DE102012104370A1 - Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoff - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoff Download PDF

Info

Publication number
DE102012104370A1
DE102012104370A1 DE201210104370 DE102012104370A DE102012104370A1 DE 102012104370 A1 DE102012104370 A1 DE 102012104370A1 DE 201210104370 DE201210104370 DE 201210104370 DE 102012104370 A DE102012104370 A DE 102012104370A DE 102012104370 A1 DE102012104370 A1 DE 102012104370A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laminate
winding core
wound
hollow body
fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE201210104370
Other languages
English (en)
Other versions
DE102012104370B4 (de
Inventor
Udo Berthold
Georg Grötzschel
Michael Franke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
COTESA GmbH
Original Assignee
COTESA GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by COTESA GmbH filed Critical COTESA GmbH
Priority to DE102012104370.1A priority Critical patent/DE102012104370B4/de
Publication of DE102012104370A1 publication Critical patent/DE102012104370A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102012104370B4 publication Critical patent/DE102012104370B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/20Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres
    • B29C70/205Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres the structure being shaped to form a three-dimensional configuration
    • B29C70/207Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres the structure being shaped to form a three-dimensional configuration arranged in parallel planes of fibres crossing at substantial angles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/30Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/32Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core on a rotating mould, former or core
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/44Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/44Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
    • B29C70/446Moulding structures having an axis of symmetry or at least one channel, e.g. tubular structures, frames

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoff, umfassend die Verfahrensschritte: a) Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges (1), welches aus einem vorimprägnierten Halbzeug besteht; b) Aufwickeln des mehrlagigen Vorgeleges (1) auf einen Wickelkern (4); c) Abziehen des aus dem aufgewickelten mehrlagigen Vorgelege (1) gebildeten hohlkörperförmigen Laminats (16) vom Wickelkern (4); d) Einfädeln eines mit einem Fluid (19) beaufschlagbaren Schlauches (17) in das hohlkörperförmige Laminat (16); e) Positionieren des hohlkörperförmigen Laminats (16) in einer außenliegenden Form (18); und f) Aushärten des Laminats (16) durch Beaufschlagung mit Temperatur (T) bei gleichzeitigem Aufbringen von Innendruck (pi), indem der Schlauch (17), bei gleichzeitiger Aufnahme des Härtedrucks auf der benachbart zur außenliegenden Form (18) liegenden Außenseite des Laminats (16), mit einem Fluid (19) beaufschlagt wird. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen in einem hohen Automatisierungspotential und in geringen Zykluszeiten aufgrund der Vorgelege (1) und in einer homogenen Masseverteilung durch die außenliegende Form (18) beim Aushärten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoff.
  • Aus dem Stand der Technik sind für die Herstellung von Hohlkörpern aus faserverstärktem Kunststoff verschiedene Lösungen bekannt. Dazu gehören unter anderem Wickelverfahren, bei denen ein Kern bei der Aushärtung im Bauteil verbleibt. Als Wickelkerne werden meist metallische beziehungsweise formstabile Kerne eingesetzt.
  • Beim sogenannten Filament-Winding erfolgt ein gesteuertes Wickeln einzelner Fadenrovings um einen rotierenden Laminierkern. Des Weiteren sind Wickelverfahren mit Bändern oder Prepregs bekannt, bei denen Einzellagen gewickelt werden. In der US 4,173,128 A ist ein Verfahren beschrieben, in der das Wickeln von Einzellagen für die Herstellung einer laminierten Antriebswelle beschrieben ist. Die Antriebswelle wird durch Strangziehen eines Laminats aus mehreren einzelnen Laminatlagen einer faserverstärkten organischen Matrix durch eine beheizte Pressform hergestellt. Dabei ist ein Dorn biegefest neben der beheizten Pressform angeordnet, wobei eine Dreh- und Axialbewegung des Dorns beim Anbringen der Laminatlagen an den Dorn und das Strangziehen durch die Pressform ermöglicht werden, um aus den Laminatlagen ein Rohr in einer gewünschten Größe zu formen. Eine Vielzahl von Bandspulen ist neben dem Dorn vor der beheizten Pressform angebracht, wobei die Vielzahl von Bandspulen für eine gewünschte diagonale Lagenanordnung im Laminat erforderlich ist. Die Bandspulen sind so gelagert, dass es ihnen erlaubt ist, eine Drehbewegung über dem Dorn entgegen dem Uhrzeigersinn und im Uhrzeigersinn zu durchlaufen, wenn das Laminat durch die Pressform gezogen wird. Das Ziehen des Laminats durch die beheizte Pressform führt nicht nur zur Bildung eines Rohres, sondern wickelt mehrere einzelne diagonal zueinander orientierte einzelne Bänder aus den Bandspulen ab und zieht ein weiteres Band axial über die Laminierung eines Teils der diagonal orientierten einzelnen Lagen, um eine axiale Zwischenlage darüber bereitzustellen. Danach werden in gleicher Weise weitere diagonal orientierte Bänder als separate schräge Lagen über die Rohrachsenlage des axialen Bandes gewickelt, wobei ein gewickeltes Rohr geformt wird, das durch Strangziehen durch die Pressform seinen Enddurchmesser erhält.
