DE102006044009A1 - Sandwichstruktur aus mittels Füllmaterialien beabstandeten textilen Flächengebilden für die Anwendung in harzgebundenen schalenartigen Bauteilen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Sandwichstruktur aus mittels Füllmaterialien beabstandeten textilen Flächengebilden für die Anwendung in harzgebundenen schalenartigen Bauteilen. Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Sandwichstruktur vorzuschlagen, die unabhängig von der gewünschten Formgebung eine verbesserte Substanzausnutzung der beteiligten Materialien gewährleistet. Erfindungsgemäß verlaufen die Näh- oder Tuftingfäden (5) in einem Winkel von 20° bis 70° zur Senkrechten auf die Oberfläche der textilen Flächengebilde (2, 3) in der Sandwichstruktur (1). Bevorzugt weisen die durch die den Näh- oder Tuftingfaden (5) eintragenden Nadeln erzeugten Kanäle (7) in der Sandwichstruktur einen Querschnitt auf, der größer ist als der Querschnitt der eingetragenen Fäden (5).
Description
- Die Erfindung betrifft eine Sandwichstruktur aus mittels Füllmaterialien beabstandeten textilen Flächengebilden für die Anwendung in harzgebundenen schalenartigen Bauteilen gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
- Sandwichstrukturen in Form so genannter Abstandsgelege setzen sich insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, für Windkraftanlagen und im Automobil- und Bootsbau immer mehr durch. Sie haben die Vorteile eines geringen Gewichtes in Verbindung mit der für den Verwendungszweck optimierten Stabilität. Dabei werden textile Flächengebilde wie Multiaxialfadengelege, Gewebe, Folien etc. für die Stabilisierung und zum Beispiel harzundurchlässige Schäume für die Beabstandung/Volumenerzeugung eingesetzt. Dabei geht man davon aus, dass großvolumigere Erzeugnisse nicht komplett mit Harz getränkt werden sollten. Damit will man sowohl eine unerwünschte Versteifung des räumlichen Gebildes als auch den kostenintensiven unnötigen Harzverbrauch in vernünftigen Grenzen halten.
- Allerdings fassen sich mit den durch die Schäume beabstandeten, die textilen Flächengebilde durchdringenden Harzschichten nicht alle Stabilitätsprobleme lösen, auch wenn durch Vernähen der textilen Flächengebilde mit den Schaumschichten die Gesamtstruktur gefestigt ist. Vor allem gibt es dann Probleme, wenn die dem Verwendungszweck geschuldete Bauteilstruktur eine räumliche, also in der Schicht gekrümmte Struktur aufweist.
- Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Sandwichstruktur vorzuschlagen, die unabhängig von der gewünschten Formgebung eine verbesserte Substanzausnutzung der beteiligten Materialien gewährleistet.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Die Erfindung ist durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 7 vorteilhaft weitergebildet.
- Während es nach dem Stand der Technik bekannt ist, durch Nähen oder Tuften die textilen Flächengebilde lediglich an die als Abstandshalter dienende Zwischenschicht anzuheften, wird durch die Merkmale der Erfindung eine Stabilisierung erreicht, die auch die Zwischenschicht zwischen den textilen Flächengebilden einbezieht. So wird durch die Ausrichtung der Näh- oder Tuftingfäden eine Stabilisierung mit einer Komponente auch parallel zu den textilen Flächengebilden auf Zug bewirkt. Dadurch können auch sehr stabile Sandwichstrukturen erzielt werden, die von der ebenen Ablage der textilen Flächengebilde abweichen.
- Diese Stabilisierung ist besonders intensiv, wenn der Winkel der Näh- oder Tuftingfäden zwischen 40° und 50° liegt.
- Bei der vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird eine fachwerkartige Struktur erzielt, die besondere Anforderungen an die Stabilität erfüllt. Dadurch lassen sich nahezu beliebige räumliche Strukturen so stabilisieren, dass eine optimale Substanzausnutzung der eingesetzten Materialien gewährleistet wird.
- Der gegenüber dem Querschnitt der Näh- oder Tuftingfäden, von denen jeweils 2 innerhalb eines Kanals verlaufen, gemäß Anspruch 4 vergrößerte Querschnitt des Kanals gewährleistet einen Freiraum für das Eindringen des Kunstharzes, dass sich eine Art Gitterstruktur ausbilden kann, die auch eine Teilnahme der durch den Schaumstoff gebildeten Abstandszone an der Stabilität der Gesamtstruktur gewährleistet.
