纤维增强塑料构件以及用于制造纤维增强塑料构件的方法与流程

本发明涉及一种纤维增强塑料构件以及一种用于制造纤维增强塑料构件的方法。

背景技术：

多年来，纤维增强塑料构件用于不同的技术领域，此外也广泛用于汽车制造。纤维增强塑料构件具有高轻质结构潜力，并且与其它材料(如金属或非增强塑料)相比，通过添加的纤维可以承受高拉力。在此，如果基质材料中的纤维设计为符合负载路径，这以材料的符合负载的结构为前提，那么纤维增强塑料的特定于重量的优势可得到最佳利用。

增强纤维杆用于纤维复合构件技术中，并且与纤维层或纤维织物的不同之处在于，增强纤维杆由多个单向连续纤维形成，也就是说通过纤维成为预定的杆形。作为杆横截面形状，在这里大多使用圆形、四边形或六边形杆，其中，高宽比大于或等于1/10。在更小的高宽比的情况下，涉及的不是成形的纤维杆，而是稀松布类型。

对于纤维杆的使用而言，在骨架结构方式(接下来对其进行注塑加工以用于制造构件)中的使用也是有利的，但是，用于制造这种构件的工具的投资成本相对高。

技术实现要素：

因此，本发明的任务在于，提供纤维增强塑料构件以及用于制造纤维增强塑料构件的方法，对于该纤维增强塑料构件和方法而言，可以在成本更低的情况下利用增强纤维杆的积极效果。

该任务通过根据权利要求1、11和12的特征组合得以解决。

根据本发明，提出了一种纤维增强塑料构件，其包括一个三维的构件塑料体和至少一个增强纤维杆，所述构件塑料体至少确定塑料构件的形状的一部分。构件塑料体在此具有至少一个向至少一侧敞开的自由空间，在所述自由空间中置入所述至少一个增强纤维杆。

尤其是带有塑料基质的碳纤维杆用作增强杆。构件塑料体构成待制造的纤维增强塑料构件最终形状的至少一部分。

作为低成本实施方式已经被证明有利的是，构件塑料体以生成或增材制造方法制成。在此，所述制造直接基于计算机内部数据模型由无定形材料、多数情况下为液体或粉末材料通过化学和/或物理过程进行。在此根据本发明，特别是将选择性激光烧结用于三维形状的产生。用于构件塑料体的合适材料例如为聚酰胺6或聚酰胺12。

在一个实施例中，针对纤维增强塑料构件而规定，所述至少一个自由空间通过池状或槽状的加深部构成。这种加深部特别适合用于置入增强纤维杆。另外，可以根据增强纤维杆的尺寸确定加深部的尺寸，使得增强纤维杆完全或基本上完全填充自由空间。然而备选地也可以的是，该自由空间构成为向两侧敞开。然后，将在自由空间中置入的增强纤维杆例如通过工具保持，直到该增强杆固定在构件塑料体上。在完成的构件中，该增强杆可以从两侧够到。

构件塑料体可单独或者与其它构件一起形成纤维增强塑料构件的外形。根据一个实施变型方案规定，除了构件塑料体之外，纤维增强塑料构件具有至少一个对应体，该对应体设计为用于封闭所述至少一个自由空间的敞开侧。在一种扩展方案中，该对应体至少局部地在所述至少一个自由空间的区域中具有与构件塑料体互补的形状。对应体和构件塑料体共同构成了纤维增强塑料构件。增强纤维杆在由体元件包围的加深部中延伸并加固塑料构件。

同样有利的是一种这样的实施方式，在该实施方式中，增强纤维杆被对应体压入到各自的自由空间中。特别是规定，增强纤维杆与构件塑料体材料锁合地连接。这例如可以通过加热增强纤维杆或构件塑料体根据下面描述的制造方法来实现。

