DE102009054690B4 - Sandwichverbundbauteil, Verfahren zur Herstellung eines Sandwichverbundbauteils und Verbindungsanordnung - Google Patents
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Abstract
Sandwichverbundbauteil (1, 10) mit einer Kernschicht (2) und einer an wenigstens einer der beiden Hauptflächen (2a, 2b) der Kernschicht (2) vorgesehenen Deckschicht (3), welche mit der Kernschicht (2) mittels eines Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens verbunden ist, wobei die Kernschicht (2) eine Mehrzahl von an ihren Seitenflächen (5a) nebeneinander angeordneten flächenförmigen Strukturelementen (5, 5.1, 5.2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites flächenförmiges Strukturelement (5.1, 5.2) mittels wenigstens einer den Harzfluss (4) während der Durchführung des Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens beeinflussenden Verbindungsanordnung (6) an ihren anstoßenden Seitenflächen (5a) miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungsanordnung (6) ein längliches Verbindungselement (6a), welches jeweils im Bereich seiner Stirnseiten (7) schwalbenschwanzförmige Auskragungen (8) aufweist und eine erste und eine zweite entsprechend an dem wenigstens einen ersten und an dem wenigstens einen zweiten flächenförmigen Strukturelement (5.1, 5.2) vorgesehene schwalbenschwanzförmige Verbindungsaussparung (9.1, 9.2) aufweist, welche jeweils zur Aufnahme einer der schwalbenschwanzförmigen Auskragungen (8) des Verbindungselements (6a) ausgebildet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Sandwichverbundbauteil mit einer Kernschicht und einer an wenigstens einer der beiden Hauptflächen der Kernschicht vorgesehenen Deckschicht gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Sanndwichverbundbauteils gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6 sowie eine Verbindungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 3.
- Ein Sandwichverbundbauteil ist eine Verbundplatte, die aus einem steifen oder flexiblen bzw. formbaren und schadenstoleranten Kern und zug- sowie druckfesten, steifen Deckschichten aufgebaut ist. Das Kernmaterial bzw. die Kernschicht wird dabei in der Regel zwischen zwei Deckschichten eingebracht, wodurch ein leichtes und trotzdem steifes Bauteil entsteht. Die Verbundplatte genügt den Anforderungen allerdings im Allgemeinen nur, wenn die Klebverbindung zwischen dem Schaumstoffkern und den Deckschichten auch bei extremer Beanspruchung, Überbelastung oder Schlageinwirkung nicht versagt. Eine durch beispielsweise lokales Knittern entstandene Ablösung der Deckschicht führt zu hohem Verlust an Steifigkeit und Festigkeit und schließlich zum Versagen des gesamten Bauteils. Eine korrekte Verbindung des Schaumstoffkerns mit den Deckschichten ist deshalb von größter Wichtigkeit und ein kritischer Teil im Herstellungsprozess des Sandwichverbundbauteils. Die Verbindung des Kernmaterials mit den Deckschichten kann über ein Harzinfusionsverfahren, Harzinjektionsverfahren oder Handlaminierverfahren, insbesondere mittels Epoxidharz erfolgen.
- Derartige Sandwichverbundbauteile bzw. -elemente finden u. a. Einsatz im Schiff- oder Bootsbau, Flugzeugbau, aber auch beispielsweise bei der Herstellung von Rotorblättern für Windkraftanlagen.
- Ein üblicher Ansatz für das Zubereiten derartiger, insbesondere faserverstärkter Verbundstrukturen umfasst das Anordnen einer Faserverstärkungseinheit innerhalb einer Form, gefolgt vom Imprägnieren oder Infundieren des Aufbaus mit einem Gemisch eines oder mehrerer Flüssigharze mit einem oder mehreren Aushärtmitteln. Sobald das Imprägnieren oder das Infundieren des Flüssigharz-/Aushärtmittelgemischs in den Aufbau komplett ist, wird das Flüssigharz ausgehärtet, um die endgültige geformte Struktur oder das endgültig geformte Bauteil zu ergeben, typischerweise durch Erhitzen des Aufbaus.
