WO2017148997A1 - Mould core comprising expansion material - Google Patents

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WO2017148997A1
WO2017148997A1 PCT/EP2017/054739 EP2017054739W WO2017148997A1 WO 2017148997 A1 WO2017148997 A1 WO 2017148997A1 EP 2017054739 W EP2017054739 W EP 2017054739W WO 2017148997 A1 WO2017148997 A1 WO 2017148997A1
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WO
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expansion material
core
mold
expansion
support core
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/054739
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German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Wilhelm
Hans Lochner
Original Assignee
KTM Technologies GmbH
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Publication date
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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
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/44—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles
    • B29C33/48—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles with means for collapsing or disassembling
    • B29C33/50—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles with means for collapsing or disassembling elastic or flexible
    • B29C33/505—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles with means for collapsing or disassembling elastic or flexible cores or mandrels, e.g. inflatable
    • 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
    • B29C70/44—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
    • B29C70/446—Moulding structures having an axis of symmetry or at least one channel, e.g. tubular structures, frames

Definitions

  • the present invention relates to a mandrel for producing a fiber-reinforced component, in particular a, preferably having a structure, undercut and / or hollow component, with a support core, which defines a basic shape of the mandrel, and with a disposed in at least one surface region of the support core coating, which comprises an expansion material which expands at a temperature increase, so that in the manufacture of the component reinforcing fibers can be pressed to an inner side of a molding tool. Furthermore, the invention relates to a production method for such a mold core for producing a fiber-reinforced component, in particular a, preferably having a structure, undercut and / or hollow component, in which a support core is coated at least in a surface region.
  • the invention also relates to a method for producing a fiber-reinforced component, in particular a, preferably having a structure, undercut and / or hollow component, in which a mandrel and a matrix with reinforcing fibers are introduced into a mold, so that the matrix with the Reinforcing fibers are arranged between the mandrel and the mold, and the matrix is cured by means of a temperature and / or pressure increase.
  • a mold core for molding fiber-reinforced structural hollow components comprises a support core, which is formed by a solid granules and a water-soluble binder for binding the granules.
  • the water-soluble binder is formed by a water-soluble thermoplastic and the support core is at least partially surrounded by a cladding layer.
  • a disadvantage of such a mandrel is that the mandrel has substantially the size of a cavity of a mold, in which the hollow structural member is formed. This leads to problems when introducing the mold core in the mold.
  • the mold core can be pinched when clamping the mold or clamped between the mold halves. This can lead to a scrap or at least errors in the structural hollow components. The same problem can occur not only in hollow components, but also in undercut components, in particular structural intersection components.
  • Object of the present invention is thus to eliminate this disadvantage.
  • the object is achieved by a mold core for producing a component, in particular a, preferably having a structure, undercut and / or hollow component, a manufacturing method for the mandrel and a method for producing the fiber-reinforced component having the features of the independent claims.
  • a mold core for producing a fiber-reinforced component, in particular one, preferably having a structure, undercut and / or hollow component.
  • the component is thus preferably a structural hollow component and / or a structural rear-cut component.
  • the mold core comprises a support core. This preferably gives a basic shape of the mold core.
  • the mold core comprises a coating arranged in at least one surface area.
  • the coating of the mold core comprises an expansion material which expands when the temperature increases.
  • the reinforcing fibers applied during manufacture are disposed over the expansion material.
  • the expansion material thus presses the reinforcing fibers outwardly from the mandrel and presses them against the inside of the mandrel so that the reinforcing fibers assume the contour of the inside during the manufacture of the component, in particular the undercut and / or hollow component.
  • the expansion material extends from the surface area of the support core. going at least partially, preferably completely, into its interior. In this way, advantageously, the expansion effect and the stability of the mandrel can be improved.
  • the mold core hereby not so age-sensitive, so that it can be stored much longer without sacrificing quality.
  • the mold core can be made smaller than the mold by the expansion material in terms of its volume and / or dimensions. That When the mold core is disposed in the mold, a gap is formed between them. During the temperature increase, the expansion material expands at least to the extent that the gap between the mold core and mold is compensated and additionally exerts an expansion pressure, which presses the reinforcing fibers to the inside of the mold. The expansion material thereby increases its volume by the expansion volume. The expansion volume is the difference in volume of the expansion material after and before expansion. Due to the smaller design of the mandrel compared to the mold, the mandrel can be inserted without damage in the mold. In addition, a pinching during the closing of the mold is prevented.
  • the support core is formed from a support material comprising a binder and / or granules.
  • the granulate comprises in particular a mineral base material, such as a glass, a ceramic and / or a sand.
  • the granules with the binder can have a porosity, so that intermediate spaces are formed between the granules and / or the binder.
  • the expansion material is disposed at least in a part of the interstices of porosity. The intermediate spaces thus serve as storage for the expansion material.
  • the granules comprise a large number of granules.
  • the granules in particular the grains of sand, the glass particles and / or the ceramic particles, for example, have a particle size of 0.05 mm to 1, 5 mm.
  • the particle size may be dependent on the porosity. For example, if the granules are larger, the gaps and thus the porosity are larger. This allows more expansion material to be stored in the interstices. With a choice of the size of the granules can thus be discussed on the stored in the spaces amount of expansion material.
  • the granules and / or the binder is advantageously temperature-resistant, so that the granules and / or the binder is not decomposed during the temperature increase during the formation of the component.
  • the granules and / or the binder in comparison to the expansion material has a low coefficient of thermal expansion, so that the granules and / or binder in the temperature increase only slightly, at least in comparison to the expansion material expands.
  • the support core is completely enclosed by the expansion material. Thereby, the expansion effect on the entire surface of the support core can be achieved.
  • the expansion material extends at least partially from the surface in the direction of a core region of the support core.
  • the support core can also be completely impregnated by the expansion material.
  • the support core is completely traversed by the expansion material, so that the entire support core is formed in full volume, ie in the scope of its entire volume, from a material comprising the granules, the binder and the expansion material. As a result, a larger amount of expansion material of received the support core, so that its expansion volume is greater.
  • the support core is produced in a rapid prototyping method, in particular in a 3D ducking method, and / or that in the rapid prototyping method the expansion material is applied to and / or into the support core in addition to the binder. and / or introduced.
  • the mandrel can be produced very quickly and inexpensively.
  • its production is not localized. Instead, for example, geometry and / or composition data of the mold core, in particular virtually, can be sent to a customer, who can then manufacture the mold core on-site at his own rapid prototyping device, in particular a 3D printer.
  • the expansion material comprises a wax, a silicone, a plastic, a fat and / or a low-melting alloy.
  • the expansion material comprises a sugar and / or a salt.
  • the plastic may preferably be formed as an elastomer.
  • Such an expansion material has a temperature increase such a thermal expansion coefficient that the distance between the mold core and mold is overcome.
  • the volume expansion coefficient of the expansion material is in the range between 0.5 * 1 Oe-3 1 / K and 1, 5 * 1 Oe-3 1 / K.
  • the above-mentioned coefficient of thermal expansion of the support material is smaller than a coefficient of thermal expansion of the expansion material.
  • the coefficient of thermal expansion of the expansion material may be 20 to 30 times higher than the thermal expansion coefficient of the support material.
  • the thermal expansion coefficient of the expansion material may also, in particular maximum, be 150 times higher.
  • a granulate may have a volume expansion coefficient ranging from 1, 0 * 10e-6 1 / K to 30 * 1 Oe-6 1 / K.
  • a further advantageous development of the invention is when the expansion material, a first additive is added, which increases the expansion pressure in the temperature increase.
  • the first additive may comprise, for example, a physical and / or a chemical blowing agent, in particular water, which also expands when the temperature increases.
  • the physical blowing agent for example, changes its state of aggregation as the temperature increases, for example, allowing it to evaporate to increase the expansion pressure.
  • a chemical blowing agent chemically transforms into other substances. For example, a gas forms, so that the expansion pressure is increased.
  • the expansion material may be admixed with a second additive, by means of which the beginning of the expansion of the expansion material in dependence on the temperature and / or pressure is controllable.
  • the second additive may include, for example, an alcohol.
  • the mold core has on its outer side, at least in the region of the expansion material, a separating layer which seals the mold core to the outside and which adapts to the expansion of the expansion material.
  • the separating layer may advantageously be elastic, so that the separating layer expands with the expansion of the expansion material.
  • the separating layer may in particular comprise an elastomer.
  • the elastomer may comprise a silicone and / or plastic layer.
  • the separating layer seals the mold core and especially the expansion material.
  • the mold core can thereby be stored, for example, wherein the release layer protects the expansion layer and the support core from wear.
  • the separating layer can also be used for the subsequent production of the component, in particular the undercut and / or hollow construction. partly, be beneficial.
  • the separating layer for example, ensures a smooth surface of the mold core.
  • the expansion material repels matrix material, in particular is resin-repellent, so that it does not mix with the matrix during the production of the component.
  • the binder, the expansion material, the first additive, the second additive and / or the separating layer are soluble by means of a solvent.
  • a solvent may include, for example, water and / or an alcohol.
  • the solvent may also include acids and / or bases.
  • the solvent must be chosen such that it dissolves the binder, the expansion material, the additives and / or the release layer.
  • the mold core has a cavity which is empty or at least partially filled with the expansion material, by means of which a release of the mold core can be accelerated.
  • the cavity reduces on the one hand the weight of the mold core and on the other hand, in the cavity, a flushing device can be introduced for releasing the mold core, so that the release of the mold core is accelerated.
  • the mandrel is thus flushed from the inside out over the cavity through the Aus Domainvorraum or dissolved.
  • a manufacturing method for a mandrel for producing a fiber-reinforced component in particular a, preferably having a structure, undercut and / or hollow component.
  • a support core is coated with an expansion material at least in a surface area.
  • the mandrel is produced according to and / or with the features of the preceding description, wherein said features may be present individually or in any combination.
  • the support core is produced by means of a rapid prototyping method, in particular with an SD printing method.
  • the support core can be produced particularly cost-effectively and quickly.
  • the expansion material is also applied to and / or introduced into the support core (2) in the rapid prototyping method.
  • the geometry of the support core and its expansion properties can be formed in a single process step, so that the mold core can be produced very quickly and inexpensively.
  • its production is not localized. Instead, for example, geometry and / or composition data of the mold core, in particular virtually, can be sent to a customer, who can then manufacture the mold core on-site at his own rapid prototyping device, in particular a 3D printer.
  • the expansion material is applied to the support core by immersion in a bath of expansion material.
  • the support core can preferably be immersed in the bath at least until the support core is at least 20% soaked with expansion material.
  • the support core may also remain so immersed in the bath until it is substantially complete, for example, 75%. 100% of its volume impregnated with expansion material.
  • the expansion material can be applied very easily and quickly.
  • dipping the expansion material can also be applied particularly uniformly on the support core, so that the expansion material uniformly expands at all points of the surface.
  • the expansion material may also be brushed onto the support core and / or sprayed on. As a result, the expansion material can be applied to the support core in selected sections of the surface.
  • the support core and / or expansion material is heated before the expansion material is applied to and / or into the support core.
  • the support core can be heated to a temperature which depends on the viscosity and / or of the
  • a method for producing a fiber-reinforced component in particular a, preferably having a structure, undercut and / or hollow component.
  • the component can in particular be a structural hollow component and / or a structural rear-cut component.
  • a mandrel and a matrix with reinforcing fibers are introduced into a mold, so that the matrix with the reinforcing fibers between the mandrel and the mold are arranged.
  • the matrix is cured by means of a temperature and / or pressure increase, wherein the expansion of temperature expands an expansion material of the mold core, so that the volume of the mold core is increased and the reinforcing fibers are pressed against an inner side of the mold.
  • a mandrel is used description, wherein said features may be present individually or in any combination.
  • the molding tool can have two molding tool halves that are opened for insertion of the mold core and closed to produce the component. After production, the finished component can be removed again by opening from the mold.
  • the molding tool has a cavity in which the mold core is arranged. Between the mold core and the mold while the reinforcing fibers and the matrix are arranged.
  • the mold has an inner side, against which the reinforcing fibers, in particular by the expansion of the expansion material, are pressed, so that the component, in particular the, preferably having a structure, undercut and / or hollow member, the shape of the inside of the mold accepts.
  • the mandrel can be provided only with the reinforcing fibers and then inserted into the mold.
  • the matrix can be pressed in.
  • the reinforcing fibers can be inserted first in the mold and then the mold core in the reinforcing fibers.
  • the reinforcing fibers can already be provided with the matrix or the matrix can be pressed into the mold again during the production process.
  • the reinforcing fibers may also already be preimpregnated with the matrix, this composite also being called a prepreg. These prepregs are placed on the mold core, which is then inserted into the mold.
  • the component in particular the, preferably having a structure, undercut and / or hollow component
  • the thus prepared mandrel is inserted into a mold.
  • the mold can be dimensioned slightly larger than the mold core, so that between mold core and mold still a gap may be formed.
  • the insertion of the mold core is simplified in the mold.
  • the molding tool further has an inner side, which defines an outer contour of the component, in particular of the undercut and / or hollow component, which preferably has a structure.
  • the reinforcing fibers are pressed against the inside of the mold so that they assume the shape of the inside.
  • the reinforcing fibers are subjected to a liquid matrix which hardens during the production of the component, in particular the undercut and / or hollow component, preferably having a structure, so that it forms a fiber composite with the reinforcing fibers.
  • the matrix may also be applied to the mandrel together with the reinforcing fibers.
  • the component in particular the undercut and / or hollow component, constructed and forms the supporting structure. An interaction of the mold core and the inside of the mold determines the shape or the appearance of the fiber-reinforced component, in particular of the undercut and / or hollow component.
  • the curing of the matrix is preferably carried out at temperatures of 70 ° C to 250 ° C and pressures of 2 bar to 150 bar. After a period of, for example, 15 seconds to 10 minutes, the curing may be completed.
  • the mold core is cooled before insertion into the mold.
  • the mandrel and, in particular, special the expansion material together, so that the mandrel can be particularly easily inserted into the mold.
  • the matrix is cured so that the fiber-reinforced component obtains its strength.
  • the temperature is increased to, for example, 70 ° C to 250 ° C, so that the matrix hardens and forms the fiber composite together with the reinforcing fibers. This temperature is maintained for a period of time until the cure is complete.
  • the increase in temperature leads to the expansion of the existing on the surface and / or in the interstices of the mold core expansion material. Due to the volume expansion coefficient described above (in the range of 0.5 * 1 Oe-3 1 / K and 1, 5 * 1 Oe-3 1 / K) its volume increases by the expansion volume.
  • the expansion volume is the difference of the volume at a final temperature, for example 250 ° C, and the initial temperature, for example, the room temperature of 20 ° C.
  • the expansion material pushes the arranged on the outside reinforcing fibers to the outside and presses them against the inside of the mold.
  • the temperature is maintained for some time, for example 15 seconds to 10 minutes, for example, 250 ° C, so that the matrix hardens and forms the fiber composite with the reinforcing fibers.
  • the pressure and / or the temperature prevailing in the molding tool can be reduced slowly, for example over a period of 30 seconds to 30 minutes, in order to control a distortion of the fiber composite or to minimize the delay.
  • the finished component can be removed from the mold.
  • the reinforcing fibers may comprise various fibers such as basalt, glass, ceramic, aramid, carbon and / or nylon fibers.
  • various thermoplastics and / or thermosets such as epoxy resins or plastics may be used.
  • the mold core is triggered by means of a solvent from the component.
  • the release of the mold core can be carried out, for example, by injecting the solvent into the cavity.
  • the solvent may further comprise an acid, a base, water and / or an alcohol.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a mold core
  • Figure 2 shows a section of a surface of the mandrel with granules, binder, expansion material and release layer and
  • FIG 3 shows a mold core in a mold.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a mold core 1.
  • the mandrel 1 comprises a support core 2.
  • an expansion material 3 is arranged in a surface region 4 of the support core 2.
  • the mandrel 1 is for producing a component, in particular one, preferably having a structure, undercut and / or hollow component, is provided, which is formed in the present embodiment, in particular for the production of a tubular fiber-reinforced structural hollow component. Since the mandrel 1 determines the shape of the component at least roughly, the mandrel 1 in In the present embodiment, a cylindrical shape.
  • the expansion material 3 is applied according to the present embodiment only on the lateral surface of the support core 2, whereas the end faces 5a, 5b are not provided with the expansion material. As a result, the tubular shape is formed in the production of the structural hollow component. Alternatively, however, the expansion material 3 could also be arranged on the end faces 5a, 5b as well.
  • FIG. 2 shows a detailed detail in the region of the surface of a mold core 1, in particular of the mold core 1 according to FIG. 1.
  • the mold core 1 is provided for producing the fiber-reinforced component, in particular the, preferably having a structure, undercut and / or hollow component.
  • the support core 2 is formed from a support material comprising a granulate and a binder 7.
  • the granulate comprises a plurality of granules 6, of which only one is provided with a reference numeral for the sake of clarity.
  • the individual granules 6 are connected to each other by means of the binder 7.
  • the granules 6 may be formed from a mineral base material.
  • the granules 6 may be, for example, grains of sand.
  • the size of the granules 6 may be between 0.05 mm and 1.5 mm. Furthermore, these may have different sizes to each other.
  • the granules 6 are further enclosed by the binder 7. At the contact points 1 1 between the individual granules 6, bridges or splices form, so that the granules 6 form a solid lattice structure.
  • the support core 2 can - in particular, if this is constructed as in the present case of granules 6 and binder 7, be prepared by means of a rapid prototyping process, in particular a 3D printing process.
  • the granules 6 on the one hand are substantially round and on the other hand have different sizes, between the granules nern 6 spaces 8 formed. Due to the gaps 8, the support core 2 is formed porous. In these spaces 8, the expansion material 3 can penetrate, so that they serve as expansion material storage.
  • the expansion material 3 when the expansion material 3 is applied by impregnating the support core 2 in an expansion material bath, it is advantageous if the expansion material 3 and / or the support core 2 is heated prior to coating, in particular impregnation, of the support core 2.
  • the support core 2 can be heated to a temperature that depends on the viscosity and / or the melting point of the expansion material 3. As a result, the viscosity of the expansion material 3 decreases and it can penetrate into the support core 2 faster and / or deeper.
  • the expansion material 3 can, as mentioned above, for example, be applied by immersing the support core 2 in a bath of expansion material 3. Additionally or alternatively, the expansion material 3 can also be painted on the support core 2 and / or sprayed.
  • the expansion material 3 in the rapid prototyping method is applied to and / or into the support core 2.
  • the support core 2 in the rapid prototyping method not only from the granules, in particular the granules 6, and the binder 7 is constructed, but in addition also from the expansion material 3.
  • rapid prototyping method is thus at least in part of the Gaps 8 and / or the surface area 4 expansion material 3 introduced. In this way, the geometry of the support core 2 and its expansion properties can be formed in a single process step, so that the mandrel 1 can be produced very quickly and inexpensively. Furthermore, its production is not localized.
  • geometry and / or composition data of the mold core 1 can be provided to a customer. be sent, who can then make the mold core 1 on site at his own rapid prototyping device, in particular a 3D printer.
  • the support core 2 is provided according to a first embodiment on its outer surface or in the surface region 4 with the expansion material 3.
  • the expansion material 3 extends at least partially into the interior of the support core 2, starting from the surface region 4 of the support core 2. Dis can be done as part of the rapid prototyping process or else by capillary action.
  • the support core 2 may be completely enclosed by the expansion material 3.
  • the support core 2 can only be in its edge area, i. in the surface region 4 and at least partially in its interior adjacent thereto, be provided with the expansion material 3.
  • the support core 2 may be completely penetrated with the expansion material 3.
  • the support core 2 has the expansion material 3 over its entire cross-section. The entire support core 2 is thus formed in full volume from a granule 6, the binder 7 and the expansion material 3 comprising material unit.
  • the surface region 4, in particular the lateral surface closes off the support core 2 to the outside.
  • the coating of the mold core 1 or the expansion material 3 is arranged.
  • the expansion material 3 may also advantageously, as shown in this embodiment, be arranged in a surface layer 10 over the lateral surface or on the support core 2.
  • the surface layer 10 may have a thickness in the range of 0.5 mm and 10 mm.
  • a release layer 9 may be arranged, which closes the mold core 1 to the outside.
  • the separating layer 9 may comprise an elastomer and / or be formed, for example, as a silicone and / or plastic layer.
  • the separating layer 9 can be elastic, so that it expands correspondingly upon expansion of the expansion material 3.
  • the separation layer 9 and the expansion material 3 have mutually different material compositions.
  • the release layer 9 can be sprayed, brushed or applied by immersion in a bath of the appropriate material.
  • the separating layer 9 serves to protect the mandrel 1 from damage. With the release layer 9, the mandrel 1 can be stored for a long time.
  • the separating layer 9 prevents the expansion material 3 from being pressed between the fibers, in particular carbon fibers, and / or the matrix of the fiber composite material of the component to be produced during the production of the component, in particular the undercut and / or hollow component which preferably has a structure becomes.
  • the separating layer 9 thus ensures a reliable separation between the mold core 1 and externally arranged fiber composite material.
  • the expansion material 3 is matrix material-repellent, in particular resin-repellent. As a result, a separation between matrix and expansion material 3 can be ensured.
  • FIG. 3 shows a mold core 1 and a mold 12.
  • the mold core 1 has the already described support core 2 and the expansion material 3.
  • the expansion material 3 is arranged according to illustration only on the outside of the support core 2. However, the expansion material 3 can also, as shown in FIG. 2, be arranged at least partially in the porosity of the support core 2.
  • a separating layer 9 (cf., FIG. 2), not shown here, can be applied to the expansion material 3.
  • On the expansion ma- Rial 3 and the separating layer 9 are arranged reinforcing fibers 13. With these, the mandrel 1 can be wrapped before insertion into the mold 12.
  • the reinforcing fibers 13 form a fiber composite with a matrix, not shown here, so that a component, in particular an undercut and / or hollow component, preferably having a structure, is formed.
  • the mold core 1 is further arranged in the mold 12, which for example comprise two halves, so that the mold 12 can be easily opened and closed.
  • the molding tool 12 also has a cavity 18, in which the mold core 1 is arranged.
  • the mold core 1 also has a smaller size than the cavity 18, so that a gap 14 is formed between an inner side 19 of the mold 12 and the mold core 1.
  • the mold core 1 can be introduced into the mold 12 particularly easily. Furthermore, a squeezing of the reinforcing fibers 13 between the two halves of the molding tool 12 is thereby avoided when closing the mold 12.
  • the reinforcing fibers 13 may, for example, be placed on the mandrel 1 before it is inserted into the mold 12. Likewise, so-called prepregs can be placed on the mandrel 1 before inserting. Prepregs are reinforcing fibers 13 which are already preimpregnated with a matrix.
  • the reinforcing fibers 13 could also first be inserted into the mold 12, after which the mold core 1 is inserted into the mold 12 or into the reinforcing fibers 13 only thereafter.
  • the matrix can then be pressed in with a closed mold 12 and when the reinforcing fibers 13 are arranged around the mold core 1 therein.
  • the matrix is then advantageously not shown here Positions pressed into the mold 12 so that the matrix passes directly between mold core 1 and mold 12 in the gap 14 (where the reinforcing fibers 13 are arranged) passes.
  • an increase in temperature, for example from 20 ° C. to 250 ° C., of the mold core 1 and / or of the mold 12 is carried out the expansion material 3 expands and exerts an expansion pressure 15 on the reinforcing fibers 13.
  • the expansion material 3 pushes the reinforcing fibers 13 outwardly away from the mandrel 1.
  • the expansion material 3 is expanded so far until the gap 14 is overcome, the reinforcing fibers 13 are pressed against the inner side 19 of the mold 12.
  • the matrix furthermore hardens and combines with the reinforcing fibers 13 to form the fiber composite, which forms the component, in particular the undercut and / or hollow component, preferably having a structure.
  • the mold 12 may be opened (by, for example, pulling the two halves apart) and the component may be removed. It is advantageous if the cooling time is selected such that a delay of the cooling component is reduced. For example, the component is slowly cooled, so that stress and thus a distortion of the component is reduced. The delay can also be reduced if the pressure prevailing in the mold is slowly reduced.
  • the weight of the component is increased.
  • the supporting material in particular the granules, the binder, the added during the manufacturing process additives
  • a flushing device can be inserted through an opening 17 of the mandrel 1 in a cavity 1 6 of the mandrel 1.
  • the flushing device By means of the flushing device, the mold core 1 can then be dissolved in its components and rinsed out.

