DE102007015909A1

DE102007015909A1 - Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Hohlkörper

Info

Publication number: DE102007015909A1
Application number: DE102007015909A
Authority: DE
Inventors: Thomas Lippert; Helmut Dr. Michel; Ulrich Strasser
Original assignee: MT Aerospace AG
Current assignee: MT Aerospace AG
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2007-04-02
Publication date: 2008-10-09
Also published as: EP2152502A2; WO2008119491A2; US20100196637A1; ES2337228T1; WO2008119491A3; JP2010523363A

Abstract

Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Hohlkörpern mit integral angeformten Elementen in einer Hohlform, wobei in zwei Hälften der Hohlform, welche jeweils die Negativform für den herzustellenden faserverstärkten Hohlkörper mit integral angeformten Elementen bilden, eine Fasermatte laminiert wird und nach dem Verbinden der beiden Hälften der so ausgekleideten Hohlform die Fasermatte unter Anwendung von Druck formschlüssig in die Hohlform gepresst wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Hohlkörpern mit integral am Hohlkörper angeformten Elementen, wie Anschlusslaschen, Aufhängelaschen, Flanschen, Flossen und dergleichen Elemente.
Hohlkörper mit Anschlusslaschen, Aufhängelaschen, Flanschen, Flossen und dergleichen Elementen lassen sich nur mit sehr aufwendigen Arbeitstechniken herstellen. Im Stand der Technik wurden zahlreiche Vorgehensweisen beschrieben.
So ist beispielsweise in der US 4,963,301 ein Verfahren zur Herstellung einer Strebe mit endseitigen Laschen beschrieben. Diese Strebe besteht aus drei Teilstücken, nämlich einem rohrförmigen Hohlkörper und zwei an den Enden des Hohlkörpers ein gesetzten Laschenköpfen von geringerem Umfang. Die Fertigung erfolgt unter Verwendung von vorimprägniertem Fasermaterial, das auf ein Mantelrohr gewalzt und ausgehärtet und danach zu einer feuerfesten Strebe z. B. mittels Infiltration pyrolysiert werden kann. Die Laschenköpfe werden entweder nachträglich angeformt bzw. eingesetzt oder man verwendet zum Aufwalzen ein sich an einem Ende verjüngendes Mantelrohr. Eine faltenfreie Herstellung eines einstückigen faserverstärkten Hohlkörpers ist damit nicht möglich.
Gemäß DE 31 13 791 A1 wird zur Herstellung von Streben ein harter stangenförmiger Kern benutzt, über den ein Gummischlauch gespannt wird. Um den Schlauch sind mehrere Lagen mit Harz vorimprägniertes Fasermaterial überlappend gewickelt. Der so präparierte Innenkern wird in eine mehrteilige Hohlform mit vier Ausnehmungen gelegt. Nach festem Verschluss der Hohlformhälften wird der einseitig abgeklemmte Schlauch aufgeblasen, so dass das Fasermaterial gegen die Innenwandung der Hohlform gepresst und der harte Kern über das offene Ende des Schlauches herausgezogen werden kann. Anschließend werden in vier Ausnehmungen der Hohlform 4 Formkörper zur Ausbildung der Übergangs- und Endbereiche (Laschen) eingesetzt. Die Aushärtung des Harzes erfolgt im Ofen oder Autoklaven, je nach Harzsystem bei 125°C bzw. 175°C und unter geregeltem Schlauchinnendruck. Nach Abschluss der Aushärtung wird der Schlauch an einem der offenen Laschenenden aus der Strebe herausgezogen und der Laschenbereich konturgefräst. Verklebungen von ausgehärteten Bauteilen sind nicht erforderlich, da gemäß dem „ein Schuss-Verfahren" (one shot curing) gehärtet wird.
Die Laschen erhalten je eine Bohrung in die, zur besseren Lastaufnahme, jeweils eine Hülse gepresst bzw. eingeklebt wird. Um ein mögliches Scheuern zu vermeiden, sind die Hülsen mit einem Bund versehen, der aus der Laschenoberfläche hervorsteht.
Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass zur Ausbildung der Übergangs- und Endbereiche, der abgelegte Faserverband aus der Kreisring- in die Rechtecks-Form gequetscht wird, und daher dazu neigt, in diesen Bereichen Verwerfungen und Faserverschiebungen zu erleiden.
Die vorgenannten Verfahrenstechniken sind nur beispielhaft für die grundlegenden bekannten Techniken genannt. Deren gemeinsamer Nachteil ist, dass die Verfahren uneinheitliche Produkte liefern. Darunter leidet die Qualität der faserverstärkten Hohlkörper, insbesondere in dem von äußeren Lasten hoch beanspruchten Laschenbereich. Die Ausschussrate ist entsprechend hoch. Außerdem sind die verwendete Vorrichtung und die Handhabung derselben, relativ aufwendig.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger rohr- bzw. prismenförmige Hohlkörper mit integral angeformten Elementen anzugeben, mit welchem die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren vermieden werden können. Insbesondere soll es ermöglicht werden, faserverstärkte Hohlkör per mit integral angeformten Elementen stets reproduzierbar herstellen zu können, wobei die geforderten Stabilitäts- und Qualitätseigenschaften des Hohlkörpers in allen seinen Abschnitten gewährleistet ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Hohlkörpern mit integral angeformten Elementen in einer Hohlform, wobei in zwei Hälften der Hohlform, welche jeweils die Negativform für den herzustellenden faserverstärkten Hohlkörper mit integral angeformten Elementen bilden, eine Fasermatte laminiert wird und nach dem Verbinden der beiden Hälften der so ausgekleideten Hohlform, die Fasermatte unter gleichzeitiger Aushärtung und Ausbildung des faserverstärkten Hohlkörpers mit integral angeformten Elementen gegen die Hohlforminnenwand gepresst wird.
Bei den faserverstärkten Hohlkörpern handelt es sich insbesondere um solche mit rohr- oder prismenförmiger Außengestalt, es sind jedoch auch viele andere Querschnittsformen angenommen werden, wie sie von Fall zu Fall später noch erläutert werden. Mit dieser Erfindung können faserverstärkte Hohlkörper mit geringer Porosität und hohem Faservolumenanteil unter beispielsweise unter Verwendung eines aufblasbaren Schlauches, bzw. Blase, in einer, mit trockenen textilen Faserhalbzeugen bzw. mit durchtränkten Faserhalbzeugen (Prepregs) ausgelegten, Hohlform, speziell solche die eine rohr- bzw. prismenförmige Gestalt mit integrierten Laschen, Flossen, Flanschen und dergleichen aufweisen, vorteilhaft hergestellt werden. Darunter fallen Streben, die für die Strukturkonstruktionen, z. B. in der Luft- und Raumfahrt oder für den Fahrzeugbau benötigt werden (1 bis 5), Flossenrohre (27), Rohre mit Flanschen (28 und 29) und ähnlichem. Sie können einen weiten thermomechanischen Einsatzbereich abdecken, zumal sie aus unterschiedlichen Materialien, wie z. B. faserverstärktem Kunststoff oder faserverstärkter Keramik (CMC) bestehen können und somit sowohl für normale, als auch sehr tiefe oder sehr hohe Temperaturen ausgelegt werden können.
Unter dem Begriff Fasermatte sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle vorimprägnierten und/oder vorbehandelten Fasergelege, respektive Faserhalbzeuge verstanden werden, welche nach dem Auslegen der Form auch als Laminat bezeichnet werden können.
Die erforderliche Hohlform ist als Negativ des herzustellenden faserverstärkten Hohlkörpers im Wesentlichen zweiteilig und dicht verschließbar ausgeführt. Sie besteht vorzugsweise aus einem festen Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit.