- Problematisch ist bei den vorstehend beschriebenen Produktionsverfahren, dass insbesondere bei dem Einsatz von Schaumstoffen, Kork und/oder Balsaholz als Teilelemente der Kernschicht durch ein Entweichen der Flüssigkeit beim Erhitzen sich größere Spalte zwischen den einzelnen Strukturelementen der Kernschicht bilden können und somit das Harz unkontrolliert durch die Form läuft, wodurch es zu unerwünschten lokalen Anreicherungen und/oder zu örtlichem Harzmangel bzw. Fehlmengen kommen kann. Des Weiteren ist eine sichere Fixierung der Teilelemente in der Form wünschenswert.
- In der
DE 603 07 580 T2 sind Verbesserungen an faserverstärkten Verbundwerkstoffen oder in Zusammenhang mit der Zubereitung faserverstärkter Verbundwerkstoffe angegeben. Dort wird die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Zusammensetzung zum Zubereiten einer faserverstärkten Verbundwerkstoffstruktur oder eines faserverstärkten Verbundwerkstoffbauteils durch einen Harzinfusionsprozess bereitzustellen, bei dem die Abreicherung des Harzes in Bereichen, die zur Harzabreicherung neigen, signifikant verringert oder komplett eliminiert wird. - Die
DE 197 15 529 C1 beschreibt die Herstellung eines Sandwichverbundes mit einer Kernschicht und beidseitig davon angeordneten Deckschichten, wobei die Kernschicht aus horizontal nebeneinander angeordneten polygonalen, zum Beispiel würfelförmigen Schaumstoffsegmenten zusammengesetzt wird. Hierzu werden einzelne Schaumstoffsegmente mit einer Faserschicht überzogen und mit einer Vorrichtung derart zusammengesetzt, dass sich die Segmentseitenflächen mit der Faserschicht stegartig berühren. Die stegartig ausgebildeten Faserschichten werden mit einem Imprägniermittel durchtränkt. Durch Aushärten des Imprägniermittels entstehen zwischen den Schaumstoffsegmenten stegartige Faserverbundschichten, welche sich versteifend und verfestigend auf die Kernschicht auswirken. Das Imprägniermittel kann als Harz oder harzartige Substanz injiziert werden. - Die
EP 1 393 892 A1 betrifft ein flächenförmiges Strukturelement enthaltend eine Mehrzahl in einer Ebene nebeneinander angeordneten und miteinander verbundenen Körpersegmenten aus einem geschäumten Kunststoff sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen flächenförmigen Strukturelements und die Verwendung desselben. - Ferner betrifft die
DE 10 2008 037 522 A1 Rotorblätter und Verfahren zu deren Herstellung. - Ausgehend davon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sandwichverbundbauteil, ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Verbindungsanordnung der Eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeiden, insbesondere während des Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens einen kontrollierten Harzfluss zu ermöglichen, so dass das Sandwichverbundbauteil keine unerwünschten örtlichen Anreicherungen oder Fehlmengen von Harz aufweist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Sandwichverbundbauteil mit einer Kernschicht und einer an wenigstens einer der beiden Hauptflächen der Kernschicht vorgesehenen Deckschicht, welche mit der Kernschicht mittels eines Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens, insbesondere fest, verbunden ist, wobei die Kernschicht eine Mehrzahl von an ihren Seitenflächen nebeneinander angeordneten flächenförmigen Strukturelementen aufweist, gelöst, wobei wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites flächenförmiges Strukturelement mittels wenigstens einer den Harzfluss während der Durchführung bzw. Anwendung des Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens beeinflussenden Verbindungsanordnung an ihren anstoßenden Seitenflächenmiteinander verbunden sind, wobei die Verbindungsanordnung ein längliches Verbindungselement, welches jeweils im Bereich seiner Stirnseiten schwalbenschwanzförmige Auskragungen aufweist, und eine erste und eine zweite entsprechend an dem wenigstens einen ersten und an dem wenigstens einen zweiten flächenförmigen Strukturelement vorgesehene schwalbenschwanzförmige Verbindungsaussparung aufweist, welche jeweils zur Aufnahme einer der schwalbenschwanzförmigen Auskragungen des Verbindungselements ausgebildet ist. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die die Kernschicht des Sandwichverbundbauteils bildenden flächenförmigen Strukturelemente zumindest teilweise mit einer einfachen und effektiven Verbindungsanordnung verbunden, welche dazu in der Lage ist, den Harzfluss während des Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens wirksam zum Beispiel als Harzbremse oder Harzstopper zu beeinflussen. Dadurch kann vermieden werden, dass ungewollte Harzflüsse zu lokalen Anreicherungen oder Fehlmengen führen. Durch die schwalbenschwanzförmige Verbindungsanordnung wird der Harzfluss zwischen Strukturelementen gebremst oder umgeleitet. Durch die schwalbenschwanzförmige Ausbildung der Verbindungsanordnung wird eine einfache Verbindungsmöglichkeit geschaffen.
