DE102008057708B4

DE102008057708B4 - Faserverbundvorformling, Faserverbundwerkstück und Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstücks

Info

Publication number: DE102008057708B4
Application number: DE102008057708A
Authority: DE
Inventors: Pierre Zahlen; Patrick Schiebel; Benjamin Teich; Jan Röttjer; Frank Strachauer
Original assignee: EADS Deutschland GmbH; Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2012-09-13
Anticipated expiration: 2028-11-18
Also published as: DE102008057708A1

Abstract

Faserverbundvorformling (29; 39) zur Herstellung eines Faserverbundwerkstücks, mit wenigstens einer Lage (21, 42) eines textilen Halbzeugs aus Hochleistungsfasern, die zumindest vorübergehend plattenartig stabilisierbar sind; wobei wenigstens ein Rand des Faserverbundvorformlings bearbeitet ist und in Richtung einer Plattendicke der plattenartig stabilisierten Hochleistungsfasern eine zusammenhängende Schnittfläche (30; 40) gegeben ist; wobei das Halbzeug ein trockenes Halbzeug ist und die Hochleistungsfasern durch einen Binder stabilisiert sind.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Faserverbundvorformling zur Herstellung eines Faserverbundwerkstücks, einem Faserverbundwerkstück sowie einem Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstücks mit einem Übergangsbereich zwischen zwei Werkstückbereichen.
Es ist bekannt, bei besonders beanspruchten Konstruktionen, bzw. Konstruktionen mit speziellen Anforderungen, Kompositwerkstoffe zu verwenden. Dabei kommt z. B. ein Werkstoff zum Einsatz, der aus mehreren Komponenten zusammengesetzt ist. Beispielsweise sind Faserverbundwerkstoffe bekannt, die im Allgemeinen aus zwei Komponenten bestehen, die beide auf ihre jeweilige spezifische Belastung ausgerichtet sind und so in der Kombination zu einem Werkstoff mit verbesserten Eigenschaften führen. Ein Beispiel dafür sind faserverstärkte Kunststoffe, auch als Faserverbundkunststoff bekannt, bei denen Verstärkungsfasern in einer Kunststoffmatrix eingelegt sind, welche die Fasern umgibt. Mit Faserkunststoffverbunden lassen sich hohe spezifische Steifigkeiten und Festigkeiten erreichen, weshalb sie zum Beispiel im Bereich des Hochleistungsleichtbaus, wie zum Einsatz kommen. Für besonders beanspruchte Bauteile ist es bekannt, die sogenannte Sandwichbauweise zu verwenden. Dabei werden Faserverbundwerkstoffe mit einem Kernwerkstoff kombiniert, um die Leistungsfähigkeit des Bauteils zu verbessern und gleichzeitig das Gewicht zu reduzieren. Im Bereich der Hochleistungstechnologie, zum Beispiel bei stark beanspruchten Bauteilen im Luftfahrzeugbau, stellen die Übergangsbereiche zwischen einem Faserkunststoffverbund und einem Kernwerkstoff, beispielsweise einem Schaumkern, die besonders zu beachtenden Punkte dar. Dies hängt nicht zuletzt auch damit zusammen, dass aus flächigen Bereichen des Bauteils hohe Kräfte an die Tragstruktur abgeführt werden müssen. Dabei werden die Kräfte aus dem flächigen Bereich, d. h. dem Bereich, in welchem sich der Schaumkern befindet, in einen sogenannten monolithischen Bereich eingeleitet, so dass der Übergangsbereich zwischen Schaumkern zum monolithischen Bereich eine entscheidende Rolle spielt. Für eine möglichst gute Kraftübertragung wird der Übergangsbereich beispielsweise rampenförmig ausgebildet. Um eine möglichst gute Verbindung am Problembereich Übergang von Schaumkern zu kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) zu erhalten und einen möglichst gleichmäßigen Steifigkeitsübergang zu gewährleisten, ist es bekannt, einzelne CFK-Lagen auszulegen, die in ihren Abmessungen an den keilförmigen Rand des Schaumkerns angepasst sind. Das Auslegen von einzelnen CFK-Lagen bedeutet jedoch einen sehr hohen Aufwand, der das Verfahren für eine Serienproduktion mit großer Stückzahl unrentabel macht. Anstelle vieler textiler Einzellagen ist es daher bekannt, sogenannte Vorformlingplatten anzufertigen, bei denen mehrere Lagen stufenartig zu einem Vorformling zusammengefasst sind. Dadurch lässt sich die Anzahl der zu verlegenden Lagen, d. h. bei einem plattenförmigen Werkstoff die Anzahl der Platten, im Gegensatz zu den einzelverlegten CFK-Lagen erheblich reduzieren. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es bei dem anschließenden Schritt der Zugabe des Matrixwerkstoffs und des Aushärtens oftmals zu Wellen im Bauteil und an der Oberfläche des Laminats kommt. Ursächlich für diese Wellen sind die Stufen im Übergangsbereich, die sich aus den gestuft angeordneten Vorformlingplatten ergeben.
Da die Hochleistungsbauteile, bei denen ein Schaumkern mit einem rampenförmigen Übergang zum Einsatz kommt, in der Regel nur sehr geringe Welligkeiten im Laminat oder Fehler in ihrer Oberfläche aufweisen dürfen, wird bei derartigen Bauteilen nicht auf die Verwendung von Vorformlingplatten zurückgegriffen. Vielmehr werden hier die CFK-Lagen einzeln ausgelegt und in ihren Abmessungen an die Rampengeometrie angepasst. Genau genommen, liegt auch bei den einzeln ausgelegten CFK-Lagen ein treppenartiger Übergang zwischen dem CFK-Bereich und dem Schaumkern vor, jedoch kommt es aufgrund der sehr geringen Dicke der einzelnen CFK-Lagen nicht zu einer Abbildung von signifikanten Wellen im Laminat und an der Oberseite des Verbundbauteils. Ein großer Nachteil besteht dabei aber darin, dass das Verfahren sehr aufwendig und damit sehr teuer ist. Es eignet sich daher nur sehr bedingt für eine Serienfertigung, bzw. es verteuert eine Serienfertigung. Aus der DE 10 2004 060 674 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines flächigen Faserformlings bekannt. Dabei werden Faseranordnungen auf einem Transportbahnsystem derart abgelegt, dass bereits in einem ersten Verfahrensstadium ein endkonturengenauer Faservorformling angefertigt werden kann. Die ausgelegte Faseranordnung wird anschließend fixiert, beispielsweise vernäht.
