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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PRODUCING A FIBRE-REINFORCED PLASTIC OUTER SKIN COMPONENT FOR A VEHICLE, AND FIBRE-REINFORCED PLASTIC OUTER SKIN COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/068402
Kind Code:
A1
Abstract:
The disclosure relates to a method for producing a fibre-reinforced plastic outer skin component for a vehicle, in particular with a high-quality surface finish, comprising the following steps: a) providing a semifinished fibre product (10), which includes at least one fibre layer with predetermined fibre orientation (11); b) applying an uncured plastic matrix (20) in the form of an epoxy resin-based or polyurethane-based matrix system to the semifinished fibre product (10); c) placing the semifinished fibre product (10) provided with plastic matrix (20) into a mould (50); and d) pressing the semifinished fibre product (10) in the mould (50) in order to shape and cure the semifinished fibre product to form a fibre-reinforced plastic component (60). According to the invention, a shrinkage-reducing additive (30) in the form of filler particles (31, 32) is admixed with the uncured plastic matrix (20), and the uncured plastic matrix (20) is applied to the surface of the semifinished fibre product (10) that in the finished component faces the visible side (61) of the component (60). The invention also relates to a fibre-reinforced plastic outer skin component.

Inventors:
RIEBER, Gunnar (Weissenauer Weg 9 f, Landshut, 84034, DE)
Application Number:
EP2018/073610
Publication Date:
April 11, 2019
Filing Date:
September 03, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT (Petuelring 130, München, 80809, DE)
International Classes:
B29C70/46; B29C70/02; B29K509/00; B29L31/30
Foreign References:
EP2855123A12015-04-08
EP2447050A12012-05-02
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Außenhautbauteils für ein Fahrzeug, insbesondere in Sichtoptik, mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Faserhalbzeugs (10), das mindestens eine Faserlage mit vorbestimmter Faserausrichtung (11) beinhaltet,

b) Aufbringen einer ungehärteten Kunststoffmatrix (20) in Form eines Epoxid- harz-basierten oder Polyurethan-basierten Matrixsystems auf das Faserhalbzeug (10),

c) Einlegen des mit Kunststoffmatrix (20) versehenen Faserhalbzeugs (10) in ein Formwerkzeug (50) und

d) Pressen des Faserhalbzeugs (10) in dem Formwerkzeug (50) zur Formgebung und zur Aushärtung zu einem faserverstärkten Kunststoffbauteil (60), dadurch gekennzeichnet, dass

der ungehärteten Kunststoffmatrix (20) ein schwundmindernder Zusatz (30) in Form von Füllstoffpartikeln (31 , 32) beigefügt wird und

die ungehärtete Kunststoffmatrix (20) auf diejenige Oberfläche des Faserhalbzeugs (10) aufgetragen wird, welche im fertigen Bauteil der Sichtseite (61) des Bauteils (60) zugewandt ist.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , bei dem

die den schwundmindernden Zusatz (30) beinhaltende Kunststoffmatrix (20) unmittelbar auf das Faserhalbzeug (10) aufgetragen wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 , bei dem

zunächst ein erster Teil der Kunststoff matrix (20), welcher frei ist von dem schwundmindemden Zusatz (30), unmittelbar auf das Faserhalbzeug (10) aufgebracht wird und anschließend ein zweiter, mit dem schwundmindemden Zusatz (30) versehener Teil der Kunststoffmatrix (20) auf die zuvor aufgebrachte Kunststoffmatrix (20) aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der schwundmindernde Zusatz (30) durch Partikel aus der Gruppe von Talkum, Spodumen oder pyrogenem Siliziumdioxid gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Partikel (31 , 32) des schwundmindernden Zusatzes eine maximale Größe von 0,1 mm aufweisen.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der schwundmindernde Zusatz (30) maximal 40 Gew.-% bezogen auf die nicht ausgehärtete Kunststoffmatrix ausmacht.

7. Faserverstärktes Kunststoff- Außenhautbau teil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, mit:

einer Faserverstärkung (10), welche mindestens eine Faserlage (11) mit vorbestimmter Faserrichtung beinhaltet, und

einer Kunststoffmatrix (20A), in welche die Faserverstärkung (10) eingebettet ist,

wobei die Kunststoffmatrix (20) eine Epoxidharz-Matrix oder eine Polyurethan-Matrix ist und

zumindest auf der der Sichtseite (61) zugewandten Seite der Faserverstärkung (10) Füllstoffpartikel (31 , 32) beinhaltet.

