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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundkörpers für die Aufnahme oder Leitung eines Fluids.
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Die folgenden Informationen betreffen nicht notwendigerweise ein bestimmtes Dokument aus dem Stand der Technik, sondern sind allgemein bekanntes Fachwissen und ergeben sich aus entsprechenden fachmännischen Überlegungen: Tanks für Brennstoffe oder für eventuell mitgeführte Oxidatoren oder für eine Mischung aus Brennstoff und Oxidator in Anwendungen der Luft- und Raumfahrt unterliegen sehr hohen Anforderungen bezüglich ihrer Masse, Steifigkeit und Belastbarkeit. So darf beispielsweise die Struktur eines großen Tanks einer Rakete für die Raumfahrt nicht durch aerodynamische Einflüsse oder die dynamischen Anregungen eines Raketenmotors (insbesondere Brennkammer und Schubdüse) in ihren Resonanzfrequenzen soweit angeregt und aufgeschwungen werden, bis die Struktur beschädigt oder vollständig zerstört wird; die Resonanzfrequenzen müssen daher außerhalb der anregenden Frequenzen liegen bzw. die Struktur eine entsprechend hohe Steifigkeit aufweisen, um die Schwingungsamplituden der Tankstruktur in vertretbaren Grenzen zu halten. Dies kommt auch der Lageregelung einer Rakete zugute, da der geschlossene Regelkreis durch das unerwünschte Ausregeln von Strukturschwingungen, die als Lagewinkeländerungen der Rakete in den Regelkreis eingehen, instabil werden kann. Ferner ist es in allen Anwendungen, besonders jedoch in Raumfahrtanwendungen, entscheidend, dass die Masse einer solchen Tankwand möglichst klein ist, ohne ihre mechanischen Eigenschaften einzubüßen. Anstelle von Aluminiumtanks werden daher insbesondere in der Raumfahrt zunehmend Faserverbundwerkstoffe eingesetzt, insbesondere mit Kohlenstoff-Fasern wegen ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften im Verhältnis zur Masse. Wird eine Rakete verwendet, um Nutzlast in eine Umlaufbahn um die Erde zu bringen, müssen in Tanks der Rakete hohe Mengen an Brennstoff und - für nicht luftatmende Triebwerke - an Oxidator (oder ein Gemisch aus beidem) mitgeführt werden. Die Tanks sind daher mit einem entsprechend großen Volumen auszuführen. Für die Herstellung der Tankstruktur bedeutet dies, dass zur Anwendung der traditionell angewendeten und wohlbekannten Autoklavaushärtung sehr große Autoklaven benötigt werden, um das industrielle Harz als Matrixmaterial der Faserverbundwerkstoffe durch Druck und Wärme auszuhärten. Aber auch für kleinere Bauteile ist die Verwendung eines Autoklaven oft umständlich und energieintensiv.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung und insbesondere zum Aushärten von Faserverbundbauteilen bereitzustellen, das eine leichter durchführbare Alternative zur bekannten Autoklavaushärtung ist. Dies betrifft insbesondere sehr große Faserverbundbauteile für Anwendungen in der Raumfahrt.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundkörpers für die Aufnahme oder Leitung eines Fluids, aufweisend die Schritte:
- - Formen einer Wandstruktur aus Harz und Fasern zum Herstellen eines ungehärteten Faserverbundkörpers so, dass die Wandstruktur einen hohlen Innenraum bis auf zumindest eine Öffnung umschließt und die Wandstruktur bereits im ungehärteten Zustand für Fluid so undurchlässig ist, dass ein stationärer Fluiddruck aus dem Innenraum gegen die Wandstruktur aufgebracht werden kann,
- - Vollständiges Umgeben der Außenfläche der Wandstruktur des ungehärteten Faserverbundkörpers mit einer Umhüllungseinrichtung,
- - Abdichten aller Öffnungen des ungehärteten Faserverbundkörpers und Einbringen eines Fluids in den Innenraum des ungehärteten Faserverbundkörpers, und
- - Aushärten des ungehärteten Faserverbundkörpers durch
- i) Unterdrucksetzen des Fluids, sodass während des Aushärtens das Fluid aus dem Innenraum gegen die Wandstruktur Druck ausübt, die Wandstruktur durch den Druck flächig gegen die gegenlagernde Umhüllungseinrichtung gedrückt wird, und somit das Fluid und die Umhüllungseinrichtung flächig radialen Druck beidseitig auf die Wandstruktur ausüben, sowie durch
- ii) Erwärmen der Wandstruktur.
