-
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem Loch, wobei das Verfahren die Schritte des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem Loch und den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 12.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Halbzeuge, die auf dem Formwerkzeug angeordnet werden, trockene Halbzeuge sein, die zumindest im Wesentlichen noch frei von Matrixharz für das Bauteil sind und die entsprechend später mit dem Matrixharz infiltriert werden müssen. Trockene Halbzeuge werden häufig in Form von Zuschnitten eingesetzt. Die aus trockenen Halbzeugen ausgebildeten Vorformen der Bauteile bezeichnet man auch als ”Preforms”. Preforms können neben den eigentlichen Verstärkungsfasern ein Bindemittel aufweisen, um die trockenen Halbzeuge aneinander zu fixieren. Dabei kann das Bindemittel thermisch aktiviert werden.
-
Bei den Halbzeugen kann es sich aber auch um vorimprägnierte Halbzeuge handeln, bei denen die Verstärkungsfasern bereits mit Matrixharz in flüssiger Form getränkt sind. Insbesondere bei Zuschnitten spricht man dann von ”Prepregs”. Gerade vorimprägnierte Halbzeuge können als Bandmaterial, d. h. als sogenannte Tapes Verwendung finden.
-
Die Ausrichtung der Verstärkungsfasern in den Halbzeugen kann unidirektional, orthogonal oder multiaxial sein. Die Ausrichtung in den verschiedenen zu einer Vorform des Bauteils zusammengefügten Halbzeugen kann auch unterschiedlich sein und ist bei unidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern in der Regel auch unterschiedlich. Die Halbzeuge können die Verstärkungsfasern zudem als Gelege, Vlies oder Gewebe aufweisen.
-
Das Formwerkzeug, auf dem die die Verstärkungsfasern aufweisenden Halbzeuge angeordnet werden, kann ein separates Drapierwerkzeug sein, von dem die aus den Halbzeugen zusammengesetzte Vorform des Bauteils in oder auf ein weiteres Formwerkzeug überführt wird, auf dem – im Falle von Preforms nach dem Infiltrieren mit flüssigem Matrixharz – dann das Aushärten des die Verstärkungsfasern einbettenden Matrixharzes erfolgt.
-
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich damit, wie in einem Bauteil aus Faserverbundwerkstoff nach dem Aushärten ein Loch ausgebildet werden kann, ohne die Verstärkung des Bauteils zu beeinträchtigen, die durch die in das Matrixharz eingebetteten Verstärkungsfasern bereitgestellt wird.
-
STAND DER TECHNIK
-
Um verschiedene Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen miteinander zu verbinden oder auch um Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen mit Bauteilen aus anderen Materialien miteinander zu verbinden, sind Nietverbindungen bekannt. So werden zur Herstellung von Flugzeugrümpfen in Faserverbundbauweise Spante mit sogenannten Clips, die an der Rumpfhaut vorgesehen sind, vernietet. Die Clips können einstückig mit der Rumpfhaut ausgebildet sein oder nachträglich mit dieser verklebt sein. Die für das Vernieten der Spante mit den Clips benötigten Löcher werden normalerweise durch die Spante und die Clips gebohrt. Dabei werden die in die Clips und die Spante eingebetteten Verstärkungsfasern am Rand der Löcher abgeschnitten. Durch die Unterbrechung der Verstärkungsfasern werden diese Faserverbundbauteile geschwächt. Die Schwächung tritt insbesondere am Rand der Löcher auf, durch die die Nieten verlaufen, also dort, wo die Faserverbundbauteile durch die Krafteinleitung der Niete maximal beansprucht werden.