Im Vergleich zu metallischen Ausführungen sind faserverstärkte Hohlkörper leichter und weisen mindestens gleich große Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften hinsichtlich Druck, Zug, Biegung und Torsion auf. Darüber hinaus haben sie ein besseres Dämpfungsvermögen. Bei faserverstärkten Hohlkörpern mit z. B. integrierten Anschlusslaschen ergeben sich Gewichts- und Festigkeitsvorteile gegenüber solchen mit eingefügten Laschenköpfen, da im Bereich der Fügung (Verklebung) Kerben und Doppeldimensionierungen unvermeidbar sind. Ähnliches gilt für faserverstärkte Rohre mit Flanschen.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren ähnliche Prozessschritte wie der Stand der Technik verwendet, stellt es doch eine wesentliche Verbesserung und Vereinfachung der bisher bekannten Verfahren dar. Einerseits wird ohne den vorgenannten harten Kern gearbeitet und andererseits wird der Faserverbund in allen Hohlkörperbereichen, speziell im Übergangs- und Endbereich (Lasche) lastgerechter in Kraftflussrichtung abgelegt. Im Endbereich (Lasche) erfolgt die Ablage isotrop. Zu diesem Zweck wird mit entsprechenden Hohlformhälften (Negativformen) gearbeitet. Dadurch erspart man sich das Zusammenpressen der Faserschichten mittels Formstücken mit allen damit verbundenen Nachteilen. Die Übergangsbereiche brauchen also nicht mehr von großen auf kleine Querschnitte in Form gepresst zu werden, da das Prepreg-Material faltenfrei und lagestabil direkt in zwei einander sich ergänzende offene Negativformen abgelegt wird.
Prinzipiell sind dadurch weniger Arbeitschritte erforderlich und damit sowohl der Zeitaufwand als auch die Ausschussgefahr geringer. Hinzu kommt, dass die Hohlform einfacher aufgebaut und die bisherige verfahrensbedingte Gefährdung des Bauteilrohlings weitgehend eliminiert sind.
Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
So ist die Fasermatte vorzugsweise ein mit Harz getränktes Fasergelege oder ein Faser-Prepreg.
Die Fasermatte wird vorzugsweise mit Hilfe eines in die Hohlform eingebrachten aufblasbaren Elementes gegen die Hohlforminnenwand gedrückt, indem das aufblasbare Element nach dem Verbinden der Hälften der Hohlform aufgeblasen wird. Auch kann die Fasermatte durch Anlegen eines Vakuums an der Hohlform an die Hohlforminnenwand gepresst wird. Gegebenenfalls kann man beide Methoden kombinieren.
Vorzugsweise wird bzw. werden die Fasermatte(n) entsprechend einer vorgegebenen Belastungsspezifität verschiedener Abschnitte des Hohlkörpers in den Hälften der Hohlform abgelegt.
Auf der/den Fasermatte(n) kann im Rahmen der Erfindung zusätzlich ein Belüftungsgewebe abgelegt werden.
Die Fasermatte(n) und gegebenenfalls das Entlüftungsgewebe werden bei einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in jeweils einer Hälfte der Hohlform derart abgelegt, dass sie um einen bestimmten Betrag über wenigstens eine Oberkante der überstehenden Hohlformhälften hinausragen.
Die überragenden Abschnitte der Fasermatte und gegebenenfalls des Entlüftungsgewebes werden erfindungsgemäß vor dem Zusammensetzen der Hohlformhälfte derart aufgefächert, dass die jeweils aufgefächerten Abschnitte nach dem Zusammensetzen inein ander greifen.
Zur Ausbildung der über die Oberkante der Hohlformhälften hinausragenden Materialabschnitte wird an den Hohlformhälften wenigstens einseitig eine Leiste angeordnet, welche die hinausragenden Materialabschnitte während der Laminierung unterstützen. An den Leisten sind zusätzlich Metallschienen angeordnet.
Der so erhaltene Hohlkörperrohling wird vorzugsweise einer mechanischen Nachbehandlung unterworfen und kann darüber hinaus chemisch verdichtet werden.
Die Fasern in den eingesetzten Fasermatten sind unidirektional, gekreuzt, multiaxial, und/oder überkreuzt ausgerichtet und sind in einem thermoplastischen oder duroplastischen matrixmaterial festgelegt.
Die zur Faserverstärkung verwendeten Fasern sind aus Kohlenstoff-, Glas-, Polyester-, Polyethylen-, und Nylonfasern ausgewählt.
Die verwendeten Fasern werden anorganischen Fasern ausgewählt werden, wenn ein chemisch verdichteter Hohlkörper hergestellt werden soll. Die Fasern werden dann aus Kohlenstoff-, Siliciumcarbid-, Aluminiumoxid-, Mullit-, Bor-, Wolfram-, Borcarbid, Bornitrid- und Zirconiumfasern ausgewählt werden. Es können sortengleiche oder sortengemischte Fasern verwendet werden.
Die äußere Form des herzustellenden faserverstärkten Hohlkörpers ist durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht besonders beschränkt. So können faserverstärkte Hohlkörper mit im Wesentlichen kreisförmigem, ovalem, quadratischem oder rechteckigem Querschnitt, mit/oder ohne Innenrippen, bei geeigneter Ausgestaltung der Hohlraumform bzw. der Hohlraumhälften, erzeugt werden. Das Verfahren eignet sich gleichermaßen zur Erzeugung von Streben, Rohren, so genannten Flossen und auch kastenförmigen Gebilden, wie beispielsweise Steuerklappen.
Laminiert wird bevorzugt mit Prepreg-Fasermaterial. Im Rohr- bzw. Prisma-Breich werden z. B. 60% des Fasermaterials parallel zur Längsachse (0°-Richtung) und 40% jeweils hierzu unter ±45° (auch +/–-Richtung genannt) abgelegt. Im Bereich der Enden (Laschen) sind die Fasern zu etwa einem Drittel parallel zur Längsachse angeordnet. Senkrecht zu ihr (90°-Richtung) sind etwa 30% und der Rest unter ±45° zur Längsachse abgelegt. Im rampenförmigen Übergangsbereich zwischen Lasche und Rohr- bzw. Prisma-Breich erfolgt eine abgestufte Ablage der Verstärkungsfasern.
Die Prepreg-Fasern sind unidirektional, gekreuzt, multiaxial aber auch überkreuz auf verschiedene Weisen miteinander verwebt oder verflochten beziehbar. Als Lieferanten wären z. B. Firmen wie Atlas, Cytec, Hexcel, ICI, Interglas, Kramer, Köper, Leinen und Saertex zu nennen.
Ungehärtetes Matrixmaterial kann sowohl mit thermoplastischen als auch mit duroplastischen Eigenschaften von Firmen wie Cytec, Hexel, ACG, Huntsman kommerziell erworben werden.
Bei Bedarf kann auch in gemischter Weise laminiert werden, d. h. auf unidirektionale Faserhalbzeuglagen können kreuzweise verwebte Faserlagen folgen. Das kann im Bereich der Laschenbohrung, je nach spezifizierter Last, zweckmäßig sein.
Aus Gründen der Kosten oder geringeren Anforderungen an die Steifigkeit des faserverstärkten Hohlkörpers, können statt Kohlenstofffasern andere Fasermaterialien eingesetzt werden und zwar sowohl sortengleich als auch sortengemischt. Eine faserverstärkte Kunststoff-Strebe bei der z. B. Glas- und Kohlenstofffasern kombiniert sind, ist flexibler und preisgünstiger als eine, die ausschließlich mit Kohlenstofffasern verstärkt ist. Neben Glas- und Kohlenstoff-Faserhalbzeugen gibt es weitere Fasermaterialien die für faserverstärkte Hohlkörper einsetzbar sind, die dem Fachmann für die Anwendung in verschiedenen Temperaturbereichen bekannt sind Wird für faserverstärkte Hohlkörper bzw. deren vorfixierte, teilweise oder voll gehärtete endformnahe Faservorform eine Harz-Matrix durch Pyrolyse konvertiert und durch weiteren Eintrag von Harzmaterial (Polymerinfiltration) und erneute Pyrolyse verdichtet, werden im Allgemeinen anorganische Fasermaterialien einschließlich Keramik-Filamenten, wie Kohlenstoff, Graphit, Glas und Aramid verwendet. Als keramische Filamentmaterialien sind u. a. Kohlenstoff, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid, Mullit, Bor, Wolfram, Borcarbid, Bornitrid und Zirconium in Anwendung. Keramischen Fasern sind hochtemperaturbeständig. Die mit diesem Liquid Polymer Infiltration (LPI)-Verfahren erzeugten CMC-Baukörper (Ceramic Matrix Composites) durchlaufen im Allgemeinen 5 bis 8 Pyrolysen und sind für Bauteile geeignet, die mittleren mechanischen und thermischen Belastungen widerstehen.
Für thermomechanisch hoch beanspruchte CMC-Werkstoffe kann die Abscheidung der Matrix auf den Faseroberflächen in der Gasphase nach dem Chemical Vapour Infiltration (CVI)-Verfahren erfolgen. Dabei scheidet sich, unter bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen, auf und zwischen den Fasern des endformnahen Baukörpers, Matrixmaterial solange auch im Inneren des Baukörpers ab, bis die Bauteiloberfläche mit Matrixmaterial zugewachsen ist. Auf diese Weise lassen sich z. B. Kohlenstofffasern in eine Siliciumcarbidmatrix, Siliciumcarbidfasern in eine Siliciumcarbidmatrix oder eine Siliciumnitridmatrix, Aluminiumoxidfasern in eine Aluminiumoxidmatrix oder Mullitfasern in eine Mullitkeramik einbetten.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
1 einen erfindungsgemäß herzustellenden faserverstärkten Hohlkörper mit gabel- bzw. nutförmigen Anschlusslaschen