8. Faserverstärktes Kunststoff-Außenhautbauteil nach Patentanspruch 7, bei dem die Füllstoffpartikel (31 , 32) Partikel aus der Gruppe von Talkum, Spodumen oder pyrogenem Siliziumdioxid sind.

9. Faserverstärktes Kunststoff-Außenhautbauteil nach einem der Patentansprüche 7 bis 8, bei dem

die wenigstens eine Faserlage (11) aus Endlosfasern gebildet ist.

10. Faserverstärktes Kunststoff-Au ßenhautbauteil nach einem der Patentansprüche 7 bis 9,

bei dem die Faserverstärkung (10) Kohlenstofffasern beinhaltet.

11. Faserverstärktes Kunststoff-Außenhautbauteil nach einem der Patentansprüche 7 bis 10, bei dem

die Faserverstärkung (10) auf der Sichtseite (61) des Bauteils (60) durch die Kunststoffmatrix (20A) hindurch sichtbar ist.

Description:
Beschreibung

Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Außenhautbauteils für ein Fahrzeug sowie faserverstärktes Kunststoff-Außenhautbauteil

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Außenhautbauteils für ein Fahrzeug sowie ein faserverstärktes Kunststoff -Au ßenhautbauteil.

Faserverstärkte Kunststoffbauteile finden im Rahmen des Leichtbaus zunehmend Verwendung im Fahrzeugbau. Faserverstärkte Kunststoffbauteile weisen eine Faserverstärkung auf, die in eine Kunststoffmatrix eingebettet ist. Durch die Wahl geeigneter Fasern und Matrixsysteme lassen sich hochbelastbare Bauteile bei gleichzeitig niedrigem Gewicht herstellen, beispielsweise durch die Verwendung von Verstärkungen aus Kohlenstofffasern, die in eine duroplastische Matrix aus Epoxidharz oder Polyurethan eingebettet sind. Neben den beschriebenen Leichtbauvorteilen eröffnen faserverstärkte Kunststoffbauteile zudem besondere Designmöglichkeiten. Werden die faserverstärkten Bauteile in Sichtoptik ausgeführt, d.h. die Faserverstärkung bleibt von einer Sichtseite des Bauteils aus sichtbar, ergibt sich die Möglichkeit am Fahrzeug besondere optische Effekte zu erzielen und Akzente zu setzen.

Die Faserverstärkung besteht üblicherweise aus mehreren Faseriagen, die aufeinander geschichtet werden. Zur Erzielung einer hohen Bauteilstabilität weist üblicherweise mindestens eine der Faserlagen eine vorbestimmte Faserausrichtung auf. Solche gerichteten Verstärkungsfasern werden beispielsweise in Form von Geweben, Gelegen oder Geflechten bereitgestellt. Die Herstellung faserverstärkter Kunststoffbauteile kann z.B. im Nasspressverfahren oder im Resin-Transfer-Verfahren (RTM) erfolgen. Beim Nasspressen wird die Faserverstärkung als trockenes Halbzeug bereitgestellt, wobei die einzelnen, das Faserhalbzeug bildenden Faseriagen bereits aufeinander geschichtet sind. Auf das Faserhalbzeug wird die ungehärtete, noch fließfähige Kunststoffmatrix aufgetragen und dieses wird in ein Formwerkzeug eingelegt. Das Formwerkzeug besteht üblicherweise aus zwei Werkzeugteilen, die im geschlossenen Zustand eine Kavität in Form des herzustellenden Bauteils umschließen. Das Formwerkzeug wird beispielsweise durch eine Presse geschlossen, wodurch das mit der Künststoffmatrix getränkte Faserhalbzeug in die Kavität gepresst wird. Der Faserstapel wird komprimiert und die Kunststoffmatrix verteilt sich in der Kavität. Zur Aushärtung der Kunststoffmatrix ist das Formwerkzeug beheizt. Nach Ablauf der für die Aushärtung erforderlichen Schließzeit wird das Formwerkzeug geöffnet und das faserverstärkte Bauteil kann entnommen werden. Bei der Herstellung im RTM- Verfahren wird das trockene Halbzeug in die Kavität eines RTM-Werkzeugs eingebracht. In das geschlossene RTM-Werkzeug wird das Matrixmaterial injiziert, wobei es sich in der Kavität verteilt und das Faserhalbzeug infiltriert. Bis zur Aushärtung bleibt das Bauteil im geschlossenen und beheizten RTM- Werkzeug und kann dann entnommen werden.