- Sehr vorteilhaft ist es, wenn der Harzfluss während der Durchführung des Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens durch die Verbindungsanordnung steuerbar ist. Dadurch wird erreicht, dass der Harzfluss durch die Verbindungsanordnung gebremst oder umgeleitet werden kann, wodurch ungewollte Harzanreicherungen bzw. Harzfehlmengen noch besser vermieden werden können.
- In Anspruch 3 ist eine Verbindungsanordnung zur Verbindung und/oder Fixierung wenigstens eines ersten und wenigstens eines zweiten flächenförmigen Strukturelements aus einer Mehrzahl von an ihren Seitenflächen nebeneinander angeordneten flächenförmigen bzw. plattenförmigen Strukturelementen einer Kernschicht eines Sandwichverbundbauteils angegeben.
- Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass wenigstens eine Stirnseite des Verbindungselements abgerundet ist. Dadurch, dass wenigstens eine Stirnseite bzw. Stirnfläche des Verbindungselements im Bereich der schwalbenschwanzförmigen Auskragung eine Rundung aufweist bzw. abgerundet ist, ergibt sich in vorteilhafterweise eine entsprechende Beweglichkeit bzw. eine Toleranz, welche Bewegungen der flächenförmigen bzw. plattenförmigen Strukturelemente gegeneinander ermöglicht, um Schrumpfungen oder dergleichen auszugleichen.
- Wenigstens ein flächenförmiges Strukturelement und/oder wenigstens ein Verbindungselement kann Holz niedriger Dichte, insbesondere Balsaholz, Kork und/oder Schaumstoff aufweisen.
- In Anspruch 6 ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sandwichverbundbauteils angegeben, wobei in einem ersten Schritt eine Kernschicht aus einer Mehrzahl von an ihren Seitenflächen nebeneinander angeordneten flächenförmigen Strukturelementen gebildet wird, wobei wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites flächenförmiges Strukturelement mittels einer Verbindungsanordnung an ihren anstoßenden Seitenflächen miteinander verbunden und/oder in einer Form fixiert werden, und wobei die Kernschicht an wenigstens einer ihrer beiden Hauptflächen mit einer Deckschicht versehen wird; wonach in einem zweiten Schritt die Kernschicht und die Deckschicht mittels eines Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens verbunden werden, wobei der Harzfluss während der Durchführung des Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens durch die Verbindungsanordnung gesteuert wird Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend ist anhand der Zeichnung prinzipmäßig ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
- Es zeigen:
-
1 eine stark vereinfachte seitliche Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Sandwichverbundbauteils; -
2 eine perspektivische Ansicht eines Verbindungselements einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung; -
3 eine perspektivische Ansicht von zwei flächenförmigen Strukturelementen des erfindungsgemäßen Sandwichverbundbauteils, welche mit einer Verbindungsanordnung verbunden sind; -
4 eine prinzipmäßige Draufsicht auf einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Sandwichverbundbauteils, und -
5 eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Rotorflügels für ein Windkraftanlagensystem welcher eines oder mehrere erfindungsgemäße Sandwichverbundbauteile aufweist. - In
