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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Struktur aus einem Faserverbundwerkstoff, umfassend die Schritte: Einlegen zumindest einer Materialschicht aus Faserverbundwerkstoff in ein Formwerkzeug, wobei die Materialschicht aus Faserverbundwerkstoff insbesondere mit einem fließfähigen Material getränkt ist, Aufbringen einer oder mehrerer Verstärkungen auf die zumindest eine Materialschicht aus Faserverbundwerkstoff, wobei die Verstärkungen aus teilweise oder vollständig ausgehärtetem Faserverbundkunststoff oder einem alternativen Werkstoff, insbesondere einem Leichtmetall bestehen, wobei zwischen den Verstärkungen und der zumindest einen Materialschicht jeweils ein Absatz gebildet wird, Aufbringen einer flexiblen Trennfolie oder Trennschicht auf die Struktur, Aufbringen von Belüftungsmaterial oder Abreißmaterial im Bereich der Verstärkungen, Aufbringen einer Vakuumfolie auf die Struktur, Erzeugen eines Unterdrucks zwischen der Vakuumfolie und dem Formwerkzeug, so dass die Struktur fixiert wird, und Erhitzen und Aushärten der Struktur, insbesondere mittels eines Autoklaven.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung einer Struktur aus Faserverbundwerkstoff, mit einem Formwerkzeug zur Aufnahme von Material, das zu einer Struktur fügbar ist, wobei das Material eine Materialschicht aus Faserverbundwerkstoff, die insbesondere mit einem fließfähigen Material getränkt ist, und eine oder mehrere Verstärkungen aufweist, die auf die zumindest eine Materialschicht aus Faserverbundwerkstoff aufgebracht sind, wobei die Verstärkungen aus teilweise oder vollständig ausgehärtetem Faserverbundkunststoff oder einem alternativen Werkstoff, insbesondere einem Leichtmetall bestehen, wobei zwischen den Verstärkungen und der zumindest einen Materialschicht jeweils ein Absatz gebildet wird, und einem Vakuumaufbau zum Formen und Fixieren der Struktur, wobei der Vakuumaufbau eine flexible Schicht, die eine Trennfolie bzw. Trennschicht sowie im Bereich der Verstärkungen Belüftungsmaterial oder Abreißmaterial umfasst, und eine Vakuumfolie zum Bedecken der Struktur aufweist.
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Verfahren, Vorrichtungen und Strukturen der vorstehend genannten Art kommen insbesondere bei Anwendungen zum Einsatz, bei denen hohe gewichtsspezifische Festigkeit und Steifigkeit gefordert ist. Hierzu zählt insbesondere auch die Luft- und Raumfahrt. Als Faserverbundwerkstoff wird beispielsweise häufig Faserverbundkunststoff (FVK) eingesetzt. Faserverbundkunststoffe weisen typischerweise ein Geflecht bzw. eine Struktur aus Verstärkungsfasern auf, die von einer Kunststoffmatrix umgeben ist. Bauteile aus diesen oder ähnlichen Faserverbundwerkstoffen werden im Stand der Technik mittels verschiedener Verfahren hergestellt, in welchen jeweils mittels des Aufbringens von Druck und hohen Temperaturen eine Struktur in Form des Bauteils ausgehärtet wird. Zum Erzeugen von Bauteilen mit komplexer Geometrie werden typischerweise Formen verwendet, in welche der Faserverbundwerkstoff eingebracht wird und in welchem dieser ausgehärtet wird. Solche Formen können geschlossen – also das Bauteil komplett umschließend – oder offen ausgebildet sein.
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Bei der Verwendung offener Formen wird nur die Fläche des Bauteils, welches in Kontakt mit der Oberfläche des Formwerkzeuges ist, durch die Geometrie des Formwerkzeuges bestimmt. Die Abschnitte des Bauteils, welche nicht durch das Formwerkzeug bestimmt sind, werden entweder frei stehend positioniert und während der Herstellung mittels der Vakuumfolie fixiert und/oder mittels zusätzlicher fester oder flexibler Formteile definiert und erzeugt. Zum Aushärten des Faserverbundwerkstoffes werden die Formen typischerweise beheizt. Dies geschieht entweder durch ein in das Formwerkzeug integriertes Heizsystem oder durch externe Heizeinrichtungen.
