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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faser-Halbzeugs, ein Faser-Halbzeug zur Herstellung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff und ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff mit lokal definierter Permeabilität.
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In der Automobilindustrie werden immer mehr Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt, da derartige Bauteile eine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht aufweisen. Um ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff herzustellen, wird zunächst ein Faser-Halbzeug bereitgestellt, welches anschließend in eine Matrix aus einem aushärtbaren Material eingebettet wird, so dass sich der Faserverbundwerkstoff bildet. Das Faser-Halbzeug besteht aus mehreren Fasern, die zu Bündeln zusammengefasst sind. Ein Faserbündel wird auch als Roving bezeichnet, wobei dieser typischerweise einen ovalen Querschnitt mit einer Neben- und einer Hauptausrichtung aufweist, wobei die Hauptausrichtung die größere Ausdehnung hat. Alternativ kann der Roving aber auch einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, sodass Haupt- und Nebenausrichtung gleich groß sind.
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Der einzelne Roving kann mit sich selbst verbunden werden, um das Faser-Halbzeug auszubilden, wobei der Roving dabei über seine Rovingabschnitte Bahnen ausbildet. Alternativ können auch mehrere Rovings vorgesehen sein, die miteinander verbunden werden, wobei die verschiedenen Rovings die Bahnen ausbilden. Die einzelnen Rovings können dabei als ein langer Roving von einer Spule stammen, der am Halbzeugrand erneut in das Halbzeug geführt wird. Zwischen den einzelnen Bahnen bilden sich Fließkanäle, durch die das aushärtbare Material (meist ein Kunststoffmaterial), welches die Matrix bildet, fließt und den Roving/die Rovings bzw. die einzelnen Fasern tränkt. Eine gleichmäßige Tränkung des Bauteils ist Voraussetzung für die gleichmäßige Tränkung der Rovings bzw. der Bahnen. Dadurch ergeben sich gleichmäßige Werkstoffeigenschaften des Faserverbundwerkstoffs.
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Bei komplexen Geometrien des Bauteils ist eine gleichmäße Tränkung der Bahnen über das komplette Bauteil jedoch schwer zu realisieren. Die vollständige Tränkung eines Bauteils hängt von der Durchlässigkeit des Faser-Halbzeugs, der Harzviskosität und der maximalen Länge vom Anguss bis zum Bauteilrand ab. Die Durchlässigkeit wird hierbei nach Darcy als Permeabilitätstensor bezeichnet, der entsprechend drei Raumrichtungen umfasst. Einen wichtigen Einfluss auf die Permeabilität hat dabei der Faservolumengehalt des Faser-Halbzeugs. Dieser ergibt sich aus dem Flächengewicht und der Bauteildicke, die lokal variiert werden können. Dieser wichtige Einfluss gilt jedoch nur, wenn das Faser-Halbzeug keinen Spalt zum Werkzeug bildet. Durch einen Spalt ändert sich die Permeabilität schlagartig um mehrere Größenordnungen.
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Aus der
GB 2 269 829 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines Faser-Halbzeugs für ein perforiertes Faserverund-Bauteil bekannt, bei dem mehrere vorgefertigte Gelege über Schussfäden miteinander verbunden werden.
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In der
DE 10 2009 056 197 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer unidirektionalen Lage bekannt, die eine gleichförmige Dicke aufweisen soll, wobei die einzelnen Fasern entsprechend ausgerichtet werden.
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Aus der
DE 10 2008 016 989 A1 sowie der
DE 10 2009 53 289 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Faser-Halbzeugs bekannt, bei dem die Rovings kraftflussgerecht ausgelegt werden, sodass im Faser-Halbzeug Bereiche mit unterschiedlicher Dichte entstehen.
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In der
US 2003/0102604 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Laminats bekannt, bei dem zwei Gewebe über Fäden oder Fasern auf Abstand gehalten werden, sodass sich ein Fließkanal zwischen den beiden zuvor hergestellten Geweben ausbildet.