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Abstract

The invention relates to a mould core for producing a fibre-reinforced component, particularly an undercut and/or hollow component, comprising a support core (2) that provides a basic shape for the mould core (1), and a coating in at least one surface region (4). According to the invention, the coating comprises an expansion material (3) that expands when the temperature rises such that, as the component is being produced, reinforcing fibres (13) can be pressed against an inner side (19) of a moulding tool (12).

Description

Formkern mit Expansionsmaterial  Mold core with expansion material
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Formkern zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils, insbesondere eines, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, mit einem Stützkern, der eine Grundform des Formkerns vorgibt, und mit einer in zumindest einem Oberflächenbereich des Stützkerns angeordneten Beschichtung, die ein Expansionsmaterial umfasst, das bei einer Temperaturerhöhung expandiert, so dass bei der Herstellung des Bauteils Verstärkungsfasern an eine Innenseite eines Formwerkzeugs pressbar sind. Des Weiteren Betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen derartigen Formkern zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils, insbesondere eines, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, bei welchem ein Stützkern zumindest in einem Oberflächenbereich beschichtet wird. Auch bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils, insbesondere eines, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, bei welchem ein Formkern und eine Matrix mit Verstärkungsfasern in ein Formwerkzeug eingebracht werden, so dass die Matrix mit den Verstärkungsfasern zwischen dem Formkern und dem Formwerkzeug angeordnet sind, und die Matrix mittels einer Temperatur- und/oder Druckerhöhung ausgehärtet wird. The present invention relates to a mandrel for producing a fiber-reinforced component, in particular a, preferably having a structure, undercut and / or hollow component, with a support core, which defines a basic shape of the mandrel, and with a disposed in at least one surface region of the support core coating, which comprises an expansion material which expands at a temperature increase, so that in the manufacture of the component reinforcing fibers can be pressed to an inner side of a molding tool. Furthermore, the invention relates to a production method for such a mold core for producing a fiber-reinforced component, in particular a, preferably having a structure, undercut and / or hollow component, in which a support core is coated at least in a surface region. The invention also relates to a method for producing a fiber-reinforced component, in particular a, preferably having a structure, undercut and / or hollow component, in which a mandrel and a matrix with reinforcing fibers are introduced into a mold, so that the matrix with the Reinforcing fibers are arranged between the mandrel and the mold, and the matrix is cured by means of a temperature and / or pressure increase.
Aus der DE 10 2013 106 876 A1 ist ein Formkern zum Formen von faserverstärkten Strukturhohlbauteilen bekannt. Dieser umfasst einen Stützkern, der durch ein festes Granulat und ein wasserlösliches Bindemittel zum Binden des Granulats gebildet ist. Dabei ist das wasserlösliche Bindemittel durch einen wasserlöslichen Thermoplast gebildet und der Stützkern ist von einer Mantelschicht wenigstens teilweise umgeben. Nachteilig bei einem derartigen Formkern ist es, dass der Formkern im Wesentlichen die Größe eines Hohlraums eines Formwerkzeuges aufweist, in dem das Strukturhohlbauteil gebildet wird. Dies führt zu Problemen beim Einbringen des Formkerns in das Formwerkzeug. Der Formkern kann beim Schließen des Formwerkzeugs eingequetscht oder zwischen den Formwerkzeughälften eingeklemmt werden. Dies kann zu einem Ausschuss oder zumindest zu Fehlern an den Strukturhohlbauteilen führen. Gleiches Problem kann nicht nur bei Hohlbauteilen, sondern auch bei Hinterschnittbauteilen, insbesondere Strukturhinterschnittbauteilen, auftreten. From DE 10 2013 106 876 A1 a mold core for molding fiber-reinforced structural hollow components is known. This comprises a support core, which is formed by a solid granules and a water-soluble binder for binding the granules. The water-soluble binder is formed by a water-soluble thermoplastic and the support core is at least partially surrounded by a cladding layer. A disadvantage of such a mandrel is that the mandrel has substantially the size of a cavity of a mold, in which the hollow structural member is formed. This leads to problems when introducing the mold core in the mold. The mold core can be pinched when clamping the mold or clamped between the mold halves. This can lead to a scrap or at least errors in the structural hollow components. The same problem can occur not only in hollow components, but also in undercut components, in particular structural intersection components.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, diesen Nachteil zu beseitigen. Object of the present invention is thus to eliminate this disadvantage.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Formkern zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, ein Herstellungsverfahren für den Formkern sowie ein Verfahren zur Herstellung des faserverstärkten Bauteils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. The object is achieved by a mold core for producing a component, in particular a, preferably having a structure, undercut and / or hollow component, a manufacturing method for the mandrel and a method for producing the fiber-reinforced component having the features of the independent claims.
Vorgeschlagen wird ein Formkern zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils, insbesondere eines, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils. Bei dem Bauteil handelt es sich somit vorzugsweise um ein Strukturhohlbauteil und/oder ein Strukturhinterschnittbauteil. Der Formkern umfasst einen Stützkern. Dieser gibt vorzugsweise eine Grundform des Formkerns vor. Außerdem umfasst der Formkern eine in zumindest einem Oberflächenbereich angeordnete Beschichtung. Die Be- schichtung des Formkerns umfasst ein Expansionsmaterial, das bei einer Temperaturerhöhung expandiert. Vorzugsweise sind die bei der Herstellung aufgelegten Verstärkungsfasern über dem Expansionsmaterial angeordnet. Durch die Expansionseigenschaften drückt das Expansionsmaterial die Verstärkungsfasern somit vom Formkern weg nach außen und presst diese gegen die Innenseite des Formwerkzeugs, so dass die Verstärkungsfasern während der Herstellung des Bauteils, insbesondere des Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, die Kontur der Innenseite annehmen. Das Expansionsmaterial erstreckt sich von dem Oberflächenbereich des Stützkerns aus- gehend zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, in sein Inneres hinein. Hierdurch kann vorteilhafterweise die Expansionswirkung und die Stabilität des Formkerns verbessert werden. Des Weiteren ist der Formkern hierdruch nicht so alterungsanfällig, so dass dieser ohne Qualitätseinbußen deutlich länger gelagert werden kann. Proposed is a mold core for producing a fiber-reinforced component, in particular one, preferably having a structure, undercut and / or hollow component. The component is thus preferably a structural hollow component and / or a structural rear-cut component. The mold core comprises a support core. This preferably gives a basic shape of the mold core. In addition, the mold core comprises a coating arranged in at least one surface area. The coating of the mold core comprises an expansion material which expands when the temperature increases. Preferably, the reinforcing fibers applied during manufacture are disposed over the expansion material. Due to the expansion properties, the expansion material thus presses the reinforcing fibers outwardly from the mandrel and presses them against the inside of the mandrel so that the reinforcing fibers assume the contour of the inside during the manufacture of the component, in particular the undercut and / or hollow component. The expansion material extends from the surface area of the support core. going at least partially, preferably completely, into its interior. In this way, advantageously, the expansion effect and the stability of the mandrel can be improved. Furthermore, the mold core hereby not so age-sensitive, so that it can be stored much longer without sacrificing quality.
Des Weiteren kann der Formkern durch das Expansionsmaterial in seinem Volumen und/oder Abmessungen kleiner als das Formwerkzeug ausgebildet werden. D.h. wenn der Formkern in dem Formwerkzeug angeordnet ist, ist ein Abstand bzw. ein Spalt zwischen diesen beiden ausgebildet. Während der Temperaturerhöhung expandiert das Expansionsmaterial zumindest soweit, dass der Spalt zwischen Formkern und Formwerkzeug ausgeglichen wird und übt zusätzlich einen Expansionsdruck aus, der die Verstärkungsfasern an die Innenseite des Formwerkzeugs presst. Das Expansionsmaterial vergrößert dabei sein Volumen um das Expansionsvolumen. Das Expansionsvolumen ist die Differenz des Volumens des Expansionsmaterials nach und vor der Expansion. Durch die kleinere Ausbildung des Formkerns im Vergleich zum Formwerkzeug kann der Formkern ohne Beschädigung in das Formwerkzeug eingelegt werden. Außerdem wird ein Einquetschen während des Schließens des Formwerkzeugs verhindert. Furthermore, the mold core can be made smaller than the mold by the expansion material in terms of its volume and / or dimensions. That When the mold core is disposed in the mold, a gap is formed between them. During the temperature increase, the expansion material expands at least to the extent that the gap between the mold core and mold is compensated and additionally exerts an expansion pressure, which presses the reinforcing fibers to the inside of the mold. The expansion material thereby increases its volume by the expansion volume. The expansion volume is the difference in volume of the expansion material after and before expansion. Due to the smaller design of the mandrel compared to the mold, the mandrel can be inserted without damage in the mold. In addition, a pinching during the closing of the mold is prevented.
Vorteilhaft ist es, wenn der Stützkern aus einem Stützmaterial ausgebildet ist, das ein Bindemittel und/oder ein Granulat umfasst. Das Granulat umfasst insbesondere einen mineralischen Grundstoff, wie beispielsweise ein Glas, eine Keramik und/oder ein Sand. Das Granulat mit dem Bindemittel kann dabei eine Porosität aufweisen, so dass zwischen dem Granulat und/oder dem Bindemittel Zwischenräume ausgebildet sind. Vorzugsweise ist das Expansionsmaterial zumindest in einem Teil der Zwischenräume der Porosität angeordnet. Die Zwischenräume dienen somit als Speicher für das Expansionsmaterial. Das Granulat umfasst eine Vielzahl an Granulatkörnern. Die Granulatkörner, insbesondere die Sandkörnchen, die Glaspartikel und/oder die Keramikpartikel, weisen beispielsweise eine Korngröße von 0,05 mm bis 1 ,5 mm auf. Von der Korngröße kann die Porosität abhängig sein. Wenn die Granulatkörner beispielsweise größer sind, sind auch die Zwischenräume und somit die Porosität größer. Damit kann mehr Expansionsmaterial in den Zwischenräumen gespeichert werden. Bei einer Wahl der Größe der Granulatkörner kann somit auf die in den Zwischenräumen gespeicherte Menge Expansionsmaterial eingegangen werden. It is advantageous if the support core is formed from a support material comprising a binder and / or granules. The granulate comprises in particular a mineral base material, such as a glass, a ceramic and / or a sand. The granules with the binder can have a porosity, so that intermediate spaces are formed between the granules and / or the binder. Preferably, the expansion material is disposed at least in a part of the interstices of porosity. The intermediate spaces thus serve as storage for the expansion material. The granules comprise a large number of granules. The granules, in particular the grains of sand, the glass particles and / or the ceramic particles, for example, have a particle size of 0.05 mm to 1, 5 mm. The particle size may be dependent on the porosity. For example, if the granules are larger, the gaps and thus the porosity are larger. This allows more expansion material to be stored in the interstices. With a choice of the size of the granules can thus be discussed on the stored in the spaces amount of expansion material.
Das Granulat und/oder das Bindemittel ist vorteilhafterweise temperaturbeständig, so dass das Granulat und/oder das Bindemittel bei der Temperaturerhöhung bei der Bildung des Bauteils nicht zersetzt wird. The granules and / or the binder is advantageously temperature-resistant, so that the granules and / or the binder is not decomposed during the temperature increase during the formation of the component.
Vorteilhaft ist es, wenn das Granulat und/oder das Bindemittel im Vergleich zum Expansionsmaterial einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, so dass das Granulat und/oder Bindemittel bei der Temperaturerhöhung nur unwesentlich, zumindest im Vergleich zu dem Expansionsmaterial, expandiert. It is advantageous if the granules and / or the binder in comparison to the expansion material has a low coefficient of thermal expansion, so that the granules and / or binder in the temperature increase only slightly, at least in comparison to the expansion material expands.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn der Stützkern vollständig von dem Expansionsmaterial umschlossen ist. Dadurch kann die Expansionswirkung an der gesamten Oberfläche des Stützkerns erzielt werden. Furthermore, it is advantageous if the support core is completely enclosed by the expansion material. Thereby, the expansion effect on the entire surface of the support core can be achieved.
