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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Kunststoff mit darin angeordneten Einsätzen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Zum Herstellen von Bauteilen aus einem faserverstärkten Kunststoff sind unterschiedliche Verfahren bekannt. Ein Verfahren ist das sogenannte „Sheet Molding Compound (SMC)“ -Verfahren, das auch als Pressverfahren in unterschiedlichen Ausprägungen bekannt ist. Dabei wird üblicherweise eine beispielhaft flächige oder plattenförmige, bevorzugt nicht ausgehärtete Pressmasse vorgesehen, welche ein Matrixmaterial mit darin eingebetteten Verstärkungsfasern aufweist. Die Pressmasse wird in ein Formwerkzeug gebracht und unter Einwirkung von Druck und Wärme verformt und ausgehärtet. Das Formwerkzeug gibt dabei die gewünschte Form vor, welche das Bauteil aufweisen soll. Die Verstärkungsfasern könnten in Form einer Matte vorgesehen sein, die mit dem Matrixmaterial versetzt ist. Durch das Anwenden von mechanischem Druck wird die Pressmasse quer zu ihrer Haupterstreckungsebene komprimiert.
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Hieraus resultierende Bauteile weisen ein vergleichsweise geringes Gewicht auf und können beispielsweise für Verkleidungsbauteile oder dergleichen eingesetzt werden. Zum Befestigen der Bauteile werden oftmals Einsätze aus einem metallischen Material vorgesehen, die mechanisch mit dem Bauteil verbunden sind und das Aufnehmen von Befestigungselementen erlauben. Im Stand der Technik werden oftmals Einsätze mit Hinterschneidungen in die Pressmasse eingeführt, sodass das Matrixmaterial in die Hinterschneidungen gerät und dort auch aushärtet. Die Einsätze werden demnach lediglich durch das ausgehärtete Matrixmaterial in dem Bauteil gehalten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bauteile mit eingebetteten Verstärkungsfasern weisen gegenüber Bauteilen ohne Fasern Vorteile auf. Die Verstärkungsfasern erlauben das Aufnehmen und Verteilen von Lasten. Zur Einleitung von Lasten sind mechanische Schnittstellen in Form von Einsätzen günstig. Diese werden im Stand der Technik jedoch lediglich durch das ausgehärtete Matrixmaterial in dem Bauteil gehalten, was für den Kraftfluss und die Höhe der aufnehmbaren Kräfte nicht optimal ist.
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Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren oder ein System zum Herstellen eines Bauteils mit Einsätzen vorzuschlagen, bei dem der Kraftfluss zwischen den Einsätzen und dem angrenzenden Verbundmaterial insbesondere zur Nutzung der Verstärkungsfasern optimiert ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein System mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Es wird ein System zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Kunststoff mit darin angeordneten Einsätzen vorgeschlagen, das System aufweisend eine Pressmasse mit einem Matrixmaterial und darin eingebetteten Verstärkungsfasern, und mindestens einen plastisch verformbaren Einsatz, wobei die Pressmasse dazu ausgebildet ist, durch Pressen und Erwärmen in einem Formwerkzeug ein formstabiles Bauteil auszubilden, wobei der mindestens eine Einsatz eine Auflagefläche mit einem daran angeordneten und quer zu der Auflagefläche ausgerichteten Aufnahmeabschnitt zum Aufnehmen eines Befestigungselements aufweist, wobei der Aufnahmeabschnitt von mehreren, quer zu der Auflagefläche verlaufenden, länglichen Halteelementen umgeben ist, und wobei sich in einem Ausgangszustand des mindestens einen Einsatzes zumindest die Halteelemente um eine die vorgesehene Dicke des Bauteils übersteigende Strecke von der Auflagefläche erstrecken, so dass durch Pressen der Pressmasse mit dem darin angeordneten mindestens einen Einsatz zumindest die Halteelemente plastisch verformt werden, um sich zumindest teilweise an angrenzendem Material festzuklammern.
