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Title:
METHOD FOR THE PRODUCTION OF A FIBRE COMPOSITE COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/120718
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a fibre composite component (1), according to which a fibre arrangement comprising carbon fibres (9) as reinforcing fibres is arranged on a carrier material (3) comprising a fibrous material in order to form a structure (13), and a covering layer (12) comprising a non-conductive material is arranged on the structure (13), the carbon fibres (9) being arranged largely in the load path direction of the fibre composite component (1) to be produced, and regions (5, 6) of the fibre composite component (1) to be penetrated by electromagnetic signals and/or waves are designed such that they are largely free of carbon fibres (9).

Inventors:
SOLDNER, Florian (Brandlweg 5a, Brannenburg, 83098, DE)
Application Number:
EP2018/079694
Publication Date:
June 27, 2019
Filing Date:
October 30, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT (Petuelring 130, München, 80809, DE)
International Classes:
B29C70/88; B62D29/04
Domestic Patent References:
WO2010071214A12010-06-24
Foreign References:
FR3051711A12017-12-01
DE3843535A11990-06-28
DE102009006130B42011-09-15
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (1 ), bei dem eine

Faseranordnung mit Kohlenstofffasern (9) als Verstärkungsfasern auf einem Faserwerkstoff aufweisenden Trägermaterial (3) zur Bildung eines Aufbaus (13) angeordnet und eine Deckschicht (12) mit einem nichtleitenden Werkstoff auf dem Aufbau (13) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern (9) weitgehend in Lastpfadrichtung des zu fertigenden Faserverbundbauteils (1 ) angeordnet und zur Durchdringung mit elektromagnetischen Signalen und/oder Wellen vorgesehene Bereiche (5, 6) des Faserverbundbauteils (1 ) weitgehend frei von Kohlenstofffasern (9) ausgebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

Kohlenstofffasern (9) in der Form von Faserbündeln und/oder Faserbündelmatten oder Fasermatten im lichten Abstand zu den Bereichen (5, 6) angeordnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die

Kohlenstofffasern (9) in der Form einer den Bereich (5, 6) einschließenden geschlossenen Einfassung an dem Trägermaterial (3) angeordnet werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (14) zur Halterung von elektromagnetische Signale und/oder Wellen empfangender und/oder sendender Einrichtungen (7, 8) in der Form von beispielsweise Sensoren (7) und/oder Antennen (8) an/in den Aufbau integriert werden.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lasteinleitungselemente in den Aufbau integriert werden.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass als Trägermaterial SMC Faserhalbzeuge zur Bildung des Faserverbundbauteils verwendet werden.

Description:
Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, bei dem eine Faseranordnung mit Kohlenstofffasern als Verstärkungsfasern auf einem Faserwerkstoff aufweisenden Trägermaterial zur Bildung eines Aufbaus angeordnet und eine Deckschicht mit einem nicht leitenden Werkstoff auf dem Aufbau angeordnet wird, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

In der Fahrzeugindustrie werden seit geraumer Zeit faserverstärkte Kunststoffbauteile eingesetzt, bei denen es sich beispielsweise um Karosseriebauteile handeln kann, etwa in der Form von Heckklappen, Türen oder Kotflügeln. Häufig werden diese Bauteile aus SMC Faserhalbzeugen hergestellt, bei denen es sich beispielsweise um vorimprägnierte Glasfasermatten handeln kann, die mittels eines Presswerkzeugs zum Faserverbundbauteil umgeformt werden.

Es ist auch bekannt geworden, in den Lagenaufbau aus beispielsweise

Glasfaserträgermaterial Kohlenstofffasern zu integrieren, welche in dem

Lagenaufbau einerseits als Verstärkungsfasern dienen können und andererseits auch zur Verbesserung des optischen Gesamteindrucks des Faserverbundbauteils oberflächennah angebracht werden können, um dem Faserverbundbauteil eine edle optische Anmutung zu verleihen.

Zum Erreichen dieser optischen Anmutung kann eine Deckschicht aus

kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff an dem Faserverbundbauteil angebracht werden.

