AT519620B1

AT519620B1 - Schaumstoffplatte

Info

Publication number: AT519620B1
Application number: ATA50122/2017A
Authority: AT
Inventors: Manfred Nagl Msc
Original assignee: Hilitech Gmbh
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2018-11-15
Also published as: AT519620A1; WO2018148771A1

Abstract

Verbundplatte (100, 200, 300, 400), umfassend zumindest ein Kernelement (130, 230, 240, 330, 340, 430) und zumindest zwei das Kernelement (130, 230, 240, 330, 340, 430) umgebende, ein Laminat (110, 210, 310, 410) bildende Schichten aus einem Faserverbund in einer Harzmatrix, wobei ein oder mehrere durch das zumindest eine Kernelement (130, 230, 240, 330, 340, 430) und das Laminat (110, 210, 310, 410) gebildete Zwischenräume, insbesondere in den Kantenbereichen der Verbundplatte (100, 200, 300, 400), zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, mit einem Schaummaterial (120) gefüllt sind.

Description

Beschreibung

SCHAUMSTOFFPLATTE

[0001] Die Erfindung betrifft eine Verbundplatte, umfassend zumindest ein Kernelement und zumindest zwei das Kernelement umgebende, ein Laminat bildende Schichten aus einem Faserverbund in einer Harzmatrix.

[0002] Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbundplatte.

[0003] Für Einrichtungen im Luftfahrtbereich, insbesondere Aufbewahrungsmöbel, spielt das Eigengewicht sowie die Statik einer solchen Einrichtung bzw. eines solchen Möbelstücks eine wichtige Rolle. Aus diesem Grund werden hauptsächlich Verbundplatten in Leichtbauweise eingesetzt, wobei diese einzelnen Verbundplatten in einem späteren Prozess miteinander zu der Flugzeugeinrichtung bzw. dem Möbel verklebt werden.

[0004] Hierbei werden luftfahrtzertifizierte Komponenten wie beispielsweise Wabenkernplatten mit einer oberen und unteren Deckschicht als Kernelement zugeschnitten und mit zumindest einer auf das Kernelement aufgepressten Prepreglage versehen, wobei vorher die jeweiligen Kanten der eingesetzten Wabenkernplatte ausgefräst und mit einer Kantenfüllmasse, auch Pottingfüllmasse genannt, gefüllt werden, um saubere sowie stabile Kantenabschlüsse zu generieren.

[0005] Danach wird eine gewünschte Oberflächenbehandlung dieser Verbundplatte, beispielsweise Furnieren und/oder Lackieren, durchgeführt.

[0006] Ein Nachteil der Herstellung solcher Flugzeugeinrichtungen mit den oben beschriebenen Verbundplatten ist unter anderem die verwendete Kantenfüllmasse bzw. Pottingfüllmasse.

[0007] Diese muss von Hand in die zuvor ausgefrästen Kanten der Wabenkernplatte eingesetzt werden, wobei nach der Trocknung bzw. Aushärtung der Pottingfüllmasse ein Abtragen des auftretenden Überschusses notwendig ist, um saubere Kantenabschlüsse der Platte zu erzeugen. Dies verlängert die Produktionszeit erheblich.

[0008] Ebenso wirkt sich das hohe Gewicht der Kantenfüllmasse nachteilig auf die herzustellende Flugzeugeinrichtung, beispielsweise Aufbewahrungsmöbel, aus, da wie zuvor erwähnt ein möglichst geringes Gewicht der in der Luftfahrt eingesetzten Einrichtungen angestrebt wird. [0009] Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Verbundplatte bereitzustellen.

[0010] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein oder mehrere durch das zumindest eine Kernelement und das Laminat gebildete Zwischenräume, insbesondere in den Kantenbereichen der Verbundplatte, zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, mit einem Schaummaterial gefüllt sind.

[0011] Anders ausgedrückt, werden die Zwischenräume von den Außenflächen des Kernelements und den Innenflächen des Laminats gebildet, wobei als Außenfläche eines Kernelements im weitesten Sinne eine solche Fläche bezeichnet wird, die eine deutliche Abgrenzung zwischen dem Kernelement selbst und seiner Umgebung bestimmt.

[0012] Weiters zählen beispielsweise die durch die einzelnen, innerhalb des Wabenkerns angeordneten Waben gebildeten Hohlräume nicht zu zuvor beschriebenen Zwischenräumen.

[0013] Bei dem Schaummaterial handelt es sich üblicherweise um einen zuerst flüssigen Schaum, der die Aufgabe hat, den Zwischenraum zwischen dem zumindest einen Kernelement und der Außengeometrie bzw. dem Laminat zu füllen. Dadurch muss beispielsweise eine als Kernelement ausgebildete Wabenkernplatte nicht, wie bei Verwendung einer Pottingfüllmasse sonst üblich, aufwändig gefräst werden, sondern kann lediglich grob mit der Hand zugeschnitten werden.

