Titel

Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der WO 2014/202 324 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Endlosfaserbündel, ein sogenannter Roving, zunächst mit einem aushärtbaren Matrixmaterial, beispielsweise einem Harz, getränkt. Der Roving wird entlang vorgegebener Bahnen, die frei im Raum verlaufen, um Umlenkelemente gewickelt. Hierbei werden entlang der Bahnen mehrere Lagen des Rovings benachbart angeordnet, so dass diese zusammen einen Faserstrang aus mehreren Endlosfaserbündeln bilden. Nach dem Wickeln wird das Matrixmaterial in einem Ofen ausgehärtet, so dass ein Faserverbundbauteil erhalten wird.

Das bekannte Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils hat sich im Einsatz bewährt. Allerdings hat es sich als nachteilig herausgestellt, dass beim Wickeln des Rovings Lufteinschlüsse entstehen, die im ausgehärteten Zustand in dem Faserverbundbauteil verbleiben. Diese Lufteinschlüsse reduzieren die Festigkeit und Steifigkeit des Faserverbundbauteils.

Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mechanischen Eigenschaften Festigkeit und Steifigkeit des Faserverbundbauteils zu erhöhen.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff mit folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen:

- Wickeln eines mit einem aushärtbaren Matrixmaterial getränkten oder gemischten ersten Rovings um relativ zueinander feststehende Umlenkelemente, so dass entlang einer vorgegebenen Bahn zwischen zwei Umlenkelementen mehrere mit dem Matrixma- terial getränkte oder gemischte Hilfs-Lagen des ersten Rovings benachbart angeordnet sind;

- Aushärten der mit dem Matrixmaterial getränkten oder gemischten Hilfs-Lagen in der vorgegebenen Bahn, um eine Ablageform zu bilden,

- Wickeln des mit einem aushärtbaren Matrixmaterial getränkten oder gemischten ersten Rovings oder mindestens eines mit einem aushärtbaren Matrixmaterial getränkten oder gemischten zweiten Rovings um die Umlenkelemente, so dass entlang der vorgegebenen Bahn zwischen den Umlenkelementen mehrere Lagen des ersten Rovings oder mehrere Lagen des zweiten Rovings auf der Ablageform abgelegt werden,

- Pressen der Lagen gegen die Ablageform, um Lufteinschlüsse zwischen den Lagen zu reduzieren;

- Aushärten des Matrixmaterials, um das Faserverbundbauteil zu erhalten.

Als Roving wird ein Bündel, Strang oder Multifilamentgarn aus parallel angeordneten Filamenten (Endlosfasern) oder Fasern bezeichnet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch das Wickeln der mit dem Matrixmaterial getränkten oder gemischten Hilfs-Lagen in dem ersten Wickelschritt und das Aushärten dieser Hilfs-Lagen zunächst eine Ablageform gebildet. Die Ablageform bildet eine druckfeste Unterlage, auf weicher weitere Lagen des ersten Rovings oder eines zweiten Rovings abgelegt werden. Die abgelegten Lagen werden gegen die Ablageform gepresst, wobei Lufteinschlüsse in dem Matrixmaterial und/oder zwischen den Lagen des Rovings herausgedrückt werden. Das Entweichen der Lufteinschlüsse führt dazu, dass das Faserverbundbauteil nach dem Aushärten einen geringeren Anteil an eingeschlossener Luft aufweist. Hierdurch werden die Festigkeit und die Steifigkeit sowohl bei Zug- aber vor allem bei Druckbeanspruchungen des erhaltenen Faserverbundbauteils erhöht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Aushärten der Hilfs-Lagen mittels thermischer Energieeinbringung, vorzugsweise eines Lasers. Mittels des Lasers können die mit dem Matrixmaterial getränkten oder gemischten Hilfs-Lagen abschnittsweise bzw. punktuell erwärmt werden, um das Matrixmaterial auszuhärten. Es ist daher nicht erforderlich, die gewickelten Hilfs-Lagen zusammen mit den Umlenkelementen in einen Ofen zu verbringen, um die Hilfs-Lagen auszuhärten. Vielmehr ist es möglich, die Hilfs-Lagen in einer Wickeleinrichtung auszuhärten, welche die Hilfs-Lagen wickelt. Das Aushärten kann direkt bei der Ablage oder nach dem Abschluss des Wickeins der Hilfs-Lagen erfolgen. Alternativ können die mit dem Matrixmaterial getränkten Hilfs-Lagen bereits während des Wickeins ausgehärtet werden. Bevorzugt sind die Lagen bzw. Hilfs-Lagen mit einem duroplastischen oder thermoplastischen Matrixmaterial getränkt bzw. mit einem filamentförmigen thermoplastischen Matrixmaterial oder einer weiteren Verstärkungsfaser gemischt. Insbesondere kann der Roving zum Bilden der Hilfs-Lagen aus einem Hybridgarn zusammengesetzt sein, welches insbesondere aus Verstärkungsfasern und Thermoplastfasern besteht.