- Bevorzugt beträgt der Querschnitt gemäß Anspruch 5 mehr als das Zweifache des Querschnitts der Näh- oder Tuftingfäden, wodurch der Freiraum für das Kunstharz einerseits eins sehr gute Stabilisierung der räumlichen Struktur und andererseits eine dennoch ausreichende Flexibilität der Konstruktion sichert.
- Fäden aus Glas-Karbon- oder Aramidmaterialien sind hochfest und sichern den Zusammenhalt der Gesamtstruktur auch unter extremen Belastungszuständen. Die Filamentstruktur dieser Fäden gewährleistet darüber hinaus ein Eindringen des Harzes zwischen die Filamente, so dass die Fäden mit dem Harz in den Kanälen eine auch formschlüssige Bindung eingehen.
- Besonders zum Tragen bezüglich der Stabilisierung einer Struktur kommen die Vorteile vorliegender Erfindung, wenn es sich um eine räumliche Struktur handelt. Der Fadeneintrag und die mit Harz gefüllten Kanäle stabilisieren dabei selbst auch eine Krümmung in ihrer gewünschten Form.
- Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
- In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
-
1 eine erfindungsgemäße Sandwichstruktur, wobei in der Darstellung die Naht besonders hervorgehoben ist und -
2 eine erfindungsgemäße gekrümmte räumliche Sandwichstruktur. - Die Erfindung umfasst also Formkörper, deren textile Flächengebilde jeweils in einer Ebene abgelegt sind ebenso wie nahezu beliebig gekrümmte.
- Gemäß
1 ist zwischen zwei textilen Flächengebilden2 und3 , die hier aus Mutiaxialgelegen aus Karbonfasern hergestellt sind, eine Schaumstoffschicht4 angeordnet, die mittels Nähfäden5 und Greiferfäden8 aus Glasfilamenten mit den Flächengebilden2 und3 zu einer Sandwichstruktur1 verbunden ist. Die Naht ist als Doppelkettenstich ausgebildet, die eine hohe Stabilität besitzt. Der Winkel α beträgt 15°. - Um eine solche Naht herzustellen, muss der Nähkopf einer an sich bekannten Doppelkettenstichnähmaschine um den entsprechenden Winkel verstellt werden, wobei jedoch der Nähguttransport inklusive der intermittierenden Fixierung des Nähgutes der Ausrichtung des Nähgutes entspricht, die gegenüber der rechtwinkligen Fadenanordnung unverändert ist. Auf Grund der Neigung des Einstichverlaufes und der veränderten Schlaufenbildung ist eine Nadel zu verwenden, die das sichere Einstechen des Greifers gewährleisten soll und die hierfür entsprechend länger ist. Die erforderliche Länge der Nadel nimmt mit dem Winkel α zu.
- Die Flächengebilde
2 und3 sind mit Epoxydharz6 getränkt und stabilisiert, das auch durch ausreichend große Kanäle7 zwischen den Flächengebilden dringt, die nicht nur die Nähfäden5 aufnehmen, sondern auch den erforderlichen Freiraum für das Eindringen des Epoxydharzes6 belassen. Um einen geeigneten Kanalquerschnitt zu erzielen, haben die Nadeln, die den Nähfaden durch die Schichten der Sandwichstruktur1 führen, selbst eine Dicke, die den Durchmesser des Nähfadens5 um mindestens das Dreifache übertrifft. Dadurch wird ein Kanalquerschnitt erzielt, der mindestens das Doppelte des Querschnitts der beiden Fadenabschnitte des Nähfadens5 beträgt. Auf diese Weise ist genügend Freiraum vorhanden, um innerhalb der Kanäle7 außer den Fadenabschnitten des Nähfadens5 noch eine ausreichende Menge Epoxydharz aufzunehmen. Die Nähfäden5 werden förmlich in die Matrix aus Epoxydharz eingebettet und nehmen auf Grund ihrer Filamentstruktur selbst auch Harz auf. - Bei einem weiteren Beispiel welches in
2 dargestellt ist, verlaufen die Kanäle der Sandwichstruktur9 in Winkeln von etwa 45° abwechselnd in beiden Richtungen. Aus Gründen der Übersicht wurden die Nähfäden hier nicht mit eingezeichnet. - Wie aus der Figur ersichtlich ist, ergibt sich daraus eine Gitter- oder Fachwerkstruktur, die eine optimale Stabilität des erfindungsgemäß strukturierten Formkörpers ergibt. Es ist daraus ersichtlich, dass nahezu beliebige räumliche Strukturen auf diese Weise stabilisiert werden können.
