DE102010051261B4 - Verfahren zur Fertigung von adaptiven Faser-Duroplast-Verbunden mittels Funktionselement-Halbzeugen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Fertigung von adaptiven Faser-Duroplast-Verbunden (5) mittels Funktionselement-Halbzeugen (1), wobei ein Funktionselement-Halbzeug (1) zwischen aus ein oder mehreren Einzellagen bestehenden, flächenseitig an das Halbzeug (1) angrenzenden faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52) eingebettet wird, wobei das Funktionselement-Halbzeug (1) mit folgenden Schritten erzeugt wird:- Bereitstellen (20) einer ebenen ersten Trennfolie (4),- Vorderseitiges Vergießen oder vorderseitiges Rakeln (21) eines dünnen teigigen und verformbaren ersten Harzfilms (3), der zu dem duroplastischen Kunststoff der faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52) werkstofflich kompatibel ist, auf die ebene erste Trennfolie (4),- Auflegen (22) der mit flexiblen Leiterbahnen (6) verbundenen flächigen Funktionselemente (7) als Funktionselement-Netzwerk (11) auf den ersten Harzfilm (3),- Rückseitiges Vergießen oder rückseitiges Rakeln (23) eines zweiten dünnen teigigen und verformbaren zweiten Harzfilms (8), der zu dem duroplastischen Kunststoff der faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52) werkstofflich kompatibel ist, auf die Funktionselemente (7) und auf die die Funktionselemente (7) enthaltenden Leiterbahnen (6),- Abdecken (24) der Schicht des aufgebrachten duroplastischen zweiten Harzfilms (8) mit einer ebenen zweiten Trennfolie (9), so dass das Funktionselement-Halbzeug (1) aus einem dünnwandigen Harzfilm (10) und dem darin eingeschlossenen Funktionselement-Netzwerk (11) entsteht, wobei der dünnwandige Harzfilm (10) die einzelnen Netzwerk-Komponenten umgibt,- Lagern (30) des Funktionselement-Halbzeugs (1) vor einer sofortigen oder verzögerten Einbettung zwischen die faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52), und anschließenden weiteren Schritten zur Einbettung des erzeugten Funktionselement-Halbzeuges (1) zwischen die faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52):- Entfernen (28) der Trennfolien (4,9),- Zuführung (29) des Funktionselement-Halbzeuges (1) als plastisch verformbare Funktionslage zwischen die faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52),- Formgebung mit vollständiger Vernetzung des duroplastischen dünnwandigen Harzfilms (10) gemeinsam mit der Vernetzung des identischen oder werkstofflich kompatiblen duroplastischen Matrixmaterials der faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52) zur werkstoffhomogenen Anbindung der Duroplaste des Funktionselement-Halbzeuges (1) an die Duroplaste der faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung von adaptiven Faser-Duroplast-Verbunden mittels Funktionselement-Halbzeugen.
  • Adaptive Bauteilstrukturen bestehen in der Regel aus passiven Werkstoffen, wie etwa faserverstärkten Kunststoffen oder Leichtmetallen und zusätzlichen aktorischen oder sensorischen Funktionselementen. Derartige Bauteilstrukturen erlauben die zustandsabhängige Anpassung des Strukturverhaltens an betriebsbedingte Belastungen.
  • Die Applikation oder Integration der in voneinander getrennten Fertigungsteilschritten hergestellten Funktionselemente auf oder in den passiven Werkstoffverbund ist bisher durch einen hohen Montageaufwand sowie durch eine fehlende werkstoffliche Abstimmung zwischen Funktionselementwerkstoff und Verbundwerkstoff gekennzeichnet. Weiterhin besteht die Problematik einer erhöhten Instabilität und unzureichenden Positionier- und Fixierbarkeit der filigranen Funktionselemente in der Bauteilherstellung, d.h. verarbeitungsinduzierte Belastungen wie etwa Verarbeitungsdrücke oder Fließbewegungen von niedrigviskosen Harzen oder Kunststoffschmelzen führen oft zur Schädigung von einzelnen Funktionselementen oder zur Verwerfung des Faser-Duroplast-Verbunds. Existierende robuste Funktionselemente sind sowohl durch eine unzureichende werkstoffliche als auch durch eine zu geringe geometrische Anpassungsfähigkeit an die Faserverbundstruktur gekennzeichnet.
