WO2015071097A1 - Verfahren zur herstellung eines faserverbundwerkstoffs - Google Patents

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WO2015071097A1
WO2015071097A1 PCT/EP2014/073172 EP2014073172W WO2015071097A1 WO 2015071097 A1 WO2015071097 A1 WO 2015071097A1 EP 2014073172 W EP2014073172 W EP 2014073172W WO 2015071097 A1 WO2015071097 A1 WO 2015071097A1
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carrier
textile
tool
infusion
preform
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PCT/EP2014/073172
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Inventor
Thomas Gries
Mesut CETIN
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Rwth Aachen
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/543—Fixing the position or configuration of fibrous reinforcements before or during moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C31/00—Handling, e.g. feeding of the material to be shaped, storage of plastics material before moulding; Automation, i.e. automated handling lines in plastics processing plants, e.g. using manipulators or robots
    • B29C31/04—Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity
    • B29C31/08—Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity of preforms to be moulded, e.g. tablets, fibre reinforced preforms, extruded ribbons, tubes or profiles; Manipulating means specially adapted for feeding preforms, e.g. supports conveyors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing a fiber composite material consisting of textile fibers embedded in a matrix.
  • Such fiber composites have a particularly high specific strength and can thereby be used particularly advantageously for applications in which materials with a high strength and low weight are required.
  • Fiber composite materials consist on the one hand of reinforcing fibers, which are responsible for high mechanical characteristics in the fiber direction. Typically, glass and / or carbon fibers are used. On the other hand, fiber composite materials consist of a matrix system, which essentially serves to shape the component and / or protect the reinforcing fibers from external influences.
  • the production of components from a fiber composite material can be divided into two higher-level process steps, namely the preforming process and the infusion process.
  • textile reinforcing fibers are formed by joining, fixing and / or separating techniques on a preforming tool to form a textile preform.
  • the preforming tool is used to manufacture the preforms and consists of solid materials such as metal.
  • the preforming process is necessary in order to realize a load-adapted fiber deposit on the one hand, and to fix or strengthen individual reinforcing layers with one another, for example, so that a flexural rigidity of the preform increases. This is necessary for removing the finished preform from the preforming tool and transporting the preform into an infusion tool. Without a fixation or a solidification would limp individual layers of the preform fall apart or at least slip to each other. In contrast to solidified prepregs, in which z. For example, if a hotmelt adhesive holds the reinforcing fibers together, the preformed finished preforms that are necessary for the production of components made of fiber composites are often not dimensionally stable and therefore limp.
  • the preforms must be transferred directly after production in the injection tool, readjusted in this and optionally refixed. For this purpose, a large number of process steps is required, which lead to high production costs. During the infusion process, the formation of a matrix takes place.
  • the object of the invention is therefore to solve the problems described with reference to the prior art at least partially and in particular to provide a method for producing a fiber composite material, which reduces the necessary process steps for producing a fiber composite material and a readjustment of the textile reinforcing fibers of the preform in the Injection tool largely avoids.
  • a support which consists at least partly of a lightweight foam.
  • the carrier is in particular a preforming tool whose outer contour at least partially defines a shape of the preform to be produced.
  • the lightweight foam is in particular a material whose hardness is so low that it can be pierced by an embroidery needle of an embroidery head without damaging the embroidery needle and in particular can be embroidered with a thread.
  • At least one textile is attached to the carrier to produce a preform.
  • the at least one textile is, in particular, textile fibers, line-shaped textile structures produced therefrom, such as e.g. As fiber strands, yarns or threads, or sheet-like textile structures such. As fabrics, knitted fabrics, knitted fabrics, braids, Nähgewirke, nonwovens or felts.
  • the textile can be constructed multi-layered, in which case the multiple layers of the textile are preferably connected to each other, in particular Nähtechnisch.
  • the at least one textile comprises (in particular exclusively) the reinforcing fibers of the fiber composite material to be produced.
  • the fixation of the at least one textile to the carrier is also preferably detachable, so that the at least one textile is not damaged in particular when detached from the carrier. Incorporation of grooves, such as in conventional steel supports, is not required in the proposed lightweight foam support, which makes it cheaper to manufacture and more flexible to use.
  • the at least one textile forms on completion of step b) on the carrier (in particular a three-dimensional) preform. An additional fixation of at least one textile, for example, by a hot melt adhesive is not required in particular.
