WO2019101396A1 - Verfahren zur herstellung eines faserverbundbauteils und faserverbundbauteil - Google Patents

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Wolfgang Gruber
Werner Schmidt
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • B29L2031/3005—Body finishings

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a fiber composite component, in particular a carbon component, for a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to a fiber composite component, in particular a carbon component, for a motor vehicle.
  • a measure for weight reduction of a motor vehicle is the use of alternative materials, such as e.g. Fiber-reinforced plastics, in particular fiber composite components. Fiber composite components have particularly advantageous mechanical properties relative to their own weight and are increasingly replacing sheet metal components of motor vehicles, such as e.g. Body panels, panels, instrument panels or the like.
  • Fiber composite components have the disadvantage that they are very expensive to produce and thus relatively expensive. Particularly complex and costly is the production of fiber composite components to which increased optical requirements are made conditions, ie in particular fiber composite components, which are arranged clearly visible from the outside on the motor vehicle.
  • fiber composite components are many different methods be known, such as prepreg autoclave or RTM process.
  • a "prepreg” is understood to mean a fiber-matrix semifinished product which has both reinforcing fibers, such as, for example, carbon, glass, aramid fibers or the like, and also a matrix material, such as, for example, resin.
  • a yarn is first cord, web, fabric, braid or the like made of reinforcing fibers be and impregnated with the matrix material.
  • the resulting prepreg is arranged inside a pressure chamber, a so-called autoclave, and optionally reformed under pressure and cured under pressure and temperature. Due to strong pressure build-up and high temperatures within the pressure chamber, individual layers of a multilayer preform are pressed together and harden.
  • RTM stands for "Resin Trans Fer Molding" and is also known as transfer molding.
  • a preform made of reinforcing fibers is introduced into an injection-molding mold and injected onto closing matrix material in the injection-compression mold under pressure and elevated temperature.
  • the matrix material also penetrates into the preform. Under pressure and temperature, the component produced in this way hardens.
  • a subsequent contour cutting is usually erforder Lich, in order to free the component produced in peripheral areas of protruding fiber remnants as well as to bring in the final component form.
  • mold elements are arranged on the component in a wide ren operation and glued to this ver.
  • Such form elements may be formed, for example, as eyelets, hooks, heels, clips or the like. This process is very time consuming and thus increases the manufacturing cost of such fiber composite components in the air.
  • a post-treatment of the surface of the fiber composite component such as a coating for finishing the surface. In this way, an optical appearance and / or a resistance of the surface, in particular to media, UV rays and the like, can be improved. Such a treatment also causes additional costs of the fiber composite component.
  • the object is achieved by a method for producing a fiber composite component for a motor vehicle having the features of claim 1.
  • the object is achieved by a Fa serverbundbauteil for a motor vehicle with the features of claim 10. Further features and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. In this case, features and details that are described in connection with the method according to the invention for producing a Fa serverbundbauteils for a motor vehicle, of course, in connection with the fiber composite component according to the invention for a motor vehicle and in each case vice versa, so always mutually with respect to the disclosure of the individual invention aspects Reference is or can be made.
  • the object is achieved by a method for producing a fiber composite component for a motor vehicle.
  • the method comprises the following steps:
  • the semifinished fiber composite comprises reinforcing fibers and a matrix material
  • Deforming the fiber composite semifinished product into a fiber composite molding by compressing the fiber composite semifinished product with the first membrane and the second membrane by means of a pressing device, and Consolidating the fiber composite molding for the production of the fiber composite component.
  • the produced fiber composite component has reinforcing fibers and is preferably formed before as a carbon component.
  • a fiber composite semifinished product thus has carbon fibers as reinforcing fibers.
  • the semifinished fiber composite as reinforcing fibers may comprise aramid fibers and / or glass fibers or the like.
  • the fiber composite semi-finished product is preferably formed plate-shaped and may for example have a rectangular, in particular quadra tables, oval, in particular round, or almost arbitrarily designed base.
  • the fiber composite semifinished product according to the invention has a hardenable matrix material.
  • the matrix material is fusible and / or plasticizable in such a way that the reinforcing fibers are not damaged in this case.
  • the provided fiber composite semifinished product is then arranged between a first membrane and a second membrane.
  • the first membrane is disposed horizontally or substantially horizontally, so that the fiber composite semi-finished product is deposited with its base on the first membrane.
  • the first membrane can be deposited, for example, on a mold half or a die.
  • the second membrane is then deposited on the fiber composite semifinished product and thus the first membrane.
  • an arrangement arises, which can also be referred to as a sandwich or double diaphragm assembly.
  • the first membrane and the second membrane are preferably stretched or at least wave or wrinkle-free arranged to avoid damage to the surface of the fiber composite semi-finished in the further course of the process.
  • the membranes Preferably before the membranes have a melting point which is higher than a melting point of a matrix material of the fiber composite semi-finished product.
  • the fiber composite semifinished product is deformed by means of the pressing device by compressing the fiber composite semifinished product with the first membrane and the second membrane to the fiber composite molding.
  • a pressure is exerted on the second membrane via a punch or a Formoberhjo the pressing device.