为了通过扩大表面区域来增强纤维增强塑料构件，在构件塑料体中设置多个自由空间，所述多个自由空间沿平行方向延伸。在此，在所述多个自由空间中分别置入一个增强纤维杆。通过相应的构造，尤其可以在预定的负载方向上实现有利的增强。另外可规定，各自由空间和置入的各纤维杆虽然平行延伸，但是在空间上朝向两个另外的方向间隔开地定向。这意味着，塑料构件体内的各增强纤维杆在空间中在两个相互垂直的平面中相互间隔开地延伸。另外，各自由空间的敞开侧可以指向相反的方向。

在一种备选的实施变型方案中，纤维增强塑料构件的特征在于，在构件塑料体中设置多个自由空间，所述多个自由空间构成一个框架结构，并且在所述多个自由空间中分别置入一个增强纤维杆。具有增强纤维杆的框架结构用于多方向加固。

本发明还包括一种用于制造上述纤维增强塑料构件的方法，其中，将所述至少一个增强纤维杆固定在构件塑料体上，其方式为，将构件塑料体的表面在所述至少一个自由空间的区域中加热到构件塑料体的熔化温度范围内，并且将所述至少一个增强纤维杆放置在加热的表面上，使得所述至少一个纤维杆与构件塑料体焊接。

在该方法的一个备选实施变型方案中，将所述至少一个增强纤维杆固定在构件塑料体上，其方式为，将所述至少一个增强纤维杆加热到构件塑料体的熔化温度，并且将加热的所述至少一个增强纤维杆置入到构件塑料体的所述至少一个自由空间中，使得所述至少一个增强纤维杆与构件塑料体焊接。

利用这两种方法，可以实现构件塑料体自由空间中增强纤维杆之间的材料锁合连接。表面或增强纤维杆的加热例如可以通过激光、红外辐射或热空气供应来实现。

在该方法的一种扩展方案中，至少增强纤维杆的置入过程是自动化的，优选地通过如下方式，即，增强纤维杆由机器人引导地置入自由空间中并固定在其中。上述对应体(例如作为一种盖子)的压入和/或施加可以由机器人辅助完成。由此使得生产时间显著缩短。

附图说明

本发明其它有利的扩展方案在从属权利要求中表征，或者接下来结合借助附图对本发明实施方式的说明来更详细地描述。其中：

图1示出用于纤维增强塑料构件的具有增强纤维杆的构件塑料体的透视图。

具体实施方式

图1示出了纤维增强塑料构件的三维的构件塑料体1的透视图。因此，构件塑料体1形成塑料构件的形状的一部分。

构件塑料体1以3D打印方法制成并且具有多个平行延伸的并且构造为池状加深部3的自由空间。池状加深部3分别向一侧敞开，其中，敞开侧在宽度方向上交替地指向第一轴向方向和第二轴向方向。不仅加深部2、而且置入其中的增强纤维杆4均在纵向方向上平行延伸，但在宽度方向和轴向方向上空间交替地在空间上间隔开。

构件塑料体1具有多个结构元件2，这些结构元件将加深部3连接并且自身也构成构件塑料体1的重要部分。加深部3由制造方法决定地一体构成在构件塑料体1上。在每个加深部3中置入一个增强纤维杆4。将增强纤维杆4混以塑料基质。增强纤维杆基本上具有加深部3的横截面形状并在空间上填充加深部，直到距相应敞开侧具有小于加深部横截面的10％的小的边缘距离。这也意味着，增强纤维杆4在加深部3的整个长度上延伸。通过上述方法之一，将增强杆4材料锁合地固定在加深部3中。在图1中未示出对应体，但是对应体可以很容易地被补充，以便与构件塑料体1共同构成纤维增强塑料构件。也可以在两个轴向侧设置对应体，并且通过这些对应体封闭加深部3。

本发明在其实施方式中不限于上述给出的优选实施例。相反可以考虑一定数量的变型方案，所述变型方案即使在基本上不同类型的实施方式中也利用所示解决方案。例如，增强纤维杆不必笔直地延伸，而是可以相应于构件塑料体中弯曲的自由空间构造而延伸。