DE102007015516B4

DE102007015516B4 - Kunststoff-Faser-Verbundbauteil in Form eines Profils mit über die Länge variierendem Profilquerschnitt

Info

Publication number: DE102007015516B4
Application number: DE102007015516A
Authority: DE
Inventors: Michael Bechtold; Christian Nitsch
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-03-31
Also published as: DE102007015516A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Faser-Verbundbauteils in Form eines Profils mit über die Länge variierendem Profilquerschnitt im Pultrusionsverfahren, bei dem aus einer oder mehreren der Länge nach durchgängigen Werkstofflagen (11; 21) eines Faserwerkstoffs ein Basisprofil und der variierende Profilquerschnitt durch eine oder mehrere auf das Basisprofil aufgebrachte und mit diesem verbundene weitere Werkstofflagen (14; 24, 25) einer Länge, die nur einen Teil der Länge des Profils einnimmt, gebildet wird, wobei das Pultrusionsverfahren ein Zuführen, Verpressen und Härten der Werkstofflagen beinhaltet,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den weiteren Werkstofflagen (14; 24, 25) und mindestens einer Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40), welche in dem von den weiteren Werkstofflagen (14; 24, 25) nicht eingenommenen Teil der Länge des Profils den Profilquerschnitt zu einem konstanten Querschnitt ergänzt, und weiterhin zwischen den durchgängigen Werkstofflagen (11; 21) und der mindestens einen Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40) eine Trennschicht (50) angeordnet wird;
und
dass die...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Halbzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 16.
Das sogenannte Pultrusionsverfahren ist heute ein Verfahren der Wahl zur Herstellung von Kunststoff-Faser-Verbundbauteilen, wenn Profile mit über die Länge konstantem Profilquerschnitt hergestellt werden sollen. Bei dem Verfahren werden typischerweise durchgängige Werkstofflagen in Form von Prepreg-Materialien als Vorgelege auf Rollen aufgewickelt vorgehalten, zu mehreren zusammengefügt und unter Einwirkung von Druck und Hitze miteinander verpresst. Das nach dem Erstarren erhaltene Verbundbauteil weist eine hohe Festigkeit auf, die Herstellung ist kostengünstig und effektiv.
Wenn aufgrund von beispielsweise statischen Erfordernissen, die an das Kunststoff-Faser-Verbundbauteil gestellt werden, ein über die Länge des Profils variierender Profilquerschnitt gefordert ist, wird dieser herkömmlich hergestellt, indem auf das nach der Pultrusion erhaltene Profil im Handlaminierverfahren zusätzliche Prepreg-Lagen aufgebracht werden. Gegebenenfalls kann auch ein zusätzlicher Klebfilm erforderlich sein. Dies ist ein sehr kosten- und zeitaufwendiger Fertigungsprozess. Kosten- und fertigungszeittreibend ist dabei nicht nur das Handlaminieren selbst, sondern auch die dazu erforderliche Vorbehandlung des Basisprofils vor dem Aufbringen der zusätzlichen Faserverbundlagen. Diese Vorbehandlung geschieht entweder durch Abreißgewebe (Peel Ply), welches nach dem Härten manuell vom Basisprofil zu entfernen ist, oder durch Anschleifen, Waterbreak-Test und anschließendes Rücktrocknen des Basisprofils.
Im modernen Flugzeugbau, wo zunehmend Faserverbunde sowohl als Hautelemente wie auch als diese aussteifende Strukturbauteile (Stringer) oder auch als Biegebalken Verwendung finden, ist es wünschenswert, Kunststoff-Faser-Verbundbauteile mit über die Länge variierendem Profilquerschnitt herstellen zu können. Solche können beispielsweise an einem Seitenleitwerk als Stringer eingesetzt werden, deren Querschnittsdicke mit der Flugzeughochrichtung abnimmt entsprechend dem in dieser Richtung abnehmenden Biegemoment, oder auch als Fußbodenquerträger mit zu den Enden hin zunehmender Querschnittsdicke entsprechend der auftretenden Kräfte.
