WO2021032703A1 - Method and device for producing a component from a fiber composite material - Google Patents

Method and device for producing a component from a fiber composite material Download PDF

Info

Publication number
WO2021032703A1
WO2021032703A1 PCT/EP2020/073046 EP2020073046W WO2021032703A1 WO 2021032703 A1 WO2021032703 A1 WO 2021032703A1 EP 2020073046 W EP2020073046 W EP 2020073046W WO 2021032703 A1 WO2021032703 A1 WO 2021032703A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
component
fiber
separating membrane
matrix
impregnated
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/073046
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Fabian KÖFFERS
Michael SCHÖLER
Klaus Schürmann
Lothar Sebastian
Original Assignee
Siempelkamp Maschinen-Und Anlagenbau Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siempelkamp Maschinen-Und Anlagenbau Gmbh filed Critical Siempelkamp Maschinen-Und Anlagenbau Gmbh
Publication of WO2021032703A1 publication Critical patent/WO2021032703A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/54Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/42Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the shape of the moulding surface, e.g. ribs or grooves
    • B29C33/424Moulding surfaces provided with means for marking or patterning
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/021Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles characterised by the shape of the surface
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/10Isostatic pressing, i.e. using non-rigid pressure-exerting members against rigid parts or dies
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/36Moulds for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/3642Bags, bleeder sheets or cauls for isostatic pressing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/462Moulding structures having an axis of symmetry or at least one channel, e.g. tubular structures, frames
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B5/00Presses characterised by the use of pressing means other than those mentioned in the preceding groups
    • B30B5/02Presses characterised by the use of pressing means other than those mentioned in the preceding groups wherein the pressing means is in the form of a flexible element, e.g. diaphragm, urged by fluid pressure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/021Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles characterised by the shape of the surface
    • B29C2043/023Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles characterised by the shape of the surface having a plurality of grooves
    • B29C2043/025Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles characterised by the shape of the surface having a plurality of grooves forming a microstructure, i.e. fine patterning
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0809Fabrics
    • B29K2105/0845Woven fabrics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0854Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns in the form of a non-woven mat
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0872Prepregs
    • B29K2105/089Prepregs fabric

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an at least partially curved component with a convex outer side from a fiber composite material with the step of introducing a fiber impregnated with a matrix onto an inner shape of a mold space formed between the inner shape and an outer shape.
  • the invention also relates to a device for producing the partially curved component from the fiber composite material with the inner shape on which the fiber impregnated with the matrix is applied.
  • Organic sheets belonging to fiber composite materials are known from the prior art and are mainly used in aircraft, ship and automobile construction in order to obtain components that are significantly lighter than conventional materials with comparable or even better rigidity.
  • Such organic sheets generally have a fiber fabric or a fiber lay-up which is embedded in a thermoplastic plastic matrix. Glass, aramid or carbon fibers are often present as fiber materials in the fiber-matrix semi-finished product. Since organic sheets can be easily thermoformed using known metalworking methods, the process times are shorter compared to conventional thermoset fiber composite materials.
  • Such organic sheets are used in aircraft, ship or vehicle construction in order to individually prefabricate semicircular fuselage sections made of fiber composite material as lower and upper shells and then to assemble them into a finished component in a subsequent final assembly.
  • the trunk section Ones are often formed by means of an inner shape and an outer shape in a C-frame press, the inner shape and the outer shape being shaped like a cylinder.
  • the surfaces of the components obtained are naturally exposed to heavy loads due to their use in aircraft, ship or vehicle construction.
  • the surfaces of ship hulls are colonized by mussels, which generate frictional resistance and thus increase the ship's fuel consumption.
  • Aircraft surfaces have to withstand high temperature fluctuations with accompanying icing.
  • the surface structure of the components therefore not only influences the appearance but also the technical properties, such as driving dynamics, frictional resistance or fuel consumption.
  • the components obtained are thus often provided with lacquers or foils after their production in order to modify the surface structure of the component and, for example, to obtain particularly smooth surfaces.
  • lacquers and foils only have a limited lifespan because the foil or lacquer peel off over time.
  • the object of the present invention is to increase the service life of the surface structure.
  • the object of the invention is to provide a method and a device by means of which a component can be produced in a particularly simple manner from a fiber composite material with a reduced flow resistance and / or a more robust surface structure.
  • the invention relates to a method for producing an at least partially curved component with a convex outer side from a fiber composite material, with the steps of: introducing a fiber impregnated with a matrix onto an inner shape of a mold space formed between the inner shape and an outer shape, a bring a separating membrane onto the fiber impregnated with the matrix in such a way that a cavity extending along the surface of the outer shape is formed between the outer mold and the separating membrane, the separating membrane having a surface structure on its side facing the fiber impregnated with the matrix and subjecting the cavity to a thermal oil at a temperature greater than the melting point of the matrix and at a pressure greater than ambient pressure such that the thermal oil acts with the pressure on the separating membrane in such a way that the surface structure of the Separating membrane structuring of the outer side of the component facing the separating membrane is effected.
  • the structuring of the outside of the component is not applied to the surface of the component as an additional layer, for example, after the component has been molded, but rather is formed during the molding process when the component is manufactured.
  • the structuring of the surface of the component is thus an integral part of the component.
  • the service life of a structuring produced in this way is many times longer than that of a subsequently applied textured paint or a subsequently applied textured film, since the structuring created with the component cannot detach from the component.
  • this method saves a work step, namely the subsequent application of the structuring, as well as additional material, such as, for example, textured paint or textured film.
  • such a structuring can advantageously change the flow resistance of the outside of the component.
  • the outside of the at least partially curved component corresponds to the convex surface and / or the outwardly curved surface of the component.
  • the surface in the case of a ship's hull as a component, it is the surface as the outside that comes into contact with water on the finished ship.
  • the structuring of the surface can in principle be generated over the entire surface of the component. Alternatively, only part of the surface can be structured.
  • the structuring takes place according to the principle of stamping or embossing during the forming process of the component.
  • the structuring produced on the surface of the component thus preferably corresponds to the negative the surface structure of the separating membrane.
  • a depression in the surface structure of the separating membrane preferably leads to an elevation on the surface of the component and vice versa.
  • Structuring within the meaning of the invention means that the surface of the component is not smooth, but rather has a mean roughness value Ra of at least 0.05 mm.
  • the structuring has such a high average roughness that the structuring is perceived by the eye or haptically by a person.
  • the structuring can have such a low mean roughness value that the surface feels smooth to a person, although the surface has the aforementioned mean roughness value.
  • the pressing pressure acts at every point on the separating membrane in the direction of the normal to the separating membrane and thus also in the direction of the normal to the component to be obtained or the fiber soaked with the thermoplastic matrix.
  • a pressing pressure with exclusively vertical components is generated, as is otherwise known from the state of the art presses, for example a C-frame press with a stationary inner shape and an outer shape that can only be moved in the vertical direction.
  • the pressing or consolidation pressure required for forming is not or only partially brought about by the press, but instead completely or largely by the thermal oil.
  • the separating membrane is placed in the outer mold.
  • the separating membrane is placed on the fiber impregnated with the matrix in such a way that the cavity is formed between the outer shape and the separating membrane.
  • the separating membrane serves to separate the thermal oil and the organic sheet on the one hand and to form the cavity for holding the thermal oil on the other.
  • the separating membrane preferably has particularly good heat conduction and pressure transmission. Because the pressure, due to the thermal oil, is at every point on the separating membrane in the direction of the normal to the separating membrane and thus also in the direction of the normal of the component to be obtained acts, the separating membrane can be used as a stamping die in a particularly simple manner in order to produce the structuring of the surface of the component.
  • the proposed method thus makes it possible in a particularly simple manner to produce a component with a structured surface, the structuring being an integral part of the component and therefore very durable.
  • the surface structure has mushroom-like, honeycomb-like, groove-like and / or finger-like surface structures in the micrometer or millimeter range and / or the method includes the step of creating a mushroom-like, honeycomb, groove-like and / or finger-like structure in the micrometer or millimeter range the outside of the component.
  • the structuring of the separating membrane can in principle be any.
  • the separating membrane comprises mushroom-like, honeycomb-like, groove-like and / or finger-like surface structures, it being possible for these to be embodied as depressions and / or elevations in the separating membrane.
  • the mushroom-like, honeycomb-like, groove-like and / or finger-like surface structures have dimensions in the range from micrometers to millimeters.
  • This preferably means that an expansion of the surface structure of the separating membrane, that is to say the height or depth of the elevation or depression of the structure, is between 0.05 mm and 5 mm +/- 10%.
  • the height or depth of the elevation or depression of the structure is particularly preferably between 0.5 mm and 500 mm +/- 10%. Since the surface structure is applied to the outside of the component using the principle of stamping or embossing when producing the component, this also corresponds to the expansions of the structuring produced on the outside of the component.
  • the surface structure can be produced as a singular elevation or depression on the outside of the component.
  • the surface structure has a regular pattern and / or is designed as a shark skin and / or the method includes the step of generating a structure with a regular pattern and / or as a shark skin on the outside of the component.
  • the surface structure not only comprises a single elevation or depression in the surface, but rather comprises a plurality of elevations and / or depressions.
  • These bumps and / or depressions are preferably not distributed randomly over the surface of the component, but rather have a regular arrangement.
  • the structuring has a translation symmetry, that is to say it is a regularly repeating pattern.
  • the rack-like or mushroom-like structures form an oblique, a square, a rectangular, a hexagonal or a rectangular face-centered grid.
  • the structuring further preferably comprises fine ribs with sharp points.
  • the outer surface of the component is preferably ribbed in such a way that the structure corresponds to a riblet, also referred to as shark skin.
  • the method preferably includes the step of creating a structure as a shark skin on the outside of the component.
  • the common skin also preferably comprises U-shaped longitudinal grooves.
  • the ribs of the longitudinal grooves are preferably about 10 to 100 mm apart.
  • the height of the ribs is more preferably 10 to 100 mm.
  • the height of the ribs particularly preferably corresponds to the distance between the ribs +/- 20%.
  • the structuring of the component is designed to reduce frictional resistance, hydrophilicity, hydrophobicity and / or noise emission of the component and / or to increase the stability of the component.
  • the finger-like and / or mushroom-like structures are suitable for changing the affinity of the surface of the component for water.
  • a water-repellent and / or water-repellent surface hydrophobic
  • the surface structure is designed in such a way that a water droplet is essentially spherical on the surface.
  • a contact angle that is to say the angle that a water drop forms on the surface with respect to this surface, is preferably greater than 120 °.
  • the surface structure is preferably designed in such a way that a lotus effect is achieved.
  • a hydro Phobic structure can, for example, reduce the colonization of a ship's hull with mussels, which can save fuel.
  • the structuring of the component can be designed to change the hydrophilicity of the surface of the component.
  • the structuring is preferably designed in such a way that the surface of the component is covered with a thin film of water, preferably not visible to the eye, due to the structuring.
  • the contact angle is preferably close to 0 °, in particular 0 ° +/- 20 °.
  • the structuring of the component can be designed to advantageously reduce a frictional resistance of the component, or possibly also to increase it.
  • This can be made possible in particular with the riblet structure, also called shark skin.
  • the U-shaped or scale-shaped grooves can influence the frictional resistance, since a laminar flow is preferably generated on the surface.
  • the dimensioning of the riblet structure can be adjusted to the viscosity of the medium, for example air or water, as well as to the expected speed of movement of the aircraft, vehicle or ship.
  • the structuring can advantageously influence the stability of the component.
  • the stability of the component can be increased in particular with honeycomb-like elevations and / or depressions.
  • the honeycomb-like structures preferably have depressions and / or elevations in the millimeter range, particularly preferably 1 to 3 mm. More preferably, a longitudinal side of the hexagonal honeycomb structure preferably measures between 0.1 and 20 mm.
  • the structure of the surface can reduce the noise emission of the component.
  • a reduction in noise emissions is particularly advantageous for aircraft or rotor blades in wind power plants.
  • the structuring of the surface is preferably designed in such a way that a position of the boundary layer change from a laminar boundary layer to a turbulent boundary layer.
  • the position and the type of structuring on the component can be selected in such a way that the structuring corresponds to a turbulator, which enables the boundary layer flow to become turbulent in a targeted manner.
  • the structuring on the outside of the component is produced according to the principle of stamping or embossing by means of the surface structure of the separating membrane.
  • the separating membrane is made of metal and that the method includes the step of generating the surface structure of the separating membrane by means of a mechanical and / or a chemical method. All structuring methods known from the processing of metals can be used for simple implementation. For example, it can be provided that the separating membrane is structured with a roller to form the surface structure. Alternatively, it can be provided that the separating membrane is chiseled, punched and / or structured by means of drivers to form the surface structure. More preferably, chemical methods such as etching, electrochemical micro-milling and / or electrochemical removal can be used to maintain the surface structure of the separating membrane.
  • the method includes the step of applying, in particular, spraying a release agent onto the inner shape, the outer shape and / or the separating membrane, in particular before introducing the fiber impregnated with the matrix.
  • the separating agent acts as a non-stick layer and, after cooling the fiber impregnated with the matrix, allows the separating membrane, the outer shape and the fiber impregnated with the matrix to be easily detached from one another.
  • the fibers are preferably designed as glass fibers, aramid fibers and / or carbon fibers or carbon fibers.
  • the fiber impregnated with the matrix is very particularly preferably embodied as a fiber-matrix semifinished product, as a fiber composite material and / or as an organic sheet, these terms being used synonymously in the context of the invention.
  • the fiber impregnated with the matrix is preferably embodied as a fiber impregnated with a thermoplastic plastic matrix and / or as glass fiber-reinforced aluminum, also GLARE, as a hybrid material.
  • Fiberglass-reinforced aluminum usually has many, each only a few tenths of a millimeter cke layers which are alternately made of aluminum and a glass fiber laminate, for example glass fiber reinforced plastic.
  • the fiber can comprise a so-called prepreg material and / or be designed as a tape.
  • the fiber is preferably provided as a continuous material.
  • the matrix can be an epoxy resin or thermoplastic matrix as well as mixtures of the same.
  • the matrix can comprise polyphenylene sulfides, polyaryl ether ketones, or polyether ether ketones as thermoplastics.
  • the temperature is preferably at least 10 ° C., 20 ° C., 50 ° C., 100 ° C. or 200 ° C. greater than the melting point of the matrix.
  • the pressure during the process is preferably at least 10 bar, 20 bar, 30 bar or 40 bar greater than the ambient pressure.
  • the temperature is preferably adapted to the matrix used during the process.
  • the fiber is impregnated and / or soaked with the matrix before it is introduced or deposited in the inner mold.
  • the terms fiber impregnated with the thermoplastic matrix and fiber impregnated with the matrix are used synonymously.
  • the prepreg material preferably has a thickness of 180 ⁇ m, the carbon fibers contained therein preferably having a thickness between 6 and 9 mm.
  • a cover layer on the outside can be laid in such a way that when the component is subsequently used, the fibers are aligned in the direction of an expected main flow direction.
  • the cover layer can be formed from a different material than at least one other layer of the fiber impregnated with the matrix and / or no fibers, in particular no continuously running carbon fibers.
  • the cover layer can be formed from a high-strength plastic which has a high dimensional stability and no or only a small proportion of reinforcement, for example PEEK.
  • this cover layer can be connected to the layer underneath via an adhesion promoter layer, since there is no risk of delamination of the cover layer, which has a particular influence on the structural strength of the component.
  • the fiber impregnated with the matrix can be configured as a fiber fabric or fabric in which reinforcing fibers are embedded in a plastic matrix.
  • a scrim can be provided as a fiber, in particular as a monoaxial or unidirectional scrim, which by fixing a group of parallel len threads can be obtained, as a biaxial scrim, in which two sets of parallel threads are fixed in the direction of two axes, or as a multi-axial scrim, in which several sets of parallel threads are fixed in the direction of different axes.
  • non-woven fabrics are characterized by a higher strength due to the elimination of the undulation which is unavoidable in woven fabrics.
  • a plurality of weave types such as plain weave or twill weave can be included in woven fabrics.
  • the matrix of the fiber composite material is made from a thermoplastic, preferably from a polyaryletherketone (PAEK), and / or the fiber in the fiber composite material comprises a mass fraction of at least 50% based on the fiber composite material.
  • Carbon fiber is preferably used as the fiber. This composition has proven to be particularly advantageous for producing the structured surface of the component by means of the method according to the invention.
  • the curved component has a lower fiber content on its outside than on its inside.
  • the structure of the surface is not influenced by the dimensions or dimensioning of the fibers used.
  • a carbon fiber with a diameter of about 6 mm can be used and nevertheless finger-like structures with a diameter ⁇ 6 mm can be introduced into the outer surface of the component.
  • the finger-like structures can have a diameter of 3 mm.
  • the method is carried out with a press having the inner shape and the outer shape, the inner shape and / or the outer shape being designed to shape an aircraft component, a ship component or a vehicle component.
  • the inner shape and outer shape can basically have any shape, in particular a negative shape of the component to be obtained, as a plane, as a cylinder and / or in cross-section as a semicircle or semicircle, whereby in the following it is often assumed that the inner shape and outer shape are used to manufacture a component of an aircraft , a ship or a vehicle.
  • the component can be a rotor blade of an aircraft or a wind turbine.
  • the inner shape can represent the lower tool and the outer shape the upper tool. Even more preferably, the inner shape and outer shape resting on one another close in a pressure-tight and / or sealing manner at their edges and / or are in contact with one another at their edges.
  • the method preferably has the further step of placing the outer shape on the inner shape in such a way that the outer shape and inner shape lie on one another in a sealing manner at their edges in order to form the mold space and / or fix and / or brace the outer shape and inner shape against one another, especially by means of the press.
  • a press having the inner shape and the outer shape is provided, in particular a C-frame press, and / or the method includes the step, after the separating membrane has been inserted, the inner shape and the outer shape are braced against one another until the Form space is formed, has.
  • the outer shape and the inner shape are preferably designed so that the mold space is pressure-tight after clamping.