An die Oberflächen von Außenhaut-Bauteilen von Kraftfahrzeugen werden besonders hohe Anforderungen gestellt (sogenannte Class-A Oberflächen). Insbesondere sollen die Oberflächen der Außenhautbauteile ein homogenes Spiegelungsverhalten aufweisen. Sowohl beim Nasspressverfahren als auch beim RTM- Verfahren kommt es jedoch aufgrund der chemischen Reaktion während der Aushärtung des Matrixsystems zu einem Materialschwund. Infolgedessen kann sich die Struktur der darunterliegenden Faserverstärkung auf der Bauteiloberfläche abbilden, so dass diese z.B. einen wellen- oder streifenförmigen Verlauf aufweist. Die Herstellung lackierfähiger Class-A Oberflächen erfordert dann eine aufwendige Nacharbeit, wie z.B. mehrmaligen Filierauftrag und Schleifen, was die Herstellung von faserverstärkten Außenhautbauteilen arbeitsintensiv, teuer und vergleichsweise langsam macht.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie ein faserverstärktes Kunststoff-Außenhautbauteil hergestellt werden kann, wobei die genannten Nachteile vermindert oder sogar vermieden werden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Losung anzugeben, wie auf einfache und kostengünstige Art und Weise eine Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Außenhautbauteils verbessert werden kann, wobei insbesondere geringere Herstellzeiten erzielt werden sollen.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und ein Bauteil nach Patentanspruch 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Außenhautbauteils für ein Kraftfahrzeug angegeben. Das Verfahren umfasst die Schritte:

a) Bereitstellen eines Faserhalbzeugs, das mindestens eine Faserlage mit vorbestimmter Faserrichtung beinhaltet,

b) Aufbringen einer ungehärteten Kunststoffmatrix in Form eines Epoxidharzbasierten oder Polyurethan-basierten Matrixsystems auf das Faserhalbzeug, c) Einlegen des mit Kunststoffmatrix versehenen Faserhalbzeugs in ein Formwerkzeug,

d) Pressen des Faserhalbzeugs in dem Formwerkzeug zur Formgebung und zur Aushärtung zu einem faserverstärkten Kunststoffbauteil.

Erfindungsgemäß wird der ungehärteten Kunststoffmatrix ein schwundmindernder Zusatz in Form von Füllstoffpartikeln beigefügt und die ungehärtete Kunststoffmatrix wird auf diejenige Oberfläche des Faserhalbzeugs aufgetragen, welche im fertigen Bauteil der Sichtseite des (Bauteils zugewandt ist.

Weiterhin wird ein faserverstärktes Kunststoff-Außenhautbauteil für ein Kraftfahrzeug angegeben mit einer Faserverstärkung, welche mindestens eine Faserlage mit vorbestimmter Faserrichtung beinhaltet, und mit einer Kunststoffmatrix, in welche die Faserverstärkung eingebettet ist, wobei die Kunststoffmatrix eine Epoxidharz-Matrix oder eine Polyurethan- Matrix ist und zumindest auf der der Sichtseite zugewandten Seite der Faserverstärkung Füll- stoffpartikel beinhaltet.

Das faserverstärkte Kunststoff-Außenhautbauteil kann insbesondere mit dem voranstehend beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Daher gelten zu dem Verfahren und zu dem Außenhautbauteil beschriebenen Merkmale und Maßnahmen entsprechend wechselseitig sowohl für das Verfahren als auch für das Bauteil.

Das Verfahren wird als Nasspressverfahren durchgeführt. Die hierzu benötigten Formwerkzeuge sind im Vergleich zu beispielsweise RTM-Werkzeugen einfach aufgebaut und kostengünstig. Die Kunststoff matrix wird außerhalb des Formwerkzeugs aufgetragen, wodurch die Verweildauer im Werkzeug gering ist. Der Einsatz von schwundmindernden Füllstoffen auf der späteren Sichtseite des Bauteils ermöglicht zudem eine weitere Verringerung der Taktzeit. Hierbei geht die Erfindung von folgender Überlegung aus: Der Materialschwund entsteht während der Aushärtung aufgrund der chemischen Reaktionen im Matrixmaterial und ist u.a. von der Temperatur abhängig, bei der die Aushärtung stattfindet. Vereinfacht gesprochen ist der Schwund umso größer, je höher die Aushärtetemperatur ist. Wird nun die Schrumpfneigung des Matrixmaterials (durch Zugabe der Füllstoffpartikel) verringert, so kann Im Umkehrschluss die Werkzeugtemperatur erhöht werden ohne dass die Oberflächenqualität des Bauteils leidet. Hierbei nutzt die Erfindung aus, dass bereits geringfügige Erhöhungen der Werkzeugtemperatur zu einer deutlich beschleunigten Aushärtung führen. Es werden signifikante Verkürzungen der notwendigen Werkzeugschließzeiten möglich, welche insgesamt reduzierte Prozesszeiten ermöglichen.