DE 60 2005 002 300 T2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines strukturellen Verbundträgers für Flugzeuge. Dazu werden verschiedene Rohelemente hergestellt, die in einer Härtungsphase in einem Autoklaven verbunden werden. Bei den Rohelementen handelt es sich um teilbearbeitete Elemente, die durch Anfertigung einer flachen Schichtung von mit Epoxidharz vorimprägnierten unidirektionalen Kohlenstofffasermatten hergestellt sind. Die Kohlenstoffharzmatten werden auf einer Auflagefläche aufgeschichtet und dann entlang ihrer Kanten geschnitten. Anschließend werden die geschnittenen Elemente teilweise in einer Warmformungsphase verformt. Danach werden die teilbearbeiteten Elemente in ein Formwerkzeug gelegt, das durch ein Gegenstück verschlossen wird, so dass in einem Härtezyklus in einem Autoklaven das fertige Strukturteil, zum Beispiel ein Verbundträger, hergestellt werden kann.
DE 601 04 046 T2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Zwischenproduktes aus einem faserverstärkten Verbundmaterial. Das faserverstärkte Verbundmaterial ist aus einer mit einem wärmehärtenden Harz imprägnierten Verstärkungsfaser aufgebaut. In einem ersten Prozess wird eine Mehrzahl von Schichten aus faserverstärktem Verbundmaterial, das aus Verstärkungsfasern besteht, die mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert sind, zum Beispiel ein Epoxid- oder Phenolharz, aufeinander laminiert, unter Druck erhitzt und unter Druck gekühlt, um ein flaches, plattenförmiges Laminat zu erhalten. In einem zweiten Prozess wird das flache, plattenförmige Laminat in eine Platte geschnitten. In einem dritten Prozess wird die Platte durch Erhitzen weichgemacht und auf einem Formwerkzeug angeordnet und durch Kühlung unter Druck geformt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Faserverbundvorformling mit einer verbesserten Anschlussmöglichkeit für einen Übergangsbereich zwischen zwei Materialien zur Verfügung zu stellen und ein einfacheres und kostengünstigeres Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffs mit einem Übergangsbereich zwischen zwei Materialien zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch einen Faserverbundvorformling nach Anspruch 1, ein Faserverbundwerkstück nach Anspruch 8 und ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstücks nach Anspruch 10 erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Faserverbundvorformling zur Herstellung eines Faserverbundwerkstücks vorgesehen, der wenigstens eine Lage eines textilen Halbzeugs aus Hochleistungsfasern aufweist, die zumindest vorübergehend plattenartig stabilisierbar sind, wobei wenigstens ein Rand des Faserverbundvorformlings bearbeitet ist und in Richtung einer Plattendicke der plattenartig stabilisierten Hochleistungsfasern eine zusammenhängende Schnittfläche gegeben ist.
Dadurch ist es möglich, anstelle mehrerer einzelner CFK-Lagen einen Vorformling einzusetzen, dessen Rand an die Geometrie des Bauteils angepasst ist, wobei sich die Geometrie beispielsweise aus den zu übertragenden Kräften und dem sich daraus ergebenden Kraftverlauf bzw. der resultierenden Kraftverteilung ergibt. Zum Beispiel kann der Faserverbundvorformling auch an ein daran anschließendes zweites Material angepasst sein. Dies ergibt dann eine möglichst gute Kontaktfläche zwischen den zwei Materialien. Bei dem zweiten Material kann es sich beispielsweise um einen weiteren Faserverbundvorformling handeln.
Da der Rand des Vorformlings durch die Bearbeitung an die Randgeometrie des angrenzenden weiteren Materials angepasst ist, lassen sich beispielsweise absatzfreie und vor allem im Ergebnis wellenfreie Übergänge erreichen, d. h. bezogen auf die Welligkeit im Laminat und an den Außenflächen des Werkstücks sehr geringe Toleranzen und hohe Oberflächenqualitäten. Die Verwendung eines Vorformlings ermöglicht höhere Legeleistungen, d. h. eine schnellere Fertigung des Werkstücks. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich die Anzahl der erforderlichen Zuschnitte im Vergleich zum Zuschneiden vieler einzelner CFK-Lagen erheblich reduziert, da der Zuschnitt durch die Bearbeitung des Faserverbundformlings sozusagen ersetzt wird. Die Anpassung des Faserhalbzeugs an die Geometrie des Übergangs zwischen zwei Materialien ermöglicht die Ausbildung einer insgesamt durchgehenden Matrix. Der Rand ist vorzugsweise mechanisch bearbeitet.
Bei dem Faserhalbzeug handelt es sich um sogenanntes trockenes Halbzeug, was eine möglichst einfache Randbearbeitung erlaubt und einen Faserverbundvorformling zur Verfügung stellt, der sich von zusammengesetzten einzelnen Lagen bezogen auf die weiteren Herstellungsschritte nicht unterscheidet.
Vorzugsweise weist die zusammenhängende Schnittfläche angeschnittene Hochleistungsfasern auf.
Dadurch lassen sich wesentlich höhere Kräfte zwischen zwei Materialien übertragen, da der dafür notwendige Matrixanteil, d. h. der zwischen den zwei Materialien befindliche Matrixanteil im Bereich des Übergangs, auf ein Minimum reduziert ist und das Laminat frei von signifikanten Wellen ist.
Das plattenartige Stabilisieren dient der Bearbeitung des Rands. Bei der Bearbeitung ist vorgesehen, dass an mindestens einem Rand eine zusammenhängende Schnittfläche angebracht wird, indem Material weggenommen wird. Dies kann durch Abtragen von Material, beispielsweise Abfräsen oder Hobeln, erfolgen. Das Wegnehmen des Materials kann auch durch Abtrennen erfolgen, beispielsweise durch Schneiden. Das Anbringen der Schnittfläche erfolgt dabei in Abhängigkeit der verwendeten Stabilisierung. Je nach Stabilisierung ist es beispielsweise auch möglich, das textile Material in der Art eines Geweberasierers durch viele kleine Abschervorgänge zu bearbeiten.
Das Fixieren der Hochleistungsfasern erfolgt vorzugsweise durch einen Binder, der beispielsweise pulverförmig aufgebracht wird.
Das Stabilisieren durch einen Binder hat den Vorteil, dass sich die an sich sehr flexiblen und schwierig zu handhabenden Hochleistungsfasern in der Art einer Platte handhaben lassen. Bei einem derartigen Binder handelt es sich beispielsweise um ein pulverförmig aufgetragenes Material, durch das nach einer Aktivierung des Binders die Hochleistungsfasern einen gewissen Halt aneinander erfahren.
Das Fixieren der Fasern kann in einer alternativen Ausführungsform auch durch Änderung der Festigkeit eines zugegebenen Materials erfolgen, d. h. z. B. durch Temperaturabsenkung eines zweiten Materials. Dabei kann es sich um ein Matrixmaterial handeln, das für den späteren Fertigungsprozess vorgesehen ist.
