GEBIET DE R ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines textilen Halbzeugs, ein textiles Halbzeug selbst, ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoffs und einen Faserverbundwerkstoff selbst.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere auch textile Halbzeuge mit verbesserter Drapierbarkeit zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen sowie entsprechende Herstellungsverfahren.

H INTERG RUN D DE R ERFINDUNG

Textile Halbzeuge auf der Grundlage von Fasermaterialien mit einem oder mehr Fasertypen werden in vielen technischen Bereichen und Herstellungsverfahren zur Ausgestaltung von Werkstücken eingesetzt. Aufgrund der Vielfalt des Einsatzes und der zugrunde liegenden Vielfalt der herzustellenden Erzeugnisse werden besonders hohe Anforderungen an die Drapierbarkeit derartiger textiler Halbzeuge gestellt.

Das Drapieren ist das Anpassen eines flächigen Halbzeugs an eine gekrümmte dreidimensionale Oberfläche. Die Drapierbarkeit beschreibt die von derartigen Halbzeugen und insbesondere von Textilien bei einem derartigen Vorgang und somit auch das Vermögen eines Textils, einer äu ßeren Form mit oder ohne Faltenbildung oder Knickbildung zu folgen.

Um bei textilen Halbzeugen im Sinne von Gelegen, Geweben, Geflechten, Gewirken, Gestricken oder dergleichen die Drapierbarkeit zu verbessern, wird häufig vor der Herstellung des Halbzeugs, d.h. also vor den Prozessen des Legens, Flechtens usw. , das zugrunde zu legende Fasermaterial, zum Beispiel ein Endlosroving oder dergleichen mit Perforationen versehen, durch welche quer zur Fasererstreckungsrichtung die Fasern durchtrennt werden, so dass letztlich in ihrer Längsausdehnung reduzierte Faserabschnitte entstehen. Zwar verbessert das die Eigenschaften der Drapierbarkeit, jedoch werden gleichzeitig auch andere Eigenschaften des zugrunde zu legenden Fasermaterials verändert, und zwar meistens in nachteiliger Art und Weise, weil der Kraft-, Zug- und Druckübertrag in Fasererstreckungsrichtung deutlich reduziert wird, mithin also der materielle Zusammenhalt des letztlich herzustellenden Halbzeugs leidet.

Darüber hinaus gestaltet sich natürlich auch die Handhabung eines zum Beispiel perforierten Rovings bei der Herstellung des Halbzeugs schwieriger, da ein deutliches Defizit an mechanischem Zusammenhalt die Folge ist, wodurch der Aufwand beim Herstellungsverfahren für das textile Halbzeug ansteigen kann.

ZUSAMMENFASSU NG DER E RFI NDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Herstellen eines faserbasierten textilen Halbzeugs, ein textiles Halbzeug selbst, ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoffs und einen Faserverbundwerkstoff selbst anzugeben, bei welchem das zugrunde zu legende faserbasierte textile Halbzeug ein besonders hohes Maß an Drapierbarkeit besitzt, wobei es vorteilhaft zu einem möglichst nur minimal erhöhten Aufwand bei dessen Herstellung kommt.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines faserbasierten textilen Halbzeugs erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 , bei einem textilen Halbzeug erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 3, bei einem Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoffs erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 4 und bei einem Faserverbundwerkstoff erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängen Ansprüchen definiert.

Es wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines faserbasierten textilen Halbzeugs, insbesondere mit verbesserter Drapierbar- keit, geschaffen, bei welchem zunächst unter Verwendung eines Fasermaterials mit oder aus Fasern ein faserbasiertes Gelege, Gewebe, Geflecht, Gewirk, Gestrick oder dergleichen als faserbasiertes textiles Zwischenstadium eines textilen Halbzeugs ausgebildet wird. Dann wird nachfolgend an dem faserbasierten textilen Zwischenstadium des textilen Halbzeugs eine Mehrzahl von Perforationen ausgebildet, durch welche Fasern einzeln, gruppenweise und/oder bündelweise quer zu ihrer jeweiligen Fasererstreckungsrichtung teilweise oder vollständig durchtrennt werden. Das so erhaltene Erzeugnis wird drapiert. Bevorzugt sind oder werden die Perforationen in oder an

Bereichen ausgebildet, an oder in denen das Zwischenstadium des Halbzeugs keine Knickstellen aufweist.

