CH639313A5

CH639313A5 - Verfahren zur herstellung von aus mit kunstharz gebundenen schichtstoffen bestehenden bauteilen.

Info

Publication number: CH639313A5
Application number: CH189379A
Authority: CH
Inventors: Heinz Richter
Original assignee: Messerschmitt Boelkow Blohm
Priority date: 1978-03-01
Filing date: 1979-02-26
Publication date: 1983-11-15
Also published as: JPS54124076A; GB2015416A; ATA137079A; FR2418714B1; DE2808659B2; GB2015416B; DE2808659A1; IT1110250B; FR2418714A1; AT368947B; IT7920457A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von aus mit Kunstharz gebundenen Schichtstoffen, bestehenden gekrümmten Bauteilen mit im Verhältnis zur Länge geringen Breite und Höhe, wobei die Schichten und das Bindemittel in eine Form eingebracht und das Bindemittel unter Druck ausgehärtet wird.

Die Herstellung von gekrümmten Bauteilen aus Schichtstoffen erfolgt bisher entweder unter Verwendung von Wik-kellaminaten oder durch das bekannte Hand-Laminierver-fahren, bei dem zwischen Deckschichten aus Faser- oder Gewebelagen ein leichter Kern, z.B. aus Schaumstoff, eingelegt ist. Bei diesen Verfahren sind für höher und hochbeanspruchte Bauteile Endlosfasern oder vorimprägnierte Faserlagen (Prepreps) erforderlich, die teuer in der Herstellung sind und einer sehr sorgfältigei Beahbeitung bedürfen. Zur Herabsetzung der Kosten ist es weiterhin bekannt, anstelle von Endlosfasern oder unidirektionalen Faserlagen Vliese aus Kurzfasern zu verwenden, die mit Textilgeweben oder Textilmatten zu Schichtstoffen verbunden werden. Diese Schichtstoffe eignen sich vorzüglich zu Bauteilen mit geraden Abmessungen, wie Hebel, Platten oder dergleichen.

Wenn dabei gerichtete Kurzfaservliese Verwendung finden, können beachtliche Festigkeiten, die nahe an diejenigen der . Endlosfasern heranreichen, erzielt werden. Der Verwendung derartiger Schichtstoffe bei gekrümmten Bauteilen steht ent-s gegen, dass sowohl die Kurzfaservliese als auch die Gewebe nicht ohne Faltenbildung oder Einreissen an den Krümmungen verarbeitet werden können. Es sei denn, man stanzt oder schneidet die gekrümmten Formen aus einem ebenen Vlies oder Tuch heraus. Beide Möglichkeiten haben den Nachteil, io dass sich durch Unterbrechung der Faserrichtungen erhebliche Festigkeitsverluste ergeben und ein erheblicher Abfall anfällt, der die Herstellung wesentlich verteuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass die 15 herzustellenden Bauteile bei sparsamster Ausnutzung der Schichtwerkstoffe mit hohen Festigkeitswerten zu fertigen sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst. Die Schichten 20 werden dabei zweckmässig beim Pressen in der Form auf etwa 10 bis 40% ihrer ursprünglichen Höhe zusammen^ gedrückt und erhalten dabei einen im Querschnitt mäander-förmigen Verlauf. Nach vorteilhaften Weiterbildungen; werden für die Schichten unterschiedliche Faserwarkstoffe so-25 wie als Schichten abwechselnd Faserlagen und Gewebelagen verwendet, die vor dem Einbringen in die Form miteinander verbunden werden, und ausserdem werden zweckmässig für die Faserlagen gerichtete und mit Kunstharz fixierte Kurzfaservliese verwendet, wobei letztere vorzugsweise bereits 30 bei der Herstellung von gerichteten Kurzfasern auf der Gewebelage abgelagert werden.

Die mit d'er Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass alle verwendeten Schichten in ihrer Substanz erhalten bleiben und sich sowohl bei zweckmässi-35 gern Einbringen als auch nach dem Pressen den jeweiligen Krümmungen des Bauteils bestens anpassen können. Durch den beim Pressen entstehenden mäanderförmigen Verlauf der einzelnen Schichten erhalten diese anteilige horizontale Schichtverläufe, die zur einer erheblichen Erhöhung der Quer-40 festigkeit im Bauteil beitragen.