Das Anbringen einer Schnittfläche kann dann erfolgen, wenn der Faserverbundvorformling stabilisiert ist.
Unter zusammenhängende Schnittfläche wird eine Schnittfläche verstanden, die in Schnittrichtung, d. h. von Ober- zu Unterseite durchgehend ist, also durchaus eine Krümmung aufweisen kann, aber im Gegensatz zu einer Abtreppung keine voneinander getrennten Flächen aufweist.
Weiter bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Schnittfläche im Wesentlichen schräg zur Fläche des Vorformlings verlauft.
Dadurch lassen sich besonders gute Übergänge erzeugen, wodurch die Leistungsfähigkeit des Bauteils erhöht wird.
Vorzugsweise bildet die Schnittfläche einen Winkel zur Fläche des Vorformlings, der kleiner als 30 Grad ist.
Bei diesem Winkel handelt es sich um denjenigen Bereich, der sich für eine Kraftübertragung besonders eignet.
Vorzugsweise beträgt der Winkel der Schnittfläche zwei Grad bis zehn Grad.
Diese Winkelangaben entsprechen weitestgehend einem Steigungsverhältnis von 1:10 bis 1:20. Der Bereich von 2 Grad bis 10 Grad stellt einerseits sicher, dass die Kraftübertragung möglichst gut erfolgen kann. Andererseits handelt es sich dabei um Schrägen, die sich fertigungstechnisch auch noch gut handhaben lassen. Theoretisch wäre eine noch bessere Kraftübertragung bei noch kleineren Winkeln zu erwarten, jedoch wäre hier der dafür erforderliche Aufwand bei der Bearbeitung des Rands durch das erreichte Ergebnis in der Regel nicht gerechtfertigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Faserverbundvorformling ein Flächengewicht von mindestens 500 g/m² auf.
Bei einem solchen Flächengewicht lassen sich ausreichend hohe Verlegeleistungen erreichen.
Vorzugsweise kann das Flächengewicht auch mehr als 1000 g/m² pro Quadratmeter erreichen, um eine noch bessere Verlegeleistung zu ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hochleistungsfasern aus Glas-, Kohlenstoff-, Aramid- und/oder Borfasern realisiert.
Dadurch lassen sich Vorformlinge mit besonders guten mechanischen Eigenschaften, d. h. mit besonders hoher Tragfähigkeit, zur Verfügung stellen.
Vorzugsweise sind die Hochleistungsfasern mit Kohlenstofffasern realisiert. Diese Fasern zeichnen sich durch besonders hohe Festigkeiten und Steifigkeiten aus. Darüber hinaus weisen sie auch ein geringeres Gewicht auf, als z. B. Glasfasern.
Erfindungsgemäß ist auch ein Faserverbundwerkstück mit einem Matrixmaterial und wenigstens zwei Werkstückbereichen sowie einem Übergangsbereich zwischen den wenigstens zwei Werkstückbereichen vorgesehen, bei dem wenigstens ein Faserverbundvorformling nach einer der vorgehend beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen ist, dessen bearbeiteter Rand im Übergangsbereich angeordnet ist.
Dadurch wird ein Werkstück zur Verfügung gestellt, das sich dadurch auszeichnet, dass es sich für eine besonders effiziente Kraftübertragung zwischen den zwei Werkstückbereichen über den einen dazwischenliegenden Übergangsbereich eignet. Der Begriff Werkstückbereich bezieht sich auf Bereiche des Werkstücks mit anderen Eigenschaften, insbesondere mit anderen mechanischen Eigenschaften. Dabei kann es sich z. B. um Bereiche mit unterschiedlichem Querschnitt bei gleicher Materialzusammensetzung oder auch um Bereiche mit unterschiedlichen Materialzusammensetzungen bei gleichem oder verändertem Querschnitt handeln. In der Regel treten Querschnittsveränderungen beispielsweise in Verstärkungsbereichen auf; beispielsweise kommt es bei einem als Verstärkungsbereich ausgebildeten ersten Bereich, z. B. zur Lasteinleitung an einer Bolzenverbindungsstelle, im Übergang zu einem flächigen Bereich nicht zu sogenannten Steifigkeitssprüngen. Außerdem lässt sich das Faserverbundwerkstück einfacher herstellen, da zu seiner Fertigung weniger Schritte erforderlich sind. Gleichzeitig weist ein Werkstück aus zwei Materialien, wobei damit auch zwei unterschiedliche Bereiche aus dem gleichen Material gemeint sind, beispielsweise bei zwei Faserverbundvorformlingen, im Übergangsbereich zum Beispiel keine Wellen mehr auf, und entspricht so hohen Anforderungen an den geradlinigen und wellenfreien Verlauf der Verstärkungsfasern.
Vorzugsweise ist bei dem Faserverbundwerkstück in dem einen der beiden Werkstückbereiche als zweites Material ein Kernwerkstoff vorgesehen, wobei der Kernwerkstoff einen Rand aufweist, der in seiner Kontur an den bearbeiteten Rand des Faserverbundvorformlings angepasst ist.
Der Übergangsbereich der beiden Werkstückbereiche liegt in dieser Ausführungsform also als Übergang zwischen zwei Materialien vor, die in ihren Randausbildungen aneinander angepasst sind. Dadurch ist gewährleistet, dass die beiden Materialien möglichst aneinander anliegen, so dass in diesem Bereich ein minimaler Matrixmaterialanteil erforderlich ist, was eine hohe Leistungsfähigkeit des Faserverbundwerkstücks ermöglicht. Neben dem Einsatz bei Werkstücken ohne Kernwerkstoff eignet sich der Faserverbundvorformling also auch für diejenigen Werkstücke, bei denen ein Kernwerkstoff vorgesehen ist.
Weiter ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstucks mit einem Übergangsbereich zwischen zwei Werkstückbereichen vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist, Für die Anfertigung eines Faserverbundvorformlings zum Einsatz in dem Faserverbundwerkstück wird zunächst wenigstens eine Lage eines textilen Halbzeugs aus Hochleistungsfasern zu wenigstens einem vorverfestigten, plattenartigen Vorprodukt stabilisiert. Danach wird eine gewünschte Geometrie an wenigstens einem im Übergangsbereich zwischen den zwei Werkstückbereichen anzuordnenden Rand des wenigstens einen vorverfestigten, plattenartigen Vorprodukts angebracht. Dieses Bearbeiten erfolgt derart, dass eine zusammenhängende Schnittfläche erzeugt wird, die den Übergangsbereich zwischen den zwei Werkstücken bildet. Anschließend wird das wenigstens eine vorverfestigte, plattenartige Vorprodukt auf die gewünschten Abmessungen konfektioniert. Danach erfolgt das Verfestigen der beiden Werkstückbereiche und des Übergangsbereichs durch Verfestigen eines Matrixmaterials.