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Der zum Fixieren und Aushärten der herzustellenden Struktur erforderliche Druck wird insbesondere bei der Verwendung offener Formen mittels des Vakuumaufbaus auf den Faserverbundwerkstoff bzw. auf das Bauteil aufgebracht. Die Herstellung von Bauteilen mit hoher Komplexität bei hohen Drücken und Temperaturen erfolgt typischerweise unter Einsatz eines Autoklaven. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist das herzustellende Bauteil vollständig von einer Reihe verschiedener Folien und Schichten bedeckt, die allesamt wiederum von einer Vakuumfolie einerseits und dem Formwerkzeug andererseits eingeschlossen werden. Zumindest eine dieser Schichten besteht aus einem Belüftungsmaterial, welches nach bisheriger Meinung der Fachleute eine gleichmäßige, überall wirkende Luftführung sicherstellen soll, damit eine gleichmäßige Verdichtung des Materials erfolgen kann. Weiterhin sollen durch das Belüftungsmaterial sich gegebenenfalls entwickelnde Gase sowie aufsteigende Lufteinschlüsse abgeführt werden.
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Gerade komplexe Bauteile, die teilweise oder vollständig aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen, sind typischerweise aus einem Basislaminat und weiteren Verstärkungs- und Anschlusskomponenten zusammengesetzt. Diese Elemente können als bereits ausgehärtete Faserverbundwerkstoff-Bauteile, als Bauteile aus anderen Werkstoffen sowie als zusätzliche Faserverbundwerkstoff-Laminate ausgebildet sein. Durch diese Art der Ausgestaltung der Bauteilstruktur entstehen insbesondere an der dem Formwerkzeug abgewandten Seite durch das Hinzufügen der zusätzlichen Komponenten Absätze, Stufen oder geneigte Flächenabschnitte. Solche Absätze etc. werden wie auch der Rest der Struktur von dem Vakuumaufbau bedeckt. Hierbei folgt im Idealfall der Verlauf der einzelnen Folien und Schichten des Aufbaus exakt dem Oberflächenverlauf der Struktur.
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Die Herstellung solcher Faserverbundwerkstoff-Bauteile bzw. Strukturen mittels eines Autoklaven wird typischerweise unter Berücksichtigung verschiedener Vorgaben vorgenommen. Beim Aufbau der herzustellenden Strukturen und beim Aufbau der Herstellungsvorrichtung ist auf das sorgfältige Anpassen und/oder Positionieren der Teile zu achten, wenn verschiedene Laminatteile mittels zusätzlicher Druckstücke zu Integralstrukturen zusammengefügt werden sollen. Solche Druckstücke können beispielsweise Druckbleche sein, die die Faserverbundwerkstoff-Teile zwischen sich und einem Formwerkzeug sandwichartig aufnehmen. Werden zur Herstellung Prepregs – mit Matrixmaterial vorimprägnierte Faserverbundstrukturen – eingesetzt, so ist zu beachten, dass diese bereits im nicht ausgehärteten Zustand eine gewisse Haftwirkung aufeinander ausüben bzw. klebrig sind. Dies erschwert oder verhindert ein Trennen der einzelnen Lagen voneinander. Soll die Klebrigkeit der Teile beispielsweise durch Kühlen herabgesetzt werden, ist zu beachten, ob die Bauteile für ein solches Verfahren entsprechend geprüft worden sind und sich dafür eignen.
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Bei einem Aufbau mit Vakuumfolie ist darauf zu achten, dass alle Bauteilbereiche unter der Folie evakuierbar sind und sich durch den von außen wirkenden Druck keine abgeschotteten Bereiche ergeben. Die Vakuumfolie ist dabei so über den Aufbau zu legen und bei leichtem Unterdruck auszurichten, dass keine Membranbereiche entstehen und ausreichenden Dehnungsfalten vorhanden sind, die ein Aufplatzen der Folie in Folge des Autoklavdrucks und der höheren Temperaturen verhindern können. Ein umlaufender Saugkanal, der beispielsweise aus Drahtgewebe besteht, ist so mit den einzelnen Zonen des herzustellenden Bauteils verbunden, dass ein einwandfreies Erzeugen eines Vakuums möglich ist. Werden Trennfolien für den Vakuumaufbau eingesetzt, ist darauf zu achten, dass sich durch Faltenbildung keine Lufteinschlüsse bilden, die dann nicht evakuierbar sind. Im Allgemeinen sollte der Aufbau so ausgestaltet werden, dass die verwendeten Folien nicht den gesamten Saugkanal bedecken, sondern dass vielmehr ein Abschnitt des Saugkanals freibleibt, und ein Anschluss mit dem Vakuumgewebe hergestellt wird. Um einen freien Harzfluss zu erreichen, dürfen die notwendigen Harz-Auffangräume im Aufbau nicht von Folie verdeckt werden. Weitere Beachtung wird der Verhinderung von Harz-Ansammlungen auf Oberflächen gewidmet. Diese entstehen insbesondere, wenn eine Folie ohne glättende Zwischenschicht über das Laminat gelegt ist und dieses abdeckt. In jeder Falte der Folie kann sich Harz ansammeln.
