Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung eines Faserkunststoffverbundbauteils, insbesondere für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs.

Die DE 10 2012 221 404 A1 beschreibt eine aus Faserverbund bestehende Komponente, insbesondere für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, die aus einzelnen Faserlagen gebildet ist.

Die DE 10 2014 214 827 A1 derselben Anmelderin beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers für ein Kraftfahrzeug, im Wesentlichen ausgebildet aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur, mit den Schritten:

- Erstellen einer Preform-Struktur mit lastangepasster Faserorientierung,

- Einbringen der Preform-Struktur in ein formgebendes Werkzeug,

- Konsolidieren der Preform-Struktur in dem Werkzeug,

- Entnehmen und Weiterbearbeiten des Lenkers.

Das Erstellen einer in der Regel mehrlagigen Preform-Struktur ist aufwändig und zeitintensiv. Üblicherweise werden unterschiedlich zugeschnittene und/oder aus unterschiedlichen Faserhalbzeugen gebildete Einzellagen nach einem bestimmten Lage- bzw. Drapierplan einzeln abgelegt. Diese Vorgehensweise ist allerdings ungeeignet für den Serieneinsatz.

Die DE 10 2014 205 479 A1 beschreibt u. a. eine automatisierte Handhabungseinrichtung in der Form eines Roboters oder dergleichen, die zur Erzeugung einer zweidimensionalen Verstärkungsstruktur automatisiert Zuschnitte aus Faserwerkstoff anordnen kann.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung eines Faserkunststoffverbundbauteils zu vereinfachen. Dies gelingt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 und mit einer erfindungsgemäßen Anlage (Vorrichtung) entsprechend dem nebengeordneten Patentanspruch. Mit einem weiteren nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf eine bevorzugte Verwendung zur Herstellung einer Querblattfeder oder eines Dreipunktlenkers für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst wenigstens die Schritte:

- Erstellen einer lastangepassten mehrlagigen Preform-Struktur aus vorgefertigten mehrlagigen Sub-Preforms, und

- Konsolidieren der Preform-Struktur in einem formgebenden Werkzeug.

Die Erfindung sieht also vor, dass die mehrlagige Preform-Struktur nicht wie bisher aus einzelnen Faserhalbzeugzuschnitten erstellt bzw. zusammengestellt wird, sondern aus unterschiedlichen und/oder identischen Sub-Preforms. Hierzu wird die zu erzeugende Preform-Struktur in sinnvolle Sub-Preforms separiert, die in einer ersten Fertigungsstation oder dergleichen, bspw. auch bei einem Zulieferer, vorgefertigt werden können. In einer zweiten Fertigungsstation oder dergleichen kann dann aus den Sub-Preforms die Preform-Struktur hergestellt werden. Diese Vorgehensweise ist weniger komplex und zeitintensiv. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist somit auch für die Serien- und insbesondere Großserienfertigung geeignet.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Integration von Sensoren, die bspw. eine Veränderung der Faser-Verbund-Struktur detektierten (wie in der DE 10 2014 214 827 A1 beschrieben), in Sub-Preforms einfacher gelingt.

Unter einer mehrlagigen Preform-Struktur wird ein flächiges textilartiges Rohteil aus Verstärkungsfasern (bspw. Kohlenstoff- oder Glasfasern) verstanden, das die faser- haltige Verstärkungsstruktur des herzustellenden Bauteils bildet. Die Preform-Struktur weist mehrere aus vorzugsweise trockenem Faserhalbzeug (d. h. einem Faserhalbzeug oder gegebenenfalls auch unterschiedlichen Faserhalbzeugen, wobei es sich bspw. um Gelege, auch UD-Gelege, Gewebe, Gewirke u. Ä. handelt) gebildete Zuschnitte auf, die unter Berücksichtigung der auf das fertige Bauteil wirkenden Lasten zusammengestellt und angeordnet sind. Die Preform-Struktur kann

biegeschlaff sein und formfolgend in die Kavität eines formgebenden Werkzeugs, bspw. ein RTM-Werkzeug, eingebracht werden. Ebenso kann die Preform-Struktur bereits eine räumlich Formgebung aufweisen und bedingt biegesteif sein. Die

Preform-Struktur kann außerhalb des Werkzeugs gebildet und dann in das Werkzeug verlegt oder direkt in der Kavität des Werkzeugs gebildet bzw. aufgebaut werden. Im Werkzeug erfolgt dann in an und für sich bekannter Weise die Formgebung und Konsolidierung, d. h. die Einbettung in eine Kunststoffmatrix. Hierzu wird bspw. die Kunststoffmatrix (z. B. ein Harz) in die Kavität eingespritzt, die die Preform-Struktur infiltriert und dann, z. B. mittels Zuführen von Druck und/oder Temperatur, aushärtet. Danach kann das Faserkunststoffverbundbauteil entnommen und gegebenenfalls weiterverarbeitet werden.