  • step c) the carrier with the at least one textile is transported to an infusion tool.
  • the preform consisting of the at least one textile is not detached from the carrier during transport to the infusion tool and / or is separated from the carrier.
  • the carrier is therefore used in particular for storage and transport purposes of the at least one textile or preform. This has the advantage, inter alia, that the shape and the shape of the at least one textile or of the preform can not change during transport to the infusion tool and during subsequent insertion into the infusion tool.
  • the handling of the preform when transporting and inserting into the infusion tool is facilitated in a particularly advantageous manner, because the at least one textile or the preform is protected on the carrier against a change in its shape and thus the need for readjustment of the minimum least a textile or the preform can be avoided in the injection tool.
  • the at least one textile or preform is released from the carrier according to step e).
  • the carrier is removed from the infusion tool according to step f) and a matrix material is introduced into the infusion tool in accordance with step g).
  • a matrix material in particular a duromer, such as, for example, a synthetic resin, an elastomer and / or a thermoplastic can be used.
  • the matrix material at least partially surrounds the at least one textile or preform, and forms the fiber composite material after it has hardened with the at least one textile or the preform.
  • step g in particular the so-called resin transfer molding (RTM) method or resin infusion (RI) method is used.
  • the lightweight foam is an (expanded) polystyrene, a thermoplastic foam or a polyurethane foam.
  • a suitable expanded polystyrene is un- ter the trade name Styropor ® available.
  • the carrier may in particular be made of plates of these materials.
  • the carrier may also comprise mixtures of the above materials.
  • a seam formed by sewing has a stitch length of preferably 2 mm [millimeters] to 20 mm, particularly preferably 2 mm to 5 mm and very particularly preferably 2 to 3 mm between two insertion points in a longitudinal direction of the seam.
  • the seam has a stitching depth from a surface of the at least one textile in the carrier of preferably 3 mm to 50 mm and particularly preferably 5 mm to 25 mm.
  • step b) It is likewise advantageous if a tufting technique is used during step b).
  • the tufting technique is a special sewing method known per se to a person skilled in the art, which has been found to be particularly suitable for fixing the at least one textile to the carrier. Furthermore, it is advantageous if between step b) and step c) a plurality of textiles is connected to each other.
  • bonding is understood to mean, in particular, a non-positive joining of a plurality of layers of the textiles, including sewing, gluing and / or stapling, which means in particular that between step b) and step c) a further (second) joining step
  • the majority of textiles are joined together while the textiles are on the support, which has the particular advantage that the majority of textiles or the sewing material or fabric is used in the production of (three-dimensional) preforms Preform after sewing to infusion, that is until the introduction of the matrix material in the infusion tool according to step g), remains dimensionally stable.
  • the at least one textile is cut to size on the carrier.
  • the shape of the at least one textile can be further adapted to a desired shape of the fiber composite material to be produced already on the support and / or any protrusions of the at least one textile may be removed.
  • the at least one textile on the carrier is cut by means of ultrasonic cutting technology. The use of the ultrasonic cutting technique makes it possible to trim the at least one textile without restrictions, at the same time the carrier is not damaged by the cutting process. Thus, the carrier can be reused in an advantageous manner.
  • the release takes place by removing a seam.
  • the seam can be removed in particular by simply pulling out the thread.
  • the seam can also be removed between the at least one textile or preform and the infusion tool. This is also possible if the at least one textile or preform is already on the infusion tool.
  • the carrier has a cavity on a side opposite the at least one textile, and wherein the removal of the seam takes place via the cavity.
  • This has the particular advantage that the thread of the seam can be pulled out of a rear side of the carrier through the cavity, wherein at the same time the at least one textile is fixed by the carrier in the infusion tool.
  • a depth of the cavity is designed such that the cavity reaches a loop of the thread of the seam.
  • the carrier is packed with the at least one textile.
  • the carrier with the at least one textile can be protected from external influences and / or preserved. Furthermore, this enables a secure storage of the carrier gers with the at least one textile or preform, so that the subsequent steps do not have to follow immediately.
  • step b) it is advantageous if intermediate storage of the carrier with the at least one textile takes place between step b) and step d). This has the advantage that the preforms produced need not be further processed immediately after their production.
  • the carrier is exchanged for a forming tool.
  • the molding tool fixes in particular the at least one textile or preform in the infusion tool.