[0014] In der Regel wird das einzulegende Kernelement bzw. die einzulegenden Kernelemente - oder sonstige Einlegeteile - auf den meist flächig ausgedehnten Ober- und Unterseiten mit dem Laminat beklebt, sodass vorwiegend die Kantenbereiche der herzustellenden Verbundplatte einen Zwischenraum aufweisen, der mit dem Schaummaterial gefüllt wird, um eine Stabilität dieser Bereiche zu erzeugen.

[0015] Vorteilhafterweise weist das zumindest eine Kernelement ein geringeres spezifisches Gewicht als das Schaummaterial auf.

[0016] Es kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine Kernelement eine Wabenkernplatte, ein Wabenkern ohne Deckschichten oder ein Schaumkern ist.

[0017] Die Struktur der Wabenkernplatte bzw. des Wabenkerns erlaubt es, dass etwaige Scheroder ähnliche Kräfte gut aufgenommen werden können, sodass eine Wabenkernplatte bzw. ein Wabenkern trotz ihres/seines geringen Gewichts eine hohe Festigkeit aufweist.

[0018] Für flächige Bauteile werden üblicherweise Wabenkernplatten mit hexagonalen Wabenkernen bzw. hexagonale Wabenkerne ohne Deckschicht verwendet, wobei die Wandstärke sowie der Harzgehalt von entscheidender Bedeutung für die Steifigkeit bzw. Festigkeit einer solchen Wabenkernplatte bzw. eines Wabenkerns sind.

[0019] Die Verwendung eines Schaumkerns als Kernelement bietet unter anderem den Vorteil, dass die Oberflächenbeschaffenheit eines auf den Schaumkern geklebten Faserverbundes in Harzmatrix geeigneter für eine weitere Oberflächenbehandlung ist, beispielsweise Furnieren oder Lackieren.

[0020] Weiters ist es günstig, wenn die Verbundplatte zwei oder mehr Kernelemente umfasst.

[0021] Falls diese zwei oder mehreren Kernelemente innerhalb der Verbundplatte beabstandet zueinander angeordnet sind, sodass zumindest ein weiterer Zwischenraum entsteht, so kann vorgesehen sein, dass dieser zumindest eine Zwischenraum ebenfalls zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, mit dem Schaummaterial gefüllt ist.

[0022] Es kann auch vorgesehen sein, dass die zwei oder mehreren Kernelemente innerhalb der Verbundplatte beabstandet zueinander angeordnet sind, sodass zumindest ein weiterer Zwischenraum gebildet wird, wobei dieser zumindest eine weitere Zwischenraum nicht mit dem Schaummaterial gefüllt ist.

[0023] Es kann vorgesehen sein, dass die zwei oder mehr Kernelemente unabhängig voneinander aus der Gruppe, bestehend aus Wabenkernplatte, Wabenkern ohne Deckschichten und Schaumkern, ausgewählt sind.

[0024] Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Schaumkern eine Dichte von 30 bis 150 kg/m3, vorzugsweise 48 oder 50 kg/m3, aufweist.

[0025] Dabei ist es von Vorteil, wenn der Faserverbund mit einer Harzmatrix vorimprägniert ist.

[0026] Vorteilhaft ist es, wenn der Faserverbund eine Harzmatrix auf Epoxid-, Phenol- oder Cyanat Ester-Basis aufweist.

[0027] Es kann vorgesehen sein, dass der Faserverbund eine Harzmatrix aus der Gruppe der Polyadditions-, Polykondensations- oder Polymerisationsreaktionsharze aufweist, vorzugsweise eine Harzmatrix mit Polyadditionsreaktion als Aushärtereaktion, insbesondere Epoxidharz.

[0028] Es ist weiters vorteilhaft, wenn der Faserverbund aus Carbonfaser und/oder Glasfaser ist.

[0029] Der Faserverbund kann jedoch auch aus Glasfaser, Aramidfaser, Basaltfaser oder Mischungen daraus gebildet sein.

[0030] Es ist zweckmäßig, wenn der Faserverbund einen Harzgehalt von 35 bis 55 Prozent, vorzugsweise 45 Prozent, aufweist.

[0031] Die oben genannten Prozentangaben beziehen sich im Allgemeinen auf die Herstellerangaben der jeweiligen Produkte, die üblicherweise eine Toleranzangabe im Bereich von ± 3

Prozent beinhalten.

[0032] Der angegebene Harzgehalt bezieht sich hierbei auf das Flächengewicht des trockenen Faserverbundes - also eines Faserverbundes ohne einer Harzmatrix.

[0033] Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn der verwendete Faserverbund eine Klebrigkeit von 0 bis 2 Tack, vorzugsweise 1 oder 2 Tack, insbesondere 2 Tack, aufweisen.

[0034] Bei einer vorteilhaften Variante kann der Faserverbund ein Flächengewicht zwischen 75 bis 680 g/m2, vorzugsweise ein Flächengewicht zwischen 180 und 210 g/m2, aufweist.