- In der
2 sind nur zwei Nähte dargestellt. Das kann in Abhängigkeit von der Breite der Sandwichstruktur auch bereits ausreichend sein. In diesem Fall ist der Winkel des Einstichkanals7 der einen Naht10 α = 45° zur Senkrechten auf der Oberfläche respektive der Tangente an die Krümmung der Oberfläche und der Winkel des dahinter liegenden, gestrichelt dargestellten Einstichkanals7 der anderen Naht11 α = –45°. Dementsprechend sind die Nähköpfe um diese Winkel zur Vertikalen versetzt. Auch hier entspricht der Nähguttransport inklusive der intermittierenden Fixierung des Nähgutes der Ausrichtung des Nähgutes, die gegenüber der rechtwinkligen Fadenanordnung unverändert ist. Jedoch ist dem Versatz der Nähte Rechnung zu tragen, indem der Nähguttransport immer nur in der halben Teilung erfolgt und die Nähköpfe abwechselnd tätig sind. Des Weiteren ist die Krümmung des Nähgutes umzusetzen, indem die Transport- und Fixiereinrichtungen eine Form und einen Bewegungsablauf aufweisen, die die Form der zu vernähenden Sandwichstruktur9 berücksichtigen. Darüber hinaus ist hier die Nadellänge insbesondere dem Winkel α angemessen zu wählen. - Wie weiter oben erwähnt, kann es sich bei der Verbindung der Sandwichstruktur
1 ,9 auch um eine Tuftingverbindung handeln, bei der keine zusätzliche Fixierung der Tuftingfäden an der Unterseite der Sandwichstruktur erfolgt. Diese Tuftingfäden haften entweder in der Schaumstoffschicht auf Grund deren Elastizität oder auf Grund des Harzes6 , welches den Kanal7 füllt, falls dieser durch die Tuftingnadeln groß genug dafür hergestellt wurde. Insgesamt erreicht eine solche Tuftingverbindung nicht die Festigkeit einer genähten Verbindung, ist aber mit einem geringeren Aufwand herstellbar. Die Auswahl richtet sich also nach den aus dem späteren Verwendungszweck resultierenden Anforderungen.
Claims (7)
- Sandwichstruktur (
1 ;9 ) aus mittels Füllmaterialien (4 ) beabstandeten textilen Flächengebilden (2 ,3 ) für die Anwendung in harzgebundenen schalenartigen Bauteilen, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, für Windkraftanlagen und im Automobil- und Bootsbau, wobei das Füllmaterial (4 ) zumindest weitgehend harzundurchlässig ist und die textilen Flächengebilde (2 ,3 ) mit dem dazwischen liegenden Füllmaterial (4 ) durch Nähen oder Tuften verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Näh- oder Tuftingfäden (5 ;10 ,11 ) in einem Winkel α von 20° bis 70° zur Senkrechten auf die Oberfläche der textilen Flächengebilde (2 ,3 ) in der Sandwichstruktur (1 ;9 ) verlaufen. - Sandwichstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α 40° bis 50° beträgt.
- Sandwichstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Fäden (
10 ,11 ) in ihrer Eintragsrichtung nach entgegengesetzten Richtungen von der Senkrechten auf die Oberfläche der textilen Flächengebilde (2 ,3 ) in der Sandwichstruktur (1 ;9 ) abweichen. - Sandwichstruktur nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die den Näh- oder Tuftingfaden (
5 ;10 ,11 ) eintragenden Nadeln erzeugten Kanäle (7 ) in der Sandwichstruktur (1 ;9 ) einen Querschnitt aufweisen, der größer ist als der Querschnitt der eingetragenen Fäden (5 ) und dass die freien Querschnitte der Kanäle durch Harz (6 ) ausgefüllt sind. - Sandwichstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kanäle (
7 ) mehr als das Zweifache des Querschnittes der innerhalb der Kanäle (7 ) verlaufenden Fäden (5 ;10 ,11 ) beträgt. - Sandwichstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden (
5 ;10 ,11 ) aus Glas- Karbon- oder Aramidmaterialien gebildet sind. - Sandwichstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine räumliche Struktur (
9 ) mit gekrümmten Oberflächen aufweist.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102013223836A1 (de) * | 2013-11-21 | 2015-05-21 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile, sowie Verfahren zu dessen Herstellung |
DE102014201099A1 (de) * | 2014-01-22 | 2015-07-23 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile, sowie Verfahren zu deren Herstellung |
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2006
- 2006-10-25 DE DE102006044009A patent/DE102006044009A1/de not_active Ceased
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013223836A1 (de) * | 2013-11-21 | 2015-05-21 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile, sowie Verfahren zu dessen Herstellung |
DE102014201099A1 (de) * | 2014-01-22 | 2015-07-23 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verstärkungsstruktur für faserverstärkte Bauteile, sowie Verfahren zu deren Herstellung |
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