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Zum Überprüfen des Herstellungsprozesses werden Kontrollproben hergestellt, die unter den identischen Bedingungen wie das Bauteil gehärtet werden.
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Bei der Anordnung von Messanschlüssen und Sauganschlüssen für die Bearbeitung im Autoklaven ist weiterhin von Bedeutung, dass eine homogene Evakuierung des Aufbaus ermöglicht wird. Dies führt typischerweise zu einer diagonalen Anordnung der Anschlüsse. Allerdings richtet sich die exakte Anordnung der Anschlüsse nach den Spezifikationen der herzustellenden Bauteile.
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Um Erkenntnisse über die Temperatur des herzustellenden Bauteils und über die Temperaturverteilung zu gewinnen, ist der Aufbau mit Thermoelementen versehen. Die Anordnung der Thermoelemente und deren Anzahl richtet sich nach der Bauteilgeometrie, der Größe und nach der Belegung des Autoklaven. Typischerweise werden mindestens drei Thermoelemente pro Bauteil eingesetzt. Diese Elemente sind teilweise thermisch isoliert und so mit den Teilen der Vorrichtung bzw. des Laminats gekoppelt, dass die tatsächliche Bauteiltemperatur ermittelt wird. Um eine Beschädigung randnaher Thermoelemente zu verhindern, werden diese typischerweise mit Klebeband umwickelt.
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Falls das herzustellende Faserverbundwerkstoff-Bauteil Bereiche aufweist, in denen während des Härtevorgangs exotherme Reaktionen auftreten können, ist die Reaktionstemperatur an diesen Stellen der Aushärtevorrichtung zusätzlich zu überwachen und gegebenenfalls mittels Referenzmessungen zu dokumentieren. Weiterhin werden auch die erwähnten Verfahrenskontrollproben mit einem separaten Thermoelement überwacht. Weitere Herstellungsbedingungen und Anforderungen richten sich nach dem jeweiligen Einzelfall und werden separat festgelegt.
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Den bekannten Verfahren und Vorrichtungen haftet der Nachteil an, dass die Materialien des Vakuumaufbaus, und insbesondere das Belüftungsmaterial sich nur ungenügend eng an den Verlauf der Oberfläche der Struktur anpassen. Die betroffenen Materialien sind nicht flexibel genug und legen sich folglich nicht exakt an die Oberfläche an, insbesondere im Bereich von Absätzen, Stufen etc.. Infolgedessen entsteht an den Absätzen, Stufen etc. mitunter jeweils eine mit Luft gefüllte Kavität. Während des Aushärtevorgangs wird Faser- und auch Matrixmaterial aus den benachbarten Materialschichten in die Kavität getrieben und füllt diese aus. Das Auftreten dieser ungewünschten Materialansammlung hat zur Folge, dass Harz in den benachbarten Materialschichten fehlt, und dass weiterhin die Verstärkungsfasern des Materials auf ungewünschte Weise ausgelenkt werden. Dies resultiert in einer Verschlechterung der Festigkeitswerte des Materials. Weiterhin sind die Materialansammlungen, die sich an den Absätzen, Stufen, etc. bilden, mitunter hinderlich für die Montage von weiteren Komponenten auf der Struktur, insbesondere dann, wenn eine Komponente direkt an einen Absatz angrenzend angebracht werden soll. In diesem Fall verhindert die Materialansammlung das Platzieren der Komponente an dem Absatz. Gegebenenfalls in dem Material verbleibende Lufteinschlüsse verschlechtern weiter die Festigkeit der Struktur. Die fertigungstechnisch bedingten Verschlechterungen der Strukturfestigkeit müssen bei der Auslegung der Strukturen berücksichtigt werden. Infolgedessen sind solche entsprechend ausgelegten Strukturen größer und schwerer als sie es im Idealfall sein müssten, was insbesondere beim Flugzeugbau eine geringere Flugzeug-Zuladung und einen höheren Kerosinverbrauch sowie höhere Fertigungskosten zur Folge hat.