Dadurch wird die Herstellung des Faserverbundwerkstücks wesentlich vereinfacht, da sich der Faserverbindvorformling mit seiner Schnittfläche an den Übergangsbereich anpassen lässt. Dies führt zu einer möglichst effizienten Kraftübertragung zwischen den zwei Werkstückbereichen, d. h. die zusammenhängende Schnittfläche ermöglicht eine höhere Leistungsfähigkeit des Werkstücks bei gleichzeitig geringerem Fertigungsaufwand, da die textilen Halbzeuge, d. h. die Hochleistungsfasern, nicht mehr umständlich einzeln gehandhabt werden müssen, sondern als plattenartiges Vorprodukt eingesetzt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die beiden Werkstückbereiche wenigstens teilweise von einer Deckschicht umgeben, die sich über den Übergangsbereich erstreckt.
Die Deckschicht kann bei einem flächigen Verbundwerkstück auf einer oder auf beiden Seiten angeordnet werden. Dadurch können insbesondere die im Bereich der Schnittfläche angeschnittenen Fasern besser geschützt werden. Außerdem dienen die Deckschichten auch zu Abstimmung der mechanischen Eigenschaften der Oberfläche, beispielsweise der Abriebfestigkeit oder sonstigen Belastbarkeit durch z. B. Umwelteinflüsse.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird bei dem an dem im Übergangsbereich anzuordnenden Rand des wenigstens einen vorverfestigten, plattenartigen Vorprodukts eine Schräge derart angebracht, dass sie im Wesentlichen schräg zur Fläche des Vorformlings verläuft und einen Winkel bildet, der kleiner als 30 Grad ist. Vorzugsweise wird die Schräge mit einem Winkel 2 bis 10 Grad angebracht.
Das Anbringen einer Schräge ermöglicht einen guten Kraftübergang zwischen den beiden Materialien.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind folgende Schritte vorgesehen. Der wenigstens eine Faserverbundvorformling wird mit einem weiteren Material, das im Übergangsbereich eine korrespondierende Randgeometrie aufweist, zusammengesetzt. Anschließend werden die beiden Materialien durch ein Matrixmaterial verbunden.
Durch Ausbilden von korrespondierenden Randgeometrien, beispielsweise durch korrespondierende Schrägen, wird gewährleistet, dass die beiden Materialien möglichst aneinander anliegen und durch einen minimalen Matrixanteil miteinander verbunden werden. Da das Matrixmaterial beispielsweise unter Druck eingebracht wird, erfolgt eine möglichst gute Verbindung der beiden Materialien. Dadurch lässt sich ein hocheffizienter Kraftübergang erreichen.
Vorzugsweise ist das weitere Material ein Kernwerkstoff, der mit dem wenigstens einen Faserverbundvorformling derart zusammengesetzt wird, dass sie wenigstens teilweise von einer Deckschicht umgeben sind, und der Faserverbundvorformling wird mit dem Kernwerkstoff durch Zugeben eines Matrixmaterials verbunden.
Bei dem Kernwerkstoff handelt es sich beispielsweise um einen Schaumkern, bei dem sich eine möglichst gute Verbindung zwischen dem Kern und den anschließenden Fasern erreichen lässt. Die Deckschichten bilden zusammen mit dem Kern eine Sandwichstruktur.
Vorzugsweise werden eine Anzahl von Faserverbundvorformlingen mit einer gewünschten Randgeometrie einzeln angefertigt und derart übereinander angeordnet, dass die Ränder gemeinsam den Übergangsbereich bilden.
Dadurch lassen sich, z. B. in Abhängigkeit von der verwendeten Trenn- oder Schnitttechnik, größere Werkstoffdicken, d. h. Bauteildicken, erzeugen, bei denen gleichzeitig aber sichergestellt ist, dass ein möglichst effizienter Anschluss an das zweite Material, beispielsweise ein Kernwerkstoff wie ein Schaumkern, vorliegt. Außerdem lassen sich komplexere Rand- bzw. Übergangsgeometrien durch einzelne, aber einfachere Bearbeitungsschritte einfacher darstellen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens ein Faserverbundvorformling mit einer oder mehreren Einzellagen eines textilen Halbzeugs aus Hochleistungsfasern zusammengefügt wird, wobei ein Matrixmaterial für die Festigkeit und Verbindung sorgt.
Damit lassen sich beispielsweise flache Werkstücke mit ausgebildeten Verstärkungsstellen herstellen, beispielsweise zur Krafteinleitung an einem Befestigungspunkt.
Im Folgenden wird zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Bauteil für ein Seitenleitwerk eines Flugzeugs in Sandwichbauweise;
2 einen schematischen Querschnitt durch das Bauteil aus 1 entlang der Schnittlinie A-A;
3 eine schematische Schnittdarstellung eines Übergangsbereichs bei einer Sandwichkonstruktion nach dem Stand der Technik;
4 den Übergangsbereich nach 3 nach Abschluss des Herstellungsvorgangs;
5 eine schematische Schnittdarstellung eines Übergangsbereichs bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Faserverbundvorformlings;
6 einen Schnitt durch ein Versuchs-Sandwichbauteil gemäß dem Stand der Technik;
7 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Versuchs-Sandwichbauteil;
8 eine fotografische Abbildung des geschnittenen Versuchsbauteils aus 6 gemäß dem Stand der Technik;
9 eine fotografische Abbildung des geschnittenen Versuchsbauteils aus 7 gemäß der Erfindung;
10 eine schematische Darstellung eines Rands eines erfindungsgemäßen Faserverbundvorformlings;
11 eine schematische Darstellung der wesentlichen Fertigungsschritte zum Erhalt eines erfindungsgemäßen Faserverbundvorformlings;
12 beispielhafte Möglichkeiten zum Anbringen einer Schräge an einen Faserverbunndvorformling;
13 eine schematische Darstellung der wesentlichen Schritte eines Herstellungsverfahrens für einen Verbundwerkstoff;
14 Varianten zur Randausbildung eines Faserverbundvorformlings; und
15 beispielhafte Anwendung von Vorformlingen bei monolithischer Bauweise in einem Dickenübergangsbereich.
