Die Erfindung betrifft einen hybriden, textilverstärkten MultiMaterial-Verbundwerkstoff, bestehend aus räumlichen,

dreid imensionalen Stützstrukturen, aus mit Textil verstärkten, flächigen, im Wesentlichen zweidimensional ausgebi ldeten, an d ie Stützstrukturen flankierend, peripher anschließenden

Verbundstrukturen sowie aus geschäumten, porösen Materialien als Verbundkomponenten und unter anderem für den Einsatz in der Auto-und S itzmöbelindustrie, im Karosseriebau und im

Maschinenbau eignet sind.

Nach dem Stand der Technik sind vergleichsweise so genannte Sandwichbauteile allgemein bekannt. Allerdings sind die hierbei entstehenden Erzeugnisse und Strukturen und die damit verbundenen Herstellungsmethoden vornehmlich auf stoffschlüssige

Verbindungen zwischen den Sandwichschalen und den

Sandwichkernen ausgerichtet. Im Besonderen erfolgt die

Zusammensetzung des Sandwichverbundes unter Verwendung ausschließlich einer einzelnen/eigenständigen Materialstruktur für den Sandwichkern, die entweder ein so genannter Wabenkern, der aus vorzugsweise Papier besteht (DE 10201301 3419 A I , DE

10201200838 A I , DE 102010005456 A I , DE 1 02009059805 A I ), oder ein formstabiler Kunststoff- Hartschaumkern (DE 790761 7 U l ) sein kann. Zur Verbindung einer Decklage mit einem Wabenkern sehen DE 102010005456 A I und DE 102003059805 A I eine

Decklage bestehend aus einem thermoplastischen

Bestätigungskopie| Kunststoff bzw. thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund vor, wobei durch äußeren Energieeintrag auf die vorbereitete

Materialschichtung und zwar mittels Wärmezufuhr die

thermoplastischen Komponenten/Komponentenbestandteile

aufgeschmolzen/erweicht und durch Druckbelastung mit den

Deckschicht berührenden Wabenkernstegen zur Verbindung

gebracht. Dabei wird die Makrostruktur der Wabenkernstege in die aufgeschmolzenen thermoplastischen Bestandtei le eingeprägt und von diesen aufgenommen. Eine mittelbare oder unmittelbare

Einwirkung von Faserverstärkungen beispielsweise aus der texti len Verstärkung des thermoplastischen Faser-Kunststoff- Verbundes au f die Ausprägung der verbindenden Kunststoff-Materialstruktur innerhalb der Fügezone zwischen Deck- und Kernschicht ist nicht beschrieben.

Die DE 7907617 U l bezieht sich auf einen Sandwichverbund unter Verwendung eines vorgefertigten Hartschaumkernes dessen

Materialmikrostruktur innerhalb seiner vorgefertigten

makroskopischen Formgeometrie vorab und unabhängig seiner Verarbeitung zum Sandwichverbund bereits eingeprägt ist. Die textilen Verstärkungen der Deckschichten werden im

Verarbeitungsprozess zum Sandwichverbund mit der Zugabe einer viskosen, reaktiv vernetzenden Kunststoffkomponente von außen auf die Materialschichtung in Durchdringung der texti len Verstärkung und Anbindung des Sandwichkernes zum Faser-Kunststoff-Verbund vereint. Die Komponentenverteilung und Mikrostrukturierung der zugegebenen und verbindenden Kunststoffkomponente wird

bedingungsgemäß im Durchdringen der textilen

Verstärkungsstruktur von dieser beeinflusst. Eine unmittelbare, gezielt auf die Kunststoffverteilung steuernd wirksame Auslegung und Anordnung der textilen Mikrostrukturen erfolgt nicht. Die Ausprägung bzw. Ausfüllung der Füge- und Verbindungszone zwischen den textilen verstärkten Deckschichten und dem

Schaumkern ist zudem maßgeblich abhängig von der

Durchtrittsmenge des viskosen Kunststoffes aus der textilen Verstärkungsschicht an die Kontaktzone mit dem Schaumkern .

Sowohl Übertritt als auch die Einbindung des viskosen Kunststoffes in den Schaumkern kann nicht gezielt erfolgen, was die

wiederkehrende Beschaffenheit der notwendigen Fügezonenqual ität regelmäßig nicht garantieren lässt.

Alle diese nach dem Stand der Technik beschriebenen

Sandwichverbunde sind durch eine Kombination aus nicht texti len Volumengebilden für die Sandwichkerne und textilen

Flächengebilden für die Deckflächen gekennzeichnet, mit der Besonderheit, dass die Sandwichkerne damit keine textilen

Materialien und Strukturen enthalten. Die voluminösen

Sandwichkerne bestehen somit im Inneren ausschließl ich aus ihrer ursprünglich in die Verbunderstellung eingebrachte Material-und Werkstoffstruktur. Es entstehen in der Herstellung zum

Sandwichverbund in Kombination und Verbindung weiterer

Werkstoffe und Materialien daraus innerhalb der Sandwichkerne selbst keinerlei textilverstärkte Werkstoff- und Materialverbunde .