-
Aus der
DE 10 2009 056 580 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden von thermoplastischen Faserverbundbauteilen mittels stiftförmiger Funktionselemente geringem Durchmessers bekannt. Bei diesem Verfahren werden die miteinander zu verbindenden Faserverbundbauteile in ihrer gewünschten Relativlage mit Überdeckung in einem Verbindungsbereich angeordnet. Dann wird ein Verbindungselement mit einer Heizung erwärmt und im erwärmten Zustand in die zu verbindenden Faserverbundbauteile eingepresst. Dabei wird das thermoplastische Matrixharz der Faserverbundbauteile lokal aufgeschmolzen. So kann das erwärmte Funktionselement die in das Matrixharz eingebetteten Verstärkungsfasern verdrängen und so in die Faserverbundbauteile eindringen. Die Faserverbundbauteile werden noch so lange in ihrer gewünschten Relativstellung zueinander fixiert, bis das thermoplastische Matrixharz abgekühlt und erstarrt ist. Das Erwärmen des Funktionselements kann auch noch während seines Einpressens fortgesetzt werden. Das Abkühlen und Erstarren des thermoplastischen Matrixharzes kann durch eine Kühleinrichtung unterstützt werden.
-
Aus der
DE 10 2008 055 477 A1 ist ein Herstellungsverfahren für ein Faserverbund-Halbprodukt mit integrierten Elementen bekannt. Die Halbprodukte sind zum Einsatz bei der Herstellung eines faserverstärkten Bauteils einer Windkraftanlage vorgesehen. Das Herstellungsverfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens einer ersten Fasermatte, das Befestigen mindestens einer Einlage an der ersten Fasermatte derart, dass die relative Position der mindestens einen Einlage in Bezug auf die erste Fasermatte während der Herstellung des faserverstärkten Verbundbauteils der Windkraftanlage im Wesentlichen fixiert bleibt, und das Anordnen einer zweiten Fasermatte auf der mindestens einen Einlage. Das Befestigen der mindestens einen Einlage an der ersten Fasermatte kann durch Ankleben, Annähen, Klammern, Festklemmen oder Nieten erfolgen. Bei der mindestens einen Einlage kann es sich um ein Befestigungsmittel zum Befestigen des später fertiggestellten faserverstärkten Bauteils an einem anderen Teil der Windkraftanlage handeln. Beispielsweise kann die Einlage eine Buchse, einen Gewindestab, einen Bolzen, einen Flansch oder dergleichen umfassen.
-
Aus der
EP 0 089 755 A2 sind ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 und ein Bauteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 12 bekannt. Bei dem Verfahren wird ein Laminat aus Prepregs lokal erwärmt und dann im Bereich der lokalen Erwärmung mit einem Dorn durchstoßen, der die Verstärkungsfasern in dem Laminat seitlich verdrängt. Am Ort der so in dem Laminat ausgebildeten Löcher werden Platzhalter angeordnet, die nach dem Aushärten des Laminats entfernt und durch Metallbuchsen ersetzt werden. Das resultierende Bauteil mit Löchern ist beispielsweise als Rotorblatt für einen Hubschrauber vorgesehen.
-
Ein weiteres Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 und ein weiteres Bauteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 12 sind aus der
DE 29 44 371 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein mit einer Spitze versehener Dorn in eine ungehärtete Vorform des Bauteils eingestoßen. Bis zur Aushärtung des Bauteils wird der Dorn in dem durchstoßenen Loch belassen. Nach dem Aushärten wird der Dorn entfernt. Vor dem Durchstoßen des Bauteils kann der Dorn erwärmt oder mit einer Heizungseinrichtung verbunden werden. Der Dorn verdrängt die Verstärkungsfasern des ungehärteten Bauteils. Wenn das Bauteil mit zwei Löchern versehen wird, kann es im ausgehärteten Zustand beispielsweise als hochbelastbare Verbindungslasche verwendet werden.
-
Auch aus der
DE 37 15 409 A1 ist ein Verfahren zum Formen von Löchern in einem Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff bekannt, bei dem spitze Dorne durch das noch nicht ausgehärtete Material hindurchgestoßen werden, das Material ausgehärtet wird, während die Dorne an Ort und Stelle verbleiben, und die Dorne erst anschließend entfernt werden.
-
Aus der
DE 10 2011 107 209 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils bekannt, bei dem ein Einlegeteil in Verstärkungsfasern positioniert wird, die in einer Kavität eines Formwerkzeugs angeordnet sind. Dann wird ein Matrixmaterial in die Kavität injiziert und ausgehärtet, wobei das Matrixmaterial aufgrund seiner Schwindung beim Aushärten auf das Einlegeteil aufschrumpft.
