DE102004038559A1

DE102004038559A1 - Sandwichkonstruktion von hoher Festigkeit und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102004038559A1
Application number: DE102004038559A
Authority: DE
Inventors: Andreas Von Schoenebeck
Original assignee: Schonebeck Andreas Von
Current assignee: Schonebeck Andreas Von
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2006-03-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sandwichkonstruktion von hoher Festigkeit und ein Verfahren zu deren Herstellung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sandwichkonstruktion und ein Verfahren zu deren Herstellung vorzuschlagen, mit denen ein Sandwichkonstruktion von hoher Festigkeit realisiert werden kann.
Erfindungsgemäß besteht die Sandwichkonstruktion aus einer oder mehreren Platten aus miteinander verbundenen Mikrokörpern mit dazwischenliegenden verbundenen Hohlräumen und Gewebelagen. Die Platten und die Gewebelagen sind zumindest einseitig mit Fäden vernäht, die Hohlräume mit aushärtbarem Kleber ausgefüllt und die Fäden damit getränkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sandwichkonstruktion von hoher Festigkeit und ein Verfahren zu deren Herstellung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5.

Es sind vielfältige Sandwichstrukturen bekannt, die als Ausgangsmaterial für spezielle Bauteile dienen.

Die deutsche Patentschrift DE 197 15 529 C1 bezieht sich auf eine Sandwichstruktur für Strukturbauteile eines Flugzeuges und ein Herstellungsverfahren dazu. Die Sandwichstruktur besitzt einen variablen Verbund ihrer Formteile, mit dem eine den Beanspruchungen angepaßte Druck-, Schub- und Biegefestigkeit und -steifheit erreicht werden soll. Das Herstellungsverfahren dazu soll mit weniger Verfahrensschritten einen Formteileverbund erzeugen, der einer den mechanischen Beanspruchungen angepaßten Druck-, Schub- und Biegefestigkeit und -steifheit, denen die Sandwichstruktur ausgesetzt wird, standhält.

Die Sandwichstruktur besteht aus einem Schaumstoffkern mit steifer Stegstruktur, dem eine oder mehrere Decklagen aufliegen. Die Körpersegmente bilden eine Körpersegmentreihe, innerhalb der zwischen den Segmentseitenflächen der benachbarten Körpersegmente mäanderartig eine Faserschicht geführt ist. Die Faserschicht ist dabei fortlaufend der Körpersegmentreihe zwischen den benachbarten Körpersegmenten zwischenge schichtet, so daß die Segmentseitenflächen der Körpersegmente bereichsweise faserbedeckt- oder -unbedeckt sind. Dabei berühren die faserbedeckten Segmentseitenflächen die Faserschicht oder die faserunbedeckten Segmentseitenflächen. Die Körpersegmentreihe ergibt mit der zwischengeschichteten Faserschicht eine Körpersegmentplatte, auf der plattenober- und -unterseitig eine faserartige Decklage angeordnet ist.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 196 12 211 A1 beschreibt ein selbstklebendes Prepreg-System auf der Grundlage eines harzimprägnierten Faserträgermaterials, welches auf mindestens einer Oberfläche eine Schicht mit einem erhöhten Verhältnis von Harz zu Trägermaterial aufweist, und dessen Verwendung für die Herstellung von Sandwichstrukturen.

Der Nachteil dieser Sandwichkonstruktionen besteht darin, daß die Festigkeit der Konstruktion letztlich unabhängig davon was als Deckschicht verwendet wird, begrenzt ist. Ob die Deckschicht aus z.B. Harz (Epoxyd, Phenol oder sonstige Kunst- und natürliche Harze), imprägnierten Glas-, Kohle- oder anderen Textilfasergeweben; Kunststoff-, Stein-, Sperrholz- oder Furnierplatten besteht, ist letztlich nebensächlich. Die Festigkeit der Konstruktion kann damit kaum erhöht werden.

[Aufgabe der Erfindung]

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sandwichkonstruktion und ein Verfahren zu deren Herstellung vorzuschlagen, mit denen eine Sandwichkonstruktion von hoher Festigkeit realisiert werden kann.

Es hat sich gezeigt, daß die Festigkeit einer Sandwichkonstruktion durch die Güte der Verbindung des Sandwichmaterials mit der Deckschicht begrenzt ist. Es ist dabei letztlich unerheblich, ob als Deckschicht z.B. Harz (Epoxyd, Phenol oder sonstige Kunstharze oder natürliche Harze); imprägniertes Glas-, Kohle- oder andere Textilfasergewebe; Kunststoff-, Stein-, Sperrholz- oder Furnierplatten zum Einsatz gelangen. Wichtig für die Festigkeit der Sandwichkonstruktion ist die Güte, d.h. die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Sandwichmaterial und der Deckschicht.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung geben die Merkmale des Anspruchs 5 an.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Sandwichkonstruktion (Oberseite),
2 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Sandwichkonstruktion (Unterseite),
3 einen Schnitt durch das teilweise nur teilweise expandierte Ausgangsmaterial,
4 das räumliche Gitter,
5 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Sandwichkonstruktion
1 zeigt eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Sandwichkonstruktion (Oberseite). Die Sandwichkonstruktion besteht aus dem Sandwichmaterial 1, dem unteren Deckmaterial 2, der Gewebelage 3 und dem oberen Deckmaterial 4. Zwischen dem unteren Deckmaterial 2 und dem Sandwichmaterial 1 kann eine weitere Gewebelage 3 angeordnet sein (2). Durch das Sandwichmaterial 1 sind von der Oberseite 5 zur Unterseite 6 Fäden 7 genäht, wobei es unerheblich ist, ob die Fäden 7 im klassischen Sinn genäht werden oder durch das Sandwichmaterial 1 in einem bestimmten Muster durchgezogen werden.
Das Vernähen bzw. Durchziehen der Fäden 7 erfolgt auf unterschiedliche Weise:

a) Die Fäden 7 werden allein durch das Sandwichmaterial 1 genäht bzw. gezogen.
b) Die Fäden 7 werden durch das Sandwichmaterial 1 und wenigstens eine Gewebelage 3 auf wenigstens einer der beiden Seiten 5 und 6 des Sandwichmaterials 1 genäht bzw. gezogen.