  • In einer weiteren bekannten Lösung werden Gelege verwendet, bei denen Fasern in Umfangsrichtung quer dazu verstärkt werden, wobei kein unidirektionales Prepreg zum Einsatz kommt. So sind aus der DE 34 42 558 A1 walzen- und rohrartige Formkörper sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung derselben bekannt. Der Formkörper wird dabei in Sandwich-Bauweise als Wickel ausgebildet. Als tragendes Element dient eine aus einem Gelege bestehende Warenbahn, wobei das Gelege seinerseits wieder aus unidirektional liegenden Fasern aufgebaut ist und durch Querverbindungsmittel zusammengehalten wird. Die Warenbahn besteht aus einer mit einem Verbindungsmittel getränkten Bahn aus Verstärkungsfasermaterial. Die Warenbahn dient als Transportband und als Pressband und gleichzeitig als Armierung für die spätere Aufnahme der mechanischen Kräfte nach Aushärtung.
  • Des Weiteren ist es bekannt, Gewebeschläuche jeweils auf Formkerne aufzuziehen. In der DE 27 47 910 A1 ist ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung von Drehkräfte übertragenden Stäben oder Stangen aus faserverstärktem Kunststoff beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein sogenannter verlorener Formkern aus Schaumstoff von wenigstens einem diagonal gewebten Schlauch überzogen, der mit härtbarem Kunststoff getränkt und anschließend ausgehärtet wird. Der oder die Schläuche werden in gestauchtem Zustand über den Kern gezogen und dann gelängt.
  • Ein weiteres Verfahren mit Anwendung eines verlorenen Kerns ist in der DE 10 2005 039 906 A1 beschrieben. Bei diesem Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils wird ein Kern aus einem schmelzbaren Material hergestellt, mit einem Faserverbundmaterial laminiert und schließlich angeschmolzen.
  • In weiteren Lösungen werden Einleger, sogenannte Inlays, verwendet, die aus Thermoplast oder Metall bestehen können. Aus der DE 10 2006 033 011 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks aus Faserverbundwerkstoffen, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK), bekannt. Im Verfahren wird ein zum Beispiel aus Polyamid gefertigtes Blasling als Inlay verwendet. Dieser Blasling ist mit einem CFK-Gewebe beschickt und wird anschließend mit einem Überdruck beaufschlagt und innerhalb eines Mikrowellenofens mit einem CFK-Gewebe verbunden und ausgehärtet.
  • Ein Beispiel für die Anwendung eines metallischen Einlegers ist aus der US 4,236,386 A bekannt. Dabei ist eine faserverstärkte Welle aus einem Verbundwerkstoff in Form einer Metallhülse mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung auf dem äußeren Umfang der Metallhülse angeordneten geraden Flächensegmenten ausgebildet.
  • Aus dem Stand der Technik sind des Weiteren sogenannte RTM-Verfahren bekannt, die das Aufziehen, Positionieren und Tränken trockener Faserlagen beziehungsweise Flechtschläuche mit anschließendem Aushärten unter Innendruck und Temperatureinwirkung umfassen. In der DE 198 03 909 A1 ist ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung von hohlen endlosfaserverstärkten Formteilen im Harzinjektionsverfahren beschrieben. Dieses Verfahren ist im Besonderen dafür vorgesehen, hochbelastbare faserverstärkte Strukturbauteile mit Hohlraum oder partieller Hohlstruktur durch definiertes Drapieren der textilen Verstärkungsmaterialien zu fertigen. Zur Ausbildung des Hohlraums dient eine entsprechend der Forminnenkontur ausformbare Polymerblase, um die zuvor trockene textile Verstärkungsmaterialien definiert angeordnet wurden, wobei die Polymerblase mit einem flüssigen, beheizbaren Medium gefüllt wird. Dadurch expandiert die Polymerblase und drapiert zunächst die textilen Verstärkungsmaterialien entsprechend der Hohlkörpergeometrie vor.