Zusätzlich oder alternativ ist es von Vorteil, wenn sich das Expansionsmaterial von der Oberfläche in Richtung eines Kernbereichs des Stützkerns zumindest teilweise in diesen hineinerstreckt. Dabei kann der Stützkern auch vollständig von dem Expansionsmaterial durchtränkt sein. Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn der Stützkern vollständig mit dem Expansionsmaterial durchzogen ist, so dass der gesamte Stützkern ganzvolumig, d.h. im Umfang seines gesamten Volumens, aus einer das Granulat, das Bindemittel und das Expansionsmaterial umfassenden Materialeinheit aus ausgebildet ist. Dadurch ist eine größere Menge an Expansionsmaterial von dem Stützkern aufgenommen, so dass das dessen Expansionsvolumen größer ist. Additionally or alternatively, it is advantageous if the expansion material extends at least partially from the surface in the direction of a core region of the support core. In this case, the support core can also be completely impregnated by the expansion material. Additionally or alternatively, it is advantageous if the support core is completely traversed by the expansion material, so that the entire support core is formed in full volume, ie in the scope of its entire volume, from a material comprising the granules, the binder and the expansion material. As a result, a larger amount of expansion material of received the support core, so that its expansion volume is greater.
Vorteilhaft ist es, wenn der Stützkern in einem Rapid-Prototyping-Verfahren, insbesondere in einem 3D-Duckverfahren, hergestellt ist und/oder dass in dem Rapid-Prototyping-Verfahren neben dem Bindemittel auch das Expansionsmaterial auf und/oder in den Stützkern auf- und/oder eingebracht ist. Hierdurch kann der Formkern sehr schnell und kostengünstig hergestellt werden. Des Weiteren ist dessen Herstellung nicht ortsgebunden. Stattdessen können beispielsweise Geometrie- und/oder Zusammensetzungsdaten des Formkerns, insbesondere virtuell, zu einem Kunden geschickt werden, der den Formkern dann bei sich vor Ort an seiner eigenen Rapid- Prototyping-Vorrichtung, insbesondere einem 3D-Drucker, herstellen kann. It is advantageous if the support core is produced in a rapid prototyping method, in particular in a 3D ducking method, and / or that in the rapid prototyping method the expansion material is applied to and / or into the support core in addition to the binder. and / or introduced. As a result, the mandrel can be produced very quickly and inexpensively. Furthermore, its production is not localized. Instead, for example, geometry and / or composition data of the mold core, in particular virtually, can be sent to a customer, who can then manufacture the mold core on-site at his own rapid prototyping device, in particular a 3D printer.
Ferner ist es von Vorteil, wenn das Expansionsmaterial ein Wachs, ein Silikon, ein Kunststoff, ein Fett und/oder eine niedrigschmelzende Legierung umfasst. Alternativ oder Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn das Expansionsmaterial einen Zucker und/oder ein Salz umfasst. Der Kunststoff kann vorzugsweise als ein Elastomer ausgebildet sein. Ein derartiges Expansionsmaterial weist bei einer Temperaturerhöhung einen derartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, dass der Abstand zwischen Formkern und Formwerkzeug überwunden wird. Beispielsweise ist der Volumenausdehnungskoeffizient des Expansionsmaterials im Bereich zwischen 0,5*1 Oe-3 1/K und 1 ,5*1 Oe-3 1 /K. Furthermore, it is advantageous if the expansion material comprises a wax, a silicone, a plastic, a fat and / or a low-melting alloy. Alternatively or additionally, it is advantageous if the expansion material comprises a sugar and / or a salt. The plastic may preferably be formed as an elastomer. Such an expansion material has a temperature increase such a thermal expansion coefficient that the distance between the mold core and mold is overcome. For example, the volume expansion coefficient of the expansion material is in the range between 0.5 * 1 Oe-3 1 / K and 1, 5 * 1 Oe-3 1 / K.
Ebenfalls ist es von Vorteil, wenn der oben erwähnte Wärmeausdehnungskoeffizient des Stützmaterials, insbesondere des Granulats und/oder des Bindemittels, kleiner als ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Expansionsmaterials ist. Dabei kann der Wärmeausdehnungskoeffizient des Expansionsmaterials 20- bis 30-fach höher sein als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Stützmaterials. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Expansionsmaterials kann aber auch, insbesondere maximal, 150-fach höher sein. Beispielsweise kann ein Granulat einen Volumenausdehnungskoeffizienten aufweisen, der im Bereich zwischen 1 ,0*10e-6 1 /K und 30*1 Oe-6 1 /K aufweisen. It is also advantageous if the above-mentioned coefficient of thermal expansion of the support material, in particular the granules and / or the binder, is smaller than a coefficient of thermal expansion of the expansion material. Incidentally, the coefficient of thermal expansion of the expansion material may be 20 to 30 times higher than the thermal expansion coefficient of the support material. However, the thermal expansion coefficient of the expansion material may also, in particular maximum, be 150 times higher. For example, a granulate may have a volume expansion coefficient ranging from 1, 0 * 10e-6 1 / K to 30 * 1 Oe-6 1 / K.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist es, wenn dem Expansionsmaterial ein erster Zusatzstoff zugemischt ist, der bei der Temperaturerhöhung den Expansionsdruck erhöht. Der erste Zusatzstoff kann beispielsweise ein physikalisches und/oder ein chemisches Treibmittel, insbesondere Wasser, umfassen, das sich bei der Temperaturerhöhung ebenfalls ausdehnt. Das physikalische Treibmittel ändert bei der Temperaturerhöhung beispielsweise seinen Aggregatszustand, wobei es beispielsweise verdampfen kann, so dass es den Expansionsdruck erhöht. Ein chemisches Treibmittel wandelt sich chemisch in andere Stoffe um. Beispielsweise bildet sich ein Gas, so dass der Expansionsdruck erhöht wird. A further advantageous development of the invention is when the expansion material, a first additive is added, which increases the expansion pressure in the temperature increase. The first additive may comprise, for example, a physical and / or a chemical blowing agent, in particular water, which also expands when the temperature increases. The physical blowing agent, for example, changes its state of aggregation as the temperature increases, for example, allowing it to evaporate to increase the expansion pressure. A chemical blowing agent chemically transforms into other substances. For example, a gas forms, so that the expansion pressure is increased.
Zusätzlich oder alternativ kann das Expansionsmaterial auch ein zweiter Zusatzstoff zugemischt sein, mittels dem der Beginn der Expansion des Expansionsmaterials in Abhängigkeit der Temperatur und/oder des Drucks steuerbar ist. Der zweite Zusatzstoff kann beispielsweise einen Alkohol umfassen. Additionally or alternatively, the expansion material may be admixed with a second additive, by means of which the beginning of the expansion of the expansion material in dependence on the temperature and / or pressure is controllable. The second additive may include, for example, an alcohol.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn der Formkern auf seiner Außenseite zumindest im Bereich des Expansionsmaterials eine Trennschicht aufweist, die den Formkern nach außen versiegelt und die sich der Expansion des Expansionsmaterials anpasst. Die Trennschicht kann vorteilhafterweise elastisch sein, so dass die Trennschicht mit der Expansion des Expansionsmaterial ausdehnt. Die Trennschicht kann insbesondere ein Elastomer umfassen. Beispielsweise kann das Elastomer eine Silikon- und/oder Kunststoffschicht umfassen. Die Trennschicht versiegelt dabei den Formkern und insbesondere auch das Expansionsmaterial. Der Formkern kann dadurch beispielsweise gelagert werden, wobei die Trennschicht die Expansionsschicht und den Stützkern vor Abnutzung schützt. Die Trennschicht kann auch für die spätere Herstellung des Bauteils, insbesondere des Hinterschnitt- und/oder Hohlbau- teils, vorteilhaft sein. Die Trennschicht sorgt beispielsweise für eine glatte Oberfläche des Formkerns. Likewise, it is advantageous if the mold core has on its outer side, at least in the region of the expansion material, a separating layer which seals the mold core to the outside and which adapts to the expansion of the expansion material. The separating layer may advantageously be elastic, so that the separating layer expands with the expansion of the expansion material. The separating layer may in particular comprise an elastomer. For example, the elastomer may comprise a silicone and / or plastic layer. The separating layer seals the mold core and especially the expansion material. The mold core can thereby be stored, for example, wherein the release layer protects the expansion layer and the support core from wear. The separating layer can also be used for the subsequent production of the component, in particular the undercut and / or hollow construction. partly, be beneficial. The separating layer, for example, ensures a smooth surface of the mold core.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn das Expansionsmaterial matrixmaterialabstoßen, insbesondere harzabstoßend, ist, so dass sich dieses bei der Herstellung des Bauteils nicht mit der Matrix vermischt. Alternatively or additionally, it is advantageous if the expansion material repels matrix material, in particular is resin-repellent, so that it does not mix with the matrix during the production of the component.
Von Vorteil ist es auch, wenn das Bindemittel, das Expansionsmaterial, der erste Zusatzstoff, der zweite Zusatzstoff und/oder die Trennschicht mittels eines Lösungsmittels löslich sind. Hierdurch kann der Formkern nach dem Herstellen des Bauteils, insbesondere des, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, von diesem entfernt bzw. aus diesem ausgespült werden. Das Lösungsmittel kann beispielsweise Wasser und/oder ein Alkohol umfassen. Das Lösungsmittel kann aber auch Säuren und/oder Basen umfassen. Das Lösungsmittel muss dabei natürlich derart gewählt werden, dass es das Bindemittel, das Expansionsmaterial, die Zusatzstoffe und/oder die Trennschicht auflöst. It is also advantageous if the binder, the expansion material, the first additive, the second additive and / or the separating layer are soluble by means of a solvent. As a result, after the production of the component, in particular of the undercut and / or hollow component, which preferably has a structure, the mandrel can be removed therefrom or flushed out of it. The solvent may include, for example, water and / or an alcohol. The solvent may also include acids and / or bases. Of course, the solvent must be chosen such that it dissolves the binder, the expansion material, the additives and / or the release layer.
Ferner ist es von Vorteil, wenn der Formkern einen Hohlraum, der leer ist oder zumindest teilweise mit dem Expansionsmaterial gefüllt ist, aufweist, mittels dem ein Auslösen des Formkerns beschleunigbar ist. Der Hohlraum verringert auf der einen Seite das Gewicht des Formkerns und auf der anderen Seite kann in den Hohlraum eine Ausspülvorrichtung, zum Auslösen des Formkerns eingebracht werden, so dass das Auslösen des Formkerns beschleunigt wird. Der Formkern wird damit von innenheraus über den Hohlraum durch die Ausspülvorrichtung ausgespült bzw. aufgelöst. Furthermore, it is advantageous if the mold core has a cavity which is empty or at least partially filled with the expansion material, by means of which a release of the mold core can be accelerated. The cavity reduces on the one hand the weight of the mold core and on the other hand, in the cavity, a flushing device can be introduced for releasing the mold core, so that the release of the mold core is accelerated. The mandrel is thus flushed from the inside out over the cavity through the Ausspülvorrichtung or dissolved.
Wenn der Hohlraum mit dem Expansionsmaterial gefüllt ist, wird die Menge an in dem Formkern angeordnetem Expansionsmaterial erhöht, so dass das Expansionsvolumen insgesamt erhöht wird. Vorgeschlagen wird ferner ein Herstellungsverfahren für einen Formkern zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils, insbesondere eines, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils. Bei diesem Herstellungsverfahren wird ein Stützkern zumindest in einem Oberflächenbereich mit einem Expansionsmaterial beschichtet. Der Formkern wird gemäß und/oder mit den Merkmalen der vorangegangenen Beschreibung hergestellt, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können. When the cavity is filled with the expansion material, the amount of expansion material disposed in the mandrel is increased, so that the expansion volume is increased overall. Further proposed is a manufacturing method for a mandrel for producing a fiber-reinforced component, in particular a, preferably having a structure, undercut and / or hollow component. In this manufacturing method, a support core is coated with an expansion material at least in a surface area. The mandrel is produced according to and / or with the features of the preceding description, wherein said features may be present individually or in any combination.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist es, wenn der Stützkern mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens, insbesondere mit einem SD- Druckverfahren, hergestellt wird. Dadurch kann der Stützkern besonders kostengünstig und schnell hergestellt werden. An advantageous development of the invention is when the support core is produced by means of a rapid prototyping method, in particular with an SD printing method. As a result, the support core can be produced particularly cost-effectively and quickly.
Vorteilhaft ist es, wenn in dem Rapid-Prototyping-Verfahren neben dem Bindemittel auch das Expansionsmaterial auf und/oder in den Stützkern (2) auf- und/oder eingebracht wird. Hierdurch kann die Geometrie des Stützkerns und dessen Expansionseigenschaften in einem einzigen Verfahrensschritt ausgebildet werden, so dass der Formkern sehr schnell und kostengünstig hergestellt werden kann. Des Weiteren ist dessen Herstellung nicht ortsgebunden. Stattdessen können beispielsweise Geometrie- und/oder Zusammensetzungsdaten des Formkerns, insbesondere virtuell, zu einem Kunden geschickt werden, der den Formkern dann bei sich vor Ort an seiner eigenen Rapid-Prototyping-Vorrichtung, insbesondere einem 3D-Drucker, herstellen kann. It is advantageous if, in addition to the binder, the expansion material is also applied to and / or introduced into the support core (2) in the rapid prototyping method. In this way, the geometry of the support core and its expansion properties can be formed in a single process step, so that the mold core can be produced very quickly and inexpensively. Furthermore, its production is not localized. Instead, for example, geometry and / or composition data of the mold core, in particular virtually, can be sent to a customer, who can then manufacture the mold core on-site at his own rapid prototyping device, in particular a 3D printer.