  • the Formober half and mold half together preferably form a negative mold of the fiber composite component to be produced.
  • the fiber composite molding is consolidated.
  • the consolidation takes place preferably within the pressing device under pressure and / or temperature, in particular by cooling.
  • the pressing device for example, have a cooling device, which is formed in particular for cooling punch and / or die or Formoberhhan and / or mold half.
  • the consolidated, especially cured, Fa serverbundform Kunststoff may already be produced fiber composite component. It can be inventively provided that for the production of the fiber composite component protruding material, in particular at edge regions, the Faserver bundform réelles separated, in particular cut off, is.
  • the fiber composite molding for the production of the fiber composite component in a subsequent process step of a surface treatment in particular a coating or coating, for example, to increase a UV resistance, fluid resistance, soil resistance or the like is subjected.
  • the inventive method for producing a fiber composite component for a motor vehicle has the advantage over conventional methods that with simp chen means and cost, a fiber composite component, in particular a Kar bonbauteil, can be produced, which has a particularly regular surface and is particularly suitable for industrial processing , Due to the high achievable surface finishes can thus be dispensed with elaborate post-processing steps for compensation or Vere delung the surface at least partially in the manufacture of a fiber composite component.
  • a fiber composite component in particular a Kar bonbauteil
  • the provided fiber composite semifinished product is provided as tissue, wherein the matrix material comprises a thermoplastic material.
  • the matrix material is a thermoplastic material.
  • the thermoplastic material may be, for example, by infiltration, impregnation or a
  • the fiber composite semi-finished product preferably has no non-thermoplastic matrix material. It may be provided according to the invention that the fiber composite semi-finished product in at least one area has a higher concentra tion of the thermoplastic material than at other areas in order to favor these areas the connection additional thermoplastic material, in particular special in a downstream injection molding process.
  • thermoplastic material When shaping the fiber composite semifinished product is preferably heated so that the thermoplastic material is melted or plasticized in order to promote deformation of the fiber composite semi-finished and to ensure dimensional stability of the fabricated fiber composite component after curing.
  • a fabric with a thermoplastic material has the advantage that this can be processed in a simple and cost-effective manner in the context of the method according to the invention to the Fa serverbundbauteil.
  • an applicability of the erfindungsge MAESSEN method is improved in an industrial mass production.
  • thermoplastic material of the fiber composite semi-finished product a polycarbonate is used.
  • Polycarbonate has the advantage that it is easily and inexpensively available. Furthermore, polycarbonates are readily meltable and hardenable. Polycarbonates are preferred, which have a Glasop tik after curing or transparent, since they are particularly suitable for embedding and for the optical enhancement of reinforcing fibers, in particular of carbon fibers.
  • the fiber composite semifinished product is heated prior to curing in such a way that the thermoplastic material is plasticized.
  • the heating of the ther moplastic material is preferably carried out by heating the fiber composite semi-finished product during deformation in the pressing tool. Preferably, the heating is carried out before the deformation in order to improve the deformability of the fiber composite semifinished product.
  • the fabric is formed as a canvas or twill weave.
  • Such fabrics have a high cohesion and can be particularly good la and handle.
  • Such fabrics have a uniform structure, wel che also when deforming the fiber composite semi-finished product between the first Memb ran and the second membrane is not or only marginally adversely affected.
  • the first membrane and / or second membrane on a side facing the fiber composite semi-finished product has a sizing coating.
  • a sizing coating is a functional coating which promotes detachment of the membrane from the fiber composite component.
  • the Schlichtbe coating is chosen such that it reduces friction between the membrane and fiber composite component. It is a sizing coating preferred, which does not bond with the melting or plasticizing a thermoplastic material with this, in order not to adversely affect a surface quality of the fiber composite produced partially.
  • a release film is a film which is used as an intermediate layer to reduce friction and to reduce adhesion forces bar.
  • the release film is preferably formed when melting or plasti fifug a thermoplastic material with this no commitment, so as not to adversely affect a surface quality of the fiber composite component produced.
  • the release film has a melting point which is above the melting point of the thermoplastic material.
  • a first membrane and / or second membrane is used, wel che has an elastomer and / or a silicone or is formed from an elastomer and / or silicone.
  • Such membranes have a higher temperature resistant ability than the thermoplastic material and a high ductility, so that they can easily adapt to deformation of the fiber composite semi-finished product.
  • At least one mold element to the fiber composite molding by means of an injection molding device is injected. It is preferred if the mold element is molded onto a region of the fiber composite molding which has a relatively high proportion of thermoplastic material. Injection makes a time-consuming gluing of molded elements unnecessary. Furthermore, the injection molding has the advantage that in this way a cohesive connection between the molding element and the fiber composite molding is achievable, which particularly advantageous physical cal properties such. reduced notch effects, high strength or the same, has.
  • the object is achieved by a fiber composite component, in particular a carbon component, for a motor vehicle.
  • the Fa serverbundbauteil is in particular as a mirror cap, ventilation panel, body shell garment component or interior component, such as. an instrument panel, designed for a motor vehicle.