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Der Faserverbundkörper ist bevorzugt ein Tank, der für die Speicherung von flüssigem Treibstoff wie tiefgekühltem Wasserstoff oder Kerosin, oder für die Speicherung eines Oxidators wie tiefgekühltem Sauerstoff, oder für einen flüssigen Monotreibstoff wie Hydrazin oder Wasserstoffperoxid geeignet ist. Auch kann der Faserverbundkörper ein Bauteil zum Leiten von Fluid wie den oben genannten flüssigen Stoffen sein, beispielsweise ein Rohr bzw. eine Leitung, die beispielsweise von einem Raketentank zu einer Turbopumpe, oder von einer Turbopumpe zu einer Brennkammer führt.
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Die Wandstruktur des Faserverbundkörpers wird bevorzugt durch Legen bzw. Wickeln sogenannter „prepregs“ geformt. Solche „prepregs“ sind in Harz getränkte Faserbahnen, die von Hand oder durch einen Wickelroboter gelegt werden können. Bevorzugt werden Kohlenstofffasern verwendet und in eine Matrix aus künstlichem, das heißt industriell hergestelltem, Harz eingelegt bzw. mit diesem Harz bestrichen und damit imprägniert. Bevorzugt wird ein Harz aus der Klasse der Epoxidharze verwendet, alternativ dazu sind andere bekannte Harze wie Phenolharze möglich.
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Die Fasern in der Wandstruktur weisen bevorzugt eine Vielzahl von Richtungen auf, in denen die Fasern verlegt sind. Bevorzugt weist der größte Teil der Fasern jedoch eine Richtung in Umfangsrichtung des Faserverbundkörpers auf, da beispielsweise bei einem Tank für durch Tiefkühlung verflüssigten Brennstoff aufgrund von Verdampfung ein Druck im einstelligen bis zum unteren zweistelligen Bar Bereich im Inneren des Tanks herrschen kann.
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Beim Formen der Wandstruktur wird die Kombination von Harz und Fasern so gebildet, dass der noch ungehärtete Faserverbundkörper (bei dem das genannte Harz noch eine viskose Masse darstellt ohne die endgültigen Härten aufzuweisen) für Fluide (im Wesentlichen) undurchlässig ist, das heißt eine derartige Dichtheit aufweist, dass ein (im Wesentlichen) stationärer Fluid-Druck auf die Innenseite der Wandstruktur aufgebracht und für eine gewisse Zeit, insbesondere für die Zeitdauer des Aushärtens, aufrechterhalten werden kann. Dies kann durch eine Vielzahl verschiedener Vorgehensweisen erreicht werden, beispielsweise die folgenden: Es wird ein sehr zähes Harz verwendet, das durch seine hohe Viskosität bereits für eine hohe Dichtheit und Steifigkeit des noch nicht ausgehärteten Faserverbundkörpers sorgt. Außerdem ist insbesondere darauf zu achten, dass die Wandstruktur nur dort Öffnungen und kleinere Durchgänge aufweist, wo diese gewünscht sind. Andernfalls wäre nicht nur der ungehärtete Faserverbundkörper undicht, sondern auch der gehärtete und dieser daher für den späteren Einsatz als Tank fehlerhaft oder unbrauchbar.
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Während naturgemäß die Dichtheit der Wandstruktur genau genommen nie „100 % undurchlässig“ betragen kann, das heißt die Durchlässigkeit für Fluide wegen langfristiger Diffusion immer einen Wert ungleich null aufweisen wird, wird unter dem Merkmal, dass die Wandstruktur bereits im ungehärteten Zustand für Fluide so undurchlässig ist, dass ein stationärer Fluiddruck aus dem Innenraum gegen die Wandstruktur aufgebracht werden kann, verstanden, dass bei einer entsprechenden Abdichtung der Öffnungen und bei einem Aufbau von Innendruck durch Bedrücken des Fluids im Innenraum des Faserverbundkörpers dieses Fluid nicht unmittelbar durch die Wandstruktur in die Umgebung austritt, sondern dass zumindest für den Zeitraum des Aushärtens des Faserverbundkörpers der Fluiddruck im Innenraum im Wesentlichen konstant bleibt, sodass der Fluiddruck im Innenraum dazu geeignet ist, einen gleichmäßigen, stationären Druck auf die Wandstruktur auszuüben und die Wandstruktur gegen die Umhüllungseinrichtung zu pressen. Sollte sich in der Praxis die Wandstruktur als nicht ausreichend dicht herausstellen, sodass das Fluid im Innenraum zwar nicht ungehindert, aber in unzulässig hohen Maße die Wandstruktur durchdringt oder in diese eindringt, kann zusätzlich auf der Innenseite der Wandstruktur eine Vakuumfolie angeordnet werden, um die Wirkung des Innendrucks des Fluids auf die Wandstruktur zu verbessern, siehe dazu weiter unten mehr.
