WO2022167159A1 - Method for producing a fibre-composite component - Google Patents

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WO2022167159A1
WO2022167159A1 PCT/EP2022/050015 EP2022050015W WO2022167159A1 WO 2022167159 A1 WO2022167159 A1 WO 2022167159A1 EP 2022050015 W EP2022050015 W EP 2022050015W WO 2022167159 A1 WO2022167159 A1 WO 2022167159A1
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positioning element
metal part
fiber material
tool
composite component
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PCT/EP2022/050015
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Michael Karl
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Siemens Mobility GmbH
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    • B29C70/86—Incorporated in coherent impregnated reinforcing layers, e.g. by winding

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a fiber composite component with a bolt-like metal part inserted therein to form a connection point of the fiber composite component.
  • Fiber composite components are manufactured in closed (e.g. RTM processes) or open (e.g. hand laminate processes) tools. They serve, for example, as cladding elements for vehicles, in particular rail vehicles, and can be present as side skirt elements to be attached to a vehicle shell. Such fiber composite components are to be attached to the vehicle body shell and require connection points for this purpose.
  • metal parts are incorporated into a laminate of the fiber composite components. The difficulty arises that the metal parts used to form connection points can easily slip in the tools or be unintentionally wetted with resin. Position control of the metal parts to be introduced into the laminate is not possible, particularly in closed tools for the production of fiber composite components. If, after loading the fiber composite, it turns out that the metal part has slipped, the fiber composite component that has just been produced is typically scrap.
  • the invention is based on the object of developing a method of the type mentioned at the outset in such a way that that a more reliable positioning of the metal parts in the laminate can be achieved.
  • the method comprises the following steps: a) Inserting the metal part into a fiber material in such a way that a head section of the metal part is arranged on one side of the fiber material and a connection section of the metal part protrudes from the other side of the fiber material, b) applying a cone-shaped positioning element to the connection section of the metal part in such a way that the connection section is received in a bore of the positioning element, a base surface of the positioning element rests on the fiber material and the fiber material between the positioning element and is clamped in the head section of the metal part, c) introducing an arrangement of the metal part, the fiber material and the positioning element into a tool, with a dimensionally stable tool shell of the tool being adapted in shape to a lateral surface of the positioning element ste recess for receiving the positioning element, d) converting the fiber material into a laminate, e) removing the arrangement of the metal part, the fiber material and the positioning element from the
  • the intended shaping of the conical positioning element on the one hand and the recess in the tool interacting with the positioning element on the other hand ensures reliable positioning of the bolt-like metal part during the manufacturing process for the fiber composite component.
  • the cone-shaped positioning element reliably seals the connection section of the metal part.
  • This connection section can be equipped with an external thread in order to create screw connections between the finished fiber composite component and a vehicle body shell.
  • the cone-shaped positioning element forms a flat surface in its contact area with the fiber material/laminate, which can be used, for example, as a screwing surface without mechanical processing, for example milling, being necessary.
  • the cone-shaped positioning element is preferably made of a material selected from the group consisting of Teflon, PET (polyethylene terephthalate) and silicone.
  • the material used for the cone-shaped positioning element should have good separating properties in relation to synthetic resins, in particular duroplastics.
  • step d) the transformation of the fiber material into a laminate, e.g. B. Applying a resin-hardener mixture to the fiber material and allowing the resin to harden, preferably in an RTM (Resin Transfer Molding) process or hand laminate process.
  • the RTM process is also often referred to as transfer molding a tool is inserted and then a liquid resin-hardener mixture is poured around it under pressure.
  • the resin/hardener mixture can be applied to the fiber material in particular by generating a negative pressure in a cavity of the tool.
  • the tool can consist of two half-shells or one be constructed shell and a film.
  • the fiber material pre-impregnated with resin/hardener and thus present as a so-called "prepreg”.
  • prepreg resin/hardener
  • the fiber material can in particular be in the form of a fabric (woven) or a non-crimp fabric (sewn). In particular, several fiber mats can also be arranged one above the other.
  • the positioning element is preferably designed in the shape of a cone or a truncated cone. It is essential that a lateral surface of the positioning element does not have any undercuts compared to the adjacent tool surface, so that it can be detached from the tool again after the fiber composite component has been completed.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a fiber composite component placed in a cavity of a tool in a first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a fiber composite component placed in a cavity of a tool in a second embodiment
  • FIG. 3 shows a perspective view of a tool for producing the fiber composite component from FIG. 2 and
  • FIG. 4 shows a perspective view of a connection arrangement of the fiber composite component from FIG. 2 placed in the tool from FIG.
  • FIG. 1 shows a fiber composite component 1, which comprises a flat fiber material 2 and a metal part 3 designed as a threaded bolt.