Zur Lösung der Aufgabe wird ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff mit folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen:

- Wickeln eines mit einem aushärtbaren Matrixmaterial getränkten oder gemischten Ro- vings um relativ zueinander feststehende Umlenkelemente, so dass entlang einer vorgegebenen Bahn zwischen zwei Umlenkelementen mehrere mit dem aushärtbaren Matrixmaterial getränkte oder gemischte Lagen des Rovings benachbart angeordnet sind, welche auf einer Ablageform abgelegt werden, wobei die Ablageform als Werkzeug ausgebildet ist;

- Pressen der Lagen gegen die Ablageform, um Lufteinschlüsse zwischen den Lagen zu reduzieren;

- Entfernen der Ablageform wahlweise vor oder nach dem Aushärten

- Aushärten des Matrixmaterials, um das Faserverbundbauteil zu erhalten.

Bei diesem Verfahren wird die Ablageform durch ein Werkzeug, beispielsweise ein Werkzeug einer Wickeleinrichtung, gebildet. Die Ablageform bildet eine druckfeste Unterlage, auf welcher die Lagen des mit dem aushärtbaren Matrixmaterial getränkten oder gemischten Rovings abgelegt werden. Die abgelegten Lagen werden gegen die Ablageform gepresst, wobei Lufteinschlüsse in dem Matrixmaterial und/oder zwischen den Lagen des Rovings herausgedrückt werden. Vor oder nach dem Aushärten des Matrixmaterials wird die Ablageform entfernt, d.h. sie wird von den gepressten Lagen des Rovings getrennt. Beim nachfolgenden Aushärten kann so ein Faserverbundbauteil erhalten werden, das einen geringeren Anteil an eingeschlossener Luft aufweist. Hierdurch werden die Festigkeit und die Steifigkeit sowohl bei Zug- aber vor allem bei Druckbeanspruchungen des erhaltenen Faserverbundbauteils erhöht.

Nachfolgend sollen vorteilhafte Ausgestaltungen beschrieben werden, welche bei sämtlichen zuvor genannten Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff zum Einsatz kommen können, unabhängig davon, ob die Ablageform durch Hilfs-Lagen eines Rovings oder durch ein Werkzeug gebildet ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Pressen der Lagen gegen die Ablageform nach dem Abschluss des Wickeins. Zum Pressen kann ein Presswerkzeug verwendet werden, beispielsweise eine Platte oder eine Pressform, die an die Außenkontur des herzustellenden Faserverbundbauteils angepasst ist. Somit können unerwünschte Lufteinschlüsse nach dem Wickeln aus dem gewickelten Verbund der Lagen des Rovings herausgedrückt werden.

Alternativ oder zusätzlich erfolgt das Pressen der Lagen gegen die Ablageform während des Ablegens der Lagen auf der Ablageform. Hierdurch kann das Entstehen von Lufteinschlüssen bereits beim Ablegen der Lagen des Rovings verringert werden. Der Roving wird beim Ablegen gegen die Ablageform und ggf. bereits abgelegte Lagen des Rovings gepresst, so dass die Lagen des Rovings nach dem Pressen möglichst dicht gepackt sind.