Der hier verwendete allgemeine Begriff des faserbasierten textilen Zwischenstadiums des textilen Halbzeugs, das auch als Halbzeugzwischenstadium bezeichnet und als eine Vorform des herzustellenden textilen Halbzeugs aufge- fasst werden kann, beschreibt zum Beispiel auch einen Zwischenzustand bei der Herstellung des textilen Halbzeugs, bei welchem eine erste und/oder eine zweite Lage bereits ausgebildet sind, aber weitere auszubildende Lagen noch nicht ausgebildet sind; auf diese Weise ist es möglich, bei fertigen textilen Halbzeugen quasi innen liegende Zwischenlagen mit Perforationen zu versehen.

Es wird gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines faserbasierten textilen Halbzeugs, insbesondere mit verbesserter Drapierbarkeit, geschaffen, bei welchem zunächst unter Verwendung eines Fasermaterials mit oder aus Fasern ein faserbasiertes Gelege, Gewebe, Geflecht, Gewirk, Gestrick oder dergleichen als faserbasiertes textiles Zwi- schenstadium eines textile Halbzeugs oder als faserbasiertes textiles Halbzeugzwischenstadium ausgebildet wird, bei welchem dann nachfolgend an dem faserbasierten textilen Zwischenstadium des textile Halbzeugs eine Mehrzahl von Perforationen ausgebildet wird, durch welche Fasern einzeln, gruppenweise und/oder bündelweise quer zu ihrer jeweiligen Fasererstreckungs- richtung teilweise oder vollständig durchtrennt werden, und bei welchem das so erhaltene Erzeugnis als textiles Halbzeug bereitgestellt wird.

Es ist also ein Kernaspekt der vorliegenden Erfindung, beim Herstellen eines faserbasierten textilen Halbzeugs anstelle ein perforiertes Fasermaterial als Ausgangsmaterial zu Grunde zu legen, zunächst auf der Grundlage eines jetzt unperforierten Fasermaterials ein entsprechendes Gelege, Gewebe, Geflecht, Gewirk, Gestrick oder dergleichen als faserbasiertes textiles Zwischenstadium eines textilen Halbzeugs auszubilden und dann nachfolgend an diesem fertig gestellten sogenannten faserbasierten textilen Halbzeugzwischenstadium eine Mehrzahl von Perforationen auszubilden. Durch dieses Vorgehen wird also zunächst ein gewöhnliches faserbasiertes textiles Halbzeug mit sämtlichen Vorteilen im Hinblick auf eine mechanische Robustheit erzeugt und bereitgestellt. Erst dann wird zur Verbesserung der Drapierbarkeit nachträglich eine entsprechende Anzahl von Perforationen ausgebildet, um dadurch die Vorteile der dabei entstehenden Längenausgleichszonen für die spätere Anwendung nutzbar zu machen.

Das Ausbilden der Perforationen am textilen Halbzeugzwischenstadium kann im trockenen Zustand, insbesondere im trockenen Zustand der zu Grunde liegenden Fasern erfolgen.

Das faserbasierte textile Halbzeugzwischenstadium kann trocken ausgebildet werden, insbesondere unter Verzicht auf Binder bzw. Bindermaterialien oder dergleichen. Binder bzw. Bindermaterialien können nach dem Teilen bzw. Perforieren auch dazu verwendet werden, die Rovings bzw. das Gelege oder Halbzeug wieder zusammenzuführen. So kann eine Materialschwächung wieder ausgeglichen werden. Solche Binder bzw. Bindermaterialien können bei- spielsweise neben Klebern oder Matrixmaterialien, beispielsweise in der genannten Form als Harze odgl. , auch Fäden bzw. Wirkfäden, Rovings odgl. sein. Sie stellen dann einen mechanischen Ersatz für die Schwächung durch Perforation dar.

Das faserbasierte textile Halbzeugzwischenstadium kann vor dem Ausbilden der Perforationen getrocknet werden, gegebenenfalls unter Vorschaltung eines Waschprozesses oder dergleichen.

Aufgrund des erhöhten mechanischen Zusammenhalts und der mechanischen Robustheit des faserbasierten textilen Halbzeugzwischenstadiums können sich Aspekte des häufig beim Stand der Technik vorzusehenden Hinzufügens von Bindermaterialien oder dergleichen erübrigen. Vielmehr kann also erfindungsgemäß hier mit trocknen oder getrockneten Fasermaterialien gearbeitet werden, so dass die üblicherweise vorzusehenden Schritte des Hinzufügens des Binders und des wieder Herauslösens der Bindermaterialien beim Endprodukt oder auch andere Vorsichtsmaßnahmen entfallen können.

Dies ist jedoch nur eine Option. Das Herauslösen des Binders muss nicht zwangsläufig am Endprodukt erfolgen. Es ist auch vorher, zum Beispiel vor der Textilherstellung, denkbar.