a) in Seitenansicht
b) in Vorderansicht und
c) perspektivisch dargestellt.

2 einen weiteren erfindungsgemäß herzustellenden faserverstärkten Hohlkörper gemäß 1, jedoch mit ovalem Querschnitt

a) in Seitenansicht
b) in Vorderansicht und
c) perspektivisch dargestellt.

3 und 4 einen erfindungsgemäß herzustellenden faserverstärkten Hohlkörper nach 1 oder 2 mit im Mittelteil flach ausgebildeten Flächen, jeweils in

a) Seitenansicht und
b) Perspektivischer Darstellung

5 eine Darstellung des Hohlkörpers gemäß den 3 und 4.
6 und 7 eine gemäß der Erfindung ausgestaltete Hohlformhälfte

a) perspektivisch und
b) im Schnitt.

8 bis 10 den Ablauf des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in einer bevorzugt ausgestalteten Vorrichtung.
11 ein erfindungsgemäß beispielhaft gewähltes Ablagemuster der Faserhalbzeuge.
12 eine Ablage mit hohen Randüberständen.
13 Randstreifen für eine auf Stoß vorgesehene Ablage.
14 Randstreifen für eine auf Überlappung vorgesehene Ablage.
15 bis 18 mögliche Vorgehensweisen der Verbindung der Laminate.
19 bis 22 jeweils Ergebnisse der Vorgehensweisen nach den 15 bis 18 entsprechend den Randbereichen der 10, 13, 14 und 18.
23 bis 26 Ausführungsformen mit Mittelsteg.
27 einen faserverstärkten Höhlkörper mit am Rohrmantel-integrierten Aufhängelaschen

a) im Schnitt
b) perspektivisch.