In diesem Zusammenhang hat sich eine Ausgestaltung als besonders vorteilhaft erwiesen, bei welcher das Pressen der Lagen des Rovings gegen die Ablageform durch eine Andruckrolle erfolgt, über welche der Roving abgerollt wird. Über die Andruckrolle kann der Roving beim Ablegen gleichzeitig geführt und angedrückt werden. Bevorzugt ist die Andruckrolle an einem Fadenführungselement einer Wickeleinrichtung, beispielsweise an einem Fadenführungsauge angeordnet. Zusätzlich kann im Bereich der Andruckrolle eine Auftragseinrichtung zum Auftragen des aushärtbaren Matrixmaterials auf den Roving angeordnet sein, beispielsweise eine Injektionsdüse. Über die im Bereich der Andruckrolle vorgesehene Auftragseinrichtung kann das aushärtbare Matrixmaterial unmittelbar vor oder nach dem Pressen des Rovings gegen die Ablageform aufgetragen werden, um den Roving zu tränken. Durch den Auftrag des Matrixmaterials unmittelbar nach dem Pressen wird der Vorteil erreicht, dass Luft aus dem noch nicht mit dem Matrixmaterial getränkten Roving einfacher entweichen kann und das Matrixmaterial den Roving luftdicht abdeckt, so dass ein Eintreten von Luft in den abgelegten, gepressten und getränkten Roving auszuschließen ist. Alternativ oder zusätzlich kann im Bereich vor der Andruckrolle eine Auftragseinrichtung zum Auftragen des aushärtbaren Matrixmaterials angeordnet sein, beispielsweise eine Injektionsdüse. Bevorzugt wird daher vor, während und/oder nach dem Ablegen des trockenen oder getränkten Rovings auf der Ablageform ein aushärtbares Matrixmaterial aufgetragen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Roving beim Ablegen auf der Ablageform zu einer mechanischen Schwingung angeregt wird. Hierdurch kann verhindert werden, dass der Roving beim Ablegen, z.B. an einer Engstelle zwischen bereits abgelegten Lagen de Rovings, ungünstig abgelegt und dadurch Lufteinschlüsse zwischen dem Roving und der Ablageform oder zwischen dem Roving und bereits abgelegten Lagen des Rovings entstehen. Durch die Schwingung kann sich der Roving beim Ablegen in bestehende Engstellen so ablegen, so dass die Gefahr von Lufteinschlüssen in dem Faserverbundbauteil weiter verringert wird. Die mechanische Schwingung kann durch Ultraschall angeregt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Ablageform und/oder die Umlenkelemente zu einer mechanischen Schwingung angeregt werden.