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Aus der
DE 10 2008 048 334 A1 ist ein Verfahren zum Erstellen eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs bekannt, bei dem die einzelnen Fasern des Fasermaterials in Längsrichtung zu einer Förderrichtung orientiert werden.
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In der
US 6,251,809 B1 sind verschiedene Anordnungen von Fasern gezeigt, um ein entsprechendes Gewirk oder Geflecht herstellen zu können.
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Aus der
DE 100 60 379 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von multidirektionalen Faden- oder Fasergelegen bekannt, bei dem das Gelege nachdem es mit einem Matrixmaterial getränkt ist in seine Form gebracht wird, bevor das Matrixmaterial aushärtet.
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In der
DE 20 2007 003 742 U1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen laminierter Produkte beschrieben, bei der textile Abstandselemente verwendet werden, um einen Harzkanal zwischen zwei Schichten auszubilden.
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Aus der
US 2010/0098906 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils bekannt, bei dem das Bauteil perforiert werden soll.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Faser-Halbzeugs sowie ein Faser-Halbzeug bereitzustellen, mit dem ein Faserverbundwerkstoff in effizienter Weise und mit hoher Qualität hergestellt werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Faser-Halbzeugs zur Herstellung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus einem kohlenstofffaserverstärkten Werkstoff, wobei wenigstens ein Roving in zumindest zwei Lagen übereinander angeordnet wird, sodass sich Fließkanäle zwischen aneinander angrenzenden Bahnen bilden, wobei der wenigstens eine Roving derart angeordnet wird, dass die Geometrie der Fließkanäle an die relative Dichte der die Fließkanäle umgebenden Bahnen angepasst ist, indem die Querschnittsgröße und/oder die Querschnittsform der Fließkanäle eingestellt werden, sodass die Tränkungseigenschaften des Faser-Halbzeugs und die Permeabilität lokal eingestellt bzw. gesteuert werden, wodurch der wenigstens eine Roving und das Faser-Halbzeug gleichmäßig getränkt werden, wobei bei einer hohen Dichte des wenigstens einen Rovings ein größerer Querschnitt der Fließkanäle vorgesehen wird.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist es, die Rovings bei der Herstellung des Faser-Halbzeugs so anzuordnen, dass die zwischen den Rovings sich ausbildenden Fließkanäle derart ausgebildet sind, dass sich eine gleichmäßige Tränkung des Bauteils und der Rovings ergibt. Es hat sich herausgestellt, dass sich ein weiterer wichtiger Einfluss auf die Permeabilität eines Faser-Halbzeugs durch die Geometrie und Anzahl der Hohlräume zwischen den Fasern ergibt, insbesondere der Bahnen. Die Gestalt dieser Hohlräume kann wesentlich durch die Art der Anordnung der Bahnen zueinander beeinflusst werden. Durch Abstände der Bahnen zueinander können Fließkanäle im Halbzeug gezielt eingebracht werden. Durch die Größe und Geometrie der im Halbzeug generierten Hohlräume kann die Infiltrierbarkeit bereichsweise beeinflusst werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die relative Dichte des wenigstens einen Rovings, die das Faser-Halbzeug in seiner endgültigen Form hat, berücksichtigt sein. Die Geometrie der Fließkanäle, die die Infiltrierbarkeit des Faser-Halbzeugs beeinflusst, wird bereits beim Herstellen des Faser-Halbzeugs derart ausgebildet, dass sie die endgültige Form des Faser-Halbzeugs berücksichtigt. Dies garantiert eine gleichmäßige Tränkung des Faser-Halbzeugs im Werkzeug.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der wenigstens eine Roving in zumindest einer Lage unter einem Winkel ungleich 0° zu einer benachbarten Lage angeordnet, um den Querschnitt der Fließkanäle zu beeinflussen. Damit ist gemeint, dass die Hauptausrichtung der Rovings einer Lage einen Winkel ungleich 0° zur Hauptausrichtung der Rovings einer direkt benachbarten Lage aufweisen. Über die winklige Anordnung einer Lage zu einer benachbarten Lage wird die Geometrie der Fließkanäle und somit die Infiltrierbarkeit des Faser-Halbzeugs beeinflusst.