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Die Pressmasse könnte eine Matte aus gewebten, ungewebten und/oder vermaschten Verstärkungsfasern aufweisen, die mit einem Matrixmaterial getränkt sind. Eine flächige oder plattenförmige Ausführung der Pressmasse bzw. der Matte ist denkbar. Die Matte könnte insbesondere eine Art Fleece sein, bei dem die Verstärkungsfasern stark miteinander vermascht sind. Die Verstärkungsfasern könnten Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern und ähnliches aufweisen. Es können insbesondere Langfasern sein, die ungeordnet vorliegen. Im Allgemeinen sind Fasern mit einer Länge bis zu 1 mm als Kurzfasern anzusehen und mit einer Länge von 1 bis 50 mm als Langfasern. Alle Fasern mit einer dies übersteigenden Länge könnten als Endlosfasern aufgefasst werden.
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Das Matrixmaterial kann ein Harz sein, das beispielsweise ein Duromer ist. Es kann etwa ein Aminoharz, Polyurethanharz, Methacrylatharz, Phenol-Formaldehydharz, Vinylesterharz, Polyesterharz, Epoxidharz, Aminoharz, Melamin-Formaldehydharz aufweisen. Es wäre allerdings auch denkbar, ein thermoplastisches Matrixmaterial einzusetzen, welches durch Anwendung von Wärme erweicht wird, um in dem Formwerkzeug zu erkalten und zu erhärten. Ein geeignetes Matrixmaterial wäre dann etwa Polyetherketonketon (PEKK), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherimid (PEI), Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP) oder andere.
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Der plastisch verformbare Einsatz wird bei der Herstellung des Bauteils in die Pressmasse eingebracht und verkeilt bzw. verhakt sich dabei mit den Fasern. Der Einsatz weist zunächst einen Ausgangszustand auf, in welchem der Einsatz noch nicht verformt ist und sich auf die Pressmasse setzen lässt. In dem Ausgangszustand erstrecken sich der Aufnahmeabschnitt und die Halteelemente bevorzugt in derselben Richtung von der Auflagefläche nach außen weg. Die Auflagefläche kann an einem scheibenförmigen Abschnitt des Einsatzes ausgebildet sein, an dem der Aufnahmeabschnitt und die Halteelemente angeordnet sind. Die Auflagefläche liegt später auf der Pressmasse auf, wenn der Einsatz auf die Pressmasse gedrückt wird und ist zu dem Aufnahmeabschnitt und den Halteelementen gewandt.
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Der Einsatz ist so gestaltet, dass er durch Einwirkung mechanischen Drucks verformt wird. Der mechanische Druck entsteht beim Pressen der Pressmasse quer zu ihrer Haupterstreckungsebene. Der mechanische Druck wirkt dann folglich zwischen einer von der Auflagefläche abgewandten Seite des scheibenförmigen Abschnitts und den äußersten Enden der Halteelemente. Die Materialgestaltung des Einsatzes ist an den zu erwartenden mechanischen Druck angepasst, sodass dieser auch zuverlässig zur gewünschten Verformung der Halteelemente führt. Ziel ist, mittels der Halteelemente die Pressmasse zumindest teilweise zu durchstechen, um nach Durchdringung zumindest eines Teils der Pressmasse die Halteelemente zu verformen. Dabei ändert sich die Form der Halteelemente von einer Richtung quer zu der Haupterstreckungsebene der Pressmasse in eine Richtung parallel dazu. Die Halteelemente klammern sich nach ihrer Verformung an umgebendem Material, beispielsweise den in dem Matrixmaterial angeordneten Verstärkungsfasern, fest. Hierdurch wird eine deutlich verbesserte und höher belastbare Verbindung mit dem ihn umgebenden Verbundmaterial erzielt. Insbesondere die zum Herausziehen des Einsatzes aus dem Bauteil wird dadurch gegenüber herkömmlichen Einsätzen deutlich erhöht. Während des Pressvorgangs verankert sich der Einsatz durch eine forcierte Verformung der Halteelemente selbstständig in der Pressmasse.
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Die Halteelemente sind länglich ausgebildet und können in unterschiedlicher Anzahl an dem Einsatz angeordnet sein. Es sind stiftförmige, kreisförmige, dreiecksförmige oder andere Varianten denkbar. Die Ausformung der Halteelemente sowie deren Anzahl kann von dem Material der Pressmasse abhängig gemacht werden.