[0035] Es ist zweckmäßig, wenn die Laminat bildenden Schichten eine Köperbindung von 2x2 Twill und/oder eine 4H- bis 8H Satin Atlasbindung aufweisen.

[0036] Bei einer weiteren vorteilhaften Variante können die einem Beobachter von außen optisch zugänglichen Flächen der Verbundplatte eine 4H- bis 8H Satin Atlasbindung aufweisen.

[0037] Eine über eine 8H Satin Bindung hinausgehende Atlasbindung ist erfahrungsgemäß aufwändig herzustellen und in der Regel mit hohen Kosten verbunden.

[0038] Es kann vorgesehen sein, dass das Schaummaterial eine Dichte von 150 bis 600 kg/m3, vorzugsweise 270 kg/m3, aufweist.

[0039] Es ist günstig, wenn das Schaummaterial ein 2-Komponentenschaum auf Epoxidbasis ist.

[0040] Es kann auch günstig sein, wenn das Schaummaterial ein 2-Kompontentenschaum auf PU- Basis ist.

[0041] Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Verbundplatte zumindest ein weiteres Einlegeteil, beispielsweise einen Aluminiumblock und/oder ein vorgefertigtes Faserverbundteil, umfasst.

[0042] Bevorzugt ist vorgesehen, dass das zumindest eine Kernelement von dem Schaummaterial nicht ausgefüllt ist.

[0043] Wie bereits in der Einleitung erwähnt betrifft die Erfindung überdies ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundplatte, wobei das Verfahren folgende Schritte in chronologischer Abfolge umfasst: [0044] a) Bereitstellen einer ersten und einer zweiten Bauteilschale aus einem Faserverbund in einer Harzmatrix, wobei hierzu jeweils zumindest zwei Schichten aus dem Faserverbund in Harzmatrix in ein vorgefertigtes Werkzeug eingelegt werden, [0045] b) Vakuumieren des Werkzeugs mit den Bauteilschalen und Aushärten der Bauteilschalen in einem Autoklaven, [0046] c) Herausnehmen der ausgehärteten Bauteilschalen mit dem Werkzeug aus dem Autoklaven, wobei vorzugsweise die Bauteilschalen im Werkzeug verbleiben, [0047] d) Aufbringen eines Klebemittels auf die Innenflächen der ersten Bauteilschale, [0048] e) Einlegen zumindest eines formatierten bzw. zugeschnittenen Kernelements, beispielsweise Wabenkernplatte, Wabenkern ohne Deckschichten und/oder Schaumkern, in die erste Bauteilschale, [0049] f) Aufbringen eines Klebemittels auf zumindest eine Seite der zweiten Bauteilschale [0050] g) Eingießen des flüssigen Schaummaterials in die erste Bauteilschale, sodass das Schaummaterial den Zwischenraum zwischen der ersten Bauteilschale und dem zumindest einem Kernelement ausfüllt, [0051] h) Zusammenfügen der ersten und der zweiten Bauteilschale, und [0052] i) Aushärten lassen der zusammengefügten Bauteilschalen.

[0053] Es ist bevorzugt, dass die Bauteilschalen zusammengefügt werden, bevor das flüssige

Schaummaterial aufschäumt und aushärtet. Deshalb muss das Klebemittel auf zumindest eine Seite der zweiten Bauteilschale aufgebracht werden, bevor das flüssige Schaummaterial in die erste Bauteilschale eingegossen wird, da die Zeitspanne zum Aufschäumen und Aushärten des Schaummaterials in der Regel zu kurz ist, um rechtzeitig das Klebemittel auf die zweite Bauteilschale aufzubringen und die erste und die zweite Bauteilschale zusammenzufügen.

[0054] Alternativ kann in Schritt a) jeweils eine erste Schicht aus dem Faserverbund in ein vorgefertigtes Werkzeug eingelegt wird, mit anschließendem Vakuumieren der jeweiligen ersten Schichten zum Einpassen an die Werkzeugform, wobei danach je Bauteilschale zumindest eine weitere Schicht aus dem Faserverbund in das Werkzeug eingelegt wird.

[0055] Ebenso kann auch vorgesehen sein, dass vor Schritt b) ein Silikonteil in das Werkzeug der ersten Bauteilschale eingelegt wird, welches sich bei genügend hoher Temperatur ausdehnt.

[0056] Es kann günstig sein, wenn in der ersten und/oder der zweiten Bauteilschale zumindest eine Entlüftungsöffnung angeordnet ist, um einen Überschuss des sich beim Aushärten ausdehnende Schaummaterials austreten zu lassen und anschließend abzutragen.

[0057] Es kann vorgesehen sein, dass nach Schritt e) zumindest ein Einlegeteil in das Werkzeug eingelegt wird.

[0058] Es ist zweckmäßig, wenn das Klebemittel ein 1- oder 2-Komponentenkleber aus der Gruppe der chemisch härtenden Klebstoffe ist, beispielsweise Epoxidharz-, Polyurethan-, Cyanacrylat-, Methylmethacrylat- oder Phenol-Formaldehyharz-Klebstoffe.