  • Bei der Fertigung adaptiver Bauteilstrukturen aus Verbundwerkstoffen werden derzeit die Funktionselemente (Aktoren oder Sensoren) überwiegend erst nach der Verbundherstellung in einem zusätzlichen Montageschritt klebtechnisch auf die Bauteiloberfläche appliziert. Die zur Verbundanbindung zur Verfügung stehende Moduloberfläche besteht dabei meist aus einer Polyimidträgerfolie, wie in den Druckschriften US 6,629,341 B2 , EP 1 983 584 A2 , DE 10 2006 040 316 A1 und US 4,849,668 A beschrieben, die werkstofflich inkompatibel zu mehreren in der Faserverbundtechnik gebräuchlichen Matrixwerkstoffen, insbesondere Thermoplasten, ist.
  • Nationale und internationale Forschungsansätze zur Integration von Funktionselement-Modulen in Verbundwerkstoffe zielen insbesondere auf Faserverbundwerkstoffe mit duroplastischen Matrices ab, wobei hier der Fokus auf Einzelfertigungen für Luftfahrtanwendungen liegt und Serienfertigungspakete im Hintergrund stehen. Bei diesem Fertigungsverfahren werden die Funktionselemente weitestgehend einzeln und mit hohem manuellen Aufwand erst während der Fertigung der adaptiven Verbundstruktur derselben zugeführt. Zudem erfolgt keine Anpassung der Funktionselemente auf den duroplastischen Matrixwerkstoff der Verbundstruktur, wie in den Druckschriften US 4,849,668 A , DE 101 43 226 A1 , EP 1 168 463 A1 und DE 100 58 096 A1 beschrieben ist.
  • In der Druckschrift DE 100 58 096 A1 wird ein adaptronisches System aus sensorischen und aktorischen Elementen beschrieben, das von einer Vergussmasse umgeben ist. Durch die bereits vollständige Aushärtung der Vergussmasse zum Zeitpunkt der Weiterverarbeitung in einem Verbundwerkstoff ist jedoch die Drapierfähigkeit des adaptronischen Systems mit zunehmender Dicke stark eingeschränkt. Auch sehr dünne und somit flexiblere adaptronische Systeme lassen allenfalls die Drapierung an einfach gekrümmte Verbunde zu.
  • Aus der US 5,869,189 A sind Verbundwerkstoffe zum Betätigen oder Erfassen von Verformungen bekannt, die eine Reihe von flexiblen, länglichen piezoelektrischen Fasern aufweisen, die in einer parallelen Anordnung angeordnet sind, wobei benachbarte Fasern durch ein relativ weiches Polymer getrennt sind. Die piezoelektrischen Fasern haben eine gemeinsame Polungsrichtung quer zu ihrer axialen Erstreckung.
  • Aus der DE 10 2006 043 015 A1 ist eine Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles umfassend ein Folienmodul, bei dem eine Folie aus einem Funktionswerkstoff in einem Isolierstoff eingebettet ist, und einen Polymerträger, wobei das Folienmodul mit dem Polymerträger verbunden wird. Das Folienmodul wird direkt in den Polymerträger eingebettet.
  • Aus der DE 103 51 429 A1 ist ein SAW Bauelement mit einer Schicht eines Klebstoffs, der eine Polymermatrix und einen Füllstoff umfasst, wobei als Füllstoff nicht- oder halbleitende mineralische Partikel in einem so hohen Anteil enthalten sind, dass die Gesamtdichte des Klebstoffes im gehärteten Zustand mehr als 2500 kg/m3 beträgt.