  • FIGS. show a particularly preferred embodiment of the invention, but this is not limited thereto.
  • the same elements in the figures are provided with the same reference numerals. They show schematically:
  • FIG. 2 shows an illustration of a fixing of at least one textile to a carrier
  • FIG. 3 shows a detailed view of the carrier shown in FIG. 2.
  • a left box 13 which has a preforming process according to steps a). and b) symbolizes a right box 15 symbolizing an infusion process according to steps d) to g) and an intermediate middle box 14 symbolizing a handling process corresponding to step c).
  • a carrier 1 which consists at least partially of a lightweight foam is initially shown in accordance with step a). It can be seen on the right side of the left-hand box 13 that the at least one textile 2 on the carrier 1 assumes an outer contour of the carrier 1. The at least one textile 2 is fixed on the carrier 1 according to step b), so that a preform is formed.
  • the fixation causes the carrier 1 with the at least one textile 2 or preform according to step c) can be transported without a shape of the at least one textile 2 changes.
  • the step c) is symbolized by the middle box 14.
  • the carrier 1 with the at least one textile 2 or preform according to step d) is inserted into an infusion tool 3, then the textile 2 is released from the carrier 1 according to step e) and the carrier 1 corresponding to step f) is removed from the Infusion tool 3 removed.
  • a matrix material 4 corresponding to step g) is introduced into the infusion tool 3 and cured using either a resin transfer molding (RTM) process or a resin infusion (RI) process.
  • FIG. 2 shows a detailed view of the carrier 1 after the at least one textile 2 has been fixed thereon by a tufting technique in step b).
  • the tufting takes place by means of an embroidery head 10, which is designed in the manner of a tufting head.
  • the at least one textile 2 is fastened on the carrier 1 with a thread 9.
  • a seam 5 is formed with a stitch length 11 in the embroidery direction and a stitch depth 12.
  • FIG. 3 shows a detailed view of the carrier 1 after the carrier 1 with the at least one textile 2 has been inserted into the infusion tool 3 according to step d).
  • the carrier 1 has on the side opposite the at least one textile 2 side 6 a cavity 7, through which the thread 9 can be pulled to release the fabric 2 of the carrier 1.
  • the inventive method is characterized in particular by a reduced number of process steps for the production of a fiber composite material and improved handling of preforms between a preforming and infusion process.

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs, aufweisend zumindest die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines zumindest teilweise aus einem Leichtschaum bestehenden Trägers (1); b) Fixieren mindestens eines Textils (2) an dem Träger (1); c) Transportieren des Trägers (1) mit dem mindestens einen Textil (2) zu einem Infusioneserkzeug (3); d) Einlegen des Trägers (1) mit dem mindestens einen Textil (2) in das Infusionswerkzeug (3); e) Lösen des mindestens einen Textils (2) von dem Träger (1); f) Entfernen des Trägers (1) aus dem Infusionswerkzeug (3); und g) Einbringen eines Matrixwerkstoffs (4) in das Infusionswerkzeug (3).

Description

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fa- serverbundwerkstoffs, der aus in einer Matrix eingebetteten textilen Fasern besteht. Solche Faserverbundwerkstoffe weisen eine besonders hohe spezifische Festigkeit auf und können dadurch besonders vorteilhaft für Einsatzzwecke verwendet werden, bei denen Materialien mit einer hohen Festigkeit und gleichzeitig geringem Gewicht erforderlich sind.