Denkbar ist in diesem Zusammenhang ferner die Herstellung von Gelegen mit Bindern statt mit Wirkfäden.

Zwar sind viele Einzelprozesse im Zusammenhang mit dem Perforieren an einzelnen Fasern oder Filamenten durchführbar und entfalten dort schon in vorteilhafter Weise ihre Wirkung, jedoch ist der Bezug auf Faser- oder Fila- mentbündel und insbesondere auf Rovings von besonderer Bedeutung.

Ein Filament ist eine sehr lange und im Idealfall endlos lange Textilfaser, zum Beispiel 1 .000 m lang. Mehrere Filamente bilden ein Multifilament. Ein Roving ist ein Multifilament, also ein Bündel aus Einzelfilamenten, bestehend aus sehr dünnen Einzelfilamenten. Die Einteilung hierbei erfolgt über die Anzahl der Einzelfilamente.

Textile Faserstoffe haben einen runden oder annähernd runden Querschnitt, auch oval, trilobal, sternförmig, schäfchenwolkenförmig. Ist der Querschnitt flach, zum Beispiel zwei bis drei Mal breiter als dick, so spricht man nicht mehr von Fasern, sondern von Folienbandchen, Bändchen, Folienstreifen oder fi bri liierten Bändchen.

Textilfasern weisen im Vergleich zu ihrer Dicke D eine gro ße Länge L auf, zum Beispiel mit L/D > 1 000, und sind entsprechend schlank und biegsam. Fasern für technische Bereiche, zum Beispiel Faserstaub, Asbestfasern, Faserbruchstücke, beginnen schon bei einem Verhältnis L/D > 3 mm - 1 0 mm.

Im Textilbereich spricht man von Kurzfasern, wenn die Länge L bei etwa 1 0 mm bis etwa 1 2 mm liegt, bei Baumwolle von einem Kurzfaseranteil wenn die Länge etwa unter 1 2,7 mm (0,5") liegt.

Flockfasern und Fasern für die Nassfliesherstellung können eine Länge L von 2 mm bis 3 mm aufweisen.

Fasern werden ferner unterteilt in Spinn- oder Stapelfasern und Filamente, Mono- und Multifilamente.

Anhand der Rohstoffe unterscheidet man Naturfasern (Baumwolle, Wolle, Jute, Flachs, Hanf, Ramie, usw.), Chemiefasern (Polyester, Propylen, Polyamide, Polyacryl, Viskose, Modal, Lyocell, Acetat, usw.) und Fasern aus anorganischen Rohstoffen (Carbon, Glas, Basalt, Metall usw.). Diese können sämtlich einzeln oder in beliebiger Kombination bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.

Vor diesem allgemeinen Hintergrund können Perforationen vertikal auch nur teilweise ausgebildet werden, so dass Rovings, Faserbündel oder Fasern transversal zu ihrer Fasererstreckungsrichtung nicht vollständig durchtrennt werden. Es kann also hier ausgenutzt werden, dass bereits eine unvollständige Durchtrennung eines Rovings, eines Faserbündels oder einer Faser transversal zur jeweiligen Fasererstreckungsrichtung schon zu einer Flexibilisierung des Faserensembles bzw. Halbzeugs insgesamt führt, weil zum Beispiel die Biegeeigenschaften und damit die Drapierbarkeit verbessert werden. Auch kann daran gedacht werden , dass ein fast vollständiges

Durchtrennen dann beim tatsächlichen Drapieren doch auftritt und genutzt wird. Vorteilhaft werden bei einem Roving, der aus vielen Fasern besteht, an einer Stelle nur manche der Fasern durchtrennt, über eine grö ßere Länge des Rovings hinweg aber viele oder sogar alle Fasern mindestens einmal. So ergibt sich über diesen grö ßeren Längenbereich hinweg die Möglichkeit, den Roving zu längen bzw. zu dehnen durch Längung seiner einzelnen Fasern durch das Durchtrennen und Auseinanderziehen, er bleibt aber als Roving erhalten und auch seine Festigkeit bleibt im wesentlichen erhalten, selbst wenn die einzelnen Fasern kürzer geworden sind bzw. nicht mehr über seine gesamte Länge durchgehen.

Es ist aber auch möglich, ganze Rovings an einer Stelle zu durchtrennen, wobei dann daneben liegende bzw. die benachbarten Rovings nicht an derselben Stelle durchtrennt werden sollten. So können sich einzelne Rovings des Geleges bzw. Halbzeugs, ähnlich wie zuvor für einzelne Fasern des Rovings beschrieben, gegeneinander verschieben oder auseinanderziehen lassen zur Verformung des Geleges bzw. Halbzeugs als Anpassung an eine bestimmte Form.