28 und 29 Hohlkörper mit angeformten Flanschen.
30 ein Flossenrohr.
31 schematisch eine Hohlform zur Herstellung eines Hohlkörpers mit angeformten Flanschen gemäß 28 und 29.
1 zeigt als eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß herzustellenden, faserverstärkten Hohlkörper 10 eine Strebe mit gabel- bzw. nutförmigen Anschlusslaschen 11 sowohl in Seiten- (a) und Vorderansicht (b) als auch perspektivisch (c) dargestellt. Sie weist einen rohrförmigen bzw. zylindrischen Mittelteil 12 auf, der sich in einem konischen Abschnitt 13 zu den integral angeformten Laschen 11 erstreckt. In den Laschen 11 sind etwa mittig Bohrungen 14 vorgesehen, die mit Hülsen 15 mit jeweils einem Bund 15 ausgestattet sind. Der Bund verhindert ein mögliches Scheuern eines lasteinleitenden Zapfens (nicht dargestellt) bei Übertragung von Biege- bzw. Torsionskräften.
2 zeigt ebenfalls eine Strebe mit nut- bzw. gabelförmigen Laschen 11. Der hohle Mittelteil 12 weist jedoch einen ovalen Querschnitt auf, wie aus der Seitenansicht (b) zu ersehen ist. Alle weiteren Merkmale sind identisch und mit denselben Bezugsziffern versehen.
Die Streben (faserverstärkte Hohlkörper 10) der 3 und 4 entsprechen in ihren wesentlichen Merkmalen denen der 1 und 2 und sind soweit wieder mit identischen Bezugsziffern versehen. Sie zeigen darüber hinaus in ihrem zylindrischen oder auch ovalen Mittelteil 12 abgesenkte 16 oder erhabene 17 flach ausgebildete Flächen, an welchen Querkräfte eingeleitet werden können.
5 zeigt den Querschnitt des Mittelteils 12 mit erhaben ausgebildeter Fläche 17 gemäß 4, an einer Stelle, an welcher Querkraft/Querkräfte mittels beispielsweise eines nicht dargestellten Zapfens eingeleitet werden würden.
6 zeigt dann eine erfindungsgemäß ausgestaltete Hohlformhälfte (1, 2) in perspektivischer Darstellung und 7 einen Längsschnitt durch dieselbe Hohlformhälfte. Aus den 6 und 7 ist eine halbe Negativ-Form einer Strebe gemäß den vorangehenden Ausführungsformen gut zu erkennen, insbesondere die Querschnittsänderungen vom Mittelteil 12 zu den Endbereichen (Laschen) 11 über die konisch verlaufenden Abschnitte 13. Diese muldenförmige Negativ-Form wird mit imprägniertem Faserhalbzeug 5 laminiert und dieses wiederum, soweit erforderlich, mit einem Entlüftungsgewebe 7 überspannt, worauf vor und während der Aushärtung Druck ausgeübt wird, in der Form, dass die Faserablage gegen die Innenwand des Hohlkörpers gepresst wird.
In den 8 bis 10 ist ein Herstellungsprozess der vorliegenden Erfindung schematisch wiedergegeben.
8 zeigt diesen Herstellungsprozess für eine untere 1 und 9 für eine obere 2 Hohlformhälfte, auch Unter- bzw. Oberform genannt. Auf beide nach oben offenen Formhälften 1 und 2 wird jeweils eine Leiste 3, 4 gelegt und imprägniertes Faserhalbzeug 5 in die Form laminiert, bis hinauf zu den Anschlagsflächen 18 der Leisten 3, 4. Danach wird, soweit erforderlich, ein Entlüftungsgewebe 7 auf dem Faserhalbzeug 5 abgelegt. Bei der gezeigten Ausführungsform wird in die untere Formhälfte 1 ein Schlauch 8 eingesetzt. Nach Wegnahme der Leisten 3, 4, kann die obere Formhälfte 2 auf die untere Formhälfte 1 aufgesetzt und mit ihr fest und dicht verschlossen werden. Die überstehenden Randstreifen 6 dienen der Überlappung im Nahtbereich des Hohlkörpers 10, so dass die Hälften ohne weiteres Verkleben miteinander verbunden werden.
Damit würden sich folgende Verfahrensschritte zur Herstellung eines Hohlkörpers gemäß der Erfindung ergeben:

1.1 Befestigen der Leisten 3 und 4 auf den dafür vorgesehenen Stirnflächen der geöffneten Hohlformhälften 1 und 2.
1.2 Drapieren der konkav ausgesparten Hohlformhälften 1 und 2 mit Faserhalbzeug bzw. Laminat 5, so dass jeweils an den Leisten 3, 4 überstehende Streifen 6 gebildet werden.
1.3 gegebenenfalls Ablegen von Entlüftungsgeweben 7 auf dem Faserhalbzeug 5. inklusive oder exklusive der überstehenden Streifen 6.
1.4 Einlegen des Schlauches 8, der aus einem isotrop elastischen Material besteht, in die untere Hohlformhälfte 1
1.5 Entfernen der Leisten 3, 4 von den Hohlformhälften 1 und 2.
1.6 Aufeinandersetzen der mit Laminat ausgelegten Hohlformhälften 1 und 2 und gegenseitige Arretierung derselben, z. B. mittels Schrauben.
1.7 Abdichten eines Schlauch-Endes, soweit erforderlich, Absaugen und/oder Verdrängen der Luft die in der Hohlform enthaltenen ist, Einlass von Gas in den Schlauch das unter Druck steht.
1.8 Härtung im Ofen bzw. Autoklaven.
1.9 Öffnen der Hohlform, Entfernen des Schlauches, Entnahme des faserverstärkten Kunststoff-Hohlkörpers, Konturfräsen der Laschen, Bohren von Löchern, Einsetzen von Deckscheiben und/oder Bohrlochhülsen.

