DE102013221013A1

DE102013221013A1 - Faserverbundbauteil mit Druckverteiler-Einsatz

Info

Publication number: DE102013221013A1
Application number: DE201310221013
Authority: DE
Inventors: Maik Hammer; Thomas Schneidewind
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Faserverbundbauteil mit einem Schaumkern, in dem mindestens ein Einsatz angeordnet ist, der einen Teil der Oberfläche des Schaumkerns bildet, wobei der mindestens eine Einsatz an einer Position im Schaumkern angeordnet ist, die einer Position einer Injektionsdüse in einem Fertigungswerkzeug des Faserverbundbauteils gegenüberliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Faserverbundbauteil mit einem Schaumkern, in dem mindestens ein druckverteilender Einsatz angeordnet ist.
Faserverbundbauteile und deren Herstellungsverfahren sind in verschiedenen Ausbildungen bekannt, beispielsweise als CFK, GFK, Basalt- und sonstige Faserbauteile mit und ohne Kernmaterial. Für Karosserieteile werden häufig CFK-Bauteile mit Kern im RTM-Verfahren sowohl unter Niederdruck als auch unter Hochdruck hergestellt, wobei Harz über Injektionsdüsen in das Werkzeug eingebracht wird unter hohem Injektionsdruck auf den Schaumkern wirkt.
Bei den herkömmlichen Verfahren ist nachteilig, dass der Schaumkern in einem Bereich der Einwirkung der Injektionsdüsen gegenüber seinen übrigen Bereichen stabiler ausgebildet sein muss, um dem Injektionsdruck mechanisch zu widerstehen. Eine stabilere bzw. druckstabilere Ausbildung geht bisher automatisch mit einem höheren Gewicht des Schaumkerns einher, da dieser Bereich des Schaumkerns schwerer ausgebildet ist, als es die technische Bauteilanforderung verlangen würde.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Faserverbundbauteil bereitzustellen, das ausgebildet ist, den hohen Injektionsdrücken der Injektionsdüsen zu widerstehen, ohne dass sich das Gesamtgewicht des Bauteils erhöht. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die jeweilige Merkmalskombination der Patentansprüche 1 und 9. Dabei wird ein Faserverbundbauteil mit einem Schaumkern bereitgestellt, in dem mindestens ein Einsatz angeordnet ist, der einen Teil der Oberfläche des Schaumkerns bildet, wobei der mindestens eine Einsatz an einer Position im Schaumkern angeordnet ist, die einer Position einer Injektionsdüse eines Fertigungswerkzeugs des Faserverbundbauteils gegenüberliegt. Der Einsatz wirkt druckverteilend und widersteht den teilweise hohen Injektionsdrücken von bis zu 80 bar. Der Schaumkern kann somit auf das funktionale Minimalgewicht ausgelegt werden, ohne in dem Bereich, der den Injektionsdüsen gegenüberliegt, durch dichteres Schaummaterial schwerer und stabiler zu werden.
Grundsätzlich ich vorteilhaft, dass der Einsatz im Wirkungsbereich der Injektionsdüse angeordnet ist, sodass der aus den Injektionsdüsen austretende Harzstrahl ausschließlich auf den Einsatz trifft und von diesem verteilt wird. Dabei ist in einer günstigen Ausführungsform vorgesehen, dass die Form des Einsatzes der Form der Injektionsdüse entspricht. Vorteilhaft ist ferner eine Ausbildung des Einsatzes, bei der dieser bündig mit der Oberfläche des Schaumkerns verläuft. Der Schaumkern selbst ist gegenüber bisher verwendetem Schaumkern in seiner Form nicht verändert, lediglich die Bereiche, die den Injektionsdüsen gegenüberliegen, werden durch den Einsatz verstärkt, wobei Schaumkernmaterial durch den Einsatz ersetzt wird. Als mögliche Befestigung des Einsatzes in den Schaumkern ist in einer vorteilhaften Ausführung vorgesehen, dass der Einsatz mit in den Schaumkern eingeschäumt ist. Alternativ ist auch möglich, den Einsatz in dem Schaumkern zu verkleben oder ihn mit Haltemitteln zu versehen, die den Einsatz beim Eindrücken in den Schaumkern in diesem befestigen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der durch den Einsatz gebildete Teil der Oberfläche des Schaumkerns mindestens eine Fläche aufweist, die einer Querschnittsfläche der zugehörigen Injektionsdüse entspricht. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der gesamte Injektionsstrahl des Harzes in jedem Fall auf den Einsatz auftrifft, ohne den Schaumkern zu beschädigen.
Als Material für den Einsatz wird vorzugsweise wärmestabilisierter Kunststoff verwendet, der auch chemisch stabil gegenüber Harz ist. Somit kann der Einsatz ohne Beeinflussung durch Hitze oder chemische Reaktionen im Schaumkern verbleiben.
Zur Erfindung gehörig ist auch das Verfahren zum Herstellen des oben beschriebenen Faserverbundbauteils, wobei der Einsatz an einer Position im Schaumkern angeordnet wird, die einer Position einer Injektionsdüse eines Fertigungswerkzeugs des Faserverbundbauteils gegenüberliegt. Selbstverständlich können auch mehrere Injektionsdüsen verwendet werden, wobei dann vorgesehen wird, eine entsprechende Anzahl von Einsätzen in dem Schaumkern anzuordnen, so dass gegenüber jeder Injektionsdüse ein Einsatz positioniert ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorgesehen, dass das über die Injektionsdüse injizierte Harz derart gegen den Schaumkern eingedüst wird, dass ein Injektionsdruck der jeweiligen Injektionsdüse unmittelbar gegen den jeweiligen Einsatz wirkt. Hierfür ist in einer Ausführungsform ferner vorgesehen, die Oberfläche des Einsatzes mit Fließrillen zu versehen, die vorzugsweise von einem Anprallbereich des Injektionsstrahls nach außen verlaufen. Der Einsatz verteilt den Druck somit bestmöglich und der Schaumkern bleibt im Übrigen unverändert.
Sowohl bei dem erfindungsgemäßen Faserverbundbauteil als auch bei dem zugehörigen Verfahren ist gewährleistet, dass der Schaumkern eine geringe Druckfestigkeit aufweisen kann, jedoch durch Nutzung des Einsatzes bzw. der Einsätze eine hohe Druckstabilität im Bereich der Injektionsdüsen des Fertigungswerkzeugs bereitgestellt ist. Gleichzeitig wird jedoch die Prozessstabilität leichter Kernmaterialien erhöht und die nötige Prozesszeit zur Fertigung von CFK-Bauteilen reduziert.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figur näher dargestellt. Es zeigt:
1 Eine Querschnittsansicht eines in einem Fertigungswerkzeug eingelegten Rohlings eines zu fertigenden Faserverbundbauteils.
In 1 ist in einer Schnittansicht dargestellt, wie ein zu fertigendes Faserverbundbauteil 1 in einem Fertigungswerkzeug zur Herstellung im RTM-Verfahren eingelegt ist. Das Faserverbundbauteil 1 weist einen Schaumkern 2 auf, in dem ein Einsatz 3 eingeschäumt ist, der an einer Position im Schaumkern 2 angeordnet ist, die einer Position der Injektionsdüse 4 des Fertigungswerkzeugs (5) gegenüberliegt. Der Schaumkern 2 ist von einem Geflecht bzw. einem Gelege 6 umgeben. Die Außenfläche des Einsatzes 3 verläuft bündig mit derjenigen des Schaumkerns 2. Die Erstreckung der Oberfläche des Einsatzes 3 ist derart gewählt, dass die Fläche der Injektionsdüse 4 um ein Vielfaches überdeckt ist. Dadurch ist sichergestellt, dass der aus der Injektionsdüse wirkende Injektionsdruck des Harzes ausschließlich auf den Einsatz 3 wirkt und von dort verteilt wird. Der Einsatz 3 ist aus Kunststoff druckstabil gebildet, sodass er Injektionsdrücken von bis zu 80 bar widersteht, ohne dass die Konstruktion des Schaumkerns im Übrigen verändert werden müsste.
In der gezeigten Ausführung ist der Einsatz 3 trichterförmig, es sind jedoch auch andere Formen von dem Schutzbereich mit umfasst, solange gewährleistet ist, dass der Injektionsdruck der Injektionsdüse 4 gegen den Einsatz 3 wirkt und dieser im Schaumkern 2 sicher befestigt ist. Der Einsatz 3 verbleibt im Schaumkern 2. Der Injektionsdruck des Harzes wirkt unmittelbar auf den Einsatz 3 und mittelbar auf den Schaumkern 2. Dabei bleibt das für die Erfindung unwesentliche Geflecht bzw. Gelege 6 unberücksichtigt.
Die Figur ist lediglich beispielhaft schematisch. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise kann der Einsatz ringförmig sein, wenn der Injektionsstrahl entsprechend austritt.