Perforationen können in Bezug auf die laterale Erstreckung (xy) des faserbasierten textilen Halbzeugzwischenstadiums lokal oder lokal konzentriert ausgebildet werden.

Zum Beispiel können Perforationen in Bezug auf die laterale Erstreckung (xy) des faserbasierten textilen Halbzeugzwischenstadiums höchstens in Bereichen ausgebildet werden, in denen, insbesondere in der Anwendung oder Verwendung des auszubildenden textilen Halbzeugs, wenige oder keine Knicke, Falten oder Faltungen vorgesehen sind oder werden.

Natürlich veränderten auch die im Nachhinein, also nach der Erstellung des eigentlichen Halbzeugs hinzugefügten Perforationen die mechanischen Eigenschaften des Halbzeugs, insbesondere im Hinblick auf die mechanische Robustheit und die Übertragung von Kraft, Druck und Schub. Diese mechanischen Veränderungen können jedoch auf ein Mindestmaß reduziert werden, und gerade in lokaler Art und Weise, indem nämlich nur in denjenigen Bereichen durch das Vorsehen von Perforationen Längenausgleichszonen geschaffen werden, wo es notwendig ist, so dass nur mit einem Minimum an veränderten mechanischen Eigenschaften zu rechnen ist.

Bei Mehrlagigkeit des faserbasierten textilen Halbzeugzwischenstadiums und/oder des zu erzeugenden textilen Halbzeugs können Perforationen alternativ oder zusätzlich vertikal lokal ausgebildet werden, so dass durch eine Perforation nicht sämtliche Lagen vollständig durchtrennt werden.

Die Lokalität der Perforationen kann sich also auch in der vertikalen Richtung des textilen Halbzeugs manifestieren. Es ist je nach Anwendung nämlich nicht unbedingt erforderlich, dass bei mehrlagigen textilen Halbzeugen sämtliche Lagen perforiert werden. Vielmehr können je nach Anwendung ein oder mehrere äu ßere Lagen, ggf. zum Beispiel obere oder untere Decklagen, perforiert werden oder verschont bleiben. Diese Situationen sind ohne Weiteres über den Aufbau und die Verwendung des oder der Halbzeugzwischenstadien realisierbar. Auch können sich in vertikaler Richtung perforierte und verschonte Bereiche abwechseln. Auch ist daran zu denken, dass gezielt bestimmte Schichten perforiert, andere dagegen verschont bleiben.

Bei Mehrlagigkeit des faserbasierten textilen Halbzeugzwischenstadiums und/oder des zu erzeugenden textilen Halbzeugs können innere Lagen, insbesondere bei mehr als zwei Lagen insgesamt, perforiert werden, indem eine Mehrzahl geringerlagiger faserbasierter textiler Halbzeugzwischenstadien bereitgestellt und entsprechend perforiert und dann zum zu erzeugenden textilen Halbzeug zusammengefügt werden.

Es können Perforationen als Löcher, Schlitze, Schnitte, Bohrungen oder dergleichen ausgebildet werden, ferner auch durch Prozesse des Schlagens, Rei ßens, Brechens, Stanzens, Quetschens und dergleichen.

Die Perforationen können mechanisch, optisch und/oder thermisch ausgebildet werden, insbesondere unter Verwendung von Messern, Cuttern oder Lasereinrichtungen, letztere insbesondere im Zusammenhang mit CO ₂ -Lasern oder Nd:YAG-Lasern.

Es können bei dem Fasermaterial ein oder mehrere Fasertypen aus der Gruppe zu Grunde gelegt werden, die Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramid- fasern, Basaltfasern, Naturfasern, wie zum Beispiel Flachs, Hanf, Polymerfasern und deren Derivate und Kombinationen aufweist, insbesondere auch in Form von Faserbündeln, Rovings oder dergleichen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein textiles Halbzeug geschaffen, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet ist oder wurde.

Ferner wird erfindungsgemäß auch ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoffs angegeben, bei welchem ein oder mehrere erfindungsgemäße textile Halbzeuge und/oder ein oder mehrere gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellte textile Halbzeuge verwendet werden und/oder bei welchem das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für textile Halbzeuge teilweise oder vollständig integriert aufgenommen ist.

Schlie ßlich wird durch die vorliegende Erfindung auch ein Faserverbundwerkstoff angegeben, welcher gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundwerkstoffs ausgebildet ist oder wurde. Diese und weitere Aspekte werden beispielhaft auf der Grundlage der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert.