  • the fiber composite component is produced by a method according to the invention.
  • the fiber composite component according to the invention for a motor vehicle, all the advantages which have already been described above result from a method for producing a fiber composite component for a motor vehicle according to the first aspect of the invention. fertil are described. Accordingly, the fiber composite component according to the invention over conventional fiber composite components has the advantage that this can be produced by simple means and inexpensively, that this has a special regular surface and is also particularly suitable for industrial Rothverarbei device. Due to the high achievable surface quality can thus be waived at the Fier ein of a fiber composite component on elaborate Nachbearbei processing steps for compensation or refinement of the surface at least partially.
  • the fiber composite component according to the invention requires relatively low throughput times for the production and thereby causes relatively low costs. The fiber composite component is thus economically producible as part of a Panserienferti supply.
  • FIG. 1 shows a side view of a fiber composite semifinished product
  • FIG. 2 shows a side view of a fiber composite molding during forging and consolidation
  • Figure 4 in a side view a manufactured fiber composite component.
  • a provided fiber composite semi-finished product 2 is shown schematically in a tenansicht Be.
  • the fiber composite semi-finished product 2 comprises a fabric made of reinforcing fibers 3 and a matrix material 8, which has a thermoplastic mate rial.
  • the fabric of reinforcing fibers 3 is in this example in the Matrix material 8 or the thermoplastic material is embedded.
  • the fiber composite semi-finished product 2 is arranged between a first membrane 4 and a second membrane 5. Between the first membrane 4 and the fiber composite semifinished product 2 as well as between the second membrane 5 and the fiber composite semifinished product 2, a separating film 9 for reducing a coefficient of friction is arranged in each case.
  • the composite fiber semi-finished product 2 of FIG. 1 is deformed by means of a pressing tool 7 to a fiber composite molding 6.
  • a pressing tool 7 for this purpose, between the first membrane 4, and the second membrane 5 arranged fiber composite semifinished product 2 between tween a punch 1 1 and a die 12 of the pressing tool 7 is arranged.
  • the matrix material 8 or the thermoplastic material is plasticized and the fiber composite semifinished product 2 is deformed by bringing the die 1 1 and the die 12 together and introducing heat.
  • the mat rixwerkstoff 8 or the plasticized thermoplastic material is solidified, so that the fiber composite molding 6 has a dimensional stability and can be removed from the pressing tool 7.
  • Fig. 3 shows the prepared, taken from the pressing device 7 fiber composite molding 6 schematically in a side view.
  • the first membrane 4, the second membrane 5 and the release films 9 are detached from the fiber composite molding 6 and can be reused to produce a further fiber composite molding 6.
  • the reinforcing fibers 3 are further in the form of a tissue, wherein the matrix material 8 or the thermoplastic material fills interstices of the tissue and holds the tissue together.
  • the fiber composite mold piece 6 for producing the fiber composite component 1 is subjected to a further process step.
  • a manufactured fiber composite component 1 is shown schematically in a 39an view.
  • the fiber composite component 1 differs from the Fasver composite fitting 6 of FIG. 3 by a mold member 10 which is molded, for example, by an injection molding process to the fiber composite molding 6.
  • the material of the formula element 10 preferably corresponds to the matrix material 8 or the thermoplastic material of the fiber composite semifinished product 2, so that an optimal bond between the mold element 10 and fiber composite molding 6 can be achieved.

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (1) für ein Kraftfahrzeug und Faserverbundbauteil (1) für ein Kraftfahrzeug. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: •Bereitstellen eines Faserverbundhalbzeugs (2), wobei das Faserverbundhalbzeug (2) Verstärkungsfasern (3) sowie einen Matrixwerkstoff (8) aufweist, •Anordnen des Faserverbundhalbzeugs(2) zwischen einer ersten Membran (4) und einer zweiten Membran (5), •Verformen des Faserverbundhalbzeugs (2) zu einem Faserverbundformstück (6) durch Zusammenpressen des Faserverbundhalbzeugs (2) mit der ersten Membran (4) und der zweiten Membran (5) mittels einer Pressvorrichtung (7), und •Konsolidieren des Faserverbundformstücks (6).

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils
und Faserverbundbauteil
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund bauteils, insbesondere eines Karbonbauteils, für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Faserverbundbauteil, insbesondere ein Karbonbauteil, für ein Kraft- fahrzeug.
Die Einhaltung von Klimazielen sowie die Schonung von Ressourcen sind bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugen treibende Faktoren. Zentrale Aspekte hierbei sind eine Reduzierung der Emissionen von Verbrennungsmotoren sowie eine Reduzie- rung eines Kraftstoffverbrauchs. Zur Erreichung dieser Ziele steht neben einer stän digen Weiterentwicklung von Antriebskonzepten eine Reduzierung eines Gesamtge wichts des Kraftfahrzeugs im Fokus. Eine Maßnahme zur Gewichtsreduzierung eines Kraftfahrzeugs ist der Einsatz alternativer Werkstoffe, wie z.B. faserverstärkte Kunst stoffe, insbesondere Faserverbundbauteile. Faserverbundbauteile weisen relativ zum Eigengewicht besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften auf und ersetzen zunehmend Blechbauteile von Kraftfahrzeugen, wie z.B. Karosseriebleche, Blenden, Instrumententafeln oder dergleichen.