Um die Schrumpfung an der später wichtigen Sichtseite des Bauteils zu verringern, wird die mit Füllstoff versehene Kunststoffmatrix auf derjenigen Seite der Faserverstärkung aufgetragen, welche der späteren Sichtseite zugewandt ist.

In Schritt b) des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass die den schwundmindernden Zusatz beinhaltende Kunststoffmatrix unmittelbar auf das Faserhalbzeug aufgetragen wird. Mit anderen Worten wird direkt auf das Faserhalbzeug eine Kunststoffmatrix aufgebracht, welche bereits die schwundmindernden Füllstoffpartikel beinhaltet. Durch den Druck im Formwerkzeug fließt das Matrixmaterial zumindest teilweise zwischen die Fasern des Faserhalbzeugs hinein. Die schwundmindernden Partikel werden dabei - ähnlich der Filterkuchenbildung an einem Filter - teilweise an der Oberfläche des Faserhalbzeugs zurückgehalten. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich diese Aufkuchung jedoch nicht nennenswert nachteilig auf die Durchdringung des Faserhalbzeugs mit Matrixmaterial bemerkbar macht und eine ausreichende Faserhaftung erzielt werden kann. Es kann vermutet werden, dass dies auf die kurzen Fließwege im Faserhalbzeug zurückzuführen ist, welche das Matrixmaterial beim Nasspressen - z.B. im Vergleich zum RTM- Verfahren - zurücklegen muss. Vielmehr kann die Aufkuchung an der Oberseite des Faserhalbzeugs vorteilhaft sein, indem durch den Rückhalt schwundmindernder Partikel deren Konzentration an der Oberseite des Fa- serhalbzeugs gesteigert wird und damit die schwundmindernde Wirkung insbesondere da erzeugt wird, wo ein Materialschwund besonders negative Auswirkungen auf die Oberfläche des Bauteils hätte.

Alternativ kann in Schritt b) vorgesehen sein, dass zunächst ein erster Teil der ungehärteten Kunststoffmatrix, welche frei ist von dem schwundmindernden Zusatz, unmittelbar auf das Faserhalbzeug aufgebracht wird und anschließend ein zweiter, mit dem schwundmindernden Zusatz versehener Teil der Kunststoffmatrix aufgebracht wird. Mit anderen Worten erfolgt ein geteilter Auftrag des Matrixmaterials: unmittelbar auf das Faserhalbzeug wird ein Teil des Matrixmaterials ohne schwundmindemde Füllstoffe aufgebracht und auf dieses zuvor applizierte Matrixmaterial wird dann der zweite Teil der Matrixmaterials aufgebracht, der mit den schwundmindernden Partikeln versetzt ist. Vorzugsweise wird die Kunststoff matrix jeweils, d:h. sowohl der Teil mit als auch der Teil ohne schwundmindemde Partikel, flächig auf das Faserhalbzeug aufgebracht Im ersten Teilauftrag sind keine Füllstoffpartikel vorhanden, die eine Infiltrierung der Fasern verlangsamen könnten. Insbesondere bei sehr hohem Faservolumengehalt und kompakten Faserhalbzeugen mit hoher Dichte kann eine verbesserte Durchdringung der Fasern mit Kunststoffmatrix erzielt werden. Im anschließenden zweiten Teilauftrag werden die schwundmindernden Partikel gerade dort aufgebracht, wo sie benötigt werden, nämlich auf der Oberseite des Faserhalbzeugs, welche im fertigen Bauteil die Sichtseite bildet. Da das Faserhalbzeug durch den ersten Teilauftrag bereits mit Matrixmaterial infiltriert ist, muss die Kunststoffmatrix des zweiten. Teilauftrags im nachfolgenden Pressvorgang keine großen Fließwege mehr zurücklegen. Der Anteil an schwundmindernden Partikeln im zweiten Teil kann damit hinsichtlich der schwundmindernden Wirkung optimiert werden. Das ungehärtete Matrixmaterial ist ein Epoxidharz-basiertes Matrixsystem o- der ein Polyurethan-basiertes Matrixsystem. Das Epoxidharz-basierte Matrixsystem beinhaltet ein Epoxidharz als Reaktionsharz, sowie eine oder mehrere geeignete Härterkomponenten, welche mit dem Epoxidharz zu einem duroplastischen Formstoff vernetzen können. Im ausgehärteten Zustand wird das Epoxid-basierte Matrixsystem in dieser Anmeldung als Epoxid-Matrix bezeichnet. Das Polyurethan-basierte Matrixsystem beinhaltet Polyole und Po- lyisocyanate, welche zu Polyurethanen reagieren. Im ausgehärteten Zustand wird das Polyurethan-basierte Matrixsystem in dieser Anmeldung als Polyurethan-Matrix bezeichnet. Den Matrixsystemen können weitere Bestandteile wie z.B. Beschleuniger zugegeben sein. Die Verwendung von Epoxid- harz-basierten Matrixsystemen oder Polyurethan-basierten Matrixsysteme ist eine vorteilhafte Wahl für hochbelastete Bauteile, da diese Harzsysteme die erforderlichen mechanischen Eigenschaften und eine ausreichende Beständigkeit gegenüber Chemikalien sowie eine geringe Wasseraufnahme aufweisen, anders als z.B. Polyesterharze. Insbesondere Epoxidharz besitzt ausgezeichnete Klebeeigenschaften und zeichnet sich durch eine starke Faserhaftung aus.