  • the metal part 3 is inserted into the fiber material 2, with a head portion 4 on one side of the flat fiber material 2 and a connection section 5 of the metal part 3 is arranged on the other side of the fiber material 2 .
  • a conical positioning element 6 is pushed or screwed onto the connection section 5 of the metal part 3, so that a base surface of the positioning element 6 rests on the fiber material 2 and the fiber material 2 is clamped between the positioning element 6 and the head section 4 of the metal part 3.
  • the metal part 3 is stepped in its axial direction, so that a positioning section 7 of the metal part 3 adjoins the head section 4 in the direction of the connection section 5, which in the radial direction of the metal part 3 bears directly against the fiber material 2 at an annular boundary surface 8. while the head portion 4 of the metal part 3, which, based on the positioning portion 7, the connection portion 5 is opposite, compared to the positioning portion 7 has an enlarged radius. In this way, the fiber material 2 can be clamped between the head section 4 and the cone-shaped positioning element 6 . This results in a flat surface 9, which can be used, for example, for a screw connection. In particular, the formation of the metal part 3 as a threaded bolt can be used due to the presence of the flat surface 9 .
  • the arrangement of the fiber material 2, the metal part 3 and the truncated cone-shaped positioning element 6 is accommodated in a cavity of a tool, with a dimensionally stable tool shell 10 of the tool having a depression 12 whose outer shape is adapted to the shape of the lateral surface of the truncated cone-shaped positioning element 6 .
  • the lower tool shell 10 shown in FIG. 1 is made of dimensionally stable material.
  • the cavity is delimited on the other side of the fiber composite component 1 by a vacuum foil 11, so that the cavity is designed to be pressure-tight.
  • the arrangement as shown in FIG. 1 is subject to the following process steps for the production of the fiber composite Component 1: in a first step, the metal part 3 is inserted into the fiber material 2 in such a way that the head section 4 of the metal part 3 is arranged on one side of the fiber material 2 and the connection section 5, which has an external thread in the illustrated embodiment, of the other side of the fiber material 2 protrudes.
  • the fiber material 2 can be present either in the dry state or as a prepreg already pre-impregnated with resin.
  • the cone-shaped positioning element 6 is applied to the connection section 5 of the metal part 3 in such a way that the connection section 5 is received in a bore 13 of the positioning element 6, whereby it is used to clamp the fiber material 2 between the head section 4 of the metal part 3 and the Base of the truncated cone-shaped positioning element 6 comes.
  • the entire arrangement of metal part 3, fiber material 2 and positioning element 6 is then inserted into the depression 12 of the lower tool shell 10 and the cavity is completed with the aid of the vacuum film 11.
  • the fiber material 2 is not already present as a prepreg, in the following process step the fiber material 2 is treated with resin/hardener in the course of carrying out an RTM process, after which the resin is allowed to harden, if necessary with the application of heat and pressure. In the process, the fiber material 2 is transformed into a laminate. After these process steps have been carried out, the arrangement shown in FIG. 1 is obtained.
  • connection section 5 of the metal part 3 is freely accessible for any fastening processes.
  • FIG. 2 shows a fiber composite component 1 in a second embodiment. This differs from that according to FIG. 1 only in that a metal strip 13 is provided which is integrally connected to the metal part 3.
  • the metal strip 13 is arranged between the head section 4 and the positioning section 7 and serves solely to connect several metal parts 3 of the same type to one another, see FIG. Fig. 4. If the metal part 3 is provided individually, the metal strip 13 can be omitted, see Fig. 1.
  • FIG. 3 shows the tool shell 10 in an embodiment with three indentations 12 arranged in a straight row.
  • FIG. 4 shows a connection arrangement for the fiber composite component 1 in its design according to FIG. 2. Three metal parts 3 arranged in a straight row are provided , which together form the connection arrangement and are connected to one another by means of the metal strip 13 .
  • the fiber material 2 is not shown in FIG.
  • the truncated cone-shaped positioning element 6 is made of silicone, since this material has good release properties with respect to synthetic resins.
  • the fiber material 2 can be in the form of a non-crimp fabric or a woven fabric.
  • an angle between a cone base of the truncated cone-shaped positioning element 6 and its cone surface is about 45 °. This makes it easier to remove the truncated cone-shaped positioning element 6 from the lower tool shell 10. It should be noted that said angle should be at most 88° in order to enable the positioning element 6 to be removed from the lower tool shell 10.