Faserverbundbauteile haben den Nachteil, dass diese nur sehr aufwändig herstellbar und somit verhältnismäßig teuer sind. Besonders komplex sowie kostenintensiv ist die Herstellung von Faserverbundbauteilen, an welche erhöhte optische Anforderun gen gestellt werden, also insbesondere Faserverbundbauteile, welche von außen gut sichtbar am Kraftfahrzeug angeordnet sind. Zur Herstellung von Faserverbundbauteilen sind viele unterschiedliche Verfahren be kannt, wie z.B. Prepreg-Autoklav- oder RTM-Verfahren. Unter einem„Prepreg“ wird ein Faser-Matrix-Halbzeug verstanden, welches sowohl Verstärkungsfasern, wie z.B. Karbon,- Glas-, Aramidfasern oder dergleichen, als auch einen Matrixwerkstoff, wie z.B. Harz, aufweist. Bei einem Prepreg-Autoklav-Verfahren wird zunächst ein Fa- serstrang, -gelege, -gewebe, -geflecht oder dergleichen aus Verstärkungsfasern be reitgestellt und mit dem Matrixwerkstoff imprägniert. Der hieraus entstandene Pre- preg wird in einem nächsten Verfahrensschritt innerhalb einer Druckkammer, einem sogenannten Autoklaven, angeordnet und unter Druck ggf. umgeformt sowie unter Druck und Temperatur ausgehärtet. Durch starken Druckaufbau sowie hohe Tempe raturen innerhalb der Druckkammer werden einzelne Schichten eines mehrschichti gen Vorformlings miteinander verpresst und härten aus. RTM steht für„Resin Trans fer Moulding“ und wird auch als Spritzpressen bezeichnet. Beim RTM-Verfahren wird ein Vorformling aus Verstärkungsfasern in eine Spritzpressform eingebracht und an schließend Matrixwerkstoff in die Spritzpressform unter Druck und erhöhter Tempe ratur eingespritzt. Hierbei dringt der Matrixwerkstoff auch in den Vorformling ein. Un ter Druck und Temperatur härtet das auf diese Weise erzeugte Bauteil aus.
Bei sämtlichen Verfahren ist meistens ein anschließender Konturbeschnitt erforder lich, um das erzeugte Bauteil in Randbereichen von abstehenden Faserresten zu be freien sowie in die endgültige Bauteilform zu bringen. Häufig werden in einem weite ren Arbeitsschritt Formelemente an dem Bauteil angeordnet sowie mit diesem ver klebt. Derartige Formelemente können beispielsweise als Ösen, Haken, Absätze, Clipse oder dergleichen ausgebildet sein. Dieser Prozess ist sehr zeitaufwändig und treibt somit die Herstellungskosten derartiger Faserverbundbauteile in die Höhe. Zur Veredelung einer Oberfläche des Faserverbundbauteils erfolgt im Anschluss oftmals eine Nachbehandlung der Oberfläche des Faserverbundbauteils, wie beispielsweise eine Lackierung zur Veredelung der Oberfläche. Auf diese Weise kann eine optische Erscheinung und/oder eine Beständigkeit der Oberfläche, insbesondere gegen Medi en, UV-Strahlen und dergleichen, verbessert werden. Auch eine solche Nachbehand lung verursacht zusätzliche Kosten des Faserverbundbauteils.
Bekannte Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen haben insbesondere den Nachteil, dass diese kostenintensiv und relativ zeitaufwändig sind. Für kurze Taktzeiten einer Fließfertigung sind diese Verfahren zumeist ungeeignet. Aus diesem Grund sind diese Verfahren nur schwer in einem Industriebetrieb etablierbar und nicht oder zumindest nur stark eingeschränkt großserientauglich. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, insbe sondere eines Karbonbauteils, für ein Kraftfahrzeug sowie bei einem Faserverbund bauteil, insbesondere einem Karbonbauteil, für ein Kraftfahrzeug zu beheben bzw. zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Er findung, ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für ein Kraftfahr zeug sowie ein Faserverbundbauteil für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise reduzierte Fertigungszeiten und/oder verbesserte Bauteiloberflächen bei Faserverbundbauteilen gewährleisten.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Fa serverbundbauteil für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Fa serverbundbauteils für ein Kraftfahrzeug beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Faserverbundbauteil für ein Kraft fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
Bereitstellen eines Faserverbundhalbzeugs, wobei das Faserverbundhalbzeug Verstärkungsfasern sowie einen Matrixwerkstoff aufweist,
Anordnen des Faserverbundhalbzeugs zwischen einer ersten Membran und ei ner zweiten Membran,
Verformen des Faserverbundhalbzeugs zu einem Faserverbundformstück durch Zusammenpressen des Faserverbundhalbzeugs mir der ersten Membran und der zweiten Membran mittels einer Pressvorrichtung, und Konsolidieren des Faserverbundformstücks zur Herstellung des Faserverbund bauteils.