Sämtl iche der benannten Produktstrukturen und dafür verwendeten Herstellungsweisen sind darüber hinaus davon gekennzeichnet, dass durch Schließen einer Formkavität daraus folgend

mechanische/thermomechanische Energieeinträge von außen auf die Verarbeitungskomponenten wirksam werden müssen, um daraus die Verbindung der Komponenten zum Sandwichverbund herzustel len. Diese Verbundweisen sind energie- und zeitaufwendig und bedürfen in der Regel mehrerer Verfahrensstufen, welche mit einem weiteren kostenintensiven maschinentechnischen Aufwand verbunden sind.

Außerdem baut die Entstehung und Ausführung solcher Elemente oder Sandwichverbunde nach Stand der Technik auf der Wirkung von Kraft- und Formschluss zwischen den einzelnen

Verarbeitungskomponenten auf. Diese Wirksamkeit konzentriert sich insbesondere expl izit auf die Grenzflächen, die sich jeweils in den unmittel baren Kontaktzonen zwischen den zu verbindenden Komponenten befinden.

Im Bereich der hybriden Fügezone ist somit die Kompatibilität der formgebenden und formstabilisierenden Matrixwerkstoffe und der jeweiligen textilverstärkten Verbundkomponenten von

entscheidender Bedeutung. Die Leistungsfähigkeit wie auch das Versagensverhalten bei Überbelastung solcher Fügezonen werden damit im Wesentlichen durch die Bindungskräfte der kraft- und stoffschlüssigen Anbindung in den makroskopisch eben

ausgeprägten Grenzflächenbereichen unmittelbar zwischen

formgebenden und formstabilisierenden Matrixwerkstoffen der zu fügenden Verbundkomponenten bestimmt. Der

Grenzflächenübergang zwischen mindestens zwei zu verbindender Verbundkomponenten ist diskret, auf einen weitestgehend ebenen Anbindungsbereich begrenzt. In diskreten, ebenen

Grenzflächenübergängen in diesen Anbindungsbereichen

entstehende Materialspannungen haben bei Überbelastung genau in diesen Zonen hybrider Verbünde ein plötzliches, katastrophales Versagen zur Folge. Die gezielte Vermeidung diskreter

Grenzflächenübergänge in hybriden textilverstärkten

Verbundwerkstoffen und Verbundbauteilen bei gleichzeitigen Abbau der damit verbunden typischen Nachteile ihres

Spannungsübertragungs-/Spannungsübergangsverhaltens gilt als wesentlicher Tei l einer bisher ungelösten Problemstellung.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des bekannten Standes der Technik für eine kraft und stoffschlüssige Verbindung eines Sandwichverbundes zu überwinden und eine Lösung zu schaffen, mit deren Hilfe ein vollständiger texti lverstärkter

Sandwichverbund über das gesamte Volumen vom Sandwichkern bi s zu den Deckflächen die Anordnung der textilen

Verstärkungsstrukturen und deren integrale volumetri sche

Ausfüllung und Verbindung mit der für in die

Verstärkungsstrukturen einzubringen und einzutragenden

Matrixmaterialien realisiert werden kann.

Weiterhin soll erreicht werden, das zum Zwecke der gesteuerten integralen Materialanhäufungen in Entstehung eines Multi-Material- Verbundes textile Strukturen gezielt auszuführen und in

Kombination miteinander zu verarbeiten sind, um zwischen

unterschiedlichen Verstärkungs- und Verbundkomponenten

innerhalb eines Sandwichverbundes deren Verbindungsleistung über die nach Stand der Technik üblicherweise verwendeten

Adhäsionsmechanismen von Kraft- und Stoffschluss hinaus

miteinander stärker und dauerbelastbarer auszuführen, insbesondere durch gezielte Einrichtung eines Phasenübergangsbereiches für den mikromechanischen Formschluss.

Die Harmonisierung des Spannungsübertragungs- /Spannungsübergangsverhaltens zwischen den verschiedenen

Verbundschichten/Verbundphasen hybrider Verbünde einer

allmähl ichen, vergleichmäßigten, strukturell gezielt einstel lbaren Materialeigenschaftsveränderung zur Vermeidung di skreter

Grenzflächenübergänge in hybriden textilverstärkten

Verbundwerkstoffen und Verbundbauteilen bei gleichzeitigem

Abbau der damit verbunden typischen Nachteile ihres Verhaltens unter Belastung ist wesentl icher Teil der durch die Erfindung zu lösenden Aufgabe.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 bis 8 beschriebenen Merkmalen gelöst, wobei die vorteilhaften Ausgestaltungen in den Unteransprüchen beschrieben sind.

Anisotrope Verbundwerkstoffeigenschaften und damit

einhergehendes Werkstoffverhalten zur Steigerung spezifischer, gerichteter Werkstoffkennwerte wird den textilverstärkten

Verbundwerkstoffen maßgeblich durch gezielte Ausrichtung von Fasern in hierfür vorgefertigten, vorwiegend biegeschlaffen flächenförmigen (2D-) und dreidimensionalen (3D-) texti len

Makrostrukturen wie z.B. Bänder, Gewebe, Gelege, Gewirke,

Gestricke, Geflechte und dergleichen eingeprägt.