  • Die Nachteile bestehen in
    • - einer werkstofflichen Inkompatibilität zwischen Funktionselement und Verbundwerkstoff, die zu mangelhafter Anbindung und somit verminderter Leistungsfähigkeit der Funktionselemente führt,
    • - einem hohen manuellen Verbundfertigungsaufwand durch Aufbau des Funktionselement-Netzwerkes aus einzelnen Funktionselementen erst während der Bauteilherstellung,
    • - einer erhöhten Empfindlichkeit einzelner sensitiver Funktionselemente gegenüber fertigungsprozessinduzierten Belastungen,
    • - einer begrenzten geometrischen Anpassungsfähigkeit existierender adaptronischer Systeme an die Faserverbundstruktur,
    • - einer schwierigen Positionier- und Fixierbarkeit der Funktionselemente im Verarbeitungsprozess.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fertigung von adaptiven Faser-Duroplast-Verbunden mittels Funktionselement-Halbzeugen anzugeben. Das Verfahren beinhaltet den Aufbau und die Positionierung vorimprägnierter dreidimensional drapierfähiger Duroplast-Funktionselement-Halbzeuge zur nachfolgenden Integration in Faser-Duroplast-Verbunde als Teil einer Prozesskette zur seriengerechten Fertigung adaptiver Strukturverbunde, die neben strukturellen auch sensorische und aktorische Funktionen besitzen.
  • Es soll auch ein an den Matrixwerkstoff der passiven Tragstruktur angepasster Aufbau des Funktionselement-Halbzeuges bereitgestellt werden, der direkt, d.h. ohne zusätzlichen Montageaufwand, zur robusten, automatisierten Fertigung adaptiver Faser-Duroplast-Verbunde verwendet werden kann und parallel den Schutz des Halbzeuges und der einzelnen Funktionselemente vor fertigungsprozessinduzierten Beanspruchungen garantiert. Gleichzeitig soll ein Höchstmaß an Drapierfähigkeit zur Verarbeitung in einfach und mehrfach gekrümmten Verbunden erreicht werden. Zusätzlich soll eine verbesserte Anbindung von Funktionselementen in/an die Faser-Duroplast-Verbundstruktur sowie eine Erhöhung des elektrischen Isolationsschutzes erreicht werden.
  • Die Aufgaben werden durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • In dem Verfahren zur Fertigung von adaptiven Faser-Duroplast-Verbunden mittels Funktionselement-Halbzeugen werden folgende Schritte durchgeführt:
    • - Bereitstellen einer ebenen ersten Trennfolie,
    • - Vorderseitiges Vergießen oder vorderseitiges Rakeln eines dünnen teigigen und verformbaren ersten Harzfilms, der zu dem duroplastischen Kunststoff der faserverstärkten Duroplastverbundschichten werkstofflich kompatibel ist, auf die ebene erste Trennfolie,
    • - Auflegen der mit flexiblen Leiterbahnen verbundenen flächigen Funktionselemente als Funktionselement-Netzwerk auf den ersten Harzfilm,
    • - Rückseitiges Vergießen oder rückseitiges Rakeln eines zweiten dünnen teigigen und verformbaren zweiten Harzfilms, der zu dem duroplastischen Kunststoff der faserverstärkten Duroplastverbundschichten werkstofflich kompatibel ist, auf die Funktionselemente und auf die die Funktionselemente enthaltenden Leiterbahnen ,
    • - Abdecken der Schicht des aufgebrachten duroplastischen zweiten Harzfilms mit einer ebenen zweiten Trennfolie, so dass das Funktionselement-Halbzeug aus einem dünnwandigen Harzfilm und dem darin eingeschlossenen Funktionselement-Netzwerk entsteht, wobei der dünnwandige Harzfilm die einzelnen Netzwerk-Komponenten umgibt,
    • - Lagern des Funktionselement-Halbzeugs vor einer sofortigen oder verzögerten Einbettung zwischen die faserverstärkten Duroplastverbundschichten, und anschließenden weiteren Schritten zur Einbettung des erzeugten Funktionselement-Halbzeuges zwischen die faserverstärkten Duroplastverbund schichten:
    • - Entfernen der Trennfolien,
    • - Zuführung des Funktionselement-Halbzeuges als plastisch verformbare Funktionslage zwischen die faserverstärkten Duroplastverbundschichten,
    • - Formgebung mit vollständiger Vernetzung des duroplastischen dünnwandigen Harzfilms gemeinsam mit der Vernetzung des identischen oder werkstofflich kompatiblen duroplastischen Matrixmaterials der faserverstärkten Duroplastverbundschichten zur werkstoffhomogenen Anbindung der Duroplaste des Funktionselement-Halbzeuges an die Duroplaste der faserverstärkten Duroplastverbundschichten.