In 1 ist stellvertretend für verschiedene Einsatzbereiche von faserverstärkten Kunststoffen ein Bauteil 10 eines Seitenleitwerks für ein Flugzeug gezeigt. Das Bauteil 10 weist in der 1 an seinem unteren Ende 12 einen Anschlussbereich 14 mit Befestigungsmöglichkeiten 15 zur Kraftübertragung an eine nicht dargestellte Flugzeugrumpfstruktur auf. Oberhalb des Anschlussbereichs 14 befindet sich ein monolithischer Lasteinleitungsbereich 16. Darüber ist in der Flächenmitte des Bauteils 10 im Inneren des Bauteils ein Schaumkern 18 vorgesehen. Der Schaumkern 18 dient zur Gewichtsreduzierung des Bauteils, wobei der Schaumkern zusammen mit dem ihn umgebenden Material, beispielsweise einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK), ein Sandwich bildet. Die auf das Bauteil 10 im Bereich der Fläche einwirkenden Kräfte werden über den Bereich mit dem Schaumkern 18 an den Lasteinleitungsbereich 16 übertragen, von wo aus sie über den Anschlussbereich 14 und die Befestigungsvorrichtungen 15 an die Flugzeugrumpfstruktur abgetragen werden.
2 zeigt einen schematischen Schnitt entlang der Linie A-A in 1. Wie ersichtlich ist, weist der Schaumkern 18 an seinem dem Lasteinleitungsbereich 16 zugewandten Rand einen keilförmigen Querschnitt 19 auf. Durch diese Ausbildung lassen sich die im Bereich der Fläche wirkenden Kräfte besser an den Lasteinleitungsbereich 16 übertragen. Wie ebenfalls aus 2 ersichtlich ist, ist der Lasteinleitungsbereich 16 aus einem faserverstärkten Werkstoff 20 aufgebaut, der sich über den Schaumstoff 18 hin erstreckt. Zur Ausbildung der Sandwichkonstruktion ist der faserverstärkte Werkstoff 20 beidseitig über den Schaumkern 18 gezogen.
Bei dem faserverstärkten Werkstoff 20 handelt es sich beispielsweise um mehrere Lagen 21 von textilen Halbzeugen aus Hochleistungsfasern, die mit einem Matrixmaterial versehen sind, welches gleichzeitig den Schaumkern 18 mit dem kohlefaserverstärkten Kunststoff 20 des Lasteinleitungsbereichs 16 verbindet. Der Bereich des Faserverbundwerkstücks, der an den Schaumstoffkern 18 angrenzt, ist an dessen Schräge angepasst.
In 3 ist in einer schematischen Darstellung der Übergangsbereich zwischen dem Schaumkern 18 und dem Lasteinleitungsbereich 16 nach dem Stand der Technik dargestellt. Der Lasteinleitungsbereich 16 weist mehrere Lagen eines kohlefaserverstärkten Kunststoffs (CFK) 21 auf. Der Schaumkern 18 weist eine Schräge 22 mit einem Steigungsverhältnis von 1:12 auf. Der Schaumkern 18 und der Lasteinleitungsbereich 16 sind von einer oberen Deckschicht 24 und einer unteren Deckschicht 26 umgeben, wobei sich der Begriff oberer und unterer nur auf die Darstellung in den Figuren bezieht und keinerlei Bezug zur tatsächlichen Orientierung im Fertigungsprozess oder im eingebauten Zustand hat. Die Deckschichten 24, 26 können beispielweise aus dem gleichen kohlefaserverstärkten Kunststoff 21 bestehen wie der Lasteinleitungsbereich 16.
Um den Lasteinleitungsbereich 16 an die Schräge 22 anzupassen, sind die einzelnen Lagen 21 in ihrer Länge gestuft, wodurch sich ein treppenartiger Übergangsbereich 23 auf Seiten des Lasteinleitungsbereichs 16 bildet. Bei den dargestellten CFK-Lagen 21 kann es sich sowohl um einzelne Lagen eines dünnen textilen Halbzeugs handeln als auch um Lagen, die aus mehreren Schichten textilen Halbzeugs zusammengesetzt sind. Bei sehr dünnen Lagen, wie beispielsweise beim Auslegen einer einfachen Lage eines textilen Halbzeugs, entsteht beim Anpassen an die Schräge 22 des Schaumkerns 18 eine sehr feine Abtreppung. Dies bedeutet jedoch einen sehr hohen Verlegeaufwand. Um diesen zu reduzieren, ist es bekannt, die einzelnen Lagen des textilen Halbzeugs zu dickeren Lagen zu verbinden, wie dies in 3 angedeutet ist, um so die Anzahl der Legevorgänge zu reduzieren. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn es sich um ein Bauteil handelt, das in einer Serienfertigung mit hoher Stückzahl hergestellt werden soll.
Nach dem Zusammenfügen des Schaumkerns 18 und den gestuften dicken CFK-Lagen 21 in 3 erfolgt eine Zugabe eines Matrixmaterials, beispielsweise eines Duromers bzw. Epoxidharzes. Das Matrixmaterial verbindet durch das Aushärten die beiden Materialien und führt in der Kombination zu einem Hochleistungswerkstoff. Bei diesem Fertigungsvorgang kommt es bei den abgestuften CFK-Lagen 21, wie in 3 für einen Ausgangszustand gezeigt, zur Ausbildung einer wellenartigen Struktur 28, wie dies in 4 für einen Endzustand dargestellt ist. Dieses im Stand der Technik bekannte Problem führt dazu, dass die abgestuften dicken CFK-Lagen 21 nur bei denjenigen Bauteilen verwendet werden, bei denen die Anforderungen an die Laminatwelligkeit, die Oberflächengenauigkeit und die mechanischen Eigenschaften eher gering sind. Bei Bauteilen mit hohen Anforderungen werden die dünnen CFK-Lagen mehr oder weniger einzeln aufgelegt, um eine feine Abtreppung zu erhalten, die sich möglichst wenig abbildet. Dies ist jedoch sehr aufwendig und teuer.
Um die auch als Ondulierung bezeichneten Wellen 28 zu vermeiden, wird bei gering belasteten Bauteilen im Übergangsbereich auch völlig auf die Ausbildung einer Schräge verzichtet, was jedoch die Belastbarkeit des Bauteils stark einschränkt. Bei hochwertigen Bauteilen ist dies nicht möglich, so dass zur Herstellung dieser, wie bereits erwähnt, die textilen Halbzeuge aus Hochleistungsfasern einzeln ausgelegt werden, wodurch die Ausbildung eines treppenartigen Übergangs vermieden wird.