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Aus der
DE 10 2006 050 579 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung eines zusammenhängenden Faserverbundbauteils bekannt, mit dem insbesondere ein Prepreg-Halbzeug mit einem Preform-Halbzeug zuverlässig verbunden werden soll. Dazu ist vorgesehen, dass zwischen den beiden Halbzeugen eine sog. Übergangsfolie angeordnet wird, die in dem fertigen Faserverbundbauteil die beiden entsprechenden Bereiche einerseits räumlich voneinander trennt und andererseits eine Verbindung zwischen ihnen herstellt. Das Preform-Halbzeug wird im Verlaufe des Verfahrens mit Harz getränkt, und das auf dem Prepreg-Halbzeug angeordnete Preform-Halbzeug ist frei von Belüftungsmaterial und Abreißmaterial.
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Aus der
WO 2006/112823 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils bekannt, mit dem in einem Übergang zwischen zwei Bauteilen eine Auswölbung verhindert werden soll. Dabei kann eine Schicht Belüftungsmaterial die beiden Bauteile und einen Absatz zwischen den beiden Bauteilen bedecken.
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DE 10 2007 004 312 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für ein Luft- oder Raumfahrzeug, bei dem ein Bauteil mit einem Vakuumsack überzogen wird und Seitenbereiche des Vakuumsacks zwar offen gelassen, aber mit Dichtbändern abgedichtet werden. Details in Bezug auf die Verwendung von Belüftungsmaterial oder Abreißmaterial werden nicht beschrieben.
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Der Erfindung lag demzufolge die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik aufgefundenen Nachteile möglichst weitgehend abzumildern, und ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung einer Struktur, insbesondere für Flugzeuge bereitzustellen.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Insbesondere erfolgt das Aufbringen von Belüftungsmaterial oder Abreißmaterial im Bereich der Verstärkungen in der Weise, dass zumindest die Abschnitte der Struktur, in denen sich die Absätze erstrecken, frei von Belüftungsmaterial und Abreißmaterial bleiben.
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Es hat sich herausgestellt, dass entgegen der herrschenden Meinung der Fachleute überraschenderweise ein die ganze Fläche der Struktur überdeckender Einsatz von Belüftungsmaterial nicht erforderlich ist.
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Während des Aushärtens mittels hohen Temperaturen sowie Drücken verringert sich zunächst die Viskosität des Matrix-Materials. In Abhängigkeit der Permeabilität der Verstärkungsfasern innerhalb der Materialschicht aus Faserverbundwerkstoff stellen sich quasi hydrostatische Verhältnisse ein. Es ist hierbei irrelevant, ob die gesamte Faserverbundwerkstoff-Struktur von einem kompletten Vakuumaufbau überdeckt ist.
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Das Verfahren ist insbesondere dadurch verbessert, dass es zu einer verbesserten Anpassung des Vakuumaufbaus an die Struktur-Kontur kommt. Wenn auf das nur begrenzt flexible Belüftungsmaterial zumindest teilweise verzichtet wird und stattdessen insbesondere an den Abschnitten, wo sich Absätze erstrecken lediglich eine flexible Schicht an die Struktur angelegt wird, beispielsweise Abreißmaterial, wird ein deutlich engeres Anschmiegen an die Struktur erreicht. Abreißmaterial, wirkt ebenfalls als Belüftungsmaterial, solange es noch nicht vollständig mit Matrix-Material getränkt ist, und unterstützt ein enges Anliegen und eine bessere Evakuierung der Faserverbundwerkstoff-Struktur.
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Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung einer Struktur aus einem Faserverbundwerkstoff war davon ausgegangen worden, dass das Belüftungsmaterial nicht nur dazu diene, den Raum zwischen der Vakuumfolie und dem Formwerkzeug zu evakuieren bzw. zu belüften und auf diese Weise mittels der Vakuumfolie Kräfte auf die Faserverbundwerkstoff-Struktur aufzubringen, sondern auch dazu, sich gegebenenfalls entwickelnde Gase sowie aufsteigende Luftblasen abzuführen.