  • In anderen Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Hohlkörpern erfolgt ein Ablegen vorimprägnierter Halbzeuge in eine verschließbare Außenform. So ist in der DE 10 2007 015 909 A1 ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Hohlkörpern mit integral angeformten Elementen in einer Hohlform beschrieben, bei dem in zwei Hälften der Hohlform, welche jeweils die Negativform für den herzustellenden faserverstärkten Hohlkörper mit integral angeformten Elementen bilden, eine Fasermatte laminiert wird und nach dem Verbinden der beiden Hälften der so ausgekleideten Hohlform die Fasermatte unter Anwendung von Druck formschlüssig in die Hohlform gepresst wird.
  • Des Weiteren sind auch umformende Verfahren bekannt, bei denen Hohlkörper aus ebenen Halbzeugen mithilfe einer Polymerblase und Diaphragmen hergestellt werden. In der DE 198 03 965 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen mit Lang- und/oder Endlosfaserverstärkung beschrieben, bei dem ein Preform oder mehrlagige, flächige Halbzeuge mit einer aufblasbaren Polymerblase im Inneren versehen, in flächigem Zustand über die Schmelztemperatur des Thermoplasten erwärmt und durch Beaufschlagung der Polymerblase mit Innendruck zu einem Hohlkörper ausgeformt werden. Dies kann sowohl in ein Werkzeug erfolgen, auf dessen innerer Oberfläche das Halbzeug durch den Innendruck in der Polymerblase abgeformt wird, als auch gegen den Gegendruck dehnfähiger, den Hohlkörper umgebender Polymerfolien, sogenannter Diaphragmen.
  • Eine weitere Möglichkeit für die Herstellung rohrförmiger Hohlkörper besteht in der Anwendung von Schlauchblasverfahren, die das Aushärten von Bauteilen in einer Außenform umfassen, wobei Innendruck in Form von Silikon- oder Folienschläuchen aufgebracht wird. Ein solches Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Hohlkörpers ist in der DE 31 13 791 A1 beschrieben, wobei der rohrförmige Hohlkörper insbesondere als Strukturbauteil für Flugzeuge und Raumflugkörper vorgesehen ist und aus faserverstärktem Kunststoff besteht. Dieser Hohlkörper weist an seinen beiden Enden Bereiche verminderten Innenquerschnitts auf. Diese Endbereiche weisen die Form doppelwandiger Anschlusslaschen auf und sind einstückig an dem rohrförmigen Mittelteil angeformt. Die Herstellung dieses Hohlkörpers erfolgt in einem Verfahren, bei dem ein sich unter Druck befindlicher elastischer Schlauch, auf den das das Ausgangsmaterial bildende vorimprägnierte Fasermaterial aufgebracht wird, gegen die Innenwandung einer Hohlform gepresst wird. Letztere weist im Bereich der Anschlusstaschen fensterartige Ausnehmungen auf, in die gegen den Innendruck des Schlauches Formkörper eingeschoben werden.
  • Die Nachteile der bekannten Lösungen nach den oben genannten Verfahren bestehen insbesondere in deren unökonomischen Voraussetzungen. So besteht der Nachteil von Verfahren mit Wickeln von Einzellagen aus Prepreg-beziehungsweise unidirektionalen (UD)-Bändern in zu hohen Fertigungskosten. Nachteilig wirken sich auch hohe Abzugskräfte beim Entformen des Bauteils von formstabilen Kernen aus, wodurch eine Knickgefahr besteht. Beim RTM-Verfahren ist es von Nachteil, dass ein geringer Automatisierungsgrad vorliegt, da in einem solchen Verfahren vorwiegend manuelle Tätigkeiten ausgeführt werden. Hinzu kommt eine geringere Reproduzierbarkeit der inneren Bauteilgüte, die unter anderem durch den Faserverlauf bestimmt wird. Die Verwendung von Flechtschläuchen führt zu Nachteilen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, zum Beispiel zu einer geringeren Steifigkeit. Aufgrund geringerer Eigenfrequenzen sind Flechtschläuche damit für eine Antriebswelle nicht geeignet. Nachteilig ist auch eine häufig auftretende wellige Außenfläche beim Kernwickeln, woraus eine ungünstige, nicht reproduzierbare Umwuchtverteilung bei schnelldrehenden Hohlkörpern folgt. Ein Umformen mit Diaphragma ist für die Herstellung des gewünschten Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoff nicht möglich, da beim Beschneiden des Überstandes Fasern zerstört werden. Der Nachteil bei der Verwendung von Einlegern beziehungsweise im Bauteil verbleibenden Kernen besteht in deren hinzukommendem Eigengewicht und somit einem höheren Gesamtgewicht des Bauteils.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern im Hinblick auf eine effiziente Fertigungstechnologie bei vorteilhaften mechanischen Eigenschaften des Bauteils zu ermöglichen. Hierfür liegt das Augenmerk auf einer hohen Automatisierbarkeit mit kurzen Zykluszeiten, einer guten Reproduzierbarkeit der inneren und der äußeren Bauteilqualität sowie einer homogenen Masseverteilung des Bauteils.
