DE102017008189B4

DE102017008189B4 - Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Hybridformkörpers

Info

Publication number: DE102017008189B4
Application number: DE102017008189.1A
Authority: DE
Inventors: Dietmar VÖLKLE
Original assignee: Diehl Aviation Laupheim GmbH
Current assignee: Diehl Aviation Laupheim GmbH
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2019-05-02
Anticipated expiration: 2037-09-13
Also published as: US10786942B2; US20190077069A1; FR3070897A1; FR3070897B1; DE102017008189A1

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Hybridformkörpers (5) aus einem temperaturabhängig schwindenden Kunststoffschaumelement (10) und Faserverbundkunststoff, weist die Schritte auf:a) Einlegen des Kunststoffschaumelements (10) und nicht-ausgehärteter erster und zweiter Faserverbundkunststoffabschnitte (1,2) in ein Formwerkzeug, wobei das Kunststoffschaumelement am Faserverbundkunststoff offenporig ausgeführt wird,b) Bringen des Kunststoffschaumelements (10) und der Faserverbundkunststoffabschnitte (1,2) mittels des Formwerkzeugs in eine Vorform,c) Beaufschlagen des Formwerkzeugs mit einer ersten Temperatur TF, um die Viskosität des Harzes im Faserverbundkunststoff zu minimieren,d) Beaufschlagen des Formwerkzeugs mit einer zweiten Temperatur T1 > TF, um den Faserverbundkunststoff auszuhärten und das Kunststoffschaumelement an diesem mechanisch zu fixieren, unde) Beaufschlagen des Formwerkzeugs mit einer dritten Temperatur TS > T1, um das Kunststoffschaumelement (10) zu schwinden und an das Formwerkzeug anzupassen und in eine Endform zu bringen,f) Abkühlen des Formwerkzeugs und Entfernen des Hybridformkörpers (5).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Hybridformkör-pers.
Die DE 10 2013 002 893 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Hybridformkörpers, bei dem ein Kunststoffschaumelement und ein Faserverbundkunststoff miteinander zu einem Laminat verbunden werden. Das Herstellungsverfahren ist insbesondere für die Herstellung von Rohren geeignet. Derartige Hybridformkörper werden insbesondere im Bereich der Luftfahrt sowie auch bei anderen Fahrzeugen zur Personen- und Güterbeförderung eingesetzt. Insbesondere können solche Hybridformkörper als Rohre für die Luftführung für die Klimatisierung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Luftfahrzeugs, eingesetzt werden. - Es besteht Bedarf an formbeständigen Hybridformkörpern, welche insbesondere zum Einsatz bei erhöhter Temperatur geeignet sind.
Aus der DE 10 2005 023 148 A1 ist eine Rohrleitung zur Durchleitung von Luft, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen -55°C und +85°C sowie bei einer Differenzdruckbelastung von höchstens +/-500 hPa relativ zum Kabinendruck, zur Klimatisierung in Luftfahrzeugen bekannt. Die Rohrleitung ist mit einem Schaumkunststoffmaterial und/oder mit einem dichten Kunststoffmaterial gebildet, wobei eine Rohrleitungsaußenfläche und/oder eine Rohrleitungsinnenfläche zur Verstärkung zumindest abschnittsweise eine Umwicklung mit mindestens einem linienhaften Verstärkungselement, insbesondere mit harzgetränkten Kohlefasern oder Glasfasern, aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Insbesondere soll ein Verfahren zum Herstellen eines Hybridformkörpers angegeben werden, der formstabil und zum Einsatz bei erhöhter Temperatur geeignet ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 17.
Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Hybridformkörpers aus einem Kunststoffschaumelement und Faserverbundkunststoff vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird ein Kunststoffschaumelement verwendet, das eine temperaturabhängige Schwindung aufweist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Einlegen des Kunststoffschaumelements und zumindest eines nicht-ausgehärteten ersten Faserverbundkunststoffabschnitts und zumindest eines nicht-ausgehärteten zweiten Faserverbundkunststoffabschnitts in ein Formwerkzeug, wobei der erste Faserverbundkunststoffabschnitt entlang einer Seitenkante des Kunststoffschaumelements eingelegt wird und der zweite Faserverbundkunststoffabschnitt das Kunststoffschaumelement zumindest teilweise überdeckt. Dabei werden diejenigen Bereiche der Oberfläche des Kunststoffschaumelements, die mit Faserverbundkunststoffabschnitten belegt werden, offenporig ausgeführt.
b) Informbringen des Kunststoffschaumelements und des zumindest einen ersten Faserverbundkunststoffabschnitts und zweiten Faserverbundkunststoffabschnitts mittels des Formwerkzeugs in eine rohrförmige Vorform, so dass der erste Faserverbundkunststoffabschnitt mit zwei Seitenkanten des Kunststoffschaumelements eine Sandwichstruktur bildet und so zwischen den zwei sich gegenüberliegenden Seitenkanten des Kunststoffschaumelements eingelegt ist. Das Kunststoffschaumelement wird insbesondere in Form von Formplatten bereitgestellt bzw. verwendet. Das Informbringen ist insbesondere ein Einzwängen der Kunststoffschaumelemente in ein Werkzeug, insbesondere unter Verwendung von Niederhaltern etc.
c) Beaufschlagen des Formwerkzeugs mit einer ersten Temperatur TF, welche geeignet ist, die Viskosität des Harzes im Faserverbundkunststoff (also in den Faserverbundkunststoffabschnitten) auf ein Minimum abzusenken. Das Minimum ist dasjenige, das das Harz über der Temperatur aufweist. Hierbei löst sich das Harz aus dem Faserverbundkunststoff und benetzt das Kunststoffschaumelement bzw. dringt randseitig in die offenen Poren des Kunststoffschaumelements ein. In Schritt c) wird also die Temperatur TF angefahren und dabei die Viskosität des Harzes im Faserverbundkunststoff (also in den Faserverbundkunststoffabschnitten) auf deren Minimum über der Temperatur abgesenkt. Die Temperatur TF wird dabei insbesondere für eine gewisse Zeitdauer gehalten, die ausreicht, um das Viskositätsminimum auszubilden bzw. damit das Harz das Kunststoffschaumelement ausreichend benetzt bzw. in dieses eindringt. Die Temperatur TF kann auch - ohne diese zu halten - in einem diese Temperatur umgebenden Bereich von Temperaturen durchlaufen werden. Hierbei wird der gleiche Effekt bewirkt, nämlich das ausreichende Verflüssigen und Eindringen des Harzes in das Kunststoffschaumelement.