Alternativ ist es von Vorteil, wenn das Expansionsmaterial auf den Stützkern mittels Eintauchen in ein Bad aus Expansionsmaterial aufgebracht wird. Der Stützkern kann dabei vorzugsweise zumindest so lange in das Bad eingetaucht werden, bis der Stützkern zumindest zu 20 % mit Expansionsmaterial durchtränkt ist. Der Stützkern kann aber auch so lange in das Bad eingetaucht bleiben, bis dieser im Wesentlichen vollständig, beispielsweise 75 % - 100 % seines Volumens, mit dem Expansionsmaterial durchtränkt ist. Alternatively, it is advantageous if the expansion material is applied to the support core by immersion in a bath of expansion material. The support core can preferably be immersed in the bath at least until the support core is at least 20% soaked with expansion material. The support core may also remain so immersed in the bath until it is substantially complete, for example, 75%. 100% of its volume impregnated with expansion material.
Dadurch kann das Expansionsmaterial besonders einfach und schnell aufgebracht werden. Durch das Eintauchen kann das Expansionsmaterial auch besonders gleichmäßig auf den Stützkern aufgebracht werden, so dass das Expansionsmaterial an allen Stellen der Oberfläche gleichmäßig expandiert. As a result, the expansion material can be applied very easily and quickly. By dipping the expansion material can also be applied particularly uniformly on the support core, so that the expansion material uniformly expands at all points of the surface.
Zusätzlich oder alternativ kann das Expansionsmaterial auch auf den Stützkern aufgestrichen und/oder aufgesprüht werden. Dadurch kann das Expansionsmaterial in ausgewählten Ausschnitten der Oberfläche auf den Stützkern aufgebracht werden. Additionally or alternatively, the expansion material may also be brushed onto the support core and / or sprayed on. As a result, the expansion material can be applied to the support core in selected sections of the surface.
Um ein Eindringen des Expansionsmaterials in den Stützkern zu unterstützen bzw. zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn der Stützkern und/oder Expansionsmaterial erwärmt wird, bevor das Expansionsmaterial auf und/oder in den Stützkern auf- und/oder eingebracht wird. Dadurch sinkt die Viskosität des Expansionsmaterials und kann dadurch besser in die Porosität bzw. die Zwischenräume des Stützkerns eindringen. Der Stützkern kann dabei auf eine Temperatur erwärmt werden, die von der Viskosität und/oder von dem To assist penetration of the expansion material into the support core, it is advantageous if the support core and / or expansion material is heated before the expansion material is applied to and / or into the support core. As a result, the viscosity of the expansion material decreases and can thereby better penetrate into the porosity or the interspaces of the support core. The support core can be heated to a temperature which depends on the viscosity and / or of the
Schmelzpunkt des Expansionsmaterials abhängig ist. Melting point of the expansion material is dependent.
Vorgeschlagen wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils, insbesondere eines, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils. Das Bauteil kann demnach insbesondere ein Strukturhohlbauteil und/oder ein Strukturhinterschnittbauteil sein. Bei dem Verfahren werden ein Formkern und eine Matrix mit Verstärkungsfasern in ein Formwerkzeug eingebracht, so dass die Matrix mit den Verstärkungsfasern zwischen dem Formkern und dem Formwerkzeug angeordnet sind. Die Matrix wird mittels einer Temperatur- und/oder Druckerhöhung ausgehärtet, wobei durch die Temperaturerhöhung ein Expansionsmaterial des Formkerns expandiert, so dass das Volumen des Formkerns vergrößert wird und die Verstärkungsfasern an eine Innenseite des Formwerkzeugs gepresst werden. Bei der Herstellung des Bauteils wird ein Formkern gemäß der vo- rangegangenen Beschreibung verwendet, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können. Further proposed is a method for producing a fiber-reinforced component, in particular a, preferably having a structure, undercut and / or hollow component. Accordingly, the component can in particular be a structural hollow component and / or a structural rear-cut component. In the method, a mandrel and a matrix with reinforcing fibers are introduced into a mold, so that the matrix with the reinforcing fibers between the mandrel and the mold are arranged. The matrix is cured by means of a temperature and / or pressure increase, wherein the expansion of temperature expands an expansion material of the mold core, so that the volume of the mold core is increased and the reinforcing fibers are pressed against an inner side of the mold. In the manufacture of the component, a mandrel is used description, wherein said features may be present individually or in any combination.
Vorteilhafterweise kann das Verfahren gemäß nachstehender Beschreibung ausgebildet sein. So kann das Formwerkzeug beispielsweise zwei Formwerkzeughälften aufweisen, die zum Einbringen des Formkerns geöffnet werden und zur Herstellung des Bauteils geschlossen werden. Nach der Herstellung kann das fertige Bauteil wieder durch Öffnen aus dem Formwerkzeug entnommen werden. Das Formwerkzeug weist eine Kavität auf, in der der Formkern angeordnet ist. Zwischen dem Formkern und der Formwerkzeug sind dabei die Verstärkungsfasern sowie die Matrix angeordnet. Des Weiteren weist das Formwerkzeug eine Innenseite auf, gegen die die Verstärkungsfasern, insbesondere durch die Expansion des Expansionsmaterials, gepresst werden, so dass das Bauteil, insbesondere das, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteil, die Form der Innenseite des Formwerkzeugs annimmt. Advantageously, the method may be designed as described below. For example, the molding tool can have two molding tool halves that are opened for insertion of the mold core and closed to produce the component. After production, the finished component can be removed again by opening from the mold. The molding tool has a cavity in which the mold core is arranged. Between the mold core and the mold while the reinforcing fibers and the matrix are arranged. Furthermore, the mold has an inner side, against which the reinforcing fibers, in particular by the expansion of the expansion material, are pressed, so that the component, in particular the, preferably having a structure, undercut and / or hollow member, the shape of the inside of the mold accepts.
Dabei kann zuerst der Formkern lediglich mit den Verstärkungsfasern versehen werden und dann in das Formwerkzeug eingelegt werden. Während des Herstellungsverfahrens und insbesondere bei geschlossenem Formwerkzeug kann die Matrix eingepresst werden. Alternativ können auch die Verstärkungsfasern zuerst in das Formwerkzeug und anschließend der Formkern in die Verstärkungsfasern eingelegt werden. Dabei können die Verstärkungsfasern bereits mit der Matrix versehen sein oder die Matrix kann wieder während dem Herstellungsverfahren in das Formwerkzeug eingepresst werden. Die Verstärkungsfasern können auch bereits mit der Matrix vorimprägniert sein, wobei dieser Verbund auch Prepreg genannt wird. Diese Prepregs werden auf den Formkern aufgelegt, welcher dann in das Formwerkzeug eingelegt wird. Here, first, the mandrel can be provided only with the reinforcing fibers and then inserted into the mold. During the manufacturing process, and in particular when the mold is closed, the matrix can be pressed in. Alternatively, the reinforcing fibers can be inserted first in the mold and then the mold core in the reinforcing fibers. In this case, the reinforcing fibers can already be provided with the matrix or the matrix can be pressed into the mold again during the production process. The reinforcing fibers may also already be preimpregnated with the matrix, this composite also being called a prepreg. These prepregs are placed on the mold core, which is then inserted into the mold.
Für die Herstellung des Bauteils, insbesondere des, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, ist es vorteilhaft, wenn auf den Formkern Verstärkungsfasern aufgelegt werden. Anschließend wird der so präparierte Formkern in ein Formwerkzeug eingelegt. Dabei kann das Formwerkzeug geringfügig größer dimensioniert sein als der Formkern, so dass zwischen Formkern und Formwerkzeug noch ein Spalt ausgebildet sein kann. Dadurch wird das Einlegen des Formkerns in das Formwerkzeug vereinfacht. Das Formwerkzeug weist ferner eine Innenseite auf, die eine Außenkontur des Bauteils, insbesondere des, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, vorgibt. Während des Herstellungsprozesses werden die Verstärkungsfasern gegen die Innenseite des Formwerkzeugs gepresst, so dass diese die Form der Innenseite annehmen. For the production of the component, in particular the, preferably having a structure, undercut and / or hollow component, it is advantageous when reinforcing fibers are placed on the mandrel. Subsequently, the thus prepared mandrel is inserted into a mold. In this case, the mold can be dimensioned slightly larger than the mold core, so that between mold core and mold still a gap may be formed. As a result, the insertion of the mold core is simplified in the mold. The molding tool further has an inner side, which defines an outer contour of the component, in particular of the undercut and / or hollow component, which preferably has a structure. During the manufacturing process, the reinforcing fibers are pressed against the inside of the mold so that they assume the shape of the inside.
Während des Herstellungsprozesses werden die Verstärkungsfasern mit einer flüssigen Matrix beaufschlagt, die während der Herstellung des Bauteils, insbesondere des, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, aushärtet, so dass diese mit den Verstärkungsfasern einen Faserverbund bildet. Alternativ kann die Matrix auch zusammen mit den Verstärkungsfasern auf den Formkern aufgebracht werden. Aus dem Faserverbund ist das Bauteil, insbesondere das Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteil, aufgebaut und bildet die tragende Struktur. Ein Zusammenspiel aus Formkern und Innenseite des Formwerkzeugs bestimmt die Form bzw. das Aussehen des faserverstärkten Bauteils, insbesondere des Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils. During the manufacturing process, the reinforcing fibers are subjected to a liquid matrix which hardens during the production of the component, in particular the undercut and / or hollow component, preferably having a structure, so that it forms a fiber composite with the reinforcing fibers. Alternatively, the matrix may also be applied to the mandrel together with the reinforcing fibers. From the fiber composite, the component, in particular the undercut and / or hollow component, constructed and forms the supporting structure. An interaction of the mold core and the inside of the mold determines the shape or the appearance of the fiber-reinforced component, in particular of the undercut and / or hollow component.
Die Aushärtung der Matrix erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen von 70° C bis 250° C und Drücken von 2 bar bis 150 bar. Nach einem Zeitraum von beispielsweise 15 Sekunden bis 10 Minuten kann das Aushärten abgeschlossen sein. The curing of the matrix is preferably carried out at temperatures of 70 ° C to 250 ° C and pressures of 2 bar to 150 bar. After a period of, for example, 15 seconds to 10 minutes, the curing may be completed.
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn der Formkern vor dem Einlegen in das Formwerkzeug abgekühlt wird. Dadurch ziehen sich der Formkern und ins- besondere das Expansionsmaterial zusammen, so dass der Formkern besonders leicht in das Formwerkzeug eingelegt werden kann. In addition, it is advantageous if the mold core is cooled before insertion into the mold. As a result, the mandrel and, in particular, special the expansion material together, so that the mandrel can be particularly easily inserted into the mold.
Durch die Temperatur- und/oder eine Druckerhöhung wird die Matrix ausgehärtet, so dass das faserverstärkte Bauteil seine Festigkeit erhält. Dabei wird die Temperatur auf beispielsweise 70°C bis 250°C erhöht, so dass die Matrix aushärtet und zusammen mit den Verstärkungsfasern den Faserverbund bildet. Diese Temperatur wird über eine gewisse Zeit gehalten, bis die Aushärtung abgeschlossen ist. By increasing the temperature and / or increasing the pressure, the matrix is cured so that the fiber-reinforced component obtains its strength. The temperature is increased to, for example, 70 ° C to 250 ° C, so that the matrix hardens and forms the fiber composite together with the reinforcing fibers. This temperature is maintained for a period of time until the cure is complete.
Die Temperaturerhöhung führt zu der Expansion des auf der Oberfläche und/oder in den Zwischenräumen des Formkerns vorhandenen Expansionsmaterials. Durch den oben beschriebenen Volumenausdehnungskoeffizienten (im Bereich von 0,5*1 Oe-3 1/K und 1 ,5*1 Oe-3 1/K) steigt dessen Volumen um das Expansionsvolumen. Das Expansionsvolumen ist dabei die Differenz des Volumens bei einer Endtemperatur, beispielsweise 250°C, und der Anfangstemperatur, beispielsweise der Raumtemperatur von 20°C. Das Expansionsmaterial drückt dabei die auf dessen Außenseite angeordneten Verstärkungsfasern nach außen und presst diese gegen die Innenseite des Formwerkzeugs. Die Temperatur wird für einige Zeit, beispielsweise 15 Sekunden bis 10 Minuten, auf beispielsweise 250° C gehalten, so dass die Matrix aushärtet und mit den Verstärkungsfasern den Faserverbund bildet. Nach dem Aushärten kann der in dem Formwerkzeug vorherrschende Druck und/oder die Temperatur langsam, beispielsweise über einen Zeitraum von 30 Sekunden bis 30 Minuten, reduziert werden, um einen Verzug des Faserverbundes zu steuern bzw. um den Verzug gering zu halten. Nach einer Abkühlphase kann das fertige Bauteil aus dem Formwerkzeug entnommen werden. The increase in temperature leads to the expansion of the existing on the surface and / or in the interstices of the mold core expansion material. Due to the volume expansion coefficient described above (in the range of 0.5 * 1 Oe-3 1 / K and 1, 5 * 1 Oe-3 1 / K) its volume increases by the expansion volume. The expansion volume is the difference of the volume at a final temperature, for example 250 ° C, and the initial temperature, for example, the room temperature of 20 ° C. The expansion material pushes the arranged on the outside reinforcing fibers to the outside and presses them against the inside of the mold. The temperature is maintained for some time, for example 15 seconds to 10 minutes, for example, 250 ° C, so that the matrix hardens and forms the fiber composite with the reinforcing fibers. After curing, the pressure and / or the temperature prevailing in the molding tool can be reduced slowly, for example over a period of 30 seconds to 30 minutes, in order to control a distortion of the fiber composite or to minimize the delay. After a cooling phase, the finished component can be removed from the mold.