Die DE 100 14 376 A1 beschreibt ein weiterentwickeltes Protrusionsverfahren, mit dem während der Protrusion auch eine Profilierung durch beispielsweise Nuten in Längsrichtung von Federleisten erfolgen kann.
Die DE 31 45 153 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Verankerungsstabes aus Kunstharz, in welchen Verstärkungsfasern eingebettet sind, wobei ein fortlaufender Strang aus Verstärkungsfasern im Wesentlichen kontinuierlich durch eine Düsenkanal hindurchgezogen wird, wobei der mit Kunstharz völlig durchtränkte Strang im Düsenkanal zu einem in seinem Querschnitt dem des Düsenkanals entsprechenden Stab geformt und ausgehärtet wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Faser-Verbundbauteils der vorgenannten Art zu schaffen. Schließlich soll ein Halbzeug zur Herstellung eines Kunststoff-Faser-Verbundbauteils in Form eines Profils mit über die Länge variierendem Profilquerschnitt geschaffen werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Faser-Verbundbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiter ist Bestandteil der erfindungsgemäßen Lösung auch ein Halbzeug zur Herstellung eines Kunststoff-Faser-Verbundbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 16.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht auf die Innenseite einer Halbschale eines Seitenleitwerks eines Flugzeugs, welche in Faserverbundbauweise hergestellt ist, wobei eine Außenhaut durch eine Anzahl von in Hochachsenrichtung des Flugzeugs parallel zueinander verlaufenden Stringern getragen ist, wobei die Stringer als Kunststoff-Faser-Verbundbauteile in Form eines Profils mit über die Länge variierendem Profilquerschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt sind;
2a bis c schematisierte Querschnittsansichten eines Teils eines Kunststoff-Faser-Verbundbauteils in Form eines Profils mit über die Länge variierendem Profilquerschnitt, das durch ein Pultrusionsverfahren hergestellt ist, gemäß zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung;
3 eine schematisierte Querschnittsansicht eines Kunststoff-Faser-Verbundbauteils in Form eines Profils mit über die Länge variierendem Profilquerschnitt, das durch ein Pultrusionsverfahren hergestellt sind, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4a eine schematisierte Darstellung einer an sich im Stande der Technik bekannten Pultrusionsanlage;
4b in verschiedenen Phasen eine sukzessive Ausbildung eines gewünschten Profils aus einem Vorgelege und 4c ein Presswerkzeug, in welchem die Vorgelege unter Einwirkung von Druck und Hitze in der gewünschten Profilform miteinander verpresst werden, wie an sich im Stande der Technik bekannt.
In 1 ist in perspektivischer Ansicht die Innenseite einer Halbschale eines Seitenleitwerks des Großraumflugzeugs A 380 zu sehen. In der Halbschale 1 sind eine Anzahl von sich parallel sich zur Flugzeughochachsenrichtung Z erstreckende Stringer 10 angeordnet, welche jeweils durch ein Kunststoff-Faser-Verbundbauteil gebildet sind. Die Stringer 10 steifen eine Außenhaut 2 aus, welche über die gesamte Länge der Stringer 10 mit diesen verbunden ist. Die Stringer 10 wie auch die Außenhaut 2 der gezeigten Halbschale 1 sind in moderner Kunststoff-Faser-Verbundbauweise unter Verwendung von insbesondere Kohlenstoff-Fasern (Carbonfasern) hergestellt. Die die Stringer bildenden Kunststoff-Faser-Verbundbauteile haben die Form eines langgestreckten Profils mit T-förmigem Querschnitt und über die Länge variierendem Profilquerschnitt. Das Profil kann mit nahezu beliebiger Querschnittsform hergestellt werden, beispielsweise zunächst mit einem H-förmigen Querschnitt, das zur Herstellung von zwei Teilprofilen mit jeweils einem T-förmigen Querschnitt der Länge nach durchtrennt wird, o. ä.