d) Beaufschlagen des Formwerkzeugs mit einer zweiten Temperatur T1, welche höher als die Temperatur TF ist, und welche geeignet ist, die Faserverbundkunststoffabschnitte bezüglich ihres Harzes auszuhärten, und die zwischen der Glastemperatur und der Schmelztemperatur des Kunststoffschaumelements liegt. Dabei wird das Kunststoffschaumelement am Faserverbundkunststoff mechanisch fixiert. Die entsprechenden Bereiche des Kunststoffschaumelements werden damit an den Faserverbundkunststoffen mechanisch fixiert und gleichzeitig die Faserverbundkunststoffe zu mechanisch stabilen Rahmenelementen bzw. Stütz- bzw. Haltestrukturen ausgehärtet. Das Kunststoffschaumelement ist ab jetzt an dieser Rahmenstruktur aus Faserverbundkunststoffen gehalten und wird vermittels der fixierten Bereiche teilweise an einer eventuellen Schwindung gehindert. Die Verbindung zwischen Kunststoffschaumelement und Faserverbundkunststoff erfolgt mehr durch einen mechanischen Eingriff: Das in die Poren eingedrungene Harz hält sich mechanisch durch Formschluss, Hintergreifen etc. an bzw. in den offenen Poren des Kunststoffschaumelements fest. Bildlich gesprochen findet eine Art „Verkrallen“ statt. Die obigen Aussagen zu Schritt c) gelten für Schritt d) sinngemäß ebenso: Auch hier wird also die Temperatur T1 angefahren und dabei das Harz ausgehärtet. Die Temperatur T1 wird dabei insbesondere für eine gewisse Zeitdauer gehalten, die ausreicht, um das Harz ausreichend auszuhärten. Die Temperatur T1 kann auch - ohne diese zu halten - in einem diese Temperatur umgebenden Bereich von Temperaturen durchlaufen werden. Hierbei wird der gleiche Effekt bewirkt, nämlich das ausreichende Aushärten des Harzes.
e) Beaufschlagen des Formwerkzeugs mit einer dritten Temperatur TS, welcher höher als die Temperatur T1 ist, und welche geeignet ist, eine Schwindung im Kunststoffschaumelement zu bewirken, um dieses an die Form des Formwerkzeugs anzupassen und das Kunststoffschaumelement in eine Endform zu bringen. Hierbei findet eine gezielte Nutzung der Schwindung an denjenigen Bereichen statt, die nicht vermittels der Rahmenstruktur daran gehindert sind. Der Entwurf der Rahmenstruktur erfolgt dabei insbesondere so, dass die gewünschte Endform entstehen kann. Hierbei wird die Erkenntnis genutzt, dass z.B. gestauchte (nicht fixierte) Bereiche stärker schwinden als die fixierten Bereiche. Gestauchte und dadurch z.B. gewellte Oberflächenbereiche glätten sich dann durch die dortige Schwindung, werden also „glatt gezogen“. Der Hybridformkörper an sich ist damit aus den entsprechenden Komponenten Kunststoffschaumelement und Faserverbundkunststoffabschnitten fertiggestellt. Die obigen Aussagen zu Schritt c) und d) gelten für Schritt e) sinngemäß ebenso: Auch hier wird also die Temperatur TS angefahren und dabei das Kunststoffschaumelement einer ausreichenden Schwindung unterworfen, um dieses an die Form des Formwerkzeugs und überhaupt die gewünschte Form anzupassen. Die Temperatur TS wird dabei insbesondere für eine gewisse Zeitdauer gehalten, die ausreicht, um die Form auszubilden. Die Temperatur TS kann auch - ohne diese zu halten - in einem diese Temperatur umgebenden Bereich von Temperaturen durchlaufen werden. Hierbei wird der gleiche Effekt bewirkt, nämlich die ausreichende Formgebung durch Schwindung.
f) Abkühlen des Formwerkzeugs und Entfernen des Hybridformkörpers.

Der Begriff „Faserverbundkunststoff“ bezeichnet einen Verbund aus Fasern mit einem Kunststoff, also einen Verbundwerkstoff („Composite Material“). Der „Kunststoff“ wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung vereinfachend bzw. verallgemeinernd zum besseren Verständnis als „Harz“ bezeichnet. Insbesondere wird darunter ein Fasergewebe verstanden, das mit einem (tatsächlichen) Harz oder einem unter Temperatur aushärtenden Kunststoff getränkt ist und unter Einwirkung einer erhöhten Temperatur aushärtet. Ein solches aushärtendes Kunststoffmaterial ist ein Duromer bzw. ein duroplastisches Material. Solange der Faserverbundkunststoff nicht ausgehärtet ist, lässt er sich in einfacher Weise verformen. Ein nicht-ausgehärteter Faserverbundkunststoff kann durch Zuschneiden in Form gebracht werden. Zweckmäßigerweise sind der erste Faserverbundkunststoffabschnitt und/oder der zweite Faserverbundkunststoffabschnitt rechteckig.
Durch die Wahl der zweiten Temperatur T1, welche zwischen der Glastemperatur und der Schmelztemperatur des Kunststoffschaumelements liegt, wird eine verbesserte Formstabilität des erfindungsgemäß hergestellten rohrförmigen Hybridformkörpers erzielt.
Kurz zusammengefasst weist also das Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Hybridformkörpers aus einem temperaturabhängig schwindenden Kunststoffschaumelement und Faserverbundkunststoff, die Schritte auf:

a) Einlegen des Kunststoffschaumelements und nicht-ausgehärteter erster und zweiter Faserverbundkunststoffabschnitte in ein Formwerkzeug, wobei das Kunststoffschaumelement am Faserverbundkunststoff offenporig ausgeführt wird,
b) Bringen des Kunststoffschaumelements und der Faserverbundkunststoffabschnitte mittels des Formwerkzeugs in eine Vorform,
c) Beaufschlagen des Formwerkzeugs mit einer ersten Temperatur TF, um die Viskosität des Harzes im Faserverbundkunststoff zu minimieren,
d) Beaufschlagen des Formwerkzeugs mit einer zweiten Temperatur T1 > TF, um den Faserverbundkunststoff auszuhärten und das Kunststoffschaumelement an diesem mechanisch zu fixieren, und
e) Beaufschlagen des Formwerkzeugs mit einer dritten Temperatur TS > T1, um das Kunststoffschaumelement zu schwinden und an das Formwerkzeug anzupassen und in eine Endform zu bringen,
f) Abkühlen des Formwerkzeugs und Entfernen des Hybridformkörpers.

Das Kunststoffschaumelement kann ein plattenartiges Kunststoffschaumelement oder ein bereits vorgeformtes Kunststoffschaumelement sein. Bei der zweiten Temperatur T1 nimmt ein solches Kunststoffschaumelement durch lokale Zugbelastung bzw. Druckbelastung die gewünschte Vorform, in Verbindung mit Schwindung dann die gewünschte Endform ein. Dabei schwinden gestauchte Schaumbereiche in einem größeren Maße als Bereiche, die unter Zugbelastung stehen. Nach dem Abkühlen des Hybridformkörpers sind dadurch innere Spannungen reduziert und eine erhöhte Formstabilität wird erzielt.
Die Temperatur T1 kann insbesondere zwischen 60 °C und 200 °C, insbesondere zwischen 60 °C und 120 °C, liegen. Dabei werden das Material des Kunststoffschaumelements und das Material des Faserverbundkunststoffs so aufeinander abgestimmt, dass in diesem Temperaturbereich T1 auch der Faserverbundkunststoff aushärten kann.