Als Beispiel hierzu kann die DE 10 2009 006 130 B4 genannt werden, welche ein Verbundbauteil aus mindestens drei unterschiedlichen Materialschichten nennt, bei dem die äußere Deckschicht einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff aufweist, der nur zum untergeordneten Teil eine lasttragende Funktion ausübt, sondern primär der Verbesserung der optischen Anmutung des Bauteils dient.

Unabhängig vom Einsatzzweck der in ein solches Faserverbundbauteil

eingebrachten Kohlenstofffasern besitzt die Integration der Kohlenstofffasern den Nachteil, dass diese aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaft den Empfang oder die Übertragung elektromagnetischer Signale und/oder Wellen behindern.

Solche elektromagnetischen Signale und/oder Wellen werden aber bei

Fahrzeugen in immer breiterem Ausmaß benötigt, beispielsweise zur

Kommunikation zwischen Fahrzeugen, etwa im Bereich der Übertragung von Daten oder Signalen zur Verbesserung der Navigation oder der Signalisierung von Gefahrensituationen, etwa Fahrbahnglätte. Ein weiterer Anwendungsfall ist beispielsweise die Integration von Antennen im Fahrzeug als Sender und/oder Empfänger von Radarsignalen zur Abstandsregelung zwischen Fahrzeugen. Die Übertragung solcher Signale oder Daten wird durch Faserverbundbauteile mit einem hohen Kohlenstoffanteil im Übertragungsweg behindert.

Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fierstellung eines Faserverbundbauteils zu schaffen, welches Kohlenstofffasern als Verstärkungsfasern aufweisen soll, gleichzeitig aber die Übertragung von Daten und/oder Signalen nicht wesentlich behindern soll.

Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf, vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren

Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, bei dem eine Faseranordnung mit Kohlenstofffasern als Verstärkungsfasern auf einem Faserwerkstoff aufweisenden Trägermaterial zur Bildung eines Aufbaus angeordnet und eine Deckschicht mit einem nicht leitenden Werkstoff auf dem Aufbau angeordnet wird, wobei nach dem Verfahren die Kohlenstofffasern weitgehend in Lastpfadrichtung des zu fertigenden Faserverbundbauteils angeordnet und zur Durchdringung mit elektromagnetischen Signalen und/oder Wellen vorgesehene Bereiche des Faserverbundbauteils weitgehend frei von Kohlenstofffasern ausgebildet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst also das Problem der Kombination der Notwendigkeit der Verstärkung von Faserverbundbauteilen mittels

Kohlenstofffasern mit dem Erfordernis der möglichst ungestörten Übertragung von elektromagnetischen Signalen und/oder Wellen durch solche

Faserverbundbauteile hindurch. Die Verstärkung der Faserverbundbauteile mit den Kohlenstofffasern sorgt einerseits dafür, dass das Faserverbundbauteil leichter ausgebildet werden kann als ein vergleichsweise nur aus einem

Fasermaterial aufweisenden Trägerwerkstoff gebildetes Faserverbundbauteil.

Wenn beispielsweise nur Glasfasern zur Bildung eines solchen

Faserverbundbauteils verwendet werden, muss der Aufbau eine größere

Schichtdicke aufweisen als dies bei der Integration von Kohlenstofffasern in den Aufbau erforderlich ist, da ein Aufbau mit nur Glasfasermaterial vergleichsweise weniger Steifigkeit und Festigkeit besitzt.

Die Integration der Kohlenstofffasern in Lastpfadrichtung des gefertigten

Faserverbundbauteils ermöglicht es also, das Faserverbundbauteil insgesamt leichter auszubilden, was dem Bestreben des Leichtbaus entgegenkommt.

Die Anordnung der Kohlenstofffasern derart, dass zur Durchdringung durch elektromagnetische Signale und/oder Wellen vorgesehene Bereiche des

Faserverbundbauteils weitgehend frei von Kohlenstofffasern ausgebildet sind, sorgt andererseits dafür, dass die weitgehend ungestörte Signalübertragung, also das weitgehend ungestörte Aussenden und/oder Empfangen von

elektromagnetischen Signalen und/oder Wellen durch die weitgehend frei von Kohlenstofffasern ausgebildeten Bereiche hindurch erreicht wird.