[0059] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen verschiedener Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verbundplatte näher erläutert. Hierbei zeigen [0060] Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Verbundplatte mit einem Wabenkern als Kernelement, [0061] Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften Verbundplatte mit einem Wabenkern und einem Schaumkern, [0062] Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels einer Verbundplatte mit einer Wabenkern, einem Schaumkern und einem Aluminiumblock, [0063] Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer weiteren, alternativen Verbundplatte mit einem von zwei Wabenkernplatten eingeschlossenen Aluminiumblock, [0064] Fig. 5 eine skizzenhafte Darstellung einer ersten und einer zweiten Bauteilschale, und [0065] Fig. 6 eine skizzenhafte Darstellung der in ein Werkzeug eingelegte ersten Bauteilschale aus Fig. 5 mit einem darin angeordneten Silikonteil.

[0066] In Fig. 1 ist ein Querschnitt einer erfindungsgemäßen Verbundplatte 100 mit einem Wabenkern 130 als Kernelement dargestellt. Hierbei ist der Wabenkern 130 mit einem Laminat 110 aus zwei Schichten Prepreg ummantelt, wobei die durch das Kernelement 130 und das Laminat 110 gebildeten Zwischenräume, insbesondere in den Kantenbereichen der Verbundplatte 100, mit einem Schaummaterial 120 ausgefüllt sind.

[0067] Als Laminat wird ein Werkstoff oder Produkt bezeichnet, das aus zwei oder mehreren flächig miteinander verklebten Schichten besteht - d.h. flächig übereinanderliegende Schichten. Dabei kann eine einzelne Schicht aus einer oder mehreren Lagen Prepregs gebildet sein, wobei die sich bei Verwendung von mehreren Lagen treffenden Enden der einzelnen Lagen auf Stoß und/oder überlappend verbunden sind und eine Schicht bilden, und wobei die Bereiche der auf Stoß und/oder überlappend verbundenen Enden der jeweiligen Lagen von nächst benachbarten Schichten versetzt zueinander angeordnet sind.

[0068] Als Kantenbereiche werden die Bereiche bezeichnet, die im Allgemeinen die flächige oder die zumindest teilweise gekrümmte Ausdehnung der Verbundplatten begrenzen und somit die Randbereiche bzw. die äußeren Bereiche der Verbundplatten bilden.

[0069] Im Rahmen der Erfindung ist man allerdings nicht auf Prepregs im Speziellen eingeschränkt, sondern kann prinzipiell mehrere Arten eines Faserverbundes in Harzmatrix verwenden.

[0070] Hierzu zählen beispielsweise auch Faserverbunde in Harzmatrix, die mittels Infusionstechnologie mit Harz getränkt werden.

[0071] Die sich in ihrer Polymerstruktur unterscheidenden Harze, die als Harzmatrix Verwendung finden können, sind Duroplasten oder Thermoplasten, wobei vorzugsweise Durplasten bzw. Duromere eingesetzt werden, da diese nach ihrer Aushärtung durch Erwärmung oder andere Maßnahmen nicht mehr verformt werden können.

[0072] Allgemein können Kunstharze auch aufgrund ihrer chemischen Aushärtereaktionen unterschieden werden, dazu zählen Polyadditions-, Polykondensations- und Polymerisationsreaktionen, wobei vorwiegend Harze mit Polyadditionsreaktionen als Aushärtereaktionen, vorzugsweise Epoxidharze, verwendet werden.

[0073] Die eingesetzten Prepregs sind ein Faserverbund in Harzmatrix mit einem Endlosfasergewebe, das mit einer duroplastischen Kunststoffmatrix, vorzugsweise Epoxidharz, vorimprägniert ist.

[0074] In weiterer Folge sind die Parameter, obwohl speziell für die Ausführungsform mit Prepregs angegeben, allgemein für den jeweiligen eingesetzten Faserverbund in Harzmatrix gültig.

[0075] Hierbei können die Prepregs einen Harzgehalt von 37 bis 45 Prozent, vorzugsweise 45 Prozent, aufweisen, wobei der Harzgehalt bei Verwendung von Faserverbunden in Harzmatrix mittels Infusionstechnologie bis zu 55 Prozent aufweisen kann.

[0076] Ein weiterer Parameter von Prepregs ist die sogenannte Klebrigkeit, die üblicherweise in Tack angegeben wird. Dieser Parameter ist unter anderem wichtig für das Einlegen der Pre-preglagen in ein vorgeformtes Werkzeug. Die Prepregs können eine Klebrigkeit von 0 bis 2 Tack, vorzugsweise 1 bis 2 Tack, insbesondere 2 Tack, aufweisen, wobei sich eine Fertigung von Prepregs bereits mit Tack 1 häufig als schwierig gestaltet, wird eine Klebrigkeit von 2 Tack bevorzugt.