1 ist ausschnittsweise ein erfindungsgemäßes Sandwichverbundbauteil1 mit einer Kernschicht2 und an beiden Flachseiten bzw. Hauptflächen2a ,2b der Kernschicht2 vorgesehenen Deckschicht3 , welche mit der Kernschicht2 mittels eines Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens fest verbunden wird, wobei die Kernschicht2 eine Mehrzahl von an ihren Seitenflächen5a nebeneinander angeordneten flächenförmigen bzw. plattenförmigen Strukturelementen5.1 ,5.2 aufweist. Ein erstes flächenförmiges Strukturelement5.1 und ein zweites flächenförmiges Strukturelement5.2 sind mittels einer den Harzfluss (vereinfacht durch Pfeile4 angedeutet) während der Durchführung des Harzinfusions- oder Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens beeinflussenden Verbindungsanordnung6 an ihren anstoßenden Seitenflächen5a verbunden, wobei die Verbindungsanordnung6 ein längliches Verbindungselement6a , welches wie aus2 ersichtlich jeweils im Bereich seiner Stirnseiten7 schwalbenschwanzförmige Auskragungen8 aufweist, und eine erste und eine zweite entsprechend an dem ersten und an dem zweiten flächenförmigen Strukturelement5.1 ,5.2 vorgesehene schwalbenschwanzförmige Verbindungsaussparung9.1 ,9.2 aufweist, welche jeweils zur Aufnahme einer der schwalbenschwanzförmigen Auskragungen8 des Verbindungselements6a ausgebildet ist. - In
3 ist das erfindungsgemäße Sandwichverbundbauteil1 ausschnittsweise perspektivisch dargestellt. Dabei ist die Deckschicht3 nur an einer der beiden Hauptflächen2b dargestellt. - Der Harzfluss
4 ist während des Harzinfusions- oder Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens durch die Verbindungsanordnung6 steuerbar. Dadurch kann das Verbindungselement6a als Harzbremse oder Harzstopper eingesetzt werden, um den Harzfluss4 gegebenenfalls umzuleiten und lokale Anreicherungen oder Fehlmengen an Harz innerhalb des Sandwichverbundbauteils zu vermeiden. - Wie aus
2 ferner ersichtlich, sind die Stirnseiten7 bzw. die Stirnflächen insbesondere im Bereich der schwalbenschwanzförmigen Auskragungen8 des Verbindungselements6a abgerundet bzw. weisen eine runde Form oder Kontur auf. Dadurch ist die Verbindungsanordnung6 beweglicher und damit auch toleranter und weist ein gewisses Spiel auf. - Selbstverständlich können, wie beispielsweise in
4 angedeutet, weitere flächenförmige bzw. plattenförmige Strukturelemente5 innerhalb der Kernschicht2 vorgesehen und teilweise mit Verbindungsanordnungen6 verbunden sein. Wie in5 gezeigt, kann das Sandwichverbundbauteil1 ein Rotorblatt10 für ein nicht dargestelltes Windkraftanlagensystem oder ein Teil desselben sein. - Die flächenförmigen Strukturelemente
5 ,5.1 ,5.2 und/oder die Verbindungselemente6a weisen ein Holz niedriger Dichte, insbesondere Balsaholz und/oder Schaumstoff auf. - Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Sandwichverbundbauteils
1 ,10 wird in einem ersten Schritt die Kernschicht2 aus einer Mehrzahl von an ihren Seitenflächen5a nebeneinander angeordneten flächenförmigen Strukturelementen5 ,5.1 ,5.2 gebildet, wobei wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites flächenförmiges Strukturelement5.1 ,5.2 mittels der Verbindungsanordnung6 an ihren anstoßenden Seitenflächen5a miteinander verbunden und/oder in einer nicht dargestellten Form fixiert werden, und wobei die Kernschicht2 an wenigstens einer ihrer beiden Hauptflächen2a ,2b mit der Deckschicht3 versehen wird; wonach in einem zweiten Schritt die Kernschicht2 und die Deckschicht3 mittels eines Harzinfusions- oder Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens verbunden werden, wobei der Harzfluss4 während der Durchführung des Harzinfusions- oder Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens durch die Verbindungsanordnung6 gesteuert wird.