Die Substanzausnutzung der textilen Verstärkungsstrukturen und die daraus resultierende mechanische Leistungsfähigkeit in damit texti lverstärkten Verbundwerkstoffen folgen im Al lgemeinen aus der stoff- und kraftschlüssigen Verbindung zwischen Steifigkeit und Festigkeit bestimmenden Verstärkungsfasern, den textilen

Mikrostrukturen sowie Formgebung und Formstabilität l iefernden Matrixkomponenten. Mithin ist die unmittelbare Anbindung der Verbundkomponenten an den Grenzflächen zwischen Faser und Matrix, die so genannte Faser-Matrix-Haftung, bestimmend für d i e Verbundwerkstoffleistung.

Um einen solchen Verbundwerkstoff herzustellen, ist die

Kompatibilität der verwendeten Werkstoffe für Matrix- und texti le Verstärkungsanteile in einem jeweiligen texti lverstärkten

Verbundwerkstoff zu gewährleisten. Entsprechende Modifikationen und Funktionalisierungen von Werkstoffen und

Werkstoffoberflächen für Matrix- und textile Verstärkungsantei le sind nach Stand der Technik umfassend verfügbar und in

Anwendung. Um die unmittelbare Anbindung zwischen den

Verbundkomponenten in allen Bereichen der Anhäufung texti ler Verstärkungsstrukturen zu erreichen, müssen die textilen

Mikrostrukturen an ihren Oberflächen vollständig mit

Matrixkomponenten in Berührung kommen. Folglich müssen die Zwischenräume der textilen Mikrostrukturen, die Mikroporosität von den eingetragenen Matrixkomponenten vollständig

durchdrungen und so zur Ausfüllung gebracht werden, dass

mögl ichst alle textilen Oberflächen mit diesen Matrixmaterial ien in Berührung, Anbindung und Haftung kommen. Gemäß diesem Anforderungsprofil werden die

Verbundkomponenten, die später zu einem hybriden Multi-Material- Verbundwerkstoff z.B . Sandwichverbund vereint werden sollen, in entsprechenden vorstufigen Herstellungsschritten zu jeweils in sich geschlossenen Verbundwerkstoffen vorgefertigt.

Die zum hybriden Multi-Material-Verbundwerkstoff zu fügenden Verbundkomponenten halten mindestens im Kontaktbereich i hrer Anbindung mit einer weiteren Verbundkomponente mikroporöse textile Strukturanteile bereit. Die Strukturordnung der mikroporösen texti len Verstärkung einer jeweiligen hybriden Verbundkomponente im Kontakt- und Anbindebereich kann dabei identisch der gezielt gewählten Strukturordnung im Inneren der jeweil igen hybriden Verbundkomponente sein. Die Strukturordnung der textilen

Verstärkungen einzelner, zum hybriden Multi-Material- Verbundwerkstoff zueinander zu verbindender Verbundkomponenten kann grundsätzlich unterschiedlich sein. Die (Mikro-)Porosität dieser texti len Strukturanteile beiderseits der Kontakt- und

Anbindebereiche ist so gestaltet, dass sie von formgebenden und formstabilisierenden Matrixkomponenten durchströmt und al l seitig von diesen umschlossen werden kann. Grundsätzlich werden di e (Mikro-)Porositäten solcher textilen Strukturantei le nach deren Volumenanteilen und ihren geometrischen Ausprägungen

charakterisiert.

Mit der Ausfüllung der Mikroporen textiler Antei le von

Verstärkungskomponenten erfolgt zwischen den hybriden

Verbundkomponenten über die durchflutenden Matrixkomponenten in den Phasenübergangsbereichen ein mikromechanischer

Formschluss mit den textilen Strukturanteilen. Der

Erstreckungsbereich des üblicherweise nach dem Stand der Technik flächigen Grenzübergangs zur Anbindung zwischen den hybriden Verbundkomponenten wird damit effektiv auf einen räuml ichen Phasenübergangsbereich erweitert. Unter Einhaltung der nach dem Stand der Technik bekannten

Forderung zur Kompatibilität zwischen den einzelnen Matrix- und textilen Verstärkungswerkstoffen erweitert sich die Fügezone im räumlichen Phasenübergangsbereich und damit die Anbindung zwi schen den hybriden Verbundkomponenten über den Kraft- und Stoffschluss hinaus um einen, dem hybriden Multi-Material-Verbund inhärenten mikromechanischen Formschluss. Durch Übertritt mindestens eines Anteils eines Matrixwerkstoffes aus einer der beiden zu fügenden Verbundkomponenten in den Bereich der texti len Verstärkung einer weiteren dazu zu fügenden

Verbundkomponente resultiert für den hybriden Multi-Material- Verbund ein gradierter Phasenübergang und damit eine

Harmonisierung im Anbindungsbereich des sich räuml ich

erstreckenden Phasenübergangsbereiches im Sinne mechanischer Beanspruchbarkeit.

Matrixwerkstoffe

Als Matrixwerkstoffe lassen sich gemäß der Erfindung sämtliche Werkstoffe verwenden, die im Allgemeinen in faser- und

textilverstärkten Verbunden zur Anwendung kommen. Dies umfasst Metalle, anorganische mineralische, natürliche Werkstoffe (z.B . Basalt), anorganische synthetische Werkstoffe (z.B . Glas) wie organische Werkstoffe, insbesondere Kunststoffe. Es gilt als vorteilhaft, wenn es sich bei den Matrixwerkstoffen um organische synthetische Werkstoffe, insbesondere Kunststoffe handelt. Dies beinhaltet insbesondere die als Thermoplaste und Duroplaste

allgemein bekannten Kunststoffe.