KU RZBESCH REIBUNG DE R FIGU REN

Fig. 1 erläutert in Form eines schematischen Blockdiagramms eine

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines textilen Halbzeugs mit verbesserter Drapierbar- keit.

Fig. 2A - 3D zeigen in Form von schematischen und teilweise geschnittenen

Seitenansichten bzw. Draufsichten Zwischenstufen, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines textilen Halbzeugs mit verbesserter Drapier- barkeit erreicht werden.

Fig. 4A, 4B zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht das

Drapiervermögen eines herkömmlichen faserbasierten textilen Halbzeugs im Vergleich zum Drapiervermögen eines erfindungsgemäß hergestellten faserbasierten textilen Halbzeugs, wobei die Halbzeuge in Gewebeform um einen Kugelkörper herum drapiert sind.

Fig. 5 zeigt in perspektivischer Draufsicht die in der Fig. 4B dargestellte Situation.

Fig. 6A - 6D zeigen in schematischer Drauf- und Seitenansicht das Drapiervermögen eines erfindungsgemäß hergestellten faserbasierten textilen Halbzeugs in Form eines Geleges, welches um einen Quader herum drapiert wird.

DETAILBESCH RE IBUNG DE R AUSFÜH RUNGSFORMEN Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Sämtliche Ausführungsformen der Erfindung und auch ihre technischen Merkmale und Eigenschaften können einzeln isoliert oder wahlfrei zusammengestellt miteinander beliebig und ohne Einschränkung kombiniert werden.

Strukturell und/oder funktionell gleiche, ähnliche oder gleich wirkende Merkmale oder Elemente werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall wird eine detaillierte Beschreibung dieser Merkmale oder Elemente wiederholt.

Die Figuren beschreiben die Erfindung exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen und in schematischer Art und Weise und sind nicht maßstabsgetreu, solange nichts anderes gesagt ist.

Zunächst wird auf die Zeichnungen im Allgemeinen Bezug genommen.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere auch hinsichtlich ihrer Dra- pierbarkeit verbesserte faserbasierte textile Halbzeuge, insbesondere auch zur oder für die Herstellung von Faserverbundwerkstoffen (FVW) oder Faserverbundkunststoffen (FVK) sowie entsprechende Herstellungs- oder Produktionsverfahren.

Die mangelnde Drapierbarkeit von textilen Halbzeugen, insbesondere von Fasergelegen oder dergleichen ist zum Beispiel bei der Fertigung von Faserverbundstrukturen problematisch. Dies verhindert einen weiterverbreiteten Einsatz von FVK in der Gro ßserie.

Zur Lösung bestehen verschiedene Ansätze: Im Bereich der trockenen Pre- forms werden die Fasern vor der Halbzeugherstellung definiert in kleinere Teile geschnitten oder gebrochen und teilweise durch Binder bzw. Binderwerkstoffe zusammengehalten. Möglich sind hier auch mechanische Binder wie weitere Fasern oder Fäden. Bei vorimprägnierten Fasern, so genannten Prepregs, können Löcher mit Hilfe eines Lasers in das Material gebrannt werden.

Bei einer definierten Schädigung der Rovings vor der Verarbeitung zu textilen Halbzeugen jedoch bestehen im Wesentlichen drei Probleme:

- Die Schädigung / Bearbeitung erfolgt meist auf ganzer Länge und nicht lokal.

- Die bearbeiteten Rovings können auf Textilmaschinen nur unbefriedigend zu Halbzeugen, wie zum Beispiel Gelegen oder Geflechten, weiterverarbeitet werden.

- Bei der Verwendung von Bindern kann ein zusätzlicher Arbeitsschritt nötig werden, wenn diese ganz oder teilweise wieder entfernt werden müssen.

Die Drapierbarkeit von textilen Halbzeugen 40 wird durch die Erfindung verbessert und insbesondere definiert eingestellt. Dadurch werden die genannten Nachteile der beschriebenen sonstigen Ansätze umgangen.

Dies wird erreicht durch kontrollierte Perforation der, insbesondere nicht mit einem Matrixsystem imprägnierten, Fasern, zum Beispiel mittels eines Lasers, und zwar nach der Verarbeitung zu einem Halbzeugzwischenstadium 30, das als gewöhnliches Halbzeug auffassbar ist. Dadurch wird erreicht, dass sich die Fasern 21 bei der Drapierung längen und somit die Drapierbarkeit des Halbzeugs 40 verbessern . Dies kann ohne zusätzliche Hilfsstoffe, wie zum Beispiel Binder, erfolgen.