Aus 11 ist insbesondere erkennbar, dass die Ablage der Faserhalbzeuge 5 nicht einheitlich sondern nach einem erwartetem Belastungsprofil, also einer erwarteten Beanspruchung des faserverstärkten Hohlkörpers in seinen Einzelabschnitten, erfolgen sollte. Im Mittelteil 12 werden beispielsweise unidirektionale Fasern in Längsrichtung und unter ±45° zu ihr abgelegt. Im Endbereich (Laschen oder sonstige Anschlusselemente) 11 erfolgt die Ablage isotrop, das heißt axial, quer zur Längsachse und unter ±45° zu ihr. Zwischen dem Mittelteil 12 und dem Endbereich der Laschen 11 oder dergleichen angeformten Elementen, also dem keilförmigen bzw. konischen Bereich 13, wird abgestuft abgelegt.
Die Faserhalbzeuge 5 können unterschiedlich in die Formschalen 1 und 2 und gegen die Anschlagsflächen 18 der Leisten 3 bzw. 4 schichtweise laminiert werden.
12 zeigt eine Ablage mit sehr hohen Randüberständen 6. Die überstehenden Randstreifen 6 sind gegen die Leisten 3, 4 und eine Schiene 19 mit L-Profil angeschlagen. Die Schiene 19 erlaubt es, die Randstreifen 6 faltenfrei zusammenzufahren.
Dies kann mit und ohne Überlappung der Randstreifen 6 erfolgen.
In 13 sind die Randstreifen 6 für eine auf Stoß vorgesehene Ablage vorbereitet und in 14 auf eine mit Überlappung. Nach Schließen der Formhälften 1 und 2 und Aufblasen des Schlauches 8, bzw. Evakuierung der zusammengestellten Hohlform verbinden sich die Randstreifen 6 in gewünschter Weise miteinander.
15 zeigt, wie sich ein faserverstärkter Hohlkörper 10 herstellen lässt, der nur eine Überlappung aufweist. Zu diesem Zweck werden die Randstreifen 6, wie in den 12 und 14 veranschaulicht, überlappt und in die obere unlaminierte Formhälfte 2 gepresst. Bei Hohlkörpern mit beispielsweise Aufhängelaschen oder Flossen, ist es zweckmäßig, die Überlappung, wie in 16 angedeutet, in die Trennlinie der Formhälften 1, 2 zu setzen.
Gemäß der 17 werden die Lagen aus Faserhalbzeug 5 im Bereich der späteren Nahtlinien aufgefächert, so dass beim Aufeinandersetzen der Formhälften 1, 2 die aufgefächerten Lagen alternierend ineinander greifen. Zu diesem Zweck sind an den Formhälften 1, 2 wieder Leisten 3, 4, hier jedoch unterschiedlicher Ausgestaltung vorgesehen. Während die untere Formhälfte 1 eine Leiste in Zusammenwirken mit einer Schiene 19 zur Aufspaltung des Fasergeleges um einen bestimmten Betrag zeigt, ist die andere Leiste 4 an der oberen Formhälfte so ausgestaltet, dass eine Aufspaltung um einen dazu versetzten Betrag erfolgt. Durch diese in 18 erkennbare "Verzahnung", erhöht sich die Qualität der Verbindung.
In den 19 bis 22 sind im Ergebnis Querschnitte, hier zylindrischer Mittelteile 12 mit unterschiedlich ausgestalteten Überlappungen wiedergegeben. Diese sind auf Unterschiede zurückzuführen, die mit der Positionierung der überstehenden Randstreifen 6 vor dem Aufeinandersetzen der Formhälften 1, 2 zusammenhängen. Wie leicht zu erkennen ist, korrespondiert die Positionierung der Randstreifen 6 gemäß 10 mit dem Ergebnis in 19, desgleichen die Positionierungen der 13, 14 und 18 mit den Ergebnissen in den 20, 21 und 22, in dieser Reihenfolge und Zuordnung.
Mit nur geringfügigen Änderungen, kann unter Einsatz von zwei U-förmigen Rippenstegen 20, z. B. aus Prepregs und zwei miteinander kommunizierend verbundenen Schläuchen (nicht gezeigt), ein faserverstärkter Hohlkörper 10 mit faserverstärkter Innenrippe 21 hergestellt werden. Dies ist in den 23 und 25 schematisch gezeigt. Die U-förmigen Rippenstege 20 werden jeweils in die untere 1 und die obere 2 Formhälfte mit der zuvor abgelegten Fasermatte 5 vereinigt. Die 24 und 26 zeigen jeweils einen Schnitt durch das fertige Produkt.
In 27 ist ein faserverstärktes Rohr 22 mit am Rohrmantel integrierten Aufhängelaschen 23 dargestellt. Das Rohr 27 und die Aufhängelaschen 23 sind einteilig integral nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
In den 28 und 29 sind jeweils seitlich a) und perspektivisch b) faserverstärkte Rohre 24 mit einem, respektive zwei integral angeformten Flanschen 25 gezeigt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt sind. Zur Verbindung von einzelnen der Rohre 24 untereinander, sind in den Flanschen 25 gegebenenfalls wieder Bohrungen 14 vorgesehen.
30 zeigt ein faserverstärktes Flossenrohr sowohl perspektivisch (a) als auch in Seiten- (b) und Vorderansicht (c), das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt ist. Es kann z. B. aus Kunststoff oder Keramik (CMC) bestehen. Die Flossen können kürzer als das Rohr sein (nicht gezeigt). Anwendbar sind derartige Rohre z. B. als Kühlrohre, zum Aufbau von Hitzeschutzschilden und dergleichen.
31 zeigt schematisch eine Hohlform zur Herstellung eines faserverstärkten Rohres mir integriertem Flansch sowohl in Seitenansicht (a) als auch im Längsschnitt (b).
Herstellung eines Keramik-Hohlkörpers
Als Matrixmaterial ist ein Kunstharz auf Epoxidharzbasis vorgesehen, das bei Prepregs üblich ist. Es können jedoch auch andere Harze, z. B. Vinylesterharze verwendet werden. Deren Zeitspanne zum Verarbeiten ist bei Raumtemperatur jedoch kürzer.
Zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlkörpers nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind zwei Hohlformhälften, wie in 6 dargestellt, erforderlich, wobei jede eine Negativ-Aussparung, also eine Mulde hat, die bei Streben mit Laschen etwa derjenigen in 7 entspricht. Es handelt sich hierbei um einen Längsschnitt durch ein Hohlformhälfte Die konisch verlaufenden bzw. kegelförmigen Übergänge zu den endseitigen Laschenbereichen sind deutlich zu erkennen. In den 8 bis 10 sind Formhälften für eine zylindrische Strebe samt Verfahrensabfolge bildlich wiedergegeben.
In die Formhälften sind Prepregs, entsprechend Belastungsspezifikation, mit jeweils optimalen Faserausrichtungen einlegbar. 11 zeigt beispielhaft einen möglichen Lagenaufbau der Prepregs. Im Übergangs- und Laschenbereich werden unidirektionale Verstärkungsfasern in axialer Richtung mit erhöhtem Prozentsatz abgelegt. Faserschichten die kreuzweise gewebt sind, können lagenweise dazwischen gemischt werden.
Bevor zwei mit Prepreg-Lagen ausgekleidete Formhälften durch Aufeinanderlegen (Gegeneinanderfahren) vereinigt werden, wird ein Schlauch, z. B. aus Silikonmaterial, in eine der Formhälften auf die mit oder ohne Entlüftungsgewebe versehenen Faserschichten abgelegt. Dieser wird nach dem festen Zusammenfügen, z. B. durch Zusammenschrauben, der zwei Formhälften und dem vorherigen Abklemmen eines seiner Enden, aufgeblasen. Dadurch wird der Schlauch, und damit das Faserhalbzeug (Prepreg), unter Druck fest gegen die Innenwand der Hohlform gedrückt, so dass es die gewünschte Hohlkörperform annimmt.