Als vorteilhaft hat sich ferner eine Ausgestaltung erwiesen, bei welcher das Ablegen des trockenen oder getränkten Rovings auf der Ablageform in einem Bad aus dem aushärtbaren Matrixmaterial erfolgt. Durch das Bad aus dem aushärtbaren Matrixmaterial kann sichergestellt werden, dass der Roving beim Ablegen auf der Ablageform vollständig von dem Matrixmaterial umgeben ist, so dass die Gefahr des Entstehens von unerwünschten Lufteinschlüssen beim Ablegen der Rovings reduziert wird. Der Roving kann entweder ungetränkt oder getränkt sein.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der getränkte oder gemischte Roving vor dem Ablegen auf die Ablageform durch eine formgebende Matrize, welche insbesondere temperiert sein kann, geführt, so dass der Roving beim Ablegen des Rovings einen definierten Querschnitt aufweist. Durch die Wahl eines geeigneten Querschnitts des Rovings, beispielsweise eines rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitts, können unerwünschte Lufteinschlüsse zwischen abgelegten Rovings reduziert werden. Hierbei wird bevorzugt eine formgebende Matrize mit einem Querschnitt gewählt, der eine Außenkontur mit ebenen Flächen umfasst, beispielsweise eine formgebende Matrize mit rechteckigem, insbesondere quadratischen, Querschnitt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden vor dem Ablegen des Rovings Löcher in dem Roving erzeugt, so dass in oder zwischen den Lagen des Rovings eingeschlossene Luft durch die Löcher entweichen kann. Das Erzeugen der Löcher kann über eine Stanzrolle erfolgen, welche mit Stanzelementen, beispielsweise mit Dornen, bestückt ist. Der Roving kann beim Ablegen über die Stanzrolle geführt werden, so dass beim Abrollen der Stanzrolle Löcher in dem Roving erzeugt werden. Die Stanzrolle ist bevorzugt an einem Fadenführungselement einer Wickeleinrichtung, beispielsweise an einem Fadenführungsauge angeordnet.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Roving beim Wickeln über ein feststehendes Fadenführungselement, insbesondere ein festste- hendes Fadenauge, geführt wird und die Umlenkelemente gegenüber dem Fadenführungselement bewegt werden. Das Fadenführungselement ist insbesondere gegenüber einer Imprägniereinrichtung, in welcher der Roving getränkt wird, und/oder gegenüber einer Ro- vingspule, von welcher der Roving abgewickelt wird, feststehend angeordnet. Durch das beim Wickeln feststehende Fadenauge kann verhindert werden, dass sich der Roving durch Bewegungen des Fadenauges, insbesondere gegenüber der Imprägniereinrichtung oder der Rovingspule, unerwünscht umformt. Das bedeutet, dass ein definierter Querschnitt des Ro- vings beim Ablegen auf der Ablageform erhalten werden kann, so dass die Gefahr von Lufteinschlüssen zwischen ungünstig abgelegten Lagen des Rovings reduziert wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der getränkte oder gemischte Roving vor oder beim Wickeln mit z. B. einem weiteren trockenen oder getränkten oder gemischten Roving vollständig oder teilweise umwickelt, um insbesondere den getränkten oder gemischten Roving zu komprimieren. Durch das Umwickeln des Rovings können Lufteinschlüsse aus dem getränkten oder gemischten Roving herausgedrückt werden. Durch das Umwickeln mit dem weiteren Roving kann ein Roving-Gebilde nach Art eines Zwirns oder nach Art eines Umwindegarns gebildet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden der Roving und die Ablageform derart elektrisch aufgeladen, dass sie sich gegenseitig anziehen. Die elektrostatische Anziehung zwischen dem elektrostatisch geladenen Roving und der Ablageform kann zwischen den Lagen oder innerhalb des Rovings eingeschlossene Luft herausdrücken.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Aushärten des Matrixmaterials bei einem Umgebungsdruck größer als 1 bar. Durch den erhöhten Umgebungsdruck können Lufteinschlüsse in abgelegten Lagen des Rovings komprimiert werden, so dass Lufteinschlüsse in dem ausgehärteten Faserverbundbauteil reduziert werden. Bevorzugt liegt der Umgebungsdruck im Bereich zwischen 1 bar und 10 bar, besonders bevorzugt im Bereich von 2 bar bis 7 bar, beispielsweise bei 5 bar.

Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das Aushärten in einem Flüssigkeitsbad erfolgt. Durch das Flüssigkeitsbad kann ein erhöhter Druck auf die abgelegten Lagen des Rovings ausgeübt werden, so dass Lufteinschlüsse komprimiert werden. Besonders bevorzugt werden die abgelegten Lagen des Rovings vor dem Einbringen in das Flüssigkeitsbad mit einer Beschichtung beschichtet, welche ein Eindringen der Flüssigkeit des Flüssigkeitsbads in die abgelegten Lagen des Rovings verhindert. Alternativ kann das Aushärten in einem gasförmigen Medium, beispielsweise in Luft oder unter einer Schutzgasatmosphäre, erfolgen.