  • Das Bereitstellen der Trennfolien, vorderseitige und rückseitige Vergießen oder Rakeln der dünnen teigigen und verformbaren Harzfilme und Abdecken erfolgt sowohl manuell in einem planaren Formwerkzeug als auch automatisiert, etwa mittels eines Rolle-Rolle-Verfahrens, wobei zur Gewährleistung einer dreidimensionalen Drapierbarkeit und finalen stoffschlüssigen Verbindung von Funktionselement und Verbundstruktur die Vernetzung der Kettenmoleküle der beiden Duroplaste nur unvollständig erfolgt, so dass ein bei Raumtemperatur teigiger, gut verformbarer, aber dennoch maschinell handhabbarer Harzfilm erreicht wird.
  • Die flächigen Funktionselemente können auf dem ersten Harzfilm manuell und/oder robotergeführt angeordnet und mit dem Ziel der Netzbildung über Leiterbahnen kontaktiert werden.
  • Zur Unterbrechung oder zur Verzögerung des Vernetzungsprozesses nach dem Abdecken mit der zweiten Trennfolie können folgende weitere Schritte nachgefügt werden:
    • - Einfrieren des Funktionselement-Halbzeuges zur Verzögerung der Vernetzung,
    • - Gefrier-Lagerung des Funktionselement-Halbzeuges,
    • - Auftauen des Funktionselement-Halbzeuges zur Erweichung.
  • Dabei soll das Einfrieren des Funktionselement-Halbzeuges zu einem Stopp oder einer Verzögerung der Vernetzung der das Funktionselement-Netzwerk umgebenden duropastischen Harzfilme führen.
  • Zur Fertigung des adaptiven Faser-Duroplast-Verbundes wird das Funktionselement-Halbzeug zur Erweichung aufgetaut und nach Entfernen der Trennfolien als plastisch verformbare Funktionslage dem Faserverbundfertigungsprozess zugeführt, wo die vollständige Vernetzung des duroplastischen Harzfilms gemeinsam mit der Vernetzung des identischen oder kompatiblen duroplastischen Matrixmaterials des Faser-Duroplast-Verbundes erfolgt.
  • Wesentlich ist es, dass unvollständig vernetzte Harzfilme für den Aufbau des duroplastischen Funktionselement-Halbzeuges eingesetzt werden.
  • Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in weiteren Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird mittels eines Ausführungsbeispiels anhand mehrerer Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines duroplastischen Funktionselement-Halbzeuges nach der Fertigung und
    • 3 eine schematische Darstellung eines Faser-Duroplast-Verbundes mit integriertem Funktionselement-Halbzeug.
  • Im Folgenden werden die 1 und 2 gemeinsam betrachtet.
  • In 1 ist ein Verfahren zur Fertigung von adaptiven Faser-Duroplast-Verbunden mittels Funktionselement-Halbzeugen dargestellt.