Der erste Faserverbundkunststoffabschnitt wird vorzugsweise in Längsrichtung des rohrförmigen Hybridformkörpers an einer ersten Seitenkante des Kunststoffschaumelements eingelegt, dann wird die gegenüberliegende Seitenkante des Kunststoffschaumelements darauf gelegt, so dass durch den ersten Faserverbundkunststoffabschnitt eine Naht des Hybridformkörpers gebildet wird. Der erste Faserverbundwerkstoffabschnitt und die beiden Seitenkanten des Kunststoffschaumelements bilden eine Sandwichstruktur.
Zweckmäßigerweise löst sich der Hybridformkörper beim Abkühlen des Formwerkzeugs bereits selbsttätig aus dem Formwerkzeug, so dass auf einen nachfolgenden Entformungsschritt verzichtet werden kann.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung werden die Faserverbundkunststoffabschnitte entlang verschiedener Richtungen des Kunststoffschaumelements so angeordnet, dass die Schwindung des Hybridformkörpers auf eine vorgegebene Schwindungslänge begrenzt wird. Insbesondere wird die Schwindungslänge im Einsatztemperaturbereich, d.h. dem Bereich der dritten Temperatur TS begrenzt.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung wird der erste Faserverbundkunststoffabschnitt mit mehreren voneinander beabstandeten zweiten Faserverbundkunststoffabschnitten überdeckt. Die zweiten Faserverbundkunststoffabschnitte können insbesondere bandförmige Faserverbundkunststoffabschnitte sein, welche in verschiedene Richtungen ausgerichtet sein können. Somit kann der Hybridformkörper in verschiedene Richtungen stabilisiert werden.
Zweckmäßigerweise ist das Kunststoffschaumelement aus einem Schaum mit einer Dichte von 5 bis 100 kg/m³ hergestellt.
Insbesondere ist das Kunststoffschaumelement aus einem Schaum aus PVDF (Polyvinylidenfluorid) oder PVF (Polyvinylfluorid) hergestellt, wobei PVF einen Schmelzpunkt von ca. 200 °C und PVDF einen Schmelzpunkt von ca. 175 °C aufweist.
Die Faserverbundkunststoffabschnitte können insbesondere Glas- oder Karbonfasern umfassen. Die Fasern können in den unterschiedlichen Faserverbundkunststoffabschnitten verschiedene Ausrichtungen haben.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung wird der zumindest eine zweite Faserverbundkunststoffabschnitt nach dem Kunststoffschaumelement eingelegt, so dass er innen im Hybridformkörper angeordnet ist. Eine mögliche thermische Belastung des Hybridformkörpers beim Einsatz z. B. als Klimarohr kann innen besonders groß sein, so dass innenliegende Faserverbundkunststoffabschnitte die Temperaturbeständigkeit des Hybridformkörpers erhöhen. In dieser Ausgestaltung kann der zumindest eine zweite Faserverbundkunststoffabschnitt das Kunststoffschaumelement vollflächig überdecken. Durch das Einbringen einer vollflächigen Schicht eines Faserverbundkunststoffs auf der Innenseite des Hybridformkörpers wird die Temperaturbeständigkeit des Hybridformkörpers erheblich verbessert, so dass die Temperatur eines dem Hybridformkörper zugeführten Fluids die Schmelztemperatur des Kunststoffschaumelements kurzfristig überschreiten kann.
Im Falle einer vollflächigen Überdeckung des Kunststoffschaumelements auf der Innenseite kann das Kunststoffschaumelement aus einem offenporigen Schaum hergestellt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Verfahrens wird bzw. ist das Kunststoffschaumelement aus einem geschlossenporigen Schaum hergestellt, wobei vor dem Schritt a) ein Zuschneiden des Kunststoffschaumelements an mindestens den Oberflächenbereichen erfolgt, die am Faserverbund-kunststoff mechanisch zu fixieren sind. Somit sind die später mit Harz zu benetzenden Bereiche, an denen die Verklebung bzw. Anhaftung des Harzes stattfinden soll, offenporig, um die o.g. mechanische Fixierung zu ermöglichen. Wenn das Kunststoffschaumelement - zumindest an der Oberfläche - schon offenporig is.t, dann kann der Schritt des Zuschneidens entfallen.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt des Einlegens zumindest eines dritten Faserverbundkunststoffabschnitts, wobei der dritte Faserverbundkunststoffabschnitt vor dem Kunststoffschaumelement eingelegt wird, so dass der dritte Faserverbundkunststoffabschnitt an einer Außenseite des Hybridformkörpers angeordnet ist.
In diesem Fall können dritte Faserverbundkunststoffabschnitte und ein bandförmiger vierter Faserverbundkunststoffabschnitt so angeordnet werden, dass das Kunststoffschaumelement in einer skelettförmigen Matrix, insbesondere in einer Thorax-förmigen Matrix, stabilisiert wird. Die dritten Faserverbundkunststoffabschnitte und die vierten Faserverbundkunststoffabschnitte können aus dem gleichen Faserverbundkunststoff hergestellt sein oder es können z. B. für den vierten Faserverbundkunststoffabschnitt und die dritten Faserverbundkunststoffabschnitte unterschiedliche Faserverbundkunststoffe eingesetzt werden, die eine ähnliche Aushärtetemperatur haben aber z. B. eine voneinander verschiedene Faserverstärkung aufweisen.