Eine alternative bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das Aushärten bei Unterdruck, insbesondere einem Vakuum, erfolgt, während die mit dem Matrixmaterial getränkten oder gemischte Lagen zu einer mechanischen Schwingung angeregt werden. Die Anregung der mechanischen Schwingungen kann mittels Ultraschall erfolgen. Bevorzugt werden die Lagen über ein Werkzeug angeregt, welches die Lagen beim Aushärten hält, beispielsweise ein die Umlenkelemente aufweisender Wickelkern. Das Aushärten erfolgt bevorzugt in einem Ofen.

Bevorzugt erfolgt das Wickeln mittels einer Wickeleinrichtung, welche eine Fadenführungsvorrichtung aufweist, die bevorzugt als bewegbarer Arm, insbesondere bewegbarer Roboterarm, ausgebildet ist. Die Fadenführungseinrichtung weist bevorzugt ein Fadenführungselement, insbesondere ein Fadenführungsauge auf, durch welches der Roving geführt wird. Die Umlenkelemente sind bevorzugt an einem Wickelkern angeordnet. Der Wickelkern kann feststehend ausgebildet sein. Alternativ ist der Wickelkern an einer Wickelkernhalterung angeordnet, die bevorzugt als bewegbarer Arm, insbesondere bewegbarer Roboterarm, ausgebildet ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.

Kurze Beschreibung der Figuren

Die Figur 1 zeigt einen Wickelkern mit Umlenkelementen in einer perspektivischen Darstellung.

Die Figur 2 zeigt eine Wickeleinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer perspektivischen Darstellung.

Die Figur 3 zeigt eine Ablageform, z. B. ein Werkzeug, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit darauf abgelegten Lagen eines Rovings in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Faserachse des Rovings. Die Figur 4 zeigt eine Ablageform aufgebaut aus Hilfs-Lagen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit darauf abgelegten Lagen eines Rovings in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Faserachse des Rovings.

Die Figur 5 zeigt das Ablegen eines Rovings gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Figur 6 zeigt das Ablegen eines Rovings gemäß einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Figur 7 zeigt das Ablegen eines Rovings gemäß einer dritten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Figur 8 zeigt eine Matrize zur Einstellung des Querschnitts eines Rovings vor dem Ablegen.

Die Figur 9 zeigt das Ablegen unter elektrischer Aufladung des Rovings und der Ablageform. Die Figur 10 zeigt einen Roving mit einem teilweise umwickelten weiteren Roving. Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

Figur 1 zeigt einen Wickelkern 1 1 zur Herstellung eines Faserverbundbauteils nach einem Verfahren gemäß der Erfindung. An dem Wickelkern 1 1 sind mehrere zueinander feststehende Umlenkelemente 12, 121 angeordnet, um welche ein getränkter oder gemischter Roving gewickelt werden kann. An dem Wickelkern 1 1 sind ferner mehrere Funktionselemente 13 angeordnet, die beim Wickeln ebenfalls umwickelt werden können, um diese in das herzustellende Faserverbundbauteil zu intergieren. Bei den Funktionselementen 13 kann es sich um Metallelemente handeln. Der Wickelkern 1 1 , insbesondere die Umlenkelemente 12, 121 werden nach dem Wickeln entnommen. Die Funktionselemente 13 verbleien hingegen nach dem Wickeln im Bauteil und bilden Teile des Faserverbundbauteils. Über die Funktionselemente 13 können beispielsweise Schnittstellen und Funktionsflächen in das Faserverbund- bauteil integriert werden, die nur mit hohem Aufwand oder gar nicht durch Wickeln herstellbar sind.

In der Figur 2 ist eine Wickeleinrichtung 1 dargestellt, mit welcher die erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden können. Die Wickeleinrichtung 1 weist eine Fadenführungsvorrichtung 17 auf, die als bewegbarer Roboterarm ausgebildet ist. An der Fadenführungseinrichtung 17 ist ein Fadenführungselement vorgesehen, durch welches der getränkte Roving 14 (das Endlosfaserbündel) geführt und unter Spannung gehalten wird. Das Fadenführungselement ist als Fadenführungsauge ausgebildet. Der trockene Roving 14 wird von einer Spindel 15 abgerollt und zunächst durch eine Imprägniereinrichtung 16 geführt, in welcher der trockene Roving 14 mit einem aushärtbaren Matrixmaterial getränkt wird.

