DE10039586C2 - Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Kunststoffstruktur - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Kunststoffstruktur

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer fa­ serverstärkten Kunststoffstruktur, bei dem ein Fasermaterial in ein Kunstharz einlaminiert und das Laminat durch SMA-Drähte verstärkt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine nach dem Verfahren hergestellte faserverstärkte Kunststoffstruktur.
Bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffstrukturen ist es bekannt, zusätzlich zu einem Fasermaterial SMA-Drähte einzulaminieren. SMA-Drähte, d. h. solche, die aus einer Formge­ dächtnislegierung (Shape Memory Alloy) hergestellt sind, verleihen der hergestellten faserverstärkten Kunststoffstruktur sehr vorteilhafte Dämpfungseigenschaften aufgrund ihrer an sich bereits hohen Eigendämpfung sowie aufgrund der sich bei Erwär­ mung ändernden Eigenfrequenz dieses Materials.
Bisher wurden derartige faserverstärkte und durch SMA-Drähte verstärkte Kunststoffstrukturen hergestellt, indem schichtweise kunststoffimprägniertes Fasermaterial (prepregs) und SMA-Drähte laminiert wurden. Dies hatte den Nachteil eines hohen Aufwandes an Zeit und Kosten bei der Herstellung von größeren Stückzah­ len.
Aus der Schrift DE 26 03 765 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Rohren aus faserverstärkten Kunststoffen bekannt, bei denen faserige Flächengebilde mit einem Thermoplasten getränkt und bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur des Thermopla­ sten streifenförmig in einer Schicht oder mehreren Schichten überlappend gewickelt werden. Auch kann Fasermaterial in Form von Endlos-Glasfäden einlaminiert und das Laminat durch weitere Fäden verstärkt werden, wobei das Fasermaterial und die weite­ ren Fäden auf einem Wickelkern gewickelt werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Kunststoffstruktur der genannten Art an­ zugeben, das mit geringem Aufwand und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Weiterhin werden faserverstärkte Kunststoffstrukturen angegeben, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Kunststoffstruktur geschaffen, bei dem ein Fasermaterial in ein Kunstharz einlaminiert und das Laminat durch SMA-Drähte verstärkt wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß das Fasermaterial und die SMA-Drähte auf einem Wickelkern gewickelt werden.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß insbesondere größere Stückzahlen der Kunststoffstruktur kostengünstig hergestellt werden können.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß das Fasermaterial und die SMA-Drähte simultan gewickelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden das Fasermaterial und die SMA-Drähte unter dem gleichen Winkel gewickelt.
Gemäß einer alternativen, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß Fasermaterial und die SMA-Drähte unter verschiedenen Winkeln gewickelt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Fasermaterial in Form eines kunststoffimprägnierten Bandmaterials von einer Rolle auf den Wickelkern gewickelt wird, und die SMA-Drähte von einer weiteren Rolle auf den Wickelkern gewickelt werden. Dies macht es insbesondere möglich, das erfindungsgemäße Verfahren an einer bereits bestehenden Wickelmaschine durchzuführen, indem lediglich eine weitere Rolle für die SMA-Drähte vorgesehen wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die SMA-Drähte unter erhöhter Vorspannung gewickelt werden.
Vorzugsweise ist die gewickelte Kunststoffstruktur rotationssymmetrisch.
Die Erfindung schützt auch die faserverstärkte Kunststoffstruktur, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung, wenn die Kunststoffstruktur eine Welle zur Kraftübertragung, wie eine Gelenkwelle eines Antriebsstrangs oder eine Welle zur Steuerung der Klappen bei Flugzeugen ist. Hier kommt insbesondere der Vorteil der Erfindung zum Tragen, daß die hergestellten faserverstärkte Kunststoffstrukturen bei geringem Gewicht eine hohe Festigkeit bezüglich Biegung und Torsion zusammen mit einer hohen Dämpfung in Biegungs- und Torsionsrichtung aufweisen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur erläutert:
Die Figur zeigt eine schematisierte, teilweise perspektivische Darstellung des Ablaufs eines Verfahrens zur Herstellung einer faserverstärkten Kunststoffstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In der Figur bedeutet das Bezugszeichen 4 einen Wickelkern, auf welchem eine rotationssymmetrische faserverstärkte Kunststoff­ struktur hergestellt wird, indem ein Fasermaterial 2 und ein SMA-Draht 3 simultan auf den Wickelkern 4 gewickelt werden.