Unter ein Sub-Preform wird eine vereinfachte Preform (flächiges textilartiges Rohteil aus Verstärkungsfasern) verstanden, die quasi eine Unterbaugruppe oder ein Modul für die Preform-Struktur bildet. Analog zu den vorausgehenden Erläuterungen ist eine Sub-Preform aus mehreren vorzugsweise trockenen Faserhalbzeugzuschnitten (unterschiedliche oder auch identische Zuschnitte aus einem oder auch unterschiedlichen Faserhalbzeugen) gebildet, die unter Berücksichtigung der auf das fertige Bauteil wirkenden Lasten (d. h. bspw. auch mit unterschiedlichen

Faserausrichtungen) zusammengestellt und in der Regel übereinander angeordnet sind. Eine Sub-Preform kann sowohl eben (2-dimensional) als auch räumlich (2,5- oder 3-dimensional) sein. Eine Sub-Preform kann sowohl biegeschlaff als auch bedingt biegesteif sein. In einer Sub-Preform sind die einzelnen Zuschnitte, insbesondere durch einen thermoplastischen Binder (bspw. in Form eines bereits auf das Faserhalbzeug aufgebrachten Binderpulvers), gefügt und sind insbesondere auch vor- kompaktiert.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass in einem dem Erstellen der Preform-Struktur vorausgehenden Schritt zumindest einige der Sub-Preforms gleichzeitig gefertigt werden. Durch eine solche parallele Vorfertigung ergibt sich eine erhebliche Zeitersparnis. Die vorgefertigten Sub-Preforms können direkt weiterverarbeitet oder zwischengelagert werden. Wie bereits erläutert, können die Sub-Preforms auch bei einem Zulieferer gefertigt werden.

Wie bereits erläutert, können die einzelnen Lagen der Sub-Preforms mittels thermoplastischem Binder gefügt sein, wohingegen die Sub-Preforms beim Erstellen der Preform-Struktur bevorzugt mittels duroplastischem Binder gefügt werden. Durch die thermoplastische Fügung sind die einzelnen Faserlagen bzw. Einzellagen, auch bei räumlicher Formgebung, zueinander fixiert und ein Verrutschen der Lagen wird verhindert. Allerdings übersteigt die Werkzeugtemperatur im Werkzeug für gewöhnlich die Erweichungstemperatur des thermoplastischen Binders, weswegen eine thermoplastische Bindung der Sub-Preforms untereinander ungeeignet ist. Insbesondere kommt ein zweistufiger Binder (bspw. ein Binderpulver) zur Anwendung, der sowohl thermoplastische als auch duroplastische (d. h. vernetzende) Eigenschaften aufweist. Durch Verwendung dieses zweistufigen Binders ist es möglich, die Sub-Preforms im thermoplastischen Bereich (d. h. in einem niedrigeren Temperaturbereich) des Binders zu fügen und gegebenenfalls vorzukompaktieren und diese im Anschluss zusammen mit anderen Sub-Preforms (oder auch Einzellagen) zu fixieren (vernetzende Eigenschaften des Binders im höheren Temperaturbereich). Dadurch erhält man in jedem Stadium des Herstellungsprozesses einfach handhabbare, biegeschlaffe oder auch biegesteife Sub-Preforms, die prinzipiell beliebig miteinander kombiniert werden können.

Für die Preform-Struktur kann es unterschiedliche Varianten (bspw. für verschiedene Fahrzeugtypen) oder individuelle Anpassungen (bspw. für Fahrzeugtuning) geben. Neben einer chargenweisen Fertigung ermöglicht die Erfindung auch eine

individuelle Fertigung oder Variantenfertigung in Serie. Hierzu werden die Sub-Preforms bspw. als standardisierte Teile bzw. Standardteile vorgefertigt, wobei es für einzelne Teile auch unterschiedliche Ausführungen geben kann (bspw. mit verschiedenen Lagenaufbauten und/oder mit Sensoren, z. B. in Gestalt von Smart Textilien), und in ausreichender Stückzahl bereitgestellt, um einen Baukasten zu bilden, aus dem durch geeignete Auswahl die Preform-Struktur bzw. die in Serie hergestellten Preform-Strukturen individuell oder variantenspezifisch erstellt bzw. zusammenge- stellt wird/werden. Dabei können nach Bedarf auch Sub-Preforms mit Sensoren (s. o.) verwendet werden. Die individuell oder variantenspezifische Erstellung erfolgt insbesondere automatisch, bspw. mithilfe eines Produktionsplanungs- und

Steuerungssystems (PPS-System).