Durch das zum Boden der Form vertikale Einlegen der Schichtlagen ist eine äusserst günstige Ausnutzung der Schichtwerkstoffe gewährleistet. Bei zweckmässig gleichzeitiger Verwendung von Faservliesen aus gerichteten Kurz-45 fasern ergeben sich dadurch billige Bauteile von hoher Festigkeit. Für die Faserlagen können technische Fasern aller Art, wie z.B. Glas-, Kohlenstoff- oder Kunststoffasern Verwendet werden. Dabei können diese unterschiedlichen Faserwerkstoffe auch in einem Bauteil verarbeitet werden. Zur 50 Erzielung von Sandwicheigenschaften können z.B. äussere Schichten aus Kohlenstoffasern und innere Schichten aus Glasfasern, z.B. in Form von Glasmatten, in die Form eingelegt und' verpresst werden.

Zur Herstellung billiger Bauteile werden nach einer Weiss terbildung des Verfahrens Fasern verschiedenartiger Werkstoffe zu einem Kurzfaservlies verarbeitet. Dabei werden die günstigen Festigkeitseigenschaften der Kohlenstoffasern und die Preiswürdigkeit der Glasfasern kombiniert. Als Schichtstoffe, auf denen die Lagen aus Kurzfaservliesen ab-60 gelagert werden, finden dabei preiswerte und feste Kunststoffgewebe Anwendung, die ebenso wie die Fasern aus verschiedenen Materialien, wie z.B. Gas oder Kunststoff, bestehen und unterschiedliche Dicken und Flächengewichte aufweisen können.

65 Der Aufbau der bei dem Verfahren vorzugsweise verwendeten Schichten gestattet, die Menge der jeweilgen Anteile an Fasern und Gewebe je nach Art und1 Festigkeit der herzustellenden Bauteile in weiten Grenzen zu variieren.

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Erfahrungsgemäss günstige Anteile sind z.B. 25 Volumenprozent Fasern, 15 Volumenprozent Gewebe und 60 Volumenprozent Kunstharz, z.B. Epoxidharz. Dadurch und durch die vorstehend beschriebenen Kombinationsmöglichkeiten der Werkstoffe lassen sich die Eigenschaften der nach dem Verfahren herzustellenden Schichtstoffe in weiten Bereichen, z.B. hinsichtlich ihrer Steifigkeit, Schlagzähigkeit und Dämpfung verändern.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird beim Einlegen der Schichten in die Form ein vorgefertigter Kern mit eingelegt. Hierbei wird erfindungsgemäss als Kern ein leichter Werkstoff, z.B. Schaumstoff, oder auch ein hohler Körper verwendet. Dadurch ist es möglich, Bauteile mit ausreichendem Querschnitt noch leichter herzustellen, ohne dass ihre Festigkeit darunter leidet.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann sowohl zur Herstellung einfacher Bauteile, wie z.B. Flanschringe oder Bügel als auch komplizierter, h'ochbeanspruchter Bauteile, wie z.B. Gehäusedeckel, Lagerflansche oder Tennisschläger verwendet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen im einzelnen in vereinfachter Darstellung:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Form mit eingelegten Schichten vor dem Pressen;

Fig. 2 eine Ansicht des in der Form entsprechend Fig. 1 gepressten Schichtkörpers;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Form entsprechend Fig. 1 mit einem zwischen den Schichten eingesetzten Kern aus Schaumstoff vor dem Pressen;

Fig. 4 eine Ansicht des in der Form entsprechend Fig. 3 gepressten Schichtkörpers;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines gepressten Schichtkörpers mit rundem Kern;

Fig. 6 und 7 Beispiele für einfache nach dem Verfahren hergestellte Bauteile und

Fig. 8 einen nach dem Verfahren hergestellten Tennisschläger.

Für die Fertigung von nach dem Verfahren herzustellenden Schichtkörpern werden Formen 1 verwendet, wie sie in vereinfachter Art in den Fig. 1 und 3 dargestellt sind. In die Form 1 werden zum Herstellen von Schichtkörpern entsprechend den in den Fig. 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen abwechselnd Schichten 2 aus faserverstärktem Kunststoff, vorzugsweise gerichteten Kurzfaservliesen, und Schichten 3 aus Kunststoffgewebe senkrecht eingelegt. Die Schichten 2 und 3 füllen die Form 1 in der Höhe aus und erstrecken sich in ihrer Länge entsprechend der Länge des herauszustellenden Schichtkörpers. Die Schichten 2 und

3, die im allgemeinen wesentlich dünner sind als sie in den Fig. 1 und 3 dargestellt sind, werden entweder bereits vor dem Einlegen in die Form 1 mit Kunstharz getränkt, bestehen also aus vorimprägnierten Fasern bzw. Prepreps, 5 oder sie werden nach dem Einlegen in die Form mit einer vorbestimmten Menge Kunstharz getränkt. Darauf werden die Schichten in der Form 1 in Richtung eines Pfeiles 5 zu-sammengepresst und anschliessend ausgehärtet. Der Grad der Pressung bzw. die bei dem Pressen auftretende Volu-10 menverminderung des in Fig. 2 gezeigten fertigen Schichtkörpers 6 hängt von der Art und Stärke der Fasern und des Gewebes sowie von ihren Anteilen am Gesamtvolumen ab. Der entstandene Schichtkörper 6 kann etwa 10 bis 40% des Volumens einnehmen, welches die Schichten 2 und 3 in der 15 Form 1 vor dem Pressen beanspruchten.