In einer Ausgestaltung kann das Kunststoffschaumelement mit zumindest einem ersten Faserverbundkunststoffabschnitt und einem zweiten Faserverbundkunststoffabschnitt gemäß Schritt b) in Form gebracht werden, wobei der zumindest eine zweite Faserverbundkunststoffabschnitt auf der Innenseite angeordnet ist und gemäß der Schritte c) und d) mit den Temperaturen TF und T1 beaufschlagt wird und anschließend aus der Form bzw. dem Formwerkzeug entnommen wird. Danach wird das so erstellte Zwischenprodukt gemäß der Schritte a) und b) mit zumindest einem dritten Faserverbundkunststoffabschnitt und/oder vierten Faserverbundkunststoffabschnitt in eine weitere Form bzw. Formwerkzeug (optional auch das gleiche bzw. selbe Formwerkzeug) gelegt wird und dort gemäß der Schritte c) bis f) fertiggestellt, so dass der dritte Faserverbundkunststoffabschnitt und/oder vierte Faserverbundkunststoffabschnitt auf einer Außenseite des Hybridformkörpers angeordnet ist.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung können die Faserverbundkunststoffabschnitte mehrlagig angeordnet werden.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung kann zumindest einer der zweiten Faserverbundkunststoffabschnitte auf zumindest einer Seite des Kunststoffschaumelements so eingelegt werden, dass daraus ein Rohrendstück gebildet wird. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest einer der dritten Faserverbundkunststoffabschnitte auf zumindest einer Seite des Kunststoffschaumelements so eingelegt werden, dass daraus ein Rohrendstück gebildet wird. Zweckmäßigerweise werden insbesondere zweite und dritte Faserverbundkunststoffabschnitte auf einander gegenüberliegenden Seiten des Kunststoffschaumelements so eingelegt, dass sie teilweise das Kunststoffschaumelement und teilweise ausschließlich den jeweils anderen Faserverbundkunststoffabschnitt überdecken und so ein Rohrendstück gebildet wird, welches ausschließlich aus Faserverbundkunststoff besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Verfahrens wird die Temperatur T1 so gewählt, dass der Wert des Schubmoduls des Kunststoffschaumelements auf höchstens 50% seines Wertes bei 20°C abgesunken ist, insbesondere auf höchstens 60% oder 70% oder 80% oder 85% oder 90% oder 95%. So ist sichergestellt, dass bis zur Aushärtung des Harzes und somit der Fixierung des Kunststoffschaumelements am Faserverbundkunststoff noch keine wesentliche bzw. spürbare Schwindung des Kunststoffschaumelements eingesetzt hat und somit die Vorform bis zur mechanischen Fixierung mit einer gewünschten Toleranz erhalten bleibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Verfahrens wird spätestens mit Beginn des Schrittes e), vorzugsweise d), vorzugsweise c), vorzugsweise b), vorzugsweise a) ein Druckkörper in den Hohlraum des zu erstellenden rohrförmigen Hybridformkörpers eingelegt und mit Hilfe des Druckkörpers spätestens im Schritt e), vorzugsweise d), vorzugsweise c), vorzugsweise b), ein Innendruck auf das Kunststoffschaumelement ausgeübt. So erfolgt ein Andrücken der Außenkontur an die Form und/oder eine Glättung der Innenkontur bzw. eine zusätzliche Stützung des Kunststoffschaumelements bzw. des Faserverbundkunststoffes. Der Druckkörper ist insbesondere ein Druckschlauch, insbesondere ein Silikonprodukt bzw. ein Silikonschlauch. Der Druck kann dabei unmittelbar auf das Kunststoffschaumelement, aber auch unter Zwischenlage anderer Komponenten, z.B. von Faserverbundkunststoffabschnitten, aufgebracht werden.
Ein rohrförmiger Hybridformkörper ist durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt.
Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen, Beobachtungen bzw. Überlegungen und weist noch die nachfolgenden Ausführungsformen auf. Die Ausführungsformen werden dabei teils vereinfachend auch „die Erfindung“ genannt. Die Ausführungsformen können hierbei auch Teile oder Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen enthalten oder diesen entsprechen und/oder gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen einschließen.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zu Grunde:
Kunststoffschäume werden durch Expansion der in der Schmelze gelösten Gase hergestellt. Diese Gase werden der Schmelze direkt zugeführt oder entstehen durch den Zerfall von chemischen Treibmitteln. Zur Herstellung von hochexpandierten und damit sehr leichten Schäumen wird die expandierte Schmelze möglichst schnell abgekühlt. Damit wird verhindert, dass ein zu großes Blasenwachstum (große Hohlräume) oder ein Platzen der Blasen (offenzellige Schäume) unkontrolliert eintritt.
Ein Schäumen von bereits extrudierten Halbzeugen ist auch in einem Autoklav Prozess möglich. Dabei wird das Halbzeug unter hohem Druck mit einem Treibgas beladen. Anschließend wird bei niedrigem Druck und erhöhter Temperatur das mit Gas beladene Halbzeug geschäumt. Auch dabei gilt es möglichst ein Gleichgewicht zwischen Blasenwachstum und absinkender Viskosität als Folge der Temperaturabsenkung einzustellen.
Bedingt durch das (schnelle) Abkühlen im Herstellungsprozess von thermoplastischen Schäumen mit niedriger Dichte (<100 kg/m3) wird die Polymerstruktur „eingefroren“. Dabei liegen die Polymerketten orientiert vor. Dies wird bedingt durch die Bildung von Blasenstrukturen (starkes Strecken der Blasenwandung). Dieser energetisch ungünstige Zustand der Polymerketten wird somit zunächst eingefroren. Damit sind auch innere Spannungszustände in den Blasenwänden verbunden, es wird auch von „eingefrorenen Spannungen“ gesprochen.
Die inneren Spannungszustände bewirken ein visko-elastisches Schwindungsverhalten. Das Volumen eines geschäumten Formköpers reduziert sich somit nahezu fortlaufend. In einem niedrigen Temperaturbereich, d.h. deutlich niedriger als der Glasübergangstemperatur oder dem Schmelzbereich findet dieses visko-elastische Verhalten nahezu nicht statt. Auch hier kann von einem eingefrorenen Schwindungsverhalten gesprochen werden. Dieses Schwindungsverhalten ist stark davon abhängig aus welchem Polymertyp oder auch -art der Schaum hergestellt wurde.
Leichtschäume aus Fluor-Polymeren (z.B. PVDF oder PVF) weisen bereits bei leicht erhöhten Temperaturen (ab ca. 60 °C) ein ausgeprägtes Schwindungsverhalten auf. Dies lässt sich durch die verstärkt auftretenden Gleitvorgänge der orientierten Makromoleküle erklären. Derartige Gleitvorgänge treten bei Temperaturen von Tg + 20 °C auf. Die Makromoleküle nehmen dabei die bevorzugte Knäuelgestalt wieder ein.
Das Schwindungsverhalten ist richtungsunabhängig. Eine Richtungsabhängigkeit ist nur dann zu beobachten, wenn durch Fertigungsprozesse während des Schäumens eine Orientierung der Blasen (inhomogene Blasenform) bewirkt wird. In der Regel sind dabei Temperaturunterschiede oder ungleiche Treibmittelbeladungen der Schmelze die Ursache.
Plattenförmige Halbzeuge aus derartigen Schäumen schwinden deshalb prozentual gleichförmig in alle Richtungen. Auffallend sind zuerst die deutlichen Dimensionsänderungen der Plattenlänge und Plattenbreite (große und leicht messbare Änderungen der Plattendimensionen).
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Fixierung der Platten in Längs- und Breitenrichtung (Einspannen der Platte an den Plattenkanten) ein Schwinden in diesen Richtungen verhindern kann (Kräftegleichgewicht zwischen inneren Spannungen in diesen Richtungen und äußerer Reaktionskraft). Die Schwindung der Plattendicke lässt sich durch eine Fixierung zwischen Ober- und Unterseite ebenfalls verhindern.
Grundidee der Erfindung ist es daher, dass die Herstellung von Formkörpern ausgehend von Schaumplatten unter Formzwang in einem formgebenden Umformwerkzeug erfolgt. Dabei werden die Schaumplatten in ein Werkzeug mit Raumtemperatur eingezwängt. Gleichzeitig wird das Composite Material an den erforderlichen Stellen mit eingelegt. Durch den Formzwang und dem Einwirken von erhöhter Temperatur wird der Formkörper umgeformt. Gleichzeitig härtet das Composite-Material aus und geht eine feste Verbindung mit dem Schaumwerkstoff ein. Die Umformung erfolgt im Detail durch eine partielle Schwindung. Dabei orientiert sich die Schwindung an den anliegenden Umformkräften. Gestauchte Schaumbereiche schwinden in einem größeren Maße als die Bereiche, welche durch das Composite fixiert werden. Diese partiell unterschiedlichen Schwindungseffekte ermöglichen z.B. die Herstellung von Rohren oder anderen Formkörpern aus ebenen Schaumplatten ohne Rückstellungseffekte nach der Entnahme aus dem Formwerkzeug.