Bevorzugt werden alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens automatisiert ausgeführt, bspw. mit einer erfindungsgemäßen und im Weiteren näher erläuterten Anlage.

Die erfindungsgemäße, insbesondere automatisch arbeitende Anlage umfasst:

- eine (zweite) Fertigungsstation, die aus vorgefertigten mehrlagigen Sub-Preforms eine lastangepasste mehrlagige Preform-Struktur erstellt bzw. erzeugt; und

- ein formgebendes Werkzeug, bspw. ein RTM-Werkzeug, in dem die Preform- Struktur konsolidiert wird.

Die (zweite) Fertigungsstation ist insbesondere dazu ausgebildet, die Preform- Struktur individuell oder variantenspezifisch aus den vorgefertigten Sub-Preforms zu erstellen, wie oben bereit erläutert.

Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Anlage ferner

- eine weitere vorgelagerte (erste) Fertigungsstation, in der die Sub-Preforms vorgefertigt werden, wobei diese Fertigungsstation bevorzugt mehrere (parallele) Fertigungslinien aufweist, in denen gleichzeitig mehrere identische und/oder unterschiedliche Sub-Preforms vorgefertigt werden.

Die erfindungsgemäße Anlage ist insbesondere für die Serienherstellung von Faserkunststoffverbundbauteilen ausgebildet, wozu bspw. in der ersten Fertigungsstation fortlaufend identische und/oder unterschiedliche Sub-Preforms erzeugt werden, aus denen dann in der zweiten Fertigungsstation, insbesondere individuell oder variantenspezifisch, Preform-Strukturen erstellt werden, die dann im Werkzeug konsolidiert werden. Bevorzugt ist die weitere bzw. zweite Fertigungsstation ausgelegt für eine individuelle Fertigung und/oder Variantenfertigung im Baukastenprinzip durch Kombination der in der ersten Fertigungsstation vorgefertigten Sub-Preforms, die der zweiten Fertigungsstation bereitgestellt werden.

Insbesondere im Hinblick auf eine individuelle Fertigung oder Variantenfertigung in Serie kann das Werkzeug bzw. die Werkzeugvorrichtung mehrere unterschiedliche Kavitäten aufweisen, die je nach herzustellender Baueilvariante benutzt werden.

Die erfindungsgemäße Anlage weist u. a. die Vorteile einer geringen Komplexität und hohen Fertigungskapazität auf.

Mögliche Anwendungen der Erfindung sind die Herstellung einer Querblattfeder oder eines Dreipunktlenkers, wie nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die in der Zeichnung gezeigten oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung weiterbilden.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch die erfindungsgemäße Herstellung einer Querblattfeder.

Fig. 2 veranschaulicht schematisch die erfindungsgemäße Herstellung eines Dreipunktlenkers.

Fig. 1 a zeigt in einer Seitenansicht eine Querblattfeder 100 für ein Kraftfahrzeug, wobei es sich um ein mehrere Verstärkungslagen aufweisendes Faserkunststoff ver- bundbauteil handelt. Die Querblattfeder 100 hat zwei aufgedickte Bereiche 1 10, die als Lagerstellen dienen. Die Querblattfeder 100 hat also eine variable Dicke. Die Dickstellen bzw. Aufdickungen 1 10 werden bislang durch lokales Einbringen einzelner Faserlagen erzeugt. An den Dickstellen 1 10 besteht die Querblattfeder 100 bspw. aus bis zu siebzig Einzellagen. Die Erfindung sieht nun vor, dass die die Verstärkungsfasern enthaltende komplexe Preform-Struktur für die Querblattfeder 100 nicht mehr aus Einzellagen, sondern aus vorgefertigten Sub-Preforms erstellt bzw. gefertigt wird. Fig. 1 b zeigt die Preform- Struktur 200 für die Querblattfeder 100. Die bezüglich der Querblattfeder 100 konturnahe Preform-Struktur 200 umfasst zwei Decklagen 210 und vier keilförmige Einleger 220, die jeweils aus einer Vielzahl einzelner Faserhalbzeugzuschnitte gebildet sind, wie nachfolgend noch erläutert. Anstatt aus bis zu siebzig Einzellagen wird die Preform-Struktur 200 nur aus sechs Sub-Preforms 210 und 220 gebildet, was wesentlich einfacher und schneller ist.