Nach dem Pressen in der Form 1 erhalten die Schichten 2 und 3 entsprechend Fig. 2 einen im Querschnitt mä-anderförmigen Verlauf, der sich durch den ganzen Schichtkörper 6 fortsetzt, auch wenn dieser Rundungen aufweist. 20 Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2, bei dem abwechselnd Schichten aus Kurzfaservliesen mit z.B. Kohlenstoff-Kurzfasern und Kunststoffgeweben in die Form 1 eingelegt sind, heben sich am fertigen Schichtkörper 6 die hellen Schichten 3 des Kunststoffgewebes in der Ansicht hervor 25 (siehe Fig. 2, 4 und 5).

Die Fig. 3 zeigt eine gleiche Form 1, in die zusätzlich noch ein Kern 8 aus Kunststoffschaum eingelegt ist, der in üblicher Weise an den Enden gestützt werden kann. Seitlich des Kernes 8 sind gleich breite Schichten 2 und 3 entspre-30 chend Fig. 1 eingelegt, während ober- und unterhalb des Kernes 8 kürzere Schichten 9 und 10 einzulegen sind. Entsprechend Fig. 2 zeigt der fertige Schichtkörper 12 nach dem Verpressen einen beispielsweisen mäanderförmigen Verlauf der Schichten 3 und 10 aus Kunststoffgewebe und den zu-35 sammengedrückten Kern 8. Der Kern 8 kann auch aus einem anderen Material gefertigt sein, z.B. einem festen Werkstoff, der sich beim Pressen nicht zusammendrücken lässt. Die Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schichtkörpers 14, der in entsprechender Art wie der Schicht-40 körper 12 gefertigt werden kann. Dabei wird als Kern ein Rohr 15 verwendet.

Ausführungsbeispiele für mit dem Verfahren herzustellende Bauteile zeigen die Fig. 6 bis 8. Dabei ist in der Fig. 6 ein Flanschring 17, in der Fig. 7 ein Befestigungsbügel 18 45 und in der Fig. 8 ein Tennisschläger 19 dargestellt. Bei letzterem kann z.B. ein Mittelstück 20 nachträglich eingesetzt werden, während der Rahmen mit den beiden Griffhälften aus einem Stück gepresst werden kann. Ein Handgriff 21 kann in bekannter Weise nachträglich angebracht werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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(1) auf 10 bis 40% ihrer ursprünglichen Höhe zusammengedrückt werden und dabei einen im Querschnitt mäander-förmigen Verlauf erhalten.

1. Verfahren zur Herstellung von aus mit Kunstharz gebundenen Schichtstoffen bestehenden gekrümmten Bauteilen mit im Verhältnis zur Länge geringen Breite und Höhe, wobei die Schichten und das Bindemittel in eine Form eingebracht und das Bindemittel unter Druck ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass streifenförmige Schichten
(2, 9) und Gewebelagen (3, 10) verwendet werden, die vor dem Einbringen in die Form miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (2, 3, 9, 10) beim Pressen in die Form

(2, 3, 9, 10), deren Breite ein mehrfaches der Höhe des fertigen Bauteils entspricht, senkrecht zum Boden der Form (1) nebeneinander auf einer Längskante stehend eingebracht werden, wobei sie entweder vorher imprägniert od'er nach dem Einbringen in die Form getränkt werden, und dass dann die Schichten bis zur fertigen Bauteilhöhe in die Form hin-eingepresst und anschliessend ausgehärtet werden.

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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schichten aus unterschiedlichen Faserwerkstoffen verwendet werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Schichten abwechselnd Faserlagen
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Faserlagen (2, 9) gerichtete und mit Kunstharz fixierte Kurzfaservliese verwendet werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzfaservliese bereits bei der Herstellung von gerichteten Kurzfasern auf der Gewebelage abgelagert werden.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass Fasern verschiedenartiger Werkstoffe zu einem Kurzfaservlies verarbeitet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einlegen der Schichten in die Form (1) ein vorgefertigter Kern (8, 15) mit eingelegt wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kern (8) aus einem leichten Werkstoff, z.B. Schaumstoff, verwendet wird.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein hohler Kern (15) verwendet wird.