  • Die bestehende Aufgabenstellung wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoff gelöst, umfassend die Verfahrensschritte:
    • a) Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges, welches aus einem vorimprägnierten Halbzeug besteht;
    • b) Aufwickeln des mehrlagigen Vorgeleges auf einen Wickelkern;
    • c) Abziehen des aus dem aufgewickelten mehrlagigen Vorgelege gebildeten hohlkörperförmigen Laminats vom Wickelkern;
    • d) Einfädeln eines mit einem Fluid beaufschlagbaren Schlauches in das hohlkörperförmige Laminat;
    • e) Positionieren des hohlkörperförmigen Laminats in einer außenliegenden Form; und
    • f) Aushärten des Laminats durch Beaufschlagung mit Temperatur T bei gleichzeitigem Aufbringen von Innendruck pi, indem der Schlauch, bei gleichzeitiger Aufnahme des Härtedrucks auf der benachbart zur außenliegenden Form liegenden Außenseite des Laminats, mit einem Fluid beaufschlagt wird.
  • Das Aushärten kann mittels eines Autoklaven, einer Presse oder einer anderen geeigneten Vorrichtung erfolgen. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen in einem hohen Automatisierungspotential und in geringen Zykluszeiten aufgrund des Vorgeleges und in einer homogenen Masseverteilung durch die außenliegende Form beim Aushärten. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung beinhaltet das Vorgelege vorimprägnierte Halbzeuge aus unidirektionalem Prepreg, deren einzelne Lagen den jeweilig gewünschten Faserwinkel aufweisen.
  • Zur Vermeidung von Laufunruhen bei Rotation des Hohlkörpers, zum Beispiel einer Hohlwelle, wird das Vorgelege in vorteilhafter Weise schräg zugeschnitten. Das heißt, dass ein vorderer Rand des Vorgeleges, mit dem der Wickelkern beim Aufwickeln des Vorgeleges zuerst in Kontakt kommt, nicht parallel zu einer Längsachse des Wickelkerns verläuft, um die die Aufwickelung des Vorgeleges erfolgt, sondern schräg dazu. Die Schrägung umläuft im gewickelten Zustand n-fach den Wickelkern, wobei n-fach heißt, dass die Schrägung mindestens einfach den Wickelkern umläuft, aber auch mehrfach den Umfang u umlaufen kann. Die Zahl n nimmt dabei einen natürlichen ganzen Wert an. Die Schrägung kann unter anderem als Gerade, in einem offenen oder geschlossenen Dreieck oder in einer Zackenform ausgeführt sein. Durch die zugeschnittene Wickelkontur wird eine hohe Laufruhe des Hohlkörpers bei Rotation erreicht.
  • Zur Aushärtung wird, wie bereits erwähnt, das Laminat vom Wickelkern abgezogen und in der außenliegenden Form durch Beaufschlagen des Schlauches mit einem Fluid ein Innendruck erzeugt. Als Materialien für den Schlauch eignen sich insbesondere Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polytetrafluorethylen (PTFE), Kautschuk oder Silikon, wobei der Schlauch auch als Hybridschlauch aus mehreren von diesen oder anderen Materialien aufgebaut sein kann. Vorzugsweise wird das Laminat mithilfe eines Silikon- oder Folienschlauches aufgeblasen. Ein solcher Blasschlauch wird vorzugsweise mit Druckluft oder einem anderen Gas als Fluid beaufschlagt. Die Aufnahme des Härtedrucks in Verfahrensschritt f) erfolgt vorzugsweise durch das Ziehen von Vakuum auf der Außenseite des hohlkörperförmigen Laminats.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1: die Herstellung und das Aufwickeln eines mehrlagigen Vorgeleges in einer schematischen Darstellung,
  • 2: verschiedene Vorgelege ohne und mit Schrägung,
  • 3: ein Laminat mit eingefädeltem Blasschlauch und
  • 4: eine schematische Darstellung für das Aushärten des Laminats in einer außenliegenden Form.
  • Die 1 zeigt schematisch die Herstellung und das Aufwickeln eines Vorgeleges 1 aus mehreren Lagen 2. Die Vorgelege 1 bestehen aus mehreren Lagen 2 mit unidirektional liegenden Fasern 3, wobei die einzelnen Lagen 2 den jeweilig gewünschten Faserwinkel aufweisen. Das mehrlagige Vorgelege 1 ist auf einem kreiszylinderförmigen Wickelkern 4 mit einer Längsachse 5 aufgewickelt. Die Wicklung erfolgt unter Rotation 6 des Wickelkerns 4 um dessen Längsachse 5, wie in 1 durch den Rotationsrichtungspfeil 6 schematisch dargestellt.