Auf diese Weise können in dem Bereich der weitgehend von Kohlenstofffasern frei bleibenden Bereiche des Faserverbundbauteils Einrichtungen zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen und/oder Signalen angeordnet werden, bei denen es sich beispielsweise um Sensoren und/oder Antennen handeln kann.

Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die

Kohlenstofffasern in der Form von Faserbündeln und/oder Faserbündelmatten oder Fasermatten im lichten Abstand zu den Bereichen angeordnet werden.

Bei einer zweidimensionalen oder flächigen Ausbildung des Faserverbundbauteils beziehungsweise des Bereichs des Faserverbundbauteils, der von

elektromagnetischen Signalen und/oder Wellen durchdrungen werden soll, werden die Kohlenstofffasern also in einem seitlichen Abstand zu dem Bereich

angeordnet.

Bei einer dreidimensionalen oder räumlichen Ausbildung des

Faserverbundbauteils beziehungsweise des Bereichs des Faserverbundbauteils, der von elektromagnetischen Signalen und/oder Wellen durchdrungen werden soll, werden die Kohlenstofffasern in einem seitlichen und/oder räumlichen Abstand zu dem Bereich angeordnet. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass die

Kohlenstofffasern den Bereich auch räumlich einschließen können, sich aber nicht durch den Bereichen hindurch erstrecken.

Es ist nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch vorgesehen, dass die Kohlenstofffasern in der Form einer den Bereich

einschließenden Einfassung an dem Trägermaterial angeordnet werden. Damit wird zum Ausdruck gebracht, dass die Kohlenstofffasern den Bereich

beispielsweise als geschlossener oder offener Kurvenzug umgeben können, die Kohlenstofffasern also in Lastpfadrichtung um den Sende- und/oder

Empfangsbereich herum angeordnet werden, aber im Abstand zum beispielsweise kegelförmig ausgebildeten Abstrahlungsbereich oder Empfangsbereich der in dem Bereich angeordneten Sensoren und/oder Antennen angeordnet sind. Dadurch wird eine weitgehend ungestörte Übertragung der elektromagnetischen Wellen und/oder Signale durch die Sensoren und/oder Antennen beziehungsweise von den Sensoren und/oder Antennen erreicht.

Die Erfindung zeichnet sich nach einer Weiterbildung auch dadurch aus, dass Mittel zur Halterung von elektromagnetische Signale und/oder Wellen

empfangender und/oder sendender Einrichtungen in der Form von beispielsweise Sensoren und/oder Antennen an/in den Aufbau integriert werden. Dadurch können beispielsweise Aufnahmen oder Halterungen für Sensoren und/oder Antennen bei der Herstellung des Faserverbundbauteils in die Struktur des

Faserverbundbauteils integriert werden, sodass die nachträgliche Anordnung solche Aufnahmen oder Halterungen an dem fertigen Faserverbundbauteil entfällt. Zu diesem Zweck können Mittel in der Form von beispielsweise Halterungen oder Rastmittel oder Anbindungsflächen dafür bei der Herstellung des

Faserverbundbauteils an dem Trägermaterial und/oder den Verstärkungsfasern angeordnet werden, sodass diese Mittel nach der Fertigstellung des

Faserverbundbauteils integrale Bestandteile des Faserverbundbauteils sind und zur Aufnahme der Sensoren und/oder Antennen ausgebildet sind.

In ähnlicher Weise zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch eine Weiterbildung dahingehend aus, dass Lasteinleitungselemente in den Aufbau integriert werden und so integrale Bestandteile des gefertigten

Faserverbundbauteils sind. Die Lasteinleitungselemente können beispielsweise dazu verwendet werden, das fertig gestellte Faserverbundbauteil an der

Karosseriestruktur eines Fahrzeugs festzulegen.