Es ist von besonderem Vorteil, wenn es sich bei den

Matrixwerkstoffen um teilvernetzte bzw. vernetze Kunststoffe wie thermoplastische Elastomere bzw. Duromere oder Duroplaste handelt. Grundsätzl ich ist es für Matrixwerkstoffe zur Herstellung faser- und texti lverstärkter hybrider Verbünde gemäß der Erfindung von

Vorteil, wenn deren Viskosität variabel einstellbar ist. Weiterhin i st es von Vorteil, wenn die Viskosität von Matrixkomponenten zu Beginn einer Verbundherstellung besonders niedrig eingestel lt werden kann, die Matrix also einen mindestens zähflüssigen, besser dünnflüssigen Aggregatzustand einnimmt, und die

Matrixkomponenten zum Ende einer Verbundherstellung zur

Konsolidierung gebracht werden können, dass deren Viskosität potenziell ansteigt und sie damit in einen festen Aggregatzustand überführt werden.

Es gilt als vorteilhaft, wenn die Matrixwerkstoffe selbst wie auch i n Verbindung mit Faser- oder Textilverstärkung in zellulare

Werkstoff-und Materialstrukturen gebracht werden können bzw. zu solchen verarbeitbar sind. Hierbei ist diese Verarbeitungsfähigke it solcher Matrixwerkstoffe zu zellularen Materialien unabhängig davon, ob diese poröse Materialstruktur auf Grundlage eines reaktiven oder eines nicht reaktiven, eines chemischen, eines chemisch-physikalischen oder physikalischen Prozesses entsteht. Derartige poröse Matrixmaterialien entstehen z.B. durch den Ei n satz von Materialkomponenten, die bei ihrer Zusammenführung und Vermischung unmittelbar einen reaktiven Prozess auslösen, der zur Herausbildung einer Matrixkomponente selbst und damit direkt verbunden zur Entstehung von Gasen führt. Ähnliche poröse

Matrixmaterialien entstehen z.B. durch anteilige Beimischung zusätzlicher reaktionsfähiger Komponenten in Matrixkomponenten, die durch physikalische Beanspruchung, vorzugsweise durch Druck- und Temperaturänderung, in Ausbreitung der Matrixkomponente selbst gleichzeitig aus den anteilig beigemischten Komponenten Gase entstehen und sich ausbreiten lassen. Weiterhin lassen sich z.B . solche poröse Matrixmaterialien herstellen, indem die

Ausbreitung der Matrixwerkstoffe selbst unmittelbar mit der direkten Eintragung von Gasen gekoppelt wird. in jedem der genannten Beispiele dient das Vorhandensein von Gasen in Entstehung und Ausbreitung von Matrixkomponenten als Treibmittel, die zur Ausprägung einer Porosität in

Matrixwerkstoffen führt und gleichzeitig in Sache der Erfindung zu einer gezielten Viskositätsanpassung der dünn- bis zähflüssigen Matrixkomponenten im Verlauf seiner Ausbreitung.

Für die erfindungsgemäß verwendungsfähigen Matrixwerkstoffe i st es im Wesentlichen gleich bedeutend, wenn die zellulare, poröse Struktur einer Matrix in hybriden Verbunden durch Entstehung von Gasen aus Reaktionsgemischen, aus denen nach Abschluss der

Reaktion die Matrix selbst entsteht, oder durch Entstehung von Gasen aus Reaktionsgemischen, die einzutragenden

Matrixkomponenten beigemischt werden, oder durch direkten

Eintrag zusätzlicher liquider oder fluider Komponenten während des Eintrages und der Ausbreitung von Matrixkomponenten entsteht. Es gilt gemäß der Erfindung insofern als besonders vorteilhaft, wenn es sich bei den für die Entstehung eines hybriden textilverstärkten Verbundwerkstoffes oder Verbundbauteiles verwendeten

Matrixmaterialien um teilvernetzte bzw. vernetze Kunststoffe wie thermoplastische Elastomere bzw. Duromere oder Duroplaste handelt, bei denen die Ausprägung der Porosität der

Matrixmaterialien unmittelbar in Verbindung mit der Entstehung und Ausbreitung von Gasen durch reaktive Prozesse innerhalb der sich ausbreitenden, Matrix bildenden Verbundkomponenten

stattfindet.

Textile Verstärkungskomponenten der Hvbridverbunde

Für Verstärkungsfasern können sämtliche Werkstoffe verwendet werden, die herkömmlich in faser- und textilverstärkten Verbunden zur Anwendung kommen. Grundsätzlich ist es für

Verstärkungsfasern von Vorteil, wenn sie aus Werkstoffen bestehen, die unter den im Verlauf einer Verbundherstellung und dabei herrschender physikalischer Bedingungen gar keine oder nur bedingt, jedoch keine maßgeblichen mikro- und makrostrukturel len Veränderungen erfahren.