In 1 sind vier Bereiche I bis IV dargestellt, welche einer zunehmenden Querschnittsdicke des Profils der Stringer entsprechen. Im Bereich I hat das Kunststoff-Faser-Verbundbauteil 10 die geringste Dicke, welche durch ein Basisprofil gebildet ist, das sich über die gesamte Länge des Verbundbauteils 1 erstreckt. Ab dem Bereich II ist die Querschnittsdicke um eine erste Verstärkung vergrößert, welche sich über die Bereiche II bis IV erstreckt. Im Bereich III kommt eine zweite Verstärkung hinzu, die sich nur über die Bereiche III und IV erstreckt. Im Bereich IV schließlich hat das Verbundbauteil 10 die größte Dicke aufgrund einer dritten Verstärkungslage. Somit ist der Querschnitt der die Stringer 10 bildenden Kunststoff-Faser-Verbundbauteile an die mit zunehmender Ausdehnung des Seitenleitwerks in Richtung der Flugzeughochachsenrichtung Z abnehmenden Biegebeanspruchung angepasst.
In 4a ist eine schematisierte Darstellung einer an sich im Stande der Technik bekannten Pultrusionsanlage 100 gezeigt, die zur Herstellung von Kunststoff-Faser-Verbundbauteilen 10; 20 in Form von Profilen dient. Die zu verarbeitenden Werkstofflagen werden in Form von Prepreg-Materialien als Vorgelege auf Rollen 110 aufgewickelt vorgehalten, in einer Vorformungseinrichtung 120 zusammengefügt und in einem Presswerkzeug 130 unter Einwirkung von Druck und Hitze miteinander verpresst. In einem dem Presswerkzeug nachgeschalteten Tunnelofen 140 erfolgt eine Temperbehandlung, um den Faserverbund vollständig auszuhärten. Das Ziehen der Vorgelege durch die Anlage erfolgt durch eine Zieheinrichtung 150. Die Profile werden in einer Schneideeinrichtung 160 auf eine gewünschte Länge geschnitten.
In der Vorformungseinrichtung 120 erfolgt eine sukzessive Ausbildung des gewünschten Profils, indem die Vorgelege, wie in den verschiedenen Phasen von 4b gezeigt, aus einer bandförmigen Konfiguration, in der sie von den Rollen 110 laufen, in die endgültig gewünschte Form überführt werden. Im nachgeschalteten Presswerkzeug 130 werden die Vorgelege dann unter Einwirkung von Druck und Hitze in der gewünschten Profilform miteinander verpresst, wie in 4c gezeigt. Dabei wird beispielsweise, wie gezeigt, ein Profil mit einem H-förmigen Querschnitt hergestellt, das in dieser Profilierung verwendet werden oder zur Herstellung von zwei Teilprofilen mit jeweils einem T-förmigen Querschnitt der Länge nach durchtrennt werden kann.
Die 2 und 3 zeigen im Querschnitt zwei verschiedene Ausführungsbeispiele von Kunststoff-Faser-Verbundbauteilen 10; 20, die in Form eines Profils mit über die Länge variierendem Profilquerschnitt im Pultrusionsverfahren hergestellt sind. Diese verfügen jeweils über ein Basisprofil, das aus einer oder, bei den dargestellten Ausführungsbeispielen, typischerweise mehreren der Länge nach durchgängigen Werkstofflagen 11; 21 gebildet sind.
Der über die Länge des Profils variierende Profilquerschnitt ist hergestellt jeweils durch eine oder, bei den dargestellten Ausführungsbeispielen, ebenfalls mehrere auf das Basis profil aufgebrachte und mit diesem verbundene weitere Werkstofflagen 14; 24, 25. Diese haben eine Länge, die nur einen Teil der Länge des Profils einnimmt, so dass sich der gewünschte über die Länge variierende Profilquerschnitt ergibt.