Als schwundmindernder Zusatz eignen sich grundsätzlich alle Füllstoffpartikel, mit denen die Schwundneigung der Kunststoffmatrix erkennbar reduziert werden kann. Als Füllstoffe sollen insbesondere feinteilige Substanzen in körniger Form oder Pulverform gelten, die in dem Kunststoffmatrixsystem unlöslich sind.

Werden als Füllstoffe elektrische leitfähige Füllstoffe, wie z.B. Rußpartikel, verwendet, so können weitere Vorteile erzielt werden. Herkömmliche koh- lestofffaserverstärkte Bauteile zeigen in nachfolgenden KTL-Prozessen nur eine ungleichmäßige Lackaufnahme. Durch den Einsatz elektrisch leitfähiger Füllstoffe im der Kunststoffmatrix wird die elektrische Leitfähigkeit des Bauteils verbessert und der Lackauftrag in der kathodischen Tauchlackierung verbessert. Auf bisher notwendige aufwändige Zusatzprozesse, wie z.B. die Verwendung zusätzlicher Kunststoff- oder Textillagen oder eine Inmould-Be- schichtung des Formwerkzeugs kann verzichtet werden.

Nun hat sich überraschender Weise gezeigt, dass durch die Verwendung von Partikeln aus der Gruppe von Talkum, Spodumen und/oder pyrogenem Siliziumdioxid als schwundmindernder Zusatz eine gute Schwundminderung erzielt werden kann, ohne dass eine Transparenz des Matrixmaterials nennenswert verringert würde. Pyrogenes Siliziumdioxid ist z.B. unter der Markenbezeichnung Aerosil® bekannt. Durch Einsatz dieser Füllstoffpartikel wird es möglich, auch und gerade faserverstärkte Kunststoffbauteile in Sichtoptik schnell und kostengünstig herzustellen. Das faserverstärkte Kunststoffbauteil kann in einer Ausgestaltung daher ein Bauteil in Sichtoptik sein, bei dem die Faserverstärkung auf der Sichtseite des Bauteils durch das Kunststoffmaterial hindurch sichtbar ist, wobei in dem Kunststoffmaterial Partikel aus der Gruppe von Talkum, Spodumen und/oder pyrogenem Siliziumdioxid enthalten sind.

In einer Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn die Partikel des schwundmin- demden Zusatzes eine maximale Größe von 0,1 mm (Millimeter) aufweisen. Partikel, deren Größe 0,1 mm nicht nennenswert überschreiten, bewirken eine gute Schwundminderung ohne selbst Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche des Bauteils zu hinterlassen. Insbesondere ist bei Verwendung derartiger Partikel noch eine gute Infiltration des Faserhalbzeugs mit der Kunststoffmatrix feststellbar. Besonders geeignet sind Nanopartikel, z.B. Siliziumdioxid.