  • Die 2 zeigt verschiedene Vorgelege 1a, 1b, 1c, 1d, die dazu vorgesehen sind, jeweils durch die Rotation 6 eines kreiszylinderförmigen Wickelkerns 4 auf diesen Wickelkern 4 aufgewickelt zu werden. Dabei ist ein Vorgelege 1a mit einem vorderen Rand 7, einem hinteren Rand 8 sowie Seitenrändern 9 dargestellt, das rechteckig ausgebildet ist. Das heißt, dass der vordere Rand 7 und der hintere Rand 8 parallel und die Seitenränder 9 senkrecht zur Längsachse des kreiszylinderförmigen Wickelkerns 4 verlaufen, um den die Aufwickelung des Vorgeleges 1a erfolgt.
  • Des Weiteren ist in 2 ein Vorgelege 1b mit einem vorderen Rand 10 und einem hinteren Rand 11 sowie mit Seitenrändern 9 dargestellt, bei denen Schrägungen 10, 11 des vorderen Randes 10 und des hinteren Randes 11 in Form von Geraden 10, 11 vorliegen, die nicht parallel zur Längsachse des kreiszylinderförmigen Wickelkerns 4 verlaufen, um den die Aufwickelung des Vorgeleges 1b erfolgt. Dagegen verlaufen die Seitenränder 9 auch bei diesem Vorgelege 1b senkrecht zur Längsachse des kreiszylinderförmigen Wickelkerns 4.
  • Schrägungen 12, 13 können auch in Form von Dreiecken 12, 13 eingebracht sein, wie es anhand eines ebenfalls in 2 dargestellten Vorgeleges 1c gezeigt ist, wobei das Vorgelege 1c ein offenes Dreieck 12 als vorderen Rand 12 und ein damit kongruentes geschlossenes Dreieck 13 am hinteren Rand 13 des Vorgeleges 1c aufweist. Die Seitenränder 9 sind auch bei diesem Vorgelege 1c senkrecht zur Längsachse des kreiszylinderförmigen Wickelkerns 4 orientiert.
  • Darüber hinaus ist in 2 ein weiteres Vorgelege 1d dargestellt, bei dem Schrägungen 14, 15 in Gestalt einer Zackenform 14, 15 des vorderen Randes 14 und des hinteren Randes 15 des Vorgeleges 1d ausgebildet sind, während die Seitenränder 9 des Vorgeleges 1d senkrecht zur Längsachse des kreiszylinderförmigen Wickelkerns 4 orientiert sind.
  • Der vordere Rand 7, 10, 12, 14 ist immer der Rand des Vorgeleges 1a, 1b, 1c, 1d, mit dem der Wickelkern 4 beim Aufwickeln des Vorgeleges 1a, 1b, 1c, 1d zuerst in Kontakt kommt. Die Schrägungen 10, 11, 12, 13, 14, 15 umlaufen im gewickelten Zustand jeweils n-fach den Wickelkern 4, wobei n-fach bedeutet, dass die jeweilige Schrägung 10, 11, 12, 13, 14, 15 mindestens einfach den Wickelkern 4 umläuft, aber auch mehrfach mit der abgewickelten Länge n*u den Umfang u umlaufen kann. Die Zahl n nimmt dabei einen natürlichen ganzen Wert an. Wie oft die Schrägung den Umfang u umläuft, hängt dann davon ab, wie schräg das Vorgelege 1b, 1c, 1d zugeschnitten wurde, das heißt, wie groß die abgewickelte Länge u beziehungsweise n·u der jeweiligen Schrägung 10, 11, 12, 13, 14, 15 ist. So zeigt die 2 unter anderem einerseits jeweils Schrägungen 10, 11, 12, 13, 14, 15, die einfach den Umfang u umlaufen (n = 1), und andererseits Schrägungen 10, 11, 12, 13, 14, 15, die zweifach (n = 2) den Umfang u umlaufen können. Aufgrund der besseren Masseverteilung im gebildeten Hohlkörper führen die Schrägungen 10, 11, 12, 13, 14, 15 zu einer höheren Laufruhe bei Rotation.