Diese weiteren Werkstofflagen 14; 24, 25 sind auf die das Basisprofil bildenden durchgängigen Werkstofflagen 11; 21 aufgebracht zusammen mit jeweiligen Ausgleichslagen 14a; 24a, 25a, welche in dem von den weiteren Werkstofflagen 14; 24, 25 nicht eingenommenen Teil der Länge des Profils den im Endeffekt gewünschten, über die Länge variierenden Profilquerschnitt zunächst zu einem Profilquerschnitt ergänzen, der über die Länge des Profils konstant ist. Dies ermöglicht es, im Pultrusionsverfahren ein Halbzeug herzustellen, das einen über die Länge konstanten Querschnitt aufweist, wie es auch bei herkömmlichen Pultrusionsverfahren der Fall ist.
Zwischen den Ausgleichslagen 14a; 24a, 25a und den darunterliegenden, das Basisprofil bildenden durchgängigen Werkstofflagen 11; 21 bzw. den den über die Länge variierenden Profilquerschnitt bildenden weiteren Werkstofflagen 14; 24, 25, wenn die Ausgleichslagen 14a; 24a, 25a über solchen liegen, ist eine Trennschicht 50 angeordnet, die es ermöglicht, die Ausgleichslagen 14a; 24a, 25a, welche den Zweck haben, für einen konstanten Querschnitt während des Pultrusionsverfahrens zu sorgen, die aber nicht Bestandteil des endgültigen Produkts in Form des Kunststoff-Faser-Verbundbauteils 10; 20 mit einem Profil mit über die Länge variierendem Profilquerschnitt sein sollen, nach dem Verpressen und Aushärten zu einem geeigneten Zeitpunkt zu entfernen. In 2 ist schematisiert eine Querschnittsansicht des Faserverbundbauteils 10 zu sehen, wie es sich nach dem Entfernen der Ausgleichslagen 14a ergibt.
Bei den in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen sind mehrere den über die Länge variierenden Profilquerschnitt bildende weitere Werkstofflagen 14; 24, 25 dargestellt, die an jeweiligen Stoßstellen 14b; 24b, 25b mit entsprechenden Ausgleichslagen 14a; 24a, 25a zusammenstoßen. Diese Stoßstellen 14b; 24b, 25b sind in Längsrichtung gegeneinander versetzt, so dass sich eine stufenweise Verjüngung des gewünschten Querschnittsprofils ergibt. Dabei ergeben sich jeweilige Überlappungsbereiche der den variierenden Profilquerschnitt bildenden weiteren Werkstofflagen 14; 24, 25 und der jeweils folgenden Ausgleichslage 14a; 24a, 25a der jeweils nächsten Schicht zwischen benachbarten Stoßstellen. Damit die Ausgleichslagen 14a; 24a, 25a später entfernt werden können, sind auch in diesen Überlappungsbereichen jeweilige Trennschichten 50 vorzusehen.
Bei dem in den 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die durchgängigen Werkstofflagen 11 an einer Seite des Profils angeordnet, die zu entfernenden Ausgleichslagen 14a befinden sich an der anderen Seite des Profils. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel dagegen ist das Verbundbauteil 20 bezüglich seiner Längsachse symmetrisch aufgebaut, die durchgängigen Werkstofflagen 21 befinden sich in der Mitte, weitere Werkstofflagen 24 sind an der einen Seite des Profils vorgesehen, noch weitere Werkstofflagen 25 an der anderen Seite des Profils, diese werden jeweils durch entsprechende Ausgleichslagen 24a bzw. 25a beiderseits der durchgängigen Werkstofflagen 21 ergänzt. Es sind somit an beiden Seiten entfernbare Ausgleichslagen 24a, 25a vorgesehen, das Profil des Verbundbauteils 20 variiert an beiden Seiten über die Länge desselben.