  • Erfindungsgemäß werden folgende Schritte durchgeführt:
    • - Bereitstellen 20 einer ebenen ersten Trennfolie 4,
    • - Vorderseitiges Vergießen oder vorderseitiges Rakeln 21 eines ersten dünnen teigigen und verformbaren Harzfilms 3, der zu dem duroplastischen Kunststoff des adaptiven Faser-Duropalst-Verbundes 5 werkstofflich kompatibel ist, auf die ebene erste Trennfolie 4,
    • - Auflegen 22 der mit flexiblen Leiterbahnen 6 verbundenen flächigen Funktionselemente 7 als Funktionselement-Netzwerk 11 auf den ersten Harzfilm 3,
    • - Rückseitiges Vergießen oder rückseitiges Rakeln 23 eines zweiten dünnen teigigen und verformbaren Harzfilms 8, der zu dem duroplastischen Kunststoff des adaptiven Faser-Duroplast-Verbundes 5 werkstofflich kompatibel ist, auf die Funktionselemente 7 und auf die die Funktionselemente 7 enthaltenden Leiterbahnen 6,
    • - Abdecken 24 der Schicht des aufgebrachten duroplastischen zweiten Harzfilms 8 mit einer ebenen zweiten Trennfolie 9, so dass das Funktionselement-Halbzeug 1 aus einem dünnwandigen Harzfilm 10 und dem darin eingeschlossenen Funktionselement-Netzwerk 11 entsteht, wobei der dünnwandige Harzfilm 10 die einzelnen Netzwerk-Komponenten umgibt,
    • - Einfrieren 25 des Funktionselement-Halbzeuges 1 zur Verzögerung der Vernetzung,
    • - Gefrier-Lagerung 26 des Funktionselement-Halbzeuges 1 mit den beidseitigen Trennfolien 4,9,
    • - Auftauen 27 des Funktionselement-Halbzeuges 1 zur Erweichung,
    • - Entfernen 28 der Trennfolien 4,9,
    • - Zuführung 29 des Funktionselement-Halbzeuges 1 als plastisch verformbare Funktionslage dem Faserverbundfertigungsprozess zur Integration in den Faser-Duroplast-Verbund 5,
    • - Zeitdefiniertes Lagern 30 des halbzeugenthaltenden Faser-Duroplast-Verbundes 5 zur abschließenden Formgebung mit vollständiger Vernetzung des duroplastischen dünnwandigen Harzfilmes 10 gemeinsam mit der Vernetzung des identischen bzw. werkstofflich kompatiblen duroplastischen Matrixmaterials des Faser-Duroplast-Verbundes 5 zur werkstoffhomogenen Anbindung der Duroplaste des Funktionselement-Halbzeuges 1 und der Duroplaste des Faser-Duroplast-Verbundes 5.
  • Das Bereitstellen 20, vorderseitige und rückseitige Vergießen oder Rakeln 21,23 der dünnen teigigen und verformbaren Harzfilme 3,8 und Abdecken 24 kann sowohl manuell in einem planaren Formwerkzeug als auch automatisiert anhand eines Rolle-Rolle-Verfahrens erfolgen. Wesentlich ist, dass zur Gewährleistung der späteren dreidimensionalen Drapierbarkeit und stoffschlüssigen Verbindung die Vernetzung der Kettenmoleküle der beiden Duroplaste nur unvollständig erfolgt, so dass ein bei Raumtemperatur teigiger, gut verformbarer, aber dennoch maschinell handhabbarer Harzfilm entsteht.
  • Es wird aufbauseitig vorgeschlagen, dass die flächigen Funktionselemente 7 (Sensor(en), Aktor(en) und Ansteuerelemente wie Operationsverstärker, Mikrokontroller usw.) auf dem ersten Harzfilm 3 manuell und/oder robotergeführt angeordnet und mit dem Ziel der Netzbildung über Leiterbahnen 6 (Drähte o. ä.) kontaktiert werden. Auf Zusatzkomponenten an Sensoren und Aktoren, wie etwa Schutzfolien und elektrisch isolierende Bestandteile, kann hierbei ausdrücklich verzichtet werden, da diese die direkte funktionale Anbindung an den Faser-Duroplast-Verbund 5 beeinträchtigen.
  • Der dünnwandige zweischichtige Harzfilm 10 umgibt die einzelnen Komponenten
    • - die Leiterbahnen 6 und die Funktionselemente 7 - und stellt somit einen mechanischen Schutz und eine elektrische Isolation dieser sicher.
  • Die Schritte
    • - Einfrieren 25 des Funktionselement-Halbzeuges 1 zur Verzögerung der Vernetzung,
    • - Gefrier-Lagerung 26 des Funktionselement-Halbzeuges 1 mit den beidseitigen Trennfolien 4,9,
    • - Auftauen 27 des Funktionselement-Halbzeuges 1 zur Erweichung können bei sofortiger Integration des mit den Trennfolien 4,9 versehenen Funktionselement-Halbzeuges 1 in den Faser-Duroplast-Verbund 5 übersprungen werden.