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Insbesondere wird der wenigstens eine Roving derart angeordnet, dass der Roving oder eine Bahn lastpfadorientiert winkelunabhängig im Bauteil angeordnet ist. Dabei sollten die Querschnitte der Fließkanäle die Infiltrierbarkeit positiv beeinflussen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der wenigstens eine Roving bei aufeinanderfolgenden Lagen direkt übereinander oder versetzt zueinander gelegt wird, so dass sich die Bahnen überlappen und den Querschnitt der Fließkanäle beeinflussen. Über die so ausgebildeten Querschnitte der Fließkanäle wird der Permeabilitätstensor entsprechend variiert.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, dass der wenigstens eine Roving durch Sticken zumindest mit sich verbunden wird, wobei die Stiche Mikrofließkanäle durch den Roving bilden. Über die Stiche kann das die Matrix ausbildende Material direkt durch die Rovings fließen, sodass eine zusätzliche Tränkung der Rovings möglich ist. Der Permeabilitätstensor wird somit in die Raumrichtung beeinflusst, in die sich die Mikrofließkanäle erstrecken.
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Insbesondere können die Mikrofließkanäle des Faser-Halbzeugs beim Sticken über den Abstand der Stiche und/oder die Stichlänge und/oder Fadenspannung und/oder den Stichtyp und/oder den Stickfadenanteil und/oder die Größe des Stichs und/oder das Verhältnis Fadendurchmesser zu Stichdurchmesser eingestellt werden. Die Stichparameter können in verschiedenen Bereichen des Faser-Halbzeugs unterschiedlich sein, wobei über die Stichparameter die Geometrie der Mikrofließkanäle eingestellt werden kann. Die Geometrie der Mikrofließkanäle beeinflusst die Tränkung der Rovings des Faser-Halbzeugs, da sie direkten Einfluss auf den Permeabilitätstensor haben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Roving teilweise gespreizt wird, um die Oberfläche des Rovings zu vergrößern. Hierdurch wird ebenfalls die Mikropermeation des Faser-Halbzeugs verbessert, da eine vergrößerte Oberfläche eine größere Wirkfläche für das die Matrix ausbildende Material impliziert. Über die größere Oberfläche wird erreicht, dass die komprimierten Rovings stärker getränkt werden. Ferner ist bei einem komprimierten Roving sichergestellt, dass der Kern des Rovings schneller durchtränkt ist. Dies ist einerseits auf die größere Oberfläche und der generell höheren Tränkung zurückzuführen und andererseits auf die kürzere Distanz des Kerns zur Oberfläche, sofern an dieser Oberfläche das Material entlang strömt.
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Ferner können mehrere Rovings vorgesehen sein, die zur Herstellung des Faser-Halbzeugs verwendet werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird zudem durch ein Faser-Halbzeug zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs gelöst, das wenigstens einen Roving aufweist, der Fließkanäle ausbildet, die an eine relative Dichte des Rovings angepasst sind, wobei das Faser-Halbzeug gemäß der zuvor genannten Art hergestellt worden ist. Die Anpassung kann dabei über einen größeren Querschnitt der Fließkanäle oder die Form der Fließkanäle erreicht werden, wenn eine hohe Dichte an Rovings vorliegt. Diese Anpassung hat direkten Einfluss auf den gesamten Permeabilitätstensor.