  • the press preferably has a press frame, in particular a C-frame, which has an upper horizontal C-leg, a lower horizontal C-leg and a vertical C-base, the upper C-leg and the lower C-leg connects with each other.
  • the inner form is preferably fixedly supported on the lower horizontal C-leg as a lower tool and the outer form via a press cylinder on the upper C-leg as an upper tool in such a way that the inner form and the outer form can be braced against each other by actuating the press cylinder until the mold space is formed.
  • the C-frame is preferably designed as a frame construction, it being possible to provide several C-shaped press frames connected to one another in the longitudinal direction.
  • the individual press frames are preferably connected to one another with clamping elements.
  • the press in which the press cylinder is supported on the upper C-leg, the press can also be designed in the lower piston design, so that the inner shape through the Press cylinder can be braced against the outer shape provided on the upper C-leg.
  • the method includes the further step of applying the thermal oil to the cavity at a temperature of 3 250 ° C, 3 300 ° C or 3 400 ° C, such that the thermal oil with the pressure 3 20 bar, 3 30 bar or 3 40 bar acts on the separating membrane and / or, after a predetermined period of time, cooling the thermal oil to a temperature of £ 150 ° C, £ 200 ° C or £ 250 ° C.
  • the cavity is preferably exposed to the thermal oil at a temperature of 3 300 ° C, 3 350 ° C, 3 400 ° C or 3 500 ° C.
  • the thermal oil acts preferably at a pressure of 3 30 bar, 3 40 bar or 3 50 bar on the separating membrane.
  • the predefined time span can be 1 minute, 10 minutes, 1 hour or 5 hours.
  • the thermal oil preferably has a temperature of £ 150 ° C or £ 100 ° C. It is very particularly preferred to use the same thermal oil for heating or melting the organic sheet, ie when the cavity is exposed to the thermal oil at a temperature greater than the melting point of the matrix and when the organic sheet is subsequently cooled.
  • the thermal oil in the cavity is preferably cooled during a pumping process and fed back to the cavity, while the thermal oil continues to act on the separating membrane at a pressure of 3 20 bar.
  • the pressure and / or temperature curve rise and fall during heating and / or cooling, preferably in parallel.
  • the method includes the step of preheating the outer mold and / or the inner mold to a basic temperature, in particular before the fiber impregnated with the matrix is introduced.
  • heating and / or cooling channels can be provided in the outer shape and / or the inner shape to control the temperature of the respective shape before and / or during curing.
  • the heating channels and / or cooling channels preferably run in the axial direction at regular intervals and / or distributed over the entire outer surface of the respective mold.
  • feed channels for the thermal oil are preferably provided which extend in the radial direction through the outer shape.
  • the method comprises the step of applying a negative pressure to the outer surface of the inner mold.
  • the inner mold is preferably provided with a plurality of negative pressure channels at regular intervals along the lateral surface, which can extend in the radial direction through the lower mold and / or are connected to a vacuum pump by which the negative pressure can be generated.
  • a heating and / or cooling device can be provided in order to preheat or cool the outer shape and / or the inner shape to the basic temperature by means of the heating and / or cooling channels.
  • the method comprises the step of introducing a stringer, a former and / or a thickening into a recess in the inner mold, in particular before introducing the fiber impregnated with the matrix.
  • Stringers, ribs or thickenings can represent local reinforcements, for example for window, door and / or flap openings in an aircraft, and / or structural reinforcements that can be introduced by the proposed method step when producing the molded part.
  • the recess is preferably designed in such a way, for example by a milling process, that when the stringer, frame or thickening is inserted into the recess, it is flush with the outer surface of the inner mold.
  • the stringer, the bulkhead or the thickening is preferably used as a prefabricated and consolidated component in the recess.
  • the method comprises the step of cooling the inner mold to a temperature of £ 150 ° C, £ 200 ° C or £ 250 ° C or, after the preceding step, cooling the internal mold to a temperature of £ 150 ° C, £ 200 ° C or £ 250 ° C in the area of the stringer, the frame and / or the thickening.
  • a plurality of supply channels extending axially through the inner shape are preferably provided, which are arranged around the recess.
  • the object of the invention is further achieved by a device for producing an at least partially curved component with a convex outer side from a fiber composite material, with an inner shape on which a fiber impregnated with a matrix is applied, a separating membrane that is attached to the Matrix-impregnated fiber is applied, the separating membrane having a surface structure on its side facing the fiber impregnated with the matrix, an outer shape which rests on the inner shape with the fiber impregnated with the matrix and the separating membrane in such a sealing manner on the inner shape, that a cavity is formed along the surface of the outer mold, and a thermal oil temperature control and pressure device which is designed to act on the cavity with a thermal oil with a temperature greater than the melting point of the matrix and with a pressure greater than the ambient pressure in such a way that the thermal oil with the pressure on the separating membrane acts so that the surface structure of the separating membrane results in a structuring of the outer side of the component facing the separating membrane.
  • the method for producing the partially curved component from the fiber composite material is preferably carried out with the device described here.
  • the basic idea is that the separating membrane has the surface structure on its side facing the fiber impregnated with the matrix, which is then impressed on the outside of the component, so that the structure is created.
  • the proposed device allows components with a partially curved surface to be produced in a particularly simple manner, the surface of which is structured. For example, components for aircraft, ships or vehicles can be manufactured.
  • the one with the device The surface structuring of the component that is generated is particularly robust and durable, as it is an integral part of the component.
  • the fiber in particular impregnated with a thermoplastic plastic matrix, is embedded between the inner mold and the outer mold, on the one hand heated by the thermal oil and on the other hand pressurized so that after the subsequent cooling, the structuring of the separating membrane in the surface of the obtained Component.
  • the device can be designed as a press in order to achieve a precise movement, that is to say opening and closing, of the inner shape and outer shape.
  • the inner shape and the outer shape are preferably designed so that, when the press is closed, the shapes are in contact with one another at their edges and thus seal off the mold space formed by the shapes.
  • the inner shape and outer shape can be wrapped with tension ropes or otherwise fixed in order to form the mold space.
  • the surface structure has mushroom-like, honeycomb-like, groove-like and / or finger-like surface structures in the micrometer or millimeter range and / or a mushroom-like, honeycomb-like, groove-like and / or finger-like structure in the micrometer range or Millimeter range is effected on the outside of the component.
  • the mushroom-like, honeycomb-like, groove-like and / or finger-like surface structures have dimensions in the range from micrometers to millimeters.
  • an extension of the surface structure of the separating membrane that is to say the height or depth of the elevation or depression of the structure, is between 0.05 mm and 5 mm +/- 10%.
  • the height or depth of the elevation or depression of the structure is particularly preferably between 0.5 mm and 500 mm +/- 10%.
  • the surface structure has a regular pattern and / or is designed as a shark skin and / or the impact effects a structuring with a regular pattern and / or as a shark skin on the outside of the component. It is preferably provided that the surface structure not only comprises a single elevation or depression of the surface, but rather comprises a plurality of elevations and / or depressions. These elevations and / or depressions are preferably not randomly across the separating membrane or the outside of the component distributed, but have a regular arrangement. In particular, it is provided that the structuring of the separating membrane has translation symmetry, that is to say that it is a regularly repeating pattern.
  • a structuring with translational symmetry or a regular repeating pattern is also generated on the outside. It is preferably a honeycomb-like structure, with a hexagonal elevation and / or depression filling the surface in a translationally symmetrical manner. It is more preferably a finger-like or mushroom-like elevation and / or depression, wherein the pattern of the elevations and / or depressions can be described by one of the five two-dimensional Bravais grids.
  • the finger-like or mushroom-like structures of the separating membrane or the outside of the component form an oblique, a square, a rectangular, a hexagonal or a rectangular face-centered grid.
  • the structuring of the separating membrane further preferably comprises hill-like elevations with sharp, pointed depressions.
  • the separating membrane is preferably structured in such a way that the structuring corresponds to an imprint or negative of a riblet.
  • the fiber impregnated with the matrix comprises a preconsolidated semifinished product shell and / or preconsolidated individual layers.
  • the fiber, in particular impregnated with the thermoplastic plastic matrix can also comprise a fiber fabric and / or a fiber scrim, which are embedded in the thermoplastic plastic matrix.
  • fibers can run at right angles to one another in order to better define mechanical properties such as rigidity, strength and / or thermal expansion compared to materials known from the prior art, such as sheet metal.
  • the inner shape and / or the outer shape are made from Invar.
  • Invar is an iron-nickel alloy with a very low coefficient of thermal expansion, so that an inner shape and / or outer shape designed in this way is characterized by an extremely low expansion due to the temperature change caused by the thermal oil.
  • the outside of the component corresponds to a convex surface of the component.
  • the inner shape and / or the outer shape are preferably designed to form a component of an aircraft, ship or vehicle that partially has a curved outer side, this outer side being structured.
  • the outside of this component is preferably the convex surface, that is to say the surface of the component that curves outward.
  • the inner shape and / or the outer shape are preferably designed as a negative shape and the separating membrane also has the negative of the structuring of the surface of the component.
  • the cavity between the outer shape and the separating membrane has a thickness of 3 1 mm and £ 10 mm, in particular 3 2 mm and £ 5 mm, and / or the cavity at every point on the separating membrane has an equal thickness.
  • the fiber impregnated with the matrix an equal or approximately equal pressure is exerted, which is essentially in the direction of the respective normal of the separating membrane, the fiber impregnated with the matrix and / or the outer surface of the inner mold acts.
  • the structuring of the separating membrane is thus stamped particularly precisely on the surface of the component.
  • the fiber especially impregnated with the thermoplastic matrix preferably has a thickness comparable to that of the cavity, so that the thermal oil, due to its significantly higher thermal capacity, is sufficient to bring about the melting process for reshaping the fiber especially impregnated with the thermoplastic matrix.
  • the thermal oil temperature control and pressure device preferably has a heating device, a cooling device and / or a pump in order to heat or cool the thermal oil to the aforementioned temperatures, to pump off the heated thermal oil introduced into the cavity, to cool it and again to be introduced cooled into the cavity, and / or to build up the aforementioned pressure.
  • FIG. 1 shows a device for carrying out the method for producing an at least partially curved component with a convex outer side according to a preferred exemplary embodiment of the invention in a schematic perspective view
  • FIG. 2 shows a detail of the device shown in FIG. 1 with an inner shape
  • FIG 3 shows two examples of a surface structure of a separating membrane and one
  • the C-frame press has a press frame designed as a C-frame 2 with an upper horizontal C-limb 3, a lower horizontal C-limb 4 and a vertical C-base 5, which the upper C-limb 3 and the lower C-limb Leg 4 connects together.
  • the press is designed as a frame construction and has a plurality of press frames 6 which are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the press and are each C-shaped and connected to one another.
  • a cylinder-like inner shape 7 is provided, supported on the lower C-leg 4.
  • the inner shape 7 is semicircular in cross section with a cylinder diameter of 6 m. In the longitudinal direction, the inner shape 7 extends between its ends with a cylinder height of 15 m. Above the inner shape 7, an outer shape 8 that is congruent to the inner shape 7, that is, is also cylinder-like, is provided. Thus, through the interaction of the outer shape 8 and the inner shape 7, the component 1 is produced with a convex outer side.
  • Several press cylinders 9 are supported on the upper C-legs 3 and act on the outer shape 8. In this way, the outer mold 8 can be moved in the vertical direction by the press cylinder 9 in the manner of a running beam in order to open or close the mold space between the inner mold 7 and the outer mold 8. In the open state, as shown in FIG 1 to be removed from the device configured in this way, indicated by arrow 10.
  • a separating means 11 is indicated in 2, sprayed onto the inner mold 7.
  • a fiber impregnated with a thermoplastic plastic matrix in particular a glass fiber, aramid fiber and / or carbon fiber, is applied to the inner mold 7 as a preconsolidated semi-finished product shell or in preconsolidated individual layers as what is known as an organic sheet, so that the organic sheet covers the entire surface area 12 of the cylindrical inner shape 7 to to the edges of the inner mold 7 covered.
  • the release agent 11 is sprayed again onto the fiber impregnated with the thermoplastic plastic matrix.
  • the separating membrane 14 is applied to the fiber impregnated with the thermoplastic plastic matrix, the separating membrane 14 also covering the entire lateral surface 12 of the inner mold 7.
  • the separating membrane 14 is made of metal, made of stainless steel in the exemplary embodiment described here.
  • the surface of the separating membrane 14 is provided with a surface structure, the structure being present on the side of the separating membrane 14 facing the fiber impregnated with the matrix.
  • the structure of the separating membrane 14 is thus impressed on the outside of the component 1 as a structuring when the component 1 is produced.
  • the structure corresponds to the separating membrane 14 a negative or an imprint of a riblet structure.
  • the negative of the riblet structure and the riblet structure are shown in FIG. 3a).
  • the outside of the component 1 is embossed as a riblet structure, that is, a shark skin.
  • the outer surface 13 of the outer mold 8 and the separating membrane 14 form a cavity 15 which extends over the entire outer surface 13 of the outer shape 8 and has an approximately constant thickness between 2 and 5 mm.
  • the inner mold 7 and outer mold 8 are made of Invar iron-nickel alloy and are designed so that when the outer mold 8 rests on the inner mold 7 as shown in FIG. 2 to form the cavity 15, the inner mold 7 and the outer mold 8 at the edges their respective outer surfaces 12, 13 are sealed off or rest on one another in a touching manner.
  • the device has a thermal oil temperature and pressure device 16, which is designed on the one hand to act on the cavity 15 with a thermal oil 17 at a temperature> 400 ° C, so that a pressure of about 40 bar on the separating membrane 14 due to the thermal oil 17 is exercised. Since the thermal oil 17 can be freely distributed within the cavity 15 along the entire jacket surface 13 of the outer mold 8, the pressure of 40 bar acts at every point on the separating membrane 14 in the direction of the normal of the jacket surface 12 of the inner mold 7 or in the direction of extension of the fiber impregnated with the thermoplastic matrix 1.
  • the thermal oil 17 thus serves as a pressure and heating medium in order to exert a constant consolidation pressure on the fibers soaked with the thermoplastic matrix on all sides via the separating membrane 14 and for targeted, even heating of the fibers soaked with the thermoplastic matrix 1.
  • the melting process of the fibers soaked with the thermoplastic matrix is brought about by the thermal oil with its fiber 1, which is soaked with the thermoplastic matrix, which is considerably higher than that.
  • the thermal oil 17 is cooled by the thermal oil temperature control and pressure device 16 to a temperature of ⁇ 200 ° C. while the pressure remains constant, in order to obtain the component 1.
  • the surface structure of the separating membrane 14 is imprinted on the outside of the component 1 as a structure. Since the structuring of the Production of the component 1 is generated and is thus integratively connected to the component 1, the surface structure of the component 1 is very robust.
  • FIG. 3 shows a section of the separating membrane 14 and the finished component 1, FIG. 3a) showing the riblet structure or shark skin of component 1 as an example. Due to the riblet structure, the component 1 has a low flow resistance.
  • the Ribelt structure has regularly spaced ribs 24 with sharp points, the points being 50 mm apart in the present exemplary embodiment.
  • the height of the ribs 24, or the depth of the grooves formed by the spaced apart ribs, is 70 mm in each case in the present exemplary embodiment.
  • the riblet structure on the outside of the component 1 is shaped by a structure on the separating membrane 14 which corresponds to a negative of the riblet structure.
  • a finger-like structuring of the outside of the component 1 is shown as a further example.
  • This structuring creates a lotus effect, that is to say allows water to roll off the surface of the outside of the component 1.
  • the fingers 25 of the finger-like structure are approximately 100 mm long, 20 mm wide and each 30 mm apart. If the finger-like structures 25 are viewed from above, they are arranged regularly, forming a hexagonal grid.
  • various feed channels 18 are provided in the outer mold 8 which extend radially through the outer mold 8.
  • axially extending heating and / or cooling channels 19 are provided in the inner mold 7 as well as in the outer mold 8, whereby a preheating, cooling and / or temperature control of the corresponding mold is possible.
  • a vacuum channel 20 provided in the inner mold 7 and extending radially through the inner mold 7, the jacket surface 12 of the inner mold 7 can be subjected to negative pressure.
  • Recesses 21 are provided in the inner mold 7, into which, as can be seen from FIG. 2, a stringer 22, on the left, and a cover 23, on the right, are introduced.
  • a plurality of cooling channels 19 are arranged adjacent to the respective cutouts 21, which define the respective cutout 19.
  • the arranged around the recess 21 cooling channels 19 serve to cool the stringer 22 or the cover 23 so that they remain below a softening temperature.
  • Inner shape 7 and outer shape 8 can be designed to shape a component of an aircraft, vehicle or ship.
  • the exemplary embodiments described are merely examples that can be modified and / or supplemented in many ways within the scope of the claims.
  • Each feature that has been described for a specific exemplary embodiment can be used independently or in combination with other features in any other exemplary embodiment.