Abstract

The invention relates to a method for producing a fibre-composite component (1) with a bolt-type metal part (1) introduced therein to form an anchoring point for the fibre-composite component (1), characterized by the following steps: a) inserting the metal part (3) into a fibre material (2) in such a way that a head portion (4) of the metal part (3) is arranged on one side of the fibre material (2) and an anchoring portion (5) of the metal part (3) projects from the other side of the fibre material (2), b) fitting a conical positioning element (6) onto the anchoring portion (5) of the metal part (3) in such a way that the anchoring portion (5) is accommodated in a bore (3) of the positioning element (6), a bottom face of the positioning element (6) rests against the fibre material (2), and the fibre material (2) is clamped between the positioning element (6) and the head portion (4) of the metal part (3), c) placing an arrangement consisting of the metal part (3), the fibre material (2) and the positioning element (6) in a tool, wherein a dimensionally stable tool shell (10) of the tool has, in order to accommodate the positioning element (6), a depression (12) whose shape matches a lateral surface of the positioning element (6), d) transforming the fibre material (2) into a laminate, e) removing the arrangement consisting of the metal part (3), the fibre material (2) and the positioning element (6) from the tool (10, 11), and f) removing the conical positioning element (6) from the anchoring portion (5) of the metal part (3).

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Bauteils Process for manufacturing a fiber composite component
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Bauteils mit darin eingebrachtem bolzenartigen Metallteil zur Ausbildung eines Anbindungspunktes des Faserverbund-Bauteils . The invention relates to a method for producing a fiber composite component with a bolt-like metal part inserted therein to form a connection point of the fiber composite component.
Faserverbund-Bauteile werden in geschlossenen (z.B. in RTM- Verfahren) oder offenen (z.B. Handlaminat-Verfahren) Werkzeugen hergestellt. Sie dienen beispielsweise als Verkleidungselemente von Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen, und können als an einem Fahrzeugrohbau anzubringende Seitenschür- zen-Elemente vorliegen. Solche Faserverbund-Bauteile sind an dem Fahrzeugrohbau anzubringen und benötigen dazu Anbindungspunkte. Zu diesem Zweck werden Metallteile in ein Laminat der Faserverbund-Bauteile eingebracht. Dabei ergibt sich die Schwierigkeit, dass die zur Ausbildung von Anbindungspunkten eingesetzten Metallteile in den Werkzeugen leicht verrutschen können oder ungewollt mit Harz benetzt werden. Insbesondere in geschlossenen Werkzeugen zur Herstellung der Faserverbund- Bauteile ist keine Positions kontrolle der in das Laminat einzubringenden Metallteile möglich. Stellt sich nach Beaufschlagen des Faserverbunds heraus, dass das Metallteil verrutscht ist, ist das soeben hergestellte Faserverbund-Bauteil typischerweise Ausschuss. Fiber composite components are manufactured in closed (e.g. RTM processes) or open (e.g. hand laminate processes) tools. They serve, for example, as cladding elements for vehicles, in particular rail vehicles, and can be present as side skirt elements to be attached to a vehicle shell. Such fiber composite components are to be attached to the vehicle body shell and require connection points for this purpose. For this purpose, metal parts are incorporated into a laminate of the fiber composite components. The difficulty arises that the metal parts used to form connection points can easily slip in the tools or be unintentionally wetted with resin. Position control of the metal parts to be introduced into the laminate is not possible, particularly in closed tools for the production of fiber composite components. If, after loading the fiber composite, it turns out that the metal part has slipped, the fiber composite component that has just been produced is typically scrap.
Zur geeigneten Positionierung eingesetzter Metallteile im Laminat wurde bisher ein Formschluss zum Metallteil durch die Geometrie des Werkzeugs hergestellt, wobei O-Ringe zum Abdichten verwendet wurden. Diese Maßnahme vermag jedoch ein Verrutschen der Metallteile im Herstellungsprozess des Faserbund-Bauteils nicht wirksam zu vermeiden. For the appropriate positioning of metal parts used in the laminate, a form fit to the metal part was previously produced by the geometry of the tool, with O-rings being used for sealing. However, this measure cannot effectively prevent the metal parts from slipping during the manufacturing process of the fiber composite component.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart fortzubilden, dass eine zuverlässigere Positionierung der Metallteile im Laminat erreicht werden kann. Based on this, the invention is based on the object of developing a method of the type mentioned at the outset in such a way that that a more reliable positioning of the metal parts in the laminate can be achieved.