Für den hybriden Verbund ist es von Vortei l , wenn die Oberfl ächen-, den äußeren Phasenübergangsbereichen nahen textilen

Verstärkungen als flächenförmige, mikroporöse Konstruktionen aus Fasern, Filamenten und daraus hergestellten Garnen bestehen. In Sache der Erfindung ist es von besonderem Vorteil, wenn diese flächenförmigen mikroporösen textilen Konstruktionen in ihrer Ausbreitung in Breite und Länge der Breiten- und

Längenerstreckung der Phasenübergangsbereiche im hybriden

Verbund folgen.

Für den hybriden Verbund ist es weiterhin von Vorteil , wenn die von den oberflächennahen Phasenübergangsbereichen weiter entfernten textilen Verstärkungen aus Fasern, Fi lamenten und daraus hergestellten Garnen bestehende, voluminöse räuml iche Strukturen bi lden, die eine makroskopische Porosität aufweisen, wobei die Haupterstreckung der Fasern, Filamente und Garne dieser

räumlichen textilen Verstärkung quer, vorzugsweise senkrecht zur Breiten- und Längenerstreckung der Phasenübergangsbereiche verlaufen. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Enden der quer zur Breiten- und Längenerstreckung der Phasenübergangsbereiche verlaufenden Fasern, Filamente und Garne solcher räuml icher textiler Verstärkungen selbst durch mikroporöse aus Fasern,

Fi lamenten und daraus hergestellten Garnen bestehende texti le Strukturen verbunden sind.

In Sache der Erfindung gilt es als besonders vorteilhaft, wenn di e mikroporösen textilen Strukturen der Verbindungen Makroporosität bildender, quer zur Breiten- und Längenerstreckung der

Phasenübergangsbereiche verlaufender Fasern, Filamente und Garne solcher räumlicher textiler Verstärkungen in den

Phasenübergangsbereichen der hybriden Verbünde in unmittelbarer Nähe von flächenförmigen mikroporösen textilen Konstruktionen benachbarter Verstärkungs- und Verbundkomponenten angeordnet sind. Gestaltung der VerbundkomponentenZ-strukturen

Grundsätzlich können sich die Mikro- und Makrostrukturordnungen der Verstärkungsfaserkomponenten/-strukturen in den miteinander zu verbindenden Verbundkomponenten und damit auch im

räumlichen Phasenübergangsbereich ihrer Anbindung zum hybriden Multi-Material-Verbundwerkstoff voneinander deutlich

unterscheiden. Weiterhin kann sich im räumlichen

Phasenübergangsbereich der Anbindung damit auch die (Mikro-) Porosität der Anteile textiler Verstärkungskomponenten vonei nander unterscheiden. Vorzugsweise ist die (Mikro-)Porosität der Antei le texti ler Verstärkungskomponenten im räumlichen

Phasenübergangsbereich der Anbindung jedoch ähnl ich gestaltet. Es gi lt als besonders vortei lhaft, wenn die jewei lige Porosität der textilen Mikrostrukturen im räumlichen Phasenübergangsbereich der Anbindung in ihren Volumenanteilen und ihren geometri schen

Ausprägungen identisch sind.

Grundsätzlich kann die Porosität der textilen

Verstärkungskomponenten jeweiliger einzelner

Verbundkomponenten innerhalb der Makrostrukturordnung

weitestgehend gleich sein. Es gilt jedoch als vortei lhaft, wenn sich die Porosität in den Anteilen textiler Verstärkungskomponenten mit zunehmender Entfernung vom räumlichen Phasenübergangsbereich der Anbindung allmählich verändert. Dabei kann die Veränderung sowohl in Form einer Verringerung als auch in Form einer

Vergrößerung der Porosität der jeweiligen textilen

Verstärkungskomponenten vorliegen. Für hybride

Sandwichverbunde mit Formkernen ist es vorteilhaft, wenn sich die Porosität der textilen Verstärkung eines Formkernes mit

zunehmender Entfernung vom räumlichen Phasenübergangsbereich der Anbindung vergrößert. Hieraus resultiert, dass zumindest der bei komplexen Beanspruchungsformen von Sandwichverbunden weniger spannungsbeladene Bauteilinnenbereich eine geringere Massebeladung im Multi-Material-Verbundwerkstoff durch texti le Verstärkungskomponenten erfährt und sich damit der Leichtbaugrad in Multi-Material-Sandwichverbunden strukturmechanisch gezielt steigern lässt.

Grundsätzlich kann die Ausprägung der Porosität texti ler

Verstärkungskomponenten zufällig und willkürlich sein.

Bedingungsgemäß für eine zielgerichtete Einstellung und

Einrichtung anisotroper Multi-Material-

Verbundwerkstoffeigenschaften ist die Ausrichtung der (Mikro-) Porosität der textilen Verstärkungskomponenten mittel bar abhängig von der Mikrostrukturordnung und -ausrichtung der textilen

Verstärkungsmaterialien.