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Insbesondere ist der wenigstens eine Roving samt den Fließkanälen an die endgültige Form des Faser-Halbzeugs nach einem Vorformprozess angepasst. Hierdurch wird erreicht, dass das Faser-Halbzeug eine gleichmäßige Tränkung der Rovings garantiert, wenn das Faser-Halbzeug in seiner endgültigen Form vorliegt, in der es im Werkzeug getränkt wird. Ein nach dem Vorformen des Faser-Halbzeugs im Werkzeug ausgebildeter Bereich des Faser-Halbzeugs, der eine hohe relative Dichte der Rovings hat, weist somit beispielsweise einen großen Querschnitt der Fließkanäle auf. Dieser Bereich kann dabei bei der Ausgangslage des Faser-Halbzeugs noch eine geringere Dichte der Rovings haben, sodass der Querschnitt des Fließkanals zu groß für die Dichte der Rovings in der Ausgangslage des Faser-Halbzeugs ist. Erst durch das Vorformen des Faser-Halbzeugs in seine endgültige Form im Werkzeug ergibt sich eine angepasste relative Dichte der Rovings an die Geometrie des Fließkanals.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der wenigstens eine Roving Mikrofließkanäle aufweist, die beim Sticken über den Abstand der Stiche und/oder die Stichlänge und/oder die Fadenspannung und/oder den Stichtyp und/oder den Stickfadenanteil und/oder die Größe des Stichs und/oder das Verhältnis Fadendurchmesser zu Stichdurchmesser erzeugt worden sind. Die Mikrofließkanäle haben direkten Einfluss auf den Permeabilitätstensor und damit auf die Tränkung des Faser-Halbzeugs.
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Insbesondere weist das Faser-Halbzeug mehrere Rovings auf.
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Ferner ist ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff vorgesehen, der ein Faser-Halbzeug der zuvor genannten Art aufweist. Das Bauteil weist aufgrund der gleichmäßigen Tränkung der einzelnen Rovings bei der Herstellung des Faserverbundwerkstoffs sowie der kurzen Prozesszeit gleichmäßige und verbesserte Werkstoffeigenschaften auf.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1a eine Querschnittsansicht eines Faser-Halbzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform,
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1b eine schematische Detailansicht der 1a,
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2a eine Querschnittsansicht eines Faser-Halbzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform,
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2b eine schematische Detailansicht der 2a,
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3a eine Querschnittsansicht eines Faser-Halbzeugs gemäß einer dritten Ausführungsform,
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3b eine schematische Detailansicht der 3a,
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4a eine Querschnittsansicht eines Faser-Halbzeugs gemäß einer vierten Ausführungsform,
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4b eine schematische Detailansicht der 4a,
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5a eine Querschnittsansicht eines Faser-Halbzeugs gemäß einer fünften Ausführungsform,
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5b eine Querschnittsansicht eines Faser-Halbzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform, und
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6 eine Querschnittsansicht eines Faser-Halbzeugs gemäß einer sechsten Ausführungsform.
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In den 1 bis 5 sind Ausführungsformen eines Faser-Halbzeugs 10 gezeigt, das mehrere Rovings 12 umfasst, die in mehreren Lagen angeordnet sind, um das Faser-Halbzeug 10 zu bilden. Die mehreren Rovings 12 bilden dabei Bahnen 13 aus.
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6 zeigt eine Ausführungsform, in der mehrere Rovings 12 in nur einer Lage angeordnet sind, um das Faser-Halbzeug 10 zu bilden.
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Alternativ kann es sich jedoch auch um einen einzigen Roving 12 handeln, der mehrere Rovingabschnitte aufweist. Der Roving 12 ist so angeordnet, dass seine Rovingabschnitte die Bahnen 13 ausbilden. Demnach ist für diese Ausführungsform im Folgenden der Begriff „Roving” durch „Rovingabschnitt” zu ersetzen.
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Zwischen den Rovings 12 benachbarter Bahnen 13 bilden sich Fließkanäle 14 aus, durch die ein die Matrix bildendes Material fließen kann. Die Fließeigenschaften des Materials werden dabei durch die Geometrie der Fließkanäle 14 beeinflusst. Die Fließkanäle 14 weisen Ecken 16 auf, die an mindestens zwei Rovings 12 angrenzen, sodass die Ecken 16 für die Tränkung der Rovings 12 von besonderer Bedeutung sind.
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Die Rovings 12 weisen generell eine ovale Querschnittsgeometrie auf, sodass sich eine Hauptausrichtung H sowie eine dazu senkrechte Nebenausrichtung N ausbilden. Die beiden Ausrichtungen H, N schneiden sich in einem Mittelpunkt M.
