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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, umfassend ein Aushärten einer Anordnung, in welcher wenigstens ein erstes mit Matrixmaterial infiltriertes Fasermaterial, nachfolgend als ”Primärstruktur” bezeichnet, und wenigstens ein in der Anordnung daran angrenzendes zweites mit Matrixmaterial infiltriertes Fasermaterial, nachfolgend als ”Sekundärstruktur” bezeichnet, aneinandergefügt sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der
EP 2 103 416 A2 bekannt. Bei diesem Stand der Technik umfasst das Verfahren ein Aushärten einer Anordnung, in welcher ein mit Materixmaterial vorimprägniertes Fasermaterial (”Prepreg”) und wenigstens ein weiteres ”Prepreg”, oder ein anderes Teil, aneinandergefügt sind.
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Ganz allgemein werden bei einem Verfahren der eingangs genannten Art zwei oder mehr ”Bauteilkomponenten”, die jeweils aus einem mit Matrixmaterial (z. B. Epoxidharz) infiltrierten Fasermaterial (z. B. Gewebe, Geflecht, Gelege aus Verstärkungsfasern oder Verstärkungsfaserbündeln) gebildet sind, einer gemeinsamen (z. B. thermischen) Aushärtung unterzogen, bei welcher die Bauteilkomponenten nicht nur ausgehärtet sondern gleichzeitig fest miteinander verbunden werden.
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Derartige Verfahren sind in vielfältigen weiteren Ausführungen aus dem Bereich der Faserverbundtechnologie bekannt und werden übliicherweise als ”Co-Bonding” bzw. ”Co-Curing” bezeichnet.
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Die gemeinsame Aushärtung der Bauteilkomponenten wird oftmals in einem Vakuumaufbau durchgeführt, der eine Basis mit einer Auflagefläche für die Anordnung der Bauteilkomponenten (z. B. Fasermaterialhalbzeuge, noch ”trocken” oder bereits mit Matrixmaterial ”vorimprägniert”) und eine luftdichte, zur Auflagefläche hin abdichtbare Umhüllung (z. B. Kunststofffolie) zum Abdecken der Komponentenanordnung umfasst.
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Durch ein Abpumpen der eingeschlossenen Luft aus dem Innenraum der Umhüllung kann eine Druckbeaufschlagung der Komponentenanordnung bewirkt werden. Eine solche Druckbeaufschlagung ist insbesondere zur Schaffung einer möglichst innigen Verbindung der Bauteilkomponenten während der Aushärtung von Vorteil.
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Falls eine oder mehrere der Bauteilkomponenten im trockenen Zustand, d. h. nicht mit Matrixmaterial infiltriert, in den Vakuumaufbau eingebracht werden, so kann derselbe Vakuumaufbau auch vorteilhaft dazu eingesetzt werden, die Infiltration dieser Bauteilkomponenten zu bewerkstelligen, z. B. unmittelbar bevor sodann die Aushärtung erfolgt.
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Bereits an dieser Stelle sei angemerkt, dass im Rahmen der nachfolgend noch beschriebenen Erfindung vorteilhaft auf alle aus der Faserverbundtechnologie an sich bekannten Aushärteprozesse als solche (gegebenenfalls kombiniert mit einer vorausgehenden Matrixmaterial-Infiltration) zurückgegriffen werden kann. Beispiele von an sich bekannten, für den Einsatz der vorliegenden Erfindung geeigneten Verfahren sind z. B. Spritzpressen (RTM, ”Resin Transfer Moulding”), Vakuum-Infusion (z. B. VAP, VARI etc.) und deren Weiterentwicklungen (z. B. SLI, LRI, BPRTM) etc. Aus dem Bereich der Patentliteratur sei lediglich beispielhaft auf die Patentschriften
DE 101 40 166 B4 und
DE 101 56 123 B4 verwiesen, in welchen Verfahren und Vorrichtungen (Vakuumaufbauten) der hier in Rede stehenden Art detailliert erläutert sind.
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Eine potenzielle Schwachstelle einer ”Integralstruktur”, die durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, d. h. aus mehreren aneinandergefügten (z. B. gestapelten) und sodann gemeinsam ausgehärteten Bauteilkomponenten gebildet wurde, sind die Grenzflächen der in der Anordnung aneinandergrenzenden Bauteilkomponenten. Bei mechanischer Beanspruchung der Integralstruktur im späteren Einsatz kann es insbesondere an diesen Grenzflächen zu einer Rissbildung bzw. einer Delamination kommen.
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Diese Problematik ist bei dem oben bereits erwähnten Stand der Technik gemäß der
EP 2 103 416 A2 durch eine Besonderheit des darin beschriebenen Herstellungsverfahrens beträchtlich abgemildert, die darin besteht, dass das Prepreg mit einer äußeren Abreißlage versehen zunächst heißgeformt wird, dann die Abreißlage von dem heißgeformten Prepreg zur Ausbildung einer rauen Prepregoberfläche abgezogen wird, und erst dann das weitere Prepreg bzw. weitere Teil, an der rauen Prepregoberfläche des ersteren Prepregs, angefügt wird.
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Durch Einsatz der Abreißlage wird vorteilhaft die Haftfähigkeit der Prepregoberfläche für das weitere Prepreg bzw. weitere Teil vorteilhaft verbessert. Alternativ zu einem derartigen Auflaminieren und Aushärten eines weiteren Prepregs kann gemäß dieses Stands der Technik auch die Anbindung eines weiteren Teils mittels eines Klebstoffes erfolgen. Auch bei dieser Variante ist der Einsatz der Abreißlage zur Erhöhung der Haftfähigkeit (bei dieser Variante: für Klebstoffe) von Vorteil.