  • Each feature that has been described for an exemplary embodiment of a specific category can also be used in a corresponding manner in an exemplary embodiment of another category.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for producing an at least partially curved component (1) having a convex outer side from a fiber composite material, said method comprising the steps of: introducing a fiber (1) impregnated with a matrix on an inner mould (7) of a mould space formed between the inner mould (7) and an outer mould (8), introducing a separating membrane (14) on the fiber (1) impregnated with the matrix such that a cavity (15) forms between the outer mould (8) and the separating membrane (14), said cavity extending along the surface (13) of the outer mould (8), wherein the separating membrane (14) has a surface structure on its side facing the fiber (1) impregnated with the matrix, and subjecting the cavity (15) to a thermal oil (17) at a temperature greater than the melting point of the matrix and at a pressure greater than the ambient pressure such that the thermal oil (17) acts with the pressure on the separating membrane (14) in such a manner that a structuring of the outer side of the component (1), which faces the separating membrane (14), is caused by the surface structure of the separating membrane (14). The invention also relates to a device for carrying out the above method.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff Method and device for manufacturing a component from a fiber composite material
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines wenigstens teilweise ge- krümmten Bauteils mit einer konvexen Außenseite aus einem Faserverbundwerkstoff mit dem Schritt Einbringen einer mit einer Matrix imprägnierten Faser auf eine Innenform eines zwischen der Innenform und einer Außenform gebildeten Formraums. Die Erfin- dung betrifft zudem eine Vorrichtung zum Herstellen des teilweise gekrümmten Bauteils aus dem Faserverbundwerkstoff mit der Innenform, auf der die mit der Matrix impräg- nierte Faser aufgebracht ist. The invention relates to a method for producing an at least partially curved component with a convex outer side from a fiber composite material with the step of introducing a fiber impregnated with a matrix onto an inner shape of a mold space formed between the inner shape and an outer shape. The invention also relates to a device for producing the partially curved component from the fiber composite material with the inner shape on which the fiber impregnated with the matrix is applied.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Zu Faserverbundwerkstoffen gehörende Organobleche sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden vor allem im Flugzeug-, Schiffs- und Automobilbau verwendet, um gegenüber herkömmlichen Materialien bei vergleichbarer oder sogar besserer Steifigkeit wesentlich leichtere Bauteile zu erhalten. Derartige Organobleche weisen in der Regel ein Fasergewebe oder ein Fasergelege auf, welches in eine thermoplastische Kunststoff- matrix eingebettet ist. Oftmals liegen als Faserwerkstoffe in dem Faser-Matrix-Halbzeug Glas-, Aramid- oder Kohlenstofffasem vor. Da sich Organobleche in einfacher Weise mittels bekannter Methoden der Metallverarbeitung warm umformen lassen, resultieren im Vergleich zu konventionellen duroplastischen Faserverbundwerkstoffen kürzere Pro- zesszeiten. Organic sheets belonging to fiber composite materials are known from the prior art and are mainly used in aircraft, ship and automobile construction in order to obtain components that are significantly lighter than conventional materials with comparable or even better rigidity. Such organic sheets generally have a fiber fabric or a fiber lay-up which is embedded in a thermoplastic plastic matrix. Glass, aramid or carbon fibers are often present as fiber materials in the fiber-matrix semi-finished product. Since organic sheets can be easily thermoformed using known metalworking methods, the process times are shorter compared to conventional thermoset fiber composite materials.
In der Regel werden solche Organobleche im Bereich des Flugzeug-, Schiffs-, oder Fahr- zeugbaus verwendet, um im Schnitt halbkreisförmige Rumpfsektionen aus Faserver- bundwerkstoff als Unterschale und Oberschale einzeln vorzufertigen und in einer an- schließenden Endmontage zu einem fertigen Bauteil zusammengesetzt. Die Rumpfsekti- onen werden oftmals mittels einer Innenform und einer Außenform in einer C- Rahmenpresse umgeformt, wobei die Innenform und die Außenform zylinderartig ge- formt sind. As a rule, such organic sheets are used in aircraft, ship or vehicle construction in order to individually prefabricate semicircular fuselage sections made of fiber composite material as lower and upper shells and then to assemble them into a finished component in a subsequent final assembly. The trunk section Ones are often formed by means of an inner shape and an outer shape in a C-frame press, the inner shape and the outer shape being shaped like a cylinder.
Die Oberflächen der erhaltenen Bauteile sind naturgemäß durch ihre Nutzung im Flug- zeug-, Schiffs-, oder Fahrzeugbau starken Beanspruchungen ausgesetzt. Oberflächen von Schiffsrümpfen werden im Wasser von Muscheln besiedelt, die einen Reibungswider- stand erzeugen und somit den Treibstoffverbrauch des Schiffes erhöhen. Oberflächen von Flugzeugen müssen hohen Temperaturschwankungen mit einhergehender Vereisung standhalten. Die Oberflächenstruktur der Bauteile beeinflusst also nicht nur das Erschei- nungsbild sondern auch die technischen Eigenschaften, wie die Fahrdynamik, den Rei- bungswiderstand oder den Treibstoffverberbrauch. Oftmals werden die erhaltenen Bau- teile somit nach ihrer Herstellung mit Lacken oder Folien versehen, um die Oberflächen- struktur des Bauteils zu modifizieren und beispielsweise besonders glatte Oberflächen zu erhalten. Allerdings haben derartige Lacke und Folien nur eine begrenzte Lebensdauer, da sich die Folie oder der Lack mit der Zeit ablösen. The surfaces of the components obtained are naturally exposed to heavy loads due to their use in aircraft, ship or vehicle construction. In the water, the surfaces of ship hulls are colonized by mussels, which generate frictional resistance and thus increase the ship's fuel consumption. Aircraft surfaces have to withstand high temperature fluctuations with accompanying icing. The surface structure of the components therefore not only influences the appearance but also the technical properties, such as driving dynamics, frictional resistance or fuel consumption. The components obtained are thus often provided with lacquers or foils after their production in order to modify the surface structure of the component and, for example, to obtain particularly smooth surfaces. However, such lacquers and foils only have a limited lifespan because the foil or lacquer peel off over time.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Lebensdauer der Oberflächenstruktur zu erhöhen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfah- ren und eine Vorrichtung anzugeben, mittels derer ein Bauteil aus einem Faserverbund- werkstoff mit einem vermindertem Strömungswiederstand und/oder einer robusteren Oberflächenstruktur in besonders einfacher Weise herstellbar ist. Based on this, it is an object of the present invention to increase the service life of the surface structure. In particular, the object of the invention is to provide a method and a device by means of which a component can be produced in a particularly simple manner from a fiber composite material with a reduced flow resistance and / or a more robust surface structure.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche ge- löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. The object of the invention is achieved by the features of the independent claims. Advantageous refinements are given in the subclaims.
Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines wenigstens teilweise gekrümmten Bauteils mit einer konvexen Außenseite aus einem Faserverbundwerkstoff, mit den Schritten: Einbringen einer mit einer Matrix imprägnierten Faser auf eine Innen- form eines zwischen der Innenform und einer Außenform gebildeten Formraums, Ein- bringen einer Trennmembran auf die mit der Matrix imprägnierten Faser derart, dass sich zwischen der Außenform und der Trennmembran eine sich entlang der Fläche der Au- ßenform erstreckende Kavität bildet, wobei die Trennmembran auf ihrer der mit der Mat- rix imprägnierten Faser zuwandten Seite eine Oberflächenstruktur aufweist, und Beauf- schlagen der Kavität mit einem Thermoöl mit einer Temperatur größer dem Schmelz- punkt der Matrix und mit einem Druck größer Umgebungsdruck derart, dass das Ther- moöl mit dem Druck auf die Trennmembran derart einwirkt, dass durch die Oberflächen- struktur der Trennmembran eine Strukturierung der der Trennmembran zugewandten Außenseitseite des Bauteils bewirkt wird. Accordingly, the invention relates to a method for producing an at least partially curved component with a convex outer side from a fiber composite material, with the steps of: introducing a fiber impregnated with a matrix onto an inner shape of a mold space formed between the inner shape and an outer shape, a bring a separating membrane onto the fiber impregnated with the matrix in such a way that a cavity extending along the surface of the outer shape is formed between the outer mold and the separating membrane, the separating membrane having a surface structure on its side facing the fiber impregnated with the matrix and subjecting the cavity to a thermal oil at a temperature greater than the melting point of the matrix and at a pressure greater than ambient pressure such that the thermal oil acts with the pressure on the separating membrane in such a way that the surface structure of the Separating membrane structuring of the outer side of the component facing the separating membrane is effected.
Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird die Strukturie- rung der Außenseite des Bauteils nicht nach dem Formen des Bauteils beispielsweise als zusätzliche Schicht auf die Oberfläche des Bauteils aufgebracht, sondern während des Formprozesses beim Herstellen des Bauteils gebildet. Die Strukturierung der Oberfläche des Bauteils ist somit integrativer Bestandteil des Bauteils. Die Lebensdauer einer derart erzeugten Strukturierung ist um ein Vielfaches höher als bei einem nachträglich aufge- brachten Strukturlack oder einer nachträglich aufgebrachten Strukturfolie, da sich die mit dem Bauteil erzeugte Strukturierung nicht vom Bauteil ablösen kann. Des Weiteren wird durch dieses Verfahren ein Arbeitsschritt, nämlich das nachträgliche Aufbringen der Strukturierung, sowie zusätzliches Material, wie beispielsweise Strukturlack oder Struk- turfolie, eingespart. Zudem kann durch eine solche Strukturierung der Strömungswider- stand der Außenseite des Bauteils in vorteilhafter Weise verändert werden. In contrast to methods known from the prior art, the structuring of the outside of the component is not applied to the surface of the component as an additional layer, for example, after the component has been molded, but rather is formed during the molding process when the component is manufactured. The structuring of the surface of the component is thus an integral part of the component. The service life of a structuring produced in this way is many times longer than that of a subsequently applied textured paint or a subsequently applied textured film, since the structuring created with the component cannot detach from the component. Furthermore, this method saves a work step, namely the subsequent application of the structuring, as well as additional material, such as, for example, textured paint or textured film. In addition, such a structuring can advantageously change the flow resistance of the outside of the component.
Die Außenseite des wenigstens teilweise gekrümmten Bauteils entspricht der konvexen Fläche und/oder nach außen gewölbten Oberfläche des Bauteils. Beispielsweise handelt es sich bei einem Schiffsrumpf als Bauteil um die Oberfläche als Außenseite, die bei dem fertig erstellten Schiff mit Wasser in Berührung kommt. Die Strukturierung der Oberflä- che kann grundsätzlich über die gesamte Oberfläche des Bauteils erzeugt werden. Alter- nativ kann nur ein Teil der Oberfläche strukturiert werden. The outside of the at least partially curved component corresponds to the convex surface and / or the outwardly curved surface of the component. For example, in the case of a ship's hull as a component, it is the surface as the outside that comes into contact with water on the finished ship. The structuring of the surface can in principle be generated over the entire surface of the component. Alternatively, only part of the surface can be structured.
Die Strukturierung findet beim erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Prinzip des Stempelns oder Einprägens während des Umformprozesses des Bauteils statt. Die auf der Oberfläche des Bauteils erzeugte Strukturierung entspricht somit bevorzugt dem Negativ der Oberflächenstruktur der Trennmembran. Eine Vertiefung in der Oberflächenstruktur der Trennmembran fuhrt bevorzugt zu einer Erhöhung auf der Oberfläche des Bauteils und umgekehrt. Durch Wahl der Oberflächenstruktur der Trennmembran können beliebi- ge Strukturierungen der Oberfläche des Bauteils erzeugt werden. Beispielsweise kann das Bauteil derart auch mit einem Schriftzug oder einer Identifikationskennung versehen werden. In the method according to the invention, the structuring takes place according to the principle of stamping or embossing during the forming process of the component. The structuring produced on the surface of the component thus preferably corresponds to the negative the surface structure of the separating membrane. A depression in the surface structure of the separating membrane preferably leads to an elevation on the surface of the component and vice versa. By choosing the surface structure of the separating membrane, any structuring of the surface of the component can be produced. For example, the component can also be provided with lettering or an identification code in this way.
Strukturierung im Sinne der Erfindung bedeutet, dass die Oberfläche des Bauteils nicht glatt ist, sondern einen Mittenrauwert Ra von wenigstens 0.05 mm aufweist. Es besteht die Möglichkeit, dass die Strukturierung einen derart hohen Mittenrauwert aufweist, dass die Strukturierung von Auge oder haptisch von einem Menschen wahrgenommen wird. Alternativ kann die Strukturierung einen derart geringen Mittenrauwert aufweisen, dass sich die Oberfläche für einen Menschen glatt anfühlt, obwohl die Oberfläche den vorge- nannten Mittenrauwert aufweist. Structuring within the meaning of the invention means that the surface of the component is not smooth, but rather has a mean roughness value Ra of at least 0.05 mm. There is the possibility that the structuring has such a high average roughness that the structuring is perceived by the eye or haptically by a person. Alternatively, the structuring can have such a low mean roughness value that the surface feels smooth to a person, although the surface has the aforementioned mean roughness value.
Bei dem vorliegenden Umformverfahren wirkt der Pressdruck, aufgrund des Thermoöls, an jeder Stelle der Trennmembran in Richtung der Normalen der Trennmembran und damit ebenso in Richtung der Normalen des zu erhaltenen Bauteils bzw. der mit der thermoplastischen Kunststoffmatrix getränkten Faser. Somit wird nicht nur ein Press- druck mit ausschließlicher Vertikalkomponente erzeugt, wie sonst bei aus dem Stand der Technik bekannten Pressen, beispielsweise einer C-Rahmenpresse mit ortsfester Innen- form und sich ausschließlich in vertikaler Richtung verfahrbaren Außenform. Gegenüber einer bekannten Presse wird der zum Umformen notwendige Press- bzw. Konsolidie- rungsdruck jedoch nicht oder nur zum Teil durch die Presse sondern stattdessen vollstän- dig oder zum Wesentlichen durch das Thermoöl bewirkt. Um die Kavität für das Ther- moöl zu erzeugen wird die Trennmembran in die Außenform eingebracht. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Trennmembran auf die mit der Matrix imprägnierten Faser derart eingebracht wird, dass sich zwischen der Außenform und der Trennmembran die Kavität bildet. Die Trennmembran dient der Trennung von Thermoöl und Organoblech einerseits sowie andererseits zur Ausbildung der Kavität zum Aufhehmen des Thermoöls. Bevor- zugt weist die Trennmembran eine besonders gute Wärmeleitung und Druckübertragung auf. Da der Pressdruck, aufgrund des Thermoöls, an jeder Stelle der Trennmembran in Richtung der Normalen der Trennmembran und damit ebenso in Richtung der Normalen des zu erhaltenen Bauteils wirkt, lässt sich auf besonders einfacher Weise die Trenn- membran als Prägestempel nutzten, um die Strukturierung der Oberfläche des Bauteils zu erzeugen. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht somit in besonders einfacher Weise, ein Bauteil mit einer strukturierten Oberfläche zu erzeugen, wobei die Strukturierung integrativer Bestandteil des Bauteils und somit sehr langlebig ist. In the present forming process, due to the thermal oil, the pressing pressure acts at every point on the separating membrane in the direction of the normal to the separating membrane and thus also in the direction of the normal to the component to be obtained or the fiber soaked with the thermoplastic matrix. Thus, not only a pressing pressure with exclusively vertical components is generated, as is otherwise known from the state of the art presses, for example a C-frame press with a stationary inner shape and an outer shape that can only be moved in the vertical direction. In contrast to a known press, however, the pressing or consolidation pressure required for forming is not or only partially brought about by the press, but instead completely or largely by the thermal oil. In order to create the cavity for the thermal oil, the separating membrane is placed in the outer mold. In particular, it is provided that the separating membrane is placed on the fiber impregnated with the matrix in such a way that the cavity is formed between the outer shape and the separating membrane. The separating membrane serves to separate the thermal oil and the organic sheet on the one hand and to form the cavity for holding the thermal oil on the other. The separating membrane preferably has particularly good heat conduction and pressure transmission. Because the pressure, due to the thermal oil, is at every point on the separating membrane in the direction of the normal to the separating membrane and thus also in the direction of the normal of the component to be obtained acts, the separating membrane can be used as a stamping die in a particularly simple manner in order to produce the structuring of the surface of the component. The proposed method thus makes it possible in a particularly simple manner to produce a component with a structured surface, the structuring being an integral part of the component and therefore very durable.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die die Oberflächenstruktur pilzartige, wabenartige, rillenartige und/oder fingerartige Oberflächenstrukturen im Mikrometer oder Millimeterbereich auf und/oder das Verfahren umfasst den Schritt Erzeugen einer pilzartigen, wabenartigen, rillenartigen und/oder fingerartigen Strukturierung im Mikro- meterbereich oder Millimeterbereich auf der Außenseitseite des Bauteils. Wie bereits erwähnt, kann die Strukturierung der Trennmembran grundsätzlich beliebig sein. Bevor- zugt ist allerdings vorgesehen, dass die Trennmembran pilzartige, wabenartige, rillenarti- ge und/oder fingerartige Oberflächenstrukturen umfasst, wobei diese als Vertiefungen und/oder als Erhebungen in der Trennmembran ausgefuhrt sein können. Die pilzartigen, wabenartigen, rillenartigen und/oder fingerartigen Oberflächenstrukturen weisen Grö- ßenordnungen im Bereich von Mikrometern bis Millimetern auf. Dies bedeutet bevor- zugt, dass eine Ausdehnung der Oberflächenstruktur der Trennmembran, also die Höhe bzw. Tiefe der Erhebung bzw. Vertiefung der Strukturierung zwischen 0.05 mm und 5 mm +/- 10% beträgt. Besonders bevorzugt beträgt die Höhe bzw. Tiefe der Erhebung bzw. Vertiefung der Strukturierung zwischen 0.5 mm und 500 mm +/- 10%. Da die Ober- flächenstruktur mittels des Prinzips des Stempelns bzw. Einprägens beim Herstellen des Bauteils auf die Außenseite des Bauteils eingebracht wird, entspricht dies auch den Aus- dehnungen der auf der Außenseite des Bauteils erzeugten Strukturierung. According to a preferred development, the surface structure has mushroom-like, honeycomb-like, groove-like and / or finger-like surface structures in the micrometer or millimeter range and / or the method includes the step of creating a mushroom-like, honeycomb, groove-like and / or finger-like structure in the micrometer or millimeter range the outside of the component. As already mentioned, the structuring of the separating membrane can in principle be any. However, it is preferably provided that the separating membrane comprises mushroom-like, honeycomb-like, groove-like and / or finger-like surface structures, it being possible for these to be embodied as depressions and / or elevations in the separating membrane. The mushroom-like, honeycomb-like, groove-like and / or finger-like surface structures have dimensions in the range from micrometers to millimeters. This preferably means that an expansion of the surface structure of the separating membrane, that is to say the height or depth of the elevation or depression of the structure, is between 0.05 mm and 5 mm +/- 10%. The height or depth of the elevation or depression of the structure is particularly preferably between 0.5 mm and 500 mm +/- 10%. Since the surface structure is applied to the outside of the component using the principle of stamping or embossing when producing the component, this also corresponds to the expansions of the structuring produced on the outside of the component.