  • Nach der Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges 1, welches aus einem vorimprägnierten Halbzeug besteht, erfolgt das Aufwickeln des mehrlagigen Vorgeleges 1 auf einen Wickelkern 4, wie es in den 1 und 2 schematisch dargestellt ist. Zur Aushärtung des aus dem aufgewickelten mehrlagigen Vorgelege 1 gebildeten hohlkörperförmigen Laminats 16 wird dieses vom Wickelkern 4 abgezogen und es wird zunächst, wie in 3 dargestellt, ein mit einem Fluid beaufschlagbarer Schlauch 17 in das hohlkörperförmige Laminat 16 eingefädelt. Die 3 zeigt dabei ein aus dem aufgewickelten mehrlagigen Vorgelege 1 gebildetes hohlkörperförmiges Laminat 16 mit eingefädeltem Blasschlauch 17, welcher ein Silikon- oder Folienschlauch sein kann.
  • Schließlich wird das hohlkörperförmige Laminat 16 in einer außenliegenden Form 18, auch als Außenform 18 bezeichnet, positioniert, wie in der 4 schematisch dargestellt ist. Das Aushärten des Laminats 16 erfolgt durch eine Beaufschlagung mit einer für das jeweilige verwendete Prepreg geeigneten Temperatur T bei gleichzeitigem Aufbringen von Innendruck pi durch Beaufschlagen des Blasschlauches 17 mit Druckluft oder einem anderen Gas als Fluid 19 bei gleichzeitigem Druckausgleich auf der Außenseite des Laminats 16, zum Beispiel durch das Anlegen eines Vakuums.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Vorgelege
    1a
    Vorgelege (ohne Schrägung)
    1b
    Vorgelege (mit Schrägung als Gerade)
    1c
    Vorgelege (mit Schrägung in Dreiecksform)
    1d
    Vorgelege (mit Schrägung in Zackenform)
    2
    Lage
    3
    Fasern
    4
    Wickelkern
    5
    Längsachse
    6
    Rotation, Rotationsrichtungspfeil
    7
    vorderer Rand (des Vorgeleges 1a)
    8
    hinterer Rand (des Vorgeleges 1a)
    9
    Seitenränder
    10
    Schrägung, Gerade, vorderer Rand (des Vorgeleges 1b)
    11
    Schrägung, Gerade, hinterer Rand (des Vorgeleges 1b)
    12
    Schrägung, Dreieck, offenes Dreieck, vorderer Rand (des Vorgeleges 1c)
    13
    Schrägung, Dreieck, geschlossenes Dreieck, hinterer Rand (des Vorgeleges 1c)
    14
    Schrägung, gezackter vorderer Rand (des Vorgeleges 1d), Zackenform
    15
    Schrägung, gezackter hinterer Rand (des Vorgeleges 1d), Zackenform
    16
    (hohlkörperförmiges) Laminat
    17
    Schlauch, Blasschlauch
    18
    Außenform, außenliegende Form
    19
    Fluid
    u
    Umfang, abgewickelte Länge
    T
    Temperatur
    pi
    Innendruck
  • 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
    • US 4173128 A [0003]
    • DE 3442558 A1 [0004]
    • DE 2747910 A1 [0005]
    • DE 102005039906 A1 [0006]
    • DE 102006033011 A1 [0007]
    • US 4236386 A [0008]
    • DE 19803909 A1 [0009]
    • DE 102007015909 A1 [0010]
    • DE 19803965 A1 [0011]
    • DE 3113791 A1 [0012]

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoff, umfassend die Verfahrensschritte: a) Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges (1), welches aus einem vorimprägnierten Halbzeug besteht; b) Aufwickeln des mehrlagigen Vorgeleges (1) auf einen Wickelkern (4); c) Abziehen des aus dem aufgewickelten mehrlagigen Vorgelege (1) gebildeten hohlkörperförmigen Laminats (16) vom Wickelkern (4); d) Einfädeln eines mit einem Fluid (19) beaufschlagbaren Schlauches (17) in das hohlkörperförmige Laminat (16); e) Positionieren des hohlkörperförmigen Laminats (16) in einer außenliegenden Form (18); und f) Aushärten des Laminats (16) durch Beaufschlagung mit Temperatur (T) bei gleichzeitigem Aufbringen von Innendruck (pi), indem der Schlauch (17), bei gleichzeitiger Aufnahme des Härtedrucks auf der benachbart zur außenliegenden Form (18) liegenden Außenseite des Laminats (16), mit einem Fluid (19) beaufschlagt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgelege (1) vorimprägnierte Halbzeuge aus unidirektionalem Prepreg beinhaltet, deren einzelne Lagen (2) den jeweilig gewünschten Faserwinkel aufweisen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Laufunruhen das Vorgelege (1, 1b, 1c, 1d) schräg zugeschnitten wird und die Schrägung (10, 11, 12, 13, 14, 15) im gewickelten Zustand n-fach den Wickelkern (4) umläuft.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägung als Gerade (10, 11), in einem Dreieck (12, 13) oder in einer Zackenform (14, 15) ausgeführt ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (17) als Material Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polytetrafluorethylen (PTFE), Kautschuk oder Silikon enthält.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (17) ein mit Druckluft oder einem anderen Gas als Fluid (19) aufblasbarer Blasschlauch (17) ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme des Härtedrucks in Verfahrensschritt f) durch das Ziehen von Vakuum auf der Außenseite des hohlkörperförmigen Laminats (16) erfolgt.