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Aus der
DE 10 2008 015 070 B3 ist eine Faserverbundbauteil-Herstellung bekannt, bei welcher ein Prepreg und ein trockenes Fasermaterial aneinandergefügt werden, dann das trockene Fasermaterial dieser Anordnung mit Matrixmaterial infiltriert wird, und dann schließlich diese Anordnung ausgehärtet wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils anzugeben, bei welchem die mechanische Belastbarkeit insbesondere im Hinblick auf die erwähnten Grenzflächen innerhalb des Faserverbundbauteils verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
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Ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, umfassend ein Aushärten einer Anordnung, in welcher wenigstens ein erstes mit Matrixmaterial infiltriertes Fasermaterial, nachfolgend als ”Primärstruktur” bezeichnet, und wenigstens ein in der Anordnung daran angrenzendes zweites mit Matrixmaterial infiltriertes Fasermaterial, nachfolgend als ”Sekundärstruktur” bezeichnet, aneinandergefügt sind, sind gemäß der Erfindung insbesondere folgende Schritte vorgesehen, welche der gemeinsamen Aushärtung von Primärstruktur und Sekundärstruktur vorausgehen:
- a) Bereitstellen der Primärstruktur durch
- – Teilaushärten des mit Matrixmaterial infiltrierten und eine äußere Abreißlage aufweisenden ersten Fasermaterials, und
- – Abziehen der Abreißlage von dem teilausgehärteten Fasermaterial zur Ausbildung einer korrugierten Fasermaterialoberfläche an der Primärstruktur,
- b) Anfügen der Sekundärstruktur an der korrugierten Fasermaterialoberfläche der Primärstruktur.
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Erfindungsgemäß ist hierbei weiter vorgesehen, dass im Schritt a) das Teilaushärten des ersten infiltrierten Fasermaterials zur Erzielung eines Aushärtegrades im Matrixmaterial von mehr als 60%, jedoch weniger als 95%, eines maximalen Aushärtegrades erfolgt, und dass im Schritt b) die Sekundärstruktur als trockenes Fasermaterial an der Primärstruktur angefügt wird und eine Infiltration des zweiten Fasermaterials erst unmittelbar vor dem Aushärten der Anordnung erfolgt, wobei dieses Aushärten der Anordnung zur Erzielung eines Aushärtegrades erfolgt, der über dem Aushärtegrad der Teilaushärtung liegt und mehr als 85% des maximalen Aushärtegrades beträgt.
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Die durch das Abziehen der Abreißlage geschaffene korrugierte Oberfläche an der Primärstruktur ermöglicht vorteilhaft eine besonders innige und im späteren Einsatz des Bauteils besonders belastbare Verbindung zwischen Primärstruktur und Sekundärstruktur. Die Gefahr einer späteren Delamination an der Grenzfläche der beiden Strukturen ist damit erheblich verringert.
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Mit der Erfindung wird somit eine vorteilhafte Anpassung der Morphologie der Harzgrenzflächen in Faserverbundwerkstoffen ermöglicht.
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Gemäß der Erfindung hergestellte Faserverbundbauteile besitzen daher verbesserte mechanische Eigenschaften wie insbesondere eine erhöhte Zugfestigkeit senkrecht zu der oder den im Bauteil verlaufenden Grenzflächen der miteinander verbundenen Strukturen.
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Als auszuhärtende ”Anordnung” taugen im Rahmen der Erfindung vielfältige Aneinanderfügungen mehrerer gemeinsam auszuhärtender Faserverbundkomponenten, welche bei der Aushärtung über wenigstens eine Matrixmaterialgrenzfläche miteinander verbunden werden. Räumliche Anordnungen von Faserverbundkomponenten sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Prinzipiell eignen sich alle bekannten Anordnungsgeometrien auch zum Einsatz der vorliegenden Erfindung, um damit die Belastbarkeit des fertigen Faserverbundbauteils zu steigern bzw. insbesondere die Gefahr einer Delamination zu verringern.
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Für die vorliegende Erfindung wesentlich ist wie bereits erläutert z. B. die Art und Weise der Ausbildung wenigstens einer der in der auszuhärtenden Anordnung verwendeten Faserverbundkomponenten, nämlich mit (wenigstens) einer korrugierten Fasermaterialoberfläche, um damit die Verbindung mit wenigstens einer (in der auszuhärtenden Anordnung daran angrenzenden) weiteren Faserverbundkomponente zu verbessern.
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Im ”Schritt a)” wird die für die Erfindung wesentliche korrugierte Fasermaterialoberfläche geschaffen, indem die Abreißlage abgezogen wird. Der Oberflächenverlauf bzw. die Korrugation der im ”Schritt a)” in das teilausgehärtete Matrixmaterial eingebetteten Oberfläche der Abreißlage besitzt hierbei insbesondere dann einen entscheidenden Einfluss auf die geschaffene Oberflächenform bzw. Korrugation der nach dem Abziehen der Abreißlage geschaffenen Materialoberfläche, wenn sich die Abreißlage gut vom Matrixmaterial ablöst und somit ihre Korrugation mehr oder weniger perfekt dem Matrixmaterial aufprägt. Um eine solche Ablösung der Abreißlage ohne Beschädigung des Matrixmaterials zu gewährleisten müssen die Adhäsionskräfte zwischen Abreißlage und Matrixmaterial kleiner als die Kohäsionskräfte sein.
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Dies kann auch gezielt gefördert werden, indem abhängig von dem für die Primärstruktur verwendeten Matrixmaterial dessen im ”Schritt a)” erzielter Aushärtegrad (bzw. ein entsprechender Vernetzungsgrad) so gewählt wird und/oder die Adhäsion zwischen diesem Matrixmaterial und dem Material der Abreißlage so gewählt wird, dass die Adhäsionskräfte zwischen Abreißlage und Matrixmaterial allenfalls etwa gleich groß oder bevorzugt kleiner als die Kohäsionskräfte im Matrixmaterial sind.
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Im umgekehrten Fall, wenn also die Adhäsionskräfte zwischen Abreißlage und Matrixmaterial größer als die Kohäsionskräfte sind, so wird beim Abziehen der Abreißlage in einem gewissen Ausmaß auch teilweise das Matrixmaterial mitgerissen. Mit anderen Worten wird in diesem Fall beim Abziehen der Abreißlage das an der Abreißlage angrenzende Matrixmaterial ”zerrissen”, was zwar ebenfalls zu einer Korrugation der Oberfläche an der Primärstruktur führen kann, jedoch im Rahmen der Erfindung eine eher weniger bevorzugte Möglichkeit darstellt. Es hat sich als ungünstig für die mechanischen Eigenschaften der Verbindung zwischen Primärstruktur und Sekundärstruktur erwiesen, wenn das Matrixmaterial im ”Schritt a)” zerrissen wird.