Ein Kern der Erfindung ist also u.a. die Bearbeitung von üblichen textilen Halbzeugen als Halbzeugzwischenstadien statt der Rovings 22 wie bei anderen Verfahren für nicht imprägnierte oder trockene Fasern 21 .

Durch die lokale Bearbeitung können die Drapiereigenschaften lokal eingestellt werden. Hierdurch ist es möglich, eine Längung der Fasern 21 in Berei- che zu legen in denen eine geringe Reduzierung der mechanischen Eigenschaften möglich ist. So werden Verschiebungen, welche zwangsläufig beim Drapieren entstehen, nicht durch das gesamte Halbzeug 40 weitergegeben, sondern können lokal begrenzt werden.

Weiterhin kann bei mehrschichtigen Halbzeugen die Bearbeitung auf eine Faserrichtung beschränkt werden, so dass in den anderen Richtungen weiterhin die Materialeigenschaften der unbehandelten Faser 21 zur Verfügung stehen.

Das Ausbilden von Perforationen 25 ermöglicht, so genannte Längenausgleichszonen in das Fasermaterial 20 zu integrieren. So kann quasi eine Längung der Fasern oder zumindest der dadurch gebildeten Rovings erreicht werden. Lokale Verschiebungen werden nicht durch das gesamte Halbzeug 40 und damit nicht durch das gesamte Bauteil weitergereicht. Somit kann ein Faserverzug des textilen Halbzeugs 40 deutlich reduziert werden.

Durch die lokale Anwendung der Perforation 25 ist es möglich, diese Zonen, welche geringfügig schlechtere mechanische Eigenschaften besitzen, in Bereiche des Halbzeugs 40 oder Bauteils zu legen, in denen es von der Belastung her möglich ist.

Wichtig ist, dass das Halbzeug 40 zum Beispiel ausschlie ßlich in einem bestimmten Bereich und dort auch nur in einer au ßen, zum Beispiel oben, liegende 0 °-Lage perforiert werden kann, die andere au ßen liegende Lage, zum Beispiel eine untere 90 °-Lage kann unverändert bleiben. Natürlich sind je nach An- oder Verwendung auch andere Szenarien denkbar, so dass zum Beispiel die Lagen der eben beschriebenen Situation vertauscht sein können.

Das erfindungsgemäße hergestellte Halbzeug 40 kann als eine Weiterentwicklung eines herkömmlichen Halbzeuges aufgefasst werden. Der Begriff Halbzeug meint hier insbesondere auch ein Gelege, Gewebe, Geflecht, Gewirk, Gestrick oder ähnliches. Prinzipiell sind sowohl Schnitte als auch Bohrungen zur Ausbildung von Perforationen 25 möglich. Als zusätzliches Verfahren wäre die Verwendung eines maschinellen Cutters möglich.

In horizontaler Ebene ist bei der Perforierung prinzipiell jedes beliebige

Schnittmuster möglich. In vertikaler Richtung muss ggf. eine Lage komplett durchtrennt werden. In diesem Fall ist eine sehr genaue Einhaltung der Schnitttiefe zwingend erforderlich.

Für die Laser- bzw. Cutterbehandlung ist nur die Verwendung von Gelegen sinnvoll um eine kontrollierte Schädigung einer Lage (respektive einer Faserrichtung) zu ermöglichen. Theoretisch wäre noch die Verwendung von Geweben, Geflechten und Gesticken denkbar.

Als weitere Fasern neben Glas und Kohlenstoff sind noch Aramid, Polymerfasern sowie sämtliche Naturfasern denkbar.

Die Bearbeitung entsprechend der Erfindung bei einem biaxialen Gelege würde folgendermaßen aussehen : Einbringung und Positionierung der Rovings mit anschlie ßender Verwirkung. Anschlie ßend kann sowohl die Ober- als auch die Unterseite des Geleges mit dem Laser bzw. mit einem Cutter bearbeitet werden. Als letzten Schritt kann ein Zuschnitt zu einzelnen Preforms bzw. ein Aufrollen erfolgen. Die Gelegemaschine würde um eine Laseranlage erweitert werden.

Bei Gelegen mit mehr als zwei Lagen müsste aus Gründen der Zugänglichkeit über die jeweiligen Halbzeugzwischenstadien eine Bearbeitung der inneren Lagen erfolgen bevor die äu ßeren Lagen aufgebracht und fixiert werden.

Nun wird im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen.

Fig. 1 zeigt in Form eines schematischen Blockdiagramms in Kombination eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines faserbasierten textilen Halbzeugs 40 und insbesondere dessen Integration in ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Faserverbundwerkstoffs.