Erfindungsgemäß werden dabei einander überlappende Prepreg-Streifen (überstehende Randstreifen 6) faltenfrei zur Deckung gebracht. Zur faltenfreien Ausrichtung dieser Streifen, die aus den Negativ-Aussparungen um einen vorbestimmten Betrag überstehen, sind erfindungsgemäß Leisten 3, 4 vorgesehen, die z. B. aus Stahl bestehen (8 und 9). Ihre Anschlagflächen 18 können beschichtet sein, um auf diesen die Haftung der Prepreg-Streifen zu beeinflussen. Ferner können sich auf den Leisten 3, 4 horizontal bewegliche Schienen 19, z. B. mit L-Profil befinden (12), die während des Laminierens überstehenden Randstreifen 6 als Anschlagflächen 18 dienen. Dies erleichtert eine faltenfreie Handhabe der aus den Formhälften 1, 2 überstehenden Randstreifen 6 bis zu deren endgültigen Positionierung kurz vor dem Aufeinanderlegen der beiden Formhälften 1, 2. Sobald der einliegende Schlauch 8 unter Druck gesetzt wird, unterstützt dessen Expansion die vorbestimmte Überlappung der überstehenden Randstreifen 6 mit dem in die Negativ-Form zuvor abgelegten Faserhalbzeug 5. Dies gilt für alle Bereiche, auch an den Enden der Hohlform. Für eine dauerhafte Fixierung des faserverstärkten Hohlkörpers 10 sorgt das Aushärten der Matrix unter Wärmeeinfluss bei Polymerisationstemperatur des verwendeten Harzsystems. Nach Aushärtung schließt sich eine mechanische Nachbearbeitung an, z. B. Konturfräsen der Laschen und Bohren der Laschenlöcher.
Im Falle der Herstellung von faserverstärkten Hohlkörpern 10 für den Hoch- und Tieftemperaturbereich, kann sich nunmehr die Konvertierung der vorliegenden Matrix mittels Pyrolyse und Infiltration anschließen. Dabei entsteht unter Hitzeeinfluss und. Sauerstoffabschluss ein keramischer Hohlkörper, mit erhöhter Porosität. Um die Poren weitgehend zu schließen, wird die Matrix mittels Infiltration verdichtet. Unter Verwendung von Nassverfahren wird der pyrolysierte Hohlkörper in ein Bad mit flüssiger Matrix getaucht und nach Ablauf einer gewissen Zeit, wird der infiltrierte Hohlkörper herausgenommen und erneut pyrolysiert. Dieser Prozess kann mehrfach wiederholt werden. Dabei vermindert sich die Porosität und die Dichte erhöht sich.
Mittels Trockenverfahren, wie CVI und CVD kann ein ganz ähnlicher Effekt mit erhöhter Qualität erzielt werden. Der auf diese Art und Weise verdichtete keramische Hohlkörper ist im weiten Temperaturbereich, insbesondere bei sehr tiefen als auch sehr hohen Temperaturen einsetzbar, z. B. als feuerfeste Lanze für die Entnahmen von Proben aus flüssigen Metallschmelzen, als Schlackenentferner, als Strebe für Steuerklappen bei Wiedereintrittskörpern, als kälte- und hitzebeständiges Bauteil für Strukturen der Luft- und Raumfahrt usw..
Einsatzbereich der erfindungsgemäß hergestellten faserverstärkter Hohlkörper
Streben dienen der Übertragung von Kräften auf Bauteile, die nicht unmittelbar bzw. hinsichtlich Kraftableitung ohne Streben, nur unbefriedigend in Kontakt mit der tragenden Struktur zu bringen sind. Faserverstärkte Hohlkörper, wie z. B. Rohre, mit Laschen oder seitlich angebrachten Flossen können thermomechanisch hoch belastet werden, insbesondere wenn diese aus faserverstärktem keramischen Werkstoffen bestehen (CMC).
Wegen der Gewichts- und Festigkeitsvorteile gegenüber metallischen Ausführungen, werden faserverstärkte Kunststoff-Hohlkörper, insbesondere CFK-Streben, bevorzugt in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Abgesehen von Sportgeräten (Rennrädern, Sportautos) ist deren Verbreitung im Fahrzeugbau derzeit noch vergleichsweise gering. Das ist auf die bis dato damit verbundenen relativ hohen Kosten zurückzuführen.
Mögliche weitere Einsatzbereiche bei entsprechender Kostenreduktion, befinden sich im modernen Bauwesen, generell im Leichtgerüstbau, im Säulen- und Turmbau, im Kranbau, bei Auslegerarmen, z. B. für Solarrinnen-Tragwerke, oder Photovoltaik-Panelen, sei es auf der Erde oder im Weltraum, bei Windkraft-Anlagen, bei architektonisch lichtdurchlässig gestalteten Dachkonstruktionen, wie z. B. Sporthallen und Arenen, bei Solar-Aufwind-Kraftwerken und ähnlich großflächig ausgeführten Leichtbaukonstruktionen, die hohen Belastungen ausgesetzt sind.
Feuerfeste faserverstärkte Hohlkörper können sowohl sehr tiefen als auch sehr hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Als solche finden sie Verwendung in der Luft- und Raumfahrt, speziell bei Wiedereintrittskörpern, z. B. als Streben für Steuerklappen oder als Steuerklappen und dergleichen Konstruktionen selbst. Faserverstärkte Keramikrohre mit seitlich integrierten Laschen bzw. Flossen, können extremen Temperaturunterschieden ausgesetzt und gleichzeitig großen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden. Sie sind beispielsweise in der Kälte- und der Wärmetechnik, im Dampferzeuger- und Reaktorbau verwendbar. Anwendungen in der Hochtemperatur-Solartechnik sind inbegriffen.
Wie bereits erwähnt sind die wesentlichen Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäß gefertigten faserverstärkten Hohlkörpers aus den 8 bis 10 zu erkennen.
Danach werden auf den beiden nach oben offenen Hohlformhälften (Negativformen) 1 und 2 die Leisten 3 und 4 befestigt und die imprägnierten (Prepreg-)Faserhalbzeuge 5, in die Negativformen 1 und 2 schichtweise mit Randüberständen 6 abgelegt, also laminiert. Alsdann werden über die Faserschichten 5, soweit erforderlich, Entlüftungsgewebe 7 ausgelegt. Anschließend wird noch in eine der Hohlformhälften 1 beispielsweise ein aufblasbarer Schlauch 8 eingefügt, danach wird die Hohlformhälfte 2 auf die Hohlformhälfte 1 gesetzt und dicht verschraubt. Paral lel dazu wird ein Ende des Schlauches 8 abgeklemmt, soweit nicht statt des Schlauches 8 ein "Schlauch" mit geschlossenem Ende, in der Art eines länglichen Luftballons bzw. eine Blase verwendet wird. Danach wird der Schlauch 8 unter Druck gesetzt, die zwischen Schlauch und den Faserhalbzeugen (Prepregs) eingeschlossene Luft herausgedrückt und das Harz, unter kontrollierten Bedingungen, hinsichtlich Schlauch-Innendruck und Temperatur, im Ofen ausgehärtet. Soweit erforderlich, können Restluftbestandteile aus der Hohlform, und damit den Faserschichten, vakuumtechnisch über ein Kanalsystem (nicht gezeigt) abgesaugt werden. Theoretisch ist es auch möglich ohne aufblasbaren Schlauch oder dergleichen Element zu arbeiten und nur ein Vakuum an der Hohlform derart anzulegen, dass die Luft in allen Richtungen gleichförmig abgesaugt wird.