Ein einfacheres und kostengünstigeres Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffs mit einem Übergangsbereich zwischen zwei Materialien berücksichtigt erfindungsgemäß einen Faserverbundvorformling 29 zur Herstellung eines Faserverbundwerkstücks, dessen Rand im Übergangsbereich, d. h. im Bereich der Schräge 22, bearbeitet ist und in Richtung der Plattendicke eine zusammenhängende Schnittfläche 30 aufweist. Dazu ist vorgesehen, dass mehrere Lagen 21 des textilen Halbzeugs aus Hochleistungsfasern zumindest vorübergehend plattenartig stabilisiert werden können, um die Randbearbeitung vorzunehmen. In 5a) ist ein erfindungsgemäßer Faserverbundvorformling 29 gezeigt, der eine Schnittfläche 30 aufweist, die im Wesentlichen schräg zur Fläche des Vorformlings verläuft, d. h. schräg zu den oberen und unteren Seiten des Vorformlings 29. Dadurch ist es möglich, die schräge Schnittfläche 30 des Faserverbundvorformlings 29 an eine Schräge 22 des Schaumkerns 18 anzupassen bzw. umgekehrt.
In 5b) ist der erfindungsgemäße Vorformling separat gezeigt. Der Winkel α zur Fläche des Vorformlings 29 ist dabei kleiner als 30 Grad. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt das Steigungsverhältnis 1:12. Besonders gute Lastübertragungseigenschaften lassen sich erreichen, wenn der Winkel der Schnittfläche 2 Grad bis 10 Grad beträgt. Dies entspricht ungefähr einem Steigungsverhältnis von 1:10 bis 1:20.
Für eine möglichst hohe Verlegeleistung beträgt das Flächengewicht des Faserverbundvorformlings 29 mindestens 500 g/m².
Die 6 bis 9 zeigen jeweils ein zu Vergleichszwecken angefertigtes Faserverbundwerkstück 31a, 31b, mit einem schrägen Übergangsbereich 32 zwischen einem monolithischen Bereich 33 und einem Bereich mit einem Schaumkern 34. Weiter sind eine obere Abdeckung 35 und eine untere Abdeckung 36 vorgesehen, die die beiden Bereiche, d. h. den monolithischen Bereich 33 und den Schaumkernbereich 34, einschließen.
Bei dem in 6 in einer Schnittdarstellung und in 8 in einer fotografischen Darstellung gezeigten Faserverbundwerkstück 31a handelt es sich um eine gemäß dem Stand der Technik bekannte Ausbildung des monolithischen Bereichs 33 im Bereich des schrägen Übergangs 32 mit einer Abtreppung 37. Die Abtreppung 37 beruht darauf, dass mehrere Einzellagen 38 eines hochleistungsfähigen Textils jeweils zusammengefasst sind und in ihrer Länge an den keilförmigen Übergang 32 angepasst worden sind. Dabei entsteht aufgrund der Dicke der CFK-Lagen die Abtreppung 37 im Übergangsbereich des monolithischen Bereichs 33. Durch Zugeben eines Matrixmaterials erfolgt anschließend durch das Aushärten die Verbindung zwischen dem Schaumkern 34 und dem monolithischen Bereich 33. Wie in 6 zu sehen ist, kommt es aufgrund der Abtreppung 37 im Bereich des Übergangs 32 auf der Oberseite zu einer Ondulierung, d. h. zur Ausbildung einer wellenartigen Struktur 38. Ein derartiges, nach dem Stand der Technik hergestelltes Werkstück kann daher nur dort eingesetzt werden, wo die Anforderungen an die Oberflächengenauigkeit und Geradlinigkeit der abgelegten Verstärkungsfasern eine solche Abweichung in Form der Ondulierung 38 zulassen.
Zum Vergleich dazu wurde unter gleichen Bedingungen mit den gleichen Materialien ein Faserverbundwerkstück 31b angefertigt, bei dem statt einzelner gestuft ausgebildeter Lagen des CFK-Materials ein erfindungsgemäßer Faserverbundvorformling 39 verwendet wird, bei dem ein Rand bearbeitet ist und in Richtung der Plattendicke eine zusammenhängende Schnittfläche 40 aufweist. Das erfindungsgemäße fertig hergestellte Faserverbundwerkstück 31b ist in 7 in einer Schnittdarstellung und in 9 in einer photographischen Abbildung des aufgeschnittenen Werkstücks gezeigt.
Mit anderen Worten, es wurde ein Faserverbundvorformling 39 eingesetzt, der im Bereich des Übergangs 32 eine an die Keilform des Schaumkerns 34 angepasste Schräge 41 aufweist. Dazu wurden mehrere Lagen 42 eines textilen Halbzeugs aus Hochleistungsfasern plattenartig stabilisiert, um die Randbearbeitung vorzunehmen.
Aufgrund der durchgehenden schrägen Schnittfläche 40 kommt es auch bei der anschließenden Zugabe eines Matrixmaterials auf der Oberseite und im Laminat nicht zu einer Verformung in Form einer Wellenstruktur, sondern das Faserverbundwerkstück 31a mit dem verwendeten erfindungsgemäßen Faserverbundvorformling 39 weist auch im Bereich des Übergangs eine durchgehend gerade Oberfläche und geringe Faserondulationen 43 auf. Dadurch kann ein Werkstück zur Verfügung gestellt werden, das sich für den Einsatz in Großserienfertigung eignet, da der Fertigungsvorgang durch die reduzierte Anzahl der erforderlichen Legeschritte verkürzt ist. Das Werkstück eignet sich außerdem auch für hochbeanspruchte Bereiche mit hohen Anforderungen an die Oberflächengenauigkeit.
In 10 ist schematisch dargestellt, was mit dem Begriff Steigungsverhältnis im Zusammenhang mit der Randbearbeitung gemeint ist. Einzelne Lagen 44 eines textilen Halbzeugs aus Hochleistungsfasern sind in 10 durch horizontal verlaufende Striche dargestellt. Diese werden zunächst aufeinander gelegt und anschließend zumindest vorübergehend plattenartig stabilisiert. In diesem Zustand kann dann die exakte Randbearbeitung vorgenommen werden. In 10 ist dies im linken Bereich in Form einer aufgebrachten Schräge 46 gezeigt. Dazu können die Hochleistungsfasern durch ein Werkzeug beispielsweise abgetrennt werden.
Neben der Ausbildung eines Übergangsbereichs mit einer einfachen Schräge eignet sich der erfindungsgemäße Faserverbundvorformling auch für komplexere Übergangsbereiche. Wenn beispielsweise statt einer durchgehenden Schräge ein eher winkelförmiger oder pfeilförmiger Übergangsbereich erforderlich ist, können, wie in 11a) bis 11c) schematisch dargestellt, zwei Faserverbundvorformlinge 48, 50 jeweils mit einfachen schrägen Rändern 52, 54 ausgebildet werden und anschließend zusammengesetzt werden und einen pfeilförmigen Übergangsbereich 56 bilden.