Die Verstärkungsfasern können verschiedene Fasern umfassen wie beispielsweise Basalt-, Glas-, Keramik-, Aramid-, Kohlestoff- und/oder Nylonfasern umfassen. Als Matrix können beispielsweise verschiedenen Thermoplaste und/oder Duroplaste, wie beispielsweise Epoxidharze oder Kunststoffen, verwendet werden. The reinforcing fibers may comprise various fibers such as basalt, glass, ceramic, aramid, carbon and / or nylon fibers. As a matrix, for example, various thermoplastics and / or thermosets, such as epoxy resins or plastics may be used.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn nach der Herstellung des Bauteils der Formkern mittels eines Lösungsmittels aus dem Bauteil ausgelöst wird. Das Herauslösen des Formkerns kann beispielsweise durch Einspritzen des Lösungsmittels in den Hohlraum ausgeführt werden. Das Lösungsmittel kann ferner eine Säure, eine Base, Wasser und/oder ein Alkohol umfassen. Durch das Herauslösen des Formkerns aus dem Bauteil, insbesondere dem, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, wird das Gewicht des Bauteils verringert, was bei der weiteren Verwendung des Bauteils vorteilhaft ist. Furthermore, it is advantageous if, after the production of the component, the mold core is triggered by means of a solvent from the component. The release of the mold core can be carried out, for example, by injecting the solvent into the cavity. The solvent may further comprise an acid, a base, water and / or an alcohol. By detaching the mandrel from the component, in particular the, preferably having a structure, undercut and / or hollow component, the weight of the component is reduced, which is advantageous in the further use of the component.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen: Further advantages of the invention are described in the following exemplary embodiments. Show it:
Figur 1 eine Schnittansicht eines Formkerns, FIG. 1 shows a sectional view of a mold core,
Figur 2 einen Ausschnitt aus einer Oberfläche des Formkerns mit Granulat, Bindemittel, Expansionsmaterial und Trennschicht und Figure 2 shows a section of a surface of the mandrel with granules, binder, expansion material and release layer and
Figur 3 einen Formkern in einem Formwerkzeug. 3 shows a mold core in a mold.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines Formkerns 1 . Der Formkern 1 umfasst einen Stützkern 2. In einem Oberflächenbereich 4 des Stützkerns 2 ist ein Expansionsmaterial 3 angeordnet. Der Formkern 1 ist zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, vorgesehen, wobei dieser im vorliegenden Ausführungsbeispiel insbesondere für die Herstellung eines rohrförmigen faserverstärkten Strukturhohlbauteils ausgebildet ist. Da der Formkern 1 die Form des Bauteils zumindest im Groben vorgibt, weist der Formkern 1 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine zylindrische Form auf. Das Expansionsmaterial 3 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nur auf der Mantelfläche des Stützkerns 2 aufgebracht, wohingegen die Stirnseiten 5a, 5b nicht mit dem Expansionsmaterial versehen sind. Dadurch wird bei der Herstellung des Strukturhohlbauteils die Rohrform ausgebildet. Alternativ könnte an den Stirnseiten 5a, 5b aber auch ebenso das Expansionsmaterial 3 angeordnet sein. FIG. 1 shows a sectional view of a mold core 1. The mandrel 1 comprises a support core 2. In a surface region 4 of the support core 2, an expansion material 3 is arranged. The mandrel 1 is for producing a component, in particular one, preferably having a structure, undercut and / or hollow component, is provided, which is formed in the present embodiment, in particular for the production of a tubular fiber-reinforced structural hollow component. Since the mandrel 1 determines the shape of the component at least roughly, the mandrel 1 in In the present embodiment, a cylindrical shape. The expansion material 3 is applied according to the present embodiment only on the lateral surface of the support core 2, whereas the end faces 5a, 5b are not provided with the expansion material. As a result, the tubular shape is formed in the production of the structural hollow component. Alternatively, however, the expansion material 3 could also be arranged on the end faces 5a, 5b as well.
Figur 2 zeigt einen Detailausschnitt im Bereich der Oberfläche eines Formkerns 1 , insbesondere des Formkerns 1 gemäß Figur 1 . Der Formkern 1 ist zur Herstellung des faserverstärkten Bauteils, insbesondere des, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils vorgesehen. Der Stützkern 2 ist aus einem Stützmaterial ausgebildet, das ein Granulat und ein Bindemittel 7 umfasst. Das Granulat umfasst eine Vielzahl von Granulatkörnern 6, von denen zur Wahrung der Übersichtlichkeit nur eines mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die einzelnen Granulatkörner 6 sind mittels des Bindemittels 7 miteinander verbunden. Die Granulatkörner 6 können dabei aus einem mineralischen Grundstoff ausgebildet sein. Die Granulatkörner 6 können beispielsweise Sandkörner sein. Die Größe der Granulatkörner 6 kann zwischen 0,05 mm und 1 ,5 mm betragen. Des Weiteren können diese zueinander unterschiedliche Größen aufweisen. Die Granulatkörner 6 sind ferner von dem Bindemittel 7 umschlossen. An den Kontaktstellen 1 1 zwischen den einzelnen Granulatkörnern 6 bilden sich Brücken bzw. Klebestellen aus, so dass die Granulatkörner 6 eine feste Gitterstruktur bilden. FIG. 2 shows a detailed detail in the region of the surface of a mold core 1, in particular of the mold core 1 according to FIG. 1. The mold core 1 is provided for producing the fiber-reinforced component, in particular the, preferably having a structure, undercut and / or hollow component. The support core 2 is formed from a support material comprising a granulate and a binder 7. The granulate comprises a plurality of granules 6, of which only one is provided with a reference numeral for the sake of clarity. The individual granules 6 are connected to each other by means of the binder 7. The granules 6 may be formed from a mineral base material. The granules 6 may be, for example, grains of sand. The size of the granules 6 may be between 0.05 mm and 1.5 mm. Furthermore, these may have different sizes to each other. The granules 6 are further enclosed by the binder 7. At the contact points 1 1 between the individual granules 6, bridges or splices form, so that the granules 6 form a solid lattice structure.
Der Stützkern 2 kann - insbesondere, wenn dieser wie vorliegend aus Granulatkörnern 6 und Bindemittel 7 aufgebaut ist, mittels eines Rapid-Prototyping- Verfahrens, insbesondere eines 3D-Druckverfahrens, hergestellt sein. The support core 2 can - in particular, if this is constructed as in the present case of granules 6 and binder 7, be prepared by means of a rapid prototyping process, in particular a 3D printing process.
Da die Granulatkörner 6 zum einen im Wesentlichen rund sind und zum anderen unterschiedliche Größen aufweisen, sind zwischen den Granulatkör- nern 6 Zwischenräume 8 ausgebildet. Aufgrund der Zwischenräume 8 ist der Stützkern 2 porös ausgebildet. In diese Zwischenräume 8 kann das Expansionsmaterial 3 eindringen, so dass diese als Expansionsmaterialspeicher dienen. Since the granules 6 on the one hand are substantially round and on the other hand have different sizes, between the granules nern 6 spaces 8 formed. Due to the gaps 8, the support core 2 is formed porous. In these spaces 8, the expansion material 3 can penetrate, so that they serve as expansion material storage.
Insbesondere wenn das Expansionsmaterial 3 durch Tränken des Stützkerns 2 in ein Expansionsmaterialbad aufgebracht wird, ist es vorteilhaft, wenn das Expansionsmaterial 3 und/oder der Stützkern 2 vor dem Beschichten, insbesondere Tränken, des Stützkerns 2 erwärmt wird. Der Stützkern 2 kann dabei auf eine Temperatur erwärmt werden, die von der Viskosität und/oder dem Schmelzpunkt des Expansionsmaterials 3 abhängt. Dadurch sinkt die Viskosität des Expansionsmaterials 3 und es kann schneller und/oder tiefer in den Stützkern 2 eindringen. Das Expansionsmaterial 3 kann, wie vorstehend erwähnt, beispielsweise durch Eintauchen des Stützkerns 2 in ein Bad aus Expansionsmaterial 3 aufgebracht werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Expansionsmaterial 3 auch auf den Stützkern 2 aufgestrichen und/oder aufgesprüht werden. In particular, when the expansion material 3 is applied by impregnating the support core 2 in an expansion material bath, it is advantageous if the expansion material 3 and / or the support core 2 is heated prior to coating, in particular impregnation, of the support core 2. The support core 2 can be heated to a temperature that depends on the viscosity and / or the melting point of the expansion material 3. As a result, the viscosity of the expansion material 3 decreases and it can penetrate into the support core 2 faster and / or deeper. The expansion material 3 can, as mentioned above, for example, be applied by immersing the support core 2 in a bath of expansion material 3. Additionally or alternatively, the expansion material 3 can also be painted on the support core 2 and / or sprayed.
Eine sehr schnelle, unkomplizierte und flexible Methode ist es jedoch, wenn zusätzlich auch das Expansionsmaterial 3 in dem Rapid-Prototyping- Verfahren auf und/oder in den Stützkern 2 auf- und/oder eingebracht wird. Demnach wird der Stützkern 2 im Rapid-Prototyping-Verfahren nicht nur aus dem Granulat, insbesondere den Granulatkörnern 6, und dem Bindemittel 7 aufgebaut, sondern zusätzlich auch noch aus dem Expansionsmaterial 3. Im Rapid-Prototyping-Verfahren wird somit zumindest in einem Teil der Zwischenräume 8 und/oder des Oberflächenbereichs 4 Expansionsmaterial 3 eingebracht. Hierdurch kann die Geometrie des Stützkerns 2 und dessen Expansionseigenschaften in einem einzigen Verfahrensschritt ausgebildet werden, so dass der Formkern 1 sehr schnell und kostengünstig hergestellt werden kann. Des Weiteren ist dessen Herstellung nicht ortsgebunden. However, it is a very fast, uncomplicated and flexible method if, in addition, the expansion material 3 in the rapid prototyping method is applied to and / or into the support core 2. Accordingly, the support core 2 in the rapid prototyping method not only from the granules, in particular the granules 6, and the binder 7 is constructed, but in addition also from the expansion material 3. In rapid prototyping method is thus at least in part of the Gaps 8 and / or the surface area 4 expansion material 3 introduced. In this way, the geometry of the support core 2 and its expansion properties can be formed in a single process step, so that the mandrel 1 can be produced very quickly and inexpensively. Furthermore, its production is not localized.
Stattdessen können beispielsweise Geometrie- und/oder Zusammensetzungsdaten des Formkerns 1 , insbesondere virtuell, zu einem Kunden ge- schickt werden, der den Formkern 1 dann bei sich vor Ort an seiner eigenen Rapid-Prototyping-Vorrichtung, insbesondere einem 3D-Drucker, herstellen kann. Instead, for example, geometry and / or composition data of the mold core 1, in particular virtually, can be provided to a customer. be sent, who can then make the mold core 1 on site at his own rapid prototyping device, in particular a 3D printer.
Der Stützkern 2 ist gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel an seiner Außenfläche bzw. im Oberflächenbereich 4 mit dem Expansionsmaterial 3 versehen. Zusätzlich erstreckt sich gemäß Figur 2 das Expansionsmaterial 3 von dem Oberflächenbereich 4 des Stützkerns 2 ausgehend zumindest teilweise in das Innere des Stützkerns 2 hinein. Dis kann im Rahmen des Rapid- Prototyping-Verfahrens oder aber auch durch die Kapillarwirkung erfolgt sein. Der Stützkern 2 kann vollständig von dem Expansionsmaterial 3 umschlossen sein. Des Weiteren kann der Stützkern 2 nur in seinem Randbereich, d.h. im Oberflächenbereich 4 und zumindest teilweise in seinem daran angrenzenden Inneren, mit dem Expansionsmaterial 3 versehen sein. Alternativ kann der Stützkern 2 vollständig mit dem Expansionsmaterial 3 durchzogen sein. In diesem Fall weist der Stützkern 2 über seinen gesamten Querschnitt hinweg das Expansionsmaterial 3 auf. Der gesamte Stützkern 2 ist somit ganzvolumig aus einer die Granulatkörner 6, das Bindemittel 7 und das Expansionsmaterial 3 umfassenden Materialeinheit ausgebildet. The support core 2 is provided according to a first embodiment on its outer surface or in the surface region 4 with the expansion material 3. In addition, according to FIG. 2, the expansion material 3 extends at least partially into the interior of the support core 2, starting from the surface region 4 of the support core 2. Dis can be done as part of the rapid prototyping process or else by capillary action. The support core 2 may be completely enclosed by the expansion material 3. Furthermore, the support core 2 can only be in its edge area, i. in the surface region 4 and at least partially in its interior adjacent thereto, be provided with the expansion material 3. Alternatively, the support core 2 may be completely penetrated with the expansion material 3. In this case, the support core 2 has the expansion material 3 over its entire cross-section. The entire support core 2 is thus formed in full volume from a granule 6, the binder 7 and the expansion material 3 comprising material unit.