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Danach ist vorgesehen, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Einstecken des Metallteils in ein Fasermaterial derart, dass ein Kopf abschnitt des Metallteils auf der einen Seite des Fasermaterials angeordnet ist und ein Anbindungsabschnitt des Metallteils von der anderen Seite des Fasermaterials aus vorsteht, b) Aufbringen eines konusf örmigen Positionierelementes auf den Anbindungsabschnitt des Metallteils derart, dass der Anbindungsabschnitt in einer Bohrung des Positionierelementes aufgenommen wird, eine Grundfläche des Positionierelementes auf dem Fasermaterial aufliegt und das Fasermaterial zwischen dem Positionierelement und dem Kopfabschnitt des Metallteils eingeklemmt wird, c) Einbringen einer Anordnung aus dem Metallteil, dem Fasermaterial und dem Positionierelement in ein Werkzeug, wobei eine formstabile Werkzeugschale des Werkzeugs eine in ihrer Form an eine Mantelfläche des Positionierelementes angepasste Vertiefung zur Aufnahme des Positionierelementes aufweist, d) Umbilden des Fasermaterials zu einem Laminat, e) Entnehmen der Anordnung aus dem Metallteil, dem Fasermaterial und dem Positionierelement aus dem Werkzeug und f) Abnehmen des konusf örmigen Positionierelementes von dem Anbindungsabschnitt des Metallteils . This object is achieved by a method according to claim 1. Accordingly, it is provided that the method comprises the following steps: a) Inserting the metal part into a fiber material in such a way that a head section of the metal part is arranged on one side of the fiber material and a connection section of the metal part protrudes from the other side of the fiber material, b) applying a cone-shaped positioning element to the connection section of the metal part in such a way that the connection section is received in a bore of the positioning element, a base surface of the positioning element rests on the fiber material and the fiber material between the positioning element and is clamped in the head section of the metal part, c) introducing an arrangement of the metal part, the fiber material and the positioning element into a tool, with a dimensionally stable tool shell of the tool being adapted in shape to a lateral surface of the positioning element ste recess for receiving the positioning element, d) converting the fiber material into a laminate, e) removing the arrangement of the metal part, the fiber material and the positioning element from the tool and f) removing the conical positioning element from the connection section of the metal part.
Die vorgesehene Formgebung einerseits des konusf örmigen Positionierelementes und andererseits der mit dem Positionierelement zusammenwirkenden Vertiefung im Werkzeug gewährleistet eine zuverlässige Positionierung des bolzenartigen Metallteils im Zuge des Herstellungsprozesses für das Faserverbund- Bauteil. Das konusförmige Positionierelement dichtet den Anbindungsabschnitt des Metallteils zuverlässig ab. Insbesonde- re kann dieser Anbindungsabschnitt mit einem Außengewinde ausgestattet sein, um Schraubverbindungen zwischen dem fertig hergestellten Faserverbund-Bauteil und einem Fahrzeugrohbau zu schaffen. Zudem bildet das konusförmige Positionierelement in seinem Auflagebereich zum Fasermaterial/Laminat eine ebene Fläche aus, die beispielsweise als Verschraubungsfläche verwendet werden kann, ohne dass mechanische Bearbeitung, beispielsweise Fräsen, erforderlich wäre. The intended shaping of the conical positioning element on the one hand and the recess in the tool interacting with the positioning element on the other hand ensures reliable positioning of the bolt-like metal part during the manufacturing process for the fiber composite component. The cone-shaped positioning element reliably seals the connection section of the metal part. In particular- This connection section can be equipped with an external thread in order to create screw connections between the finished fiber composite component and a vehicle body shell. In addition, the cone-shaped positioning element forms a flat surface in its contact area with the fiber material/laminate, which can be used, for example, as a screwing surface without mechanical processing, for example milling, being necessary.
Das konusförmige Positionierelement ist bevorzugt aus einem Material hergestellt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Teflon, PET ( Polyethylenterephthalat ) und Silikon umfasst. Grundsätzlich sollte das für das konusförmige Positionierelement eingesetzte Material gute Trenneigenschaften gegenüber Kunstharzen, insbesondere duroplastischen Kunststoffen, aufweisen. In Schritt d) kann die Umbildung des Fasermaterials zu einem Laminat, z. B. Beaufschlagung des Fasermaterials mit einem Harz-Härter-Gemisch und Aushärtenlassen des Harzes, bevorzugt in einem RTM- (Resin Transfer Molding- (Verfahren oder Handlaminat-Verfahren erfolgen. Das RTM- Verfahren wird auch häufig als Spritzpressen bezeichnet. Dabei werden Fasermatten in ein Werkzeug eingelegt und danach mit einem flüssigen Harz-Härter-Gemisch unter Druck umgossen. Die Beaufschlagung des Fasermaterials mit dem Harz/Härter- Gemisch kann insbesondere durch Erzeugung eines Unterdrucks in einer Kavität des Werkzeugs erfolgen. Dabei kann das Werkzeug aus zwei Halbschalen oder einer Schale und einer Folie aufgebaut sein. The cone-shaped positioning element is preferably made of a material selected from the group consisting of Teflon, PET (polyethylene terephthalate) and silicone. In principle, the material used for the cone-shaped positioning element should have good separating properties in relation to synthetic resins, in particular duroplastics. In step d) the transformation of the fiber material into a laminate, e.g. B. Applying a resin-hardener mixture to the fiber material and allowing the resin to harden, preferably in an RTM (Resin Transfer Molding) process or hand laminate process. The RTM process is also often referred to as transfer molding a tool is inserted and then a liquid resin-hardener mixture is poured around it under pressure. The resin/hardener mixture can be applied to the fiber material in particular by generating a negative pressure in a cavity of the tool. The tool can consist of two half-shells or one be constructed shell and a film.