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Es hat sich herausgestellt, dass das Belüftungsmaterial entgegen bisheriger Annahmen das Aufsteigen von Lufteinflüssen und Reaktionsgasen nicht begünstigt. Aufsteigende Gase bzw. Luftblasen lagern sich an der Laminatoberfläche an und müssen nicht weiter abgeführt werden. Dies gilt insbesondere, wenn die Laminatoberfläche von Abreißmaterial bedeckt ist, welches nach vollzogener Aushärtung abgezogen wird.
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Es hat sich weiterhin herausgestellt, dass ein möglicher Aufstieg von Luftblasen und Reaktionsgasen lediglich durch die abnehmende Viskosität der Matrix bei zunehmender Temperatur begünstigt wird. Da allerdings gleichzeitig das Volumen der Gaseinnschlüsse infolge des Prozessdrucks abnimmt und die Permeabilität der Verstärkungsfasern ebenfalls abnimmt, ist ein Aufstieg solcher Gase nur für oberflächennahe Einschlüsse wahrscheinlich.
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Dadurch, dass sich der Vakuumaufbau gemäß der vorliegenden Erfindung an Absätze, Stufen etc. deutlich besser anpasst und es demzufolge zu deutlich geringeren Ausschwemmungen von Matrix-Material aus benachbarten Laminatschichten kommt, wirkt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft in Form einer deutlichen Material- und Ressourceneinsparung gegenüber den bekannten Verfahren aus. Absätze, Stufen etc. werden nur noch von elastischen Folien bzw. von zumindest einer elastischen Folie überdeckt. Hierdurch werden auch die negativen Effekte auf die Stabilität aus den oben dargelegten Gründen deutlich reduziert. Für Montageflächen ergeben sich aufgrund geringerer Materialansammlungen an den Absätzen deutlich verringerte Einschränkungen. Weiterhin führen die lediglich geringen geometrischen Veränderungen des Laminats zu geringeren Einschränkungen bezüglich der Festigkeit und lassen mehr Reserven für die Auslegung von Faserverbundwerkstoff-Strukturen. Dies begünstigt einen gewichtsoptimierten Entwurf besagter Strukturen sowie eine Herstellung zu geringeren Kosten.
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Die Verstärkung bzw. die Verstärkungen erhöht bzw. erhöhen die Festigkeit besagter Strukturen erheblich.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst dies weiterhin einen, mehrere oder sämtliche der Schritte: Aufbringen einer Trennfolie oder Trennschicht zwischen dem Formwerkzeug und der Struktur, Aufbringen von Abreißmaterial zwischen dem Formwerkzeug und der Struktur, und/oder Aufbringen von Harzabsaugmaterial zwischen dem Formwerkzeug und der Struktur.
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Die Kombination der verschiedenen Typen von Folien und Schichten richtet sich nach dem Oberflächenprofil der herzustellenden Struktur und der Betriebsparameter Druck und Temperatur.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst dies weiterhin den Schritt: Aufbringen von Harzabsaugmaterial zwischen der Struktur und der Vakuumfolie. Mit solchem Harzabsaugmaterial wird überschüssiges Matrixmaterial aufgesogen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vakuumfolie mit integrierter Trennschicht eingesetzt. Dies ist insbesondere dann anwendbar, wenn man die Struktur aus Faserverbundwerkstoff mit höherem Druck, beispielsweise in einem Autoklaven aushärtet.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst dies weiterhin den Schritt: Einlegen eines Dichtelements in das Formwerkzeug. Die Dichtwirkung zwischen der Vakuumfolie und dem Formwerkzeug wird erheblich verbessert, indem ein Dichtelement zwischen die Vakuumfolie und das Formwerkzeug gebracht wird, welches mit beiden Elementen in dichtenden Kontakt tritt.
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Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Vakuumfolie in dichtenden Kontakt mit dem Dichtelement gebracht werden.