Die Erfindung beruht dabei auch auf folgenden Überlegungen bzw. Erkenntnissen:
Duroplaste weisen einen parabelförmigen Viskositätsverlauf auf. Einerseits nimmt die Viskosität wegen zusätzlicher Vernetzung zu, andererseits nimmt sie wegen der steigenden Temperatur ab.
Eine wichtige Größe bei der Netzwerkbildung von Duroplasten ist die Zeit, nach der sich zum ersten Mal ein geschlossener Weg über kovalente Bindungen quer durch die Proben hindurch bildet. An diesem theoretischen Punkt wird die Viskosität unendlich. Grundidee der Erfindung ist es daher auch, zur Ausbildung der Bauweise für die vorliegenden Hybridformkörper („Foam Ducts“) einen Abgleich des Harzsystems mit dem thermoplastischem Schaumsystem vorzunehmen. D.h. die Veränderung der thermischen und rheologischen Parameter ist aufeinander anzupassen.
Für das Harz gilt, dass die Viskosität des Harzes (im Prepreg, d.h. Faserverbundkunststoff) bei zunehmender Temperatur im Werkzeug zunächst abnimmt. Durch die abnehmende Viskosität erfolgt eine ideale Benetzung der Schaumoberfläche des thermoplastischen Schaums (Kunststoffschaumelement bzw. dessen Oberfläche). Die Viskosität geht dabei mit zunehmender Zeit und Temperatur durch ein Minimum. Dieses Viskositätsminimum ist durch die Vorvernetzung des Harzes im Prepreg auf die Benetzungsanforderungen des Schaumes abgestimmt.
Im konkreten Fall sind z.B. die Oberflächen des PVDF-Schaumes offenporig. Die Offenporigkeit entsteht insbesondere durch das Schneiden von Schaumblöcken (geschlossene Schaumblasen) zu Schaumplatten.
Mit der eingestellten Viskosität im Bereich der minimalen Viskosität benetzt das Harz die Oberfläche und dringt zusätzlich in die offene Blasenstruktur ein. Damit wird eine Anbindung bzw. Verbindung zwischen Prepreg und Schaum hergestellt. Insbesondere das Eindringen in die offenen Blasen ermöglicht erst die dauerhafte Verbindung zu einem PVDF Material, das durch seine chemische Struktur eigentlich keine dauerhafte Klebeverbindung eingeht.
Die Lage (Zeitpunkt) und der Wert des Miniums sind daher die entscheidende Verarbeitungsvoraussetzung für die Herstellung der Hybridformkörper in Form der „foam ducts“.
Die Vorvernetzung des Harzes ermöglicht die Einstellung des Viskositätsminiums in Verbindung mit den definierten Verarbeitungstemperaturen im Herstellprozess der „foam ducts“. Konkret wird dabei der Reaktionsumsatz im Prepreg vordefiniert. Von diesem eingefrorenen Umsatz aus erfolgt die Reaktionskinetik. Diese Reaktionskinetik ist neben der Viskosität durch den sogenannten Gelpunkt definiert (tan δ= G"/G' ist ca. 1).
Bedingt durch die unterschiedlichen Materialeigenschaften tritt während der Verarbeitung im Werkzeug in Verbindung mit der Härtetemperatur und der Zeit folgendes auf:

1. Die Viskosität des Harzes sinkt zuerst mit ansteigender Temperatur im Werkzeug ab.
2. Das Harz fließt teilweise aus dem Prepreg heraus und benetzt den Schaum. Dabei fließt Harz auch in die Oberflächenporen des Schaummaterials hinein.
3. Mit weiter steigender Temperatur steigt die Viskosität des Harzes aufgrund der ablaufenden Vernetzung an.
4. Bei dem weiteren Temperaturanstieg im Werkzeug beginnt der thermoplastische Schaumstoff zu schwinden. Durch den Schwindungsvorgang erfolgt eine Anpassung an die Werkzeugkontur (s.o. kursiver Text). Dies wird optional durch einen anliegenden Innendruck im Werkzeug unterstützt.
5. Durch die zunehmende Vernetzung des Harzes wandelt sich das Harz von einer viskosen Flüssigkeit zu einem Feststoff. Dabei verbindet sich das Prepreg dauerhaft mit dem Schaummaterial. Das Schwindungsbestreben des thermoplastischen Schaumes wird durch die Fixierung des zunehmend durchgehärteten Prepreg (Composite aus Harz und Fasergewebe) unterbunden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 einen erfindungsgemäßen Hybridformkörper in einer ersten Ausgestaltung,
2 einen Querschnitt durch den Hybridformkörper gemäß 1 entlang der Schnittlinie II-II',
3 einen erfindungsgemäßen Hybridformkörper in einer zweiten Ausgestaltung,
4 einen Querschnitt durch den Hybridformkörper gemäß 3 entlang der Schnittlinie IV-IV',
5 einen erfindungsgemäßen Hybridformkörper in einer dritten Ausgestaltung,
6 einen Querschnitt durch den Hybridformkörper gemäß 5 entlang der Schnittlinie VI-VI',
7 einen erfindungsgemäßen Hybridformkörper in einer vierten Ausgestaltung mit
8 einem Längsschnitt durch den Hybridformkörper,
9 einen Querschnitt durch den Hybridformkörper gemäß 7 entlang der Schnittlinie IX-IX', und
10 einen Verlauf verschiedener Materialgrößen über der Zeit und der Temperatur während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt einen durch das beschriebene Verfahren hergestellten Hybridformkörper 5 mit einem Kunststoffschaumelement 10 und einem ersten Faserverbundkunststoffabschnitt 1. Das Kunststoffschaumelement 10 ist aus einem plattenförmigen Kunststoffschaumelement und der erste Faserverbundkunststoffabschnitt 1 aus einem rechteckigen Faserverbundkunststoffverbundabschnitt hergestellt. Das Kunststoffschaumelement 10 und der ersten Faserverbundkunststoffabschnitt 1 werden so miteinander verbunden, dass der erste Faserverbundkunststoffabschnitt 1 das gebogene Kunststoffschaumelement 10 zu einem geschlossenen Rohr schließt. Auf der Außenseite des Kunststoffschaumelements 10 sind zweite Faserverbundkunststoffabschnitte 2 angeordnet. Die zweiten Faserverbundkunststoffabschnitte 2 erstrecken sich in diesem Ausführungsbeispiel in Längsrichtung des rohrförmigen Hybridformkörpers 5. Ein solcher zweiter Faserverbundkunststoffabschnitt 2 kann auch den ersten Faserverbundkunststoffabschnitt 1 zumindest teilweise überdecken.
Der Querschnitt des in 1 gezeigten Hybridformkörpers 5 ist in 2 gezeigt. Der erste Faserverbundkunststoffabschnitt 1 ist zwischen zwei sich gegenüberliegenden Seitenkanten des Kunststoffschaumelements 10 so eingelegt, dass der erste Faserverbundkunststoffabschnitt 1 mit dem Kunststoffschaumelement 10 eine Sandwichstruktur bildet. Die zweiten Faserverbundkunststoffabschnitte 2 überdecken das Kunststoffschaumelement 10 zumindest teilweise. In einer solchen Ausgestaltung ist das Kunststoffschaumelement 10 aus einem geschlossenporigen Schaum hergestellt, so dass die Innenrohrseite und die Außenrohrseite voneinander getrennt sind.
Zur Herstellung des in den 1 und 2 gezeigten Hybridformkörpers 5 werden zunächst zweite Faserverbundkunststoffabschnitte 2 in eine Form eingelegt. Die zweiten Faserverbundkunststoffabschnitte 2 sind dabei nicht ausgehärtet und können eine rechteckige Form aufweisen. Darauf wird das Kunststoffschaumelement 10 angeordnet. Das Kunststoffschaumelement 10 ist eine rechteckige Kunststoffschaumplatte und weist eine temperaturabhängige Schwindung auf. An einer oder zwei gegenüberliegenden Seitenkanten des Kunststoffschaumelements 10 werden erste Faserverbundkunststoffabschnitte 1 angeordnet. Diese ersten Faserverbundkunststoffabschnitte 1 überdecken die Seitenkante und können sich auf die Flächen des Kunststoffschaumelements 10 erstrecken, so dass die ersten Faserverbundkunststoffabschnitte 1 ein U-Profil um die Seitenkante des Kunststoffschaumelements 10 bilden. Diejenigen Bereiche der Oberfläche des Kunststoffschaumelements 10, die mit Faserverbundkunststoffabschnitten 1,2 belegt werden, werden offenporig ausgeführt. Wenn die Form geschlossen wird, wird eine Sandwichstruktur aus den ersten Faserverbundkunststoffabschnitten 1 und zwei sich gegenüberliegenden Kanten des Kunststoffschaumelements 10 gebildet.
3 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines durch das beschriebene Verfahren hergestellten Hybridformkörpers 6. Das Kunststoffschaumelement 10 ist wiederum durch den ersten Faserverbundkunststoffabschnitt 1 geschlossen. In einer alternativen Ausgestaltung können auch zwei Kunststoffschaumelemente 10 mit zwei ersten Faserverbundkunststoffabschnitten 1 ein geschlossenes Rohr bilden.
Auf einer Innenseite des Rohrs, vgl. insbesondere 4, ist ein zweiter Faserverbundkunststoffabschnitt 2 angeordnet. Dieser zweite Faserverbundkunststoffabschnitt 2 kann sich in Längsrichtung des rohrförmigen Hybridformkörpers 6 erstrecken. Auf einer Außenseite des Kunststoffschaumelements 10 sind ein vierter Faserverbundkunststoffabschnitt 4, welcher sich ebenfalls in Längsrichtung des Hybridformkörpers 6 erstreckt, sowie dazu senkrecht angeordnete, in Umfangsrichtung verlaufende dritte Faserverbundkunststoffabschnitte 3 angeordnet. Die dritten Faserverbundkunststoffabschnitte 3 sind, wie in 3 ersichtlich, voneinander beabstandet angeordnet und weisen eine rechteckige Grundform auf. Der vierte Faserverbundkunststoffabschnitt 4 kann zwischen den dritten Faserverbundkunststoffabschnitten 3 und dem Kunststoffschaumelement 10 angeordnet sein oder die dritten Faserverbundkunststoffabschnitte 3 können zwischen dem vierten Faserverbundkunststoffabschnitt 4 und dem Kunststoffschaumelement 10 angeordnet sein. In einer solchen Ausgestaltung mit ersten Faserverbundkunststoffabschnitten 1, zweiten Faserverbundkunststoffabschnitten 2, dritten Faserverbundkunststoffabschnitten 3 und vierten Faserverbundkunststoffabschnitten 4 können unterschiedliche Faserverbundkunststoffe verwendet werden, um eine bestimmte Festigkeit, Steifigkeit und Formstabilität des Hybridformkörpers 6 zu erzielen.
5 zeigt eine dritte Ausgestaltung eines Hybridformkörpers. Wie insbesondere aus dem Querschnitt gemäß 6 ersichtlich ist, überdeckt in dieser Ausgestaltung der zweite Faserverbundkunststoffabschnitt 2 das Kunststoffschaumelement 10 vollflächig. Dadurch ist die Innenseite des rohrförmigen Hybridformkörpers 7 vollflächig mit zweiten Faserverbundkunststoffabschnitten 2 ausgekleidet. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere für den Einsatz bei kurzfristig erhöhter Innentemperatur geeignet. Die Innentemperatur kann wenige Minuten lang oberhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffschaumelements 10 liegen. Durch den auf einer Außenseite angeordneten dritten Faserverbundkunststoffabschnitt 3 wird wiederum die Steifigkeit des Hybridformkörpers 7 erhöht und die Formstabilität des Hybridformkörpers 7 verbessert. In einer solchen Ausgestaltung kann der zweite Faserverbundkunststoffabschnitt 2 auch über das Kunststoffschaumelement 10 hinausragen, so dass durch den zweiten Faserverbundkunststoffabschnitt 2 ein Rohrendstück gebildet wird. Für die anderen Ausgestaltungen ist es zweckmäßig, eine Außen- und/oder Innenlage im Bereich des Rohrendes anzuordnen.
Zur Herstellung der dritten Ausgestaltung des Hybridformkörpers 7 wird zweckmäßigerweise zunächst das Kunststoffschaumelement 10 in eine Form eingelegt und an zwei gegenüberliegenden Seitenkanten des Kunststoffschaumelements 10 mit einem ersten Faserverbundkunststoffabschnitt 1 und auf der der Form gegenüberliegenden Fläche mit dem zweiten Faserverbundkunststoffabschnitt 2 überdeckt. Der zweite Faserverbundkunststoffabschnitt 2 überdeckt dabei das Kunststoffschaumelement 10 vollflächig. Das Kunststoffschaumelement 10, der erste Faserverbundkunststoffabschnitt 1 und der zweite Faserverbundkunststoffabschnitt 2 werden mit dem Formwerkzeug in Form gebracht und mit einer ersten Temperatur TF beaufschlagt, welche geeignet ist, die Viskosität des Harzes im Faserverbundkunststoff auf ein Minimum über der Temperatur abzusenken und dieses auch bewirkt. Das Harz löst sich daher bzw. dadurch aus dem Faserverbundkunststoff und benetzt bzw. dringt randseitig in die offenen Poren des Kunststoffschaumelements ein.
Dann wird das Formwerkzeug mit einer zweiten Temperatur T1 beaufschlagt, wobei die zweite Temperatur T1 höher als die Temperatur TF ist und zwischen der Glastemperatur und der Schmelztemperatur des Kunststoffschaumelements 10 liegt. Die Temperatur T1 ist auch geeignet, die Faserverbundkunststoffabschnitte 1,2 bezüglich ihres Harzes auszuhärten und bewirkt dieses auch. So wird das Kunststoffschaumelement am Faserverbundkunststoff ausgehärtet und mechanisch fixiert.
Danach wird das Formwerkzeug abgekühlt und das so gebildete Halbzeug herausgenommen. In einem nachfolgenden Schritt wird ein dritter Faserverbundkunststoffabschnitt 3 in ein weiteres Formwerkzeug gelegt und mit dem Halbzeug überdeckt. Mittels des weiteren Formwerkzeugs wird der Hybridformkörper 7 in Form gebracht. Anschließend erfolgt das Beaufschlagen des Formwerkzeugs mit der zweiten Temperatur T1 und einer dritten Temperatur TS, welche höher als die Temperatur T1 ist, und welche geeignet ist, eine Schwindung im Kunststoffschaumelement 10 zu bewirken, um dieses an die Form des Formwerkzeugs anzupassen und auch in eine Endform zu bringen und dieses auch bewirkt. Dabei wird bei der Temperatur T1 auch der dritte Faserverbundkunststoffabschnitt 3 ausgehärtet und mit dem Halbzeug zum Hybridformkörper 7 verbunden. Anschließend wird das Formwerkzeug zum Herausnehmen des Hybridformkörpers 7 wieder abgekühlt.
Durch Einlegen des Kunststoffschaum- elements 10 in das Formwerkzeug an dessen radial nach innen weisender Oberfläche findet zunächst eine Stauchung des Materials statt, was zu einer unebenen bzw. gewellten Oberfläche führt. Durch Beaufschlagen zunächst mit der Temperatur TF und später mit der Temperatur T1 wird auch hier das Kunststoff- schaumelement 10 fest mit den Faserverbundkunststoffabschnitten 1-4 verbunden bzw. an diesen mechanisch befestigt. Die Wellenform der Oberfläche bleibt dabei zunächst erhalten. Durch Beaufschlagen mit der dritten Temperatur TS jedoch erfolgt dann die kontrollierte Schwindung im Kunststoffschaumelement 10. Hierbei wird der nicht an den Faserverbundkunststoffabschnitten 1-4 fixierte Abschnitt des Kunststoffschaumelements10, nämlich die Oberfläche, der Schwindung unterworfen und somit in eine glatte Oberfläche glatt gezogen.
7 zeigt eine vierte Ausgestaltung eines Hybridformkörpers 8. Der Hybridformkörper 8 ist ein Rohr mit einem abgewinkelten Endabschnitt und einem Abzweig. An jedem der drei Anschlüsse des Hybridformkörpers 8 ist ein Rohrendstück gebildet. Das Kunststoffschaumelement 10 weist eine Naht aus ersten Faserverbundkunststoffabschnitten 1 auf. Die Rohrendstücke sind aus dritten Faserverbundkunststoffabschnitten 3 gebildet.
8 zeigt einen Längsschnitt des Hybridkörpers 8. Der Längsschnitt des Hybridformkörpers 8 zeigt, dass sich die dritten Faserverbundkunststoffabschnitte 3 über die Enden des Kunststoffschaumelements 10 hinaus erstrecken. Diese sind, wie in 8 gezeigt, innen mit zweiten Faserverbundkunststoffabschnitten 2 verstärkt, welche auf einer Seite das Kunststoffschaumelement 10 und auf der anderen Seite jeweils den dritten Faserverbundkunststoffabschnitt 3 überdecken.
9 zeigt einen Querschnitt des Hybridformkörpers 8 gemäß 7 entlang der Schnittlinie IX-IX'. Das Kunststoffschaumelement 10 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch zwei erste Faserverbundkunststoffabschnitte 1, welche jeweils ein U-Profil ausbilden, in einer Rohrform gehalten.
10 zeigt in einer symbolischen Darstellung sowohl den Verlauf über der Zeit t als auch über der Temperatur T verschiedener Größen während des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. Die ausgezogenen Linie zeigt den Verlauf eines Schubmoduls G' für einen amorphen Thermoplasten oder amorphe Phasen im teilkristallinen Thermoplasten (mögliche Materialien für das Kunststoffschaumelement). Die gestrichelte Linie stellt den entsprechenden Schubmodul eines Duroplasten („Harz“ im Faserverbundkunststoff) dar. Die gepunktete Linie zeigt den Verlauf der Viskosität η für den selben Duroplasten.
In der Figur ist zu erkennen, dass beginnend mit Raumtemperatur im Verfahren zunächst die Temperatur ansteigt. Bei einer Temperatur von ca. 60 °C beginnt die Viskosität des Duroplasten vom Ausgangswert 10⁴ bis 10⁵ Pas zu sinken, bis sie bei der Temperatur TF = 90°C ihr Minimum von ca. 10 Pas erreicht. Insbesondere hier findet das Einkriechen des Harzes in die offenporige Oberfläche des Kunststoffschaumelementes statt. Eine merkliche Schwindung im Kunststoffschaumelement hat noch nicht eingesetzt, da dessen Schubmodul noch nicht wesentlich abgenommen hat. Die Temperatur TF wird dabei so lange gehalten bzw. ein diese Temperatur umgebender Temperaturbereich so langsam durchlaufen, dass das Einkriechen ausreichend stattfinden kann.
Mit weiter fortschreitender Zeit und steigender Temperatur zur Temperatur T1=120°C hin steigt die Viskosität des Harzes nahezu sprunghaft auf etliche Potenzen oberhalb der Ausgangsviskosität von 10⁴ bis 10⁵ Pas an. Die entsprechende Linie im Diagramm ist daher wegen der unverhältnismäßigen Darstellung symbolisch unterbrochen. Gleichzeitig steigt der Schubmodul des Harzes, d.h. insgesamt härtet der Faserverbundkunststoff aus. Die Temperatur T1 wird dabei so lange gehalten bzw. ein diese Temperatur umgebender Temperaturbereich so langsam durchlaufen, dass ein Aushärten des Harzes ausreichend stattfinden kann.
Die Aushärtung des Harzes wird durch weiter ansteigende Temperatur auf die Temperatur TS=150°C im Verlauf des weiteren Verfahrens beendet bzw. vervollständigt.
Der weitere Verlauf der Schubmodulkurve für das Kunststoffschaumelement gilt daher nur für diejenigen Bereiche dessen, die nicht durch den Faserverbundkunststoff gehalten bzw. fixiert und dadurch an Schwindung gehindert sind. Im Bereich bzw. bei der Temperatur TS fällt der Schubmodul weiter ab und die gezielte Schwindung findet statt, damit das Kunststoffschaumelement eine gewünschte Form erreicht. Auch hierzu wird die Temperatur TS wieder ausreichend lange gehalten oder ein diese Temperatur umgebender Temperaturbereich ausreichend langsam durchlaufen.
Für diejenigen Bereiche des Kunststoffschaumelements, die dagegen am Faserverbundkunststoff fixiert sind, findet keinerlei weitere Bewegung bzw. Schwindung statt, was in 10 symbolisch durch eine gestrichelte konstante Fortsetzung der Schubmodulkurve ab dem Zeitpunkt T1 angedeutet sein soll.