[0077] Als Fasertypen bzw. Faserart werden üblicherweise Glasfasern, Basaltfaser, Kohlenstofffaser oder Aramidfasern verwendet. Glasfasern und/oder Kohlenstoff- bzw. Carbonfasern werden bevorzugt eingesetzt, wobei Prepregs mit einem Glasfasertyp eine bessere Verarbeitungsmöglichkeit sowie Oberflächenqualität bieten.

[0078] Die Prepregs können ferner ein Flächengewicht von 75 bis 680 g/m2 aufweisen, wobei vorzugsweise Prepregs mit einem Flächengewicht von 180 bis 210 g/m2 verwendet werden, um das Laminat 110 zu bilden.

[0079] Weiters ist die Bindung bzw. Webung der Prepregs entscheidend für die Elastizität und Festigkeit der einzelnen Prepregs, wobei die Lage bzw. die Verdrehung der Prepreglagen bzw. Schichten des Laminats 110 zueinander ausschlaggebend ist, um eine lastgerechte Faserorientierung zu erzielen.

[0080] Als mögliche Bindungsarten können Prepregs mit Köperbindung sowie mit Atlasbindung als auch mit unidirektionalem Gewebe Verwendung finden. Bei Prepregs mit Köperbindung sind solche mit 2x2 Twill Webung bevorzugt, da die Eigenschaften in Längs- sowie in Querrichtung nahezu gleich sind. Aufeinanderfolgende Schichten mit einem solchen symmetrischen Gewebe sind in der Regel nur in eine Richtung eingelegt und nicht verdreht zueinander angeordnet.

[0081] Im Falle einer Atlasbindung bzw. Satinbindung werden bevorzugt Prepregs mit einer 4H-und/oder 8H-Bindung eingesetzt, wobei aufeinanderfolgende Schichten mit einem solchen asymmetrischen Gewebe verdreht zueinander in dem Laminat 110 angeordnet sind.

[0082] Weiters können die für einen äußeren Beobachter sichtbaren Flächen der Korpusteile bzw. des Möbels Prepregschichten aufweisen, die in einer Atlasbindung vorliegen, vorzugsweise in einer 4H- und/oder 8H-Bindung, da diese für eine weitere Oberflächenbehandlung besonders geeignet sind.

[0083] Die oben beschriebenen, möglichen Parameter in Bezug auf das Laminat 110 und die Laminat bildenden Schichten sind ebenso für die Verbundplatten 200, 300 und 400 der Beispiele aus den Fig. 2, 3 und 4 sowie für nicht gezeigte erfindungsgemäße Verbundplatten gültig.

[0084] In den Zwischenräumen, die durch das zumindest eine Kernelement und dem Laminat 110, 210, 310, 410 gebildet werden, wird als Schaummaterial 120 bevorzugt ein 2- Komponentenschaum auf Epoxidbasis verwendet, jedoch können je nach Art der Ausführung der Verbundplatte 100, 200, 300, 400 andere Schaummaterialien 120 eingesetzt werden, wie beispielsweise PUR-, PMI- oder PESU-Schaum, wobei das Schaummaterial 120 eine Dichte von 150 bis 600 kg/m3, vorzugsweise 270 kg/m3, aufweisen kann.

[0085] Generell sorgt das Schaummaterial 120 für stabile Kantenbereiche der jeweiligen Verbundplatten 100, 200, 300, 400 bei gleichzeitig niedrigem Gewicht bzw. spezifischen Gewicht im Vergleich zu einer üblicherweise verwendeten Pottingfüllmasse, insbesondere bei Verwendung einer Wabenkernplatte bzw. eines Wabenkerns 130, 230, 330, 430 als Kernelement.

[0086] Weiters können zusätzliche Einlegeteile innerhalb der Verbundplatte angeordnet werden, um eine mögliche, zusätzliche Stabilität zu erzeugen. Als Einlegeteile können beispielsweise vorgefertigte Faserverbundteile und/oder Aluminiumblöcke 350, 450 eingesetzt werden, wobei letzteres als stabile und feste Befestigungsmöglichkeit für weitere Verbundplatten oder andere Bauteile fungieren kann, beispielsweise durch Anschrauben von Verbundplatten oder anderen Bauteilen.

[0087] Ferner kann auch mehr als ein Kernelement innerhalb einer Verbundplatte 200, 300, 400 angeordnet sein, wobei sich die zwei oder mehr Kernelemente im Sinne ihrer Festigkeit und/oder spezifischen Gewichts unterscheiden können. So kann, wie in Fig. 2 dargestellt, ein Wabenkern 230 neben einem Schaumkern 240 innerhalb der Verbundplatte 200 angeordnet sein, wobei auch ein Schaumkern alleine als einziges Kernelement fungieren kann.

[0088] Hierbei kann der Schaumkern eine Dichte von 30 bis 150 kg/m3, vorzugsweise 48 oder 50 kg/m3, aufweisen.

[0089] Je nach Schaumart können die Schaumkerne 240, 340 bis zu gewissen Temperaturen eingesetzt werden, wobei eine Temperaturbeständigkeit von bis zu 150°C für eine Herstellung der Verbundplatte 100, 200, 300, 400 beispielsweise in einer Autoklave vorgesehen sein kann.