Das herzustellende Faserverbundbauteil weist Verstärkungsfasern auf und ist vor zugsweise als Karbonbauteil ausgebildet. Ein solches Faserverbundhalbzeug weist somit als Verstärkungsfasern Karbonfasern auf. Alternativ oder zusätzlich kann das Faserverbundhalbzeug als Verstärkungsfasern Aramidfasern und/oder Glasfasern oder dergleichen aufweisen. Das Faserverbundhalbzeug ist vorzugsweise platten förmig ausgebildet und kann beispielsweise eine rechteckige, insbesondere quadra tische, ovale, insbesondere runde, oder nahezu beliebig ausgebildete Grundfläche aufweisen. Ferner weist das Faserverbundhalbzeug erfindungsgemäß einen aus härtbaren Matrixwerkstoff auf. Vorzugsweise ist der Matrixwerkstoff derart auf schmelzbar und/oder plastifizierbar, dass die Verstärkungsfasern hierbei nicht be schädigt werden.
Das bereitgestellte Faserverbundhalbzeug wird anschließend zwischen einer ersten Membran und einer zweiten Membran angeordnet. Vorzugsweise ist die erste Memb ran hierbei horizontal oder im Wesentlichen horizontal angeordnet, sodass das Fa serverbundhalbzeug mit seiner Grundfläche auf der ersten Membran abgelegt wird. Die erste Membran kann beispielsweise auf einer Formunterhälfte bzw. einer Matrize abgelegt werden. Die zweite Membran wird dann auf dem Faserverbundhalbzeug und somit der ersten Membran abgelegt. Auf diese Weise entsteht eine Anordnung, welche auch als Sandwich- oder Doppeldiaphragmaanordnung bezeichnet werden kann. Die erste Membran und die zweite Membran sind vorzugsweise gespannt oder zumindest wellen- bzw. faltenfrei angeordnet, um eine Beschädigung der Oberfläche des Faserverbundhalbzeugs im weiteren Ablauf des Verfahrens zu vermeiden. Vor zugsweise weisen die Membrane einen Schmelzpunkt auf, welcher höher als ein Schmelzpunkt eines Matrixwerkstoffs des Faserverbundhalbzeugs ist.
Anschließend wird das Faserverbundhalbzeug mittels der Pressvorrichtung durch Zusammenpressen des Faserverbundhalbzeugs mit der ersten Membran und der zweiten Membran zu dem Faserverbundformstück verformt. Hierbei wird beispiels weise über einen Stempel bzw. eine Formoberhälfte der Pressvorrichtung ein Druck auf die zweite Membran ausgeübt. Hierdurch wird die zweite Membran gegen das Faserverbundhalbzeug, das Faserverbundhalbzeug gegen die erste Membran und die erste Membran gegen die Matrize bzw. Formunterhälfte gedrückt. Die Formober hälfte und Formunterhälfte bilden zusammen vorzugsweise eine Negativform des herzustellenden Faserverbundbauteils. Durch die erste Membran und die zweite Membran werden Scherspannungen zwischen dem Faserverbundhalbzeug und der Pressvorrichtung vermieden bzw. reduziert, sodass die Oberfläche des Faserver bundhalbzeugs beim Verformen nicht oder nur minimal beschädigt wird.
In einem folgenden Verfahrensschritt wird das Faserverbundformstück konsolidiert. Das Konsolidieren erfolgt vorzugsweise innerhalb der Pressvorrichtung unter Druck und/oder Temperatureinwirkung, insbesondere durch Abkühlung. Hierfür kann die Pressvorrichtung beispielsweise eine Kühlvorrichtung aufweisen, welche insbeson dere zum Kühlen von Stempel und/oder Matrize bzw. Formoberhälfte und/oder Formunterhälfte ausgebildet ist. Das konsolidierte, insbesondere ausgehärtete, Fa serverbundformstück kann bereits das herzustellende Faserverbundbauteil sein. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zur Herstellung des Faserverbund bauteils überstehendes Material, insbesondere an Randbereichen, des Faserver bundformstücks abgetrennt, insbesondere abgeschnitten, wird. Zusätzlich oder alter nativ kann vorgesehen sein, dass das Faserverbundformstück zur Herstellung des Faserverbundbauteils in einem nachfolgenden Verfahrensschritt einer Oberflächen behandlung, insbesondere einer Lackierung bzw. Beschichtung, beispielsweise zur Erhöhung einer UV-Beständigkeit, einer Fluidbeständigkeit, einer Schmutzresistenz oder dergleichen, unterzogen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für ein Kraftfahrzeug hat gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfa chen Mitteln sowie kostengünstig ein Faserverbundbauteil, insbesondere ein Kar bonbauteil, herstellbar ist, welches eine besonders regelmäßige Oberfläche aufweist und auch für eine industrielle Weiterverarbeitung besonders geeignet ist. Aufgrund der hohen erzielbaren Oberflächengüten kann somit bei der Herstellung eines Faser verbundbauteils auf aufwändige Nachbearbeitungsschritte zur Vergütung bzw. Vere delung der Oberfläche zumindest teilweise verzichtet werden. Mittels des erfin dungsgemäßen Verfahrens sind Durchlaufzeiten und Kosten für die Herstellung von Faserverbundbauteilen reduzierbar, sodass das Verfahren auch im Rahmen einer Großserienfertigung wirtschaftlich einsetzbar ist.