Es gi lt als vorteilhaft, wenn die Porosität der texti len

Verstärkungskomponenten im räumlichen Phasenübergangsberei ch der Anbindung kanalförmige, gezielt vektoriel l gerichtete

Mikrostrukturbereiche aufweist.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Ausprägung der

kanalförmigen, gezielt vektoriell gerichteten Porosität der texti len Verstärkungskomponenten im räumlichen Phasenübergangsbereich mit der gezielten Ausrichtung und Strukturordnung der

Verstärkungstextilien im Sinne der für größtmögl ichen

Leichtbaugrad geforderten Verstärkungsfaserorientierung in den zum hybriden Verbundwerkstoff zu verbindenden

Verbundkomponenten korreliert.

Gestaltung der Verbindungsweise zu hybriden textilverstärkten Verbundwerkstoffen

Die zu erzielende kraft-, Stoff- und mikromechanisch formschlüssige Verbindung zwischen mindestens zwei textilverstärkten

Verbundkomponenten kann dadurch erfolgen, indem vor ebener oder räumlicher, adaptiver Zusammenführung der Verbundkomponenten im Fügebereich mindestens auf eine der mikroporösen textilen Verstärkungskomponentenanteile ein dosierter Auftrag einer verbundwerkstoffkompatiblen Matrixkomponente vorgenommen wird, die mit ebener oder räumlicher Zusammenführung der

texti lverstärkten Verbundkomponenten zum oberflächennahen

Kontakt im Fügebereich eine allseitige Ausfüllung der mittelbar umgebenden, mikroporösen textilen

Verstärkungskomponentenanteile im sich räumlich erstreckenden Fügebereich bewirkt. Im Sinne einer integralen Fertigung eines hybriden texti lverstärkten Verbundwerkstoffes oder

Verbundbauteiles erfolgt die ebene oder räumliche

Zusammenführung der textilverstärkten Verbundkomponenten zum oberflächennahen Kontakt im Fügebereich bevorzugt vor dem

Eintrag der verbundwerkstoffkompatiblen, zur allseitigen

Ausfüllung der mittelbar umgebenden, mikroporösen textilen

Verstärkungskomponentenanteile im Fügebereich kraft-, stoff- und mikromechanisch formschlüssig verbindenden Matrixkomponente.

Es gi lt als vorteilhaft, wenn eine der beiden textilen

Verstärkungsstrukturen einer zum hybriden Verbund zu fügenden textilverstärkten Verbundkomponente bei ebener oder räuml icher Zusammenführung mit anderen umgebenden, textilverstärkten

Verbundkomponenten zunächst keine Ausfüllung mit

Matrixkomponenten auch in verhältnismäßig größerer Entfernung von den räumlichen Phasenübergangsbereichen ihrer Anbindung aufweist. Ebenso gilt es dabei als vorteilhaft, wenn die Porosität dieser mit Matrix zunächst ungefüllten textilen Verstärkungsstruktur in verhältnismäßig größerer Entfernung von den Fügebereichen eine höhere Porosität aufweist als in den räumlichen

Phasenübergangsbereichen ihrer Anbindung zu den umgebenden und mit ihr zu verbindenden textilverstärkten Verbundkomponenten .

Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Porosität der textilen Verstärkungskomponenten im räumlichen Phasenübergangsbereich der Anbindung kanalförmige, gezielt vektoriell gerichtete

Mikrostrukturbereiche aufweist, die zu einer gerichteten

Durchflutung mit Matrixanteilen aus den grenzflächennahen mikroporösen Verstärkungskomponentenanteilen der zunächst primär mit Matrix befüllten Verstärkungsstruktur in die daraus folgend sekundär zu befüllenden, grenzflächennahen, mikroporösen Verstärkungskomponentenanteile der mittels gleicher Matrix dazu anzubindenden, textilverstärkten Verbundkomponente führen.

Mittels dieser gezielten, als vorteilhaft beschriebenen Ausprägung von Porositäten der zu verbindenden textilen und textilverstärkten Verbundkomponenten in den Phasenübergangsbereichen wird durch deren Ausfüllung mit Matrixkomponenten in der Herstellung des hybriden Verbundwerkstoffes oder hybriden Verbundbautei les eine Homogenisierung im hybriden Phasenübergang erreicht. Durch die beschriebene vortei lhafte Ausprägung der Komponenten werden so Materialspannungen, die durch den Fügeprozess zum Verbund in Phasenübergangsbereichen entstehen, im hybriden Verbund gleichmäßiger verteilt, bei Überbelastung im räumlich ausgeprägten Phasenübergang gleichmäßiger abgetragen und abgebaut und bewirken so ein allmähliches, gutmütiges Versagen im Falle von Überbelastungen.

Gestaltung der Verarbeitungsweise

Durch Eintrag verbindender Matrixkomponenten und deren

Vertei lung in den porösen Bereichen werden die texti len und textilverstärkten Verbundkomponenten zu einem hybriden

Verbundwerkstoff oder hybriden Verbundbauteil verarbeitet.

Grundsätzlich ist die Verarbeitungsfähigkeit der texti len und texti lverstärkten Verbundkomponenten unabhängig von Grad und Verteilung ihrer jeweiligen Porosität. Genauso ist die Ausprägung räumlicher Phasenübergangsbereiche in hybriden Fügezonen unabhängig davon, ob deren Herausbildung durch einen adaptiven oder einen integralen Verarbeitungs- und Fügeprozess erfolgt.