Der Wickelkern 1 1 mit den Umlenkelementen 12, 121 wird über eine Wickelkernhalterung 18 gehalten, die ebenfalls als bewegbarer Roboterarm ausgebildet ist. Insofern ist es möglich, während des Wickelns sowohl das Fadenauge als auch den Wickelkern 1 1 auszurichten, um den getränkte Roving 14 frei im Raum um die Umlenkelemente 12, 121 zu wickeln. Dieser Umstand ist in der Darstellung in Figur 2 dadurch verdeutlicht, dass eine zweite Stellung der Wickelkernhalterung 18' mit einen an anderer Position in Raum angeordneten Wickelkern 1 1 ' gezeigt ist.

Gemäß einer Abwandlung der in Figur 2 gezeigten Ausführung einer Wickeleinrichtung 1 wird der Roving 14 beim Wickeln über ein feststehendes Fadenführungselement, insbesondere ein feststehendes Fadenauge, geführt. Das bedeutet, dass die Fadenführungseinrichtung 17 feststehend ausgebildet ist und die Wickelkernhalterung 18 bewegbar ist, um die Umlenkelemente 12, 121 gegenüber dem Fadenführungselement zu bewegen.

Anhand der Darstellung in Figur 3 soll eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden. Bei diesem Verfahren wird eine als Werkzeug ausgestaltete Ablageform 19 bereitgestellt. Die Ablageform 19 kann beispielsweise Teil des Wickelkerns 1 1 sein oder mit diesem verbunden sein. In einem ersten Schritt wird der mit dem aushärtbaren Matrixmaterial getränkte oder gemischte Roving 14 um die relativ zueinander feststehenden Umlenkelemente 12, 121 gewickelt, so dass entlang einer vorgegebenen Bahn zwischen zwei Umlenkelementen 12, 121 mehrere mit dem aushärtbaren Matrixmaterial getränkte oder gemischte Lagen 21 des Rovings 14 benachbart angeordnet sind, welche auf der Ablageform 19 abgelegt werden. Die auf der Ablageform 19 abgelegten Lagen 21 des Rovings 14 werden gegen die Ablageform 19 gepresst, um Lufteinschlüsse zwischen den Lagen 21 und ggfs. innerhalb des Rovings 14 zu reduzieren. Die Krafteinwirkung durch das Pressen ist in der Darstellung in Figur 3 durch einen Pfeil angedeutet.

Nach dem Pressen und vor bzw. nach dem Aushärten des Matrixmaterials wird die Ablageform 19 entfernt. Bei einer mit dem Wickelkern 1 1 verbundenen Ablageform 19 bedeutet dies, dass die Ablageform 19 von dem Wickelkern 1 1 getrennt wird. Vor oder nach dem Entfernen der Ablageform 19 wird das Matrixmaterial ausgehärtet, um das Faserverbundbauteil zu erhalten. Das nach dem Aushärten erhaltene Faserverbundbauteil weist einen geringeren Anteil an eingeschlossener Luft auf, so dass die Festigkeit und die Steifigkeit sowohl bei Zug- aber vor allem bei Druckbeanspruchungen des Faserverbundbauteils erhöht sind.

Anhand der Darstellung in Figur 4 soll eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden. Bei diesem Verfahren wird die Ablageform 20 nicht durch ein Werkzeug gebildet, sondern durch einen gewickelten und ausgehärteten Roving 14, der einen Teil des hergestellten Faserverbundbauteils bildet. Zur Herstellung der Ablageform 20 kann derselbe Roving 14 Verwendung finden, der auch zur Ausbildung der übrigen Lagen des Faserverbundbauteils verwendet wird. Alternativ ist es möglich, verschiede Rovings zu verwenden.