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Die Erfindung löst die Aufgabe weiterhin bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4. Insbesondere ist der Vakuumaufbau an den Abschnitten frei von Belüftungsmaterial und Abreißmaterial, welcher mit den Abschnitten der zu bedeckenden Struktur korrespondiert, in denen sich die Absätze erstrecken. Durch das Aussparen von Belüftungsmaterial kommt es aus den oben bereits dargelegten Gründen zu einer besseren Anpassung des Vakuumaufbaus an die Struktur.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Vakuumaufbau weiterhin eine Trennfolie oder Trennschicht und/oder Abreißmaterial und/oder Harzabsaugmaterial auf, welche jeweils zwischen dem Formwerkzeug und der zu fixierenden Struktur angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Vakuumaufbau weiterhin Harzabsaugmaterial auf, die zwischen der Struktur und der Vakuumfolie angeordnet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vakuumfolie als Vakuumfolie mit integrierter Trennschicht ausgebildet.
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Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Vakuumaufbau ein Dichtelement aufweisen, welches mit der Vakuumfolie und dem Formwerkzeug in dichtenden Kontakt bringbar ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Hierbei zeigt:
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1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer vorbekannten Vorrichtung zur Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Strukturen,
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2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Struktur aus Faser verbundwerkstoff mit mehreren Komponenten,
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3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Struktur mit anliegendem Vakuumaufbau ohne Belüftungsmaterial,
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4 eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Struktur mit anliegendem Vakuumaufbau ohne Belüftungsmaterial,
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5 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Struktur mit anliegendem Vakuumaufbau,
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6 eine stilisierte Querschnittsansicht einer Faserverbundstruktur, und
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7 eine stilisierte Querschnittsansicht einer weiteren Faserverbundstruktur,
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In 1 ist der schematische Aufbau einer vorbekannten Vorrichtung zum Herstellen einer Faserverbundwerkstoff-Struktur dargestellt. Ein Formwerkzeug 1 weist eine durchgehende Anschlussöffnung 2 zum Anlegen eines Unterdrucks auf. Auf dem Formwerkzeug ist eine Struktur angeordnet, die als erste Materialschicht ein Basislaminat 4 aus Faserverbundwerkstoff und als zweite Schicht eine Verstärkung 5 aufweist. Zwischen dem Formwerkzeug 1 und dem Basislaminat 4 sind eine Trennschicht 6, eine Schicht mit Harzabsaugmaterial 7 und eine Schicht Abreißmaterial 8 angeordnet. Zwischen der Struktur und einer Vakuumfolie 13 sind eine weitere Schicht Abreißmaterial 9, eine Schicht Harzabsaugmaterial 10, eine Trennfolie 11 und eine Schicht Belüftungsmaterial 12 so angeordnet, dass sie die gesamte Oberfläche der Struktur überdecken. Zwischen der Vakuumfolie 13 und dem Formwerkzeug 1 ist weiterhin ein Dichtelement 3 angeordnet, welches sowohl mit der Vakuumfolie 13 als auch mit dem Formwerkzeug 1 in dichtendem Kontakt steht.
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Wie in dieser Figur angedeutet ist, ist die Anpassungsfähigkeit des Belüftungsmaterials 12 an die Oberfläche der Struktur begrenzt. Insbesondere bei Strukturen, wie sie beispielhaft in 2 abgebildet sind, ist es leicht ersichtlich, dass eine steigende Anzahl von Absätzen und Stufen in einer Struktur die Anpassung des nach dem Stand der Technik bekannten Vakuumaufbaus weiter erschweren.
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Der in 2 gezeigte beispielhafte Aufbau einer Struktur aus mehreren Komponenten zeigt eine Materialschicht 4 aus Faserverbundwerkstoff, auf die zusätzlich noch ein T-förmiges Verstärkungselement, welches aus bereits ausgehärtetem Faserverbundwerkstoff besteht, sowie weitere Verstärkungselemente aus Faserverbundwerkstoff angeordnet sind. Diese zusätzlichen Komponenten werden unter hohen Drücken und Temperaturen mit dem Basislaminat 4 zusammengefügt.