Der Mengenanteil, in dem der schwundmindernde Zusatz der Kunststoffmatrix beigefügt wird, kann z.B. je nach Art, Größe bzw. -Größenverteilung der Partikel und vorhandenem Aufbau des Faserhalbzeugs variieren. Grundsätzlich wird der Mengenanteil so gewählt werden, dass eine ausreichende Faser-Matrix-Anbindung gegeben bleibt. Eine gute Schwindminderung und eine dadurch mögliche Erhöhung der Werkzeugtemperatur lässt sich beispielsweise in einer Ausgestaltung realisieren, bei der der schwundmindernde Zusatz in Form von Füllstoffpartikeln maximal 40 Gew.-% (Gewichtsprozent) bezogen auf die nicht ausgehärtete Kunststoffmatrix ausmacht. Nach dem Aushärten wird das Werkzeug in einem nachfolgenden Schritt e) geöffnet und das faserverstärkte Kunststoffbauteil wird entnommen. Es können sich weitere Bearbeitungsschritte anschließen.

Das Faserhalbzeug weist vorzugsweise mindestens eine Faserlage von Endlosfasern auf. Als Endlosfasern werden in diesem Zusammenhang Fasern mit einer Länge von mehr als 50 mm bezeichnet und insbesondere Fasern, die sich über eine gesamte laterale Abmessung des Bauteils erstrecken, wie z.B. die Bauteillänge oder -breite. Durch den Einsatz von Endlosfasern lassen sich hohe Steifigkeits- und Festigkeitswerte im Bauteil erzielen.

Das Faserhalbzeug ist vorzugsweise durch eine Schichtanordnung von mehreren Faserlagen (sogenannter Stack) gebildet ist. Die einzelnen Faserlagen können als Lagen mit vorbestimmter Faserlage ausgebildet sein und beispielsweise als Gelege (uni oder biaxial), Gewebe oder Geflecht ausgebildet sein. Ebenso kann die Faserverstärkung zusätzlich auch eine oder mehrere Lagen ungerichteter Fasern, z.B. in Form von Vlieslagen beinhatten.

Zur Erzielung der notwendigen Bauteileigenschaften zur Verwendung als ' Fahrzeugbauteil kann es vorteilhaft sein, wenn das Faserhalbzeug mehrere aufeinander geschichtete Faserlagen aus Endlosfasern beinhattet. Als Verstärkungsfasern eignen sich grundsätzlich die bekannten Verstärkungsfasern wie z.B. Kohlenstoff, Glas- oder Aramidfasern. Hinsichtlich der Anforderungen im Kraftfahrzeug ist es jedoch vorteilhaft, wenn das Faserhalbzeug Kohlenstofffasern beinhaltet und beispielsweise wenigstens eine Faserlage, vorzugsweise mehrere Faserlagen, mit Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff beinhaltet.

Das im Verfahren verwendete Faserhalbzeug bildet im fertigen Bauteil die Faserverstärkung, insofern gelten die Ausführungen zum Faserhalbzeug auch für die Faserverstärkung.

Das faserverstärkte Kunststoffbauteil wird im Außenhautbereich eines Kraftfahrzeugs eingesetzt und kann beispielsweise eine Klappe, eine Türe oder auch ein Strukturbauteil, wie z.B. ein Fahrzeugdach sein. Insbesondere ist das beschriebene Verfahren geeignet, um hochbelastbare Bauteile mit einem Faservolumenanteil von beispielsweise mehr als 30 Vol-% (Volumen-Prozent) und bis zu 50 Vol-% herzustellen. Solche Bauteile können beispielsweise Strukturbauteile in einer Fahrzeugkarosserie sein, so dass es das Verfahren ermöglicht, auch Strukturbauteile mit Faserverstärkung in Sichtoptik herzustellen. Das beschriebene Verfahren eignet sich jedoch ebenso um faserverstärkte Kunststoffbauteile herzustellen, die im Interieur-Bereich eines Fahrzeugs eingesetzt werden, z.B. als Sicht-CFK-Bauteile im Fahrzeuginnenraum.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

Figur 1 die wesentlichen Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen

Verfahrens in schematischer Ansicht,

Figur 2A Schnittansicht eines mit Matrixwerkstoff beaufschlagten Faserhalbzeugs nach Schritt B gemäß einer ersten Verfahrensführung,

Figur 2B Schnittansicht eines mit Matrixwerkstoff beaufschlagten Faserhalbzeugs nach Schritt B gemäß einer zweiten Verfahrensführung und

Figur 3 Schnittansicht eines faserverstärkten Kunststoff-Außenhautbauteils.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der wesentlichen Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils am Beispiel eines CFK-Dachs in Sichtoptik, wobei Schritt a) mit A, Schritt b) mit B, Schritt c) mit C, Schritt d) mit D und Schritt e) mit E bezeichnet ist.