  • Das Einfrieren 25 des Funktionselement-Halbzeuges 1 und die Gefrier-Lagerung dienen der Verzögerung der Vernetzung. Um zu verhindern, dass die Vernetzung des duroplastischen Harzfilms 10 unter Raumtemperatur weiter voranschreitet, wird die Vernetzung durch das Einfrieren des Funktionselement-Halbzeuges 1 (ideal -18°C) stark verzögert.
  • Bei Fertigung der adaptiven Faserverbundstruktur wird das Funktionselement-Halbzeug 1 zur Erweichung aufgetaut und nach Entfernen der Trennfolien 4,9 als plastisch verformbare Funktionslage dem Faserverbundfertigungsprozess zugeführt, in dem nach Abschluss der Formgebung die vollständige Vernetzung des duroplastischen Harzfilms 10 gemeinsam mit der Vernetzung des identischen bzw. werkstofflich kompatiblen duroplastischen Matrixmaterials erfolgt.
  • Der Kern der Erfindung liegt in der Verwendung unvollständig vernetzter Harzfilme 3,8 für den Aufbau des duroplastischen Funktionselement-Halbzeuges 1, um somit eine plastische Verformbarkeit entsprechend der Verbundstruktur des Faser-Duroplast-Verbundes 5 bei gleichzeitiger Isolation und bestmöglichen Schutz der Funktionselemente 7 zu gewährleisten. Zudem kann die aufgrund unvollständiger Vernetzung der Kettenmoleküle vorliegende „Klebrigkeit“ der Harzfilme 3,8,10 vorteilhaft zur Fixierung der Funktionselement-Halbzeuge 1 ohne weitere Zusatzstoffe etwa auf duroplastischen Faserverstärkungsstrukturen genutzt werden.
  • Mit der Erfindung wird eine Realisierung einer maximal möglichen Werkstoffkompatibilität durch verbundmatrixgerechte Anpassung des duroplastischen Funktionselementträgerwerkstoffes erreicht.
  • In 3 ist eine schematische Darstellung eines Faser-Duroplast-Verbundes 5 mit integriertem Funktionselement-Halbzeug 1 gezeigt. Dabei ist das Funktionselement-Halbzeug 1 in den Faser-Duroplast-Verbund 5 mit flächenseitigen faserverstärkten Duroplastverbundschichten 51 und 52 eingebettet, die wahlweise jeweils aus einer oder mehreren Einzelllagen aufgebaut sein können.
  • Die Vorteile der Erfindung sind folgende:
    • - Robuste und automatisierte Handhabbarkeit eines komplett aufgebauten Funktionselement-Halbzeuges während der Fertigung adaptiver Bauteilstrukturen,
    • - Entfall zeitaufwändiger manueller Montageschritte während der Bauteilfertigung,
    • - Plastische Verformbarkeit oder hochflexible Anpassbarkeit und somit Möglichkeit der dreidimensionalen geometrischen Konturanpassung des Funktionselement-Halbzeuges an die Verbundstruktur mit faserverstärkten Duroplastverbundschichten 51,52,
    • - Gute Fixierbarkeit des Funktionselement-Halbzeuges im Verbundaufbau aufgrund klebriger Oberflächenbeschaffenheit,
    • - Mechanischer Schutz und elektrische Isolation des Funktionselement-Halbzeuges durch vollständige Matrixeinbettung,
    • - Werkstoffhomogene Anbindung der Funktionselemente an die duroplastische Verbundstruktur zur Gewährleistung maximaler Funktionalität.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Duroplast-Funktionselement-Halbzeug
    2
    Elektrische Anschlüsse
    3
    erster duroplastischer, unvollständig vernetzter Harzfilm
    4
    erste Trennfolie
    5
    Faser-Duroplast-Verbund
    51
    erste faserverstärkte Duroplastverbundschicht
    52
    zweite faserverstärkte Duroplastverbundschicht
    6
    Leiterbahnen
    7
    Funktionselemente
    8
    zweiter duroplastischer, unvollständig vernetzter Harzfilm
    9
    zweite Trennfolie
    10
    dünnwandiger Harzfilm
    11
    Funktionselement-Netzwerk
    20
    Bereitstellen
    21
    vorderseitiges Vergießen oder Rakeln
    22
    Auflegen
    23
    rückseitiges Vergießen oder Rakeln
    24
    Abdecken
    25
    Einfrieren
    26
    Gefrier-Lagerung
    27
    Auftauen
    28
    Entfernen
    29
    Zuführung
    30
    Lagern

Claims (7)