Claims (6)
- Sandwichverbundbauteil (
1 ,10 ) mit einer Kernschicht (2 ) und einer an wenigstens einer der beiden Hauptflächen (2a ,2b ) der Kernschicht (2 ) vorgesehenen Deckschicht (3 ), welche mit der Kernschicht (2 ) mittels eines Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens verbunden ist, wobei die Kernschicht (2 ) eine Mehrzahl von an ihren Seitenflächen (5a ) nebeneinander angeordneten flächenförmigen Strukturelementen (5 ,5.1 ,5.2 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites flächenförmiges Strukturelement (5.1 ,5.2 ) mittels wenigstens einer den Harzfluss (4 ) während der Durchführung des Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens beeinflussenden Verbindungsanordnung (6 ) an ihren anstoßenden Seitenflächen (5a ) miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungsanordnung (6 ) ein längliches Verbindungselement (6a ), welches jeweils im Bereich seiner Stirnseiten (7 ) schwalbenschwanzförmige Auskragungen (8 ) aufweist und eine erste und eine zweite entsprechend an dem wenigstens einen ersten und an dem wenigstens einen zweiten flächenförmigen Strukturelement (5.1 ,5.2 ) vorgesehene schwalbenschwanzförmige Verbindungsaussparung (9.1 ,9.2 ) aufweist, welche jeweils zur Aufnahme einer der schwalbenschwanzförmigen Auskragungen (8 ) des Verbindungselements (6a ) ausgebildet ist. - Sandwichverbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Harzfluss (
4 ) während der Durchführung des Harzinfusions- oder Harzinjektionsverfahrens durch die Verbindungsanordnung (6 ) steuerbar ist. - Verbindungsanordnung (
6 ) zur Verbindung und/oder Fixierung wenigstens eines ersten und wenigstens eines zweiten flächenförmigen Strukturelements (5.1 ,5.2 ) aus einer Mehrzahl von an ihren Seitenflächen (5a ) nebeneinander angeordneten flächenförmigen Strukturelementen (5.1 ,5.2 ) einer Kernschicht (2 ) eines Sandwichverbundbauteils (1 ,10 ), an deren anstoßenden Seitenflächen (5a ), wobei an wenigstens einer der beiden Hauptflächen (2a ,2b ) der Kernschicht (2 ) eine Deckschicht (3 ) vorgesehen ist, welche mit der Kernschicht (2 ) mittels eines Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens verbindbar ist, gekennzeichnet durch ein längliches Verbindungselement (6a ), welches jeweils im Bereich seiner Stirnseiten (7 ) schwalbenschwanzförmige Auskragungen (8 ) aufweist und eine erste und eine zweite entsprechend an dem wenigstens einen ersten und an dem wenigstens einen zweiten flächenförmigen Strukturelement (5.1 ,5.2 ) vorgesehene schwalbenschwanzförmige Verbindungsaussparung (9.1 ,9.2 ), welche jeweils zur Aufnahme einer der schwalbenschwanzförmigen Auskragungen (8 ) des Verbindungselements (6a ) ausgebildet ist, wobei der Harzfluss (4 ) während der Durchführung des Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens durch die Verbindungsanordnung (6 ) steuerbar ist. - Sandwichverbundbauteil nach Anspruch 1 oder 2 oder Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Stirnseite (
7 ) des Verbindungselements (6a ) abgerundet ist. - Sandwichverbundbauteil nach Anspruch 1, 2 oder 4 oder Verbindungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein flächenförmiges Strukturelement (
5.1 ,5.2 ) und/oder wenigstens ein Verbindungselement (6a ) Holz niedriger Dichte, insbesondere Balsaholz, Kork und/oder Schaumstoff aufweist. - Verfahren zur Herstellung eines Sandwichverbundbauteils (
1 ,10 ) gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem ersten Schritt eine Kernschicht (2 ) aus einer Mehrzahl von an ihren Seitenflächen (5a ) nebeneinander angeordneten flächenförmigen Strukturelementen (5 ,5.1 ,5.2 ) gebildet wird, wobei wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites flächenförmiges Strukturelement (5.1 ,5.2 ) mittels einer Verbindungsanordnung (6 ) gemäß einem der Ansprüche 3, 4 oder 5 an ihren anstoßenden Seitenflächen (5a ) miteinander verbunden und/oder fixiert werden, und wobei die Kernschicht (2 ) an wenigstens einer ihrer beiden Hauptflächen (2a ,2b ) mit einer Deckschicht (3 ) versehen wird; wonach – in einem zweiten Schritt die Kernschicht (2 ) und die Deckschicht (3 ) mittels eines Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens verbunden werden, wobei der Harzfluss (4 ) während der Durchführung des Harzinfusionsverfahrens, Harzinjektionsverfahrens oder Handlaminierverfahrens durch die Verbindungsanordnung (6 ) gesteuert wird.
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