[0090] Weiters ist bei der Fertigung der Verbundplatte 100, 200, 300, 400 eine Druckbeständigkeit des Schaumkerns von 4 bar günstig, wobei die Druckbeständigkeit meistens direkt mit der Temperaturbeständigkeit zusammenhängt.

[0091] Allgemein lässt sich sagen, dass die verwendeten Kernelemente aus voneinander verschiedenen Materialien, hinsichtlich ihrer Festigkeit und/oder ihres spezifischen Gewichts, sein können.

[0092] Weiters kann die Anordnung der jeweiligen Kernelemente selbstverständlich variieren, wie Fig. 3 und 4 zeigen.

[0093] In Fig. 3 ist ein Wabenkern 330 neben einem Schaumkern 340, sowie ein Aluminiumblock 350 als Einlegeteil über den beiden Kernelementen 330, 340 angeordnet, wobei der Aluminiumblock 350 die gleiche flächige Ausdehnung aufweist wie die Flächenausdehnung der beiden benachbarten Kernelementen 330, 340 zusammen.

[0094] Ferner kann ein Aluminiumblock 450 zwischen zwei Wabenkernplatten 430 innerhalb der Verbundplatte 400 angeordnet sein.

[0095] Es sei darauf hingewiesen, dass die in den Fig. 1, 2, 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele der Anordnung der Kernelementen und Einlegeteile keine erschöpfenden Anordnungsmöglichkeiten darstellen.

[0096] Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundplatte 100, 200, 300, 400 werden zuerst eine erste und eine zweite Bauteilschale 500, 510, wie in Fig. 5 skizziert, hergestellt. Hierzu wird jeweils eine erste Schicht aus dem Faserverbund, vorzugsweise Prepreg, in ein vorgefertigtes Werkzeug 650 eingelegt. Anschließend werden diese ersten Schichten mit beispielsweise 0,95 bar Unterdrück vakuumiert, sodass die jeweiligen ersten Schichten möglichst genau in die Werkzeugform 650 eingepasst werden.

[0097] Es sei darauf hingewiesen, dass die möglichen Formen der Bauteilschalen 500, 510 nicht durch die in den Figuren oder in der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen limitiert sind.

[0098] Danach können je nach statischen Anforderungen weitere Schichten bzw. Lagen, jedoch zumindest eine weitere Schicht, in das Werkzeug 650 eingelegt werden.

[0099] Anschließend werden die aus den jeweiligen Schichten geformten Bauteilschalen 500, 510 mit dem Werkzeug vakuumiert und in einem Autoklaven bei 4 bar Überdruck und ungefähr 130°C erhitzt und ausgehärtet.

[00100] Um ein mögliches Überlaufen des später einzufüllenden Schaummaterials 120 zu verhindern und das Verkleben der beiden Schalen zu erleichtern, können Falzbereiche 610 an der ersten Bauteilschale 500 ausgeformt werden, wobei hierzu ein Silikonteil 620 zusätzlich in das Werkzeug 650 eingelegt werden kann.

[00101] Fig. 6 zeigt einen skizzenhaften Aufbau eines Werkzeugs 650 und darin eingelegten Schichten aus dem Faserverbund, die die erste Bauteilschale 500 bilden. Das Silikonteil 620 ist in das Werkzeug 650 eingelegt und dehnt sich bei höheren Temperaturen, die beispielsweise in einem Autoklaven erreicht werden, aus, um so einen notwendigen Gegendruck für die Falzbereiche 610 während des Aushärtens zu erzeugen.

[00102] Nach dem Aushärten werden die Bauteilschalen 500, 510 mit dem Werkzeug 650 aus dem Autoklaven herausgenommen, wobei darauf zu achten ist, dass die Bauteilschalen 500, 510 in dem Werkzeug 650 verbleiben.

[00103] Um nun ein Kernelement 130, 230, 240, 330, 340, 430 in die erste Bauteilschale 500 einzubringen, wird ein Klebemittel auf dem Innenbereich bzw. den Innenseiten der ersten Bauteilschale 500 aufgebracht und das gewünschte Kernelement bzw. die gewünschten Kernelemente 130, 230, 240, 330, 340, 430, beispielsweise Wabenkernplatte, Wabenkern ohne Deckschichten und/oder Schaumkern, auf dem aufgebrachten Klebemittel angeordnet.

[00104] Als Klebemittel werden chemisch härtende Klebstoffe - oft auch Reaktionsklebstoffe genannt - verwendet. Die Unterscheidung nach Art der chemischen Reaktion bei der entsprechenden Aushärtung beschränkt sich wie bei der Harzmatrix auf Polymerisation, Polykondensation und/oder Polyaddition.