Bevorzugt erfolgt die Herausbildung und Ausprägung räumlicher, harmonisierter Phasenübergangsbereiche in hybriden Fügezonen durch integrale Verarbeitungsweisen.

Zur Verbindung aller in einer gemeinsamen Verarbeitungsumgebung gemäß der Erfindung gestalteten und angeordneten hybriden

Verbundkomponenten erfolgt der Eintrag mindestens einer von zunächst niedriger Viskosität gekennzeichneten Matrix bi ldenden Verbundkomponente oder eines Matrix bildenden Komponentenbzw. Reaktionsgemisches in die vorzugsweise Makroporosität aufweisenden Bereiche bis dahin zunächst ungefüllter textiler

Verstärkungsstrukturen hybrider Verbundkomponenten, um weiter mit fortschreitender volumetrischer Ausfüllung in die Bereiche der in den räumlichen Phasenübergangsbereichen der Anbindung geringeren Mikroporosität textiler Verstärkungsstrukturen

vorzudringen und nach kompakter oder zellularer Ausfüllung al ler in der Anordnung/Anhäufung der in einer gemeinsamen

Verarbeitungsumgebung befindlichen hybriden

Verbundkomponenten enthaltenen Porosität durch zunehmendes reaktions-, chemisch-physikalisch oder physikalisch bedingtes Ansteigen der Viskosität bis zur Konsolidierung/Verfestigung die kraft-, stoff- und mikromechanisch formschlüssige Verbindung al ler hybriden Verbundkomponenten entstehen zu lassen. Insbesondere bei zellularer Expansion der im Verlauf der formfüllenden und formstabilisierenden Ausfüllung in sich dabei mit zunehmender Viskosität verändernden matrixbildenden Verbundkomponenten erfolgt die Ausprägung der zellularen Porosität nach Konsol idierung solcher Matrixkomponenten selbst in Korrespondenz und

Abhängigkeit der an jeweiligen Ausbreitungs-, Durchdri ngungs- und Verbindungsort enthaltenen Makro- und Mikroporosität dort befindlicher textiler Verstärkungs- und Verbundkomponenten.

Gemäß der Erfindung erfolgt damit die gezielte und funktionale komponentenspezifische Einstellung der Raumdichten und damit des Leichtbaugrades in Verbindung mit der Ausprägung der

verbundmechanischen Leistung unmittelbar, integral im

Herstellungsprozess zum vollständigen hybri den Verbundwerkstoff bzw. hybriden Verbundbauteil. Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

In der beigefügten Zeichnung zeigt:

einen schematischen Querschnitt der textilen

Grundstruktur des Multi-Material-Verbundwerkstoffs; einen schematischen Querschnitt eines hälftigen

Teilbereichs der textilen Grundstruktur mit Anordnung der Matrixkomponente und Darstellung der Phasenübergangsbereiche im Multi-Material- Verbund Werkstoff; einen schematischen Querschnitt der

dreidimensionalen textilen Stützkonstruktion des Multi-Material-Verbundwerkstoffs mit Darstel l ung der von unterschiedlich strukturierten Anhäufungsdichten entsprechender Garne und Fasern gekennzeichneten, textiltechnisch vorbereiteten Funktionsbereichen;

Figur 4: einen schemati schen Querschnitt der

dreidimensionalen textilen Stützkonstruktion mit peripher angeordneter faserverstärkter

Verbundstruktur und Anordnung der

Matrixkomponente des Multi-Material- Verbundwerkstoffs sowie Darstellung der entstandenen Phasenübergangsbereiche in der Stützkonstrukti on und in der Verbundstruktur mit unterschiedlichen, von den jeweiligen Anhäufungsdichten der textilen Strukturkomponenten abhängigen gesteuerten

Raumdichtezonen darin enthaltener Matrixkomponente

Figur 5 : einen schematischen Querschnitt der

dreidimensionalen textilen Stützkonstruktion mit peripher angeordneter faserverstärkter

Verbundstruktur und Anordnung der

Matrixkomponente des Multi-Material- Verbundwerkstoffs sowie Darstellung der entstandenen Phasenübergangsbereiche in der Stützkonstruktion ;

Figur 6 : einen schematischen Querschnitt der doppelt

übereinander angeordneten dreidimensionalen texti len Stützkonstruktion zwischen der peripher angeordneter faserverstärkter Verbundstruktur und Anordnung der Matrixkomponente im Multi-Material- Verbund Werkstoff

und

Figur 7 : einen schematischen Querschnitt der

dreidimensionalen textilen Stützkonstruktion mit umlaufend peripher angeordneter faserverstärkter Verbundstruktur sowie Darstellung des Einbringens der Matrixkomponente in den kissenförmig ausgebildeten Multi-Material- Verbundwerkstoff.