Gemäß den in den 2a und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Ausgleichslagen 14a; 24a, 25a durch Schichten eines Faserwerkstoffs gebildet, der der gleiche sein kann wie der Faserwerkstoff der durchgängigen Lagen 11; 21 oder ein anderer. Es kann entweder vorgesehen sein, dass zwischen den einzelnen Schichten der Ausgleichslagen 14a; 24a, 25a jeweils Trennschichten 50 vorgesehen sind, so wie in 2a dargestellt, oder zwischen den Schichten der Ausgleichslagen 24a, 25a sind keine Trennschichten vorgesehen, wie die 3 zeigt, so dass die Ausgleichslagen 24a, 25a nach dem Verpressen einen eigenen, weiteren Kunststoff-Faser-Verbund bilden. Dieser Faserverbund kann nach dem Entfernen als Opferlage verworfen werden.
Für alle Ausführungsbeispiele gilt, dass die Trennschicht 50 in Form eines Antihaft-Pulvers oder in Form einer Trennfolie vorgesehen sein kann, ggf. auch in einer anderen geeigneten Weise.
Die durchgängigen Werkstofflagen 11; 21 können in Form eines auf einer oder auf mehreren Rollen aufgewickelten Vorgeleges vorgehalten und dem Verfahren zur Herstellung des Verbundbauteils 10; 20 zugeführt werden. Die weiteren Werkstofflagen 14; 24, 25, welche den über die Länge des Profils variierenden Profilquerschnitt bilden sollen, und die diese ergänzenden Ausgleichslagen 14a; 24a, 25a können ebenfalls in Form eines auf einer oder mehreren Rollen aufgewickelten Vorgeleges vorgehalten und dem Verfahren zugeführt werden. Dabei können die weiteren Werkstofflagen 14; 24, 25 einerseits und die diese ergänzenden Ausgleichslagen 14a; 24a, 25a andererseits je weils von verschiedenen Rollen zugeführt werden. Dabei wäre darauf zu achten, dass die Stoßstellen 14b; 24b, 25b zwischen den einander ergänzenden Lagen korrekt zueinander positio niert sind.
Andererseits können die den variierenden Profilquerschnitt bildenden weiteren Werkstofflagen 14; 24, 25 und die diese ergänzenden Ausgleichslagen 14a; 24a, 25a zusammen in Form eines Vorgeleges mit konstantem Querschnitt auf einer Rolle aufgewickelt und für das Verfahren verwendet werden. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass auch mindestens eine der durchgängigen Werkstofflagen 11; 21 zusammen mit diesen Lagen zu einem Vorgelege mit konstantem Querschnitt auf einer Rolle aufgewickelt ist. Bei Profilen mit einer nicht allzu großen Querschnittsdicke können sogar alle Lagen, also die durchgängigen Werkstofflagen 11; 21, sowie die den über die Länge variierenden Profilquerschnitt bildenden weiteren Werkstofflagen 14; 24, 25 und die diese ergänzenden Ausgleichslagen 14a; 24a, 25a zusammen in Form eines Vorgeleges mit konstantem Querschnitt auf einer einzigen Rolle aufgewickelt sein.
Das Vorgelege kann zusätzlich eine Trägerfolie enthalten, welche die jeweiligen Lagen trägt. Eine solche Trägerfolie wird üblicherweise während des Zusammenführens von verschiedenen Rollen zugeführter verschiedener Lagen von diesen gelöst und aus dem Prozess entfernt.
Wenn als Trennschicht eine Trennfolie verwendet wird, kann diese entweder auch Bestandteil des Vorgeleges sein, oder sie kann getrennt zugeführt werden, üblicherweise dann auch aufgewickelt auf einer Rolle.
Wie in 2c gezeigt, kann auch eine einzige Ausgleichslage 40 vorgesehen sein, welche als komplementäres Teil für den über die Länge variierenden Profilquerschnitt ausgebildet ist. Dieses kann beispielsweise aus Metall oder aus einem elastischen Material hergestellt sein. Es wird dann in der gleichen Weise wie die vorher beschriebenen einzelnen Lagen während des Prozesses dazu verwendet, den durch die weiteren Lagen 14a; 24a, 25a über die Länge variierenden Profilquerschnitt zu einem über die Länge konstanten Profilquerschnitt zu ergänzen. Ein solches Element 40 kann entweder eine wiederverwendbare "Dummy-Lage" sein, die im Produktionsprozess mitgefahren, anschließend entfernt und gereinigt und wiederverwendet wird oder es könnte auch ein Element sein, dass nach dem Prozess verworfen oder in einer geeigneten Weise wiederverwertet wird. Das Element 40 kann dem Fertigungsprozess kurz vor dem Aushärtungswerkzeug zugeführt werden, insbesondere falls es sich um eine harte "Dummy-Lage" handelt.