-
AUFGABE DER ERFINDUNG
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, mit dem ein Loch mit idealen zylindrischen Abmessungen geschaffen wird. Weiterhin soll ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbares Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem Loch und den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 12 aufgezeigt werden, bei dem das Loch ideale zylindrische Abmessungen aufweist.
-
LÖSUNG
-
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie durch ein Bauteil mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 12 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 1 bis 11 sind auf bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet.
-
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff weist die bereits aus dem Stand der Technik in Kombination bekannten grundlegenden Schritte:
- – Anordnen von Verstärkungsfasern aufweisenden Halbzeugen auf einem Formwerkzeug,
- – Aushärten eines die Verstärkungsfasern einbettenden Matrixharzes und
- – Ausbilden eines Lochs durch das Bauteil nach dem Aushärten
auf. Um bei dem Ausbilden des Lochs eine Beschädigung der Verstärkungsfasern zu verhindern, werden die Verstärkungsfasern der Halbzeuge am Ort des gewünschten Lochs zur Schaffung eines Freiraums innerhalb der Fläche der Halbzeuge seitlich verdrängt. In diesem Freiraum wird vor dem Aushärten ein Platzhalter für das Loch angeordnet. Das Loch wird dann nach dem Aushärten durch zumindest teilweises Entfernen des Platzhalters ausgebildet.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also bereits vor dem allerersten Aushärten des Matrixharzes die Verstärkungsfasern seitlich verdrängt. In dem so geschaffenen Freiraum wird ein Platzhalter angeordnet, der während des Aushärtens des Bauteils verhindert, dass die Verstärkungsfasern in den Freiraum zurückdrängen. Vielmehr definiert der Platzhalter auch während des Aushärtens einen von Verstärkungsfasern freien Bereich. Der Rand dieses Bereichs ist durch die in ihn verdrängten Verstärkungsfasern sogar besonders verstärkt. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildete Loch ist daher zur Einleitung besonders großer Kräfte in das Bauteil geeignet. Dabei können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch größere Löcher, wie sie für die Ausbildung von Nietverbindungen erforderlich sind, problemlos bereitgestellt werden, weil auch in der Umgebung des geschaffenen Freiraums die Verstärkungsfasern während des Schaffens des Freiraums noch nicht in eine starre Matrix eingebettet sind.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Platzhalter nur zur einmaligen Verwendung vorgesehen ist und wird beim Entfernen zerstört. Konkret wird der Platzhalter durch Ausbohren entfernt. Auf diese Weise wird ein Loch mit idealen zylindrischen Abmessungen geschaffen.
-
Beim Ausbohren des Platzhalters kann dieser gezielt teilweise stehengelassen werden. So kann ein stehengelassener Rand des Platzhalters verhindern, dass ein Bohrer beim Ausbohren des Platzhalters mit den angrenzenden Verstärkungsfasern in Berührung kommt. Der Rand des Platzhalters kann auch als Verstärkungsrand ausgebildet sein, an den sich die seitlich verdrängten Verstärkungsfasern anlegen und ihn so besonders gut in dem Bauteil fixieren, wodurch ein Loch mit besonders stabilen Dimensionen und entsprechend besonders hoher Festigkeit gegenüber eingeleiteten Kräften erreicht wird.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Verstärkungsfasern nach dem Anordnen sämtlicher Halbzeuge auf dem Formwerkzeug zur Schaffung des Freiraums seitlich verdrängt werden. D. h. der Freiraum wird geschaffen, nachdem alle Halbzeuge zur Ausbildung einer Vorform für das Bauteil bereits zusammen auf dem Formwerkzeug angeordnet sind.
-
Das Ausbilden des Freiraums kann insbesondere mit einem spitz zulaufenden Dorn erfolgen. Das Eindrücken des Dorns in die Halbzeuge kann dadurch erleichtert werden, dass der Dorn neben seiner Bewegung in die Halbzeuge hinein bewegt wird. So kann der Dorn um seine Dornachse rotieren oder in dieser Drehrichtung oder irgendeiner oder mehreren anderen Richtungen schwingen. Die Frequenz dieser Bewegung kann vergleichsweise hoch sein und zum Beispiel durch Ultraschall angeregt werden.