Ausführungsbeispiel 1 :

Gemäß der Figuren 1 bis 6 besteht ein erfindungsgemäßer hybrider Multi-Material-Verbundwerkstoff 1 aus einer vorgefertigten, dreidimensionalen, druckelastisch strukturstabilen, texti len

Stützkonstruktion 2, ausgebildet als vorgefertigtes textiles

Abstandsgewirk mit dessen einhergehenden unterschiedlichen

Anordnungen textiler, mikroporöser Faser-und Garnanhäufungen sowie den Stützfasern 2.2 zwischen den äußeren textilen

Deckflächenbereichen 2.3 mit den freiliegenden Faserbereichen aus Verbindungsfasern bzw. -garnen 2.4. An diese beidseitig angeordneten Deckflächenbereiche 2.3 der Stützkonstruktion 2 sind jeweils vorgefertigte textilverstärkte

Verbundstrukturen 3 angeordnet, welche im Anschlussbereich zum Deckflächenbereich 2.3 einen mikroporösen Innenbereich 3.2 aufweisen. Der den Multi-Material-Verbundwerkstoff 1 nach Außen abgrenzenden Bereich weist die faserverstärkten Verbundstrukturen 3 mit einem bedingt undurchlässigen Außenbereich 3. 1 auf. Bedingt undurchlässigen bezieht sich auf die Gasdurchlässigkeit. Für

Matrixmaterial 4 ist dieser Bereich undurchlässig. In die

Stützkonstruktion wird nach dem Übereinanderlegen der einzelnen Faserlagen 2 und 3 eine expandierende, porös konsolidierende Matrixkomponente 4 mit geeigneter Spritztechnik so eingebracht, dass während der Expansion der Matrixkomponente 4 der gesamte verbleibende Volumenbereich der Stützkonstruktion bis zum

verbleibenden Volumenbereich des mikroporösen Innenbereichs 3.2 der faserverstärkten Verbundstruktur 3 ausgefüllt ist. Auf Grund der unterschiedlichen Porosität der einzelnen textilen Strukturen 2 und 3 und insbesondere Strukturbereiche 2.3 und 3.2 der textilen

Stützkonstruktionen 2 und der texti lverstärkten Verbundkomponente 3 breitet sich die Matrixkomponente 4 mit unterschiedlicher

Durchdringungskraft innerhalb der textilen Strukturen aus und bildet somit wiederum unterschiedl iche Porosität in den einzel nen textildefinierten Bereichen 2. 1 , 2.3 und 3.2 als kraft-, Stoff- und mikromechanisch formschlüssigen Phasenübergang 5 mit darin enthaltenen, mikrostrukturell harmonisierten

Phasenübergangsbereichen 5. 1 bis 5.n, wie sie in den Figuren 2, 4, 5 und 6 dargestellt sind, aus. Dieser Phasenübergang 5 mitseinen mikrostrukturell harmonisierten Phasenübergangsbereichen 5. 1 bi s 5.n weist einerseits einen volumenübergreifenden, an den

Kontaktflächen von Matrix 4 und textilen Faser- und

Garnkomponenten 2.2, 2.4, 3.3 und 8 allseits ausgebildeten Kraft- und Formschluss in allen textilen Lagen, hervorgerufen durch die Adhäsionskraft der an den Fasern anhaftenden Matrixkomponente 4 auf. Andererseits wird durch die Matrixkomponente 4 in den

Phasenübergangsbereichen 5. 1 bis 5.n die Stützfunktion des MultiMaterial-Verbundwerkstoff 1 in verschiedenen Funktionsbereichen 6. 1 bis 6.n mit definiert. Die finale Formgebung des Multi-Material- Verbundwerkstoff 1 wird j edoch über die Porosität der

Faserkonstruktionen 2.1 , 2.3 , 3.2 sowie 8 und durch die Stabi l ität der faserverstärkten Verbundstruktur 3. 1 definiert. So kann der Multi-Material-Verbundwerkstoff 1 gemäß der Figur 7 auch als Kissenform ausgebildet sein, in dem die die Außenkontur bildende faserverstärkte Verbundstruktur 3. 1 den textilen Strukturkern aus Stützkonstruktion mit Deckflächenbereich 2.3 und mikroporösem Innenbereich der Verbundstruktur 3 allseitig umschließt und somit einhül lt und die Matrixkomponente 4 über eine definierte Öffnung 7 in das Innere der Stützkonstruktion 2 eingespritzt wird.

Bezugszeichen liste

1 Multi -Material -Verbund Werkstoff

2 dreidimensionale, druckelastisch verformbare,

strukturstabile, textile Stützkonstruktion

2. 1 Stützbereich

2.2 Stützfasern und -garne im Stützbereich (2. 1 )

2.3 Deckflächenbereich

2.4 Verbindungsfasern-und Verbindungsgarne im Deckflächenbereich (2.3)

3 faserverstärkte Verbundstruktur

3. 1 Bedingt undurchlässiger Außenbereich der faserverstärkten Verbundstruktur (3 )

3.2 Mikroporöser Innenbereich der faserverstärkten

Verbundstruktur (3)

3.3 Freiliegende Fasern des Innenbereiches (3.2)

4 Expandierte, poröse Matrixkomponente

5 kraft-, Stoff- und mikromechanisch formschlüssiger

Phasenübergang

5. x mikrostrukturell harmonisierter Phasenübergangsbereich

6. x Funktionsbereiche der dreidimensionalen Stützkonstruktion

7 Öffnung zum Eintrag einer Matrixkomponente (4) in den Stützbereich (2. 1 ) einer Stützstruktur (2)

8 zusätzliche gerichtete Faserverstärkungen in 2. 1 , 2.3 sowie 3.2