Das Kunststoff-Faser-Verbundbauteil 10; 20 mit über die Länge variierendem Profilquerschnitt und die diesen ergänzenden Ausgleichslagen 14a; 24a, 25a; 40 bilden bis zum Trennen dieser beiden Bestandteile ein Halbzeug, das für sich transportiert oder gelagert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die durchgängigen Werkstofflagen 11, 21 in Form eines auf Rolle aufgewickelten Vorgeleges vorgehalten und dem Verfahren zugeführt, wobei die weiteren Werkstofflagen 14, 24, 25 und die Ausgleichslagen 14a, 24a, 25a, 40 in Form eines auf Rolle aufgewickelten Vorgeleges vorgehalten und dem Verfahren zugeführt werden, wobei zumindest eine der weiteren Werkstofflagen 14, 24, 25 und die zumindest eine den von dieser nicht eingenommenen Teil der Länge des Profils ergänzende Ausgleichslage 14a, 24a, 25a, 40 zusammen in Form eines Vorgeleges mit konstantem Querschnitt auf einer Rolle vorgehalten und dem Verfahren zugeführt werden.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die durchgängigen Werkstofflagen 11, 21 in Form eines auf Rolle aufgewickelten Vorgeleges vorgehalten und dem Verfahren zugeführt, wobei zumindest eine durchgängige Werkstofflage 11, 21 und mindestens eine weitere Werkstofflage 14, 24, 25 und diese in der Länge ergänzende Ausgleichslage 14a, 24a, 25a zusammen in Form eines Vorgeleges mit konstantem Querschnitt auf einer Rolle vorgehalten und dem Verfahren zugeführt werden.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die durchgängigen Werkstofflagen in Form eines auf Rolle aufgewickelten Vorgeleges vorgehalten und dem Verfahren zugeführt, wobei mindestens eine durchgängige Werkstofflage 11, 21 und mindestens eine weitere Werkstofflage 14, 24, 25 und diese in der Länge ergänzende Ausgleichslage 14a, 24a, 25a zusammen in Form eines Vorgeleges mit konstantem Querschnitt auf einer Rolle vorgehalten und dem Verfahren zugeführt wird, wobei alle Lagen 11, 14, 14a, 21, 24, 24a, 25, 25a zusammen in Form eines Vorgeleges mit konstantem Querschnitt auf einer einzigen Rolle vorgehalten und dem Verfahren zugeführt werden.
Das Kunststoff-Faser-Verbundbauteil und sein Herstellungsverfahren, sowie das genannte Halbzeug bieten gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Herstellung solcher Teile im Pultrusionsverfahren eine Vielzahl von Vorteilen, nämlich eine deutliche Ersparnis bei Kosten und Zeit für die Herstellung, den Entfall eines aufwendigen Aufbringens von zusätzlichen Verstärkungslagen und ggf. von Klebfilmen auf das Basisprofil, einschließlich des Entfalls einer dabei notwendigen Vorbehandlung, den Entfall eines zusätzlichen Autoklavprozesses bei einem solchen Aufbringen von zusätzlichen Verstärkungslagen, eine bessere Laminatqualität und damit eine bessere mechanische Leistungsfähigkeit des gewonnen Verbundbauteils, den Entfall des Prüfaufwandes für das Basisprofil.
Der über die Länge variierende Profilquerschnitt bietet auch den Vorteil der Herstellung eines auf die Belastung angepassten gewichtsoptimierten Pultrusionsprofils.