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Daher ist die weiter oben bereits erläuterte Verfahrensvariante, bei welcher sich die Abreißlage möglichst gut vom Matrixmaterial ablöst, zu bevorzugen. In gewissem Maß sind hierbei auch hinterschnittene Vertiefungen bzw. Erhebungen der an der Primärstruktur geschaffenen Korrugation möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform besitzen die Vertiefungen bzw. Erhebungen der von der Abreißlage erzeugten Oberflächenkorrugation (Abdruck der Abreißlage am Matrixmaterial) eine typische laterale Ausdehnung von 10–50 μm und/oder eine vertikale Ausdehnung von 10–50 μm. Eine derartige Dimensionierung ist günstig für die Haftungseigenschaften. Allerdings können die optimalen Werte je nach verwendetem Matrixmaterial (Harzsystem) deutlich variieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Oberfläche der Abreißlage eine der gewünschten Korrugation der Primärstruktur entsprechende Oberflächengestaltung besitzt oder entsprechend oberflächenbehandelt (aufgeraut) ist, und diese Oberfläche der Abreißlage mit einer Trennmittelschicht (z. B. silikonhaltiges Trennmittel) versehen ist, so dass beim Abziehen der Abreißlage von dem teilausgehärteten Fasermaterial die Abreißlage ohne ein Zerreißen von Matrixmaterial durch daran anhaftende Matrixmaterialanteile entfernt werden kann. In diesem Fall definiert die Korrugation der Abreißlage die nach Abziehen der Abreißlage am teilausgehärteten Fasermaterial geschaffene Korrugation.
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Bei Einsatz der Erfindung unter Verwendung von flächig ausgedehnten Strukturen als Primärstruktur(en) und/oder Sekundärstruktur(en), können diese Strukturen jeweils z. B. eine Fläche von mehr als 1 m2, insbesondere mehr als 5 m2, besitzen, wobei Wandstärken von z. B. einigen cm vorgesehen sein können. Bei Fertigung von besonders großflächigen Faserverbundbauteilen kann es ein Problem darstellen, dass ein gewünschtes Abreißlagenmaterial, z. B. Abreißgewebe, in der benötigten Größe nicht kommerziell verfügbar ist. Hierfür geeignete Materialien sind oftmals als Rollenbahnware mit einer begrenzten Bahnbreite erhältlich. Im Rahmen der Erfindung kann in diesem Fall jedoch vorgesehen sein, dass zur Vorfertigung einer großflächigen Primärstruktur einfach mehrere Bahnen, bevorzugt spaltfrei, nebeneinander aufgelegt werden, so dass eine vollflächige Belegung mit dem Abreißlagenmaterial ermöglicht ist.
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Erfindungsgemäß erfolgt das Teilaushärten des ersten infiltrierten Fasermaterials zur Erzielung eines Aushärtegrades im Matrixmaterial von mehr als 60%, bevorzugt mehr als 70% eines maximalen Aushärtegrades.
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Erfindungsgemäß erfolgt dieses Teilaushärten zur Erzielung eines Aushärtegrades im Matrixmaterial von weniger als 95%, bevorzugt weniger als 90%, des maximalen Aushärtegrades. Bei Verwendung von so genanntem ”RTM6” als Matrixmaterial hat sich beispielsweise ein Aushärtegrad von ca. 80% als sehr vorteilhaft erwiesen.
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Als Matrixmaterial für die Primärstruktur (wie auch für die Sekundärstruktur und/oder etwaiger weiterer als mit Matrixmaterial infiltriertes Fasermaterial vorgesehener Strukturen in der auszuhärtenden Anordnung) kann insbesondere ein vernetzbarer duroplastischer Kunststoff wie insbesondere z. B. ein Epoxidharzsystem (z. B. ”RTM6”) verwendet werden. Im Hinblick auf derartige vernetzbare Matrixmaterialien ist anzumerken, dass bei Verwendung eines derartigen Materials die hier angegebenen Spezifikationen des ”Aushärtegrades” gegebenenfalls auch durch eine entsprechende Spezifikation des ”Vernetzungsgrades” ersetzt werden können (wobei, abhängig vom konkret verwendeten Matrixmaterial, der betreffende Zusammenhang zwischen Aushärtegrad und Vernetzungsgrad individuell zu berücksichtigen ist).
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Der hier verwendete Begriff ”Aushärtegrad” soll das Verhältnis zwischen der bei der Aushärtung im Matrixmaterial tatsächlich umgesetzten Energie (Wärmemenge) zu der im selben Material bei der Aushärtung maximal umsetzbaren Energie (Wärmemenge) bezeichnen. Bei einem Aushärtegrad von 100% ist das Material demnach vollständig ausgehärtet.
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Bei einem thermisch aushärtbaren Matrixmaterial lässt sich der durch eine thermische Beaufschlagung (”Temperaturzyklus” bzw. ”Temperaturprogramm”) erzielte Aushärtegrad z. B. durch kalorimetrische Analysen an einer Probe des betreffenden Materials ermitteln. Eine hierfür geeignete Analysemethode ist z. B. die dynamische Differenzkalorimetrie (”differential scanning calorimetry”, DSC), mittels welcher abgegebene/aufgenommene Wärmemengen einer Probe bei einer vorbestimmten Aufheizung bzw. Veränderung der Temperatur gemessen werden können. Damit lassen sich die bei der Aushärtung des betreffenden Matrixmaterials umgesetzten Wärmemengen und somit der erzielte Aushärtegrad ermitteln.
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Bei Verwendung von Epoxidharz als Matrixmaterial der Primärstruktur erfolgt das Teilaushärten im ”Schritt a)” bevorzugt zur Erzielung eines Aushärtegrades im Bereich von 70% bis 90%, wohingegen das Aushärten der Anordnung (z. B. eines Stapels) umfassend die Primärstruktur und die Sekundärstruktur zur Erzielung eines Aushärtegrades in den Matrixmaterialien von mehr als 90%, bevorzugt mehr als 95%, eines maximalen Aushärtegrades erfolgt.
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Als Fasermaterial für die Primärstruktur (wie auch die Sekundärstruktur und/oder gegebenenfalls vorgesehene weitere Faserverbundstrukturen in der auszuhärtenden Anordnung) können alle aus dem Bereich der Faserverbundtechnologie an sich bekannten Materialien verwendet werden.