Nach Aushärtung der Matrix wird die Druckluft bzw. das Druckgas aus dem Schlauch abgelassen, die Verbindung der Hohlformhälften gelöst und der Schlauch aus dem freigelegten faserverstärkten Kunststoff-Höhlkörper samt eventuell vorhandenem Entlüftungsgitter herausgezogen. Zugang zum Schlauch besteht über die hohlen Enden (Laschen). Alsdann werden die Laschen mechanisch bearbeitet, insbesondere konturgefräst, und mit Bohrlöchern versehen.
Soweit der faserverstärkte Hohlkörper in keramischer Konsistenz anzuwenden ist, ist die nunmehr vorliegende ausgehärtete Matrix entsprechend wie bereits oben beschrieben zu konvertieren.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist unabhängig von der Faserart, von der Art des Gewebes und vom Matrixmaterial (Harztyp). Das Harz kann ein Thermoplast oder Duroplast sein. Es können sowohl vorimprägnierte Faserhalbzeuge, so genannte Prepregs, als auch durchtränkte Fasermaterialien verwendet werden. Die Härtungstemperatur ist vom verwendeten Prepreg- bzw. Harzsystem abhängig, desgleichen der zur Anwendung kommende Druck. Der Schlauch besteht gegebenenfalls aus einem gummiartigen, flexiblen Material, vorzugsweise aus Silikon oder Teflon. In der Massenfertigung können, statt des Schlauches, Schläuche mit geschlossenem Ende und "Mundstück" verwendet werden, die äußerlich ähnlich aussehen wie aufblasbare längliche Luft-Ballons. Verwendbar sind auch Schläuche mit endseitigen "Mundstücken", wobei z. B. eines abgeklemmt und das andere an die Druckluft- bzw. Druckgasleitung angeschlossen werden kann.
Eingeschlossene Luft kann über das Entlüftungsgewebe bzw. ein Kanalsystem (nicht dargestellt) aus der geschlossenen Hohlform entweichen bzw. vakuumtechnisch abgesaugt werden.
Infolge der offenen Bauweise lassen sich in jede der beiden Formhälften (8 und 9) unidirektionale Verstärkungsfasern ideal in Längsrichtung der Negativ-Aussparungen ablegen. Die Faserhalbzeuge haften an den Innenwandungen der Negativ-Aussparungen aufgrund ihrer Harzdurchtränkung bzw. ihrer Klebrigkeit (tack). Bei der Ablage sowie während und nach der Anpressung mittels des unter Druck gesetzten Schlauches entstehen keine Falten. Durch die Möglichkeit gezielt Verstärkungsfasern entsprechend Spezifikation, ablegen zu können, lassen sich besonders leichte, hochfeste und hochsteife Hohlkörper mit Anschlusslaschen und dergleichen Elementen zu wirtschaftlichen Konditionen herstellen. Gerade die gezielte Ablage der Verstärkungsfasern im hoch beanspruchten Lastaufnahmebereich der Laschen, erlaubt eine überraschend hohe Lochleibungsbelastung.
Mit dem Aufblasen des Schlauches wird Luft aus der geschlossenen Hohlform nach außen verdrängt. Entlüftungsgewebe, die auf den innersten Faserschichten abgelegt sind, können das Herausdrängen der Luft vorteilhaft unterstützen. Parallel dazu werden die Faserschichten komprimiert. Vorhandene Lufteinschlüsse werden im Wesentlichen aus der Hohlform gepresst. Soweit erforderlich, kann auch die gesamte Hohlform evakuiert werden.
Dies hängt von den spezifizierten Anforderungen und vom Harzsystem ab.
Besonders vorteilhaft ist, dass der Hohlkörper in einem Schuss gehärtet werden kann (one shot curing). Nachträglich brauchen keine faserverstärkten Kunststoff-Bauteile miteinander verklebt zu werden. So können faserverstärkte Hohlkörper mit Laschen oder dergleichen angeformten Elementen als Einheit ausgeführt werden.
Wie bereits weiter oben erwähnt können neben rohr- bzw. ovalförmigen Hohlkörpern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch offene Hohlkörper hergestellt werden, die einen ebenen Boden und dazu schräg oder senkrecht stehende Ränder bzw. Seitenwände aufweisen. Laschen, z. B. in Form einer oder zweier Außenflossen bzw. Innenrippen können fest mit dem Boden und den Seitenwänden verbunden sein. Topfähnliche, kasten- oder schachtelförmige Hohlkörper mit Zwischenwänden als Laschen sind praktische Beispiele. Der Boden kann eine beliebige Form besitzen, vorzugsweise ist er kreisförmig oder rechteckig. Die Formgebung erfolgt wie bisher unter Verwendung von Faserhalbzeugen, die i. A. in mehren Lagen in die untere Formhälfte, belastungsorientiert, abgelegt werden. Ferner wird nach wie vor ein Schlauch verwendet, der das Fasermaterial in die Mulden der Negativ-Form presst, sobald die untere Formhälfte von der oberen Formhälfte verschlossen wird. Bei komplizierten Formen können mehrere Schläuche oder Blasen eingesetzt sein, die hinsichtlich des Drucks miteinander kommunizierend verschaltet sind.
Die Aushärtung des die Fasern bindenden Harzes erfolgt im Ofen unter kontrollierten Druck- und Temperaturbedingungen. Soweit erforderlich, lässt sich die geschlossene Form in eine luftdichte Hülle setzen und die Form im Ofen evakuieren. Nach Aushärtung kann der faserverstärkte endformnahe Kunststoffhohlkörper mit integrierten Laschen, Rippen, Zwischenwänden oder dergleichen, konturgefräst und fertig gestellt werden.
Für Hoch- und Tieftemperatureinsätze ist die Konvertierung der Matrix mittels Pyrolyse und einer sich anschließenden Verdichtung nach einem der bekannten Verfahren erforderlich. Als Beispiel für die Verwendung eines so erzeugten faserverstärkten offenen CMC-Hohlkörpers in Kastenform sei die Steuerklappe eines Wiedereintrittskörpers genannt. Der konstruktive Aufbau kann 2 in der EP 0 941 926 B1 gleichen, muss es aber nicht, da diese aus vielen kleinen Segmenten besteht, die nach der vorliegenden Erfindung zu größeren Segmenten endformnah vereinigt werden können Auch eine einteilige CMC-Steuerklappe erscheint mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich machbar zu sein.
Schon anhand der ersten Versuche, bei denen Prepreg-Kohlenstofffasern zur Herstellung von Kunststoff-Hohlkörpern, speziell von Streben mit integrierten Laschen, verwendet wurden, konnte nachgewiesen werden, dass die erzielte Laminatqualität den Anforderungsstandards der Luft und Raumfahrtindustie mehr als genügt, d. h. der Porengehalt des Strebenmaterials lag unter 1% und der Faservolumengehalt bei ca. 60% Aufgrund der neuartigen Bauweise konnte die Ausschussquote auf nahezu null abgesenkt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4963301 [0003]
- DE 3113791 A1 [0004]
- EP 0941926 B1 [0097]