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Es kann vorteilhaft sein, die Halteelemente derart zu gestalten, dass das Formwerkzeug geschont wird. Beispielhaft könnten die freien Enden der Halteelemente abgerundet sein, so dass sie das Formwerkzeug nicht zerkratzen oder auf andere Weise beschädigen.
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Es ist bevorzugt, dass die Längen der Halteelemente die des Aufnahmeabschnitts übersteigen. Die Halteelemente könnten dann stets die Pressmasse bereits durchstechen, bevor der Aufnahmeabschnitt auf der Pressmasse aufliegt. Dies könnte bereits vor dem Pressen eine ausreichende Fixierung des Einsatzes erlauben. Selbstverständlich sind die Abmessungen des Aufnahmeabschnitts und der Halteelemente an eine vorgesehene Bauteildicke bzw. lokale Bauteildicke anzupassen. Es ist dabei darauf hingewiesen, dass die lokale Bauteildicke im Bereich eines Einsatzes die Bauteildicken in anderen Bereichen übersteigen kann. In Abhängigkeit der Längenerstreckung der Halteelemente von dem scheibenförmigen Abschnitt aus kann eine Einspannlänge beeinflusst und damit die Anzahl der zu spannenden Lagen des Materials bestimmt werden.
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Es ist besonders bevorzugt, wenn der mindestens eine Einsatz aus einem metallischen Material besteht. Dies kann insbesondere ein Stahl sein, bevorzugt ein nichtrostender Stahl. Das Verformungsverhalten kann durch die Auswahl der Legierung beeinflusst werden. Insbesondere bei der Verwendung des Bauteils in einer Kabine eines Verkehrsflugzeugs kann die nichtrostende Ausführung sinnvoll sein, um trotz schwankender Luftfeuchtigkeit in der Kabine und daraus resultierendem Kondensat eine Korrosion zu vermeiden. Der Stahl kann insbesondere ein Edelstahl sein. Je nach vorgesehenen mechanischen Druck könnten die Halteelemente mit einer Dicke ausgeführt sein, die trotz der Verwendung eines Edelstahl ein Umbiegen ohne Beschädigung des Formwerkzeugs erlaubt.
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Der mindestens eine Einsatz kann einstückig ausgeführt sein. Die einstückige Gestaltung könnte durch Verwenden eines Blechs als Ausgangswerkstück erzielt werden. Das Ausgangswerkstück weist eine Kontur auf, die beispielsweise sternförmig ist und sich in einer Ebene erstreckt. Durch Tiefziehen könnte der Aufnahmeabschnitt hergestellt werden. Durch einen Umformprozess könnten die Halteelemente aus ihrer ebenen Form in eine quer zu der Auflagefläche gerichtete Form gebracht werden. Durch die einstückige Ausgestaltung sind keine stoffschlüssigen Verbindungen notwendig, die die Kosten zur Herstellung des Einsatzes erhöhen könnten. Zudem können durch einen Umformprozess das Gefüge und damit der spätere Kraftfluss optimiert werden.
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Alternativ dazu könnte auch ein stoffschlüssig gefügter, einstückiger Einsatz hergestellt werden. Aus einem metallischen, ebenen Blech könnte ein Zuschnitt in Form eines Sterns mit einem Kranz zackenförmiger Abschnitte erfolgen. Durch das Umformen der zackenförmigen Abschnitte um etwa 90° werden die Halteelemente gebildet, die im späteren Einsatz in der Pressmasse verankert werden. Abschließend könnte eine Einnietmutter in eine Bohrung in der Mitte des Blechs eingesetzt werden, die dann von dem Kranz der Halteelemente umgeben ist.
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Die Halteelemente könnten sich in dem Ausgangszustand weiter von der Auflagefläche erstrecken als der Aufnahmeabschnitt. Wie bereits vorangehend erwähnt ist dies besonders zur anfänglichen Fixierung des Einsatzes an der Pressmasse sinnvoll.
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Die Differenz der Längen des Aufnahmeabschnitts und der Halteelemente kann von dem radialen Abstand der Halteelemente und des Aufnahmeabschnitts abhängig gemacht werden. Ist ein höherer radialer Abstand zwischen dem Aufnahmeabschnitt und den Halteelementen vorgesehen, steht eine größere Fläche bereit, in der sich die Halteelemente verformen können. Es ist weiterhin sinnvoll, dass sich die Halteelemente nur so weit verformen können, dass sich die äußersten Enden der Halteelemente in einem verformten Zustand nicht überlappen, sondern noch voneinander beabstandet sind.