[00105] Ferner kann das Klebemittel als 1- oder 2-Komponentenkleber ausgebildet sein, der aus der Gruppe der Epoxidharz-Klebstoffe, Polyurethan-Klebstoffe, Cyanacrylat-Klebstoffe, Methylmethacrylat-Klebstoffe oder Phenol-Formaldehyharz-Klebstoffe ist.

[00106] Weiters können zusätzliche Einlegeteile 450, wie beispielsweise Aluminiumblöcke oder anderer vorgefertigte Faserverbundteile, in das Werkzeug eingelegt werden.

[00107] Danach wird das Klebemittel auf einer Seite der zweiten Bauteilschale 510 aufgebracht.

[00108] Anschließend werden die verbleibenden Zwischenräume, die nicht von dem Kernelement bzw. Kernelementen 130, 230, 240, 330, 340, 430 eingenommen werden, mit einem flüssigen Schaummaterial 120 ausgefüllt. Diese Zwischenräume sind in der Regel an den Kantenbereichen der ersten Bauteilschale 500 bzw. der herzustellenden Verbundplatte 100, 200, 300, 400 vorzufinden.

[00109] Danach wird die zweite Bauteilschale mit der ersten Bauteilschale 500 zusammengefügt, wobei zum Fertigstellen der Verbundplatte 100, 200, 300, 400, die zusammengefügten

Bauteilschalen 500, 510 vorzugsweise in einer Presse oder mit Hilfe von Pressplatten und Schraubzwingen ausgehärtet werden.

[00110] Um einen Überschuss des sich beim Aushärten ausdehnenden Schaummaterials 120 austreten zu lassen und anschließend abzutragen, kann in der ersten und/oder in der zweiten Bauteilschale 500, 510 zumindest eine Entlüftungsöffnung angeordnet sein.

BEZUGSZEICHENLISTE 100, 200, 300, 400... Verbundplatte 110.210.310.410.. . Laminat 120.. . Schaummaterial 130, 230, 330, 430... Wabenkern 240, 340... Schaumkern 350, 450... Einlegeteil bzw. Aluminiumblock 500.. . erste Bauteilschale 510.. . zweite Bauteilschale 610.. . Falzbereich 620.. . Silikonteil 650.. . Werkzeug