Grundsätzlich kann die Oberflächenstruktur als eine singuläre Erhebung oder Vertiefung auf der Außenseite des Bauteils erzeugt werden. Bevorzugt ist allerdings vorgesehen, dass die Oberflächenstruktur ein regelmäßiges Muster aufweist und/oder als Haifischhaut ausgebildet ist und/oder das Verfahren den Schritt Erzeugen einer Strukturierung mit einem regelmäßigen Muster und/oder als Haifischhaut auf der Außenseitseite des Bau- teils umfasst. Es ist also insbesondere vorgesehen, dass die Oberflächenstruktur nicht nur eine einzige Erhöhung oder Vertiefung der Oberfläche umfasst, sondern eine Vielzahl Erhöhungen und/oder Vertiefungen umfasst. Diese Erhöhungen und/oder Vertiefungen sind bevorzugt nicht zufällig über die Oberfläche des Bauteils verteilt, sondern weisen eine regelmäßig Anordnung auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Strukturierung eine Translationssymmetrie aufweist, es sich also um ein sich regelmäßig widerholendes Muster handelt. In principle, the surface structure can be produced as a singular elevation or depression on the outside of the component. Preferably, however, it is provided that the surface structure has a regular pattern and / or is designed as a shark skin and / or the method includes the step of generating a structure with a regular pattern and / or as a shark skin on the outside of the component. It is therefore provided in particular that the surface structure not only comprises a single elevation or depression in the surface, but rather comprises a plurality of elevations and / or depressions. These bumps and / or depressions are preferably not distributed randomly over the surface of the component, but rather have a regular arrangement. In particular, it is provided that the structuring has a translation symmetry, that is to say it is a regularly repeating pattern.
Bevorzugt handelt es sich um eine wabenartige Strukturierung, wobei eine sechseckige Erhöhung und/oder Vertiefung translationssymmetrisch die Fläche ausfüllt. Weiter be- vorzugt handelt es sich um eine fingerartige oder pilzartige Erhöhung und/oder Vertie- fung, wobei das Muster der Erhöhungen und/oder Vertiefungen durch eines der fünf zweidimensionalen Bravais-Gitter beschrieben werden kann. Die fmgerartigen oder pilz- artigen Strukturen bilden ein schiefwinkliges, ein quadratisches, ein rechteckiges, ein hexagonales oder ein rechteckig-flächenzentriertes Gitter. Weiter bevorzugt umfasst die Strukturierung feine Rippen mit scharfen Spitzen. Die Außenfläche des Bauteils ist be- vorzugt derart gerippt, dass die Strukturierung einem Riblet entspricht, ebenso als Hai- fischhaut bezeichnet. Demnach umfasst das Verfahren bevorzugt den Schritt Erzeugen einer Strukturierung als Haifischhaut auf der Außenseitseite des Bauteils. Weiter bevor- zugt umfassen die Haufischhaut u-formige Längsrillen. Bevorzugt sind die Rippen der Längsrillen ca. 10 bis 100 mm voneinander beabstandet. Weiter bevorzugt beträgt die Höhe der Rippen 10 bis 100 mm. Besonders bevorzugt entspricht die Höhe der Rippen dem Abstand zwischen den Rippen +/-20%. It is preferably a honeycomb-like structure, with a hexagonal elevation and / or depression filling the surface in a translationally symmetrical manner. It is also preferably a finger-like or mushroom-like elevation and / or depression, wherein the pattern of the elevations and / or depressions can be described by one of the five two-dimensional Bravais grids. The rack-like or mushroom-like structures form an oblique, a square, a rectangular, a hexagonal or a rectangular face-centered grid. The structuring further preferably comprises fine ribs with sharp points. The outer surface of the component is preferably ribbed in such a way that the structure corresponds to a riblet, also referred to as shark skin. Accordingly, the method preferably includes the step of creating a structure as a shark skin on the outside of the component. The common skin also preferably comprises U-shaped longitudinal grooves. The ribs of the longitudinal grooves are preferably about 10 to 100 mm apart. The height of the ribs is more preferably 10 to 100 mm. The height of the ribs particularly preferably corresponds to the distance between the ribs +/- 20%.
Im Hinblick auf die Strukturierung ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vorgese- hen, dass die Strukturierung des Bauteils ausgeführt ist, einen Reibungswiderstand, eine Hydrophilie, eine Hydrophobie und/oder eine Lärmemission des Bauteils zu reduzieren und/oder eine Stabilität des Bauteils zu erhöhen. Insbesondere sind die fingerartigen und/oder pilzartigen Strukturen geeignet die Affinität der Oberfläche des Bauteils zu Wasser zu verändern. So kann beispielsweise eine wasserabperlende und/oder wasserab- weisende Oberfläche (hydrophob) erzeugt werden. Insbesondere ist die Oberflächen- struktur derart gestaltet, dass ein Wassertopfen auf der Oberfläche im Wesentlichen ku- gelförmig ist. Weiterhin ist ein Kontaktwinkel, also der Winkel, den ein Wassertropfen auf der Oberfläche zu dieser Oberfläche bildet, bevorzugt größer als 120°. Bevorzugt ist die Oberflächenstruktur derart gestaltet, dass ein Lotoseffekt erzielt wird. Eine hydro- phobe Struktur kann beispielsweise die Besiedlung eines Schiffrumpfes mit Muscheln reduzieren, wodurch Treibstoff eingespart werden kann. With regard to the structuring, provision is made according to a preferred development that the structuring of the component is designed to reduce frictional resistance, hydrophilicity, hydrophobicity and / or noise emission of the component and / or to increase the stability of the component. In particular, the finger-like and / or mushroom-like structures are suitable for changing the affinity of the surface of the component for water. For example, a water-repellent and / or water-repellent surface (hydrophobic) can be produced. In particular, the surface structure is designed in such a way that a water droplet is essentially spherical on the surface. Furthermore, a contact angle, that is to say the angle that a water drop forms on the surface with respect to this surface, is preferably greater than 120 °. The surface structure is preferably designed in such a way that a lotus effect is achieved. A hydro Phobic structure can, for example, reduce the colonization of a ship's hull with mussels, which can save fuel.
Alternativ kann die Strukturierung des Bauteils ausgeführt sein, die Hydrophilie der Oberfläche des Bauteils zu verändern. Bevorzugt ist die Strukturierung derart gestaltet, dass die Oberfläche des Bauteils aufgrund der Strukturierung mit einem dünnen, bevor- zugt nicht von Auge sichtbaren Wasserfilm bedeckt ist. Weiter ist der Kontaktwinkel bevorzugt nahe 0°, insbesondere 0° +/- 20°. Alternatively, the structuring of the component can be designed to change the hydrophilicity of the surface of the component. The structuring is preferably designed in such a way that the surface of the component is covered with a thin film of water, preferably not visible to the eye, due to the structuring. Furthermore, the contact angle is preferably close to 0 °, in particular 0 ° +/- 20 °.
Weiter alternativ kann die Strukturierung des Bauteils ausgeführt sein, einen Reibungs- widerstand des Bauteils in vorteilhafter Weise zu verringern, oder gegebenenfalls auch zu erhöhen. Dies kann insbesondere mit der Riblet-Struktur, auch Haifischhaut genannt, ermöglicht werden. So kann beispielsweise durch die u- oder schuppenförmigen Rillen der Reibungswiderstand beeinflusst werden, da an der Oberfläche bevorzugt eine lamina- re Strömung erzeugt wird. Die Dimensionierung der Riblet-Struktur kann auf die Visko- sität des Mediums, beispielsweise Luft oder Wasser, sowie auf die zu erwartende Fort- bewegungsgeschwindigkeit des Flugzeugs, Fahrzeugs oder Schiffes abgestimmt werden. As a further alternative, the structuring of the component can be designed to advantageously reduce a frictional resistance of the component, or possibly also to increase it. This can be made possible in particular with the riblet structure, also called shark skin. For example, the U-shaped or scale-shaped grooves can influence the frictional resistance, since a laminar flow is preferably generated on the surface. The dimensioning of the riblet structure can be adjusted to the viscosity of the medium, for example air or water, as well as to the expected speed of movement of the aircraft, vehicle or ship.
Des Weiteren kann die Strukturierung die Stabilität des Bauteils in vorteilhafter Weise beeinflussen. Insbesondere mit wabenartigen Erhöhungen und/oder Vertiefungen kann die Stabilität des Bauteils erhöht werden. Die wabenartigen Strukturen weisen bevorzugt Vertiefungen und/oder Erhöhungen im Millimeterbereich, besonders bevorzugt 1 bis 3 mm, auf. Weiter bevorzugt misst eine Längsseite der sechseckigen wabenartigen Struktur bevorzugt zwischen 0,1 bis 20 mm. Furthermore, the structuring can advantageously influence the stability of the component. The stability of the component can be increased in particular with honeycomb-like elevations and / or depressions. The honeycomb-like structures preferably have depressions and / or elevations in the millimeter range, particularly preferably 1 to 3 mm. More preferably, a longitudinal side of the hexagonal honeycomb structure preferably measures between 0.1 and 20 mm.
Weiter bevorzug lässt sich durch die Strukturierung der Oberfläche die Lärmemission des Bauteils verringern. Eine Verringerung der Lärmemission ist insbesondere für Flug- zeuge oder Rotorblätter von Windkraftanlagen vorteilhaft. Bevorzugt ist die Strukturie- rung der Oberfläche derart ausgestaltet, dass eine Position des Grenzschichtumschlags von einer laminaren Grenzschicht zu einer turbulenten Grenzschicht verändert wird. Al- ternativ kann die Position und die Art der Strukturierung auf dem Bauteil derart gewählt werden, dass die Strukturierung einem Turbulator entspricht, womit ermöglicht wird, die Grenzschichtströmung gezielt turbulent werden zu lassen. Wie bereits erwähnt wird die Strukturierung auf der Außenseite des Bauteils nach dem Prinzip des Stempelns oder Einprägens mittels der Oberflächenstruktur der Trennmemb- ran erzeugt. Im Zuge dessen ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass die Trennmembran aus Metall ausgeführt ist und dass das Verfahren den Schritt Erzeu- gen der Oberflächenstruktur der Trennmembran mittels eines mechanischen und/oder eines chemischen Verfahrens umfasst. Zur einfachen Umsetzung können alle aus der Bearbeitung von Metallen bekannten Strukturierungsverfahren eingesetzt werden. Bei- spielsweise kann vorgesehen sein, dass die Trennmembran mit einer Walze zur Ausbil- dung der Oberflächenstruktur strukturiert wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Trennmembran ziseliert, punziert und/oder mittels Treiben zur Ausbildung der Oberflä- chenstruktur strukturiert wird. Weiter bevorzugt können chemische Verfahren wie Ätzen, elektrochemisches Mikrofräsen und/oder elektrochemisches Abtragen zur Erhalten der Oberflächenstruktur der Trennmembran verwendet werden. More preferably, the structure of the surface can reduce the noise emission of the component. A reduction in noise emissions is particularly advantageous for aircraft or rotor blades in wind power plants. The structuring of the surface is preferably designed in such a way that a position of the boundary layer change from a laminar boundary layer to a turbulent boundary layer. Alternatively, the position and the type of structuring on the component can be selected in such a way that the structuring corresponds to a turbulator, which enables the boundary layer flow to become turbulent in a targeted manner. As already mentioned, the structuring on the outside of the component is produced according to the principle of stamping or embossing by means of the surface structure of the separating membrane. In the course of this, it is provided according to a preferred development that the separating membrane is made of metal and that the method includes the step of generating the surface structure of the separating membrane by means of a mechanical and / or a chemical method. All structuring methods known from the processing of metals can be used for simple implementation. For example, it can be provided that the separating membrane is structured with a roller to form the surface structure. Alternatively, it can be provided that the separating membrane is chiseled, punched and / or structured by means of drivers to form the surface structure. More preferably, chemical methods such as etching, electrochemical micro-milling and / or electrochemical removal can be used to maintain the surface structure of the separating membrane.
Zwecks Lösen des fertigen Bauteils nach dem Umformprozess umfasst das Verfahren gemäß einer bevorzugten Weiterbildung den Schritt Aufbringen insbesondere Sprühen eines Trennmittels auf die Innenform, die Außenform und/oder die Trennmembran, ins- besondere vor dem Einbringen der mit der Matrix imprägnierten Faser. Das Trennmittel wirkt als Antihaftschicht und ermöglicht, nach dem Kühlen der mit der Matrix impräg- nierten Faser, ein einfaches Lösen der Trennmembran, der Außenform und der mit der Matrix imprägnierten Faser voneinander. For the purpose of releasing the finished component after the forming process, the method, according to a preferred development, includes the step of applying, in particular, spraying a release agent onto the inner shape, the outer shape and / or the separating membrane, in particular before introducing the fiber impregnated with the matrix. The separating agent acts as a non-stick layer and, after cooling the fiber impregnated with the matrix, allows the separating membrane, the outer shape and the fiber impregnated with the matrix to be easily detached from one another.
Während das Verfahren grundsätzlich mit beliebigen mit der Matrix imprägnierten Faser durchgeführt werden kann, sind die Fasern bevorzugt als Glasfasern, Aramidfasem und/oder Karbonfasem bzw. Kohlefasern ausgeführt. Ganz besonders bevorzugt ist die mit der Matrix getränkte Faser als Faser-Matrix-Halbzeug, als Faserverbundwerkstoff und/oder als Organoblech ausgeführt, wobei diese Begriffe im Rahmen der Erfindung teils synonym verwendet werden. Die mit der Matrix imprägnierte Faser ist bevorzugt als eine mit einer thermoplastischem Kunststoffmatrix getränkte Faser und/oder als glasfa- serverstärktes Aluminium, auch GLARE, als Hybridwerkstoff ausgeführt. Glasfaserver- stärktes Aluminium weist in der Regel viele, jeweils nur wenige Zehntel Millimeter di- cke Schichten auf, welche abwechselnd aus Aluminium und einem Glasfaserlaminat, beispielsweise glasfaserverstärkter Kunststoff, ausgeführt sind. While the method can in principle be carried out with any fiber impregnated with the matrix, the fibers are preferably designed as glass fibers, aramid fibers and / or carbon fibers or carbon fibers. The fiber impregnated with the matrix is very particularly preferably embodied as a fiber-matrix semifinished product, as a fiber composite material and / or as an organic sheet, these terms being used synonymously in the context of the invention. The fiber impregnated with the matrix is preferably embodied as a fiber impregnated with a thermoplastic plastic matrix and / or as glass fiber-reinforced aluminum, also GLARE, as a hybrid material. Fiberglass-reinforced aluminum usually has many, each only a few tenths of a millimeter cke layers which are alternately made of aluminum and a glass fiber laminate, for example glass fiber reinforced plastic.
Die Faser kann ein sogenanntes Prepregmaterial umfassen und/oder als Tape ausgebildet sein. Bevorzugt wird die Faser als Endlosmaterial bereitgestellt. Bei der Matrix kann es sich um eine Epoxidharz- oder Thermoplastmatrix wie auch Mischungen derselben han- deln. Beispielsweise kann die Matrix Polyphenylensulfide, Polyaryletherketone, oder Polyetheretherketone als Thermoplaste umfassen. Bevorzugt ist die Temperatur wenigs- tens 10 °C, 20 °C, 50 °C, 100 °C oder 200 °C größer dem Schmelzpunkt der Matrix. Der Druck ist während des Verfahrens bevorzugt wenigstens 10 bar, 20 bar, 30 bar oder 40 bar größer dem Umgebungsdruck. Die Temperatur wird während des Verfahrens bevor- zugt der verwendeten Matrix angepasst. Weiter bevorzugt wird die Faser vor dem Ein- bringen oder Ablegen in die Innenform mit der Matrix imprägniert und/oder getränkt. Im Rahmen der Erfindung, beispielsweise in der Figurenbeschreibung, werden die Begriffe mit der thermoplastischen Kunststoffmatrix getränkte Faser und mit der Matrix impräg- nierte Faser synonym verwendet. Das Prepregmaterial hat bevorzugt eine Dicke von 180 gm, wobei darin enthaltene Kohlefasem bevorzugt eine Dicke zwischen 6 und 9 mm auf- weisen. Eine Deckschicht der Außenseite kann so gelegt sein, dass bei nachfolgender Verwendung des Bauteils die Fasern in Richtung einer zu erwartenden Strömungshaupt- richtung ausgerichtet sind. Ferner kann die Deckschicht aus einem anderen Material ge- bildet sein als wenigstens eine andere Schicht der mit der Matrix imprägnierte Faser und/oder keine Fasern insbesondere keine durchgehend verlaufenden Kohlefasem auf- weist. Beispielsweise kann die Deckschicht aus einem hochfesten Kunststoff gebildet sein, der eine hohe Formbeständigkeit und keinen oder nun einen geringen Armierungs- anteil aufweist, beispielsweise PEEK. Ferner kann diese Deckschicht mit der darunter liegenden Schicht über eine Haftvermittlerschicht verbunden sein, da keine Gefahr einer Delaminierung der auf eine Strukturfestigkeit des Bauteils besonderen Einfluss nehmen- den Deckschicht besteht. The fiber can comprise a so-called prepreg material and / or be designed as a tape. The fiber is preferably provided as a continuous material. The matrix can be an epoxy resin or thermoplastic matrix as well as mixtures of the same. For example, the matrix can comprise polyphenylene sulfides, polyaryl ether ketones, or polyether ether ketones as thermoplastics. The temperature is preferably at least 10 ° C., 20 ° C., 50 ° C., 100 ° C. or 200 ° C. greater than the melting point of the matrix. The pressure during the process is preferably at least 10 bar, 20 bar, 30 bar or 40 bar greater than the ambient pressure. The temperature is preferably adapted to the matrix used during the process. More preferably, the fiber is impregnated and / or soaked with the matrix before it is introduced or deposited in the inner mold. In the context of the invention, for example in the description of the figures, the terms fiber impregnated with the thermoplastic matrix and fiber impregnated with the matrix are used synonymously. The prepreg material preferably has a thickness of 180 μm, the carbon fibers contained therein preferably having a thickness between 6 and 9 mm. A cover layer on the outside can be laid in such a way that when the component is subsequently used, the fibers are aligned in the direction of an expected main flow direction. Furthermore, the cover layer can be formed from a different material than at least one other layer of the fiber impregnated with the matrix and / or no fibers, in particular no continuously running carbon fibers. For example, the cover layer can be formed from a high-strength plastic which has a high dimensional stability and no or only a small proportion of reinforcement, for example PEEK. Furthermore, this cover layer can be connected to the layer underneath via an adhesion promoter layer, since there is no risk of delamination of the cover layer, which has a particular influence on the structural strength of the component.