Klassische Pultrusionsprofile zeichnen sind durch einen über die Länge konstanten Profilquerschnitt und konstante Bauteildicke aus. Solange der Profilquerschnitt über die Länge konstant bleibt kann jede Form von Geometrie (H, T, o, X, V, M, D, etc) hergestellt werden. Die Erfindung zeichnet sich darin aus, dass diese Basisgeometrie beibehalten bleiben und sich der Profilquerschnitt in seiner Bauteildicke ändern kann. Es gibt im wesentlichen keine Einschränkung bei der Basisgeometrie.
Als Fasermaterial sind alle gängigen Werkstoffe wie CFK, GFK, AFK, Naturfasern, etc. möglich.

1: Halbschale
2: Außenhaut
10: Kunststoff-Faser-Verbundbauteil
11: durchgängige Werkstofflage
14: weitere Werkstofflage
14a: Ausgleichslage
14b: Stoßstelle
20: Kunststoff-Faser-Verbundbauteil
21: durchgängige Werkstofflage
24: weitere Werkstofflage
24a: Ausgleichslage
24b: Stoßstelle
25: weitere Werkstofflage
25a: Ausgleichslage
25b: Stoßstelle
50: Trennschicht
100: Pultrusionsanlage
110: Vorgelege-Rollen
120: Vorverformungseinrichtung
130: Presseinrichtung
140: Tunnelofen
150: Zieheinrichtung
160: Schneideinrichtung

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Faser-Verbundbauteils in Form eines Profils mit über die Länge variierendem Profilquerschnitt im Pultrusionsverfahren, bei dem aus einer oder mehreren der Länge nach durchgängigen Werkstofflagen (11; 21) eines Faserwerkstoffs ein Basisprofil und der variierende Profilquerschnitt durch eine oder mehrere auf das Basisprofil aufgebrachte und mit diesem verbundene weitere Werkstofflagen (14; 24, 25) einer Länge, die nur einen Teil der Länge des Profils einnimmt, gebildet wird, wobei das Pultrusionsverfahren ein Zuführen, Verpressen und Härten der Werkstofflagen beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den weiteren Werkstofflagen (14; 24, 25) und mindestens einer Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40), welche in dem von den weiteren Werkstofflagen (14; 24, 25) nicht eingenommenen Teil der Länge des Profils den Profilquerschnitt zu einem konstanten Querschnitt ergänzt, und weiterhin zwischen den durchgängigen Werkstofflagen (11; 21) und der mindestens einen Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40) eine Trennschicht (50) angeordnet wird; und dass die mindestens eine Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40) nach dem Verpressen entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von an jeweiligen Stoßstellen (14b; 24b, 25b) mit der mindestens einen Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40) aneinanderstoßende weitere Werkstofflagen (14; 24, 25) auf die das Basisprofil bildenden durchgängigen Werkstofflagen (11; 21) aufgebracht werden, wobei die Stoßstellen (14b; 24b, 25b) in Längsrichtung gegeneinander versetzt sind und die weiteren Werkstofflagen (14; 24, 25) und die mindestens eine Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40) zwischen benachbarten Stoßstellen (14b; 24b, 25b) übereinander angeordnet werden unter Bildung von jeweiligen Überlappungsbereichen, an denen zwischen den weiteren Werkstofflagen (14; 24, 25) und der Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40) ebenfalls eine Trennschicht (50) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichslage (14a; 24a, 25a) durch Schichten eines Faserwerkstoffs gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40) durch eine oder mehrere Metallschichten gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40) durch eine oder mehrere Schichten eines elastischen Werkstoffs gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichslage (14a; 24a, 25a) durch mehrere Schichten eines Faserwerkstoffs gebildet wird, zwischen denen jeweils Trennschichten (50) vorgesehen sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichslage (14a; 24a, 25a) durch mehrere Schichten eines Faserwerkstoffs gebildet wird, zwischen denen keine Trennschichten vorgesehen sind, und die nach dem Verpressen einen weiteren Kunststoff-Faser-Verbund bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Profil mit einem H-förmigen oder einem T-förmigen Querschnitt hergestellt wird, welches einen über die Länge variierendem Profilquerschnitt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Profil mit einem H-förmigen hergestellt wird, das einen über die Länge variierendem Profilquerschnitt aufweist und das zur Herstellung von zwei Teilprofilen mit jeweils einem T-förmigen Querschnitt der Länge nach durchtrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (50) in Form eines Antihaft-Pulvers aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (50) in Form einer Trennfolie vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgängigen Werkstofflagen (11; 21) in Form eines auf Rolle aufgewickelten Vorgeleges vorgehalten und dem Verfahren zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Werkstofflagen (14; 24, 25) und die Ausgleichslagen (14a; 24a, 25a; 40) in Form eines auf Rolle aufgewickelten Vorgeleges vorgehalten und dem Verfahren zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Werkstofflagen (14; 24, 25) einerseits und die Ausgleichslagen (14a; 24a, 25a; 40) andererseits jeweils von verschiedenen Rollen zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen des Vorgeleges auf einer Trägerfolie aufgebracht werden.