Faserverbundwerkstoffe bestehen zum einen aus Verstärkungsfasern, welche für hohe mechanische Kennwerte in Faserrichtung verantwortlich sind. Typischerweise werden Glas- und/oder Kohlenstofffasern eingesetzt. Zum anderen bestehen Faserverbundwerkstoffe aus einem Matrixsystem, wel- ches im Wesentlichen der Formgebung des Bauteils und/oder dem Schutz der Verstärkungsfasern vor äußeren Einflüssen dient. Die Herstellung von Bauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff kann in zwei übergeordnete Prozessschritte eingeteilt werden, nämlich dem Preformingprozess und dem Infusionsprozess. Im Preformingprozess werden textile Verstärkungsfasern durch Füge-, Fixier- und/oder Trenntechniken auf einem Preformingwerkzeug zu einem textilen Preform geformt. Das Preformingwerkzeug dient zur Herstellung der Preforms und besteht aus festen Materialien wie beispielsweise Metall. Der Preformingprozess ist notwendig, um zum einen eine belastungsgerechte Faserablage zu realisie- ren und zum anderen, einzelne Verstärkungslagen miteinander zu fixieren oder zu verfestigen, damit sich eine Biegesteifigkeit des Preforms erhöht. Dies ist für ein Herausnehmen des fertigen Preforms von dem Preformingwerkzeug und den Transport des Preforms in ein Infusionswerkzeug notwendig. Ohne eine Fixierung bzw. eine Verfestigung würden die biegeschlaffen einzelnen Lagen des Preforms auseinanderfallen oder mindestens zueinander verrutschen. Im Gegensatz zu verfestigten Prepregs, bei denen z. B. ein Schmelzkleber die Verstärkungsfasern zusammenhält, sind die für die Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen not- wendigen fertig vernähten Preforms oft nicht formstabil und somit biegeschlaff. Daher müssen die Preforms direkt nach der Herstellung in das Injektionswerkzeug transferiert, in diesem nachjustiert und gegebenenfalls neu fixiert werden. Hierzu ist eine Vielzahl von Prozessschritten erforderlich, die zu hohen Herstellungskosten führen. Während des Infusionspro- zesses erfolgt die Ausbildung einer Matrix.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs anzugeben, welches die notwendigen Prozessschritte zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs reduziert und eine Nachjustierung der textilen Verstärkungsfasern des Preforms in dem Injektionswerkzeug weitgehend vermeidet. Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise mit- einander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden. Das Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs weist zumindest die folgenden Schritte auf:
a) Bereitstellen eines zumindest teilweise aus einem Leichtschaum bestehenden Trägers;
b) Fixieren mindestens eines Textils an dem Träger;
c) Transportieren des Trägers mit dem mindestens einen Textil zu einem Infusione Werkzeug;
d) Einlegen des Trägers mit dem mindestens einen Textil in das Infusionswerkzeug;
e) Lösen des mindestens einen Textils von dem Träger;
f) Entfernen des Trägers aus dem Infusione Werkzeug; und
g) Einbringen eines Matrix Werkstoffs in das Infusione Werkzeug. Bei dem Verfahren wird gemäß Schritt a) zunächst ein Träger bereitgestellt, der zumindest teilweise aus einem Leichtschaum besteht. Bei dem Träger handelt es sich insbesondere um ein Preforming Werkzeug, dessen äußere Kontur eine Form des herzustellenden Preforms zumindest teilweise vorgibt. Bei dem Leichtschaum handelt es sich insbesondere um ein Material, dessen Härte so gering ist, dass es durch eine Sticknadel eines Stickkopfs ohne Beschädigung der Sticknadel durchstechbar und insbesondere mit einem Faden bestickbar ist.
Während Schritt b) erfolgt zur Herstellung eines Preforms eine Fixierung mindestens eines Textils an dem Träger. Bei dem mindestens einen Textil handelt es sich insbesondere um textile Fasern, daraus hergestellte linien- förmige textile Gebilde, wie z. B. Faserstränge, Garne oder Zwirne, oder flächenförmige textile Gebilde, wie z. B. Gewebe, Gewirke, Gestricke, Geflechte, Nähgewirke, Vliesstoffe oder Filze. Das Textil kann darüber hinaus auch mehrlagig aufgebaut sein, wobei in diesem Fall die mehreren Lagen des Textils bevorzugt miteinander, insbesondere nähtechnisch, verbunden werden. Das mindestens eine Textil umfasst (insbesondere ausschließlich) die Verstärkungsfasern des herzustellenden Faserverbundwerkstoffs. Die Fixierung des mindestens einen Textils an dem Träger erfolgt zudem bevorzugt lösbar, so dass das mindestens eine Textil insbesondere beim Lösen vom dem Träger nicht beschädigt wird. Eine Einarbeitung von Nuten, wie beispielsweise bei herkömmlichen Trägern aus Stahl, ist bei dem vorgeschlagenen Träger aus Leichtschaum nicht erforderlich, wodurch diese bil- liger hergestellt und flexibler verwendet werden können. Das mindestens eine Textil bildet nach Abschluss des Schritts b) auf dem Träger (insbesondere ein dreidimensionales) Preform. Eine zusätzliche Fixierung des mindestens einen Textils beispielsweise durch einen Schmelzkleber ist insbesondere nicht erforderlich.