Gemäß Figur 2 weist der Stützkern 2 den Oberflächenbereich 4, insbesondere die Mantelfläche, auf, der durch den Aufbau des Stützkerns 2 mit seinen Granulatkörnern 6 keine geradlinige Trennung darstellt. Der Oberflächenbereich 4, insbesondere die Mantelfläche, schließt jedoch den Stützkern 2 nach außen hin ab. Im Oberflächenbereich 4 ist die Beschichtung des Formkerns 1 bzw. das Expansionsmaterial 3 angeordnet. According to Figure 2, the support core 2, the surface area 4, in particular the lateral surface, which is not a linear separation by the structure of the support core 2 with its granules 6. However, the surface region 4, in particular the lateral surface, closes off the support core 2 to the outside. In the surface region 4, the coating of the mold core 1 or the expansion material 3 is arranged.
Das Expansionsmaterial 3 kann auch vorteilhafterweise, wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, in einer Oberflächenschicht 10 über der Mantelfläche bzw. auf den Stützkern 2 angeordnet sein. Dadurch können beispielsweise Unebenheiten in dem Oberflächenbereich 4, insbesondere der Mantelfläche, (bedingt durch die Form der Granulatkörner 6) ausgeglichen werden. Die Oberflächenschicht 10 kann eine Dicke im Bereich von 0,5 mm und 10 mm aufweisen. The expansion material 3 may also advantageously, as shown in this embodiment, be arranged in a surface layer 10 over the lateral surface or on the support core 2. As a result, for example, unevennesses in the surface region 4, in particular the lateral surface (due to the shape of the granules 6) can be compensated. The surface layer 10 may have a thickness in the range of 0.5 mm and 10 mm.
Auf dem Expansionsmaterial 3 kann, wie in Figur 2 dargestellt, eine Trennschicht 9 angeordnet sein, die den Formkern 1 nach außen hin abschließt. Die Trennschicht 9 kann ein Elastomer umfassen und/oder beispielsweise als Silikon- und/oder Kunststoffschicht ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann die Trennschicht 9 elastisch sein, so dass diese sich bei einer Expansion des Expansionsmaterials 3 entsprechend ausdehnt. Die Trennschicht 9 und das Expansionsmaterial 3 weisen zueinander unterschiedliche Materialzusammensetzungen auf. Die Trennschicht 9 kann aufgesprüht, aufgestrichen oder durch Eintauchen in ein Bad aus dem entsprechenden Material aufgebracht werden. Die Trennschicht 9 dient dazu, den Formkern 1 vor Beschädigung zu schützen. Mit der Trennschicht 9 kann der Formkern 1 auch über eine längere Zeit gelagert werden. Des Weiteren verhindert die Trennschicht 9, dass bei der Herstellung des Bauteils, insbesondere des, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, das Expansionsmaterial 3 zwischen die Fasern, insbesondere Karbonfasern, und/oder die Matrix des Faserverbundmaterials des herzustellenden Bauteils gedrückt wird. Die Trennschicht 9 gewährleistet demnach eine zuverlässige Trennung zwischen Formkern 1 und außen angeordnetem Faserverbundmaterial. Zusätzlich oder alternativ ist das Expansionsmaterial 3 matrixmaterial- abweisend, insbesondere harzabweisend. Hierdurch kann eine Trennung zwischen Matrix und Expansionsmaterial 3 sichergestellt werden. On the expansion material 3, as shown in Figure 2, a release layer 9 may be arranged, which closes the mold core 1 to the outside. The separating layer 9 may comprise an elastomer and / or be formed, for example, as a silicone and / or plastic layer. Advantageously, the separating layer 9 can be elastic, so that it expands correspondingly upon expansion of the expansion material 3. The separation layer 9 and the expansion material 3 have mutually different material compositions. The release layer 9 can be sprayed, brushed or applied by immersion in a bath of the appropriate material. The separating layer 9 serves to protect the mandrel 1 from damage. With the release layer 9, the mandrel 1 can be stored for a long time. Furthermore, the separating layer 9 prevents the expansion material 3 from being pressed between the fibers, in particular carbon fibers, and / or the matrix of the fiber composite material of the component to be produced during the production of the component, in particular the undercut and / or hollow component which preferably has a structure becomes. The separating layer 9 thus ensures a reliable separation between the mold core 1 and externally arranged fiber composite material. Additionally or alternatively, the expansion material 3 is matrix material-repellent, in particular resin-repellent. As a result, a separation between matrix and expansion material 3 can be ensured.
Figur 3 zeigt einen Formkern 1 und ein Formwerkzeug 12. Der Formkern 1 weist den bereits beschriebenen Stützkern 2 und das Expansionsmaterial 3 auf. Das Expansionsmaterial 3 ist abbildungsgemäß nur auf der Außenseite des Stützkerns 2 angeordnet. Das Expansionsmaterial 3 kann jedoch auch, wie in Figur 2 gezeigt, zumindest teilweise in der Porosität des Stützkerns 2 angeordnet sein. Auf dem Expansionsmaterial 3 kann eine hier nicht gezeigte Trennschicht 9 (vgl. Figur 2) aufgebracht sein. Auf dem Expansionsmate- rial 3 bzw. der Trennschicht 9 sind Verstärkungsfasern 13 angeordnet. Mit diesen kann der Formkern 1 vor dem Einlegen in das Formwerkzeug 12 umwickelt werden. Die Verstärkungsfasern 13 bilden mit einer hier nicht gezeigten Matrix einen Faserverbund aus, so dass ein Bauteil, insbesondere ein, vorzugsweise eine Struktur aufweisendes, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteil, ausgebildet wird. FIG. 3 shows a mold core 1 and a mold 12. The mold core 1 has the already described support core 2 and the expansion material 3. The expansion material 3 is arranged according to illustration only on the outside of the support core 2. However, the expansion material 3 can also, as shown in FIG. 2, be arranged at least partially in the porosity of the support core 2. A separating layer 9 (cf., FIG. 2), not shown here, can be applied to the expansion material 3. On the expansion ma- Rial 3 and the separating layer 9 are arranged reinforcing fibers 13. With these, the mandrel 1 can be wrapped before insertion into the mold 12. The reinforcing fibers 13 form a fiber composite with a matrix, not shown here, so that a component, in particular an undercut and / or hollow component, preferably having a structure, is formed.
Der Formkern 1 ist des Weiteren in dem Formwerkzeug 12 angeordnet, welches beispielsweise zwei Hälften umfassen, so dass das Formwerkzeug 12 einfach geöffnet und geschlossen werden kann. Das Formwerkzeug 12 weist ferner eine Kavität 18 auf, in der der Formkern 1 angeordnet ist. Der Formkern 1 weist weiterhin eine geringere Größe als die Kavität 18 auf, so dass zwischen einer Innenseite 19 des Formwerkzeugs 12 und dem Formkern 1 ein Spalt 14 ausgebildet ist. Dadurch kann der Formkern 1 besonders einfach in das Formwerkzeug 12 eingebracht werden. Des Weiteren wird hierdurch beim Schließen des Formwerkzeuges 12 ein Verquetschen der Verstärkungsfasern 13 zwischen den beiden Hälften des Formwerkzeuges 12 vermieden. The mold core 1 is further arranged in the mold 12, which for example comprise two halves, so that the mold 12 can be easily opened and closed. The molding tool 12 also has a cavity 18, in which the mold core 1 is arranged. The mold core 1 also has a smaller size than the cavity 18, so that a gap 14 is formed between an inner side 19 of the mold 12 and the mold core 1. As a result, the mold core 1 can be introduced into the mold 12 particularly easily. Furthermore, a squeezing of the reinforcing fibers 13 between the two halves of the molding tool 12 is thereby avoided when closing the mold 12.
Die Verstärkungsfasern 13 können beispielsweise auf den Formkern 1 aufgelegt werden, bevor dieser in das Formwerkzeug 12 eingelegt wird. Ebenso können vor dem Einlegen auch sogenannte Prepregs auf den Formkern 1 aufgelegt werden. Prepregs sind Verstärkungsfasern 13 die bereits mit einer Matrix vorimprägniert sind. The reinforcing fibers 13 may, for example, be placed on the mandrel 1 before it is inserted into the mold 12. Likewise, so-called prepregs can be placed on the mandrel 1 before inserting. Prepregs are reinforcing fibers 13 which are already preimpregnated with a matrix.
Alternativ könnte die Verstärkungsfasern 13 auch zuerst in das Formwerkzeug 12 eingelegt werden, woraufhin erst danach der Formkern 1 in das Formwerkzeug 12 bzw. in die Verstärkungsfasern 13 eingelegt wird. Alternatively, the reinforcing fibers 13 could also first be inserted into the mold 12, after which the mold core 1 is inserted into the mold 12 or into the reinforcing fibers 13 only thereafter.
Die Matrix kann dann bei einem geschlossenen Formwerkzeug 12 und wenn die Verstärkungsfasern 13 um den Formkern 1 darin angeordnet sind einge- presst werden. Die Matrix wird dann vorteilhafterweise an hier nicht gezeigte Positionen in das Formwerkzeug 12 eingepresst, so dass die Matrix direkt zwischen Formkern 1 und Formwerkzeug 12 in den Spalt 14 (wo die Verstärkungsfasern 13 angeordnet sind) gelangt. The matrix can then be pressed in with a closed mold 12 and when the reinforcing fibers 13 are arranged around the mold core 1 therein. The matrix is then advantageously not shown here Positions pressed into the mold 12 so that the matrix passes directly between mold core 1 and mold 12 in the gap 14 (where the reinforcing fibers 13 are arranged) passes.
Um den Herstellungsprozess des Bauteils, insbesondere des, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, zu beginnen, wird eine Temperaturerhöhung, von beispielsweise 20°C auf 250°C, des Formkerns 1 und/oder des Formwerkzeugs 12 durchgeführt, wobei das Expansionsmaterial 3 expandiert und auf die Verstärkungsfasern 13 einen Expansionsdruck 15 ausübt. Dabei drückt das Expansionsmaterial 3 die Verstärkungsfasern 13 nach außen vom Formkern 1 weg. Wenn das Expansionsmaterial 3 soweit expandiert ist, bis der Spalt 14 überwunden ist, werden die Verstärkungsfasern 13 gegen die Innenseite 19 des Formwerkzeugs 12 gepresst. Mittels der Temperatur- und/oder einer Druckerhöhung härtet ferner die Matrix aus und verbindet sich mit den Verstärkungsfasern 13 zu dem Faserverbund, welcher das Bauteil, insbesondere das, vorzugsweise eine Struktur aufweisende, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteil, bildet. Nach einer Aushärtezeit und/oder einer Abkühlzeit, beispielsweise zwischen 15 Sekunden und 10 Minuten, kann das Formwerkzeug 12 geöffnet werden (indem beispielsweise die beiden Hälften auseinander gezogen werden), und das Bauteils kann entnommen werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Abkühlzeit derart gewählt wird, dass ein Verzug des sich abkühlenden Bauteils verringert ist. Beispielsweise wird das Bauteil langsam abgekühlt, so dass Spannung und somit ein Verzug des Bauteils verringert wird. Der Verzug kann auch dadurch verringert werden, wenn der in dem Formwerkzeug herrschender Druck langsam reduziert wird. In order to start the production process of the component, in particular of the undercut and / or hollow component, preferably having a structure, an increase in temperature, for example from 20 ° C. to 250 ° C., of the mold core 1 and / or of the mold 12 is carried out the expansion material 3 expands and exerts an expansion pressure 15 on the reinforcing fibers 13. In this case, the expansion material 3 pushes the reinforcing fibers 13 outwardly away from the mandrel 1. When the expansion material 3 is expanded so far until the gap 14 is overcome, the reinforcing fibers 13 are pressed against the inner side 19 of the mold 12. By means of the temperature increase and / or a pressure increase, the matrix furthermore hardens and combines with the reinforcing fibers 13 to form the fiber composite, which forms the component, in particular the undercut and / or hollow component, preferably having a structure. After a curing time and / or a cooling time, for example between 15 seconds and 10 minutes, the mold 12 may be opened (by, for example, pulling the two halves apart) and the component may be removed. It is advantageous if the cooling time is selected such that a delay of the cooling component is reduced. For example, the component is slowly cooled, so that stress and thus a distortion of the component is reduced. The delay can also be reduced if the pressure prevailing in the mold is slowly reduced.
Da in dem Bauteil, insbesondere dem, vorzugsweise eine Struktur aufweisenden, Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteil, noch der Formkern 1 angeordnet ist, ist das Gewicht des Bauteilserhöht. Um den Formkern 1 bzw. das den Stützkern 2 aufbauende Stützmaterial, insbesondere das Granulat, das Bindemittel, die während des Herstellungsprozesses zugefügten Zusatzstoffe, das Expansionsmaterial 3 und/oder die Trennschicht aus dem Bauteil auszuspülen, kann eine Ausspülvorrichtung durch eine Öffnung 17 des Formkerns 1 in einen Hohlraum 1 6 des Formkerns 1 eingeführt werden. Mittels der Ausspülvorrichtung kann dann der Formkern 1 in seine Bestandteile gelöst und ausgespült werden. Since in the component, in particular the, preferably having a structure, undercut and / or hollow component, nor the mold core 1 is arranged, the weight of the component is increased. To the mandrel 1 and the supporting material 2, the supporting material, in particular the granules, the binder, the added during the manufacturing process additives, To rinse the expansion material 3 and / or the release layer from the component, a flushing device can be inserted through an opening 17 of the mandrel 1 in a cavity 1 6 of the mandrel 1. By means of the flushing device, the mold core 1 can then be dissolved in its components and rinsed out.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind. The present invention is not limited to the illustrated and described embodiments. Variations within the scope of the claims are also possible as a combination of features, even if they are shown and described in different embodiments.
Bezuqszeichenliste LIST OF REFERENCES
Formkern mold core
Stützkern  supporting core
Expansionsmaterial  expansion material
Oberflächenbereich  surface area
Stirnseite  front
Granulatkorn  granule
Bindemittel  binder
Zwischenraum  gap
Trennschicht  Interface
Oberflächenschicht  surface layer
Kontaktstelle  contact point
Formwerkzeug  mold
Verstärkungsfasern  reinforcing fibers
Spalt  gap
Expansionsdruck  expansion pressure
Hohlraum  cavity
Öffnung  opening
Kavität  cavity
Innenseite  inside