Halbzeug zur Herstellung eines Kunststoff-Faser-Verbundbauteils in Form eines Profils mit über die Länge variierendem Profilquerschnitt, bei dem aus einer oder mehreren der Länge nach durchgängigen Werkstofflagen (11; 21) ein Basisprofil und der variierende Profilquerschnitt durch eine oder mehrere auf das Basisprofil aufgebrachte und mit diesem verbundene weitere Werkstofflagen (14; 24, 25) einer Länge, die nur einen Teil der Länge des Profils einnimmt, gebildet ist, wobei die Werkstofflagen im Pultrusionsverfahren verpresst sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den weiteren Werkstofflagen (14; 24, 25) und mindestens einer Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40), welche in dem von den weiteren Werkstofflagen (14; 24, 25) nicht eingenommenen Teil der Länge des Profils den Profilquerschnitt zu einem konstanten Querschnitt ergänzt, und weiterhin zwischen den durchgängigen Werkstofflagen (11; 21) und der mindestens einen Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40) eine Trennschicht (50) angeordnet ist; wobei die mindestens eine Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40) mittels der Trennschicht (50) entfernbar vorgesehen ist.
Halbzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von an jeweiligen Stoßstellen (14b; 24b, 25b) mit der mindestens einen Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40) aneinanderstoßende weitere Werkstofflagen (14; 24, 25) auf die das Basisprofil bildenden durchgängigen Werkstofflagen (11; 21) aufgebracht sind, wobei die Stoßstellen (14b; 24b, 25b) in Längsrichtung gegeneinander versetzt sind und die weiteren Werkstofflagen (14; 24, 25) und die mindestens eine Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40) zwischen benachbarten Stoßstellen (14b; 24b, 25b) übereinander angeordnet sind unter Bildung von jeweiligen Überlappungsbereichen, an denen zwischen den weiteren Werkstofflagen (14; 24, 25) und der Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40) ebenfalls eine Trennschicht (50) vorgesehen ist.
Halbzeug nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichslage (14a; 24a, 25a) durch Schichten eines Faserwerkstoffs gebildet sind.
Halbzeug nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40) durch eine oder mehrere Metallschichten gebildet ist.
Halbzeug nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichslage (14a; 24a, 25a; 40) durch eine oder mehrere Schichten eines elastischen Werkstoffs gebildet ist.
Halbzeug nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichslage (14a; 24a, 25a) durch mehrere Schichten eines Faserwerkstoffs gebildet sind, zwischen denen jeweils Trennschichten (50) vorgesehen sind.
Halbzeug nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichslage (14a; 24a, 25a) durch mehrere Schichten eines Faserwerkstoffs gebildet sind, zwischen denen keine Trennschichten vorgesehen sind.
Halbzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (50) in Form eines Antihaft-Pulvers vorgesehen ist.
Halbzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (50) in Form einer Trennfolie vorgesehen ist.