Gemäß Schritt c) wird der Träger mit dem mindestens einen Textil zu einem Infusionswerkzeug transportiert. Dies bedeutet insbesondere, dass das aus dem mindestens einen Textil bestehende Preform während des Transports zu dem Infusionswerkzeug nicht von dem Träger gelöst und/oder von dem Träger getrennt wird. Der Träger dient daher insbesondere zu Lage- rungs- und Transportzwecken des mindestens einen Textils bzw. Preforms. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass sich die Gestalt und die Form des mindestens einen Textils bzw. des Preforms während des Transports zu dem Infusionswerkzeug und beim nachfolgenden Einlegen in das Infusi- onswerkzeug nicht verändern können. Hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise die Handhabung des Preforms beim Transportieren und Einlegen in das Infusionswerkzeug erleichtert, weil das mindestens eine Textil bzw. das Preform auf dem Träger gegen eine Änderung seiner Form geschützt ist und somit die Notwendigkeit einer Nachjustierung des mindes- tens einen Textils bzw. des Preforms in dem Injektionswerkzeug vermieden werden kann.
Nach dem Einlegen des Trägers mit dem mindestens einen Textil bzw. dem Preform in das Infusionswerkzeug gemäß Schritt d) wird das mindestens eine Textil bzw. Preform von dem Träger gemäß Schritt e) gelöst. Anschließend wird der Träger gemäß Schritt f) aus dem Infusionswerkzeug entfernt und ein Matrixwerkstoff gemäß Schritt g) in das Infusionswerkzeug eingebracht. Als Matrixwerkstoff kann insbesondere ein Duromer, wie bspw. ein Kunstharz, ein Elastomer und/oder ein Thermoplast verwendet werden. Der Matrixwerkstoff umgibt mindestens teilweise das mindestens eine Textil bzw. Preform, und bildet nach seinem Aushärten mit dem mindestens einen Textil bzw. dem Preform den Faserverbundwerkstoff. Während Schritt g) wird insbesondere das sogenannte Resin Transfer Molding (RTM) Verfahren oder Resin Infusion (RI) Verfahren angewendet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn es sich bei dem Leichtschaum um ein (expandiertes) Polystyrol, ein Thermoplastschaum oder ein Polyurethanschaum handelt. Ein geeignetes expandiertes Polystyrol ist un- ter dem Handelsnamen Styropor® erhältlich. Der Träger kann insbesondere aus Platten dieser Materialien hergestellt sein. Der Träger kann auch Mischungen der vorstehenden Materialien aufweisen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine Textil während Schritt b) durch Nähen an dem Träger befestigt wird. Eine durch das Nähen entstandene Naht weist zwischen zwei Einstichpunkten in einer Längsrichtung der Naht eine Stichlänge von bevorzugt 2 mm [Millimeter] bis 20 mm, besonders bevorzugt 2 mm bis 5 mm und ganz besonders bevorzugt 2 bis 3 mm auf. Zudem weist die Naht eine Stichtiefe von einer Oberfläche des mindestens einen Textils in den Träger von bevorzugt 3 mm bis 50 mm und besonders bevorzugt 5 mm bis 25 mm auf.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn während Schritt b) eine Tuftingtechnik angewendet wird. Bei der Tuftingtechnik handelt es sich um ein spezielles, einem Fachmann an sich bekanntes, Nähverfahren, das sich hier für das Fixieren des mindestens einen Textils an dem Träger als besonders geeignet herausgestellt hat. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zwischen Schritt b) und Schritt c) eine Mehrzahl der Textilien miteinander verbunden wird. Unter„verbinden" wird hier insbesondere ein kraftschlüssiges Fügen einer Mehrzahl von Lagen der Textilien, umfassend das Nähen, Kleben und/oder Heften, verstanden. Dies bedeutet insbesondere, dass zwischen Schritt b) und Schritt c) ein weiterer (zweiter) Schritt zur Verbindung der Mehrzahl von Textilien erfolgt. Hierbei wird die Mehrzahl von Textilien untereinander verbunden, während sich die Textilien auf dem Träger befinden. Hierdurch wird insbesondere der Vorteil erzielt, dass bei der Herstellung von (dreidimensionalen) Preforms die Mehrzahl von Textilien bzw. das Nähgut oder das Preform nach dem Nähen bis zur Infusion, das heißt bis zum Einbringen des Matrixwerkstoffs in das Infusionswerkzeug gemäß Schritt g), maßhaltig bleibt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Textil auf dem Trä- ger zugeschnitten wird. Hierdurch kann bereits auf dem Träger die Form des mindestens einen Textils an eine gewünschte Form des herzustellenden Faserverbundwerkstoffs weiter angepasst und/oder gegebenenfalls vorhandene Überstände des mindestens einen Textils entfernt werden. Zudem ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Textil auf dem Träger mittels Ultraschallschneidtechnik zugeschnitten wird. Der Einsatz der Ultraschallschneidtechnik ermöglicht es, ohne Einschränkungen das mindestens eine Textil zu beschneiden, wobei gleichzeitig der Träger durch den Schneidvorgang nicht beschädigt wird. Somit kann der Träger in vorteilhafter Weise wiederverwendet werden.