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Der Aufnahmeabschnitt könnte weiterhin zylindrisch ausgeführt sein und ein Innengewinde aufweisen. Eine zylindrische bzw. hohlzylindrische Ausführung ist leicht herzustellen und es können durch das Innengewinde alle gängigen, ein Außengewinde aufweisenden Befestigungselemente eingesetzt werden. Der Aufnahmeabschnitt kann insbesondere auf eine von der Auflagefläche abgewandten Seite eine Öffnung zum Aufnehmen eines Befestigungselements aufweisen, welches von außen in das Innengewinde eingeschraubt wird.
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Die Halteelemente können den Aufnahmeabschnitt sternförmig umgeben. Die Halteelemente umringen folglich den Aufnahmeabschnitt weitgehend regelmäßig. Damit kann der Kraftfluss in allen Richtungen der Haupterstreckungsebene optimiert werden.
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Weiterhin könnten in einer vorteilhaften Ausführungsform die Halteelemente in zwei oder mehr Gruppen von Halteelementen unterteilt sein und die Gruppen könnten zueinander einen größeren Abstand aufweisen als die Halteelemente der einzelnen Gruppen. Die Verformung der Halteelemente kann dadurch gezielt gesteuert werden. Bei der Verwendung beispielsweise von drei oder mehr Gruppen kann der Kraftfluss in alle Ebenenrichtungen gewährleistet werden. Größere Abstände erlauben zudem größere Stegbreiten in dem Einsatz bzw. in der weiter nachfolgend erwähnten Scheibe. Damit können folglich größere Kräfte übertragen werden. Die fertigungstechnischen Voraussetzungen zur Herstellung des Einsatzes könnten damit weiter verbessert werden. Des Weiteren ist denkbar, die Halteelemente bzw. die Gruppen von Halteelementen nach einer Art Poka-Yoke-System auszurichten, so dass der Einsatz nur in einer einzigen, vorgesehenen Ausrichtung in die Pressmasse integrierbar ist. Dies ist sinnvoll, wenn der Einsatz in einer bestimmten Orientierung liegen soll und eine Fehlplatzierung zu vermeiden ist. Damit könnten etwa Einsätze mit zwei oder mehr Gewinden oder einer Art Passfeder- oder einer anderen Referenzgeometrie zur Herstellung einer verdrehsicheren Verschraubung in definierter Ausrichtung zum restlichen Bauteil mit korrekter Ausrichtung eingesetzt werden. Merkmale auf der Vorder- und Rückseite (bzw. Ober- und Unterseite) des Einsatzes könnten deckungsgleich angeordnet werden, etwa für nachträglich einzubringende Bohrungen, für die der Einsatz gleichzeitig als Bohrschablone dient.
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Das System kann ferner mindestens eine Scheibe mit mindestens einer Ausnehmung aufweisen, die mit den Halteelementen in dem Ausgangszustand korrespondiert, so dass der mindestens eine Einsatz vor dem Pressen auf die Scheibe steckbar ist. Die Scheibe unterstützt das Verformungsverhalten der Halteelemente und bietet eine zusätzliche Unterstützung des Kraftflusses. Die Halteelemente können sich dabei zumindest unter anderem auch an der Scheibe festklammern. Die mindestens eine Ausnehmung ist dafür vorgesehen, sämtliche Halteelemente durchzuführen und könnte optional derart ausgeführt sein, dass sich die Halteelemente lediglich bis zu einer bestimmten Tiefe in die Ausnehmung stecken lassen, um einen Abstand zwischen der Auflagefläche und der Scheibe zu erzwingen. Die Verformung der Halteelemente erfolgt dann weitgehend an einer von der Auflagefläche abgewandten Seite der Scheibe. Zwischen der Scheibe und der Auflagefläche ist folglich ein Teil der Verstärkungsfasern eingeschlossen, wenn die Halteelemente verformt sind. Die in den Einsatz übertragbare Kraft lässt sich damit über eine größere Fläche verteilen.