Fig. 1c veranschaulicht die Herstellung der die Decklagen bildenden Sub-Preforms 210. Von dem auf einer Halbzeugrolle H bereitgestellten Faserhalbzeug F werden mittels Trenneinrichtung identische Zuschnitte 211 erzeugt, die dann, gegebenenfalls mit unterschiedlicher Faserausrichtung, übereinander angeordnet und formfolgend auf einer Ablage A mit gewölbter Oberfläche abgelegt werden. Die einzelnen Lagen 211 werden vorkompaktiert und durch thermisches Aktivieren eines auf das Faserhalbzeug F aufgebrachten Binderpulvers miteinander thermoplastisch gefügt, so dass eine schalenartige, 2,5-dimensional räumlich vorgeformte und zumindest bedingt biegesteife Sub-Preform 210 mit durchgehenden Lagen entsteht.

In analoger Weise werden auch die Einlegekeile 220 gefertigt, wie in Fig. 1d gezeigt, wobei die Fertigung bevorzugt parallel zur Fertigung der Decklagen 210 erfolgt. Als Ausgangsmaterial kann dasselbe Faserhalbzeug F, ein anderes Faserhalbzeug oder auch verschiedene Faserhalbzeuge verwendet werden. Die Zuschnitte 221 sind allerdings unterschiedlich und werden auf einer Ablage A mit ebener Oberfläche, gegebenenfalls auch mit unterschiedlicher Faserausrichtung, so abgelegt und miteinander gefügt, dass die in der rechten Darstellung gezeigte Sub-Preform 220 mit keilartiger Querschnittskontur entsteht.

Bevorzugt erfolgt die Fertigung der Sub-Preforms 210 und 220 automatisiert. Die Möglichkeit der individuellen Fertigung oder der Fertigung von Varianten ist obenstehend erläutert. Die vorgefertigten Sub-Preforms 210 und 220 werden nun, insbesondere automatisiert, in der in Fig. 1 b gezeigten Weise zu einer Preform-Struktur bzw. Gesamt-Preform 200 angeordnet, wobei die Sub-Preforms 210 und 220 nicht nebeneinander, sondernd übereinander gelegt bzw. gestapelt werden. Durch thermisches Aktivieren des Binderpulvers in einem höheren Temperaturbereich werden die Sub-Preforms 210 und 220 zumindest stellenweise duroplastisch gefügt. Die auf diese Weise erstellte Preform-Struktur 200 kann nun in einem Werkzeug (bspw. einem RTM-Werk- zeug) konsolidiert werden, wie obenstehend erläutert, wobei die lokal hohen Lagenaufbauten 225 der keilartigen Sub-Preforms 220 die Dickstellen 1 10 der Querblattfeder 100 bilden.

Fig. 2a zeigt in einer Draufsicht einen Dreipunktlenker 300, wie bspw. aus der DE 10 2014 214 827 A1 bekannt. Die beiden Schenkel des Dreipunktlenkers 300 weisen an ihren durch Umrandung gekennzeichneten Enden 310 Lagersitze für Gummilager auf und sind im Bereich dieser Lagersitze lokal dicker ausgebildet.

Die Preform-Struktur bzw. Gesamt-Preform zur Herstellung des Dreipunktlenkers 300 wird durch zwei hufeisenförmige Sub-Preforms 410 (siehe Fig. 2b) und dazwischen eingelegte keilartige Sub-Preforms 420 (siehe Fig. 2c) mit lokal hohen Lagenaufbauten 425, welche der Aufdickung an den Schenkelenden dienen, gebildet. Die Fertigung der hufeisenförmigen Sub-Preforms 410 aus Faserhalbzeugzuschnitten 41 1 ist in Fig. 2b veranschaulicht. Die Fertigung der keilartigen Sub-Preforms 420 mit den lokal hohen Lagenaufbauten 425 erfolgt analog zu der in Fig. 1 d veranschaulichten Vorgehensweise.

Bezuqszeichen

100 Querblattfeder

110 Aufdickung

200 Preform-Struktur

210 Sub-Preform

211 Faserhalbzeugzuschnitt(e)

220 Sub-Preform

221 Faserhalbzeugzuschnitt(e)

225 lokaler Lagenaufbau

300 Dreipunktlenker

310 Schenkelende mit Aufdickung

410 Sub-Preform

411 Faserhalbzeugzuschnitt(e)

420 Sub-Preform

425 lokaler Lagenaufbau

A Ablage

F Faserhalbzeug

H Halbzeugrolle