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn während Schritt e) das Lösen durch Entfernen einer Naht erfolgt. Hierbei kann die Naht insbesondere durch einfa- ches Herausziehen des Fadens entfernt werden. Insbesondere kann die Naht auch zwischen dem mindestens einen Textil bzw. Preform und dem Infusionswerkzeug abgezogen werden. Dies ist auch dann möglich, wenn das mindestens eine Textil bzw. Preform bereits auf dem Infusions Werkzeug liegt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Träger auf einer dem mindestens einen Textil gegenüberliegenden Seite eine Kavität aufweist und wobei das Entfernen der Naht über die Kavität erfolgt. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass der Faden der Naht von einer rückwärtigen Seite des Trägers durch die Kavität herausgezogen werden kann, wobei gleichzeitig das mindestens eine Textil durch den Träger in dem Infusionswerkzeug fixiert wird. Hierzu ist insbesondere eine Tiefe der Kavität so ausgestaltet, dass die Kavität eine Schlaufe des Fadens der Naht erreicht. Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn nach Schritt b) der Träger mit dem mindestens einen Textil verpackt wird. Hierdurch kann der Träger mit dem mindestens einen Textil vor äußeren Einflüssen geschützt und/oder konserviert werden. Weiterhin ermöglicht dieses eine sichere Lagerung des Trä- gers mit dem mindestens einem Textil bzw. Preform, so dass sich die nachfolgenden Schritte zeitlich nicht unmittelbar anschließen müssen.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn zwischen Schritt b) und Schritt d) eine Zwischenlagerung des Trägers mit dem mindestens einen Textil erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass die hergestellten Preforms nicht unmittelbar nach ihrer Herstellung weiterverarbeitet werden müssen.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn während Schritt f) der Träger gegen ein Formwerkzeug getauscht wird. Das Formwerkzeug fixiert insbesondere das mindestens eine Textil bzw. Preform in dem Infusions Werkzeug.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Elemente in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:
Fig. 1: eine Darstellung des Verfahrens zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs;
Fig. 2: eine Darstellung einer Fixierung mindestens eines Textils an einem Träger; und
Fig. 3: eine Detailansicht des in der Fig. 2 gezeigten Trägers.
Die Fig. 1 zeigt von links nach rechts einzelne Schritte des Verfahrens zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs. Gezeigt wird insbesondere ein linker Kasten 13, der einen Preformingprozess entsprechend der Schritte a) und b) symbolisiert, ein rechter Kasten 15, der einen Infusionsprozess entsprechend der Schritte d) bis g) symbolisiert, und ein dazwischen liegender mittlerer Kasten 14, der einen Handhabungsprozess entsprechend dem Schritt c) symbolisiert. Auf der linken Seite des linken Kastens 13 wird zu- nächst gemäß Schritt a) die Bereitstellung eines Trägers 1 gezeigt, der zumindest teilweise aus einem Leichtschaum besteht. Auf der rechten Seite des linken Kastens 13 ist zu erkennen, dass das mindestens eine Textil 2 auf dem Träger 1 eine äußere Kontur des Trägers 1 annimmt. Das mindestens eine Textil 2 wird auf dem Träger 1 gemäß Schritt b) fixiert, so dass ein Preform entsteht. Die Fixierung bewirkt, dass der Träger 1 mit dem mindestens einen Textil 2 bzw. Preform entsprechend Schritt c) transportiert werden kann, ohne dass sich eine Form des mindestens einen Textils 2 verändert. Der Schritt c) wird durch den mittleren Kasten 14 symbolisiert. Im rechten Kasten 15 wird der Träger 1 mit dem mindestens einen Textil 2 bzw. Preform entsprechend Schritt d) in ein Infusionswerkzeug 3 eingelegt, anschließend das Textil 2 entsprechend Schritt e) von dem Träger 1 gelöst und der Träger 1 entsprechend Schritt f) aus dem Infusionswerkzeug 3 entfernt. Anschließend wird ein Matrixwerkstoff 4 entsprechend Schritt g) in das Infusionswerkzeug 3 eingebracht und ausgehärtet, wobei entweder ein Resin Transfer Molding (RTM) Verfahren oder ein Resin Infusion (RI) Verfahren angewendet wird.