Weiter bevorzugt kann die mit der Matrix imprägnierte Faser als Fasergelege oder Ge- webe ausgestaltet sein, bei dem Verstärkungsfasem in einer Kunststoffmatrix eingebettet sind. Ebenso kann ein Fadengelege als Faser vorgesehen sein, insbesondere als monoaxi- ales oder unidirektionales Fadengelege, welches durch Fixieren einer Schar von paralle- len Fäden erhalten werden kann, als biaxiales Fadengelege, bei welchem zwei Scharen von parallelen Fäden in Richtung von zwei Achsen fixiert werden sind, oder als multi- axiales Fadengelege, bei dem mehrere Scharen aus parallelen Fäden in Richtung ver- schiedener Achsen fixiert werden. Gegenüber Geweben zeichnen sich Gelegen durch eine höhere Festigkeit bedingt durch Wegfall der bei Geweben unvermeidbaren Ondula- tion aus. Ferner kann bei Geweben eine Mehrzahl von Bindungsarten wie Leinenbindung oder Köperbindung beinhaltet sein. More preferably, the fiber impregnated with the matrix can be configured as a fiber fabric or fabric in which reinforcing fibers are embedded in a plastic matrix. Likewise, a scrim can be provided as a fiber, in particular as a monoaxial or unidirectional scrim, which by fixing a group of parallel len threads can be obtained, as a biaxial scrim, in which two sets of parallel threads are fixed in the direction of two axes, or as a multi-axial scrim, in which several sets of parallel threads are fixed in the direction of different axes. Compared to woven fabrics, non-woven fabrics are characterized by a higher strength due to the elimination of the undulation which is unavoidable in woven fabrics. Furthermore, a plurality of weave types such as plain weave or twill weave can be included in woven fabrics.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Matrix des Faserverbundwerkstoffes aus einem Thermoplasten, vorzugsweise aus einem Polyaryletherketon (PAEK), ausgeführt und/oder die Faser im Faserverbund Werkstoff einen Massenanteil von wenigstens 50% bezogen auf den Faserverbundwerkstoff umfasst. Bevorzugt wird als Faser Karbonfaser verwendet. Diese Zusammensetzung hat sich als besonders vorteilhaft zum Erzeugen der strukturierten Oberfläche des Bauteils mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erwie- sen. According to a preferred development, the matrix of the fiber composite material is made from a thermoplastic, preferably from a polyaryletherketone (PAEK), and / or the fiber in the fiber composite material comprises a mass fraction of at least 50% based on the fiber composite material. Carbon fiber is preferably used as the fiber. This composition has proven to be particularly advantageous for producing the structured surface of the component by means of the method according to the invention.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das gekrümmte Bauteil auf sei- ner Außenseite einen geringeren Faseranteil als auf seiner Innenseite auf. Dies hat insbe- sondere den Vorteil, dass die Strukturierung der Oberfläche nicht durch die Ausmaße bzw. Dimensionierung der verwendeten Faser beeinflusst wird. So kann beispielsweise eine Karbonfaser mit einem Durchmessen von etwa 6 mm verwendet werden und trotz- dem fingerartige Strukturen mit einem Durchmesser < 6 mm in die Außenfläche des Bau- teils eingebracht werden. Beispielsweise können die fmgerartigen Strukturen 3 mm als Durchmesser aufweisen. According to a further preferred development, the curved component has a lower fiber content on its outside than on its inside. This has the particular advantage that the structure of the surface is not influenced by the dimensions or dimensioning of the fibers used. For example, a carbon fiber with a diameter of about 6 mm can be used and nevertheless finger-like structures with a diameter <6 mm can be introduced into the outer surface of the component. For example, the finger-like structures can have a diameter of 3 mm.
Hinsichtlich des zu formenden Bauteils ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vor- gesehen, dass das Verfahren mit einer die Innenform und die Außenform aufweisenden Presse durchgeführt wird, wobei die Innenform und/oder die Außenform ausgebildet ist, ein Flugzeugbauteil, ein Schiffsbauteil oder ein Fahrzeugbauteil auszuformen. Innenform und Außenform können grundsätzlich eine beliebige Form aufweisen, insbesondere eine Negativform des zu erhaltenen Bauteils, als Ebene, als Zylinder und/oder im Querschnitt als Halbkreis oder halbkreisartig, wobei im Folgenden oftmals angenommen wird, dass Innenform und Außenform zum Herstellen eines Bauteils eines Flugzeugs, eines Schiffes oder eines Fahrzeuges ausgebildet sind. Des Weiteren kann es sich beim Bauteil um ein Rotorblatt eines Flugzeuges oder einer Windkraftanlage handeln. With regard to the component to be formed, a preferred development provides that the method is carried out with a press having the inner shape and the outer shape, the inner shape and / or the outer shape being designed to shape an aircraft component, a ship component or a vehicle component. The inner shape and outer shape can basically have any shape, in particular a negative shape of the component to be obtained, as a plane, as a cylinder and / or in cross-section as a semicircle or semicircle, whereby in the following it is often assumed that the inner shape and outer shape are used to manufacture a component of an aircraft , a ship or a vehicle. Furthermore, the component can be a rotor blade of an aircraft or a wind turbine.
Im Falle einer Presse kann die Innenform das Unterwerkzeug und die Außenform das Oberwerkzeug darstellen. Noch weiter bevorzugt schließen aufeinander aufliegende In- nenform und Außenform an ihren Rändern druckdicht und/oder abdichtend ab und/oder liegen an ihren Rändern berührend aufeinander auf. In diesem Zusammenhang weist das Verfahren bevorzugt den weiteren Schritt Aufsetzen der Außenform auf die Innenform derart, dass Außenform und Innenform an ihren Rändern abdichtend zum Ausbilden des Formraums aufeinander aufliegen und/oder Fixieren und/oder Verspannen der aufeinan- der aufliegenden Außenform und Innenform gegeneinander, insbesondere mittels der Presse. In the case of a press, the inner shape can represent the lower tool and the outer shape the upper tool. Even more preferably, the inner shape and outer shape resting on one another close in a pressure-tight and / or sealing manner at their edges and / or are in contact with one another at their edges. In this context, the method preferably has the further step of placing the outer shape on the inner shape in such a way that the outer shape and inner shape lie on one another in a sealing manner at their edges in order to form the mold space and / or fix and / or brace the outer shape and inner shape against one another, especially by means of the press.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist eine die Innenform und die Außenform auf- weisende Presse vorgesehen, insbesondere eine C-Rahmenpresse, und/oder das Verfah- ren den Schritt, nach dem Einbringen der Trennmembran, Verspannen der Innenform und der Außenform gegeneinander, bis dass der Formraum ausgebildet ist, aufweist. Au- ßenform und Innenform sind bevorzugt ausgeführt, dass der Formraum nach dem Ver- spannen druckdicht ist. Die Presse weist bevorzugt ein Pressengestell auf, insbesondere ein C-Gestell, welches einen oberen horizontalen C-Schenkel, einen unteren horizontalen C-Schenkel und eine vertikale C-Basis aufweist, die den oberen C-Schenkel und den un- teren C-Schenkel miteinander verbindet. According to a preferred development, a press having the inner shape and the outer shape is provided, in particular a C-frame press, and / or the method includes the step, after the separating membrane has been inserted, the inner shape and the outer shape are braced against one another until the Form space is formed, has. The outer shape and the inner shape are preferably designed so that the mold space is pressure-tight after clamping. The press preferably has a press frame, in particular a C-frame, which has an upper horizontal C-leg, a lower horizontal C-leg and a vertical C-base, the upper C-leg and the lower C-leg connects with each other.
Die Innenform ist bevorzugt ortsfest an dem unteren horizontalen C-Schenkel als Unter- werkzeug und die Außenform über einen Presszylinder an dem oberen C-Schenkel als Oberwerkzeug derart abgestützt, dass durch Betätigen des Presszylinders die Innenform und die Außenform gegeneinander verspannt werden können, bis dass der Formraum ausgebildet ist. Das C-Gestell ist bevorzugt in Rahmenbauweise ausgefuhrt, wobei in Längsrichtung hintereinander mehrere C-formig ausgebildete und miteinander verbunde- ne Pressenrahmen vorgesehen sein können. Die einzelnen Pressenrahmen sind bevorzugt mit Spannelementen miteinander verbunden. Neben einer zuvor beschriebenen Oberkol- benpresse, bei der der Presszylinder an dem oberen C-Schenkel abgestützt ist, kann die Presse ebenso in Unterkolben-Bauweise ausgefuhrt sein, so dass die Innenform durch die Presszylinder gegen die an dem oberen C-Schenkel vorgesehene Außenform verspannbar ist. The inner form is preferably fixedly supported on the lower horizontal C-leg as a lower tool and the outer form via a press cylinder on the upper C-leg as an upper tool in such a way that the inner form and the outer form can be braced against each other by actuating the press cylinder until the mold space is formed. The C-frame is preferably designed as a frame construction, it being possible to provide several C-shaped press frames connected to one another in the longitudinal direction. The individual press frames are preferably connected to one another with clamping elements. In addition to the above-described upper piston press, in which the press cylinder is supported on the upper C-leg, the press can also be designed in the lower piston design, so that the inner shape through the Press cylinder can be braced against the outer shape provided on the upper C-leg.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst das Verfahren den weiteren Schritt Beaufschlagen der Kavität mit dem Thermoöl mit der Temperatur ³ 250 °C, ³ 300 °C oder ³ 400 °C, derart, dass das Thermoöl mit dem Druck ³ 20 bar, ³ 30 bar oder ³ 40 bar auf die Trennmembran einwirkt, und/oder, nach einer vorgegebenen Zeitspanne, Kühlen des Thermoöls auf eine Temperatur £ 150 °C, £ 200 °C oder £ 250 °C. Bevor- zugt wird die Kavität mit dem Thermoöl mit der Temperatur ³ 300 °C, ³ 350 °C, ³ 400 °C oder ³ 500 °C beaufschlagt. Das Thermoöl wirkt bevorzugt mit dem Druck von ³ 30 bar, ³ 40 bar oder ³ 50 bar auf die Trennmembran ein. Die vordefinierte Zeitspanne kann 1 Minute, 10 Minuten, 1 Stunde oder 5 Stunden umfassen. Beim Kühlen des Thermoöls zum Aushärten des Bauteils hat das Thermoöl bevorzugt eine Temperatur von £ 150 °C oder £ 100 °C. Ganz besonders bevorzugt wird zum Erhitzen bzw. Aufschmelzen des Organoblechs, also beim Beaufschlagen der Kavität mit dem Thermoöl mit der Tempera- tur größer dem Schmelzpunkt der Matrix und beim darauffolgenden Kühlen des Orga- noblechs das gleiche Thermoöl verwendet. Mit anderen Worten wird das in der Kavität befindliche Thermoöl bevorzugt während eines Pumpvorgangs gekühlt und wiederum der Kavität zugeführt, während das Thermoöl weiterhin mit dem Druck ³ 20 bar auf die Trennmembran einwirkt. Druck- und/oder Temperaturkurve steigen während des Erhit- zens und/oder Abkühlens bevorzugt parallel an und ab. According to a further preferred development, the method includes the further step of applying the thermal oil to the cavity at a temperature of ³ 250 ° C, ³ 300 ° C or ³ 400 ° C, such that the thermal oil with the pressure ³ 20 bar, ³ 30 bar or ³ 40 bar acts on the separating membrane and / or, after a predetermined period of time, cooling the thermal oil to a temperature of £ 150 ° C, £ 200 ° C or £ 250 ° C. The cavity is preferably exposed to the thermal oil at a temperature of ³ 300 ° C, ³ 350 ° C, ³ 400 ° C or ³ 500 ° C. The thermal oil acts preferably at a pressure of ³ 30 bar, ³ 40 bar or ³ 50 bar on the separating membrane. The predefined time span can be 1 minute, 10 minutes, 1 hour or 5 hours. When cooling the thermal oil to harden the component, the thermal oil preferably has a temperature of £ 150 ° C or £ 100 ° C. It is very particularly preferred to use the same thermal oil for heating or melting the organic sheet, ie when the cavity is exposed to the thermal oil at a temperature greater than the melting point of the matrix and when the organic sheet is subsequently cooled. In other words, the thermal oil in the cavity is preferably cooled during a pumping process and fed back to the cavity, while the thermal oil continues to act on the separating membrane at a pressure of ³ 20 bar. The pressure and / or temperature curve rise and fall during heating and / or cooling, preferably in parallel.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Verfahren den Schritt Vorheizen der Außenform und/oder der Innenform auf eine Grundtemperatur, insbesondere vor dem Einbringen der mit der Matrix imprägnierten Faser. Dazu können in der Außenform und/oder der Innenform Heiz- und/oder Kühlkanäle zum Temperieren der jeweiligen Form vor und/oder während des Aushärtens vorgesehen sein. Die Heizkanäle und/oder Kühlkanäle verlaufen bevorzugt in axialer Richtung in regelmäßigen Abständen und/oder verteilt über die gesamte Mantelfläche der jeweiligen Form. Zum Beaufschlagen der Ka- vität mit dem Thermoöl sind bevorzugt Zuführkanäle für das Thermoöl vorgesehen, wel- che sich in radialer Richtung durch die Außenform hindurch erstrecken. Nach einer noch weiter bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Verfahren den Schritt Beaufschlagen der Mantelfläche der Innenform mit einem Unterdrück. Bevorzugt ist die Innenform in regelmäßigen Abständen entlang der Mantelfläche mit einer Mehrzahl Un- terdruckkanäle versehen, die sich in radialer Richtung durch die Unterform hindurch er- strecken können und/oder mit einer Vakuumpumpe verbunden sind, durch die der Unter- drück erzeugbar ist. In analoger Weise kann eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung vorge- sehen sein, um die Außenform und/oder die Innenform mittels der Heiz- und/oder Kühl- kanäle auf die Grundtemperatur vorzuheizen bzw. zu kühlen. According to a preferred development, the method includes the step of preheating the outer mold and / or the inner mold to a basic temperature, in particular before the fiber impregnated with the matrix is introduced. For this purpose, heating and / or cooling channels can be provided in the outer shape and / or the inner shape to control the temperature of the respective shape before and / or during curing. The heating channels and / or cooling channels preferably run in the axial direction at regular intervals and / or distributed over the entire outer surface of the respective mold. In order to apply the thermal oil to the cavity, feed channels for the thermal oil are preferably provided which extend in the radial direction through the outer shape. According to an even further preferred embodiment, the method comprises the step of applying a negative pressure to the outer surface of the inner mold. The inner mold is preferably provided with a plurality of negative pressure channels at regular intervals along the lateral surface, which can extend in the radial direction through the lower mold and / or are connected to a vacuum pump by which the negative pressure can be generated. In an analogous manner, a heating and / or cooling device can be provided in order to preheat or cool the outer shape and / or the inner shape to the basic temperature by means of the heating and / or cooling channels.
Nach einer noch weiter bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Verfahren den Schritt Einbringen eines Stringers, eines Spants und/oder einer Aufdickung in eine Aussparung der Innenform, insbesondere vor dem Einbringen der mit der Matrix imprägnierten Faser. Stringer, Spanten bzw. Aufdickungen können lokale Verstärkungen, beispielsweise für Fenster-, Türen- und/oder Klappenöffnungen bei einem Flugzeug, und/oder Strukturaus- steifungen darstellen, die durch den vorgeschlagenen Verfahrensschritt beim Herstellen des Formteils mit eingebracht werden können. Beim Aufschmelzen des Organoblechs durch Beaufschlagen der Kavität mit dem Thermoöl mit der Temperatur größer dem Schmelzpunkt der Matrix werden Verbindungskontaktflächen der Stringer, Spanten bzw. Aufdickungen aufgeschmolzen und derart mit dem Organoblech verbunden. Die Aus- sparung ist bevorzugt derart beispielsweise durch einen Fräsvorgang ausgestaltet, dass bei in die Aussparung eingelegtem Stringer, Spant bzw. Aufdickung dieser bündig mit der Mantelfläche der Innenform abschließt. Der Stringer, der Spant bzw. die Aufdickung wird bevorzugt als vorgefertigtes und konsolidiertes Bauteil in die Aussparung einge- setzt. According to an even further preferred embodiment, the method comprises the step of introducing a stringer, a former and / or a thickening into a recess in the inner mold, in particular before introducing the fiber impregnated with the matrix. Stringers, ribs or thickenings can represent local reinforcements, for example for window, door and / or flap openings in an aircraft, and / or structural reinforcements that can be introduced by the proposed method step when producing the molded part. When the organic sheet is melted by applying the thermal oil to the cavity at a temperature greater than the melting point of the matrix, the connecting contact surfaces of the stringers, frames or thickenings are melted and connected to the organic sheet in this way. The recess is preferably designed in such a way, for example by a milling process, that when the stringer, frame or thickening is inserted into the recess, it is flush with the outer surface of the inner mold. The stringer, the bulkhead or the thickening is preferably used as a prefabricated and consolidated component in the recess.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Verfahren den Schritt Kühlen der Innenform auf eine Temperatur £ 150 °C, £ 200 °C oder £ 250 °C oder nach dem vor- hergehenden Schritt Kühlen der Innenform auf eine Temperatur £ 150 °C, £ 200 °C oder £ 250 °C im Bereich des Stringers, des Spants und/oder der Aufdickung. Bevorzugt sind dazu im Bereich des Stringers, des Spants und/oder der Aufdickung eine Mehrzahl sich axial durch die Innenform erstreckende Zufuhrkanäle vorgesehen, die sich um die Aus- sparung herum anordnen. Derart lässt sich sicherstellen, dass der in der Aussparung vor- gesehene Stringer, Spant und/oder die Aufdickung durch das erhitzte Thermoöl bedingt zwar an der jeweiligen Verbindungskontaktfläche aufschmilzt der verbleibende Teil des Stringers, des Spants bzw. der Aufdickung jedoch unterhalb einer Aufweichungstempe- ratur verbleibt. According to a preferred development, the method comprises the step of cooling the inner mold to a temperature of £ 150 ° C, £ 200 ° C or £ 250 ° C or, after the preceding step, cooling the internal mold to a temperature of £ 150 ° C, £ 200 ° C or £ 250 ° C in the area of the stringer, the frame and / or the thickening. For this purpose, in the area of the stringer, the frame and / or the thickening, a plurality of supply channels extending axially through the inner shape are preferably provided, which are arranged around the recess. In this way it can be ensured that the stringer, frame and / or the thickening provided in the recess are caused by the heated thermal oil Although the remaining part of the stringer melts on the respective connecting contact surface, the frame or the thickened portion remains below a softening temperature.