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e P a n t a n s p r e c h e
1 . Formkern zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils, insbesondere eines Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, mit einem Stützkern (2), der eine Grundform des Formkerns (1 ) vorgibt, und mit einer in zumindest einem Oberflächenbereich (4) des Stützkerns (2) angeordneten Beschichtung, die ein Expansionsmaterial (3) umfasst, das bei einer Temperaturerhöhung expandiert, so dass bei der Herstellung des Bauteils Verstärkungsfasern (13) an eine Innenseite (19) eines Formwerkzeugs (12) pressbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Expansionsmaterial (3) von dem Oberflächenbereich (4) des Stützkerns (2) ausgehend zumindest teilweise in sein Inneres hineinerstreckt. 1 . Mold core for producing a fiber-reinforced component, in particular an undercut and / or hollow component, with a support core (2), which defines a basic shape of the mold core (1), and with a in at least one surface region (4) of the support core (2) arranged coating comprising expansion material (3) which expands upon an increase in temperature so that reinforcing fibers (13) can be pressed against an inside (19) of a molding tool (12) during production of the component, characterized in that the expansion material (3) starting from the surface region (4) of the support core (2) extends at least partially into its interior.
2. Formkern nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkern (2) aus einem, insbesondere porösem und/oder mit Zwischenräumen (8) ausgebildeten, Stützmaterial ausgebildet ist, das ein Bindemittel (7) und/oder ein Granulat (6) umfasst und dass das Expansionsmaterial (3) zumindest in einem Teil der Zwischenräume (8) angeordnet ist. 2. Form core according to the preceding claim, characterized in that the support core (2) is formed from a, in particular porous and / or with intermediate spaces (8) formed, supporting material, a binder (7) and / or granules (6) comprises and that the expansion material (3) is arranged at least in a part of the intermediate spaces (8).
3. Formkern nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, 3. mold core according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkern (2) vollständig von dem Expansionsmaterial (3) umschlossen ist und/oder vollständig mit dem Expansionsmaterial (3) durchzogen ist, so dass der gesamte Stützkern (2) ganzvolumig aus einer das Granulat (6), das Bindemittel (7) und das Expansionsmaterial (3) umfassenden Materialeinheit aus ausgebildet ist.  characterized in that the support core (2) is completely enclosed by the expansion material (3) and / or completely with the expansion material (3), so that the entire support core (2) from a volume of the granules (6), the binder (7) and the expansion material (3) comprising material unit is formed from.
4. Formkern nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, 4. mold core according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkern (2) in einem Rapid- Prototyping-Verfahren, insbesondere in einem 3D-Duckverfahren, hergestellt ist und/oder dass in dem Rapid-Prototyping-Verfahren neben dem Bindemittel (7) auch das Expansionsmaterial (3) auf und/oder in den Stützkern (2) eingebracht ist. characterized in that the support core (2) in a rapid Prototyping method, in particular in a 3D-Duckverfahren, is manufactured and / or that in the rapid prototyping method in addition to the binder (7) and the expansion material (3) is placed on and / or in the support core (2).
Formkern nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsmaterial (3) ein Wachs, ein Silikon, ein Kunststoff, vorzugsweise ein Elastomer, ein Fett, eine niedrigschmelzende Legierung, Zucker und/oder Salz umfasst. Mold core according to one or more of the preceding claims, characterized in that the expansion material (3) comprises a wax, a silicone, a plastic, preferably an elastomer, a fat, a low-melting alloy, sugar and / or salt.
Formkern nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Stützmaterials kleiner als ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Expansionsmaterials (3) ist, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Expansionsmaterials (3) vorzugsweise 20- bis 30-fach, insbesondere maximal 150-fach, höher ist. Mold core according to one or more of the preceding claims, characterized in that a thermal expansion coefficient of the support material is smaller than a thermal expansion coefficient of the expansion material (3), wherein the coefficient of thermal expansion of the expansion material (3) is preferably 20 to 30 times, in particular a maximum of 150 times, is higher.
7. Formkern nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, 7. mold core according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass dem Expansionsmaterial (3) ein erster Zusatzstoff, vorzugsweise ein physikalisches und/oder chemisches Treibmittel, zugemischt ist, der bei der Temperaturerhöhung den Expansionsdruck (15) erhöht.  characterized in that the expansion material (3) is admixed with a first additive, preferably a physical and / or chemical blowing agent, which increases the expansion pressure (15) during the temperature increase.
8. Formkern nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, 8. mold core according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsmaterial (3) matrixma- terialabstoßend, insbesondere harzabstoßend, ist und/oder  characterized in that the expansion material (3) is matrix material repellent, in particular resin repellent, and / or
dass der Formkern (1 ) auf seiner Außenseite zumindest im Bereich des Expansionsmaterials (3) eine, insbesondere elastische, Trennschicht (9), insbesondere ein Elastomer, vorzugsweise eine Silikon- und/oder eine Kunststoffschicht, aufweist, die den Formkern (1 ) nach außen versiegelt und die sich der Expansion des Expansionsmaterials (3) anpasst. that the mold core (1) on its outer side, at least in the region of the expansion material (3), an, in particular elastic, release layer (9), in particular an elastomer, preferably a silicone and / or a plastic layer, according to the mandrel (1) sealed outside and the expansion of the expansion material (3) adapts.
9. Formkern nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (7), das Expansionsmaterial (3), der erste Zusatzstoff und/oder die Trennschicht (9) mittels eines Lösungsmittels, insbesondere Säuren, Basen, Wasser und/oder Alkohol, löslich sind. 9. mandrel according to one or more of the preceding claims, characterized in that the binder (7), the expansion material (3), the first additive and / or the separating layer (9) by means of a solvent, in particular acids, bases, water and / or alcohol, are soluble.
10. Formkern nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (1 ) einen leeren oder zumindest teilweise mit dem Expansionsmaterial (3) gefüllten Hohlraum (1 6) aufweist. 10. mandrel according to one or more of the preceding claims, characterized in that the mandrel (1) has an empty or at least partially filled with the expansion material (3) cavity (1 6).
1 1 . Herstellungsverfahren für einen Formkern zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils, insbesondere eines Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, bei welchem ein Stützkern (2) zumindest in einem Oberflächenbereich (4) mit einem Expansionsmaterial (3) beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet dass der Formkern (1 ) gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche ausgebildet wird. 1 1. Manufacturing method for a mold core for producing a fiber-reinforced component, in particular an undercut and / or hollow component, in which a support core (2) is coated with an expansion material (3) at least in a surface region (4), characterized in that the mold core (1) is formed according to one or more of the preceding claims.
12. Herstellungsverfahren für einen Formkern nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkern (2) in einem Ra- pid-Prototyping-Verfahren, insbesondere in einem 3 D- Duckverfahren, hergestellt wird. 12. A manufacturing method for a mandrel according to the preceding claim, characterized in that the support core (2) is produced in a rapid prototyping method, in particular in a 3 D-ducking method.
13. Herstellungsverfahren für einen Formkern nach einem oder mehreren der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rapid- Prototyping-Verfahren neben dem Bindemittel (7) auch das Expansionsmaterial (3) auf und in den Stützkern (2) eingebracht wird oder dass das Expansionsmaterial (3) auf und in den Stützkern (2) mittels Eintauchens in ein Bad aus Expansionsmaterial (3) eingebracht wird, wobei der Stützkern (2) vorzugsweise zumindest so lange in das Bad eingetaucht wird, bis zumindest 20% des Stützkerns (2), insbesondere dieser im Wesentlichen vollständig, mit Expansionsmaterial (3) durchtränkt ist. 13. A manufacturing method for a mandrel according to one or more of claims, characterized in that in the rapid prototyping method in addition to the binder (7) and the expansion material (3) on and in the support core (2) is introduced or that the expansion material (3) is introduced onto and into the support core (2) by immersion in a bath of expansion material (3), the support core (2) preferably being immersed in the bath at least 20% of the support core (2), especially this is substantially completely impregnated with expansion material (3).
14. Herstellungsverfahren für einen Formkern nach einem oder mehreren der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass bevor das Expansionsmaterial (3) auf und in den Stützkern (2) eingebracht wird, der Stützkern (2) und/oder das Expansionsmaterial (3) erwärmt wird, wobei der Stützkern (2) vorzugsweise auf eine von der Viskosität und/oder vom Schmelzpunkt des Expansionsmaterials (3) abhängige Temperatur erwärmt wird. 14. A manufacturing method for a mandrel according to one or more of claims, characterized in that before the expansion material (3) is placed on and in the support core (2), the support core (2) and / or the expansion material (3) is heated, wherein the support core (2) is preferably heated to a temperature dependent on the viscosity and / or the melting point of the expansion material (3).
15. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils, insbesondere eines Hinterschnitt- und/oder Hohlbauteils, bei welchem ein Formkern (1 ) und eine Matrix mit Verstärkungsfasern (13) in ein Formwerkzeug (12) eingebracht werden, so dass die Matrix mit den Verstärkungsfasern (13) zwischen dem Formkern (1 ) und dem Formwerkzeug (12) angeordnet sind, und dass die Matrix mittels einer Temperatur- und/oder Druckerhöhung ausgehärtet wird, wobei durch die Temperaturerhöhung ein Expansionsmaterial (3) des Formkerns (1 ) expandiert, so dass das Volumen des Formkerns (1 ) vergrößert wird und die Verstärkungsfasern (13) an eine Innenseite (19) des Formwerkzeugs (12) gepresst werden, dadurch gekennzeichnet dass ein Formkern gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche verwendet wird. 15. A method for producing a fiber-reinforced component, in particular an undercut and / or hollow component, in which a mold core (1) and a matrix with reinforcing fibers (13) are introduced into a mold (12), so that the matrix with the reinforcing fibers ( 13) between the mold core (1) and the mold (12) are arranged, and that the matrix is cured by means of a temperature and / or pressure increase, wherein the expansion of temperature expands an expansion material (3) of the mold core (1), so that the volume of the mandrel (1) is increased and the reinforcing fibers (13) are pressed against an inside (19) of the forming tool (12), characterized in that a mandrel according to one or more of the preceding claims is used.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108673915A (en) * 2018-05-18 2018-10-19 航天特种材料及工艺技术研究所 Gas expansion molding die
CN108773090A (en) * 2018-05-18 2018-11-09 航天特种材料及工艺技术研究所 Gas expansion forming method
EP3785874A1 (en) 2019-08-30 2021-03-03 Ktm Ag Method for manufacturing a tank
CN113696499A (en) * 2021-08-26 2021-11-26 航天特种材料及工艺技术研究所 Preparation method of assembled anti-deformation lightweight carbon fiber composite material frame