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Es kann sich z. B. um Gewebe, Geflechte, Gelege etc. aus gleichartigen oder verschiedenartigen Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfaserbündeln (”Rovings”) handeln. Als Fasern kommen beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern, synthetische Kunststofffasern, Stahlfasern oder Naturfasern in Betracht. Bei der Verwendung von mehrlagigen Fasermaterialien, z. B. einem Stapel mehrerer ”Fasermatten” (z. B. jeweils Gewebe, Gelege, Geflechte etc.) können diese in an sich bekannter Weise auch miteinander vernäht sein.
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Die einzelnen Fasermaterialien müssen keineswegs flächig ausgedehnte ebene Lagen in der auszuhärtenden Anordnung ausbilden. Vielmehr können diese auch kompliziertere dreidimensionale Formgestaltungen bzw. Konfigurationen besitzen.
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In einer speziellen Ausführungsform ist die Primärstruktur und/oder die Sekundärstruktur als CFK-Struktur vorgesehen, wobei jeweils insbesondere ein duroplastischer Kunststoff (Kunstharz) wie z. B. Epoxidharz als Matrixmaterial vorgesehen sein kann.
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In einer Ausführungsform ist die Abreißlage ein Abreißgewebe. Ein solches Abreißgewebe kann beispielsweise aus Kunststofffasern (z. B. Polyamidfasern wie z. B. Nylonfasern) hergestellt sein. Alternativ kommt z. B. ein Kohlenstofffasergewebe in Betracht.
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Die bei einem Gewebe prinzipiell vorhandene Korrugation der Gewebeoberfläche ist insofern vorteilhaft im Hinblick auf die zu schaffende Korrugation der Primärstruktur durch Abziehen des Abreißgewebes, als bei Sicherstellung einer guten Ablösbarkeit des Abreißgewebes von dem teilausgehärteten Matrixmaterial eine gut (durch die Oberfläche des Abreißgewebes) definierte Korrugation der Primärstruktur geliefert wird. Die ”Kettfäden” und ”Schussfäden” des Abreißgewebes können z. B. jeweils aus einer oder mehreren Fasern (Filamenten) bestehen. Die einzelnen Fasern können im Wesentlichen ”glatt” oder aber aufgeraut sein. Je nach Beschaffenheit der für die Herstellung des Gewebes verwendeten textilen Gebilde und der konkreten Gewebeart lassen sich vielfältige Oberflächenformen für das Gewebe realisieren bzw. für den konkreten Einsatzfall anpassen.
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Es soll im Rahmen der Erfindung jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass eine Abreißlage mit einer ebenen Oberfläche verwendet wird, wie z. B. eine Kunststofffolie. Falls beim Abziehen der Abreißlage ein Zerreißen des Matrixmaterials gewünscht ist, so kann zur Vergrößerung der Adhäsion zwischen einer solchen Folie und dem Matrixmaterial der Primärstruktur insbesondere eine geeignet oberflächenbehandelte Folie eingesetzt werden (z. B. mit einer ”Haftvermittlungsschicht”).
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Falls jedoch eine gut vom Matrixmaterial ablösbare Folie verwendet wird, also mit vergleichsweise kleiner Adhäsion zwischen Folie und Matrixmaterial, so erfordert dies eine aufgeraute bzw. definiert vorstrukturierte Folie, um damit definierte Korrugation der Matrixoberfläche zu erzeugen.
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Hinsichtlich des ”Schrittes b)”, in welchem die Sekundärstruktur an der korrugierten Fasermaterialoberfläche der Primärstruktur angefügt (z. B. bei einem Stapeln aufgebracht) wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass im ”Schritt b)” die Sekundärstruktur als trockenes Fasermaterial an der Primärstruktur angefügt wird und eine Infiltration des zweiten Fasermaterials erst unmittelbar vor dem Aushärten der Anordnung erfolgt. Hierbei kann z. B. vorteilhaft ein Infiltrations- und Aushärtewerkzeug verwendet werden, in welchem sowohl die Infiltration des zweiten Fasermaterials als auch die Aushärtung bzw. das ”Co-Curing” oder ”Co-Bonding” von Primärstruktur und Sekundärstruktur durchgeführt wird.
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Hierbei ist folgendes von Bedeutung: Die Infiltration des zweiten Fasermaterials bzw. der Sekundärstruktur muss zumeist bei einer gegenüber Raumtemperatur erhöhten ”Infiltrationstemperatur” stattfinden, damit das verwendete Matrixmaterial die erforderliche flüssige bis zähflüssige Konsistenz annimmt. Je nach konkretem Matrixmaterial (z. B. Epoxidharz) ist daher eine Infiltrationstemperatur erforderlich, die typischerweise z. B. in einem Bereich von 60°C bis 140°C liegen kann. Damit diese Temperaturbeaufschlagung nicht unerwünschterweise zu einer weiteren Aushärtung des lediglich zu einem bestimmten Aushärtegrad bereits teilausgehärteten ersten Fasermaterials (Primärstruktur) führt, sollte eine nicht zu hohe Infiltrationstemperatur gewählt werden, beispielsweise mit einem (maximalen) Wert, der kleiner als die Glasübergangstemperatur des bereits teilausgehärteten ersten Fasermaterials ist. Bei einem typischen Epoxidharzsystem wie ”RTM6” ergibt sich bei einem Teilaushärtungsgrad von 80% z. B. eine Glasübergangstemperatur von etwa 120°C (Bei vollausgehärtetem RTM6 liegt die Glasübergangstemperatur bei etwa 220°C). Eine Infiltrationstemperatur, die bei der Infiltration der Sekundärstruktur verwendet wird, sollte vorteilhaft auch deshalb kleiner als die Glasübergangstemperatur der bereits teilausgehärteten Primärstruktur sein, weil damit in der Praxis eine Verformung der Primärstruktur während des Infiltrationsprozesses vermieden werden kann.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Aushärten der Anordnung umfassend die Primärstruktur und die Sekundärstruktur zur Erzielung eines Aushärtegrades in den Matrixmaterialien von mehr als 85%, bevorzugt mehr als 90%, eines maximalen Aushärtegrades erfolgt. Dieses gemeinsame Aushärten von Primärstruktur und Sekundärstruktur (und gegebenenfalls weiterer Faserverbundstrukturen) kann den finalen Schritt zur Herstellung des Faserverbundbauteils darstellen, der z. B. in einem Aushärtewerkzeug von an sich bekannter Art durchgeführt werden kann.