DE102012104370.1A 2012-05-21 2012-05-21 Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoff Active DE102012104370B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012104370.1A DE102012104370B4 (de) 2012-05-21 2012-05-21 Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoff

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012104370.1A DE102012104370B4 (de) 2012-05-21 2012-05-21 Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoff

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102012104370A1 true DE102012104370A1 (de) 2013-11-21
DE102012104370B4 DE102012104370B4 (de) 2016-02-18

Family

ID=49510913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012104370.1A Active DE102012104370B4 (de) 2012-05-21 2012-05-21 Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoff

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012104370B4 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017113928A1 (de) 2017-06-23 2018-12-27 Cotesa Gmbh Faserverbundbauteil sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils
CN114274547A (zh) * 2021-12-20 2022-04-05 常州启赋安泰复合材料科技有限公司 一种复合材料回转体结构及其成型方法
DE102022202203A1 (de) 2021-12-24 2023-06-29 Shandong Taishan Sports Equipment Co., Ltd. Krafttragender Rahmen und Faserstruktur für Turngeräte
EP4079499A4 (de) * 2019-12-19 2023-12-27 Kurashiki Boseki Kabushiki Kaisha Faserverstärkter hohler harzforkörper und verfahren zur herstellung davon

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2747910A1 (de) 1977-10-26 1979-05-03 Krempel August Soehne Verfahren zur herstellung von drehkraefte uebertragenden staeben oder stangen aus faserverstaerktem kunststoff
US4173128A (en) 1978-05-23 1979-11-06 Grumman Aerospace Corporation Composite drive shaft
US4236386A (en) 1979-05-29 1980-12-02 Celanese Corporation Fiber reinforced composite shaft with metallic connector sleeves mounted by a polygonal surface interlock
DE3113791A1 (de) 1981-04-04 1982-12-02 Vereinigte Flugtechnische Werke Gmbh, 2800 Bremen "rohrfoermiger hohlkoerper, verfahren zu seiner herstellung sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens"
DE3442558A1 (de) 1984-11-22 1986-07-24 Richard 4937 Lage Pott Walzen- bzw. rohrartiger formkoerper sowie verfahren und vorrichtung zur herstellung desselben
DE19803965A1 (de) 1998-02-02 1999-08-05 Ver Foerderung Inst Kunststoff Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen mit Lang- und/oder Endlosfaserverstärkung
DE19803909A1 (de) 1998-02-02 1999-08-05 Ver Foerderung Inst Kunststoff Verfahren zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Hohlkörpern im Harzinjektionsverfahren
DE69811816T2 (de) * 1997-10-20 2004-02-05 Sarma Verfahren zum Formen eines im wesentlichen zylindrischen hohlen Verbundgegenstandes und Formwerkzeug zu dessen Herstellung
DE102005039906A1 (de) 2005-08-24 2007-03-01 Dr.Ing.H.C. F. Porsche Ag Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils
DE102006033011A1 (de) 2006-07-17 2008-01-24 Dynamic Compounds Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Werkstücke aus Faserverbundwerkstoffen, insbesondere Kohlefaserwerkstoffen (CFK)
DE102007015909A1 (de) 2007-04-02 2008-10-09 Mt Aerospace Ag Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Hohlkörper
DE102008023629A1 (de) * 2008-05-15 2009-11-19 Mt Aerospace Ag Integrales Hohlbauteil aus Faserverbundkunststoff

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2747910A1 (de) 1977-10-26 1979-05-03 Krempel August Soehne Verfahren zur herstellung von drehkraefte uebertragenden staeben oder stangen aus faserverstaerktem kunststoff
US4173128A (en) 1978-05-23 1979-11-06 Grumman Aerospace Corporation Composite drive shaft
US4236386A (en) 1979-05-29 1980-12-02 Celanese Corporation Fiber reinforced composite shaft with metallic connector sleeves mounted by a polygonal surface interlock
DE3113791A1 (de) 1981-04-04 1982-12-02 Vereinigte Flugtechnische Werke Gmbh, 2800 Bremen "rohrfoermiger hohlkoerper, verfahren zu seiner herstellung sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens"
DE3442558A1 (de) 1984-11-22 1986-07-24 Richard 4937 Lage Pott Walzen- bzw. rohrartiger formkoerper sowie verfahren und vorrichtung zur herstellung desselben
DE69811816T2 (de) * 1997-10-20 2004-02-05 Sarma Verfahren zum Formen eines im wesentlichen zylindrischen hohlen Verbundgegenstandes und Formwerkzeug zu dessen Herstellung
DE19803965A1 (de) 1998-02-02 1999-08-05 Ver Foerderung Inst Kunststoff Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen mit Lang- und/oder Endlosfaserverstärkung