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Der Faserverbundwerkstoff wird insgesamt durch das Auffüllen der Fließkanäle 14 mit dem Material sowie durch die Tränkung der Rovings 12 beeinflusst. Als Material für die Matrix wird insbesondere ein aushärtbares Kunststoffmaterial verwendet, beispielsweise ein Harz, Elastomere, Thermoplaste und Duromere.
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Aufgrund der Orientierungen und/oder der Anordnung der Rovings 12 kann die Permeabilität bzw. Infiltrierbarkeit des Faser-Halbzeugs 10 eingestellt werden, da Hohlräume zwischen den Rovings 12 gezielt beeinflusst werden können, die zum einen die Fließkanäle 14 als auch Spalte 17 zwischen benachbarten Rovings 12 betreffen (2a).
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Die Hohlräume können beispielsweise beim Ablegen des Faser-Halbzeugs 10 durch Vibration der Rovings 12, Anströmen der Rovings 12 mit Luft oder dem Durchstechen der Rovings 12, beispielsweise mit einer Sticknadel, erfolgen. All diese Maßnahmen haben eine Spreizung der Rovings 12 zur Folge und somit der Ausbildung von Hohlräumen. Die Spreizung beeinflußt maßgeblich die Tränkung der Rovings 12.
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Die Spreizung der Rovings 12 kann beispielsweise durch eine Kompaktierung der Rovings 12 durch einen Stickfaden, den Drapierprozess des Faser-Halbzeugs 10 oder die verfügbare Bauteilwandstärke in der Kavität wieder verändert, insbesondere reduziert werden.
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Das Faser-Halbzeug 10 weist generell drei Hauptrichtungen X, Y, Z auf.
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Als 1. Hauptrichtung X wird die Faserrichtung des größten Anteils der Rovings 12 bezeichnet, also hier in die Zeichenebene hinein. Die 2. Hauptrichtung Y ist insbesondere bei flächigen Bauteilen senkrecht zur 1. Hauptrichtung X in der Bauteilebene, das heißt in den Darstellungen von links nach rechts. Die 3. Hauptrichtung Z ist zu den beiden anderen Hauptrichtungen X, Y senkrecht.
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Die Permeabilität in den Hauptrichtungen X, Y, Z des Faser-Halbzeugs 10 kann durch verschiedene Maßnahmen gezielt eingestellt werden, wobei hierdurch der Permeabilitätstensor aufgebaut wird, der die Permeabilität des Faser-Halbzeugs 10 in den drei Hauptrichtungen angibt.
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Die lokale Permeabilität des Faser-Halbzeugs 10 ergibt als über die Lagen der Rovings 12 gemittelte Permeabilität.
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Durch einen Stickprozess und die Art der Anordnung der Rovings 12 zueinander kann die Permeabilität der einzelnen Lagen wie auch insgesamt die des Faser-Halbzeugs 10 beeinflusst werden.
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Im Allgemeinen hängt die Permeabilität in Faserrichtung (1. Hauptrichtung X) von der Anzahl der Fließkanäle 14 und ihrer wirksamen Querschnittsfläche sowie von dem Quadrat der kleinsten Abmessung ihrer Querschnittsfläche ab. Die Permeabilität kann durch die gezielte Ablage der Rovings 12 lokal gesteuert werden.
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In den gezeigten verschiedenen Ausführungsformen sind die Rovings 12 unterschiedlich zueinander angeordnet, so dass sich unterschiedliche Fließkanäle 14 ergeben. Die Fließkanäle 14 sind dabei an die relative Dichte der sie umgebenden Bahnen 13 angepasst, so dass sich generell eine unterschiedliche Geometrie der Fließkanäle 14 ergibt. Dies geht insbesondere aus den jeweiligen Detailansichten in den 1b, 2b, 3b, 4b hervor.
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Über die Geometrie der Fließkanäle 14 kann die Tränkung der einzelnen Rovings 12 eingestellt werden, da sich in den Ecken 16 der Fließkanäle 14 Verwirbelungen des die Matrix ausbildendes Materials ergeben, wodurch das Tränkungsverhalten der Rovings 12 beeinflusst wird.