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017009521A1 (en) * 2017-10-11 2019-04-11 Eissmann Cotesa Gmbh A method for producing a hollow fiber composite component, mold core for forming a hollow fiber composite component and hollow fiber composite component
DE102017131201A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-27 Airbus Operations Gmbh Tool for use in consolidating a fiber reinforced component

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB842815A (en) * 1957-11-08 1960-07-27 Goodyear Aircraft Corp Method of making laminated hollow shapes
US4292101A (en) * 1979-03-05 1981-09-29 Reichert James B Method of fabricating composite members
FR2760398A1 (en) * 1997-03-06 1998-09-11 Snecma METHOD FOR PRODUCING PRECISION HOLLOW PIECES OF COMPOSITE MATERIAL
WO2008003733A1 (en) * 2006-07-06 2008-01-10 Airbus Deutschland Gmbh Method and moulding core for producing a fibre composite component for aviation and spaceflight and fibre composite component obtained thereby
US20090026659A1 (en) * 2007-07-25 2009-01-29 United Technologies Corporation Hybrid Mandrels
WO2010069084A1 (en) * 2008-12-16 2010-06-24 Ruag Aerospace Ag Method for producing a dimensionally stable hollow body of composite material
WO2014099841A1 (en) * 2012-12-17 2014-06-26 General Electric Company Expandable mandrel and method of making hollow composite structures
DE102013106876A1 (en) 2013-07-01 2015-01-08 C.F. Maier GmbH & Co. KG Mold core and method for producing fiber-reinforced structural hollow components

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2760399B1 (en) * 1997-03-06 1999-05-07 Hispano Suiza Sa PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF HOLLOW PARTS OF COMPOSITE MATERIAL
DE102004009744B4 (en) * 2004-02-25 2009-06-18 Eurocopter Deutschland Gmbh Process for producing a mold core

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB842815A (en) * 1957-11-08 1960-07-27 Goodyear Aircraft Corp Method of making laminated hollow shapes
US4292101A (en) * 1979-03-05 1981-09-29 Reichert James B Method of fabricating composite members
FR2760398A1 (en) * 1997-03-06 1998-09-11 Snecma METHOD FOR PRODUCING PRECISION HOLLOW PIECES OF COMPOSITE MATERIAL
WO2008003733A1 (en) * 2006-07-06 2008-01-10 Airbus Deutschland Gmbh Method and moulding core for producing a fibre composite component for aviation and spaceflight and fibre composite component obtained thereby
US20090026659A1 (en) * 2007-07-25 2009-01-29 United Technologies Corporation Hybrid Mandrels
WO2010069084A1 (en) * 2008-12-16 2010-06-24 Ruag Aerospace Ag Method for producing a dimensionally stable hollow body of composite material
WO2014099841A1 (en) * 2012-12-17 2014-06-26 General Electric Company Expandable mandrel and method of making hollow composite structures
DE102013106876A1 (en) 2013-07-01 2015-01-08 C.F. Maier GmbH & Co. KG Mold core and method for producing fiber-reinforced structural hollow components

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108673915A (en) * 2018-05-18 2018-10-19 航天特种材料及工艺技术研究所 Gas expansion molding die
CN108773090A (en) * 2018-05-18 2018-11-09 航天特种材料及工艺技术研究所 Gas expansion forming method
EP3785874A1 (en) 2019-08-30 2021-03-03 Ktm Ag Method for manufacturing a tank
CN113696499A (en) * 2021-08-26 2021-11-26 航天特种材料及工艺技术研究所 Preparation method of assembled anti-deformation lightweight carbon fiber composite material frame
CN113696499B (en) * 2021-08-26 2023-09-15 航天特种材料及工艺技术研究所 Preparation method of assembled deformation-preventing light-weight carbon fiber composite material frame

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DE102016103977A1 (en) 2017-09-07

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