Schließlich ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass als Trägermaterial SMC Faserhalbzeuge zur Bildung des Faserverbundbauteils verwendet werden und somit ein kostengünstiges Herstellungsverfahren implementiert werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in: Fig. 1 eine Draufsichtansicht auf ein Faserverbundbauteil in der Form eines Karosseriebauteils mit zwei daran angeordneten Signalübertragungseinrichtungen in der Form eines Sensors und einer Antenne;

Fig. 2 eine Ansicht auf das Faserverbundbauteil nach Fig. 1 in einer Seitenansicht; und

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 1 , die in schematischer Weise den Bereich des Faserverbundbauteils zeigt, der zur Durchdringung durch elektromagnetische Wellen ausgebildet ist.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Faserverbundbauteil 1 in der Form eines

Karosseriebauteils 2 für ein nicht näher dargestelltes Fahrzeug. Bei dem

Karosseriebauteil 2 handelt es sich einen Teil einer Fleckklappe des Fahrzeugs.

Zur Fierstellung des Karosseriebauteils 2 wird ein endkonturnahes Trägermaterial 3 mit Glasfasermaterial bereitgestellt, auf dem schematisch dargestellte

Verstärkungsfasern aus in Lastpfadrichtung des zu fertigenden

Faserverbundbauteils 1 angeordnete Kohlenstofffaserbündel 4 angeordnet werden, wobei es sich bei dem Trägermaterial 3 um trockenes Fasermaterial oder um bereits mit Flarz getränktes Fasermaterial handeln kann.

Wie es ohne weiteres anhand der Fig. 1 ersichtlich ist, werden die

Verstärkungsfasern nicht als ein das Trägermaterial 3 flächig oder vollständig abdeckendes Material aufgebracht, sondern gezielt nur an solchen Stellen appliziert, die einerseits in Lastpfadrichtung des gefertigten Faserverbundbauteils 1 liegen und andererseits Bereiche 5, 6 freilassen, die zur Anordnung einer

Antenne 7 und eines Sensors 8 vorgesehen sind.

Bei der Antenne 7 kann es sich beispielsweise um eine Antenne handeln, die zur Messung des Abstands eines nachfolgenden Fahrzeugs mittels Radarwellen dient und der Sensor 8 dient der Erfassung des Oberflächenzustands der Fahrbahn. Mit der Antenne 7 können also elektromagnetische Wellen ausgesandt und empfangen werden und der Sensor 8 erfasst den Straßenzustand auf der Basis von elektromagnetischen Signalen, wobei sowohl die Antenne 7 als auch der Sensor 8 lediglich Beispiele von Sende- und Empfangseinrichtungen darstellen sollen.

Wie es anhand der Fig. 1 ersichtlich ist, sind beide Sende- und

Empfangseinrichtungen 7, 8 von den Verstärkungsfasern 4 in der Form von Kohlenstofffasern 9 zwar eingeschlossen, die Kohlenstofffasern 9 aber verlaufen jeweils im Abstand zu den Bereichen der Anordnung der Antenne 7 und des Sensors 8, sodass eine Abschirmungswirkung der Antenne 7 und des Sensors 8, wie sie dadurch entstehen würde, wenn die Kohlenstofffasern 9 die Bereiche 5 und 6 vollständig abdecken würden, nicht gegeben ist.

Wie es darüber hinaus anhand von Fig. 1 ebenfalls ersichtlich ist, verläuft auch ein Kohlenstofffaserbündel 9 zwischen den Bereichen 5 und 6, aber in einem

Abschnitt 10 zwischen den Bereichen 5 und 6, sodass durch diese Anordnung des Kohlenstofffaserbündels 9 im Abschnitt 10 ebenfalls keine die Signalübertragung wesentlich beeinträchtigende Abschirmungswirkung entsteht.

In den so ausgebildeten Aufbau 13 können auch in Fig. 1 der Zeichnung nur schematisch dargestellte Mittel 14 zur Anordnung beziehungsweise Flalterung der Antenne 7 und des Sensors 8 integriert werden. Genauso können nicht näher dargestellte Lasteinleitungselemente während des Herstellungsprozesses des erfindungsgemäß hergestellten Faserverbundbauteils 1 in den Aufbau 13 integriert werden.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten

Karosseriebauteils 2.