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Die Pressmasse könnte ein wärmehärtbares Harz als Matrixmaterial aufweisen. Damit können hoch belastbare Bauteile mit üblichen Herstellverfahren für auf Duromeren basierende Verbundmaterialien realisiert werden.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Verstärkungsfasern Glasfasern oder Kohlefasern aufweisen. Glasfasern können für Anwendungen mit untergeordneter Festigkeit eingesetzt werden. Allerdings bieten sich insbesondere für die Realisierung von Bauteilen für eine Kabine eines Fahrzeugs und insbesondere Flugzeugs die Verwendung von Kohlefasern an.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform verjüngen sich die Halteelemente von der Auflagefläche nach außen. Damit können Spitzen erzielt werden, die leicht durch die Pressmasse gestoßen werden können. Bei der Verwendung einer vorangehend genannten Scheibe kann ihr Abstand zu der Auflagefläche gesteuert werden, indem die mindestens eine Ausnehmung eine lichte Weite aufweist, die die Halteelemente nur bis zu einer bestimmten Einstecktiefe aufnehmen kann.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem faserverstärkten Kunststoff mit darin angeordneten Einsätzen, aufweisend die Schritte des Bereitstellens einer Pressmasse mit einem Matrixmaterial und darin eingebetteten Verstärkungsfasern, des Bereitstellens mindestens eines plastisch verformbaren Einsatzes mit einer Auflagefläche mit einem daran angeordneten und quer zu der Auflagefläche ausgerichteten Aufnahmeabschnitt zum Aufnehmen eines Befestigungselements und mehreren, quer zu der Auflagefläche verlaufenden, länglichen Halteelementen, die den Aufnahmeabschnitt umgeben, des Auflegens des Einsatzes auf die Pressmasse, so dass zumindest die Haltelemente in die Pressmasse eindringen, und des Pressens und Erwärmens dieser Anordnung in einem Formwerkzeug, so dass zumindest die Halteelemente, welche sich in einem Ausgangszustand des mindestens einen Einsatzes um eine die vorgesehene Dicke des Bauteils übersteigende Strecke von der Auflagefläche erstrecken, durch Pressen der Pressmasse mit dem darin angeordneten mindestens einen Einsatz zumindest plastisch verformt werden und sich zumindest teilweise an angrenzendem Material festzuklammern. Der Einsatz kann beim Auflegen bereits vor dem eigentlichen Pressvorgang in die Pressmasse eingebracht werden. Es kann weiterhin sinnvoll sein, die Pressmasse für jeden zu integrierenden Einsatz mit einem Ausschnitt oder einer Bohrung auszustatten, in die der Aufnahmeabschnitt einsteckbar ist.
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Schließlich betrifft die Erfindung ein Flugzeug, aufweisend einen Rumpf und eine darin ausgebildete Kabine sowie mindestens ein Bauteil, welches durch das vorangehend erläuterte System und/oder das vorangehend erläuterte Verfahren hergestellt ist.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
- 1a und 1b zeigen den Einsatz in einem Ausgangszustand (1a) und einem verformten Zustand (1b).
- 2 zeigt die Pressmasse mit eingesetztem Einsatz nach 1a und 1b.
- 3a und 3b zeigen den Einsatz in einem verformten Zustand und einer zusätzlichen Scheibe in zwei unterschiedlichen Ansichten.
- 4 zeigt die Pressmasse mit eingesetztem Einsatz nach 3a und 3b.
- 5 zeigt ein Flugzeug.
- 6 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils.