In Schritt a) wird ein Faserhalbzeug 10 bereitgestellt. Das Faserhalbzeug 10 wird durch wenigstens eine Faserlage von Verstärkungsfasern gebildet. Vorzugsweise wird das Faserhalbzeug 10 durch Aufeinanderschichten mehrerer Faseriagen als Stack ausgebildet, in Figur 1 beispielhaft als Stack von 4 Faserlagen 11 bis 14 dargestellt. Wenigstens eine der Faserlagen weist eine vorbestimmte Faserausrichtung auf, wie dies beispielsweise bei Gelegen, Geweben oder Geflechten der Fall ist. Im Stack können unterschiedliche Faseriagen miteinander kombiniert werden. Einzelne. Faserlagen können ebenso als Vlies ausgebildet sein. Die Art der Fasern ist grundsätzlich nicht beschränkt. Vorzugsweise weist das Faserhalbzeug jedoch eine oder mehrere Faserlagen auf, die Kohlenstoff-Endlosfasern beinhalten.

Das Faserhalbzeug 10 kann beispielsweise als Zuschnitt vorliegen, dessen Umriss bereits die grobe Form des herzustellenden Bauteils abbildet.

Auf das Faserhalbzeug 10 wird in Schritt b) eine ungehärtete Kunststoffmatrix 20 aufgebracht. Als Kunststoffmatrix kommt ein epoxidharz-basiertes Matrixsystem oder ein Polyurethan-basiertes Matrixsystem zum Einsatz.

Erfindungsgemäß wird der Kunststoffmatrix 20 zur Minderung des Schwundes, welcher während der Aushärtung auftritt, ein Zusatz 30 in Form von Füllstoffpartikeln zugegeben. Soll es sich bei dem herzustellenden Bauteil um ein Bauteil in Sichtoptik handeln, so werden die Füllstoffpartikel aus der Gruppe von Talkum, Spodumen und pyrogenem Siliziumdioxid ausgewählt Die Partikel liegen vorzugsweise mit einer Größe von maximal 0,1 mm vor . und in einer Konzentration von maximal 40 Gew.-% in der ungehärteten Kunststoffmatrix.

Die mit dem schwundmindernden Zusatz 30 versehene Kunststoffmatrix 20 wird flächig auf das Faserhalbzeug 10 aufgetragen, z.B. durch eine robotergeführte Appliziervorrichtung 40. Der Auftrag kann unmittelbar auf das Faserhalbzeug 10 erfolgen, zur Erläuterung wird auf Figur 2A verwiesen. Alternativ kann die Kunststoffmatrix 20 in einem zweistufigen Verfahren aufgetragen werden. Dies wird mit Bezug auf Figur 2B erläutert. Nach Schritt b) wird das mit der Kunststoffmatrix 20 und dem schwundmin- demden Zusatz 30 versehene Faserhalbzeug 10 in Schritt c) in ein Formwerkzeug 50 eingelegt. Das Formwerkzeug hat zwei Formhälften 51 und 52, die im geschlossenen Zustand eine Kavität umschließen, welche im Wesentlichen die Form des herzustellenden faserverstärkten Kunststoffbauteils aufweist. Das Formwerkzeug 50 ist über ein nicht dargestelltes Stellglied schließbar. Das Stellglied kann beispielsweise als Presse ausgebildet sein. Wird das Werkzeug 50 geschlossen (Schritt d), so wird das Faserhalbzeug

10 in die Form der Kavität gepresst und dort komprimiert. Die Kunststoffmatrix 20 wird durch den Schließdruck in der Kavität verteilt, wobei sie auch weiter in die Zwischenräume zwischen den Fasern gedrückt wird.

Zur Aushärtung der Kunststoffmatrix 20 ist das Formwerkzeug 50 beheizt, hierfür sind z.B. Heizschlangen 53 vorgesehen. Nach erfolgter Aushärtung kann das faserverstärkte Kunststoffbauteil 60 dem Formwerkzeug 50 entnommen werden, dargestellt in Schritt e) und ggf. noch weiterbearbeitet werden.