-
Zum Fixieren der verdrängten Verstärkungsfasern mit einem thermisch aktivierbaren Bindemittel, dass in den Halbzeugen enthalten sein oder diesen zugesetzt werden kann, kann der Dorn erwärmt werde. Diese Erwärmung kann sich an das seitliche Verdrängen der Verstärkungsfasern anschließen oder damit bereits einhergehen.
-
Das erfindungsgemäße Ausbilden eines oder mehrerer Freiräume unter seitlichem Verdrängen von Verstärkungsfasern kann auch generell zum Fixieren der Relativanordnung der Halbzeuge innerhalb der Vorform für das Bauteil genutzt werden. Auch wenn keine Aktivierung von Bindemittel erfolgt, wird eine mechanische Fixierung schon beim Ausbilden der Löcher aber zumindest dann erreicht, wenn die Platzhalter in die Löcher eingebracht werden.
-
Der Platzhalter kann einen Kern aus Silikonkautschuk aufweisen. Silikonkautschuk ist je nach Zusammensetzung auch bei den Temperaturen formstabil, die zum Aushärten von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen zur Aktivierung von duroplastischen Matrixharz benötigt werden.
-
Zudem kann Silikonkautschuk leicht ausgebohrt werden. Der Kern des Platzhalters kann auch aus bereits ausgehärtetem duroplastischen Harz bestehen. Es kann sich von der chemischen Zusammensetzung her grundsätzlich um dasselbe Harz wie das Matrixharz des hergestellten Bauteils handeln. Ein stehenbleibender Verstärkungsrand für das Loch kann aus einem speziellen Harz, aber auch aus Metall oder Keramik ausgebildet sein.
-
Der Platzhalter kann auch ganz oder teilweise aus einem magnetischen Werkstoff bestehen, der dazu genutzt werden kann die mit den Freiraum versehene Vorform für das Bauteil auf einem anderen metallischen Formwerkzeug zu fixieren. Alternativ oder zusätzlich kann der Platzhalter Angriffsflächen für Transport- und/oder Fixiereinrichtungen aufweisen. Der Transport einer biegeschlaffen Vorform für das Bauteil kann durch das Einbringen einsbesondere mehrerer Platzhalter die von den Verstärkungsfasern umgeben und fixiert sind, vereinfacht werden, weil die Vorform beim Transport nicht mehr zwangsläufig durch flächige Saugluft, elektrostatische Greifer oder Nadelgreifer gehalten werden muss. Stattdessen können die Platzhalter gegriffen werden, die mit der Vorform verbunden sind. Die Platzhalter können auch zum mechanischen Ausrichten und Fixieren der Vorform auf jedem weiteren Formwerkzeug verwendet werden.
-
Der Platzhalter kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gezielt eine andere Farbe aufweisen als das ausgehärtete Matrixharz. Bei dem ausgehärteten Bauteil ist die Lage des Platzhalters dann besonders leicht zu erkennen.
-
Besonders geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind trockene Halbzeuge. Dabei werden die Verstärkungsfasern zur Schaffung des Freiraums innerhalb der Fläche der Halbzeuge insbesondere bei Preforms seitlich verdrängt, bei denen die Halbzeuge noch nicht durch Bindemittel aneinander fixiert sind. Ein Fixieren der Preforms mit Bindemittel kann während oder nach dem Ausbilden des Freiraums für den Platzhalter erfolgen; oder angesichts der fixierenden Wirkung des Platzhalters wird auf eine zusätzliche Fixierung mit Bindemittel verzichtet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Preforms erst nach dem Anordnen des Platzhalters für das Loch in dem Freiraum mit flüssigem Matrixharz infiltriert.