Bezüglich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Verfahrens zum Herstellen des wenigstens teilweise gekrümmten Bauteils mit einer konvexen Außenseite aus dem Faserverbund Werkstoff wird auf die Vorrichtung zum Herstellen des teilweise gekrümm- ten Bauteils mit einer konvexen Außenseite aus dem Faserverbundwerkstoff, die Figuren und die weitere Beschreibung verwiesen. With regard to further advantages and technical features of the method for producing the at least partially curved component with a convex outside from the fiber composite material, reference is made to the device for producing the partially curved component with a convex outside from the fiber composite, the figures and the further description .
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Vorrichtung zum Herstellen eines wenigstens teilweise gekrümmten Bauteils mit einer konvexen Außenseite aus einem Faserverbundwerkstoff gelöst, mit einer Innenform, auf der eine mit einer Matrix im- prägnierten Faser aufgebracht ist, einer Trennmembran, die auf der mit der Matrix im- prägnierten Faser aufgebracht ist, wobei die Trennmembran auf ihrer der mit der Matrix imprägnierten Faser zugewandten Seite eine Oberflächenstruktur aufweist, einer Außen- form, die auf der Innenform mit der darauf aufgebrachten mit der Matrix imprägnierten Faser und der Trennmembran derart abdichtend aufliegt, dass entlang der Fläche der Au- ßenform eine Kavität gebildet ist, und einer Thermoöltemperier- und Druckeinrichtung, welche ausbildet ist, die Kavität mit einem Thermoöl mit einer Temperatur größer dem Schmelzpunkt der Matrix und mit einem Druck größer Umgebungsdruck derart zu beauf- schlagen, dass das Thermoöl mit dem Druck auf die Trennmembran einwirkt, so dass durch die Oberflächenstruktur der Trennmembran eine Strukturierung der der Trenn- membran zugewandten Außenseitseite des Bauteils bewirkt wird. The object of the invention is further achieved by a device for producing an at least partially curved component with a convex outer side from a fiber composite material, with an inner shape on which a fiber impregnated with a matrix is applied, a separating membrane that is attached to the Matrix-impregnated fiber is applied, the separating membrane having a surface structure on its side facing the fiber impregnated with the matrix, an outer shape which rests on the inner shape with the fiber impregnated with the matrix and the separating membrane in such a sealing manner on the inner shape, that a cavity is formed along the surface of the outer mold, and a thermal oil temperature control and pressure device which is designed to act on the cavity with a thermal oil with a temperature greater than the melting point of the matrix and with a pressure greater than the ambient pressure in such a way that the thermal oil with the pressure on the separating membrane acts so that the surface structure of the separating membrane results in a structuring of the outer side of the component facing the separating membrane.
Bevorzugt wird mit der hier beschriebenen Vorrichtung das Verfahren zum Herstellen des teilweise gekrümmten Bauteils aus dem Faserverbund Werkstoff durchgeführt. Die Grundidee besteht darin, dass die Trennmembran auf ihrer der mit der Matrix impräg- nierten Faser zugewandten Seite die Oberflächenstruktur aufweist, die sich dann auf der Außenseite des Bauteils einprägt, so dass die Strukturierung entsteht. Durch die vorge- schlagene Vorrichtung lassen sich auf besonders einfache Weise Bauteile mit teilweise gekrümmter Oberfläche erzeugen, dessen Oberfläche strukturiert ist. Beispielsweise las- sen sich Bauteile für Flugzeuge, Schiffe oder Fahrzeuge hersteilen. Die mit der Vorrich- tung erzeugte Oberflächenstrukturierung des Bauteils ist besonders robust und langlebig, da sie integrativer Bestandteil des Bauteils ist. Die insbesondere mit einer thermoplasti- schen Kunststoffmatrix getränkte Faser wird, eingebettet zwischen der Innenform und der Außenform, durch das Thermoöl einerseits erhitzt und andererseits mit Druck beauf- schlagt, so dass sich nach dem darauf folgenden Abkühlen die Strukturierung der Trennmembran in der Oberfläche des erhaltenen Bauteils abbildet. Die Vorrichtung kann als Presse ausgestaltet sein, um ein präzises Bewegen, das heißt Öffnen und Schließen, der Innenform und Außenform zu erreichen. Die Innenform und die Außenform sind bevorzugt ausgestaltet, dass bei geschlossener Presse die Formen an ihren Rändern be- rührend aufeinander aufliegen und derart den durch die Formen gebildeten Formraum abdichtend abschließen. Ebenso können Innenform und Außenform mit Spannseilen umwickelt oder anderweitig fixiert werden, um den Formraum auszubilden. The method for producing the partially curved component from the fiber composite material is preferably carried out with the device described here. The basic idea is that the separating membrane has the surface structure on its side facing the fiber impregnated with the matrix, which is then impressed on the outside of the component, so that the structure is created. The proposed device allows components with a partially curved surface to be produced in a particularly simple manner, the surface of which is structured. For example, components for aircraft, ships or vehicles can be manufactured. The one with the device The surface structuring of the component that is generated is particularly robust and durable, as it is an integral part of the component. The fiber, in particular impregnated with a thermoplastic plastic matrix, is embedded between the inner mold and the outer mold, on the one hand heated by the thermal oil and on the other hand pressurized so that after the subsequent cooling, the structuring of the separating membrane in the surface of the obtained Component. The device can be designed as a press in order to achieve a precise movement, that is to say opening and closing, of the inner shape and outer shape. The inner shape and the outer shape are preferably designed so that, when the press is closed, the shapes are in contact with one another at their edges and thus seal off the mold space formed by the shapes. Likewise, the inner shape and outer shape can be wrapped with tension ropes or otherwise fixed in order to form the mold space.
Hinsichtlich der Trennmembran ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass die Oberflächenstruktur pilzartige, wabenartige, rillenartige und/oder fingerartige Oberflächenstrukturen im Mikrometer oder Millimeterbereich aufweist und/oder durch die Beaufschlagung eine pilzartige, wabenartige, rillenartige und/oder fingerartige Struk- turierung im Mikrometerbereich oder Millimeterbereich auf der Außenseitseite des Bau- teils bewirkt wird. Die pilzartigen, wabenartigen, rillenartigen und/oder fingerartigen Oberflächenstrukturen weisen dabei Größenordnungen im Bereich von Mikrometern bis Millimetern auf. Dies bedeutet bevorzugt, dass eine Ausdehnung der Oberflächenstruktur der Trennmembran, also die Höhe bzw. Tiefe der Erhebung bzw. Vertiefung der Struktu- rierung zwischen 0.05 mm und 5 mm +/- 10% beträgt. Besonders bevorzugt beträgt die Höhe bzw. Tiefe der Erhebung bzw. Vertiefung der Strukturierung zwischen 0.5 mm und 500 mm +/- 10%. With regard to the separating membrane, it is provided according to a preferred development that the surface structure has mushroom-like, honeycomb-like, groove-like and / or finger-like surface structures in the micrometer or millimeter range and / or a mushroom-like, honeycomb-like, groove-like and / or finger-like structure in the micrometer range or Millimeter range is effected on the outside of the component. The mushroom-like, honeycomb-like, groove-like and / or finger-like surface structures have dimensions in the range from micrometers to millimeters. This preferably means that an extension of the surface structure of the separating membrane, that is to say the height or depth of the elevation or depression of the structure, is between 0.05 mm and 5 mm +/- 10%. The height or depth of the elevation or depression of the structure is particularly preferably between 0.5 mm and 500 mm +/- 10%.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Oberflächenstruktur ein re- gelmäßiges Muster auf und/oder ist als Haifischhaut ausgebildet und/oder wird durch die Beaufschlagung eine Strukturierung mit einem regelmäßigen Muster und/oder als Hai- fischhaut auf der Außenseitseite des Bauteils bewirkt. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Oberflächenstruktur nicht nur eine einzige Erhöhung oder Vertiefung der Oberfläche umfasst, sondern eine Vielzahl Erhöhungen und/oder Vertiefungen umfasst. Diese Erhö- hungen und/oder Vertiefungen sind bevorzugt nicht zufällig über die Trennmembran bzw. die Außenseite des Bauteils verteilt, sondern weisen eine regelmäßig Anordnung auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Strukturierung der Trennmembran eine Trans- lationssymmetrie aufweist, es sich also um ein sich regelmäßig widerholendes Muster handelt. Somit wird auch auf der Außenseite eine Strukturierung mit einer Translations- symmetrie bzw. ein sich regelmäßiges widerholendes Muster erzeugt. Bevorzugt handelt es sich um eine wabenartige Strukturierung, wobei eine sechseckige Erhöhung und/oder Vertiefung translationssymmetrisch die Fläche ausfüllt. Weiter bevorzugt handelt es sich um eine fingerartige oder pilzartige Erhöhung und/oder Vertiefung, wobei das Muster der Erhöhungen und/oder Vertiefungen durch eines der fünf zweidimensionalen Bravais- Gitter beschrieben werden kann. Die fingerartigen oder pilzartigen Strukturen der Trennmembran bzw. der Außenseite des Bauteils bilden ein schiefwinkliges, ein quadra- tisches, ein rechteckiges, ein hexagonales oder ein rechteckig-flächenzentriertes Gitter. Weiter bevorzugt umfasst die Strukturierung der Trennmembran hügelartige Erhöhungen mit scharfen spitzen Vertiefungen. Die Trennmembran ist bevorzugt derart strukturiert, dass die Strukturierung einem Abdruck bzw. Negativ eines Riblet entspricht. According to a further preferred development, the surface structure has a regular pattern and / or is designed as a shark skin and / or the impact effects a structuring with a regular pattern and / or as a shark skin on the outside of the component. It is preferably provided that the surface structure not only comprises a single elevation or depression of the surface, but rather comprises a plurality of elevations and / or depressions. These elevations and / or depressions are preferably not randomly across the separating membrane or the outside of the component distributed, but have a regular arrangement. In particular, it is provided that the structuring of the separating membrane has translation symmetry, that is to say that it is a regularly repeating pattern. In this way, a structuring with translational symmetry or a regular repeating pattern is also generated on the outside. It is preferably a honeycomb-like structure, with a hexagonal elevation and / or depression filling the surface in a translationally symmetrical manner. It is more preferably a finger-like or mushroom-like elevation and / or depression, wherein the pattern of the elevations and / or depressions can be described by one of the five two-dimensional Bravais grids. The finger-like or mushroom-like structures of the separating membrane or the outside of the component form an oblique, a square, a rectangular, a hexagonal or a rectangular face-centered grid. The structuring of the separating membrane further preferably comprises hill-like elevations with sharp, pointed depressions. The separating membrane is preferably structured in such a way that the structuring corresponds to an imprint or negative of a riblet.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die mit der Matrix imprägnierte Faser eine vorkonsolidierte Halbzeugschale und/oder vorkonsolidierte Einzellagen. Die insbe- sondere mit der thermoplastischen Kunststoffmatrix getränkte Faser kann zudem ein Fa- sergewebe und/oder ein Fasergelege umfassen, die in die thermoplastische Kunststoff- matrix eingebettet sind. Bei Geweben und Gelegen können Fasern rechtwinkelig zuei- nander verlaufen, um mechanische Eigenschaften wie Steifigkeit, Festigkeit und/oder Wärmeausdehnung gegenüber als aus dem Stand der Technik bekannten Materialien wie Metallblechen besser zu definieren. According to a preferred development, the fiber impregnated with the matrix comprises a preconsolidated semifinished product shell and / or preconsolidated individual layers. The fiber, in particular impregnated with the thermoplastic plastic matrix, can also comprise a fiber fabric and / or a fiber scrim, which are embedded in the thermoplastic plastic matrix. In woven and non-woven fabrics, fibers can run at right angles to one another in order to better define mechanical properties such as rigidity, strength and / or thermal expansion compared to materials known from the prior art, such as sheet metal.
Zur Ausgestaltung der Innenform und/oder der Außenform existieren grundsätzlich ver- schiedene Möglichkeiten. Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung des vorbe- schriebenen Verfahrens sowie der Vorrichtung sind die Innenform und/oder die Außen- form aus Invar ausgestaltet. Invar ist eine Eisen-Nickel-Legierung mit einem sehr gerin- gen Wärmeausdehnungskoeffizienten, so dass sich eine so gestaltete Innenform und/oder Außenform durch eine äußerst geringe Ausdehnung aufgrund der durch das Thermoöl hervorgerufenen Temperaturänderung auszeichnet. Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung entspricht die Außenseite des Bauteils einer konvexen Fläche des Bauteils. Die Innenform und/oder die Außenform sind bevor- zugt ausgebildet, ein Bauteil eines Flugzeuges, Schiffes oder Fahrzeuges auszuformen, das teilweise eine gekrümmte Außenseite aufweist, wobei diese Außenseite strukturiert ist. Die Außenseite dieses Bauteils ist bevorzugt die konvexe Fläche, also die sich nach außen wölbende Fläche des Bauteils. Die Innenform und/oder die Außenform sind dazu bevorzugt als Negativform ausgebildet und die Trennmembran weist ebenfalls das Nega- tiv der Strukturierung der Oberfläche des Bauteils auf. There are basically different possibilities for designing the inner shape and / or the outer shape. According to a particularly preferred development of the method described above and of the device, the inner shape and / or the outer shape are made from Invar. Invar is an iron-nickel alloy with a very low coefficient of thermal expansion, so that an inner shape and / or outer shape designed in this way is characterized by an extremely low expansion due to the temperature change caused by the thermal oil. According to a particularly preferred development, the outside of the component corresponds to a convex surface of the component. The inner shape and / or the outer shape are preferably designed to form a component of an aircraft, ship or vehicle that partially has a curved outer side, this outer side being structured. The outside of this component is preferably the convex surface, that is to say the surface of the component that curves outward. For this purpose, the inner shape and / or the outer shape are preferably designed as a negative shape and the separating membrane also has the negative of the structuring of the surface of the component.
Des Weiteren ist bevorzugt, dass die Kavität zwischen der Außenform und der Trenn- membran entlang der Mantelfläche eine Dicke von ³ 1 mm und £ 10 mm, insbesondere ³ 2 mm und £ 5 mm, aufweist und/oder die Kavität an jeder Stelle der Trennmembran eine gleich große Dicke aufweist. Derart lässt sich erreichen, dass an jeder Stelle auf die mit der Matrix imprägnierte Faser ein gleich großer oder annähernd gleich großer Druck aus- geübt wird, der im Wesentlichen in Richtung der jeweiligen Normalen der Trennmemb- ran, der mit der Matrix imprägnierte Faser und/oder der Mantelfläche der Innenform wirkt. Somit wird die Strukturierung der Trennmembran besonders genau auf die Ober- fläche des Bauteils geprägt. It is also preferred that the cavity between the outer shape and the separating membrane has a thickness of ³ 1 mm and £ 10 mm, in particular ³ 2 mm and £ 5 mm, and / or the cavity at every point on the separating membrane has an equal thickness. In this way it can be achieved that at every point on the fiber impregnated with the matrix an equal or approximately equal pressure is exerted, which is essentially in the direction of the respective normal of the separating membrane, the fiber impregnated with the matrix and / or the outer surface of the inner mold acts. The structuring of the separating membrane is thus stamped particularly precisely on the surface of the component.
Da sowohl beim Aufschlagen des Thermoöls mit der Temperatur größer dem Schmelz- punkt, ³ 250 °C, ³ 300 °C oder ³ 400 °C sowie beim darauf folgenden Kühlen des Thermoöls auf £ 150 °C, £ 200 °C oder £ 250 °C der Druck größer Umgebungsdruck, ³ 20 bar, ³ 30 bar oder ³ 40 bar beträgt, existiert während des Umformens bevorzugt keine drucklose Phase. Die insbesondere mit der thermoplastischen Kunststoffmatrix getränkte Faser weist bevorzugt eine vergleichbare Dicke wie die Kavität auf, so dass das Thermo- öl aufgrund seiner wesentlich höheren thermischen Kapazität ausreicht, um den Schmelzvorgang zum Umformen der insbesondere mit der thermoplastischen Kunst- stoffmatrix getränkten Faser herbeizuführen. Die Thermoöltemperier- und Druckeinrich- tung weist bevorzugt eine Heizeinrichtung, eine Kühleinrichtung und/oder eine Pumpe auf, um das Thermoöl auf die vorgenannten Temperaturen zu erhitzen bzw. zu kühlen, das in die Kavität eingeführte, erhitzte Thermoöl abzupumpen, abzukühlen und wiede- rum in die Kavität gekühlt einzuführen, und/oder um den vorgenannten Druck aufzubau- en. Kurze Beschreibung der Zeichnungen Both when the thermal oil is whipped at a temperature greater than the melting point, ³ 250 ° C, ³ 300 ° C or ³ 400 ° C and when the thermal oil is subsequently cooled to £ 150 ° C, £ 200 ° C or £ 250 ° If the pressure is greater than ambient pressure, ³ 20 bar, ³ 30 bar or ³ 40 bar, there is preferably no pressureless phase during the forming process. The fiber especially impregnated with the thermoplastic matrix preferably has a thickness comparable to that of the cavity, so that the thermal oil, due to its significantly higher thermal capacity, is sufficient to bring about the melting process for reshaping the fiber especially impregnated with the thermoplastic matrix. The thermal oil temperature control and pressure device preferably has a heating device, a cooling device and / or a pump in order to heat or cool the thermal oil to the aforementioned temperatures, to pump off the heated thermal oil introduced into the cavity, to cool it and again to be introduced cooled into the cavity, and / or to build up the aforementioned pressure. Brief description of the drawings
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings using a preferred exemplary embodiment.