Nach einem einleitenden und vorbereitenden Schritt SO werden in einem ersten Arbeitsschritt S1 das zu Grunde liegende Fasermaterial 20 mit oder aus Fasern 21 und gegebenenfalls weitere materielle Komponenten bereitgestellt.

Im darauf folgenden weiteren Schritt S2 wird ein Gelege, Geflecht, Gewebe, Gewirk oder Gestrick 31 ausgebildet, im Ergebnis davon wird ein faserbasiertes textiles Halbzeugzwischenstadium 30 als Vorform des Halbzeugs 40 erhalten.

Im darauf folgenden Schritt S3 wird das so erhaltene faserbasierte textile Halbzeugzwischenstadium 30, die auch als herkömmliches faserbasiertes textiles Halbzeug aufgefasst werden kann, perforiert, das hei ßt dass Perforationen 25 in der Faserstruktur ausgebildet werden. Im Ergebnis davon wird das erfindungsgemäße faserbasierte textile Halbzeug 40 erhalten.

Damit ist der eigentliche erfindungsgemäße Herstellungsprozess für das faserbasierte textile Halbzeug 40 abgeschlossen. Das erhaltene textile Halbzeug 40 kann nun entweder zwischengelagert werden oder einem Weiterver- arbeitungsprozess unterworfen werden.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird das erfindungsgemäße textile Halbzeug 40 einem Weiterverarbeitungsschritt S4 unterzogen, um daraus einen Faserverbundwerkstoff 1 00 auszubilden, gegebenenfalls darüber hinaus auch in Form eines Werkstücks.

Mit dem abschlie ßenden Schritt S5 ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren beendet. Das dargestellte Verfahren kann abschnittsweise, nämlich in den Schritten S2 und S3, iterativ durchgeführt werden, um ein mehrlagiges oder mehrschichtiges Halbzeug 40 mit innen liegenden perforierten Lagen oder Schichten auszubilden.

Die Abfolge der Fig. 2A bis 2D zeigt in schematischer Draufsicht verschiedene Zwischenstufen, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens erreicht werden. Die entsprechenden Fig. 3A bis 3D beschreiben die in den Fig. 2A bis 2D dargestellten Situationen oder Zwischenstadien in schematischer und geschnittener Seitenansicht.

Im Zustand der Fig. 2A bzw. 3A wird zunächst als Grundstruktur ein Endlosfa- serroving 22 als Fasermaterial 20 mit Fasern 21 bereitgestellt. Dieser ist von seiner Natur her eine ununterbrochene Struktur und weist keine Lücken und insbesondere keine Perforationen auf.

Im Übergang zu den in den Fig. 2B bzw. 3B dargestellten Zwischenzustand wird dann zunächst aus dem Endlosroving 22 eine erste Lage 23, zum Beispiel eines Geleges aus den Fasern 21 , hier als Fasern 21 x in x-Richtung, des Rovings 22 ausgebildet, wobei hier die Erstreckungsrichtung x als

Erstreckungsrichtung für das herzustellende Halbzeug 40 vorgegeben ist und die so graphisch dargestellte erste Lage eine 0 °-Lage ist.

Im Übergang zu dem in den Fig. 2C bzw. 3C dargestellten Zwischenzustand wird dann eine zusätzliche zweite Lage 24 aufgebracht, die hier eine 90 °-Lage ist, und zwar aus oder mit Fasern 21 y in y-Richtung.

Damit ist das faserbasierte textile Halbzeugzwischenstadium 30 zum Beispiel im Sinne eines Geleges 31 fertig gestellt.

Im Übergang zu dem in den Fig. 2D bzw. 3D gezeigten Zwischenzustand werden dann über einen entsprechenden Perforationsmechanismus Perforationen 25 in der Faserstruktur ausgebildet. Das bedeutet, dass einzelne Fasern quer zu ihrer Erstreckungsrichtung, hier also die x-Richtung für die erste Lage 23 bzw. die y-Richtung für die zweite Lage 24 vollständig durchtrennt werden, und zwar in z-Richtung, wobei die Perforationen für die x-Fasern 21 x mit 25x für die y-Fasern 21 y mit 25y bezeichnet werden.

Bei den in den Fig. 2A bis 3D gezeigten Situationen werden Fasern 21 aus beiden Lagen 23, 24 mit Perforationen 25 ausgebildet. Dies ist jedoch nicht zwingend. Die Perforationen 25 können sich auch auf einzelne Lagen beschränken oder auf Gruppen von Lagen, es müssen nicht sämtliche Lagen von den Perforationen betroffen sein.

Bei den Figuren 2A bis 3D wurde ein Gelege 31 zu Grunde gelegt, dies ist jedoch nicht zwingend, wie dies vorangehend bereits dargelegt wurde.