DE19803909A1 (de) 1998-02-02 1999-08-05 Ver Foerderung Inst Kunststoff Verfahren zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Hohlkörpern im Harzinjektionsverfahren
DE102005039906A1 (de) 2005-08-24 2007-03-01 Dr.Ing.H.C. F. Porsche Ag Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils
DE102006033011A1 (de) 2006-07-17 2008-01-24 Dynamic Compounds Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Werkstücke aus Faserverbundwerkstoffen, insbesondere Kohlefaserwerkstoffen (CFK)
DE102007015909A1 (de) 2007-04-02 2008-10-09 Mt Aerospace Ag Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Hohlkörper
DE102008023629A1 (de) * 2008-05-15 2009-11-19 Mt Aerospace Ag Integrales Hohlbauteil aus Faserverbundkunststoff

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017113928A1 (de) 2017-06-23 2018-12-27 Cotesa Gmbh Faserverbundbauteil sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils
EP4079499A4 (de) * 2019-12-19 2023-12-27 Kurashiki Boseki Kabushiki Kaisha Faserverstärkter hohler harzforkörper und verfahren zur herstellung davon
CN114274547A (zh) * 2021-12-20 2022-04-05 常州启赋安泰复合材料科技有限公司 一种复合材料回转体结构及其成型方法
DE102022202203A1 (de) 2021-12-24 2023-06-29 Shandong Taishan Sports Equipment Co., Ltd. Krafttragender Rahmen und Faserstruktur für Turngeräte

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012104370B4 (de) 2016-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007027113B4 (de) Verfahren zur Fertigung von Rumpfzellenabschnitten für Flugzeuge aus Faserverbundwerkstoffen sowie Vorrichtung
EP1798428B1 (de) Flechttechnisch hergestelltes Faserverbundbauteil
EP2279074B1 (de) Verfahren zur herstellung ein integrales hohlbauteil aus faserverbundwerkstoff
EP0113841B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus Verbundmaterial und nach diesem Verfahren hergestellter Formkörper
DE102014015840B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines I-Stringers eines Flugzeugs und Einrichtungen zur Verwendung in derartigen Verfahren
EP2296873B1 (de) Verfahren zur herstellung eines beidseitig mit deckschichten versehenen kernverbundes
DE102006031325B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für die Luft- und Raumfahrt
EP2429803B1 (de) Strukturelement sowie verfahren zu dessen herstellung
DE102012210043A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Leichtbaustruktur sowie Leichtbaustruktur
DE102018222302B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Drucktanks zur Speicherung von Brennstoff in einem Kraftfahrzeug und hiermit hergestellter Drucktank
DE3113791A1 (de) "rohrfoermiger hohlkoerper, verfahren zu seiner herstellung sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens"
DE102012104370B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoff
DE102008054540B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines integralen, versteiften Faserverbundbauteils
DE102011018419A1 (de) Flechtpultrusion eines thermoplastischen FVK-Hohlprofils mit optimierten Formkern
DE102008005970A1 (de) Faserverstärktes Verbundbauteil sowie Verfahren zu seiner Herstellung
DE69906095T3 (de) Verfahren zum herstellen geschlossener strukturen aus verbundwerkstoff und formgerät zur benutzung in diesem verfahren
DE102012202048A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Radfelge aus Faserverbundwerkstoff und Radfelge für ein Kraftfahrzeug
DE10226093B4 (de) Integral versteifte Verbundstoffantriebswelle
EP3332951B1 (de) Aufbrechbarer kern zur herstellung eines faserverbundbauteils, verwendung eines aufbrechbaren kerns und verfahren zur herstellung eines faserverbundbauteils
DE102015113686A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung zylinderförmiger Faserverbundkörpern mit sprunghaften Änderungen ihres Profils entlang der Längsachse
DE10205657C2 (de) Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen, torsions-und biegesteifen Antriebswelle
DE102012211651A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Wickelrohrs
DE102015102438B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Hohlkörpern mit Flanschen und Wickelkern zur Durchführung des Verfahrens
DE102015112173B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Anschlussteils für ein rohrförmiges Bauteil aus faserverstärktem Kunststoff
EP1322888B1 (de) Rohrartige leitung oder behälter zum transport bzw. zum aufbewahren kryogener medien und verfahren zur herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final