In den Zeichnungen zeigen Show in the drawings
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Durchfuhren des Verfahrens zum Herstellen eines wenigstens teilweise gekrümmten Bauteils mit einer konvexen Außenseite gemäß einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Perspektivansicht, 1 shows a device for carrying out the method for producing an at least partially curved component with a convex outer side according to a preferred exemplary embodiment of the invention in a schematic perspective view,
Fig. 2 einen Ausschnitt der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung mit Innenform undFIG. 2 shows a detail of the device shown in FIG. 1 with an inner shape and
Außenform in einer schematischen Schnittansicht, und Outer shape in a schematic sectional view, and
Fig. 3 zwei Beispiele einer Oberflächenstruktur einer Trennmembran sowie einer3 shows two examples of a surface structure of a separating membrane and one
Strukturierung der Außenseite des teilweise gekrümmten Bauteils. Structuring of the outside of the partially curved component.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbespiele Detailed description of the working examples
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung in Form einer C-Rahmenpresse zum Ausfuhren eines Ver- fahrens zum Herstellen des wenigstens teilweise gekrümmten Bauteils 1 mit einer kon- vexen Außenseite aus Organoblech als Faserverbundwerkstoff. Die C-Rahmenpresse weist ein als C-Gestell 2 ausgestaltetes Pressengestell mit einem oberen horizontalen C- Schenkel 3, einem unteren horizontalen C-Schenkel 4 sowie einer vertikalen C-Basis 5 auf, die den oberen C-Schenkel 3 und den unteren C-Schenkel 4 miteinander verbindet. Die Presse ist in Rahmenbauweise ausgeführt und weist eine Mehrzahl in Längsrichtung der Presse hintereinander angeordneten und jeweils C-förmig ausgebildeten und mitei- nander verbundenen Pressenrahmen 6 auf. Auf den unteren C-Schenkel 4 aufgestützt ist eine zylinderartige Innenform 7 vorgese- hen. Die Innenform 7 ist im Querschnitt halbkreisartig mit einem Zylinderdurchmesser von 6 m ausgestaltet. In Längsrichtung erstreckt sich die Innenform 7 zwischen ihren Enden mit einer Zylinderhöhe von 15 m. Oberhalb der Innenform 7 ist eine zu der Innen- form 7 kongruente also ebenso zylinderartige ausgeführte Außenform 8 vorgesehen. Somit wird durch das Zusammenwirken der Außenform 8 und der Innenform 7 das Bau- teil 1 mit einer konvexen Außenseite erzeugt. Mehrere Presszylinder 9, sind an den obe- ren C-Schenkeln 3 abgestützt und wirken auf die Außenform 8 ein. Derart lässt sich die Außenform 8 durch die Presszylinder 9 im Sinne eines Laufholms in vertikale Richtung bewegen, um den Formraum zwischen der Innenform 7 und der Außenform 8 zu öffnen bzw. zu schließen, hn offenen Zustand, wie in Figur 1 abgebildet lässt sich das Bauteil 1 aus der so ausgestalteten Vorrichtung herauszunehmen, angedeutet durch Pfeil 10. 1 shows a device in the form of a C-frame press for carrying out a method for producing the at least partially curved component 1 with a convex outside made of organic sheet as a fiber composite material. The C-frame press has a press frame designed as a C-frame 2 with an upper horizontal C-limb 3, a lower horizontal C-limb 4 and a vertical C-base 5, which the upper C-limb 3 and the lower C-limb Leg 4 connects together. The press is designed as a frame construction and has a plurality of press frames 6 which are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the press and are each C-shaped and connected to one another. A cylinder-like inner shape 7 is provided, supported on the lower C-leg 4. The inner shape 7 is semicircular in cross section with a cylinder diameter of 6 m. In the longitudinal direction, the inner shape 7 extends between its ends with a cylinder height of 15 m. Above the inner shape 7, an outer shape 8 that is congruent to the inner shape 7, that is, is also cylinder-like, is provided. Thus, through the interaction of the outer shape 8 and the inner shape 7, the component 1 is produced with a convex outer side. Several press cylinders 9 are supported on the upper C-legs 3 and act on the outer shape 8. In this way, the outer mold 8 can be moved in the vertical direction by the press cylinder 9 in the manner of a running beam in order to open or close the mold space between the inner mold 7 and the outer mold 8. In the open state, as shown in FIG 1 to be removed from the device configured in this way, indicated by arrow 10.
Unter Verweis auf den in Fig. 2 dargestellten Ausschnitt von aufeinander aufliegender Innenform 7 und Außenform 8 als schematische Schnittansicht wird zunächst in der in Fig. 1 gezeigten Situation, in der die Außenform 8 beabstandet zu der Innenform 7 ist, ein Trennmittel 11, angedeutet in Fig. 2, auf die Innenform 7 aufgesprüht. Daraufhin wird eine mit einer thermoplastischen Kunststoffmatrix getränkte Faser, insbesondere eine Glasfaser, Ar amidfaser und/oder Kohlefaser, als vorkonsolidierte Halbzeugschale oder in vorkonsolidierten Einzellagen als sogenanntes Organoblech auf die Innenform 7 aufgebracht, so dass das Organoblech die gesamte Mantelfläche 12 der zylinderartigen Innenform 7 bis zu den Rändern der Innenform 7 bedeckt. Auf die mit der thermoplasti- schen Kunststoffmatrix getränkte Faser wird nochmals das Trennmittel 11 gesprüht. With reference to the detail of the inner shape 7 and outer shape 8 lying on top of one another as a schematic sectional view, first in the situation shown in FIG. 1, in which the outer shape 8 is at a distance from the inner shape 7, a separating means 11 is indicated in 2, sprayed onto the inner mold 7. Then a fiber impregnated with a thermoplastic plastic matrix, in particular a glass fiber, aramid fiber and / or carbon fiber, is applied to the inner mold 7 as a preconsolidated semi-finished product shell or in preconsolidated individual layers as what is known as an organic sheet, so that the organic sheet covers the entire surface area 12 of the cylindrical inner shape 7 to to the edges of the inner mold 7 covered. The release agent 11 is sprayed again onto the fiber impregnated with the thermoplastic plastic matrix.
Ebenfalls in geöffnetem Zustand wird die Trennmembran 14 auf die mit der thermoplas- tischen Kunststoffinatrix getränkte Faser aufgebracht, wobei die Trennmembran 14 eben- so die komplette Mantelfläche 12 der Innenform 7 bedeckt. Die Trennmembran 14 ist aus Metall, im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel aus Edelstahl ausgeführt. Die Ober- fläche der Trennmembran 14 ist mit einer Oberflächenstruktur versehen, wobei die Struktur auf der der mit der Matrix imprägnierten Faser zugewandten Seite der Trenn- membran 14 vorhanden ist. Somit prägt sich die Struktur der Trennmembran 14 beim Herstellen des Bauteils 1 auf die Außenseite des Bauteils 1 als Strukturierung ein. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht die Struktur der Trennmembran 14 einem Negativ bzw. einem Abdruck einer Riblet-Struktur. Das Negativ der Riblet- Struktur sowie die Riblet-Struktur sind in Fig. 3a) gezeigt. Die Außenseite des Bauteils 1 wird als Riblet-Struktur, also eine Haifischhaut, geprägt. Also in the open state, the separating membrane 14 is applied to the fiber impregnated with the thermoplastic plastic matrix, the separating membrane 14 also covering the entire lateral surface 12 of the inner mold 7. The separating membrane 14 is made of metal, made of stainless steel in the exemplary embodiment described here. The surface of the separating membrane 14 is provided with a surface structure, the structure being present on the side of the separating membrane 14 facing the fiber impregnated with the matrix. The structure of the separating membrane 14 is thus impressed on the outside of the component 1 as a structuring when the component 1 is produced. In the exemplary embodiment described here, the structure corresponds to the separating membrane 14 a negative or an imprint of a riblet structure. The negative of the riblet structure and the riblet structure are shown in FIG. 3a). The outside of the component 1 is embossed as a riblet structure, that is, a shark skin.
Mantelfläche 13 der Außenform 8 und der Trennmembran 14 bilden eine Kavität 15 aus, die sich über die gesamte Mantelfläche 13 der Außenform 8 erstreckt und eine annä- hernd gleichbleibende Dicke zwischen 2 und 5 mm aufweist. Innenform 7 und Außen- form 8 sind aus Invar Eisen-Nickel-Legierung ausgeführt und ausgestaltet, dass, wenn die Außenform 8 wie in Fig. 2 gezeigt auf der Innenform 7 unter Ausbildung der Kavität 15 aufliegt, Innenform 7 und Außenform 8 an den Rändern ihrer jeweiligen Mantelflä- chen 12, 13 abdichtend abgeschlossen sind bzw. berührend aufeinander aufliegen. The outer surface 13 of the outer mold 8 and the separating membrane 14 form a cavity 15 which extends over the entire outer surface 13 of the outer shape 8 and has an approximately constant thickness between 2 and 5 mm. The inner mold 7 and outer mold 8 are made of Invar iron-nickel alloy and are designed so that when the outer mold 8 rests on the inner mold 7 as shown in FIG. 2 to form the cavity 15, the inner mold 7 and the outer mold 8 at the edges their respective outer surfaces 12, 13 are sealed off or rest on one another in a touching manner.
Die Vorrichtung weist eine Thermoöltemperier- und Druckeinrichtung 16 auf, welche zum einen ausgebildet ist, die Kavität 15 mit einem Thermoöl 17 mit einer Temperatur > 400 °C zu beaufschlagen, so dass aufgrund des Thermoöls 17 ein Druck von etwa 40 bar auf die Trennmembran 14 ausgeübt wird. Da sich das Thermoöl 17 innerhalb der Kavität 15 entlang der gesamten Mantelfläche 13 der Außenform 8 frei verteilen kann, wirkt an jeder Stelle der Trennmembran 14 der Druck von 40 bar in Richtung der Nor- malen der Mantelfläche 12 der Innenform 7 bzw. zur Erstreckungsrichtung der mit der thermoplastischen Kunststoffmatrix getränkten Faser 1. The device has a thermal oil temperature and pressure device 16, which is designed on the one hand to act on the cavity 15 with a thermal oil 17 at a temperature> 400 ° C, so that a pressure of about 40 bar on the separating membrane 14 due to the thermal oil 17 is exercised. Since the thermal oil 17 can be freely distributed within the cavity 15 along the entire jacket surface 13 of the outer mold 8, the pressure of 40 bar acts at every point on the separating membrane 14 in the direction of the normal of the jacket surface 12 of the inner mold 7 or in the direction of extension of the fiber impregnated with the thermoplastic matrix 1.
Das Thermoöl 17 dient also als Druck- und Heizmedium, um allseitig über die Trenn- membran 14 einen gleich bleibenden Konsolidierungsdruck auf die mit der thermoplasti- schen Kunststoffmatrix getränkten Faser auszuüben sowie um eine gezielte, gleichmäßi- ge Erwärmung der mit der thermoplastischen Kunststoffmatrix getränkten Faser 1. Durch das Thermoöl mit seiner gegenüber mit der thermoplastischen Kunststoffmatrix getränk- ten Faser 1 wesentlich höheren thermischen Kapazität wird derart der Schmelzvorgang des mit der thermoplastischen Kunststoffmatrix getränkten Faser herbeigeführt. Nach einer vorgegeben Zeitspanne wird das Thermoöl 17 durch die Thermoöltemperier- und Druckeinrichtung 16 auf eine Temperatur < 200 °C bei gleich bleibendem Druck abge- kühlt, um das Bauteil 1 zu erhalten. Die Oberflächenstruktur der Trennmembran 14 prägt sich in die Außenseite des Bauteils 1 als Strukturierung ein. Da die Strukturierung beim Herstellen des Bauteils 1 erzeugt wird und somit integrativ mit dem Bauteil 1 verbunden ist, ist die Oberflächenstruktur des Bauteils 1 sehr robust. The thermal oil 17 thus serves as a pressure and heating medium in order to exert a constant consolidation pressure on the fibers soaked with the thermoplastic matrix on all sides via the separating membrane 14 and for targeted, even heating of the fibers soaked with the thermoplastic matrix 1. The melting process of the fibers soaked with the thermoplastic matrix is brought about by the thermal oil with its fiber 1, which is soaked with the thermoplastic matrix, which is considerably higher than that. After a predetermined period of time, the thermal oil 17 is cooled by the thermal oil temperature control and pressure device 16 to a temperature of <200 ° C. while the pressure remains constant, in order to obtain the component 1. The surface structure of the separating membrane 14 is imprinted on the outside of the component 1 as a structure. Since the structuring of the Production of the component 1 is generated and is thus integratively connected to the component 1, the surface structure of the component 1 is very robust.
In Figur 3 ist jeweils ein Ausschnitt der Trennmembran 14 sowie das fertige Bauteil 1 gezeigt, wobei Figur 3a) als Beispiel die Riblet-Struktur bzw. Haifischhaut des Bauteils 1 zeigt. Durch die Riblet-Struktur weist das Bauteil 1 einen geringen Strömungswidersand auf. Die Ribelt-Struktur weist regelmäßig beabstandete Rippen 24 mit scharfen Spitzen auf, wobei die Spitzen im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils 50 mm voneinander entfernt sind. Die Höhe der Rippen 24, bzw. die Tiefe der durch die beabstandeten Rip- pen gebildeten Rillen beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils 70 mm. Die Riblet-Strutkur auf der Außenseite des Bauteils 1 wird durch eine Strukturierung auf der Trennmembran 14 geprägt, die einem Negativ der Riblet-Struktur entspricht. In Figur 3b) ist als weiteres Beispiel eine fingerartige Strukturierung der Außenseite des Bauteils 1 gezeigt. Diese Strukturierung erzeugt einen Lotos-Effekt, lässt also Wasser auf der Ober- fläche der Außenseite des Bauteils 1 abperlen. Die Finger 25 der fingerartigen Strukturie- rung sind etwa 100 mm lang, 20 mm breit und jeweils 30 mm voneinander beabstandet. Werden die fingerartigen Strukturen 25 von oben betrachtet sind sie regelmäßig ange- ordnet, wobei sie ein hexagonales Gitter bilden. FIG. 3 shows a section of the separating membrane 14 and the finished component 1, FIG. 3a) showing the riblet structure or shark skin of component 1 as an example. Due to the riblet structure, the component 1 has a low flow resistance. The Ribelt structure has regularly spaced ribs 24 with sharp points, the points being 50 mm apart in the present exemplary embodiment. The height of the ribs 24, or the depth of the grooves formed by the spaced apart ribs, is 70 mm in each case in the present exemplary embodiment. The riblet structure on the outside of the component 1 is shaped by a structure on the separating membrane 14 which corresponds to a negative of the riblet structure. In Figure 3b) a finger-like structuring of the outside of the component 1 is shown as a further example. This structuring creates a lotus effect, that is to say allows water to roll off the surface of the outside of the component 1. The fingers 25 of the finger-like structure are approximately 100 mm long, 20 mm wide and each 30 mm apart. If the finger-like structures 25 are viewed from above, they are arranged regularly, forming a hexagonal grid.
Zum Einbringen des Thermoöls 17 in die Kavität 15 sind in der Außenform 8 verschie- dene Zuführkanäle 18 vorgesehen, die sich radial durch die Außenform 8 hindurch er- strecken. Zum Heizen bzw. Kühlen sind in der Innenform 7 sowie in der Außenform 8 sich axial erstreckende Heiz- und/oder Kühlkanäle 19 vorgesehen, wodurch eine Vorhei- zung, Kühlung und/oder Temperaturfuhrung der entsprechenden Form möglich ist. Durch einen in der Innenform 7 vorgesehenen, sich radial durch die Innenform 7 erstre- ckenden Vakumierkanal 20 lässt sich die Mantelfläche 12 der Innenform 7 mit Unter- drück beaufschlagen. In order to introduce the thermal oil 17 into the cavity 15, various feed channels 18 are provided in the outer mold 8 which extend radially through the outer mold 8. For heating or cooling, axially extending heating and / or cooling channels 19 are provided in the inner mold 7 as well as in the outer mold 8, whereby a preheating, cooling and / or temperature control of the corresponding mold is possible. By means of a vacuum channel 20 provided in the inner mold 7 and extending radially through the inner mold 7, the jacket surface 12 of the inner mold 7 can be subjected to negative pressure.