Der erfindungsgemäße Vorformling kann auch an mehreren Rändern mit einer bearbeiteten Schnittfläche versehen sein. Beispielsweise können an zwei gegenüberliegenden Rändern zwei unterschiedliche Schrägen angebracht werden. Dazu ist in 12a) ein unbearbeiteter Faserverbundvorformling 58 dargestellt, der in einem weiteren Schritt, siehe 12b), an zwei Rändern bearbeitet wird, so dass er dort jeweils eine zusammenhängende Schnittfläche 60, 62 aufweist. Anschließend kann der bearbeitete Faserverbundvorformling 58 in eine dafür vorgesehene Laminierklebevorrichtung 64 eingelegt werden, wie dies in 12c) angedeutet ist. Beispielsweise kann in dieser Laminierklebevorrichtung 64 schon ein Schaumstoffkern 66 eingelegt sein. In weiteren, nicht dargestellten Verfahrensschritten kann dann ein Matrixmaterial zugegeben werden, so dass eine Verbindung zwischen dem Faserverbundvorformling 58 und dem Schaumstoffkern 66 entsteht.
In den 13a) bis 13d) sind mehrere Beispiele für das Anbringen einer Schräge an einem stabilisierten Faserverbundvorformling 68 gezeigt. Die Randbearbeitung kann beispielsweise erfolgen, indem der plattenartige Vorformling 68 auf einer dafür vorgesehenen Fläche 70 ausgelegt wird und mit einem schräg gestellten Messer geschnitten wird. Beispielsweise kann es sich bei einem solchen Messer um ein Scheibenmesser 72 handeln, wie dies in 13a) schematisch gezeigt ist. Statt eines Scheibenmessers 72 kann auch eine andere Werkzeugaufnahme 74 vorgesehen sein, die ein Bearbeitungswerkzeug 76 aufnimmt und durch entsprechende Schrägstellung die Randbearbeitung vornehmen kann (siehe 13b).
Statt den Vorformling auf eine gerade Unterlage, wie zum Beispiel einen Cuttertisch, zu legen, kann der Vorformling 68 auch mittels einer zusätzlichen Vorrichtung 78 in eine derartige Lage gebracht werden, dass ein zum Beispiel senkrecht stehendes Messer 80 die gewünschte schräge Schnittkante in Bezug zur Oberfläche des Vorformlings 68 ausführen kann (siehe 13c).
Darüber hinaus kann die schräge Randbearbeitung auch durch ein schräges Aufrichten des Vorformlings 68 mittels einer geneigten Unterlage 80 und ein gleichzeitig schräggestelltes Schneidwerkzeugs 82 erfolgen (13d).
Zum Bearbeiten der Kante, d. h. des Rands des Vorformlings, sind neben dem beschriebenen Rotationsmesser 72 auch andere dafür geeignete Werkzeuge möglich. Beispielsweise kann das Abtrennen durch eine mit Ultraschall bewegte Schneidklinge erfolgen. Darüber hinaus können auch Trennverfahren mittels Laserstrahl oder auch mittels eines dafür ausgelegten Wasserstrahls zum Einsatz kommen. Darüber hinaus bietet sich im Zusammenhang mit Fasern auch an, die Schnittkante durch eine Art Rasierapparat vorzunehmen, bei dem die einzelnen Fasern in vielen kleinen Abschervorgängen auf das richtige Maß gestutzt werden. Das verwendete Bearbeitungswerkzeug hängt dabei im Wesentlichen von den zur Verfügung stehenden Bearbeitungsverfahren und den jeweiligen Vorformlingen ab. Bei Vorformlingen mit einer großen Plattenstärke werden in der Regel andere Trennwerkzeuge zum Einsatz kommen als bei geringen Plattenstärken.
Durch das Bearbeiten des wenigstens einen Rands des Faserverbundvorformlings lassen sich auch Schnittflächen erzeugen, die von einer ebenen Schräge abweichen. Beispielsweise kann es aufgrund der Bauteilgeometrie erforderlich sein, den Faserverbundvorformling mit einer von einer ebenen Schräge abweichenden Randgeometrie auszugestalten. Dazu ist in 14a) ein Faserverbundvorformling 84 gezeigt, dessen Rand 86 im Querschnitt zwar eine durchgehende gerade Schnittfläche zeigt, die Schnittfläche folgt jedoch einer geschwungenen Linie, so dass die gesamte Schnittfläche keine ebene Fläche ist. Durch Aufeinanderlegen mehrerer derartig bearbeiteter Faserverbundvorformlinge mit einzeln ausgebildeten Rändern 86 lassen sich entsprechend komplexere und größere Übergangsbereiche darstellen, wie in 14b) angedeutet ist.
In 15 ist die Anwendung der Erfindung für ein monolithisches Bauteil gezeigt, das einen flächigen Bereich 88 und einen Verstärkungsbereich 90 aufweist, der z. B. mit einer Durchgangsöffnung 92, beispielsweise einer Lochbohrung, für eine Bolzenbefestigung versehen ist. Zwischen den beiden Bereichen ist ein Übergangsbereich vorgesehen. Der flächige Bereich 88 weist eine oder mehrere Lagen 94 eines textilen Halbzeugs aus Hochleistungsfasern auf. Zur Verstärkung im Bereich der Lasteinleitung 90 ist die durchgehende Lage 94 auf beiden Seiten mit einem Faserverbundvorformling 96, 98 ergänzt. Die einzelnen Komponenten sind 15a) vor dem Zusammenfügen und in 15b) im fertigen Zustand gezeigt. Die Faserverbundvorformlinge sind, wie bereits im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsformen beschrieben, aus mehreren Lagen eines textilen Halbzeugs zusammengesetzt. Um einen Übergang zu dem flächigen Bereich 88 zur Verfügung zu stellen, der eine optimale Lastübertragung gewährleistet, sind die Faserverbundvorformlinge jeweils mit einem schrägen Rand 100, 102 ausgebildet. Zum Anbringen des Randes sind die Lagen des Halbzeugs plattenartig stabilisiert. Die zusammenhängende Schnittfläche ermöglicht ein Verbundwerkstück mit einem Übergangsbereich ohne Steifigkeitssprünge. Die Vorformlinge und der flächige Bereich sind von zwei Deckschichten 104, 106 umgeben, um die angeschnittenen Fasern an den Schrägen 100, 102 besser zu schützen. Erfindungsgemäß können die Einzellagen der Vorformlinge auch als Prepreg vorliegen. Durch das Zusmmenfassen der Einzellagen zu Vorformlingen wird der Einlegeaufwand in die Klebe-/Laminiervorrichtung deutlich verringert und ein insgesamt leistungsfähigeres Bauteil zur Verfügung gestellt. Je nach Anwendungsfall kann auch nur ein Vorformling mit einer durchgehenden Lage verbunden werden. Bei erhöhten Anforderungen an den flächigen Bereich kann dieser ebenfalls aus mehreren Lagen bestehen. Für eine bessere Handhabung, d. h. eine vereinfachte Herstellung, kann der flächige Bereich ebenfalls als Vorformling zur Verfügung gestellt werden. Dadurch können auch weitere, nicht gezeigte Ränder mit einer verbesserten Schnittfläche ausgebildet werden.