Zudem ist es möglich, dass das Fasermaterial mit Harz/Härter vorimprägniert ist und somit als sog. „Prepreg" vorliegt. Dann wird in Schritt d) lediglich der Härter über Druck und Temperatur aktiviert. It is also possible for the fiber material to be pre-impregnated with resin/hardener and thus present as a so-called "prepreg". In step d), only the hardener is then activated via pressure and temperature.
Das Fasermaterial kann insbesondere als Gewebe (verwoben) oder Gelege (vernäht) vorliegen. Insbesondere können auch mehrere Fasermatten übereinander angeordnet sein. Das Positionierelement ist bevorzugt kegel- oder kegelstumpfförmig ausgebildet. Wesentlich ist dabei, dass eine Mantelfläche des Positionierelementes keine Hinterschneidungen gegenüber der angrenzenden Werkzeugoberfläche aufweist, so dass es nach Fertigstellung des Faserverbund-Bauteils wieder von dem Werkzeug abgelöst werden kann. The fiber material can in particular be in the form of a fabric (woven) or a non-crimp fabric (sewn). In particular, several fiber mats can also be arranged one above the other. The positioning element is preferably designed in the shape of a cone or a truncated cone. It is essential that a lateral surface of the positioning element does not have any undercuts compared to the adjacent tool surface, so that it can be detached from the tool again after the fiber composite component has been completed.
Die Einhaltung eines Winkels zwischen einer Kegelgrundfläche und einer Kegelmantelfläche von weniger als 88°, bevorzugt weniger als 50°, vereinfacht ein Ablösen des konusf örmigen Positionierelementes von dem eingesetzten Werkzeug nach Fertigstellung des Faserverbund-Bauteils. Maintaining an angle between a cone base and a cone surface of less than 88°, preferably less than 50°, simplifies detachment of the conical positioning element from the tool used after completion of the fiber composite component.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch näher erläutert, wobei funktionsgleiche Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigen: An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing, with components having the same function being denoted by the same reference symbols. Show it:
Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht eines in eine Kavität eines Werkzeugs eingelegten Faserverbund- Bauteils in einer ersten Ausführungsform, FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a fiber composite component placed in a cavity of a tool in a first embodiment,
Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht eines in eine Kavität eines Werkzeugs eingelegten Faserverbund- Bauteils in einer zweiten Ausführungsform, FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a fiber composite component placed in a cavity of a tool in a second embodiment,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht auf ein Werkzeug zur Herstellung des Faserverbund-Bauteils von Figur 2 und FIG. 3 shows a perspective view of a tool for producing the fiber composite component from FIG. 2 and
Figur 4 eine perspektivische Ansicht einer in das Werkzeug von Figur 3 eingelegten Anbindungsanordnung des Faserverbund-Bauteils von Fig. 2. FIG. 4 shows a perspective view of a connection arrangement of the fiber composite component from FIG. 2 placed in the tool from FIG.
Figur 1 zeigt ein Faserverbund-Bauteil 1, das ein flächiges Fasermaterial 2 und ein als Gewindebolzen ausgeführtes Metallteil 3 umfasst. Das Metallteil 3 ist in das Fasermaterial 2 eingesteckt, wobei ein Kopf abschnitt 4 auf der einen Seite des flächigen Fasermaterials 2 und ein Anbindungsabschnitt 5 des Metallteils 3 auf der anderen Seite des Fasermaterials 2 angeordnet ist. Auf den Anbindungsabschnitt 5 des Metallteils 3 ist ein kegelförmiges Positionierelement 6 aufgesteckt oder -geschraubt, so dass eine Grundfläche des Positionierelementes 6 auf dem Fasermaterial 2 aufliegt und das Fasermaterial 2 zwischen dem Positionierelement 6 und dem Kopf abschnitt 4 des Metallteils 3 eingeklemmt ist. Das Metallteil 3 ist in seiner Axialrichtung stufenförmig ausgebildet, so dass sich an den Kopf abschnitt 4 in Richtung auf den Anbindungsabschnitt 5 ein Positionierabschnitt 7 des Metallteils 3 anschließt, der in Radialrichtung des Metallteils 3 an einer ringförmigen Grenzfläche 8 unmittelbar an dem Fasermaterial 2 angliegt, während der Kopf abschnitt 4 des Metallteils 3, der, bezogen auf den Positionierabschnitt 7, dem Anbindungsabschnitt 5 gegenüber liegt, einen gegenüber dem Positionierabschnitt 7 vergrößerten Radius aufweist. Auf diese Weise kann das Fasermaterial 2 zwischen den Kopf abschnitt 4 und das ko- nusförmige Positionierelement 6 geklemmt werden. Dadurch ergibt sich eine ebene Fläche 9, die beispielsweise für eine Verschraubung genutzt werden kann. Insbesondere kann durch das Vorhandensein der ebenen Fläche 9 die Ausbildung des Metallteils 3 als Gewindebolzen eingesetzt werden. FIG. 1 shows a fiber composite component 1, which comprises a flat fiber material 2 and a metal part 3 designed as a threaded bolt. The metal part 3 is inserted into the fiber material 2, with a head portion 4 on one side of the flat fiber material 2 and a connection section 5 of the metal part 3 is arranged on the other side of the fiber material 2 . A conical positioning element 6 is pushed or screwed onto the connection section 5 of the metal part 3, so that a base surface of the positioning element 6 rests on the fiber material 2 and the fiber material 2 is clamped between the positioning element 6 and the head section 4 of the metal part 3. The metal part 3 is stepped in its axial direction, so that a positioning section 7 of the metal part 3 adjoins the head section 4 in the direction of the connection section 5, which in the radial direction of the metal part 3 bears directly against the fiber material 2 at an annular boundary surface 8. while the head portion 4 of the metal part 3, which, based on the positioning portion 7, the connection portion 5 is opposite, compared to the positioning portion 7 has an enlarged radius. In this way, the fiber material 2 can be clamped between the head section 4 and the cone-shaped positioning element 6 . This results in a flat surface 9, which can be used, for example, for a screw connection. In particular, the formation of the metal part 3 as a threaded bolt can be used due to the presence of the flat surface 9 .
Die Anordnung aus dem Fasermaterial 2, dem Metallteil 3 und dem kegelstumpf förmigen Positionierelement 6 ist in einer Kavität eines Werkzeugs untergebracht, wobei ein formstabile Werkzeugschale 10 des Werkzeugs eine Vertiefung 12 aufweist, deren äußere Form an die Form der Mantelfläche des kegelstumpfförmigen Positionierelementes 6 angepasst ist. Die in Figur 1 dargestellte untere Werkzeugschale 10 ist aus formstabilem Material hergestellt. Demgegenüber wird die Kavität zur anderen Seite des Faserverbund-Bauteils 1 hin von einer Vakuumfolie 11 begrenzt, so dass die Kavität druckdicht ausgeführt ist. The arrangement of the fiber material 2, the metal part 3 and the truncated cone-shaped positioning element 6 is accommodated in a cavity of a tool, with a dimensionally stable tool shell 10 of the tool having a depression 12 whose outer shape is adapted to the shape of the lateral surface of the truncated cone-shaped positioning element 6 . The lower tool shell 10 shown in FIG. 1 is made of dimensionally stable material. In contrast, the cavity is delimited on the other side of the fiber composite component 1 by a vacuum foil 11, so that the cavity is designed to be pressure-tight.
Der Anordnung, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, gehen folgende Verfahrensschritte zur Herstellung des Faserverbund- Bauteils 1 voraus: in einem ersten Schritt wird das Metallteil 3 in das Fasermaterial 2 derart eingesteckt, dass der Kopf abschnitt 4 des Metallteils 3 auf der einen Seite des Fasermaterials 2 angeordnet ist und der Anbindungsabschnitt 5, der im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Außengewinde aufweist, von der anderen Seite des Fasermaterials 2 aus vorsteht. Dabei kann das Fasermaterial 2 entweder im trockenen Zustand oder aber als bereits mit Harz vorimprägniertes Prepreg vorliegen. In einem nächsten Verfahrensschritt wird das konusförmige Positionierelement 6 derart auf den Anbindungsabschnitt 5 des Metallteils 3 aufgebracht, dass der Anbindungsabschnitt 5 in einer Bohrung 13 des Positionierelementes 6 aufgenommen wird, wobei es zum Verklemmen des Fasermaterials 2 zwischen dem Kopf abschnitt 4 des Metallteils 3 und der Grundfläche des kegelstumpf förmigen Positionierelementes 6 kommt. Die gesamte Anordnung aus Metallteil 3, Fasermaterial 2 und Positionierelement 6 wird dann in die Vertiefung 12 des unteren Werkzeugschale 10 eingesetzt und die Kavität mit Hilfe der Vakuumfolie 11 vervollständigt. Sofern das Fasermaterial 2 nicht bereits als Prepreg vorliegt, wird im folgenden Verfahrensschritt das Fasermaterial 2 im Zuge der Durchführung eines RTM-Verf ährens mit Harz/Härter beaufschlagt, wonach man das Harz aushärten lässt, ggf. unter Beaufschlagung mit Wärme und Druck. Dabei wird das Fasermaterial 2 zu einem Laminat umgebildet. Nach Durchführung dieser Verfahrensschritte liegt die in Fig. 1 gezeigte Anordnung vor. The arrangement as shown in FIG. 1 is subject to the following process steps for the production of the fiber composite Component 1: in a first step, the metal part 3 is inserted into the fiber material 2 in such a way that the head section 4 of the metal part 3 is arranged on one side of the fiber material 2 and the connection section 5, which has an external thread in the illustrated embodiment, of the other side of the fiber material 2 protrudes. The fiber material 2 can be present either in the dry state or as a prepreg already pre-impregnated with resin. In the next method step, the cone-shaped positioning element 6 is applied to the connection section 5 of the metal part 3 in such a way that the connection section 5 is received in a bore 13 of the positioning element 6, whereby it is used to clamp the fiber material 2 between the head section 4 of the metal part 3 and the Base of the truncated cone-shaped positioning element 6 comes. The entire arrangement of metal part 3, fiber material 2 and positioning element 6 is then inserted into the depression 12 of the lower tool shell 10 and the cavity is completed with the aid of the vacuum film 11. If the fiber material 2 is not already present as a prepreg, in the following process step the fiber material 2 is treated with resin/hardener in the course of carrying out an RTM process, after which the resin is allowed to harden, if necessary with the application of heat and pressure. In the process, the fiber material 2 is transformed into a laminate. After these process steps have been carried out, the arrangement shown in FIG. 1 is obtained.
Nachdem der Aushärteprozess für das Harz abgeschlossen ist, wird die Anordnung aus dem Metallteil 3, dem Fasermaterial 2 und dem Positionierelement 6 aus der Kavität entnommen. Danach wird das kegelstumpf förmige Positionierelement 6 von dem Anbindungsabschnitt 5 des Metallteils 3 abgenommen, so dass der Anbindungsabschnitt 5 für etwaige Bef estigungsvorgänge frei zugänglich wird. After the hardening process for the resin is complete, the arrangement of the metal part 3, the fiber material 2 and the positioning element 6 is removed from the cavity. Thereafter, the truncated cone-shaped positioning element 6 is removed from the connection section 5 of the metal part 3, so that the connection section 5 is freely accessible for any fastening processes.
Fig. 2 zeigt ein Faserverbundbauteil 1 in einer zweiten Ausführungsform. Diese unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 allein dadurch, dass ein Metallstreifen 13 vorgesehen ist, der einstückig mit dem Metallteil 3 verbunden ist. Der Metallstreifen 13 ist zwischen dem Kopf abschnitt 4 und dem Positionierabschnitt 7 angeordnet und dient allein zur Verbindung mehrerer gleichartiger Metallteile 3 untereinander, vgl . Fig. 4. Bei einem einzeln vorgesehenen Metallteil 3 kann der Metallstreifen 13 fortgelassen werden, vgl. Fig. 1. 2 shows a fiber composite component 1 in a second embodiment. This differs from that according to FIG. 1 only in that a metal strip 13 is provided which is integrally connected to the metal part 3. The metal strip 13 is arranged between the head section 4 and the positioning section 7 and serves solely to connect several metal parts 3 of the same type to one another, see FIG. Fig. 4. If the metal part 3 is provided individually, the metal strip 13 can be omitted, see Fig. 1.
Figur 3 zeigt die Werkzeugschale 10, und zwar in einer Ausführung mit drei in einer geraden Reihe angeordneten Vertiefungen 12. Figur 4 zeigt eine Anbindungsanordnung für das Faserverbundbauteil 1 in seiner Ausbildung nach Fig. 2. Es sind drei in einer geraden Reihe angeordnete Metallteile 3 vorgesehen, die zusammen die Anbindungsanordnung ausbilden und mittels des Metallstreifens 13 untereinander verbunden sind. Das Fasermaterial 2 ist in Fig. 4 nicht dargestellt. FIG. 3 shows the tool shell 10 in an embodiment with three indentations 12 arranged in a straight row. FIG. 4 shows a connection arrangement for the fiber composite component 1 in its design according to FIG. 2. Three metal parts 3 arranged in a straight row are provided , which together form the connection arrangement and are connected to one another by means of the metal strip 13 . The fiber material 2 is not shown in FIG.
Es ist hervorzuheben, dass das kegelstumpf förmige Positionierelement 6 aus Silikon hergestellt ist, da dieses Material gute Trenneigenschaften gegenüber Kunstharzen aufweist. Das Fasermaterial 2 kann als Gelege oder Gewebe vorliegen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt ein Winkel zwischen einer Kegelgrundfläche des kegelstumpf förmigen Positionierelementes 6 und dessen Kegelmantelfläche etwa 45°. Dies erleichtert eine Entnahme des kegelstumpf förmigen Positionierelementes 6 aus der unteren Werkzeugschale 10. Zu beachten ist, dass besagter Winkel höchstens 88° betragen sollte, um eine Entnahme des Positionierelementes 6 aus der unteren Werkzeugschale 10 zu ermöglichen. It should be emphasized that the truncated cone-shaped positioning element 6 is made of silicone, since this material has good release properties with respect to synthetic resins. The fiber material 2 can be in the form of a non-crimp fabric or a woven fabric. In the illustrated embodiment, an angle between a cone base of the truncated cone-shaped positioning element 6 and its cone surface is about 45 °. This makes it easier to remove the truncated cone-shaped positioning element 6 from the lower tool shell 10. It should be noted that said angle should be at most 88° in order to enable the positioning element 6 to be removed from the lower tool shell 10.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Bauteils (1) mit darin eingebrachtem bolzenartigem Metallteil (3) zur Ausbildung eines Anbindungspunktes des Faserverbund-Bauteils1. A method for producing a fiber composite component (1) with a bolt-like metal part (3) inserted therein to form a connection point of the fiber composite component
(1) , gekennzeichnet durch die Schritte: a) Einstecken des Metallteils (3) in ein Fasermaterial (2) derart, dass ein Kopf abschnitt (4) des Metallteils (3) auf der einen Seite des Fasermaterials (2) angeordnet ist und ein Anbindungsabschnitt (5) des Metallteils (3) von der anderen Seite des Fasermaterials (2) aus vorsteht, b) Aufbringen eines konusf örmigen Positionierelementes (6) auf den Anbindungsabschnitt (5) des Metallteils (3) derart, dass der Anbindungsabschnitt (5) in einer Bohrung (13) des Positionierelementes (6) aufgenommen wird, eine Grundfläche des Positionierelementes (6) auf dem Fasermaterial (2) aufliegt und das Fasermaterial (2) zwischen dem Positionierelement (6) und dem Kopf abschnitt (4) des Metallteils (3) eingeklemmt wird, c) Einbringen einer Anordnung aus dem Metallteil (3) , dem Fasermaterial (2) und dem Positionierelement (6) in ein Werkzeug, wobei eine formstabile Werkzeugschale (10) des Werkzeugs eine in ihrer Form an eine Mantelfläche des Positionierelementes (6) angepasste Vertiefung (12) zur Aufnahme des Positionierelementes (6) aufweist, d) Umbilden des Fasermaterials (2) zu einem Laminat, e) Entnehmen der Anordnung aus dem Metallteil (3) , dem Fasermaterial (2) und dem Positionierelement (6) aus dem Werkzeug (10, 11) und f) Abnehmen des konusf örmigen Positionierelementes (6) von dem Anbindungsabschnitt (5) des Metallteils (3) . (1), characterized by the steps: a) inserting the metal part (3) into a fiber material (2) in such a way that a head section (4) of the metal part (3) is arranged on one side of the fiber material (2) and a Connection section (5) of the metal part (3) protrudes from the other side of the fiber material (2), b) application of a conical positioning element (6) to the connection section (5) of the metal part (3) in such a way that the connection section (5) in a bore (13) of the positioning element (6), a base of the positioning element (6) rests on the fiber material (2) and the fiber material (2) between the positioning element (6) and the head section (4) of the metal part ( 3) is clamped, c) introducing an arrangement of the metal part (3), the fiber material (2) and the positioning element (6) into a tool, with a dimensionally stable tool shell (10) of the tool having a shape on a lateral surface of the positioning element s (6) adapted recess (12) for receiving the positioning element (6), d) transforming the fiber material (2) into a laminate, e) removing the arrangement of the metal part (3), the fiber material (2) and the positioning element (6) from the tool (10, 11) and f) removing the conical positioning element (6) from the connection section (5) of the metal part (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das konusförmige Positionierelement (6) aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Teflon, PET und Silikon umfasst. 2. The method according to claim 1, characterized in that the cone-shaped positioning element (6) is made of a material selected from the group comprising Teflon, PET and silicone.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) ein RTM- oder Handlaminat-Verfahren durchgeführt wird. 3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that in step d) an RTM or hand laminate method is carried out.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial (2) mit Harz vorimprägniert ist. 4. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the fiber material (2) is pre-impregnated with resin.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial (2) als Gelege oder Gewebe vorliegt. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the fiber material (2) is present as a scrim or fabric.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Positionierelement (6) kegel- oder kegelstumpf förmig ist . 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the positioning element (6) is conical or truncated cone-shaped.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel zwischen einer Kegelgrundfläche und einer Kegelmantelfläche weniger als 88°, bevorzugt weniger als 50°, beträgt . 7. The method according to claim 6, characterized in that an angle between a cone base and a cone surface is less than 88 °, preferably less than 50 °.
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