Bezugszeichenliste

1: erster Faserverbundkunststoffabschnitt
2: zweiter Faserverbundkunststoffabschnitt
3: dritter Faserverbundkunststoffabschnitt
4: vierter Faserverbundkunststoffabschnitt
5: Hybridformkörper
6: Hybridformkörper
7: Hybridformkörper
8: Hybridformkörper
10: Kunststoffschaumelement

Claims

Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Hybridformkörpers (5) aus einem Kunststoffschaumelement (10) und Faserverbundkunststoff, wobei ein Kunststoffschaumelement (10) verwendet wird, das eine temperaturabhängige Schwindung aufweist, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Einlegen des Kunststoffschaumelements (10) und zumindest eines nicht-ausgehärteten ersten Faserverbundkunststoffabschnitts (1) und zumindest eines nicht-ausgehärteten zweiten Faserverbundkunststoffabschnitts (2) in ein Formwerkzeug, wobei der erste Faserverbundkunststoffabschnitt (1) entlang einer Seitenkante des Kunststoffschaumelements (10) eingelegt wird und der zweite Faserverbundkunststoffabschnitt (2) das Kunststoffschaumelement (10) zumindest teilweise überdeckt, wobei diejenigen Bereiche der Oberfläche des Kunststoffschaumelements (10), die mit Faserverbundkunststoffabschnitten (1,2) belegt werden, offenporig ausgeführt werden, b) Informbringen des Kunststoffschaumelements (10) und des zumindest einen ersten Faserverbundkunststoffabschnitts (1) und zweiten Faserverbundkunststoffabschnitts (2) mittels des Formwerkzeugs in eine rohrförmige Vorform, so dass der entlang der Seitenkante des Kunststoffschaumelements (10) eingelegte erste Faserverbundkunststoffabschnitt (1) durch das Schließen des Formwerkzeuges mit zwei Seitenkanten des Kunststoffschaumelements (10) eine Sandwichstruktur bildet, und so zwischen den zwei sich gegenüberliegenden Seitenkanten des Kunststoffschaumelements (10) eingelegt ist, c) Beaufschlagen des Formwerkzeugs mit einer ersten Temperatur TF, welche geeignet ist, die Viskosität des Harzes im Faserverbundkunststoff auf ein Minimum über der Temperatur (T) abzusenken, d) Beaufschlagen des Formwerkzeugs mit einer zweiten Temperatur T1, welche höher als die Temperatur TF ist, und welche geeignet ist, die Faserverbundkunststoffabschnitte (1, 2) bezüglich ihres Harzes auszuhärten, und die zwischen der Glastemperatur und der Schmelztemperatur des Kunststoffschaumelements (10) liegt, wobei das Kunststoffschaumelement (10) am Faserverbundkunststoff mechanisch fixiert wird, und e) Beaufschlagen des Formwerkzeugs mit einer dritten Temperatur TS, welche höher als die Temperatur T1 ist, und welche geeignet ist, eine Schwindung im Kunststoffschaumelement (10) zu bewirken, um dieses an das Formwerkzeug anzupassen und das Kunststoffschaumelement (10) in eine Endform zu bringen, f) Abkühlen des Formwerkzeugs und Entfernen des Hybridformkörpers (5).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Faserverbundkunststoffabschnitte (1, 2) entlang verschiedener Richtungen des Kunststoffschaumelements (10) so angeordnet werden, dass eine Schwindung des Hybridformkörpers (5) auf eine vorgegebene Schwindungslänge begrenzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Faserverbundkunststoffabschnitt (1) mit mehreren voneinander beabstandeten zweiten Faserverbundkunststoffabschnitten (2) überdeckt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kunststoffschaumelement (10) aus einem Schaum mit einer Dichte von 5 bis 100 kg/m³ hergestellt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kunststoffschaumelement (10) aus einem Schaum aus PVDF oder PVF hergestellt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Faserverbundkunststoffabschnitte Glas- oder Karbonfasern umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine zweite Faserverbundkunststoffabschnitt (2) nach dem Kunststoffschaumelement (10) eingelegt wird, so dass er innen im Hybridformkörper (6) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der zumindest eine zweite Faserverbundkunststoffabschnitt (2) das Kunststoffschaumelement (10) vollflächig überdeckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kunststoffschaumelement (10) aus einem geschlossenporigen Schaum hergestellt ist, wobei vor dem Schritt a) ein Zuschneiden des Kunststoffschaumelements (10) an mindestens den Oberflächenbereichen erfolgt, die am Faserverbundkunststoff mechanisch zu fixieren sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin den Schritt des Einlegens zumindest eines dritten Faserverbundkunststoffabschnitts (3) umfasst, wobei der dritte Faserverbundkunststoffabschnitt (3) vor dem Kunststoffschaumelement (10) eingelegt wird, so dass der dritte Faserverbundkunststoffabschnitt (3) auf einer Außenseite des Hybridformkörpers (6) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei mehrere dritte Faserverbundkunststoffabschnitte (3) und ein bandförmiger vierter Faserverbundkunststoffabschnitt (4) so angeordnet werden, dass das Kunststoffschaumelement (10) in einer skelettförmigen Matrix, insbesondere einer Thorax-förmigen Matrix, stabilisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Kunststoffstoffschaumelement (10) mit zumindest einem ersten Faserverbundkunststoffabschnitt (1) und einem zweiten Faserverbundkunststoffabschnitt (2), welche auf der Innenseite angeordnet sind, gemäß Schritt b) in Form gebracht und gemäß der Schritte c) und d) mit den Temperaturen TF und T1 beaufschlagt wird und anschließend aus dem Formwerkzeug entnommen wird und dann mit zumindest einem dritten Faserverbundkunststoffabschnitt (3) und/oder vierten Faserverbundkunststoffabschnitt (4) gemäß der Schritte a) und b) in ein weiteres Formwerkzeug gelegt und dort gemäß der Schritte c) bis f) fertiggestellt wird, so dass der dritte Faserverbundkunststoffabschnitt (3) und/oder vierte Faserverbundkunststoffabschnitt (4) auf einer Außenseite des Hybridformkörpers (5, 6) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der Faserverbundkunststoffabschnitte (1, 2, 3, 4) mehrlagig angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der zweiten Faserverbundkunststoffabschnitte (2) auf zumindest einer Seite des Kunststoffschaumelements (10) so eingelegt wird, dass daraus ein Rohrendstück gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei zumindest einer der dritten Faserverbundkunststoffabschnitte (3) auf einer Seite des Kunststoffschaumelements (10) so eingelegt wird, dass daraus ein Rohrendstück gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur T1 so gewählt wird, dass der Wert des Schubmoduls des Kunststoffschaumelements (10) auf höchstens 50% seines Wertes bei 20°C abgesunken ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei spätestens mit Beginn des Schrittes e) ein Druckkörper in den Hohlraum des zu erstellenden rohrförmigen Hybridformkörpers (5) eingelegt wird und mit Hilfe des Druckkörpers spätestens im Schritt e) ein Innendruck auf das Kunststoffschaumelement (10) ausgeübt wird.