Claims

Faserverbundbauteil mit einem Schaumkern (2), in dem mindestens ein Einsatz (3) angeordnet ist, der einen Teil der Oberfläche des Schaumkerns (2) bildet, wobei der mindestens eine Einsatz (3) an einer Position im Schaumkern (2) angeordnet ist, die einer Position einer Injektionsdüse (4) eines Fertigungswerkzeugs (5) des Faserverbundbauteils (1) gegenüberliegt.
Faserverbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (3) im Wirkungsbereich der Injektionsdüse (4) angeordnet ist.
Faserverbundbauteil nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des mindestens einen Einsatzes (3) der Form der Injektionsdüse entspricht.
Faserverbundbauteil nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (3) bündig mit der Oberfläche des Schaumkerns (2) verläuft.
Faserverbundbauteil nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einsatz (3) druckverteilend wirkt und druckstabil gegenüber Injektionsdrücken der Injektionsdüse bis mindestens 80 bar ist.
Faserverbundbauteil nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den mindestens einen Einsatz (3) gebildete Teil der Oberfläche mindestens eine Fläche aufweist, die mindestens einer Querschnittsfläche der Injektionsdüse (4) entspricht.
Faserverbundbauteil nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einsatz (3) in den Schaumkern (2) eingeschäumt ist.
Faserverbundbauteil nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einsatz (3) aus wärmestabilisiertem Kunststoff und/oder aus Kunststoff gebildet ist, der gegenüber Harz chemisch stabil ist.
Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils, dadurch gekennzeichnet dass in einem Schaumkern (2) mindestens ein Einsatz (3) angeordnet wird, der einen Teil der Oberfläche des Schaumkerns (2) bildet, wobei der mindestens eine Einsatz (3) an einer Position im Schaumkern (2) angeordnet wird, die einer Position einer Injektionsdüse (4) eines Fertigungswerkzeugs (5) des Faserverbundbauteils gegenüberliegt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Fertigungswerkzeug des Faserverbundbauteils (1) über die Injektionsdüse (4) Harz injiziert wird, wobei ein Injektionsdruck der Injektionsdüse (4) unmittelbar gegen den mindestens einen Einsatz (3) wirkt.