Claims

Patentansprüche

1. Verbundplatte (100, 200, 300, 400), umfassend zumindest ein Kernelement (130, 230, 240, 330, 340, 430) und zumindest zwei das Kernelement (130, 230, 240, 330, 340, 430) umgebende, ein Laminat (110, 210, 310, 410) bildende Schichten aus einem Faserverbund in einer Harzmatrix, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere durch das zumindest eine Kernelement (130, 230, 240, 330, 340, 430) und das Laminat (110, 210, 310, 410) gebildete Zwischenräume, wobei die Zwischenräume von Außenflächen des zumindest einen Kernelements (130, 230, 240, 330, 340, 430) und Innenflächen des Laminats (110, 210, 310, 410) gebildet sind, insbesondere in den Kantenbereichen der Verbundplatte (100, 200, 300, 400), zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, mit einem Schaummaterial (120) gefüllt sind.
2. Verbundplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminat (110, 210, 310, 410) aus zumindest einer ersten und einer zweiten Bauteilschale (500, 510) gebildet ist.
3. Verbundplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kernelement (130, 230, 240, 330, 340, 430) ein geringeres spezifisches Gewicht als das Schaummaterial (120) aufweist.
4. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kernelement (130, 230, 240, 330, 340, 430) eine Wabenkernplatte, ein Wabenkern ohne Deckschichten (130, 230, 330, 430) oder ein Schaumkern (240, 340) ist.
5. Verbundplatte nach einem der Ansprüche Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundplatte zwei oder mehr Kernelemente (130, 230, 240, 330, 340, 430) umfasst.
6. Verbundplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei oder mehreren Kernelemente (130, 230, 240, 330, 340, 430) innerhalb der Verbundplatte (100, 200, 300, 400) beabstandet zueinander angeordnet sind, sodass zumindest ein weiterer Zwischenraum gebildet wird, wobei dieser zumindest eine weitere Zwischenraum zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, mit dem Schaummaterial (120) gefüllt ist.
7. Verbundplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei oder mehreren Kernelemente (130, 230, 240, 330, 340, 430) innerhalb der Verbundplatte (100, 200, 300, 400) beabstandet zueinander angeordnet sind, sodass zumindest ein weiterer Zwischenraum gebildet wird, wobei dieser zumindest eine weitere Zwischenraum nicht mit dem Schaummaterial (120) gefüllt ist.
8. Verbundplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei oder mehr Kernelemente (130, 230, 240, 330, 340, 430) unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wabenkernplatte, Wabenkern ohne Deckschichten und Schaumkern.
9. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumkern (240, 340) eine Dichte von 30 bis 150 kg/m3, vorzugsweise 48 oder 50 kg/m3, aufweist.
10. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbund mit einer Harzmatrix vorimprägniert ist.
11. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbund eine Harzmatrix auf Epoxid-, Phenol- oder Cyanat Ester-Basis aufweist.
12. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbund eine Harzmatrix aus der Gruppe der Polyadditions-, Polykondensations- o-der Polymerisationsreaktionsharze aufweist, vorzugsweise eine Harzmatrix mit Polyadditionsreaktion als Aushärtereaktion, insbesondere Epoxidharz.
13. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbund aus Carbonfaser und/oder Glasfaser ist.
14. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbund einen Harzgehalt von 35 bis 55 Prozent, vorzugsweise 45 Prozent, aufweist.
15. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Faserverbund eine Klebrigkeit von 0 bis 2 Tack, vorzugsweise 1 oder 2 Tack, insbesondere 2 Tack, aufweist.
16. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbund ein Flächengewicht zwischen 75 bis 680 g/m2, vorzugsweise ein Flächengewicht zwischen 180 bis 210 g/m2, aufweist.
17. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminat (110, 210, 310, 410) bildenden Schichten eine Köperbindung von 2x2 Twill und/oder eine 4H- bis 8H Satin Atlasbindung aufweisen.
18. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die einem Beobachter von außen optisch zugänglichen Flächen der Verbundplatte (100, 200, 300, 400) eine 4H- bis 8H Satin Atlasbindung aufweisen.
19. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial (120) eine Dichte von 150 bis 600 kg/m3, vorzugsweise 270 kg/m3, aufweist.
20. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial (120) ein 2-Komponentenschaum auf Epoxidbasis ist.
21. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial (120) ein 2-Kompontentenschaum auf PU-Basis ist.
22. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundplatte (300, 400) zumindest ein weiteres Einlegeteil (350, 450), beispielsweise einen Aluminiumblock und/oder ein vorgefertigtes Faserverbundteil, umfasst.
23. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kernelement (130, 230, 240, 330, 340, 430) von dem Schaummaterial (120) nicht ausgefüllt ist.
24. Verfahren zur Herstellung einer Verbundplatte (100, 200, 300, 400) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 23, umfassend folgende Schritte in chronologischer Abfolge: a) Bereitstellen zumindest einer ersten und einer zweiten Bauteilschale (500, 510) aus einem Faserverbund in einer Harzmatrix, wobei hierzu jeweils zumindest zwei Schichten aus dem Faserverbund in Harzmatrix in ein vorgefertigtes Werkzeug (650) eingelegt werden, b) Vakuumieren des Werkzeugs (650) mit den Bauteilschalen (500, 510) und Aushärten der Bauteilschalen (500, 510) in einem Autoklaven, c) Herausnehmen der ausgehärteten Bauteilschalen (500, 510) mit dem Werkzeug (650) aus dem Autoklaven, wobei vorzugsweise die Bauteilschalen (500, 510) im Werkzeug (650) verbleiben, d) Aufbringen eines Klebemittels auf die Innenflächen der ersten Bauteilschale (500), e) Einlegen zumindest eines formatierten bzw. zugeschnittenen Kernelements (130, 230, 240, 330, 340, 430), beispielsweise Wabenkernplatte, Wabenkern ohne Deckschichten und/oder Schaumkern, in die erste Bauteilschale (500), wobei ein oder mehrere Zwischenräume durch das zumindest eine Kernelement und der ersten Bauteilschale gebildet werden, f) Aufbringen des Klebemittels auf zumindest eine Seite der zweiten Bauteilschale (510), g) Eingießen des flüssigen Schaummaterials (120) in die erste Bauteilschale (500), sodass das Schaummaterial (120) den einen oder die mehreren Zwischenräume zwischen der ersten Bauteilschale (500) und dem zumindest einem Kernelement (130, 230, 240, 330, 340, 430) ausfüllt, h) Zusammenfügen der ersten und der zweiten Bauteilschale (500, 510), und i) Aushärten lassen der zusammengefügten Bauteilschalen (500, 510).
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) jeweils eine erste Schicht aus dem Faserverbund in das vorgefertigte Werkzeug (650) eingelegt wird, mit anschließendem Vakuumieren der jeweiligen ersten Schichten zum Einpassen an die Werkzeugform, wobei danach je Bauteilschale (500, 510) zumindest eine weitere Schicht aus dem Faserverbund in das Werkzeug (650) eingelegt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt b) ein Silikonteil (620) in das Werkzeug (650) eingelegt wird, welches sich bei genügend hoher Temperatur ausdehnt.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten und/oder der zweiten Bauteilschale (500, 510) zumindest eine Entlüftungsöffnung angeordnet ist, um einen Überschuss des sich beim Aushärten ausdehnende Schaummaterials austreten zu lassen und anschließend abzutragen.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt e) zumindest ein Einlegeteil (350, 450) in das Werkzeug (650) eingelegt wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebemittel ein 1- oder 2-Komponentenkleber aus der Gruppe der chemisch härtenden Klebstoffe ist, beispielsweise Epoxidharz-, Polyurethan-, Cyanacrylat-, Methylmethacrylat-oder Phenol-Formaldehyharz-Klebstoffe. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen