DE102012015901A1

DE102012015901A1 - Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Sandwichbauteilen mit Papierwaben

Info

Publication number: DE102012015901A1
Application number: DE201210015901
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-02-13

Abstract

Im Sandwichbau bei Faserverbundstoffen werden neben verschiedenen Schaumkernen auch Wabenkerne aus Papier verwendet. Die Herstellung von hochwertigen Aramidwaben ist sehr aufwändig und teuer. Sowohl das Ausgangsmaterial als auch das Tränken im Harzbad, das Trocknen im Ofen und das Zersägen der ausgehärteten Blöcke in Platten tragen dazu bei. Die nicht optimale Drapierfähigkeit ist ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens. Durch das neue Verfahren werden die Herstellungskosten reduziert. Ausgehärtete Aramidwaben werden durch billigeres Material ersetzt. Das Tränken im Harzbad und Trocknen im Ofen entfallen. Die Drapierfähigkeit der Waben und die Verbindung mit den Deckschichten werden verbessert. In Positiv- oder Negativformen werden nach dem Trennmittelauftrag zunächst die Fasergelege der Decklage auf der Formseite nass laminiert. Der Harzauftrag geschieht mit leichtem Harzüberschuss. Darauf wird der trockene Papierwabenkern gelegt. Eine Folie folgt und anschließend wird ein leichtes Vakuum erzeugt. Während der Topfzeit beginnt sich die trockene Wabe aufgrund der Kapillarwirkung zu tränken. Harz und Härter werden so eingestellt, dass die Tränkung vor dem Ende der Topfzeit abgeschlossen ist. Ein zweites Decklaminat wird auflaminiert. In der Form härtet das gesamte Sandwich aus. Das Verfahren eignet sich für Bauteile im Flugzeugbau wie Flügel oder Rumpf. Beim Bootsbau sind Rumpfschalen, Deckaufbauten und Wände möglich. Windkraftflügel oder Panels für Möbel sind weitere Möglichkeiten.

Description

Es ist bekannt, hexagonale Wabenkerne für die Anwendung als Kernmaterial im Sandwichbau aus verschiedenen Grundmaterialien wie z. B. Aluminium, Aradmidpapier oder Zellulose zu verwenden. Diese Verbundbauteile zeichnen sich durch exzellente Steifigkeit bei geringem Gewicht aus. Sowohl bei ebenen als auch bei gewölbten Flächen haben sie sich z. B. im Flugzeug- oder Bootsbau durchgesetzt. Aramidwaben werden in mehrstufigen Verfahren hergestellt. Der Herstellungsprozess ist allgemein bekannt und es wird hier nur auf einige Besonderheiten hingewiesen. Papiere werden zusammengeklebt, gepresst, expandiert, in Harz getaucht, im Ofen blockweise ausgehärtet und anschließend in Platten verschiedener Stärken gesägt. Der Preis dieser Aramidwaben, die im Flugzeugbau weit verbreitet sind, ist sehr hoch. Ein Nachteil dieser Waben zeigt sich in der unzureichenden Verformbarkeit, besonders um enge Radien. Hier besteht die Gefahr, dass Wabenwände brechen. Die Verarbeitung zu Sandwich-Composite-Bauteilen ist insofern schwierig, als die Verklebung zu den Decklagen wegen der geringen Verbindungsfläche mit großer Sorgfalt ausgeführt werden muss. Dadurch dass die Aramidwaben durch das Sägen vom Block weg an den Stirnseiten nicht beschichtet sind, kann sich in einem kleinen Ausmaß das Harz der Faserverbund-Deckschicht aufgrund von Kapillarwirkung leicht voll saugen, was zu einer günstigen Kehlnahtverklebung führt. Der weitaus größere Teil, nämlich die Wabenwände sind praktisch extern getränkt. Siehe Handbuch Faserverbundwerkstoffe, Seite 190, Edition 06/2009, R & G Faserverbundwerkstoffe GmbH, Waldenbuch. Da das Verpressen des Wabenkerns in Ecken und Kanten recht schwierig ist, sollten Bauteile in Wabensandwichbauweise über möglichst große Rundungs- und Wölbungsradien verfügen.
Eine bessere Drapierfähigkeit als Aramidwaben weisen unbeschichtete Papierwaben auf, wie sie z. B. in der Möbelindustrie bei Möbelwänden oder Türen Verwendung finden. Durch Massenproduktion und einfache Produktionsverfahren, bei denen Recycling-Papier verwendet wird, ist der Preis dieser Waben sehr gering. Dies stellt in dieser Form keine ernst zu nehmende Alternative zu obigen Waben dar, da sie unzureichend stabil sind und bei Feuchtigkeitseinwirkung ganz versagen. Aus der Patentschrift DE 3631185 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Papierwabenverbund-Formkörpern bekannt, bei dem ungetränkte Waben in einem aushärtbaren flüssigen Kunstharzsystem getränkt werden und diese zwischen zwei Deckschichten positioniert werden. Das erhaltene Schichtgebilde kommt zum Aushärten und zur Formgebung zwischen zwei Pressen. Die Tränkung des Harzes geschieht hier vorher außerhalb des Sandwichs in einem geschlossenen Tauchbecken. Während des Eintauchens der Wabe wird der Raum über der Tränkflüssigkeit evakuiert. Nach dem Tränken ist bei diesem Verfahren ein Abtropfen über Gitter und Ausblasen mit Pressluft vorgesehen. Erst dann können die Papierwaben in die Form gelegt werden.
Die Erfindung zielt darauf ab, zum einen die Kosten des Wabenkerns im Sandwich dadurch zu senken, dass billige ungetränkte Papierwaben verwendet werden, die im Laufe des Verfahrens durch Kapillarwirkung mit Harz veredelt werden. Zum andern wird die unzureichende Drapierfähigkeit von Aramidwaben verbessert durch den Einsatz von ungetränkten Papierwaben. Nach dem Aushärten sind diese nicht mehr verformbar. Ein Bruch der Wabenwände ist bei engen Radien nicht möglich, wenn man erfindungsgemäß an diesen Stellen die trockenen Waben nicht oder nur wenig expandiert. Der Tränkungsprozess und die Verklebung mit den Deckschichten verläuft per Kapillarwirkung ohne jegliches Zutun von außen in optimaler Weise. Es findet keine Übersättigung des Papiers statt und es bildet sich eine günstige Kehlnaht. Gegenüber dem Verfahren DE 3631185 A1 zeigt die Erfindung wesentlich vereinfachte Verfahrensschritte. Die externe Wabentränkung und der kostspielige Aufwand von 2 Formpressformen erübrigt sich bei der Erfindung.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird gezeigt, wie das Verfahren erfindungsgemäß abläuft. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein ebenes Sandwich
2 einen Schnitt durch schalenförmiges Bauteil in einer Negativ-Formmulde
3 Schnitt durch einen Flugzeugflügel um eine Positivform
4 Schnitt durch ein kantiges Sandwich mit 2 Formschablonen
Der Bau eines Flugzeugflügels nach 3, bei dem die Flügeloberschale und Unterschale aus einem Stück bestehen, wird genauer beschrieben.
Auf eine Positivform (14) wird ein Trennmittels aufgetragen, damit das Sandwich sich später gut von der Form löst. Da die Länge eines Flügels ziemlich groß ist, wird das Entformen allein über die Wurzelrippe nur schwer möglich sein. Deshalb kann mit Keilen an der Flügelhinterkante unterstützt werden. Ein leichtes Aufbiegen an Hinterkante des Flügels ist notwendig. Laminieren von mehreren Gewebelagen (15), entweder von Hand oder maschinell, schließt sich an. Dabei ist auf einen leichten Harzüberschuss bei der letzten Gewebelage zu achten. Der Harzüberschuss soll so ausgelegt sein, dass sich die trockenen Papierwaben genügend tränken und noch Harz für die Kehlnaht (6, 9) vorhanden ist. Es folgt das Auflegen der trockenen Papierwaben (20) auf die noch nassen Gewebelagen und damit Beginn der Tränkung durch Kapillarwirkung. Das Harz wird mit Härter so eingestellt, dass es erst dann anfängt zu gelieren und auszuhärten, wenn die Kapillartränkung abgeschlossen ist. Bei 8 mm Wabenstärke dauert die Tränkung ca. 30 Minuten. Die Topfzeit des Harzes muss deutlich darüber liegen. Es wird nun eine Trennfolie (4) über die bisher eingebrachten Lagen aufgelegt und am Rand der Form diese mit Vakuumdichtband (2) verschlossen und ein leichtes Vakuum erzeugt. Der Unterdruck wird so gewählt, dass sich die nassen Papierwaben nicht zerdrücken und das bisherige Gelege an die Form anschmiegt. In der Regel ist das Teilsandwich nach 24 Stunden ausgehärtet. An Verstärkungsstellen werden einzelne Wabenlöcher mit Spachtelmasse ausgefüllt. Die Trennfolie (4) wird nun entfernt und man sieht an den oberen Stegstellen (9) eine Kehlnaht, die für die Gewebelagen der oberen Deckschicht (5) die Verklebungsfläche vergrößert hat. Damit beim Laminieren der oberen Deckschicht (5) nicht zuviel Harz in die Waben läuft, muss harzarm laminiert werden. Vorteilhaft ist ein externes Laminieren auf einer Trennfolie. Diese extern vorbereitete und noch nasse Deckschicht wird umgedreht auf das ausgehärtete Bauteil gelegt. Mit Rollen und leichtem Druck legt sich die Decklage (16) an das Bauteil an. 24 Stunden später ist das Flügelbauteil ausgehärtet. Damit die Luftfahrtzulassung erfüllt ist, muss noch getempert werden.
Der Flügelaufbau aus einem Stück in Sandwichbauweise muss nicht wie üblich an der Flügelnase zusammengeklebt werden. Es ist auch bei genügender Anzahl Gewebelagen in beiden Deckschichten (3, 5) ohne Holm möglich, genügend Stabilität zu erreichen. An der Flügelhinterkante wird ein Steg, der die Ruderscharniere beinhaltet, eingeklebt.
Nach gleichem Verfahren lassen sich auch andere Bauteile wie z. B. 2 Rumpfhalbschalen oder Bootsrümpfe herstellen. Auch bei Flügeln von Windrädern kann der Kernschaum problemlos durch ungetränkte Papierwaben ersetzt werden, wenn er wie erfindungsgemäß vorgesehen, mit Harz kapillar getränkt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3631185 A1 [0002, 0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Handbuch Faserverbundwerkstoffe, Seite 190, Edition 06/2009, R & G Faserverbundwerkstoffe GmbH, Waldenbuch [0001]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Sandwichbauteilen mit Papierwabenkern mit folgenden Verfahrensschritten: – Aufbringen eines Trennmittels auf die Form – Laminieren von mindestens einer Gewebelage, wobei die letzte Lage mit Harzüberschuss versehen wird – Auflegen der trockenen Papierwaben auf die noch nassen Gewebelagen und damit Beginn der Tränkung durch Kapillarwirkung – Trennfolie über die bisher eingebrachten Lagen und Herstellung eines leichten Vakuums – Aushärten der bisherigen Teile – Laminieren der zweiten Deckschicht – Aushärten des gesamten Sandwichs
Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Sandwichbauteilen mit Papierwabenkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt 'Trennfolie über die bisher eingebrachten Lagen und Herstellung eines leichten Vakuums' durch folgenden Verfahrensschritt ersetzt wird: – Auflegen von Materialien die geeignet sind, durch leichten Druck den Wabenkern an die Form zu pressen
Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Sandwichbauteilen mit Papierwabenkern nach Anspruch 1 mit folgenden in der Reihenfolge geänderten Verfahrensschritten: – Aufbringen eines Trennmittels auf die Form – Laminieren von mindestens einer Gewebelage, wobei die letzte Lage mit Harzüberschuss versehen wird – Auflegen der trockenen Papierwaben auf die noch nassen Gewebelagen und damit Beginn der Tränkung durch Kapillarwirkung – Laminieren der zweiten Deckschicht – Trennfolie über die bisher eingebrachten Lagen und Herstellung eines leichten Vakuums – Aushärten des gesamten Sandwichs
Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Sandwichbauteilen mit Papierwabenkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich nach dem Verfahrensschritt 'Auflegen der trockenen Papierwaben auf die noch nassen Gewebelagen und damit Beginn der Tränkung durch Kapillarwirkung' folgende Schritte anschließen: – Laminieren der zweiten Deckschicht – Trennfolie über die bisher eingebrachten Lagen und Herstellung eines leichten Drucks auf das noch nicht ausgehärtete Sandwich – Aushärten des Sandwichs