  1. Verfahren zur Fertigung von adaptiven Faser-Duroplast-Verbunden (5) mittels Funktionselement-Halbzeugen (1), wobei ein Funktionselement-Halbzeug (1) zwischen aus ein oder mehreren Einzellagen bestehenden, flächenseitig an das Halbzeug (1) angrenzenden faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52) eingebettet wird, wobei das Funktionselement-Halbzeug (1) mit folgenden Schritten erzeugt wird: - Bereitstellen (20) einer ebenen ersten Trennfolie (4), - Vorderseitiges Vergießen oder vorderseitiges Rakeln (21) eines dünnen teigigen und verformbaren ersten Harzfilms (3), der zu dem duroplastischen Kunststoff der faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52) werkstofflich kompatibel ist, auf die ebene erste Trennfolie (4), - Auflegen (22) der mit flexiblen Leiterbahnen (6) verbundenen flächigen Funktionselemente (7) als Funktionselement-Netzwerk (11) auf den ersten Harzfilm (3), - Rückseitiges Vergießen oder rückseitiges Rakeln (23) eines zweiten dünnen teigigen und verformbaren zweiten Harzfilms (8), der zu dem duroplastischen Kunststoff der faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52) werkstofflich kompatibel ist, auf die Funktionselemente (7) und auf die die Funktionselemente (7) enthaltenden Leiterbahnen (6), - Abdecken (24) der Schicht des aufgebrachten duroplastischen zweiten Harzfilms (8) mit einer ebenen zweiten Trennfolie (9), so dass das Funktionselement-Halbzeug (1) aus einem dünnwandigen Harzfilm (10) und dem darin eingeschlossenen Funktionselement-Netzwerk (11) entsteht, wobei der dünnwandige Harzfilm (10) die einzelnen Netzwerk-Komponenten umgibt, - Lagern (30) des Funktionselement-Halbzeugs (1) vor einer sofortigen oder verzögerten Einbettung zwischen die faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52), und anschließenden weiteren Schritten zur Einbettung des erzeugten Funktionselement-Halbzeuges (1) zwischen die faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52): - Entfernen (28) der Trennfolien (4,9), - Zuführung (29) des Funktionselement-Halbzeuges (1) als plastisch verformbare Funktionslage zwischen die faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52), - Formgebung mit vollständiger Vernetzung des duroplastischen dünnwandigen Harzfilms (10) gemeinsam mit der Vernetzung des identischen oder werkstofflich kompatiblen duroplastischen Matrixmaterials der faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52) zur werkstoffhomogenen Anbindung der Duroplaste des Funktionselement-Halbzeuges (1) an die Duroplaste der faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51, 52).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen (20), vorderseitige und rückseitige Vergießen oder Rakeln (21,23) der dünnen teigigen und verformbaren Harzfilme (3,8) und das Abdecken (24) sowohl manuell in einem planaren Formwerkzeug als auch automatisiert anhand eines Rolle-Rolle-Verfahrens erfolgt, wobei zur dreidimensionalen Drapierbarkeit des Funktionselement-Halbzeuges (1) und stoffschlüssigen Verbindung mit den faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51,52) die Vernetzung der Kettenmoleküle der Duroplastmatrix nur unvollständig erfolgt, so dass ein bei Raumtemperatur teigiger, gut verformbarer, aber dennoch maschinell handhabbarer Harzfilm (10) erreicht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flächigen Funktionselemente (7) auf dem ersten Harzfilm (3) manuell und/oder robotergeführt angeordnet und mit dem Ziel der Netzbildung über Leiterbahnen (6) kontaktiert werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterbrechung oder zur Verzögerung des Vernetzungsprozesses nach dem Abdecken (24) mit der zweiten Trennfolie (9) folgende weitere Schritte nachgefügt werden: - Einfrieren (25) des Funktionselement-Halbzeuges (1) zur Verzögerung der Vernetzung, - Gefrier-Lagerung (26) des Funktionselement-Halbzeuges (1), - Auftauen (27) des Funktionselement-Halbzeuges (1) zur Erweichung.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfrieren (25) des Funktionselement-Halbzeuges (1) zu einem Stopp oder einer Verzögerung der Vernetzung der das Funktionselement-Netzwerk (11) umgebenden duroplastischen Harzfilme (3,8,10) durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Entfernen der Trennfolien (4,9) das Funktionselement-Halbzeug (1) zur Erweichung aufgetaut wird und nach Entfernen der Trennfolien (4,9) als plastisch verformbare Funktionslage dem Faserverbundfertigungsprozess zum weiteren Verlauf bis hin zu einer vollständigen Vernetzung des duroplastischen Harzfilms (3,8,10) gemeinsam mit der Vernetzung des identischen oder werkstofflich kompatiblen duroplastischen Matrixmaterials den faserverstärkten Duroplastverbundschichten (51,52) zugeführt wird.