Die Figuren 2A und 2B dienen der Erläuterung zweier alternativer Verfahrensführungen in Schritt b). Figur 2A und 2B zeigen je eine schematische Schnittdarstellung des Faserhalbzeugs 10, wobei lediglich zwei Faserlagen

11 und 12 des Stacks gezeigt sind. Die Faseriagen sind jeweils als Gewebe von einer Vielzahl von Kohlenstoff-Faserbündeln ausgebildet (beispielhaft bezeichnet sind lediglich die Faserbündel 100, 101, 102). Die Faserlage 11 soll im fertigen Bauteil (von der Sichtseite des Bauteils aus betrachtet) die erste Faserlage darstellen und durch die Kunststoffmatrix sichtbar sein.

Gemäß Figur 2A wird der Kunststoffmatrix 20 ein wie voranstehend beschriebener schwundmindernder Zusatz 30 zugegeben und die Kunststoffmatrix 20 wird mit dem Zusatz 30 unmittelbar auf die oberste Faserlage 11 des Faserhalbzeugs 10 aufgetragen. Bei der anschließenden Pressung im Werkzeug wird die Kunststoffmatrix 20 zwischen die Fasern bzw. Faserstränge gedrückt und infiltriert die Zwischenräume. Die festen Partikel 31, 32 (aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur zwei Partikel mit Bezugszeichen versehen) des schwundmindernden Zusatzes 30 wandern nur teilweise zwischen die Fasern bzw. Faserbündel 100, 101, 102, teilweise werden sie an der Oberseite des Faserhalbzeugs 10 zurückgehalten und lagern sich an diesem ab. Vorteilhafter Weise wird dadurch erreicht, dass der Anteil an schwundmindernden Partikeln gerade an der Oberfläche des Faserhalbzeugs 10 erhöht wird, wo während der Aushärtung der Schwund vermieden werden soll.

Figur 2B zeigt eine Schnittdarstellung der Faserlagen 11 und 12 des Faserhalbzeugs 10, nachdem die Kunststoffmatrix 20 in einer alternativen Verfahrensführung in einem zweistufigen Verfahrensschritt b) aufgebracht wurde. Zunächst wurde ein erster Teil der Kunststoffmatrix 20 ohne schwundmindemden Zusatz 30 auf die Oberseite das Faserhalbzeug 10, d.h. direkt auf die oberste bzw. erste Faserlage 11 , aufgebracht. In einem zweiten Auftrag wird anschließend der zweite Teil der Kunststoffmatrix 20 mit beigefügten schwundminderndem Zusatz 30 über der zuvor aufgebrachten Kunststoffmatrix 20 aufgebracht. Dieser zweischichtige Auftrag bewirkt bei der anschließenden Pressung im Formwerkzeug eine bessere Infiltrierung der vorhandenen Faserzwischenräume mit Kunststoffmatrix 20.

In beiden Verfahrensführungen verbleiben auf der Oberseite des Faserhalbzeugs 10 bzw. auf der obersten Faserlage 11 schwundmindernde Partikel 31 , 32, welche den Schwund während der Aushärtung verringern, wodurch die Oberflächenbeschaffenheit grundsätzlich verbessert wird und es zudem möglich wird die Werkzeugtemperatur auf Temperaturen zu erhöhen, bei denen bislang keine akzeptable Oberflächengüte erzielt werden konnte. Hierdurch kann die Verweilzeit im Werkzeug 50 stark reduziert werden und die Gesamtherstellzeit des Bauteils 60 auf einfache und kostengünstige Art verringert werden.

Figur 3 zeigt eine schematische Schnittansicht des faserverstärkten Kunststoff-Außenhautbauteils 60 nach erfolgter Aushärtung. Die Faserverstärkung 10 ist in die ausgehärtete Kunststoffmatrix 20A eingebettet. In der ausgehärteten Kunststoffmatrix 20A ist der schwundmindernde Zusatz 30 beinhaltet, wobei Füllstoffpartikel 31 , 32 zumindest auf der der Sichtseite 61 zugewandten Seite der Faserverstärkung 10, d.h. auf der obersten Faserlage 11 , angeordnet sind.

Die Ausführungsbeispieie sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich.

Bezugszeichenliste

A, B, C, D, E Verfahrensschritte

10 Faserhalbzeug

11 bis 14 Faserlagen

100, 101, 102 Faserstränge

20 ungehärtete Kunststoffmatrix

20A ausgehärtete Kunststoffmatrix

30 schwundmindernder Zusatz

31 , 32 Füllstoffpartikel

40 Appliziervorrichtung

50 Formwerkzeug

51 , 52 Werkzeughälften

53 Heizschlangen

60 faserverstärktes Kunststoffbauteil 61 Sichtseite