Bei dem Verfahren wird zunächst ein mit einem aushärtbaren Matrixmaterial getränker oder gemischter Roving 14 um relativ zueinander feststehende Umlenkelemente 12, 121 gewickelt, so dass entlang einer vorgegebenen Bahn zwischen zwei Umlenkelementen 12, 121 mehrere mit dem Matrixmaterial getränkte oder gemischte Hilfs-Lagen 22 des Rovings 14 benachbart angeordnet sind. Die mit dem Matrixmaterial getränkten oder gemischten HilfsLagen 22 werden ausgehärtet, um eine Ablageform 20 zu bilden. Das Aushärten der HilfsLagen 22 erfolgt bevorzugt mittels eines Lasers. Alternativ kann das Aushärten der Hilfs-Lagen 22 in einem Ofen erfolgen.

Danach wird der Roving 14 oder ggf. ein anderer Roving um die Umlenkelemente 12, 121 gewickelt, so dass entlang der vorgegebenen Bahn zwischen den Umlenkelementen 12, 121 mehrere Lagen 21 des Rovings 14 oder mehrere Lagen des anderen Rovings auf der Ablageform 20 abgelegt werden. Die auf der Ablageform 20 abgelegten Lagen 21 werden gegen die Ablageform 20 gepresst, um Lufteinschlüsse zwischen den Lagen 21 und ggf. innerhalb des Rovings 14 zu reduzieren. Danach erfolgt das Aushärten des Matrixmaterials, um das Faserverbundbauteil zu erhalten.

Die nachfolgenden Überlegungen zu den einzelnen Verfahrensschritten gelten für beide erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele des Herstellungsverfahrens gleichermaßen.

Bei den beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff kann das Pressen der Lagen gegen die Ablageform nach dem Ab- schluss des Wickeins erfolgen. Zum Pressen kann ein Presswerkzeug verwendet werden, beispielsweise eine Platte oder eine Pressform, die an die Außenkontur des herzustellenden Faserverbundbauteils angepasst ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Pressen der Lagen 21 gegen die Ablageform 19, 20 während des Ablegens der Lagen 21 auf der Ablageform 19, 20 erfolgen. Hierzu kann beispielsweise eine Andruckrolle verwendet werden, die an dem Fadenführungselement der Wickelvorrichtung 1 vorgesehen ist. Eine schematische Darstellung zweier Ausgestaltungen von Fadenführungselementen mit einer Andruckrolle 2 über welche der Roving 14 geführt und gleichzeitig in Kraftrichtung P gepresst wird, sind in den Darstellungen in Figur 5 bis 7 gezeigt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ist im Bereich der Andruckrolle 2 zusätzlich eine Auftragseinrichtung 3 zum Auftragen des aushärtbaren Matrixmaterials 4 auf den Roving 14 angeordnet. Die Auftragseinrichtung 3 ist als Injektionsdüse ausgebildet. Über die im Bereich der Andruckrolle 2 vorgesehene Auftragseinrichtung 3 kann das aushärtbare Matrixmaterial 4 unmittelbar nach dem Pressen des Rovings 14 gegen die Ablageform aufgetragen werden, um den Roving zu tränken. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann optional auf eine Imprägniereinrichtung 16, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, verzichtet werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 ist vor dem Bereich der Andruckrolle 2 alternativ oder zusätzlich eine Auftragseinrichtung 3 zum Auftragen des aushärtbaren Matrixmaterials 4 vor dem Roving 14 angeordnet. Die Auftragseinrichtung 3 ist als Injektionsdüse ausgebildet. Vor dem Bereich der Andruckrolle 2 vorgesehene Auftragseinrichtung 3 kann das aushärtbare Matrixmaterial 4 unmittelbar vor dem Ablegen und Pressen des Rovings 14 gegen die Ablageform aufgetragen werden, wobei die Luft entweichen kann und der Roving durch das Matrixmaterial luftdicht umhüllt wird. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann optional auf eine Imprägniereinrichtung 16, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, verzichtet werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 ist an dem Fadenführungselement eine Stanzrolle 5 angeordnet, welche mit Stanzelementen 6, beispielsweise mit Dornen, bestückt ist. Über die Stanzrolle 5 können vor, während oder nach der Ablage des Rovings Löcher in dem Roving 14 erzeugt werden, welche das Austreten von Luft aus dem Roving erleichtern.