Erfindungsgemäß lassen sich an einem plattenartig stabilisierten Vorformling auch komplexere Randgeometrien ausbilden, beispielsweise durch ein Schneidwerkzeug, das ähnlich wie eine CNC-Fräse um fünf Achsen steuerbar ist. Auch eine Kombination mehrerer komplexerer Ränder zu einer Schnittfläche ist möglich. Auch die Ausbildung mehrfach gekrümmter Randflächen ist möglich.
Mit dem erfindungsgemäßen Faserverbundvorformling und dem erfindungsgemäßen Faserverbundwerkstück lassen sich in vielfältigen Einsatzbereichen hochleistungsfähige Bauteile einfacher und kostengünstiger herstellen, ohne auf die erforderliche Genauigkeit verzichten zu müssen. Bei den bevorzugten Einsatzgebieten der Erfindung handelt es sich beispielsweise um den Bereich der Luft- und Raumfahrt, insbesondere den Bereich des Flugzeugbaus; aber auch um den Bereich des Schienenfahrzeugbaus, in dem Faserverbundbau vermehrt Anwendung findet. Darüber hinaus eignet sich die Erfindung auch für weitere Fahrzeugbereiche, insbesondere für PKWs und auch LKWs sowie Busse. Mit anderen Worten, der erfindungsgemäße Faserverbundvorformling eignet sich für die Herstellung von Bauteilen, die einerseits ein hohes Leistungspotential aufweisen müssen und andererseits ein geringes Gewicht. Vorteile ergeben sich insbesondere dadurch, dass erfindungsgemäß ein Herstellungsverfahren zur Verfügung gestellt wird, das sich für den Einsatz bei Großserien eignet. Zu erwähnen sind auch die verschiedenen Bereiche des Anlagenbaus, wie zum Beispiel Windkraftanlagen, bei denen sich die Erfindung insbesondere für den Einsatz in der Flügelproduktion eignet.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Faserverbundvorformling (29; 39) zur Herstellung eines Faserverbundwerkstücks, mit wenigstens einer Lage (21, 42) eines textilen Halbzeugs aus Hochleistungsfasern, die zumindest vorübergehend plattenartig stabilisierbar sind; wobei wenigstens ein Rand des Faserverbundvorformlings bearbeitet ist und in Richtung einer Plattendicke der plattenartig stabilisierten Hochleistungsfasern eine zusammenhängende Schnittfläche (30; 40) gegeben ist; wobei das Halbzeug ein trockenes Halbzeug ist und die Hochleistungsfasern durch einen Binder stabilisiert sind.
Faserverbundvorformling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittfläche (30; 40) im Wesentlichen schräg zur Fläche des Vorformlings (29; 39) verlauft.
Faserverbundvorformling nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittfläche (30; 40) einen Winkel zur Fläche des Vorformlings (29; 39) bildet, der kleiner als 30 Grad ist.
Faserverbundvorformling nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Schnittfläche (30; 40) 2 Grad bis 10 Grad beträgt.
Faserverbundvorformling nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Flächengewicht von mindestens 500 g/qm umgesetzt ist.
Faserverbundvorformling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochleistungsfasern aus der Gruppe umfassend aus Glas-, Kohle, Aramid- und Borfasern realisiert sind.
Faserverbundvorformling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochleistungsfasern mit Kohlenstofffasern realisiert sind.
Faserverbundwerkstück mit einem Matrixmaterial und wenigstens zwei Werkstückbereichen sowie einem Übergangsbereich zwischen den wenigstens zwei Werkstückbereichen, wobei wenigstens ein Faserverbundvorformling (29; 39) nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist, dessen bearbeiteter Rand im Übergangsbereich angeordnet ist.
Faserverbundwerkstück nach Anspruch 8, bei dem als zweites Material ein Kernwerkstoff (18) vorgesehen ist, wobei der Kernwerkstoff (18) einen Rand aufweist, der in seiner Kontur an den bearbeiteten Rand des Faserverbundvorformlings angepasst ist.
Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstücks mit einem Übergangsbereich zwischen zwei Werkstückbereichen, mit den folgenden Schritten: Anfertigen wenigstens eines Faserverbundvorformlings durch: – Stabilisieren wenigstens einer Lage (21, 42) eines trockenen textilen Halbzeugs aus Hochleistungsfasern zu wenigstens einem vorverfestigten, plattenartigen Vorprodukt durch einen Binder; – Anbringen einer gewünschten Geometrie an wenigstens einem im Übergangsbereich zwischen den zwei Werkstückbereichen anzuordnenden Rand (21) des wenigstens einen vorverfestigten, plattenartigen Vorprodukts durch Bearbeiten, derweise, dass eine zusammenhängende Schnittfläche erzeugt wird, die den Übergangsbereich zwischen den zwei Werkstückbereichen bildet; – Konfektionieren des wenigstens einen vorverfestigten, plattenartigen Vorprodukts auf die gewünschten Abmessungen; sowie – Verfestigen der beiden Werkstückbereiche und des Übergangsbereichs durch Verfestigen eines Matrixmaterials.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die zwei Werkstückbereiche wenigstens teilweise von einer Deckschicht (24, 26; 35, 36) umgeben werden, die sich über den Übergangsbereich erstrecken wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem an dem im Übergangsbereich anzuordnenden Rand des wenigstens einen vorverfestigten, plattenartigen Vorprodukts eine Schräge derweise angebracht wird, dass sie im Wesentlichen schräg zur Fläche des Vorformlings verlaufen und einen Winkel bilden wird, der kleiner als 30 Grad realisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Schräge mit einem Winkel von 2 Grad bis 7 Grad angebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, mit den folgenden Schritten: – Zusammensetzen des wenigstens einen Faserverbundvorformlings mit einem weiteren Material, das im Übergangsbereich eine korrespondierende Randgeometrie aufweist; und – Verbinden der beiden Materialien durch Verfestigen des Matrixmaterials.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem eine Anzahl einzeln angefertigter Faserverbundvorformlinge mit einer gewünschten Randgeometrie derweise übereinander angeordnet werden, dass die Ränder gemeinsam den Übergangsbereich bilden werden.