Vorzugsweise wird das bereitgestellte Faserverbundhalbzeug als Gewebe bereitge stellt, wobei der Matrixwerkstoff ein thermoplastisches Material aufweist. Vorzugs weise ist der Matrixwerkstoff ein thermoplastisches Material. Das thermoplastische Material kann beispielsweise durch Infiltration, Imprägnierung oder über ein
Schmelzbad, vorzugsweise im Zusammenspiel mit einem Doppelkalander, in das Gewebe eingebracht sein. Vorzugsweise ist das Gewebe in das thermoplastische Material eingebettet. Zusätzlich oder alternativ kann das thermoplastische Material als thermoplastische Faser im Gewebe angeordnet sein. Neben dem thermoplasti schen Material weist das Faserverbundhalbzeug vorzugsweise keinen nicht thermoplastischen Matrixwerkstoff auf. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Faserverbundhalbzeug in mindestens einem Bereich eine höhere Konzent ration des thermoplastischen Materials als an übrigen Bereichen aufweist, um an diesen Bereichen die Anbindung zusätzlichen thermoplastischen Materials, insbe sondere in einem nachgeschalteten Spritzgussprozess, zu begünstigen. Beim Ver formen wird das Faserverbundhalbzeug vorzugsweise derart erwärmt, dass das thermoplastische Material aufgeschmolzen bzw. plastifiziert wird, um ein Verformen des Faserverbundhalbzeugs zu begünstigen und eine Formstabilität des hergestell ten Faserverbundbauteils nach dem Aushärten zu gewährleisten. Ein Gewebe mit einem thermoplastischen Material hat den Vorteil, dass dieses auf einfache sowie kostengünstige Weise im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu dem Fa serverbundbauteil verarbeitbar ist. Somit ist eine Anwendbarkeit des erfindungsge mäßen Verfahrens in einer industriellen Großserienfertigung verbessert.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vor gesehen sein, dass als thermoplastisches Material des Faserverbundhalbzeugs ein Polycarbonat verwendet wird. Polycarbonat hat den Vorteil, dass dieses leicht sowie kostengünstig verfügbar ist. Ferner sind Polycarbonate gut aufschmelzbar und aus härtbar. Es sind Polycarbonate bevorzugt, welche nach dem Aushärten eine Glasop tik aufweisen bzw. durchsichtig sind, da diese zur Einbettung sowie zur optischen Aufwertung von Verstärkungsfasern, insbesondere von Karbonfasern, besonders geeignet sind. Es ist bevorzugt, dass das Faserverbundhalbzeug vor dem Aushärten derart erwärmt wird, dass das thermoplastische Material plastifiziert wird. Das Erwärmen des ther moplastischen Materials erfolgt vorzugsweise durch Erwärmen des Faserverbund halbzeugs beim Verformen im Presswerkzeug. Vorzugsweise erfolgt das Erwärmen bereits vor dem Verformen, um eine Verformbarkeit des Faserverbundhalbzeugs zu verbessern.
Vorzugsweise ist das Gewebe als Leinwand- oder Köperbindung ausgebildet. Solche Gewebe weisen einen hohen Zusammenhalt auf und lassen sich besonders gut la gern und handhaben. Derartige Gewebe weisen eine gleichmäßige Struktur auf, wel che auch beim Verformen des Faserverbundhalbzeugs zwischen der ersten Memb ran und der zweiten Membran nicht oder nur marginal negativ beeinträchtigt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass die erste Membran und/oder zweite Membran auf einer dem Faserverbundhalbzeug zugewandten Seite eine Schlichtbeschichtung aufweist. Vor zugsweise weisen beide Membrane eine solche Schlichtbeschichtung auf. Eine Schlichtbeschichtung ist eine funktionale Beschichtung, welche ein Ablösen der Membran vom Faserverbundbauteil begünstigt. Vorzugsweise ist die Schlichtbe schichtung derart gewählt, dass diese eine Reibung zwischen Membran und Faser verbundbauteil herabsetzt. Es ist eine Schlichtbeschichtung bevorzugt, welche beim Aufschmelzen bzw. Plastifizieren eines thermoplastischen Materials mit diesem keine Bindung eingeht, um eine Oberflächenqualität des hergestellten Faserverbundbau teils nicht negativ zu beeinflussen. Mittels einer Schlichtbeschichtung sind Faserver bundbauteile mit besonders gleichmäßigen Oberflächen sowie einer besonders gleichmäßigen Gewebestruktur herstellbar.