  7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ursprünglich unvollständig vernetzten duroplastischen Harzfilme (3,8,10) für den Aufbau des duroplastischen Funktionselement-Halbzeuges (1) eingesetzt werden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015216846A1 (de) * 2015-09-03 2017-03-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Anordnung und Verfahren zur Beeinflussung und/oder Detektion einer dynamischen oder statischen Eigenschaft einer Tragstruktur

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4849668A (en) 1987-05-19 1989-07-18 Massachusetts Institute Of Technology Embedded piezoelectric structure and control
US5869189A (en) 1994-04-19 1999-02-09 Massachusetts Institute Of Technology Composites for structural control
EP1168463A1 (de) 2000-06-23 2002-01-02 DORNIER GmbH Faserverbundwerkstoff mit darin integriertem piezoelektrischem Sensor oder Aktor
DE10058096A1 (de) 2000-11-23 2002-06-06 Fraunhofer Ges Forschung Adaptronisches Mikrosystem und Verfahren zur Herstellung
DE10143226A1 (de) 2001-05-21 2002-12-12 Fraunhofer Ges Forschung Adaptronisches Kombimodul
US6629341B2 (en) 1999-10-29 2003-10-07 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method of fabricating a piezoelectric composite apparatus
DE10351429A1 (de) 2003-11-04 2005-06-23 Epcos Ag SAW Bauelement mit Klebestelle und Verwendung dafür
DE102006040316A1 (de) 2006-08-29 2008-03-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Piezokeramischer Flächenaktuator und Verfahren zur Herstellung eines solchen
DE102006043015A1 (de) 2006-09-13 2008-03-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Bauteils und Bauteil

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4849668A (en) 1987-05-19 1989-07-18 Massachusetts Institute Of Technology Embedded piezoelectric structure and control
US5869189A (en) 1994-04-19 1999-02-09 Massachusetts Institute Of Technology Composites for structural control
US6629341B2 (en) 1999-10-29 2003-10-07 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method of fabricating a piezoelectric composite apparatus
EP1983584A2 (de) 1999-10-29 2008-10-22 The Government of the United States of America as represented by the Administrator of the National Aeronautics and Space Adm. Piezoelektrischer Aktuator aus Makrofaserverbundwerkstoff und Herstellungsverfahren dafür
EP1168463A1 (de) 2000-06-23 2002-01-02 DORNIER GmbH Faserverbundwerkstoff mit darin integriertem piezoelektrischem Sensor oder Aktor
DE10058096A1 (de) 2000-11-23 2002-06-06 Fraunhofer Ges Forschung Adaptronisches Mikrosystem und Verfahren zur Herstellung
DE10143226A1 (de) 2001-05-21 2002-12-12 Fraunhofer Ges Forschung Adaptronisches Kombimodul
DE10351429A1 (de) 2003-11-04 2005-06-23 Epcos Ag SAW Bauelement mit Klebestelle und Verwendung dafür
DE102006040316A1 (de) 2006-08-29 2008-03-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Piezokeramischer Flächenaktuator und Verfahren zur Herstellung eines solchen
DE102006043015A1 (de) 2006-09-13 2008-03-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Bauteils und Bauteil

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