Wie es ohne weiteres anhand von Fig. 2 ersichtlich ist, weist das Karosseriebauteil 2 eine Höhenerstreckung in Richtung des Doppelpfeils H auf, besitzt also eine räumliche Struktur. Die Bereiche 5, 6, in denen die Antenne 7 sowie der Sensor 8 angeordnet sind, werden in Richtung der Übertragung der elektromagnetischen Wellen und/oder Signale nicht von den Kohlenstofffaserbündeln 9 abgedeckt, sodass die Signalübertragung von den Kohlenstofffasern nicht negativ

beeinträchtigt wird.

Zu diesem Zweck sind die Kohlenstofffaserbündel 9 im lichten Abstand zu den Bereichen 5 und 6 angeordnet und zwar in Richtung der Höhenerstreckung H des Karosseriebauteils 2.

Fig. 3 der Zeichnung schließlich zeigt eine schematische Darstellung des Bereichs des Faserverbundbauteils 2, der zur Durchdringung durch elektromagnetische Wellen und/oder Signale ausgebildet ist. Dieser Bereich ist in der Fig. 3

schematisch als schraffiertes Rechteck 11 ausgebildet und stellt eine Fläche dar, die sich aus den Bereichen 5 und 6 zusammensetzt.

Wie es ohne weiteres anhand von Fig. 3 ersichtlich ist, verläuft das

Kohlenstofffaserbündel 9 in einer Richtung in die Zeichnungsebene hinein hinter dem Rechteck 11 , womit zum Ausdruck gebracht wird, dass eine solche

Anordnung des Kohlenstofffaserbündels 9 unschädlich ist, da die

Hauptabstrahlrichtung und Hauptempfangsrichtung der Antenne 7 sowie des Sensors 8 in Richtung aus der Zeichnungsebene der Fig. 3 heraus verläuft und somit die Anordnung des Kohlenstofffaserbündels 9 in der Zeichnungsebene hinterhalb oder unterhalb des Rechtecks 11 unschädlich ist.

Schließlich kann an der Oberseite des Faserverbundbauteils 1 auch noch eine Deckschicht 12 aus einem nicht leitenden Material angebracht werden, bei der es sich beispielsweise um eine dünne Lage einer Glasfasermatte handeln kann, die im weiteren Herstellungsprozess eines mit dem erfindungsgemäß hergestellten Faserverbundbauteils 1 versehenen Fahrzeugs mit einem Farbauftrag versehen werden kann. Durch die Ausbildung der Deckschicht 12 aus einem nicht leitenden Material wird eine Abschirmungswirkung vermieden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils zeichnet sich durch eine hohe Leichtbaugüte aus, aufgrund der Anordnung der Kohlenstofffasern als Verstärkungsfasern wird eine für den entsprechenden Anwendungsfall ausgezeichnete Steifigkeit und Festigkeit des herzustellenden Faserverbundbauteils erzielt, obwohl der Anteil an Faserwerkstoff aufweisendem Trägermaterial verringert werden kann und damit die Eigenmasse des

Faserverbundbauteils reduziert werden kann.

Durch die Applikation der Kohlenstofffasern nur weitgehend in Lastpfadrichtung des herzustellenden Faserverbundbauteils wird eine Reduzierung der

Flerstellkosten erreicht und durch die erfindungsgemäße Anordnung der Kohlenstofffasern weitgehend außerhalb der zur Durchdringung durch elektromagnetische Signale und/oder Wellen vorgesehenen Bereiche wird ein Sichtfenster für die dort integrierten Antennen und/oder Sensoren geschaffen, welches dafür sorgt, dass die Signalübertragung trotz der Integration der Kohlenstofffasern nicht negativ beeinflusst wird. Zudem besitzt das

erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass es die Integration von

Halteeinrichtungen für die anzubringenden Antennen und/oder Sensoren mit umfasst, sodass eine aufwändige nachträgliche Anordnung solcher

Halteeinrichtungen nach der Herstellung des Faserverbundbauteils entfällt.

Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird in übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.

Bezugszeichenliste

1. Faserverbundbauteil

2. Karosseriebauteil

3. Trägermaterial

4. Verstärkungsfasern

5. Bereich

6. Bereich

7. Antenne

8. Sensor

9. Kohlenstofffaserbündel

10. Antenne

11. Rechteck

12. Deckschicht

13. Aufbau

14. Mittel