Es kann bei einem Verfahren erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zwischen der ersten Membran und dem Faserverbundhalbzeug und/oder zwischen der zweiten Membran und dem Faserverbundhalbzeug vor dem Zusammenpressen eine Trenn folie angeordnet wird. Eine Trennfolie ist eine Folie, welche als Zwischenschicht zur Herabsetzung von Reibung sowie zur Herabsetzung von Adhäsionskräften verwend bar ist. Die Trennfolie ist vorzugsweise ausgebildet, beim Aufschmelzen bzw. Plasti- fizieren eines thermoplastischen Materials mit diesem keine Bindung einzugehen, um eine Oberflächenqualität des hergestellten Faserverbundbauteils nicht negativ zu beeinflussen. Vorzugsweise weist die Trennfolie einen Schmelzpunkt auf, welcher oberhalb des Schmelzpunkts des thermoplastischen Materials liegt. Mittels einer derartigen Trennfolie sind Faserverbundbauteile mit besonders gleichmäßigen Ober flächen sowie einer besonders gleichmäßigen Gewebestruktur herstellbar.
Vorzugsweise wird eine erste Membran und/oder zweite Membran verwendet, wel che ein Elastomer und/oder ein Silikon aufweist oder aus einem Elastomer und/oder Silikon gebildet ist. Derartige Membrane weisen eine höhere Temperaturbeständig keit als das thermoplastische Material sowie eine hohe Verformbarkeit auf, sodass sich diese einer Verformung des Faserverbundhalbzeugs leicht anpassen können.
Weiter bevorzugt wird in einem folgenden Verfahrensschritt mindestens ein Form element an das Faserverbundformstück mittels einer Spritzgussvorrichtung ange spritzt. Dabei ist es bevorzugt, wenn das Formelement an einem Bereich des Faser verbundformstücks angespritzt wird, welcher einen verhältnismäßig hohen Anteil an thermoplastischem Material aufweist. Durch das Anspritzen wird ein aufwändiges Ankleben von Formelementen überflüssig. Ferner hat das Anspritzen den Vorteil, dass hierdurch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Formelement und dem Faserverbundformstück erzielbar ist, welche besonders vorteilhafte physikali sche Eigenschaften, wie z.B. reduzierte Kerbwirkungen, hohe Festigkeit oder der gleichen, aufweist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Faserver bundbauteil, insbesondere ein Karbonbauteil, für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Fa serverbundbauteil ist insbesondere als Spiegelkappe, Lüftungsverkleidung, Karosse rieverkleidungsbauteil oder Interieurbauteil, wie z.B. eine Instrumententafel, für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Erfindungsgemäß ist das Faserverbundbauteil durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt.
Bei dem erfindungsgemäßen Faserverbundbauteil für ein Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits voranstehend zu einem Verfahren zur Herstellung ei nes Faserverbundbauteils für ein Kraftfahrzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfin- düng beschrieben sind. Demnach weist das erfindungsgemäße Faserverbundbauteil gegenüber herkömmlichen Faserverbundbauteilen den Vorteil auf, dass dieses mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig derart herstellbar ist, dass dieses eine beson ders regelmäßige Oberfläche aufweist und auch für eine industrielle Weiterverarbei tung besonders geeignet ist. Aufgrund der hohen erzielbaren Oberflächengüte kann somit bei der Fierstellung eines Faserverbundbauteils auf aufwändige Nachbearbei tungsschritte zur Vergütung bzw. Veredelung der Oberfläche zumindest teilweise verzichtet werden. Das erfindungsgemäße Faserverbundbauteil erfordert zur Herstel lung verhältnismäßig geringe Durchlaufzeiten und verursacht dabei relativ geringe Kosten. Das Faserverbundbauteil ist somit auch im Rahmen einer Großserienferti gung wirtschaftlich herstellbar.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für ein Kraftfahrzeug sowie ein erfindungsgemäßes Faserverbundbauteil für ein Kraft fahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 in einer Seitenansicht ein bereitgestelltes Faserverbundhalbzeug,
Figur 2 in einer Seitenansicht ein Faserverbundformstück während des Verfor- mens und Konsolidierens,
Figur 3 in einer Seitenansicht ein hergestelltes Faserverbundformstück, und
Figur 4 in einer Seitenansicht ein hergestelltes Faserverbundbauteil.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Fig. 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist ein bereitgestelltes Faserverbundhalbzeug 2 schematisch in einer Sei tenansicht dargestellt. Das Faserverbundhalbzeug 2 weist ein Gewebe aus Verstär kungsfasern 3 und einem Matrixwerkstoff 8 auf, welcher ein thermoplastisches Mate rial aufweist. Das Gewebe aus Verstärkungsfasern 3 ist in diesem Beispiel in den Matrixwerkstoff 8 bzw. das thermoplastische Material eingebettet ist. Das Faserver bundhalbzeug 2 ist zwischen einer ersten Membran 4 und einer zweiten Membran 5 angeordnet. Zwischen der ersten Membran 4 und dem Faserverbundhalbzeug 2 so wie zwischen der zweiten Membran 5 und dem Faserverbundhalbzeug 2 ist jeweils eine Trennfolie 9 zur Herabsetzung eines Reibkoeffizienten angeordnet.