Claims

Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Hohlkörpern (10) mit integral angeformten Elementen (11) in einer Hohlform, wobei in zwei Hälften (1, 2) der Hohlform, welche jeweils die Negativform für den herzustellenden faserverstärkten Hohlkörper (10) mit integral angeformten Elementen (11) bilden, eine Fasermatte (5) laminiert wird und nach dem Verbinden der beiden Hälften der so ausgekleideten Hohlform, die Fasermatte (5) unter Anwendung von Druck formschlüssig in die Hohlform gepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (5) ein mit Harz getränktes Fasergelege ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (5) ein Faser-Prepreg ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (5) mit Hilfe eines in die Hohlform eingebrachten aufblasbaren Elementes (8) formschlüssig in die Hohlform gedrückt wird, indem das aufblasbare Element (8) nach dem Verbinden der Hälften (1, 2) der Hohlform aufgeblasen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (5) durch Anlegen eines Vakuums an die Hohlform formschlüssig in die Hohlform gepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte(n) (5) entsprechend einer vorgegebenen Belastungsspezifität verschiedener Abschnitte (11, 12, 13) des Hohlkörpers (10) in den Hälften (1, 2) der Hohlform abgelegt wird/werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der/den Fasermatten) (5) zusätzlich ein Belüftungsgewebe (7) abgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte(n) (5) und gegebenenfalls das Entlüftungsgewebe (7) in jeweils einer Hälfte (1, 2) der Hohlform derart abgelegt wird, dass sie um einen bestimmten Betrag über wenigstens eine Oberkante der jeweiligen Hohlformhälfte (1, 2) überstehen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die überstehenden Abschnitte (6) der Fasermatte (5) und gegebenenfalls des Entlüftungsgewebes (7) vor dem Zusammensetzen der Hohlformhälften (1, 2) derart aufgefächert werden, dass die jeweils aufgefächerten Abschnitte nach dem Zusammensetzen ineinander greifen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der über die Oberkante der Hohlformhälften (1, 2) überstehenden Materialabschnitte (6) an den Hohlformhälften (1, 2) wenigstens einseitig Leisten (3, 4) angeordnet werden, welche die überstehenden Materialabschnitte (6) während der Laminierung unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an den Leisten (3, 4) zusätzlich Metallschienen (19) angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der so erhaltene Hohlkörperrohling einer mechanischen Nachbehandlung unterworfen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der so erhaltene Hohlkörperrohling einer chemischen Verdichtung unterworfen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in den eingesetzten Fasermatten unidirektional, gekreuzt, multiaxial, und/oder überkreuzt ausgerichtet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in einem thermoplastischen Matrixmaterial festgelegt und ausgerichtet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in einem duroplastischen Matrixmaterial festgelegt und ausgerichtet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Faserverstärkung verwendeten Fasern aus Kohlenstoff-, Glas-, Aramid-, Polyester-, Polyethylen-, und Nylonfasern ausgewählt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Fasern aus anorganischen Fasern ausgewählt werden, wenn ein chemisch verdichteter Hohlkörper hergestellt werden soll.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus Kohlenstoff-, Siliciumcarbid-, Aluminiumoxid-, Mullit-, Bor-, Wolfram-, Borcarbid-, Bornitrid- und Zirconiumfasern ausgewählt werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sortengleiche oder sortengemischte fasern verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlformhälften (1, 2) zur Herstellung von faserverstärkten Hohlkörpern (10) mit zylindrischem, ovalem, quadratischem oder rechteckigen Querschnitt mit/oder ohne Innenrippen (21) ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlformhälften (1, 2) zur Herstellung von faserverstärkten Streben, Rohren, Flossen oder Steuerklappen ausgebildet sind.