-
Ein erfindungsgemäßes Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff mit in einen ausgehärteten duroplastischen Matrixharz eingebetteten Verstärkungsfasern und einem Loch ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern ohne Unterbrechung um das Bohrloch herum verlaufen. Vorzugsweise ist das Loch ein Bohrloch, d. h. ein gebohrtes Loch. Dass es sich bei dem Loch um ein Bohrloch handelt, ist bei dem erfindungsgemäßen Bauteil zu erkennen. Auch um ein solches Bohrloch verlaufen die Verstärkungsfasern ohne Unterbrechung herum. Ein Verstärkungsrand um das Loch in dem erfindungsgemäßen Bauteil kann frei von Verstärkungsfasern sein.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
-
Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs ”mindestens” bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
-
Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
-
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
-
1 zeigt, wie ein Freiraum durch seitliches Verdrängen der Verstärkungsfasern in mehrere übereinander auf einem Drapierwerkzeug angeordnete Halbzeuge aus Verstärkungsfasern eingebracht wird;
-
2 illustriert das Infiltrieren einer aus den Halbzeugen ausgebildeten Preform mit einem Matrixharz und das anschließende Aushärten des Matrixharzes in einem Formwerkzeug, wobei in dem gemäß 1 ausgebildeten Freiraum ein Platzhalter angeordnet ist;
-
3 erläutert das Ausbohren des Platzhalters bei dem ausgehärteten Bauteil zur Schaffung eines Lochs in dem Bauteil;
-
4 zeigt den Verlauf von Verstärkungsfasern um ein bei einem erfindungsgemäßen Bauteil erfindungsgemäß ausgebildeten Loch; und
-
5 zeigt den Verlauf von Verstärkungsfasern bei einem erfindungsgemäßen Bauteil mit erfindungsgemäß ausgebildeten Loch mit Verstärkungsrand.
-
FIGURENBESCHREIBUNG
-
In 1 sind beispielhaft drei jeweils durch eine Linie angedeutete Halbzeuge 1 auf einem Drapierwerkzeug 2 angeordnet. Das Drapierwerkzeug 2 hat die Negativform eines gewünschten Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, der mit Verstärkungsfasern 18 und 19 verstärkt ist, die durch die Halbzeuge 1 bereitgestellt werden. Die Verstärkungsfasern 18 und 19 in den Halbzeugen 1 können unterschiedliche Orientierungen aufweisen. Beispielsweise können die Verstärkungsfasern 18 und 19 in den äußeren Halbzeugen 1 eine zu den Verstärkungsfasern 18 und 19 in dem mittleren Halbzeuge 1 orthogonale unidirektionale Ausrichtung haben. Oder die Verstärkungsfasern 18 und 19 in den äußeren Halbzeugen 1 weisen bereits untereinander zwei zueinander orthogonale Richtungen auf, wobei die Verstärkungsfasern 18 und 19 in dem mittleren Halbzeuge 1, die ebenfalls zwei zueinander orthogonale Richtungen aufweisen, diagonal zu den Verstärkungsfasern 18 und 19 in den äußeren Halbzeugen 1 ausgerichtet sind. Das Drapierwerkzeug 2 ist hier für die Ausbildung eines Spants für einen Rumpf eines Flugzeugs vorgesehen. Um den Spant an Clips zu befestigen, die mit der Außenhaut des Flugzeugs verbunden sind, ist in dem Spant ein zentrales Loch 17 vorzusehen. An der Stelle des gewünschten Lochs 17 werden mit einem rotierenden Dorn 3 die Verstärkungsfasern 18 und 19 der Halbzeuge 1 in der Fläche der Halbzeuge 1 seitlich verdrängt, um einen Freiraum zu schaffen. Dabei greift die Spitze 4 des Dorns 3 in eine Ausnehmung 5 in dem Drapierwerkzeug 2 ein. Auf dem Drapierwerkzeug 2 können auch die einzelnen Halbzeuge beispielsweise durch thermische Aktivierung von in ihnen enthaltenem Bindemittel aneinander fixiert werden, um letztlich eine Vorform 6 für das herzustellende Bauteil aus Faserverbundwerkstoff auszubilden. Anders als dargestellt können die Halbzeuge 1 jeweils kleiner als das gesamte Bauteil sein. Sie grenzen jedoch zumindest nicht sämtlich an das Loch 17 an, sondern das Loch 1 erstreckt sich quer zumindest durch eines, vorzugsweise mehrere der Halbzeuge 1 hindurch.