Fig. 4A zeigt in geschnittener und schematischer Seitenansicht, wie ein herkömmliches textiles Halbzeug, hier in Form eines faserbasierten textilen Halbzeugzwischenstadiums 30, also ohne Perforationen 25, um einen Körper K, hier in Form einer Kugel drapiert werden kann.

Zu erkennen ist, dass - ausgehend vom Boden, auf welchem die Kugel K angeordnet ist - das Halbzeugzwischenstadium 30 zum Scheitel des Körpers K emporstrebt und dann zu der Grundfläche zurückkehrt. Ein Anschmiegen oder optimales Drapieren am Körper K findet nur im oberen Bereich, also auf der vom Boden abgewandten Seite statt. Insbesondere den Einschneidungen auf der dem Boden zugewandten Seite kann das Halbzeugzwischenstadium 30 nicht folgen.

Die Fig. 4B zeigt im Gegensatz dazu, dass durch das erfindungsgemäße Vorsehen von Perforationen 25 in der Faserstruktur nach dem Ausbilden des Halbzeugzwischenstadiums 30 das Folgevermögen und damit die Drapierfähigkeit des erfindungsgemäßen faserbasierten textilen Halbzeugs 40 wesent- lieh verbessert ist. Beim erfindungsgemäßen faserbasierten textilen Halbzeug 40 findet ein Anschmiegen an den Körper K wesentlich näher in den Einschnürungsbereichen auf der dem Boden zugewandten Seite statt. Zum Vergleich ist noch einmal die Verlaufslinie beim Drapieren des Halbzeugzwischenstadiums 30 angedeutet.

Die Fig. 5 zeigt in perspektivischer Draufsicht die in der Fig. 4B gezeigte Situation unter Zugrundelegung eines Gewebes 31 .

Zu erkennen ist, dass aufgrund der im Verlauf der Fasern 21 , nämlich der Fasern 21 x in x-Richtung und der Fasern 21 y in y-Richtung, vorgesehenen Perforationen 25 das Anschmiegevermögen und damit die Drapierfähigkeit des erfindungsgemäßen textilen Halbzeugs 40 deutlich verbessert werden. Durch die Perforationen werden in x-Richtung Faserabschnitte 21 xp und in y-Richtung Faserabschnitte 21 yp ausgebildet, die in ihrer Gesamtheit entsprechende Längenausgleichszonen realisieren, die die Grundlage für die Drapierfähigkeit entlang einer dreidimensionalen Struktur definieren.

Die Fig. 6A bis 6D zeigen in schematischer Drauf- und Seitenansicht das Drapiervermögen eines erfindungsgemäß hergestellten faserbasierten textilen Halbzeugs 40, hier in Form eines Geleges 31 , welches um einen Quader als Körper K herum drapiert wird.

Dabei zeigen die Fig. 6A und 6B die Situation vor oder beim Drapieren ; das erfindungsgemäße Halbzeug 40 wird entgegen der z-Richtung auf den Körper K abgelegt. Im drapierten Zustand gemäß den Fig. 6C und 6D entstehen aufgrund des unterschiedlichen Faserlaufs beim Anschmiegen am Körper K Ausgleichszonen A. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen von Perforationen 25, die in den Fig. 6A bis 6D nicht explizit dargestellt sind, wird das Ausmaß des Auftretens derartiger Ausgleichszonen A, in denen sich veränderte Textilei- genschaften ergeben, beschränkt. Die Ausgleichszonen A sind jeweils durch eine Ellipse markiert. Es ist deutlich zu sehen, dass die sich ergebenden Verschiebungen lateral nicht durch das gesamte Material gereicht werden, sondern in den und durch die markierten Bereiche ausgeglichen werden können.

BEZUGSZEICHENLISTE

20 Fasermaterial

21 Faser

21 x Faser in x-Richtung, x-Faser

21 xp Faserabschnitt in x-Richtung

21 y Faser in y-Richtung

21 yp Faserabschnitt in y-Richtung

22 Roving, Faserbündel

25 Perforation

25x Perforation in x-Richtung/an der x-Faser 21 x

25y Perforation in y-Richtung/an der y-Faser 21 y

30 faserbasiertes textiles Zwischenstadium eines textilen Halbzeugs, faserbasiertes textiles Halbzeugzwischenstadium, faserbasierte tex- tile Halbzeugvorform

31 Gelege, Gewebe, Geflecht, Gewirk, Gestrick

40 erfindungsgemäßes faserbasiertes textiles Halbzeug

A Ausgleichsbereich, Ausgleichszone

K Körper, Kugel