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Für die 1. Hauptrichtung X zeigt ein Vergleich der 1 und 2 beispielsweise, dass die Ausführungsform gemäß der 1 eine etwa vierfach höhere Permeabilität in Richtung der Rovings 12, also der 1. Hauptrichtung X, hat als die Ausführungsform gemäß der 2.
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In der 2. Hauptrichtung Y kann das Material für die Matrix den kürzesten Weg S (1a) quer zwischen zwei benachbarten Rovings 12 nehmen. Dies gilt auch für die Ausführungsform gemäß der 2.
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Ein Unterschied ergibt sich jedoch für die 3. Hauptrichtung Z. In der Ausführungsform gemäß der 2 legt das Material hier den längsten Weg L zurück (2a), wohingegen in der Ausführungsform gemäß der 1 ebenfalls der kürzeste Weg in der 3. Hauptrichtung Z zurückgelegt wird.
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In 2a ist der Spalt 17, der Teil der Hohlräume ist, die die Infiltrierbarkeit beeinflussen, zwischen zwei benachbarten Rovings 12 zu erkennen. Der Spalt 17 ist deutlich kleiner als der Querschnitt der Fließkanäle 14 der ersten Hauptrichtung X.
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Bei der Ausführung gemäß der 2 ergibt sich zudem, dass die Fließlängen L je nach Größenverhältnis der Querschnitte der Rovings 12 erheblich länger sind.
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Ferner geht aus der in 1 gezeigten Anordnung hervor, dass die Nebenausrichtungen N der direkt übereinander liegenden Rovings 12 sich schneiden, wohingegen dies in der in 2 gezeigten Anordnung der Rovings 12 nicht der Fall ist. Hier schneiden sich die Nebenausrichtungen N der direkt übereinander angeordneten Rovings 12 nicht.
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In der Ausführungsform gemäß 3a kann das Material für die Matrix in der zweiten Hauptrichtung Y ebenfalls über einen Spalt 17 zwischen zwei benachbarten Rovings 12 einer Lage fließen.
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Die 3. Hauptrichtung Z verhält sich generell analog zur zweiten Hauptrichtung Y bei einer Veränderung der Querschnitte der Fließkanäle 14.
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Durch eine geeignete Anzahl, Größe und Platzierung der Einstiche kann die Permeabilität jedoch beeinflusst werden (5a und 5b). Hierbei kann es insbesondere auf die Stichlänge, die Stichbreite, die Stichart, das Fadenmaterial, die Fadenverarbeitung, den Fadendurchmesser, die Nadelgröße und die Fadenspannung ankommen.
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Da die Einstiche bei der Erstellung der letzten Lage durch alle vorher gestickten Lagen gehen, bilden sich Mikrofließkanäle 18 in der 3. Hauptrichtung Z aus, die durch alle Lagen verlaufen.
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Alternativ können auch Stiche ohne Faden (Blindstiche) vorgesehen sein, um die Mikrofließkanäle 18 zu erzeugen.
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Die Mikrofließkanäle 18 werden durch die Einstiche beim Verbinden der einzelnen Rovings 12 erzeugt, wobei die Mikrofließkanäle 18 durch die Stichparameter, wie oben dargelegt, beim Sticken einstellbar sind.
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Über die Einstiche werden die Rovings 12 durchsetzt, wobei die Häufigkeit der Durchsetzung und die Art der Durchsetzung die Mikrofließkanäle 18 beeinflussen.
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Beispielsweise zeigt ein Vergleich der Rovings 12 der ersten Ausführungsform (1a und 1b) sowie der vierten Ausführungsform (4a und 4b), dass die Fließkanäle 14 der vierten Ausführungsform Ecken 16 mit spitzeren Winkeln aufweisen, wodurch sich gegenüber der ersten Ausführungsform andere Tränkungseigenschaften der benachbarten Rovings 12 ergeben. Als Einstellparameter für die Geometrie der Fließkanäle 14 dienen insbesondere die relative Lage der Rovings 12 zueinander sowie die Überlappungslänge verschiedener Lagen der Rovings 12.