-
2 zeigt, wie die Vorform 6, nachdem in dem mit dem Dorn 3 geschaffenen Freiraum ein Platzhalter 7 angeordnet wurde, in einem Aushärtewerkzeug 8 angeordnet ist. Das Aushärtewerkzeug 8 weist zwei Formhälften 9 und 10 auf, die zusammen eine Formkavität 11 begrenzen, in denen die Vorform 6 angeordnet ist. Dabei sind Aussparungen in den formgebenden Oberflächen 12 und 13 der Formhälften 9 und 10 für den Platzhalter 7 vorgesehen. Der Platzhalter 7 besteht aus Silikonkautschuk, der auch bei den im Laufe des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendigerweise zur Aushärtung des Bauteils eingesetzten Temperaturen zumindest im Wesentlichen formstabil bleibt. In das geschlossene Aushärtewerkzeug 8 wird Matrixharz 14 injiziert, um damit die Vorform 6 zu infiltrieren. Anschließend wird das Matrixharz in der Formkavität 11 durch erhöhte Temperatur ausgehärtet. D. h., es handelt sich um ein duroplastisches Matrixharz 14.
-
3 zeigt, wie mit einem rotierenden Bohrer 15 nach dem Entformen des ausgehärteten Bauteils 16 aus dem Aushärtewerkzeug 18 der Platzhalter 7 entfernt wird, d. h. konkret ausgebohrt wird. Damit entsteht an seiner Stelle das gewünschte Loch 17 in dem Bauteil 16, ohne dass bei seinem Bohren Verstärkungsfasern 18, 19 beschädigt werden, weil diese um den Platzhalter 7 herum verlaufen.
-
4 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus dem Bauteil 16 mit dem fertigen Loch 17, wobei die Blickrichtung längs des Lochs 17 verläuft. Dargestellt ist dabei der Verlauf von Verstärkungsfasern 18 und 19 der Halbzeuge 1, die sich in zueinander orthogonalen Richtungen kreuzen. Um das Loch 17 herum sind die Verstärkungsfasern 18 und 19 jedoch so verschoben, dass sie durch das Loch 17 nicht unterbrochen sind. Diese Verschiebung wurde gemäß 1 mit dem Dorn 3 herbeigeführt und in den weiteren Schritten der Herstellung des Bauteils 16 durch den Platzhalter 7 konserviert. Nach dem Aushärten des Bauteils 16 ist der Verlauf der Verstärkungsfasern 18 und 19 fest, so dass der Platzhalter 7 ohne Beschädigung der Verstärkungsfasern 18 und 19 gemäß 3 ausgebohrt werden konnte.
-
Besonders leicht ist das sichere und für die Verstärkungsfasern 18 und 19 beschädigungsfreie Ausbohren des Platzhalters 7, wenn von diesem ein Verstärkungsrand 20 um das Bohrloch 17 herum verbleibt, wie in 5 gezeigt ist. Der Verstärkungsrand 20 dient als Abstandhalter zu den Verstärkungsfasern 18 und 19, die direkt an dem Verstärkungsrand 20 anliegen können. Der Verstärkungsrand 20 kann auch ein Metalleinsatz sein, der einen in 5 bereits ausgebohrten Kern des Platzhalters 7 umschließt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Halbzeug
- 2
- Drapierwerkzeug
- 3
- Dorn
- 4
- Spitze
- 5
- Ausnehmung
- 6
- Vorform
- 7
- Platzhalter
- 8
- Aushärtewerkzeug
- 9
- Formhälfte
- 10
- Formhälfte
- 11
- Formkavität
- 12
- Oberfläche
- 13
- Oberfläche
- 14
- Matrixharz
- 15
- Bohrer
- 16
- Bauteil
- 17
- Loch
- 18
- Verstärkungsfaser
- 19
- Verstärkungsfaser
- 20
- Verstärkungsrand
