 , 62 kann die Belastung einer Stoßstelle minimiert werden. Darüber hinaus können die Kräfte an der Stoßnaht abgesenkt beziehungsweise auf eine größere Fläche verteilt werden.

Claims

Faserverbund-Aufnahmekörper mit einem Grundkörper (1 ) und einer Kunststoffmatrix, in die ein Fasergewebe eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergewebe in Form von mindestens einem Gewebeschlauch (21 -23;31 ,32;41 -43;61 ,62) in die Kunststoff matrix eingebettet ist.

Faserverbund-Aufnahmekörper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergewebe in Form von mehreren Gewebeschläuchen (21 - 23;31 ,32;41 -43;61 ,62) in die Kunststoff matrix eingebettet ist.

Faserverbund-Aufnahmekörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewebeschlauch (21 -23;31 ,32;41 - 43;61 ,62) relativ enge Maschen aufweist.

Faserverbund-Aufnahmekörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewebesch lauch (21 -23;31 ,32;41 -43;61 ,62) aus hochfesten Fasern gebildet ist.

Faserverbund-Aufnahmekörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewebeschlauch (31 ,32;41 ,42;61 ,62) an einem Ende geschlossen und/oder an ein Ende des Grundkörpers ange- passt ist.

Faserverbund-Aufnahmekörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Gewebeschläuche (31 ,32), die jeweils an einem Ende geschlossen und/oder an ein Ende des Grundkörpers (1 ) angepasst sind, in axialer Richtung überlappend auf dem Grundkörper angeordnet sind.

7. Faserverbund-Aufnahmekörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Gewebeschläuche (41 ,42), die jeweils an einem Ende geschlossen und/oder an ein Ende des Grundkörpers (1 ) angepasst sind, in axialer Richtung von einem weiteren Gebewebeschlauch (43) überlappt werden.

8. Faserverbund-Aufnahmekörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stoßkanten von aneinander stoßenden Gewebeschläuchen (61 ,62) jeweils mit aneinander angepassten beziehungsweise ineinander greifenden Konturen (63,64) vorgesehen sind.

9. Faserverbund-Aufnahmekörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1 ) die Gestalt eines Hohlzylinders aufweist.

10. Verfahren zum Herstellen eines Faserverbund-Aufnahmekörpers

(27;37;51 ;71 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den folgenden Schritten:

- der Gewebeschlauch (21 -23;31 ,32;41 -43;61 ,62) wird auf den Grundkörper (1 ) aufgezogen;

- der auf den Grundkörper aufgezogene Gewebeschlauch (21 -23;31 ,32;41 - 43;61 ,62) wird mit Kunststoffmaterialien behandelt, um die Kunststoff matrix zu bilden.

1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1 ) nach einem Aushärten der Kunststoffmatrix entfernt wird.