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Die in 1 gezeigte Anordnung der Rovings 12 zeigt, dass die Nebenausrichtungen N der direkt übereinander liegenden Rovings 12 sich schneiden, wohingegen dies in der in 2 gezeigten Anordnung der Rovings 12 nicht der Fall ist. Hier schneiden sich die Nebenausrichtungen N der direkt übereinander angeordneten Rovings 12 nicht.
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In 6 ist eine weitere Ausführungsform des Faser-Halbzeugs 10 gezeigt, wobei die einzelnen Rovings 12 kompaktiert sind, beispielsweise durch Verpressen. Hierdurch ergibt sich eine insgesamt vergrößerte Oberfläche der Rovings 12, die mit dem die Matrix bildenden Material in Kontakt treten.
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Durch Bündelung/Verdichtung der Rovings 12, insbesondere beim Strickprozess, wird eine vergrößerte Oberfläche erreicht, wodurch die Mikropermeation schon während der Halbzeugherstellung beeinflusst wird. Hierüber lässt sich eine geänderte Materialaufnahme der Rovings 12 einstellen.
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Generell können über die Einstellung der Fließkanäle 14 und der Mikrofließkanäle 18 die Tränkungseigenschaften des Faser-Halbzeugs 10 eingestellt werden, so dass sich eine Verkürzung der Verarbeitung des Faser-Halbzeugs 10 zum Faserverbundwerkstoff ergibt. Es kann ferner eingestellt werden, dass die einzelnen Rovings 12 gleichmäßig getränkt werden, wodurch sich eine gleichmäßige und somit bessere Werkstoffeigenschaft des Faserverbundwerkstoffs ergibt.
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Bei der relativen Dichte der Rovings 12 kann die relative Dichte des Faser-Halbzeugs 10 in seiner endgültigen Form berücksichtigt werden, die das Faser-Halbzeug 10 aufweist, wenn es im Werkzeug eingebracht wird, in dem die Matrix gebildet wird. Dabei kann sowohl die Form des Werkzeugs als auch die vorgesehene endgültige Form des Faserverbundwerkstoffs dazu führen, dass sich die relative Dichte der Rovings 12 gegenüber der in den 1-5 gezeigte Ausgangslagen ändert.
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Dieser Vorformprozess wird bereits bei der Anordnung der Rovings 12 und der entsprechenden Ausbildung der Fließkanäle 14 berücksichtigt. Alternativ oder ergänzend kann der Vorformprozess durch die Stichparameter berücksichtigt werden.
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Insbesondere können sich dadurch unterschiedliche Bereiche im Faser-Halbzeug 10 mit unterschiedlichen Geometrien der Fließkanäle 14 ergeben.
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Bei der Anordnung der einzelnen Lagen der Rovings 12 können auch die Faserorientierungen der Rovings 12 berücksichtigt werden, um über die Faserorientierung die Tränkungseigenschaften der einzelnen Rovings 12 zu beeinflussen. Diese können dabei analog an die relative Dichte der Rovings 12 angepasst sein, da bei vielen Orientierungswechseln der Faserorientierungen mehr Ecken 16 in den Fließkanälen 14 ausgebildet werden, die zu größeren Verwirbelungen des Materials führen.
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Der im Bauteil lokale Lagenaufbau der Rovings 12 und der damit verbundenen Bahnen 13, d. h. die lastpfadorientiert übereinandergestapelten Lagen können zueinander unterschiedliche Orientierungen (z. B. 0°, +45°, –45°, 90° sowie winkelunabhängig) aufweisen.
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Die 0°-Richtung entspricht üblicherweise der Hauptrichtung des Faser-Halbzeugs 10, die in den gezeigten Ausführungsformen gezeigt ist.
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Über die Orientierung und die lokale Dicke der Lagen kann das Bauteil an die geforderten mechanischen Bauteileigenschaften angepasst werden.
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Insbesondere kann die Permeation bei Materialstärkensprüngen im Faserverbundwerkstoff positiv beeinflusst werden.