Optional kann der Querschnitt des Rovings 14 vor dem Ablegen definiert eingestellt werden. Figur 8 zeigt eine formgebende Matrize 7, welche temperiert sein kann, durch welche der getränkte oder gemischte Roving 14 vor dem Ablegen auf die Ablageform 19, 20 geführt werden kann. Bevorzugt weist die Matrize einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt auf. Andere Querschnitte sind ebenfalls denkbar.

Optional kann der Roving 14 beim Ablegen auf der Ablageform 19, 20 zu einer mechanischen Schwingung angeregt werden. Ferner kann das Ablegen des Rovings 14 auf der Ablageform 19, 20 in einem Bad aus dem aushärtbaren Matrixmaterial erfolgen. Ferner ist es denkbar, dass der getränkte oder gemischte Roving 14 vor oder beim Wickeln mit einem weiteren Roving, insbesondere teilweise umwickelt wird (Figur 10), um den getränkten oder gemischten Roving 14 zu komprimieren. Eine weitere Abwandlung des Verfahrens sieht vor, dass der Roving 14 und die Ablageform 19, 20 derart elektrisch aufgeladen werden, dass sie sich gegenseitig anziehen (Figur 9).

Bei den vorstehend beschriebenen Verfahren kann das Aushärten des Matrixmaterials bei einem Umgebungsdruck größer als 1 bar, insbesondere in einem Flüssigkeitsbad erfolgen. Alternativ kann das Aushärten bei Unterdruck, insbesondere einem Vakuum, erfolgen, während die mit dem Matrixmaterial getränkten Lagen zu einer mechanischen Schwingung angeregt werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Verfahren bildet die Ablageform 19, 20 eine druckfeste Unterlage, auf welcher die Lagen 21 des mit dem aushärtbaren Matrixmaterial getränkten oder gemischten Rovings 14 abgelegt werden. Die abgelegten Lagen 21 werden gegen die Ablageform 19, 20 gepresst, wobei Lufteinschlüsse in dem Matrixmaterial und/oder zwischen den Lagen 21 des Rovings 14 herausgedrückt werden. Ist die Ablageform 19 als Werkzeug ausgebildet, so wird sie vor oder nach dem Aushärten des Matrixmaterials entfernt, d.h. sie wird von den gepressten Lagen 21 des Rovings 14 getrennt. Ist die Ablageform 20 hingegen durch Aushärten eines in Matrixmaterial getränkten oder gemischten Rovings 14 gebildet, so verbleibt diese in Kontakt mit auf ihr den abgelegten Lagen 21 . Beim nachfolgenden Aushärten kann so ein Faserverbundbauteil erhalten werden, das einen geringeren Anteil an eingeschlossener Luft aufweist. Hierdurch werden die Festigkeit und die Steifigkeit sowohl bei Zug- aber vor allem bei Druckbeanspruchungen des erhaltenen Faserverbundbauteils erhöht Bezugszeichenliste

1 Wickeleinrichtung

2 Andruckrolle

3 Auftragseinrichtung

4 Matrixmaterial

5 Stanzrolle

6 Stanzelemente

7 Matrize

1 1 , 1 1 ' Wickelkern

12 Umlenkelement

13 Funktionselement

14 Roving

15 Spindel

16 Imprägniereinrichtung

17 Fadenführungsvorrichtung 18, 18' Wickelkernhalterung

19 Ablageform, Werkzeug

20 Ablageform, ausgehärteter Roving

21 Lagen des Rovings

22 Hilfs-Lagen des Rovings

121 Umlenkelement

P Kraftrichtung beim Pressen