Die Fig. 2 zeigt eine Detailansicht des Trägers 1, nachdem auf diesem in Schritt b) das mindestens eine Textil 2 durch eine Tuftingtechnik fixiert wurde. Das Tuften erfolgt mittels eines Stickkopfs 10, der nach Art eines Tuftingkopfs ausgebildet ist. Bei dem Tuften wird das mindestens eine Textil 2 auf dem Träger 1 mit einem Faden 9 befestigt. Hierdurch wird eine Naht 5 mit einer Stichlänge 11 in Stickrichtung und einer Stichtiefe 12 gebildet. Die Fig. 3 zeigt eine Detailansicht des Trägers 1, nachdem der Träger 1 mit dem mindestens einem Textil 2 gemäß Schritt d) in das Infusionswerkzeug 3 eingelegt wurde. Der Träger 1 weist auf der dem mindestens einen Textil 2 gegenüberliegenden Seite 6 eine Kavität 7 auf, durch die der Faden 9 zum Lösen des Textils 2 von dem Träger 1 gezogen werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere durch eine reduzierte Anzahl von Prozessschritten zur Herstellung eines Faserver- bundwerkstoffs und eine verbesserte Handhabung von Preforms zwischen einem Preforming- und Infusionsprozess aus.
Bezugszeichenliste
1 Träger
2 Textil
3 Infusionswerkzeug
4 Matrixwerkstoff
5 Naht
6 Seite
7 avität
8 Formwerkzeug
9 Faden
10 Stickkopf
11 Stichlänge
12 Stichtiefe
13 Linker Kasten
14 Mittlerer Kasten
15 Rechter Kasten

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs, aufweisend zumindest die folgenden Schritte:
a) Bereitstellen eines zumindest teilweise aus einem Leichtschaum bestehenden Trägers (1);
b) Fixieren mindestens eines Textils (2) an dem Träger (1);
c) Transportieren des Trägers (1) mit dem mindestens einen Textil
(2) zu einem Infusions Werkzeug (3);
d) Einlegen des Trägers (1) mit dem mindestens einen Textil (2) in das Infusions Werkzeug (3);
e) Lösen des mindestens einen Textils (2) von dem Träger (1);
f) Entfernen des Trägers (1) aus dem Infusionswerkzeug (3); und g) Einbringen eines Matrix Werkstoffs (4) in das Infusionswerkzeug
(3) .
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei es sich bei dem Leichtschaum um Polystyrol, Thermoplastschaum oder Polyurethanschaum handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das mindestens eine Textil (2) während Schritt b) durch Nähen an dem Träger (1) befestigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei während Schritt b) eine Tuftingtechnik angewendet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zwischen Schritt b) und Schritt c) eine Mehrzahl der Textilien (2) miteinander verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das mindestens eine Textil (2) auf dem Träger (1) zugeschnitten wird.
Verfahren nach Patentanspruch 6, wobei das mindestens eine Textil (2) auf dem Träger (1) mittels Ultraschallschneidtechnik zugeschnitten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei während Schritt e) das Lösen durch Entfernen einer Naht (5) erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 8, wobei der Träger (1) auf einer dem mindestens einen Textil (2) gegenüberliegenden Seite (6) eine Kavität (7) aufweist und wobei das Entfernen der Naht (5) über die Kavität (7) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei nach Schritt b) der Träger (1) mit dem mindestens einen Textil (2) verpackt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zwischen Schritt b) und Schritt d) eine Zwischenlagerung des Trägers (1) mit dem mindestens einen Textil (2) erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei während Schritt f) der Träger (1) gegen ein Formwerkzeug (8) getauscht wird.
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