In Fig. 2 ist das Faserverbundhalbzeug 2 aus Fig. 1 mittels eines Presswerkzeugs 7 zu einem Faserverbundformstück 6 verformt. Hierfür wird das zwischen der ersten Membran 4, und der zweiten Membran 5 angeordnete Faserverbundhalbzeug 2 zwi schen einem Stempel 1 1 und einer Matrize 12 des Presswerkzeugs 7 angeordnet. Durch ein Zusammenbewegen von Stempel 1 1 und Matrize 12 sowie unter Wärme einbringung wird der Matrixwerkstoff 8 bzw. das thermoplastische Material plastifi- ziert und das Faserverbundhalbzeug 2 verformt. Durch das Konsolidieren ist der Mat rixwerkstoff 8 bzw. das plastifizierte thermoplastische Material erstarrt, sodass das Faserverbundformstück 6 eine Formstabilität aufweist und aus dem Presswerkzeug 7 entnehmbar ist.
Fig. 3 zeigt das hergestellte, aus der Pressvorrichtung 7 entnommene Faserverbund formstück 6 schematisch in einer Seitenansicht. Die erste Membran 4, die zweite Membran 5 sowie die Trennfolien 9 sind vom Faserverbundformstück 6 abgelöst und können zur Herstellung eines weiteren Faserverbundformstücks 6 wiederverwendet werden. Die Verstärkungsfasern 3 liegen weiterhin als Gewebe vor, wobei der Mat rixwerkstoff 8 bzw. das thermoplastische Material Zwischenräume des Gewebes aus füllt und das Gewebe zusammenhält. In diesem Beispiel ist das Faserverbundform stück 6 zur Herstellung des Faserverbundbauteils 1 einem weiteren Verfahrensschritt zu unterziehen. Alternativ kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Faserver bundformstück 6 bereits das herzustellende Faserverbundbauteil 1 bildet.
In Fig. 4 ist ein hergestelltes Faserverbundbauteil 1 schematisch in einer Seitenan sicht abgebildet. Das Faserverbundbauteil 1 unterscheidet sich von dem Faserver bundformstück 6 aus Fig. 3 durch ein Formelement 10, welches beispielsweise durch ein Spritzgussprozess an das Faserverbundformstück 6 angespritzt ist. Der Werk stoff des Formelements 10 entspricht vorzugsweise dem Matrixwerkstoff 8 bzw. dem thermoplastischen Material des Faserverbundhalbzeugs 2, sodass eine optimale An bindung zwischen Formelement 10 und Faserverbundformstück 6 erzielbar ist.
Bezugszeichenliste
1 Faserverbundbauteil
2 Faserverbundhalbzeug
3 Verstärkungsfaser
4 erste Membran
5 zweite Membran
6 Faserverbundformstück
7 Pressvorrichtung
8 Matrixwerkstoff
9 Trennfolie
10 Formelement
11 Stempel
12 Matrize

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (1 ) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Faserverbundhalbzeugs (2), wobei das Faserverbund halbzeug (2) Verstärkungsfasern (3) sowie einen Matrixwerkstoff (8) auf weist,
Anordnen des Faserverbundhalbzeugs(2) zwischen einer ersten Membran (4) und einer zweiten Membran (5),
Verformen des Faserverbundhalbzeugs (2) zu einem Faserverbundform stück (6) durch Zusammenpressen des Faserverbundhalbzeugs (2) mit der ersten Membran (4) und der zweiten Membran (5) mittels einer Pressvor richtung (7), und
Konsolidieren des Faserverbundformstücks (6) zur Herstellung des Faser verbundbauteils (1 ).
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das bereitgestellte Faserverbundhalbzeug (2) als Gewebe bereitgestellt wird, wobei der Matrixwerkstoff (8) ein thermoplastisches Material aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass als thermoplastisches Material des Faserverbundhalbzeugs (2) ein Poly carbonat verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Faserverbundhalbzeug (2) vor dem Aushärten derart erwärmt wird, dass das thermoplastische Material plastifiziert wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gewebe als Leinwand- oder Köperbindung ausgebildet ist.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Membran (4) und/oder zweite Membran (5) auf einer dem Faser verbundhalbzeug (2) zugewandten Seite eine Schlichtbeschichtung aufweist.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der ersten Membran (4) und dem Faserverbundhalbzeug (2) und/oder zwischen der zweiten Membran (5) und dem Faserverbundhalbzeug (2) vor dem Zusammenpressen eine Trennfolie (9) angeordnet wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine erste Membran (4) und/oder zweite Membran (5) verwendet wird, welche ein Elastomer und/oder ein Silikon aufweist oder aus einem Elastomer und/oder Silikon gebildet ist.
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in einem folgenden Verfahrensschritt mindestens ein Formelement (10) an das Faserverbundformstück (6) mittels einer Spritzgussvorrichtung angespritzt wird.
10. Faserverbundbauteil (1 ) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Spiegelkappe, Lüf tungsverkleidung, Karosserieverkleidungsbauteil oder Interieurbauteil,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Faserverbundbauteil (1 ) durch ein Verfahren nach einem der voran gegangenen Ansprüche hergestellt ist.
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