Das Sandwichmaterial 1 besteht aus auf eine besondere Weise hergestelltem Material, vorzugsweise aus EPS (Expanded Polystyrol) bzw. Styropor. Gewöhnlich werden bei der Herstellung von EPS die das Ausgangsmaterial bildenden Kugeln vollständig expandiert, so daß Körper entstehen, die praktisch keine Zwischenräume aufweisen. Für das erfindungsgemäße Sandwichmaterial 1 werden die das Ausgangsmaterial bildenden Kugeln 8 (3) nur teilweise expandiert, so daß sich die benachbarten Kugeln nur teilweise berühren und miteinander verbinden. Zwischen den Kugeln 8 bleiben Zwischenräume 9, die miteinander verbunden sind und die ein räumliches Gitter 10 bilden (4).
Das auf diese Weise hergestellte Sandwichmaterial 1 wird nach dem Vernähen bzw. dem Durchziehen der Fäden 7 mit Harz, vorzugsweise Epoxydharz behandelt. Das Harz füllt die Zwischenräume 9 des räumlichen Gitters 10 aus und dringt gleichzeitig in die Fäden 7 ein, die wie ein Docht wirken. Nach dem Aushärten ist ein die teilweise expandierten Kugehn umschließendes stabiles räumliches Gitter aus Harz entstanden, das von als Säulen wirkenden Fäden 7 durchzogen ist. Die mitvernähten Gewebelagen 3 werden in das, das Sandwichmaterial 1 stabilisierende System – das aus dem die teilweise expandierten Kugeln 8 umschließenden räumlichen Gitter 10, den ausgehärteten Fäden 7 und der oder den mitvernähten Gewebelagen 3 besteht – einbezogen. Es entsteht eine feste und stabile Verbindung zwischen dem Sandwichmaterial 1, der Gewebelage 3 und dem Deckmaterial 2 bzw. 4.
Ein so gestaltetes Sandwichmaterial 1 hat gegenüber herkömmlichen Sandwichmaterialien eine deutlich höhere Festigkeit.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß durch Variieren der Stichdichte der Fäden 7 die Festigkeit der Sandwichkonstruktion variiert werden kann. Je mehr Stiche oder Fäden 7 pro Flächeneinheit, desto höher die Festigkeit der Sandwichkonstruktion. Eine erhöhte Festigkeit der Sandwichkonstruktion führt zum einen zu einer Erhöhung der Schälfestigkeit, da mehr Fäden 7 eine bessere und innigere Verbindung mit den Deckmaterialien bewirken, und zum anderen eine höhere Kompressionsfestigkeit, da jeder der Fäden 7 sich mit der Matrix (dem verwendeten Harz) vollsaugt und nach dem Aushärten eine Säule im möglicherweise weicheren ihn umgebenden Sandwichmaterial darstellt.
Von Vorteil ist auch, daß es die Erfindung erlaubt, die Fäden 7 nur durch das Sandwichmaterial 1 und das Gewebe 3 auf einer Seite der Sandwichkonstruktion zu ziehen oder zu nähen, wodurch es möglich ist, die Fertigung zu vereinfachen und nur die auf Kompression belastete Seite der Sandwichkonstruktion in das Vernähen der Textillage bzw. Lagen 3 einzubeziehen, während das Vernähen auf der nicht auf Kompression belastete Seite entfällt.

1: Sandwichmaterial
2: unteres Deckmaterial
3: Gewebelage
4: oberes Deckmaterial
5: Oberseite
6: Unterseite
7: Fäden
8: Kugeln
9: Zwischenräume
10: räumliches Gitter

Claims

Sandwichkonstruktion von hoher Festigkeit, bestehend aus in Schichten angeordneten Platten und Gewebelagen, die durch einen aushärtbaren Kleber verbunden sind, wobei einige Fasern oder Fäden die Schichten senkrecht durchdringen, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Platten aus miteinander verbundenen Mikrokörpern mit dazwischenliegenden verbundenen Hohlräumen bestehen, die Platten mit den Gewebelagen zumindest einseitig mit Fäden vernäht und die Hohlräume mit aushärtbaren Kleber ausgefüllt und die Fäden damit getränkt sind.
Sandwichkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten aus teilexpandiertem Schaumstoff mit Hohlräumen oder aus verklebten Schaumstoff kugeln bestehen.
Sandwichkonstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten aus teilexpandiertem Polystyrol oder Styropor oder aus verklebten Schaumstoffkugeln dieses Materials bestehen.
Sandwichkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden aus saugfähigem Material bestehen.
Verfahren zur Herstellung einer Sandwichkonstruktion nach den Ansprüchen 1 bis 4, in dem Platten und Gewebelagen gestapelt, mit einem aushärtbaren Kleber beschichtet, die Schichten durch mechanische Bearbeitung mit Fasern quer verbunden und anschließend ausgehärtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die gestapelten und beschichteten Platten und Gewebelagen zumindest einseitig mit Fäden vernäht und anschließend so behandelt werden, dass ein Eindringen des aushärtbaren Klebers in die Hohlräume und Fäden bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Fäden pro Flächeneinheit in Abhängigkeit von der gewünschten Festigkeit variiert wird.