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Bei einem solchen Werkzeug kann es sich insbesondere um einen formgebenden und die Fasermaterial-Anordnung während des Aushärteprozesses kompaktierenden bzw. belastenden Vakuumaufbau handeln. Je nach konkreter Ausgestaltung eines solchen Werkzeuges bzw. Vakuumaufbaus kann damit auch eine der eigentlichen Aushärtung vorausgehende Infiltration mit Matrixmaterial durchgeführt werden, falls die auszuhärtende Anordnung zunächst mit wenigstens einer noch nicht infiltrierten Struktur aufgebaut wird. In diesem Fall fungiert das Werkzeug als ”Infiltrations- und Aushärtewerkzeug”. Vorteilhaft kann hinsichtlich der Gestaltung des Werkzeuges auf an sich bekannte Konstruktionen zurückgegriffen werden (vgl. z. B. eingangs genannten Stand der Technik). Derartige Werkzeuge können z. B. zur Durchführung der bekannten Verfahren wie ”VARI”, ”VAP” etc. ausgebildet sein.
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Gegebenenfalls kann nach dem Aushärten der Anordnung noch eine Nachbearbeitung des ausgehärteten Konstrukts erfolgen, sei es zur Schaffung einer bestimmten Oberflächengestalt und/oder Oberflächenbeschaffenheit (z. B. Aufbringen einer Lackschicht). Auch ist es denkbar, dass das ausgehärtete Konstrukt in mehrere Abschnitte zerlegt bzw. vereinzelt wird, um gleichzeitig mehrere Faserverbundbauteile zu fertigen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Faserverbundbauteil ergibt sich aufgrund der korrugierten und somit gegenüber dem Stand der Technik modifizierten Morphologie der Matrixmaterial-Grenzfläche zwischen Primärstruktur und Sekundärstruktur im Faserverbundwerkstoff bzw. Faserverbundbauteil eine beträchtlich verbesserte Qualität bzw. Belastbarkeit der Verbindung zwischen Primärstruktur und Sekundärstruktur.
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Ein solches, durch ein Verfahren der oben beschriebenen Art herstellbares Faserverbundbauteil kann besonders vorteilhaft z. B. als Strukturbauteil für ein Fahrzeug, insbesondere Luftfahrzeug verwendet werden. Ein Beispiel hierfür ist die Fertigung von Rumpfschalen oder Rumpfschalenabschnitten, einschließlich Türen etc. für Flugzeuge.
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In einer speziellen Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Faserverbundbauteil als ein Strukturbauteil für ein Fahrzeug verwendet, wobei die Sekundärstruktur einen flächig ausgedehnten Bauteilabschnitt (Fläche z. B. größer als 1 m2, insbesondere größer als 5 m2) ausbildet, und wobei an einer Flachseite dieser Sekundärstruktur mehrere Primärstrukturen als ”mechanische Verstärkungselemente” angebunden sind. Ein Beispiel hierfür ist die Ausbildung einer Fahrzeugrumpfschale mit auf wenigstens einer Seite davon angeordneten Verstärkungsprofilen, z. B. einer gekrümmten Flugzeugrumpfschale (einschließlich z. B. so genannte ”Cargodoor”) mit daran zur Verstärkung angebundenen Längsprofilen (”Stringern”) und/oder Querprofilen (”Spanten”).
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Die Erfindung eignet sich jedoch z. B. auch zur Herstellung anderer durch Verstärkungsprofile verstärkter Paneele zur Verwendung in Flugzeugen oder anderen Fahrzeugen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
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1 einen ersten Teilschritt zur Vorfertigung einer Faserverbundkomponente (”Primärstruktur”) gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels,
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2 einen zweiten Teilschritt der Vorfertigung der Primärstruktur,
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3 eine durch die Teilschritte gemäß der 1 und 2 vorgefertigte Primärstruktur, und
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4 einen Stapel aus mehreren Primärstrukturen der in 3 dargestellten Art und mehreren weiteren Faserverbundkomponenten (”Sekundärstrukturen”), zur Herstellung eines Faserverbundbauteils durch Aushärten des Stapels,
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5 bis 8 den 1 bis 4 entsprechende Darstellungen gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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Die 1 bis 4 veranschaulichen mit schematischen und nicht-maßstäblichen Darstellungen die Herstellung eines Faserverbundbauteils durch thermisches Aushärten eines Stapels 30 (4), in welchem mehrere mit Matrixmaterial infiltrierte Fasermaterialien 10-1, 10-2, 10-3 einer ersten Art, nachfolgend als ”Primärstrukturen” bezeichnet, und mehrere mit Matrixmaterial infiltrierte Fasermaterialien 20-1, 20-2 einer zweiten Art, nachfolgend als ”Sekundärstrukturen” bezeichnet, gestapelt sind.
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Die Bezugszahlen von in einer Ausführungsform mehrfach vorgesehenen, in ihrer Wirkung jedoch analogen Komponenten, wie z. B. die ”Primärstrukturen” und die ”Sekundärstrukturen”, sind durchnumeriert (jeweils ergänzt durch einen Bindestrich und eine fortlaufende Zahl). Auf einzelne solcher Komponenten oder auf die Gesamtheit solcher Komponenten wird im Folgenden auch durch die nicht-ergänzte Bezugszahl Bezug genommen.
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Im dargestellten Beispiel (vgl. 4) grenzen die Sekundärstrukturen 20 im Stapel 30 jeweils an wenigstens eine der Primärstrukturen 10 an.
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In an sich bekannter Weise können die Primärstrukturen 10 und die Sekundärstrukturen 20 des Stapels 30 jeweils z. B. als CFK-Faserverbundkomponenten ausgebildet sein, bei welchen z. B. ein multiaxiales Kohlenstofffasergelege in einem Kunststoffmaterial (z. B. Epoxidharz) eingebettet ist.
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Durch die gemeinsame Aushärtung der Primärstrukturen 10 und der Sekundärstrukturen 20 werden diese Strukturen nicht nur ausgehärtet sondern gleichzeitig fest miteinander verbunden, indem die an den Grenzflächen zwischen einander benachbarten Strukturen befindlichen Matrixmaterialien sich verbinden.
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Hinsichtlich der Realisierung eines solchen ”Co-Curing” bzw. ”Co-Bonding”, wie auch hinsichtlich der Vorfertigung bzw. Bereitstellung der Sekundärstrukturen 20 kann prinzipiell auf die aus dem Bereich der Faserverbundtechnologie bereits bekannten Methoden und Gestaltungen zurückgegriffen werden.
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Dies gilt auch für ein zur Aushärtung etwaig verwendetes Aushärtewerkzeug, etwa ein zur Realisierung eines VAP-Verfahrens verwendetes Werkzeug. Gegebenenfalls kann in dem zur Aushärtung verwendeten Werkzeug der eigentlichen Aushärtung unmittelbar vorausgehend auch eine Infiltration der Sekundärstrukturen 20 mit Matrixmaterial erfolgen.
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Eine Besonderheit des anhand der 1 bis 4 veranschaulichten Verfahrens zur Herstellung des Faserverbundbauteils besteht in der Art und Weise der Bereitstellung der Primärstrukturen 10-1, 10-2, 10-3, noch bevor diese zum Aufbau des Stapels 30 (4) verwendet werden.
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Die 1 bis 3 veranschaulichen beispielhaft die Vorfertigung einer Primärstruktur 10 (3).
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Im dargestellten Beispiel, wie in 1 veranschaulicht, werden an einer Auflagefläche 1 eines Werkzeuges zunächst eine ”trockene” Fasermateriallage 12'' (z. B. Kohlenstofffaser-Multiaxialgelege) und an den Flachseiten davon zwei Abreißgewebelagen 14''-1, 14''-2 angeordnet und mit einer luftdichten, zur Auflagefläche 1 hin mittels einer umlaufenden Dichtung 2 hin abgedichtete Umhüllung 3 (z. B. Kunststofffolie) abgedeckt.
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Sodann erfolgt eine Infiltration des Lagenaufbaus 14''-1, 12'', 14''-2 mit flüssigem Matrixmaterial (z. B. Epoxidharz) über einen Zufuhranschluss 4 unter gleichzeitiger Absaugung von im Innenraum befindlicher Luft über einen Abfuhranschluss 5.
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Die Gesamtheit der zu infiltrierenden Komponenten 12'', 14''-1, 14''-2 ist in 1 mit der Bezugszahl 10'' bezeichnet.
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Wenngleich dies in 1 nicht dargestellt ist, so können in der Praxis noch weitere, einer optimalen Infiltration bzw. Infusion dienende Hilfsmaterialien (Gewebe, Folien etc.) bei dem in 1 nur schematisch dargestellten Vakuumaufbau eingesetzt werden. In dieser Hinsicht sei z. B. auf den eingangs bereits erwähnten Stand der Technik verwiesen, bei welchem der Einsatz solcher Hilfsmaterialien erläutert ist.
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Schließlich erfolgt sodann mittels geeigneter Temperierung des in 1 dargestellten Aufbaus eine Teilaushärtung des mit Matrixmaterial infiltrierten und die äußeren Abreißgewebe 14''-1, 14''-2 aufweisenden ersten Fasermaterials 10''.
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Die Teilaushärtung der Faserverbundkomponente 10'' erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel zur Erzielung eines Aushärtegrades von weniger als 90%, hier z. B. etwa 80% eines maximalen Aushärtegrades (Anstatt eines bestimmten Aushärtegrades könnte auch ein entsprechender Vernetzungsgrad vorgesehen werden). Für eine erfindungsgemäße Verfahrensführung wird bei dieser Teilaushärtung ein Aushärtegrad von mehr als 60%, jedoch weniger als 95%, des maximalen Aushärtegrades erzielt.
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Ganz allgemein kann zur Erzielung eines gewünschten Teilaushärtungsgrades vorteilhaft auf thermische ”Aushärtzyklen” bzw. ”Temperierungsverläufe” zurückgegriffen werden, für welche vorab an einer Probe des Matrixmaterials entsprechende Versuchsmessungen durchgeführt wurden (z. B. mittels DSC). Je nach Aushärtetemperatur und Aushärtedauer bzw. dem konkreten zeitlichen Verlauf der Aushärtetemperatur ergibt sich für jedes bestimmte Matrixmaterial ein bestimmter Aushärtegrad. Typische Aushärtetemperaturen für Epoxidharzsysteme liegen beispielsweise im Bereich von etwa 120°C bis 160°C. Bei einer Temperatur in diesem Bereich wird der hier für die Teilaushärtung bevorzugte Aushärtegrad von etwa 70% bis 90% z. B. nach einer Dauer im Bereich von etwa 1 bis 3 Stunden erreicht. Eine Validierung des Aushärtegrades kann z. B. mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC), Dielekrischer Analyse (DEA) und/oder anderer Methoden erfolgen.
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Durch die Infiltration und Teilaushärtung der Faserverbundkomponente 10'' entsteht eine (teilausgehärtete) Faserverbundkomponente 10', die in 2 dargestellt ist.
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Wie es durch die Pfeile in 2 veranschaulicht ist, werden sodann die (ebenfalls teilausgehärteten) Abreißgewebe 14'-1 und 14'-2 von dem Fasermaterial 10' abgezogen, wodurch an den beiden Flachseiten der verbleibenden Fasermateriallage 12' jeweils korrugierte Fasermaterialoberflächen 16-1 bzw. 16-2 ausgebildet werden.
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Der Begriff ”Fasermaterialoberfläche” ist in diesem Zusammenhang der Einfachheit halber gewählt. Nachdem es sich bei der Fasermateriallage 12' um eine mit Matrixmaterial infiltrierte und teilausgehärtete Faserverbundkomponente handelt, entsteht die genannte korrugierte Oberfläche genaugenommen am Matrixmaterial der Komponente 12', in welchem die betreffenden Fasern (hier z. B. Kohlenstoffasern) eingebettet sind.
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Die Korrugation der Fasermaterialoberflächen 16-1, 16-2 ist in den Figuren schematisch dargestellt. In der Praxis entstehen Erhebungen bzw. Vertiefungen an der Oberfläche, die eine typische Querausdehnung im Bereich einiger 10 μm besitzen. Mit anderen Worten werden durch das Abziehen der Abreißgewebe 14'-1, 14'-2 ”auf mikroskopischer Skala raue Oberflächen” 16-1, 16-2 geschaffen.
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Durch eine geeignete Wahl der Verfahrensparameter bzw. der verwendeten Materialien kann eine gewisse Einstellung der konkret erzielten Korrugation der Oberflächen 16-1, 16-2 bewerkstelligt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erzielte Korrugation auch ”Hinterschnitte” aufweist, d. h. Vertiefungen an der Oberfläche vorhanden sind, deren Querschnittsfläche sich zum Inneren der Fasermateriallage 12' hin vergrößert.
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Nach dem Abziehen der Abreißgewebe 14'-1, 14'-2 verbleibt das mit Matrixmaterial infiltrierte und teilausgehärtete Fasermaterial 12', welches in 3 dargestellt ist und hier auch als eine ”Primärstruktur” 10 bezeichnet wird. Im dargestellten Beispiel handelt es sich um eine flächig ausgedehnte und ebene Primärstruktur.
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Bei dieser Primärstruktur 10 wurden in einfacher Weise die stark korrugierten Oberflächen 16-1, 16-2 geschaffen, welche von Vorteil bei der nachfolgenden Anbindung an weitere Faserverbundkomponenten bei der gemeinsamen Aushärtung sind.
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Abweichend von dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel könnte eine Abreißlage (bzw. eine durch Abziehen der Abreißlage korrugierte Oberfläche) auch nur auf einer Flachseite der Primärstruktur 10 vorgesehen sein.
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Ein Vorteil des dargestellten Ausführungsbeispiels, bei dem die Primärstruktur 10 beidseitig mit korrugierten Oberflächen 16-1, 16-2 ausgebildet ist, besteht jedoch darin, dass aufgrund der ”symmetrischen Verfahrensführung” keine unerwünschte Wölbung der resultierenden Primärstruktur 10 entsteht. Eine solche Wölbung kann unter Umständen, abhängig von den gewählten Verfahrensparametern und Materialien entstehen, falls die Korrugation nur auf einer Seite vorgesehen wird.
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Der Lagenaufbau des in 4 dargestellten Stapels 30 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. In diesem Stapel 30 sind drei Primärstrukturen 10-1, 10-2, 10-3 und zwei Sekundärstrukturen 20-1, 20-2 in der dargestellten Weise gestapelt.
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Die Primärstrukturen 10-1, 10-2, 10-3 sind dadurch gekennzeichnet, dass diese jeweils auf wenigstens einer Seite mit einer korrugierten Oberfläche in einer Weise ausgebildet wurden, wie dies vorstehend erläutert wurde. Bei den Primärstrukturen 10-1, 10-2, 10-3 kann es sich somit z. B. um drei Strukturen der in 3 dargestellten (und mit 10 bezeichneten) Art handeln, bzw. vorgefertigt gemäß eines Verfahrens, wie mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.
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Demgegenüber handelt es sich bei den Sekundärstrukturen 20-1, 20-2 um ”herkömmliche mit Matrixmaterial infiltrierte Fasermaterialien”, die (wie auch die Primärstrukturen) z. B. aus allen im Bereich Faserverbundtechnologie bereits bekannten Strukturen gebildet sein können. Hierzu zählen alle möglichen Formen von textilen Halbzeugen wie Gelege (z. B. Kohlenstofffaser-Multiaxialgelege), Gewebe, genähte mehrlagige Strukturen, Preforms etc. Für eine erfindungsgemäße Verfahrensführung besteht jedoch die Besonderheit, dass die Sekundärstrukturen 20-1, 20-2 zunächst als trockene Fasermaterialien an den betreffenden Primärstrukturen 10-1, 10-2, 10-3 angefügt wurden und eine Infiltration dieser Sekundärstrukturen 20-1, 20-2 erst unmittelbar vor dem Aushärten der Anordnung 30 erfolgt.
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Durch eine thermische Aushärtung des in 4 gezeigten Stapels 30 ergibt sich vorteilhaft eine besonders gute und später höher belastbare Verbindung zwischen den Primärstrukturen 10 und den Sekundärstrukturen 20.
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Für eine erfindungsgemäße Verfahrensführung ist vorgesehen, dass dieses Aushärten der Anordnung 30 zur Erzielung eines Aushärtegrades erfolgt, der über dem Aushärtegrad der vorangegangenen Teilaushärtung der Primärstrukturen 10-1, 10-2, 10-3 liegt und mehr als 85% des maximalen Aushärtegrades beträgt.
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Die bei dem Beispiel gemäß 4 am oberen Ende des Stapels 30 sich ergebende korrugierte Oberfläche der obersten Primärstruktur 10-1 kann z. B. Vorteile bei einer späteren Beschichtung des nach Aushärtung des Stapels 30 resultierenden Faserverbundbauteils bringen (Verbesserung der Haftung einer aufgebrachten funktionalen Beschichtung).
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Eine im Stapel 30 von 4 zwischengefügte ”Klebstoffschicht” 18, die z. B. aus Matrixmaterial bestehen kann, welches identisch dem Matrixmaterial der angrenzenden Primärstrukturen 10-2 und 10-3 sein kann, verdeutlicht, dass der auszuhärtende Stapel nicht ausschließlich aus den faserhaltigen, hier als Primärstruktur und Sekundärstruktur bezeichneten Komponenten (hier: Stapellagen) gebildet sein muss, sondern auch z. B. zusätzliche Hilfslagen wie die Klebstoffschicht 18 umfassen kann.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf die 5 bis 8 noch ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Herstellung eines Faserverbundbauteils erläutert. Bei dieser Beschreibung eines weiteren Ausführungsbeispiels werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch den kleinen Buchstaben ”a” zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung des vorangegangenen Ausführungsbeispiels verwiesen.
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Die 5 bis 7 veranschaulichen (den 1 bis 3 entsprechend) die Vorfertigung einer Primärstruktur 10a, welche in den Figuren in einer schematischen Querschnittsansicht dargestellt ist und zur Ausbildung eines Verstärkungsprofils (hier: ”Omega-Profil”) am fertigen Faserverbundbauteil vorgesehen ist.
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Die Vorfertigung der Primärstruktur 10a beginnt, wie in 5 dargestellt, mit der Anordnung eines z. B. zunächst trockenen Fasermaterials 12a'' und zweier z. B. ebenfalls trockener Abreißgewebe 14a''-1, 14a''-2, beispielsweise in einem (nicht dargestellten) Infiltrations- und Aushärtewerkzeug. Sodann wird das in 5 dargestellte Konstrukt teilausgehärtet (wobei gegebenenfalls zuvor noch eine Infiltration mit Matrixmaterial durchgeführt wird).
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In einem nächsten Schritt, wie durch die Pfeile in 6 dargestellt, werden von dem teilausgehärteten Konstrukt 14a'-1, 12a', 14a'-2 die Abreißgewebe 14a'-1 und 14a'-2 abgezogen, so dass an zwei Fußabschnitten des Fasermaterials 12a' korrugierte Fasermaterialoberflächen 16a-1, 16a-2 geschaffen werden.
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7 zeigt als Resultat die somit fertiggestellte Primärstruktur 10a.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden nun mehrere Primärstrukturen 10a der in 7 dargestellten Art an einer Flachseite einer flächig ausgedehnten Sekundärstruktur 20a angeordnet, wie dies in 8 ersichtlich ist.
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Auf einer Auflagefläche 41a eines Werkzeugs 40a wird zunächst die Sekundärstruktur 20a, erfindungsgemäß ein zunächst noch trockenes Fasermaterial, aufgelegt.
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Sodann werden drei Primärstrukturen 10a der in 7 gezeigten Art auf die Sekundärstruktur 20a aufgelegt. Diese drei Primärstrukturen sind in 8 mit 10a-1, 10a-2 und 10a-3 bezeichnet.
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Schließlich wird die somit gebildete Anordnung 30a mit einer luftdichten Umhüllung (z. B. Kunststofffolie) 42a überdeckt, welche mittels einer umlaufenden Dichtung 43a zur Auflagefläche 41a hin abgedichtet wird, so dass über einen Abfuhranschluss 44a eine Evakuierung des Innenraumes zwecks Druckbeaufschlagung der darin angeordneten Faserverbundkomponenten (hier: Primärstrukturen 10a-1, 10a-2, 10a-3 und Sekundärstruktur 20a) bei der sodann erfolgenden gemeinsamen thermischen Aushärtung bewerkstelligt wird.
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Zur weiteren Steigerung der Druckbeaufschlagung während des Aushärteprozesses kann der dargestellte ”Vakuumaufbau” vor dem Aushärteprozess in eine Druckkammer 45a verbracht werden, deren Innenraum 46a über einen Zufuhranschluss 47a mittels Druckluft unter einen erhöhten Druck gesetzt wird (typischerweise etwa 2 bis 8 bar).
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Es versteht sich, dass für den erfindungsgemäßen Fall der Verwendung einer zunächst noch trockenen Sekundärstruktur 20a der in 8 dargestellte Vakuumaufbau entsprechend zu modifizieren ist, damit vor Beginn des Aushärteprozesses noch eine Infiltration der Sekundärstruktur 20a mit Matrixmaterial erfolgen kann.
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Nach Abschluss des Aushärteprozesses ist das in diesem Beispiel aus drei Primärstrukturen 10a-1, 10a-2, 10a-3 und einer Sekundärstruktur 20a gebildete Faserverbundbauteil fertiggestellt.
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Im dargestellten Beispiel kann es sich bei dem Faserverbundbauteil z. B. um eine mit Verstärkungsprofilen verstärkte Rumpfschale für ein Flugzeug handeln. Die eigentliche Rumpfschale wird hierbei durch die flächig ausgedehnte Sekundärstruktur 20a realisiert, an deren späterer Innenseite Verstärkungsprofile durch die dargestellten Primärstrukturen 10a-1, 10a-2 und 10a-3 ausgebildet sind.
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Bei den in dem 5 bis 8 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist gewissermaßen ein zweistufiger VAP-Prozess zur Herstellung einer ”Integralstruktur” (Rumpfschale bzw. Sekundärstruktur 20a und Verstärkungsprofile bzw. Primärstrukturen 10a) vorgesehen. Dabei werden in einem ersten VAP-Zyklus (vgl. 5) z. B. als Laminate ausgebildete Primärstrukturen 10a nur zu einem bestimmten Prozentsatz (hier z. B. etwa 80%) teilausgehärtet, um sie in einem darauffolgenden zweiten VAP-Zyklus (vgl. 8) zusammen mit der Sekundärstruktur 20a komplett auszuhärten.
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Bevorzugt ist die Primärstruktur 10a nach dem ersten Zyklus schon so weit angehärtet, dass sie gut formstabil und somit lager- bzw. transportfähig ist. In diesem Fall kann jede Pimärstruktur 10a in besonders einfacher Weise auch einzeln hinsichtlich ihrer Qualität geprüft werden. Eine derartige Qualitätskontrolle der teilausgehärteten Primärstrukturen (hier: Verstärkungsprofile) 10a kann z. B. mittels einer Ultraschalluntersuchung erfolgen.
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Im Rahmen der Erfindung können die Primarstruktur(en) wie auch die Sekundärstruktur(en) aus allen möglichen Formen von textilen Halbzeugen gebildet werden, also z. B. Gelegen, (3D-)Geweben, genähten Strukturen oder (3D-)Preforms. In der auszuhärtenden ”Anordnung” müssen die verwendeten Fasermaterialien keineswegs jeweils zweidimensionale Verstärkungsfaseranordnungen (z. B. ”ebene Stapellagen”) ausbilden. Vielmehr können auch dreidimensionale Strukturen als Primärstruktur(en) und/oder Sekundärstruktur(en) verwendet werden, z. B. Gewebe, geflochtene Fasern oder Preforms mit dreidimensionaler Faseranordnung. Eine Dreidimensionalität der verwendeten Strukturen kann sich z. B. durch ein Stapeln (im weitesten Sinne) von zweidimensionalen Lagen, aber z. B. auch durch die Faseranordnung selbst ergeben.
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Die bei dem Beispiel gemäß der 5 bis 8 verwendeten Primärstrukturen 10a besitzen beispielsweise eine solche dreidimensionale Formgestaltung, die sich in diesem Beispiel durch die Faseranordnung selbst ergeben kann. Jede der Primärstrukturen 10a kann z. B. aus einem ein- oder mehrlagigen Halbzeugstreifen gebildet werden, der im Querschnitt betrachtet an vier Stellen abgewinkelt wurde (um das ”Omega-Profil” auszubilden).