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DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1a zeigt einen Einsatz 2 zur Integration in ein Bauteil aus einem faserverstärkten Kunststoff zum Aufnehmen eines Befestigungselements in einem Ausgangszustand. Der Einsatz 2 ist beispielhaft aus einem metallischen Material gebildet und weist einen zylindrischen Aufnahmeabschnitt 4 auf. Der Aufnahmeabschnitt 4 weist ein in dieser Darstellung ersichtliches unteres Ende 8 auf. Der Aufnahmeabschnitt 4 erstreckt sich weiterhin von einer Auflagefläche 6 eines scheibenförmigen Abschnitts 7 in der Zeichnungsebene nach unten. Der scheibenförmige Abschnitt 7 kann eine runde, insbesondere kreisrunde oder ovale, jedoch auch eine eckige Fläche aufweisen. Der Aufnahmeabschnitt 4 erstreckt sich dabei quer bzw. im Wesentlichen vertikal zu der Auflagefläche 6. Radial hiervon beabstandet sind mehrere Halteelemente 10 vorgesehen, die sich ebenso quer zu der Auflagefläche 6 von dem scheibenförmigen Abschnitt 7 in dieselbe Richtung erstrecken, wie der Aufnahmeabschnitt 4. An einer von der Auflagefläche 6 abgewandten Seite weisen die Halteelemente 10 jeweils eine Spitze 12 auf. Die Halteelemente 10 verjüngen sich von der Auflagefläche 6 zu den Spitzen 12 hin. Sie sind beispielhaft zugespitzt bzw. dornenförmig ausgebildet, können jedoch auch zum Schonen des Werkzeugs abgerundet sein.
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Der Einsatz 2 ist dafür vorgesehen, in ein Bauteil aus einem faserverstärkten Kunststoff eingesetzt zu werden. Hierzu wird der Einsatz 2 mit den Spitzen 12 auf eine Pressmasse (hier nicht gezeigt) mit Verstärkungsfasern und einem Matrixmaterial gesetzt, welche Wärme und mechanischem Druck ausgesetzt wird, so dass ein in der Pressmasse enthaltenes Harz ausgehärtet wird. Bei dem mechanischen Druck wird auch der in der Pressmasse befindliche Einsatz 2 mit einer entsprechenden Druckkraft belastet, die zu einer in 1b ersichtlichen Verformung der Halteelemente 10 führt. Die einzelnen Halteelemente 10 verkrallen sich dabei in Verstärkungsfasern der Pressmasse durch Bildung einer Abrundung 24 bzw. eines Knicks 24. Der Einsatz 2 klammert sich dabei an der Pressmasse fest.
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2 zeigt eine Pressmasse 14, die Verstärkungsfasern und ein Matrixmaterial aufweist. Der Einsatz 2 ist in die Pressmasse 14 gesteckt und die Halteelemente 10 sind durch Einwirkung des Drucks umgeformt. Sie krallen sich dadurch in die Pressmasse 14 bzw. um die darin befindlichen Verstärkungsfasern. Es wird hierdurch ein zusammenhängendes Bauteil 23 gebildet.
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An dem Aufnahmeabschnitt 4 ist gegenüber dem unteren Ende 8 eine erste Aufnahmeöffnung 20 gebildet. Diese dient zur Aufnahme von hier nicht gezeigten Befestigungselementen. Der Aufnahmeabschnitt 4 kann zum Eingehen einer mechanischen Verbindung mit Befestigungselementen beispielsweise ein Innengewinde 21 aufweisen. Die Befestigungselemente können folglich Schrauben oder Bolzen aufweisen.
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Eine im Bereich des Einsatzes 2 ersichtliche lokale Bauteildicke D1 übersteigt in der Nähe des Einsatzes 2 eine allgemeine Bauteildicke D2 zwischen einer Oberseite 16 und einer Unterseite 18 außerhalb des Einsatzes 2 und wird insbesondere durch die Erstreckung des Aufnahmeabschnitts 4 von der Auflagefläche 6 bestimmt. Die umgeformten Halteelemente 10 weisen hier weiterhin dieselbe Erstreckung von der Auflagefläche 6 auf, wie der Aufnahmeabschnitt 8. Das Material der Pressmasse 14 hat sich im Bereich des Einsatzes 2 derart angesammelt, dass der Einsatz 2 vollständig umgeben ist und eine sehr gute formschlüssige Verbindung zwischen dem Einsatz 2 und den Verstärkungsfasern bzw. dem Matrixmaterial hergestellt ist. Aus den Komponenten des Einsatzes 2 und der Pressmasse 14 ergibt sich hierbei ein erfindungsgemäßes System 22 zum Herstellen eines Bauteils 23.
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In den 3a und 3b ist das System 22 mit einer Scheibe 26 ergänzt. Diese ist beispielhaft kreisrund ausgeführt und weist eine Scheibenbohrung 28 auf, durch die ein Befestigungselement in den Aufnahmeabschnitt 4 ragen kann. Die Scheibe 26 besitzt in diesem gezeigten Fall drei kreisbogenförmige Ausnehmungen 30, die auf einem gemeinsamen Kreisbogen angeordnet sind. Durch jede der Ausnehmungen 30 erstrecken sich drei Halteelemente 10, die jeweils eine Gruppe 31 von Halteelementen 10 ausbilden. Die einzelnen Gruppen 31 weisen einen größeren Abstand 33 zueinander aus, als die einzelnen Halteelemente 10 der einzelnen Gruppen untereinander.
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In 4 ist dargestellt, wie die Scheibe 26 in das System 22 bzw. das Bauteil 23 integriert ist. Zwischen der Scheibe 26 und der Auflagefläche 6 befindet sich ein Zwischenraum 35, in dem ein Teil der Pressmasse 14 angeordnet ist. An einer von der Auflagefläche 6 abgewandten Seite der Scheibe 26 erstrecken sich die Halteelemente 10 und klammern nicht nur die Verstärkungsfasern, sondern auch die Scheibe 26 fest.
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5 zeigt ein Flugzeug 34 mit einem Rumpf 36, in dem eine Kabine 38 angeordnet ist. In der Kabine 38 können verschiedene Einbauten vorgesehen sein, die unter anderem ein Bauteil 23 aufweisen, welches mit dem erfindungsgemäßen System 22 ausgebildet ist.
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6 zeigt schließlich ein vorangehend geschildertes Verfahren 40 zum Herstellen eines Bauteils 23 aus einem faserverstärkten Kunststoff mit darin angeordneten Einsätzen 2. Das Verfahren 40 weist die Schritte des Bereitstellens 42 einer Pressmasse 14 mit einem Matrixmaterial und darin eingebetteten Verstärkungsfasern, des Bereitstellens 44 mindestens eines plastisch verformbaren Einsatzes 2 mit einer Auflagefläche 6 mit einem daran angeordneten und quer zu der Auflagefläche 6 ausgerichteten Aufnahmeabschnitt 4 zum Aufnehmen eines Befestigungselements und mehreren, quer zu der Auflagefläche 6 verlaufenden, länglichen Halteelementen 10, die den Aufnahmeabschnitt 4 umgeben, des Auflegens 46 des Einsatzes 2 auf die Pressmasse 14, sodass zumindest die Haltelemente 10 in die Pressmasse 14 eindringen, und des bevorzugt gleichzeitigen Pressens 48 und Erwärmens 50 dieser Anordnung in einem Formwerkzeug, sodass zumindest die Halteelemente 10, welche sich in einem Ausgangszustand des mindestens einen Einsatzes 2 um eine die vorgesehene Dicke des Bauteils 23 übersteigende Strecke von der Auflagefläche 6 erstrecken, durch Pressen 48 der Pressmasse 14 mit dem darin angeordneten mindestens einen Einsatz 2 zumindest plastisch verformt werden und sich zumindest teilweise in der Pressmasse 14 festzuklammern.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Einsatz
- 4
- Aufnahmeabschnitt
- 6
- Auflagefläche
- 7
- scheibenförmiger Abschnitt
- 8
- unteres Ende
- 10
- Halteelement
- 12
- Spitze
- 14
- Pressmasse
- 16
- Oberseite
- 18
- Unterseite
- 20
- erste Aufnahmeöffnung
- 21
- Innengewinde
- 22
- System zum Herstellen eines Bauteils
- 23
- Bauteil
- 24
- Abrundung / Knick
- 26
- Scheibe
- 28
- Scheibenbohrung
- 30
- Ausnehmung
- 31
- Gruppe
- 32
- Umfang
- 33
- Abstand
- 34
- Flugzeug
- 36
- Rumpf
- 38
- Kabine
- 40
- Verfahren
- 42
- Bereitstellen Pressmasse
- 44
- Bereitstellen Einsatz
- 46
- Auflegen Einsatz
- 48
- Pressen
- 50
- Erwärmen
- D1
- lokale Bauteildicke
- D2
- allgemeine Bauteildicke