In der Innenform 7 sind Aussparungen 21 vorgesehen, in die, wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, ein Stringer 22, links, sowie eine Aufdeckung 23, rechts, eingebracht sind. Angren- zend an die jeweiligen Aussparungen 21 sind mehrere Kühlkanäle 19 angeordnet, die die jeweilige Aussparung 19 umgrenzen. Während V erbindungskontaktflächen des Stringers 22 bzw. der Aufdeckung 23 durch das Thermoöl 17 aufschmelzen und sich mit der mit der thermoplastischen Kunststoffmatrix getränkten Faser 1 verbinden können, dienen die um die Aussparung 21 herum angeordneten Kühlkanäle 19 zur Kühlung des Stringers 22 bzw. der Aufdeckung 23, damit diese unter einer Aufweichungstemperatur verbleiben. Nach Aushärten des Formteils 1 lässt sich, wie in Fig. 1 gezeigt, die Außenform 8 anhe- ben und das Formteil 1 aus dem durch Innenform 7 und Außenform 8 gebildeten Form- raum entnehmen. Innenform 7 und Außenform 8 können ausgestaltet sein, ein Bauteil eines Flugzeugs, Fahrzeugs oder Schiffes auszuformen. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind lediglich Beispiele, die im Rahmen der Ansprüche auf vielfältige Weise modifiziert und/oder ergänzt werden können. Jedes Merkmal, das für ein bestimmtes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann eigen- ständig oder in Kombination mit anderen Merkmalen in einem beliebigen anderen Aus- führungsbeispiel genutzt werden. Jedes Merkmal, dass für ein Ausführungsbeispiel einer bestimmten Kategorie beschrieben wurde, kann auch in entsprechender Weise in einem Ausführungsbeispiel einer anderen Kategorie eingesetzt werden. Recesses 21 are provided in the inner mold 7, into which, as can be seen from FIG. 2, a stringer 22, on the left, and a cover 23, on the right, are introduced. A plurality of cooling channels 19 are arranged adjacent to the respective cutouts 21, which define the respective cutout 19. During connection contact surfaces of the stringer 22 or the cover 23 melt through the thermal oil 17 and with the the thermoplastic matrix soaked fibers 1 can connect, the arranged around the recess 21 cooling channels 19 serve to cool the stringer 22 or the cover 23 so that they remain below a softening temperature. After the molded part 1 has hardened, as shown in FIG. 1, the outer mold 8 can be lifted and the molded part 1 can be removed from the mold space formed by the inner mold 7 and the outer mold 8. Inner shape 7 and outer shape 8 can be designed to shape a component of an aircraft, vehicle or ship. The exemplary embodiments described are merely examples that can be modified and / or supplemented in many ways within the scope of the claims. Each feature that has been described for a specific exemplary embodiment can be used independently or in combination with other features in any other exemplary embodiment. Each feature that has been described for an exemplary embodiment of a specific category can also be used in a corresponding manner in an exemplary embodiment of another category.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
Bauteil, mit einer Matrix imprägnierte Faser 1Component, fiber impregnated with a matrix 1
C-Gestell 2 Oberem C-Schenkel 3C-frame 2 upper C-leg 3
Unteren C-Schenkel 4Lower C-leg 4
C-Basis 5C base 5
Pressenrahmen 6Press frame 6
Innenform 7 Außenform 8Inner shape 7 outer shape 8
Presszylinder 9Press cylinder 9
Pfeil 10Arrow 10
Trennmittel 11Release agent 11
Mantelfläche (der Innenform) 12 Mantelfläche (der Außenform) 13Outer surface (of the inner shape) 12 Outer surface (of the outer shape) 13
Trennmembran 14Separation membrane 14
Kavität 15Cavity 15
Thermoöltemperier- und Druckeinrichtung 16Thermal oil temperature control and pressure device 16
Thermoöl 17 Zufuhrkanal 18Thermal oil 17 supply channel 18
Heiz- und/oder Kühlkanal 19Heating and / or cooling duct 19
Vakumierkanal 20Vacuum channel 20
Aussparung 21Recess 21
Stringer 22 Aufdickung 23Stringer 22 thickening 23
Rippe 24Rib 24
Finger 25 Finger 25

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum Herstellen eines wenigstens teilweise gekrümmten Bauteils (1) mit einer konvexen Außenseite aus einem Faserverbundwerkstoff, mit den Schriten: Einbringen einer mit einer Matrix imprägnierten Faser (1) auf eine Innenform (7) eines zwischen der Innenform (7) und einer Außenform (8) gebildeten Formraums,1. A method for producing an at least partially curved component (1) with a convex outer side from a fiber composite material, with the steps: introducing a fiber (1) impregnated with a matrix onto an inner mold (7) one between the inner mold (7) and one Outer shape (8) formed mold space,
Einbringen einer Trennmembran (14) auf die mit der Matrix imprägnierten Faser (1) derart, dass sich zwischen der Außenform (8) und der Trermmembran (14) eine sich entlang der Fläche (13) der Außenform (8) erstreckende Kavität (15) bildet, wobei die Trennmembran (14) auf ihrer der mit der Matrix imprägnierten Faser (1) zuwandten Seite eine Oberflächenstruktur aufweist, und Introducing a separating membrane (14) onto the fiber (1) impregnated with the matrix in such a way that a cavity (15) extending along the surface (13) of the outer mold (8) is between the outer mold (8) and the trerm membrane (14). forms, the separating membrane (14) having a surface structure on its side facing the fiber (1) impregnated with the matrix, and
Beaufschlagen der Kavität (15) mit einem Thermoöl (17) mit einer Temperatur größer dem Schmelzpunkt der Matrix und mit einem Druck größer Umgebungsdruck derart, dass das Thermoöl (17) mit dem Druck auf die Trennmembran (14) derart ein- wirkt, dass durch die Oberflächenstruktur der Trennmembran (14) eine Strukturierung der der Trermmembran (14) zugewandten Außenseitseite des Bauteils (1) bewirkt wird. Loading of the cavity (15) with a thermal oil (17) with a temperature greater than the melting point of the matrix and with a pressure greater than the ambient pressure such that the thermal oil (17) acts with the pressure on the separating membrane (14) in such a way that through the surface structure of the separating membrane (14) results in a structuring of the outer side of the component (1) facing the trerm membrane (14).
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Oberflächenstruktur pilzar- tige, wabenartige, rillenartige und/oder fingerartige Oberflächenstrukturen im Mikrome- ter oder Millimeterbereich aufweist und/oder mit dem Schritt 2. The method according to the preceding claim, wherein the surface structure has mushroom-like, honeycomb-like, groove-like and / or finger-like surface structures in the micrometer or millimeter range and / or with the step
Erzeugen einer pilzartigen, wabenartigen, schuppenartig, haifischhautartig, rillen- artigen und/oder fingerartigen Strukturierung im Mikrometerbereich oder Millimeterbe- reich auf der Außenseitseite des Bauteils (1). Creation of a mushroom-like, honeycomb-like, scale-like, shark skin-like, groove-like and / or finger-like structure in the micrometer range or millimeter range on the outside of the component (1).
3. Verfahren nacheinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenstruktur ein regelmäßiges Muster aufweist und/oder als Haifischhaut ausgebildet ist und/oder mit dem Schritt 3. The method according to one of the preceding claims, wherein the surface structure has a regular pattern and / or is designed as a shark skin and / or with the step
Erzeugen einer Strukturierung mit einem regelmäßigen Muster und/oder als Hai- fischhaut auf der Außenseitseite des Bauteils (1). Generation of a structure with a regular pattern and / or as a shark skin on the outside of the component (1).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strukturierung des4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the structuring of the
Bauteils (1) ausgeführt ist, einen Reibungswiderstand, eine Hydrophilie, eine Hydropho- bie und/oder eine Lärmemission des Bauteils (1) zu reduzieren und/oder eine Stabilität des Bauteils (1) zu erhöhen Component (1) is executed, a frictional resistance, a hydrophilicity, a hydrophobic bie and / or a noise emission of the component (1) and / or to increase the stability of the component (1)
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trennmembran (14) aus Metall ausgeführt ist und mit dem Schritt: 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the separating membrane (14) is made of metal and has the step:
Erzeugen der Oberflächenstruktur der Trennmembran (14) mittels eines mechani- schen und/oder eines chemischen Verfahrens. Generating the surface structure of the separating membrane (14) by means of a mechanical and / or a chemical method.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Schritt6. The method according to any one of the preceding claims, with the step
Aufbringen insbesondere Sprühen eines Trennmitels (11) auf die Innenform (7), die Außenform (8) und/oder die Trennmembran (14), insbesondere vor dem Einbringen der mit der Matrix imprägnierten Faser (1). Application in particular spraying a release agent (11) onto the inner mold (7), the outer mold (8) and / or the separating membrane (14), in particular before the introduction of the fiber (1) impregnated with the matrix.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Matrix des Faserver- bundwerkstoffes aus einem Thermoplasten ausgefuhrt ist und/oder die Faser (1) im Fa- serverbundwerkstoff einen Massenanteil von wenigstens 50% bezogen auf den Faserver- bundwerkstoff umfasst. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the matrix of the fiber composite material is made from a thermoplastic and / or the fiber (1) in the fiber composite material comprises a mass fraction of at least 50% based on the fiber composite material.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das gekrümmte Bauteil (1) auf seiner Außenseite einen geringeren Faseranteil aufweist als auf seiner Innenseite. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the curved component (1) has a lower fiber content on its outside than on its inside.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Innenform (7) und/oder die Außenform (8) ausgebildet ist, ein Flugzeugbauteil, ein Schiffsbauteil oder ein Fahrzeugbauteil auszuformen. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the inner shape (7) and / or the outer shape (8) is designed to form an aircraft component, a ship component or a vehicle component.
10. Vorrichtung zum Herstellen eines wenigstens teilweise gekrümmten Bauteils (1) mit einer konvexen Außenseite aus einem Faserverbundwerkstoff, mit einer Innenform (7), auf der eine mit einer Matrix imprägnierten Faser (1) aufge- bracht ist, einer Trennmembran (14), die auf der mit der Matrix imprägnierten Faser (1) auf- gebracht ist, wobei die Trennmembran (14) auf ihrer der mit der Matrix imprägnierten Faser (1) zugewandten Seite eine Oberflächenstruktur aufweist, einer Außenform (8), die auf der Innenform (7) mit der darauf aufgebrachten mit der Matrix imprägnierten Faser (1) und der Trennmembran (14) derart abdichtend auf- liegt, dass entlang der Fläche (13) der Außenform (8) eine Kavität (15) gebildet ist, und einer Thermoöltemperier- und Druckeinrichtung (16), welche ausbildet ist, die Kavität (15) mit einem Thermoöl (17) mit einer Temperatur größer dem Schmelzpunkt der Matrix und mit einem Druck größer Umgebungsdruck derart zu beaufschlagen, dass das Thermoöl (17) mit dem Druck auf die Trenmnembran (14) einwirkt, so dass durch die Oberflächenstruktur der Trennmembran (14) eine Strukturierung der der Trennmemb- ran (14) zugewandten Außenseitseite des Bauteils (1) bewirkt wird, 10. Device for producing an at least partially curved component (1) with a convex outer side made of a fiber composite material, with an inner shape (7) on which a fiber (1) impregnated with a matrix is applied, a separating membrane (14), which is applied to the fiber (1) impregnated with the matrix, the separating membrane (14) having a surface structure on its side facing the fiber (1) impregnated with the matrix, an outer mold (8) which rests on the inner mold (7) with the fiber (1) impregnated with the matrix and the separating membrane (14) applied thereon in a sealing manner in such a way that along the surface (13) of the outer mold (8) a Cavity (15) is formed, and a thermal oil temperature control and pressure device (16) which is designed to apply a thermal oil (17) to the cavity (15) with a temperature greater than the melting point of the matrix and with a pressure greater than the ambient pressure, that the thermal oil (17) acts with the pressure on the separating membrane (14), so that the surface structure of the separating membrane (14) effects a structuring of the outer side of the component (1) facing the separating membrane (14),
11. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Vorrichtungs anspruch, wobei die Oberflä- chenstruktur pilzartige, wabenartige, rillenartige und/oder fmgerartige Oberflächenstruk- turen im Mikrometer oder Millimeterbereich aufweist und/oder durch die Beaufschla- gung eine pilzartige, wabenartige, rillenartige und/oder fingerartige Strukturierung im Mikrometerbereich oder Millimeterbereich auf der Außenseitseite des Bauteils (1) be- wirkt wird. 11. Device according to the preceding device claim, the surface structure having mushroom-like, honeycomb-like, groove-like and / or finger-like surface structures in the micrometer or millimeter range and / or a mushroom-like, honeycomb-like, groove-like and / or finger-like structure due to the impact is effected in the micrometer range or millimeter range on the outside of the component (1).
12. Vorrichtung nacheinem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüchen, wobei die Oberflächenstruktur ein regelmäßiges Muster aufweist und/oder als Haifischhaut ausge- bildet ist und/oder durch die Beaufschlagung eine Strukturierung mit einem regelmäßi- gen Muster und/oder als Haifischhaut auf der Außenseitseite des Bauteils (1) bewirkt wird. 12. Device according to one of the preceding device claims, wherein the surface structure has a regular pattern and / or is designed as a shark skin and / or a structuring with a regular pattern and / or as a shark skin on the outside of the component (1 ) is effected.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die mit der Matrix imprägnierten Faser (1) eine vorkonsolidierte Halbzeugschale und/oder vor- konsolidierte Einzellagen umfasst. 13. Device according to one of the preceding device claims, wherein the fiber (1) impregnated with the matrix comprises a pre-consolidated semifinished product shell and / or pre-consolidated individual layers.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die In- nenform (7) und/oder die Außenform (8) aus Invar ausgestaltet ist 14. Device according to one of the preceding device claims, wherein the inner shape (7) and / or the outer shape (8) is made from Invar
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Au- ßenseite des Bauteils (1) einer konvexen Fläche des Bauteils (1) entspricht. 15. Device according to one of the preceding device claims, the outer side of the component (1) corresponding to a convex surface of the component (1).
PCT/EP2020/073046 2019-08-22 2020-08-18 Method and device for producing a component from a fiber composite material WO2021032703A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019005918.2 2019-08-22
DE102019005918.2A DE102019005918A1 (en) 2019-08-22 2019-08-22 Method and device for manufacturing a component from a fiber composite material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021032703A1 true WO2021032703A1 (en) 2021-02-25

Family

ID=72148108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/073046 WO2021032703A1 (en) 2019-08-22 2020-08-18 Method and device for producing a component from a fiber composite material

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102019005918A1 (en)
WO (1) WO2021032703A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004034930A1 (en) * 2003-07-21 2005-02-17 Lear Corp., Southfield A method of molding a vehicle trim component
EP2184149A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-12 Peguform GmbH Method and device for producing a moulded part with a decorative surface
EP2774738A1 (en) * 2013-03-04 2014-09-10 FRIMO Group GmbH Method for producing a fibre composite component with surface structure and component obtained thereby
DE102017204967A1 (en) * 2017-03-23 2018-09-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fiber composite component with structured surface
DE102017113595A1 (en) * 2017-06-20 2018-12-20 Siempelkamp Maschinen- Und Anlagenbau Gmbh Method and device for producing a component from a fiber composite material

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004025704A1 (en) * 2004-05-26 2005-12-15 Kiersch Composite Gmbh Fiber reinforced plastic component manufacture involves compressing resin impregnated fiber composite between mold, upper films and pressurized membrane while heat transfer fluids flows between film and membrane
US10899045B2 (en) * 2013-03-12 2021-01-26 U.S.A. As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration High pressure soft lithography for micro-topographical patterning of molded polymers and composites
US9370902B2 (en) * 2013-10-03 2016-06-21 Comerstone Research Group, Inc. Fiber-reinforced epoxy composites and methods of making same without the use of oven or autoclave
DE102016209874A1 (en) * 2016-05-25 2017-11-30 Airbus Operations Gmbh Device for compacting a composite semifinished product

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004034930A1 (en) * 2003-07-21 2005-02-17 Lear Corp., Southfield A method of molding a vehicle trim component
EP2184149A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-12 Peguform GmbH Method and device for producing a moulded part with a decorative surface
EP2774738A1 (en) * 2013-03-04 2014-09-10 FRIMO Group GmbH Method for producing a fibre composite component with surface structure and component obtained thereby
DE102017204967A1 (en) * 2017-03-23 2018-09-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fiber composite component with structured surface
DE102017113595A1 (en) * 2017-06-20 2018-12-20 Siempelkamp Maschinen- Und Anlagenbau Gmbh Method and device for producing a component from a fiber composite material

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019005918A1 (en) 2021-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3569391B1 (en) Method and device for producing a component made of fibre composite material
EP2254749B1 (en) Core for producing an fiber reinforced composite part
DE3113791C2 (en)
DE102011076082B4 (en) Rotor blade for wind turbines made of textile-reinforced thermoplastic semi-finished products and process for the production
EP3178634B1 (en) Method for producing a hybrid material component
WO2008119491A2 (en) Method for producing fibre-reinforced hollow bodies and products formed using said method
DE102008001468A1 (en) A method of coating a fiber composite component for an aerospace vehicle and fiber composite component produced by such a method
EP3408075B1 (en) Method for producing a component from a fiber composite material
DE102013101723A1 (en) Method for producing a flat lightweight construction material consisting of reinforcing fibers and thermoplastic
DE102005003713B4 (en) Process for making fiber reinforced hollow core sandwich panels in the vacuum assisted resin infusion process
DE102011110206B4 (en) mold
DE102011010384B4 (en) Process for producing a fiber composite component
DE102008036349B4 (en) Method and device for producing a structure, in particular an aircraft structure made of a fiber composite material
DE102010048118A1 (en) Method for manufacturing hybrid component for motor vehicle, involves providing component having opening and applying prefabricated fiber composite material on component with recess in area of opening
WO2021032703A1 (en) Method and device for producing a component from a fiber composite material
DE102012220305A1 (en) Sandwich component, useful for motor vehicle, comprises plastic layer having visible surface, fiber-reinforced layers formed on visible surface in opposed side of plastic layer, and core placed in the fiber-reinforced layers
EP4017712B1 (en) Method for producing a component from a fibre-composite material
DE102019204460A1 (en) Method for producing a sandwich composite component with a pressed two- or three-dimensional shape and such a sandwich composite component
EP2988920A1 (en) Method and compression mould for producing hybrid components, and hybrid component produced thereby
DE102018009379A1 (en) New method for producing a flat component in some areas from a fiber composite material
DE102012220304B4 (en) Process for the production of a sandwich component
DE102016000697A1 (en) Tool and method for applying a fiber-plastic composite patch to a component
WO2021032665A1 (en) Method and device for producing a component from a fibre composite material
DE102016120864A1 (en) Production of a fiber-plastic composite component
DE102016207558A1 (en) sandwich component

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20758166

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20758166

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1