Das Fasermaterial 2, das in Form eines kunststoffimprägnierten Bandmaterials (sog. prepregs) vorliegt, wird von einer Rolle 5 abgewickelt, der SMA-Draht 3 wird von einer weiteren Rolle 6 abgewickelt, wobei beide Rollen 5, 6 bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel auf einer Einheit 8 angeordnet sind, die zur Steuerung der Winkel des Fasermaterials 2 und des SMA-Drahts 3, unter welchem diese Materialien auf den Wickelkern 4 gewickelt werden, in Längsrichtung des Wickelkerns 4 verfahrbar ist. Zur Kontrolle der Vorspannung, unter der der SMA-Draht 3 auf den Wickelkern 4 gewickelt wird, ist eine Andruckrolle 7 vorgesehen, welche ebenfalls auf der verfahrbaren Einheit 8 angebracht ist und im Bereich zwischen der Rolle 6 und dem Wickelkern 4 auf den SMA-Draht 3 drückt. Das Wickeln des SMA-Drahts 3 erfolgt somit unter erhöhter Vorspannung.
Wie aus der Figur ersichtlich ist, erfolgt das Wickeln des Fasermaterials 2 und des SMA-Drahts 3 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel unter dem gleichen Winkel bezüglich der Kunststoffstruktur bzw. dem Wickelkern 4. Alternativ können die Rolle 5 für das Fasermaterial 2 und die Rolle 6 für den SMA-Draht 3 jedoch auch unabhängig voneinander bezüglich dem Wickelkern 4 verfahrbar angeordnet werden, so daß das Fasermaterial 2 und der SMA-Draht 3 unter verschiedenen Winkeln auf den Wickelkern 4 gewickelt werden, das heißt in einer solchen Weise, daß sich Fasermaterial 2 und SMA-Draht 3 häufig kreuzen.
Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist die gewickelte Kunststoffstruktur bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisch, was jedoch nicht notwendiger Weise der Fall sein muß.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte faserverstärkte Kunststoffstruktur eignet sich insbesondere als Welle zur Kraftübertragung, wie eine Gelenkwelle in einem Antriebsstrang oder eine Welle zur Steuerung der Klappen bei Flugzeugen.
Bezugszeichenliste
2
Fasermaterial
3
SMA-Draht
4
Wickelkern
5
Rolle (Bandmaterial)
6
Rolle (SMA-Draht)
7
Andruckrolle
8
Verfahrbare Einheit

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Kunststoffstruktur, bei der ein Fasermaterial (2) in ein Kunstharz einlaminiert und das Laminat durch SMA-Drähte (3) verstärkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial (2) und die SMA-Drähte (3) auf einem Wickelkern (4) gewickelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial (2) und die SMA-Drähte (3) simultan gewickelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial (2) und die SMA-Drähte (3) unter dem gleichen Winkel gewickelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial (2) und die SMA-Drähte (3) unter verschiedenen Winkeln gewickelt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial (2) in Form eines kunststoffimprägnierten Bandmaterials von einer Rolle (5) auf den Wickelkern gewickelt wird, und daß die SMA-Drähte (3) von einer weiteren Rolle (6) auf den Wickelkern (4) gewickelt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die SMA-Drähte (3) unter erhöhter Vorspannung gewickelt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gewickelte Kunststoffstruktur (1) rotationssymmetrisch ist.
8. Faserverstärkte Kunststoffstruktur, die nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.
9. Faserverstärkte Kunststoffstruktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffstruktur eine Welle zur Kraftübertragung, insbesondere eine Gelenkwelle eines Antriebsstrangs oder eine Welle zur Steuerung der Klappen bei Flugzeugen ist.
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