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Die , und zeigen beispielhaft verschiedene Anordnungsmöglichkeiten verschiedener Arten von Folien auf einer Struktur. In 3 ist ein ebener Aufbau der Struktur dargestellt. Die abgebildete Struktur besteht lediglich aus einem Basislaminat 4, einer darüber liegenden Schicht aus Abreißmaterial 9, einer Trennfolie 11 und einer Vakuumfolie 13. Das Abreißmaterial 9, die Trennfolie 11 und die Vakuumfolie 13 bilden hierbei den Vakuumaufbau. In 4 ist ein Abschnitt einer Struktur dargestellt, in welchem sich ein Absatz erstreckt. Dieser Absatz entsteht durch den Übergang von einem Verstärkungselement 5 auf das Basislaminat 4. Wie in 3 besteht der Vakuumaufbau auch hier lediglich aus Abreißmaterial 9, Trennfolie 11 und Vakuumfolie 13. Die Verstärkung 5 ist mit dem Basislaminat 4 zusammengefügt. Zu beachten ist allerdings, dass zusätzlich zu dem vollständigen Weglassen von Belüftungsmaterial außerdem auch das Abreißmaterial in dem Bereich des Absatzes ausgespart wurde. Durch die Trennung des Abreißmaterials soll ein Abspannen möglichst weitgehend verhindert werden. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer solchen Anordnung die Bildung von Kavitäten äußerst gering ist.
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In 5 ist schließlich eine erfindungsgemäße Struktur mit aufgebrachter T-förmiger Verstärkungskomponente 16 abgebildet. Es hat sich herausgestellt, dass zum Anformen eines bereits ausgehärteten, wenig flexiblen Verstärkungselements ein großer Kontaktdruck notwendig ist. Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß auf den Einsatz von Belüftungsmaterial teilweise verzichtet. In den Bereichen, wo das T-förmige Verstärkungselement 16 auf dem Basislaminat 4 angeformt werden soll, sind zwischen dem Verstärkungselement 16 und der Vakuumfolie 13 Abschnitte von Belüftungsmaterial 12 angebracht. Diese sind zusätzlich noch durch die Trennfolie 11 von dem Verstärkungselement 5 getrennt. Es ist hierbei zu beachten, dass das Belüftungsmaterial sich nicht vollständig über die Breite der Schenkel des Verstärkungselementes 16 erstreckt, sondern schon mit einigem Abstand vor dem Absatz zwischen dem Verstärkungselement 16 und dem Basislaminat 4 enden, so dass sich die flexibleren (im Vergleich zu dem Belüftungsmaterial) Schichten bzw. Folien besser an die Struktur anschmiegen können.
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In 6 ist ein stilisierter Querschnitts-Schliff einer Faserverbundstruktur dargestellt, welche gemäß einem vorbekannten Verfahren hergestellt worden ist. Es sind anhand dieser Figuren deutlich verschiedene negative Auswirkungen des bekannten Verfahrens zu erkennen. Dargestellt ist der Bereich eines Absatzes, an dem auf ein Basis-Laminat 4 eine Verstärkung 5 aufgebracht und mit dem Basis-Laminat 4 zusammengefügt worden ist. Im Bereich des Absatzes hat sich eine Materialansammlung 18 gebildet. In einem benachbarten Abschnitt 20 ist es zu einer deutlichen Auslenkung der Fasern aus ihrer ursprünglichen Anordnung und Orientierung gekommen. Weiterhin ist zu erkennen, dass in einem Bereich 22 eine Dicken-Reduzierung in Folge des Ausschwemmens von Matrix-Material ausgebildet worden ist. Diese negativen Effekte sind nicht bloß optisch bemerkbar, sondern äußern sich auch in einer Verschlechterung der Bauteil-Festigkeit.
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Im Gegensatz zu 6 ist in 7 ein stilisiertes Schliff-Bild einer gehärteten Faserverbundwerkstoff-Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Auch hier ist ein Bauteil-Abschnitt dargestellt, in welchem ein Absatz vorhanden ist. An diesem Absatz befindet sich ein Abschnitt 18‘, in welchem sich eine Materialansammlung ausgebildet hat. Im Vergleich zu 6 fällt allerdings auf, dass die Materialansammlung 18‘ deutlich geringer ist als die Materialansammlung 18. Weiterhin sind die Fasern des Basis-Laminats 4 in einem Bereich 20‘ noch im Wesentlichen gleich angeordnet und ausgerichtet wie in einem Bereich 22‘, welcher unterhalb der Verstärkung 5 angeordnet ist. Die Einflüsse auf die innere Struktur des Faserverbundwerkstoffs, welcher mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder mit einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, sind wesentlich geringer. Es bilden sich nahezu keine Dicken-Reduzierungen aus, und es sind deutlich geringere Einschränkungen der Struktur-Festigkeit feststellbar als bei der Struktur gemäß dem Stand der Technik aus 6.