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Durch die oben beschriebenen Effekte wird damit die Wandstruktur zwischen der Umhüllungseinrichtung und dem Fluiddruck im Innenraum von sowohl einer Innenseite als auch einer Außenseite der Wandstruktur bedrückt. Dies stellt einen Unterschied zu dem Einbringen der Wandstruktur in eine Umgebung mit höherem Druck als der normalen Umgebungsluft dar, da sich im letzteren Fall die Wandstruktur nur in einer Atmosphäre höheren Drucks befinden würde, nicht aber gegen die Umhüllungseinrichtung gedrückt werden würde. Es stellt sich daher der Effekt ein, dass die Wandstruktur aktiv zwischen Fluiddruck von innen und dem Gegendruck der Umhüllungseinrichtung von außen zusammengedrückt wird und damit die Aushärtung des Harzes unterstützt wird. Außerdem wird durch das Einpressen der Wandstruktur zwischen der Umhüllungseinrichtung und dem Fluid im Inneren der Effekt erzielt, dass eventuelle Inhomogenitäten und/oder Lufteinschlüsse zwischen Harz und Fasern oder im Harz selbst herausgepresst werden.
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Es ist daher eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass kein Autoklav notwendig ist, in dessen Backraum der ungehärtete Faserverbundkörper eingebracht werden muss, um den Faserverbundkörper zu härten. Vielmehr wird vorteilhaft der Faserverbundkörper selbst als Fluidspeicher verwendet, dessen Fluid unter Druck gesetzt wird und die Wände des Faserverbundkörpers gegen eine Umhüllungseinrichtung drückt. Eine Umhüllungseinrichtung ist dabei deutlich einfacher zu handhaben, als ein vollständiger Autoklav mit Backraum, in den der Faserverbundkörper eingebracht wird.
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Das Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundkörpers für die Aufnahme oder Leitung eines Fluids, weist in anderen Worten die Schritte auf:
- - Formen einer Wandstruktur aus Harz und Fasern zum Herstellen eines ungehärteten Faserverbundkörpers so, dass die Wandstruktur einen hohlen Innenraum bis auf zumindest eine Öffnung umschließt,
- - Vollständiges Umgeben der Außenfläche der Wandstruktur des ungehärteten Faserverbundkörpers mit einer Umhüllungseinrichtung,
- - Abdichten aller Öffnungen des ungehärteten Faserverbundkörpers und Einbringen eines Fluids in den Innenraum des ungehärteten Faserverbundkörpers, und
- - Aushärten des ungehärteten Faserverbundkörpers durch
- i) Unterdrucksetzen des Fluids, sodass während des Aushärtens das Fluid aus dem Innenraum gegen die Wandstruktur Druck ausübt, die Wandstruktur durch den Druck flächig gegen die gegenlagernde Umhüllungseinrichtung gedrückt wird, und somit das Fluid und die Umhüllungseinrichtung flächig radialen Druck beidseitig auf die Wandstruktur ausüben, sowie durch
- ii) Erwärmen der Wandstruktur.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Umhüllungseinrichtung so um die Wandstruktur des ungehärteten Faserverbundkörpers angeordnet, dass sich die Umhüllungseinrichtung und die Wandstruktur ohne Spalt flächig aneinander liegend berühren. Die Abwesenheit eines Spalts zwischen der Umhüllungseinrichtung und der Wandstruktur verhindert vorteilhaft, dass Luft in einem solchen Spalt eingeschlossen wird und die Oberfläche der Wandstruktur Dellen oder Beulen aufweist. Ferner würde Luft durch den eigenen Druck innerhalb eines Spalts das Andrücken der Wandstruktur gegen die Umhüllungseinrichtung behindern.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Umhüllungseinrichtung so um die Wandstruktur des ungehärteten Faserverbundkörpers angeordnet, dass ein Spalt mit vorgegebenem Durchmesser d zwischen der Wandstruktur und der Umhüllungseinrichtung besteht, wobei der Durchmesser d so klein gewählt wird, dass sich der Spalt bei der Erwärmung aufgrund von Wärmedehnung der Wandstruktur schließt und sich die Wandstruktur zur Umhüllungseinrichtung hin ausdehnt und sich die Umhüllungseinrichtung und die Wandstruktur nach Schließen des Spalts flächig aneinander liegend berühren. Die Wärmedehnung der Wandstruktur ist eine unmittelbare Folge des Erwärmens der Wandstruktur zum Härten des Harzes. Werden Fasern gewählt, die eine signifikante positive Wärmedehnung bei Erwärmung erfahren (anders als Kohlenstofffasern), kann mithilfe dieser Ausführungsform diese Wärmedehnung berücksichtigt werden, sodass Eigenspannungen wie Verformungen der Faserrichtungen beim Erwärmen der Wandstruktur vermieden werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird eine Wandstruktur mit negativem Wärmeausdehnungskoeffizient verwendet, wobei die Umhüllungseinrichtung während des Aushärtens nachgestrafft wird, sodass sich durchgehend während des Aushärtens die Umhüllungseinrichtung und die Wandstruktur ohne Spalt flächig aneinander liegend berühren. Diese Ausführungsform betrifft primär Wandstrukturen, für die Fasern mit negativem Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet werden. Solche Fasern schrumpfen tendenziell mit höheren Temperaturen und verlieren dadurch Länge. Ein Beispiel für solche Fasern sind Kohlenstofffasern bei niedrigeren Temperaturen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird eine Vakuumpumpe verwendet, um zwischen der Wandstruktur und der Umhüllungseinrichtung eingeschlossene Gase abzupumpen. Die Vakuumpumpe dient vorteilhaft dazu, Lufteinschlüsse und Blasen anderer Gase zwischen der Wandstruktur und der Umhüllungseinrichtung zu entfernen. Somit kann die Wandstruktur nahtlos und glatt an der um Umhüllungseinrichtung anliegen und an diese gedrückt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Formen der Wandstruktur durch Umwickeln einer Positivform, wobei die Positivform vor dem Einbringen des Fluids in den Innenraum durch ein fluiddurchlässiges Gerüst ersetzt wird. Während eine Positivform typischerweise große Oberflächen aufweist, auf die die Faserbahnen wie beispielsweise die „prepregs“ gewickelt werden, erlaubt das fluiddurchlässige Gerüst, dass sich das Fluid im Innenraum ungehindert ausdehnt und gegen die Innenseite der Wandstruktur drückt. Dagegen könnten die Oberflächen der Positivform diese Ausdehnung des Fluids gegen die Wandstruktur negativ beeinflussen oder vollständig behindern.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird eine Umhüllungseinrichtung mit einem wickelbaren Gewebe verwendet, wobei das Umgeben des ungehärteten Faserverbundkörpers mit der Umhüllungseinrichtung durch Umwickeln des Faserverbundkörpers mit der Umhüllungseinrichtung und festes Spannen der Umhüllungseinrichtung um den Faserverbundkörper erfolgt. Der Vorteil von wickelbarem Gewebe ist, dass die Umhüllungseinrichtung für verschiedene Größen von verschiedenen Faserverbundkörpern unmittelbar angepasst werden kann. Dafür weist vorteilhaft das wickelbare Gewebe Spanngurte und Schnallen oder ähnliche Vorrichtungen auf, um das wickelbare Gewebe fest auf dem Faserverbundkörper auf zu spannen. Bevorzugt wird dabei das wickelbare Gewebe vollständig um einen Umfang des Faserverbundkörpers herum gewickelt, sodass kein Abschnitt des Umfangs frei bleibt und unverspannt bleibt. Bevorzugt weist das wickelbare Gewebe Aramidfasern auf, die sehr hitzebeständig sind. Weist das wickelbare Gewebe außerdem vorteilhaft eine Wärmequelle auf, um das Aushärten des Harzes zu unterstützen, kann die Umhüllungseinrichtung auch als verspannbare Heizdecke bezeichnet werden, da dann die Umhüllungseinrichtung erstens die Funktion einer Wärmeabgabe in das Harz des Faserverbundkörpers sowie das Verspannen der Außenseite der Wandstruktur aufweist, um die von dem Fluid im Innenraum aufgebrachte Druckkraft in einem geschlossenen Kraftschluss aufzunehmen.
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Alternativ bevorzugt wird als Umhüllungseinrichtung eine steife Schale verwendet, insbesondere aus Metall(-legierungen) wie Stahl oder Aluminium. Die steife Schale weist den Vorteil auf, dass die Außenseite der Wandstruktur gegen eine idealerweise sehr glatte Oberfläche der Umhüllungseinrichtung gedrückt wird und somit auch die Außenseite der Wandstruktur tendenziell sehr glatt wird, da das Harz an der glatten Oberfläche der Umhüllungseinrichtung aushärtet. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um weitere Bearbeitungsschritte zum Polieren der Außenseite der Wandstruktur zu reduzieren und eine aerodynamisch günstige Oberfläche der Wandstruktur zu schaffen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Erwärmen der Wandstruktur durch Einbringen von erhitztem Fluid in den Innenraum des ungehärteten Faserverbundkörpers und/oder durch Erhitzen des in das Volumen bereits eingebrachten Fluids. Mithilfe des erhitzten Fluids im Innenraum des ungehärteten Faserverbundkörpers wird die Wandstruktur erwärmt, sodass das Harz in der Wandstruktur durch die erhöhte Temperatur aushärtet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Erwärmen der Wandstruktur durch Erzeugen von Wärme in der Umhüllungseinrichtung, bevorzugt indem die Umhüllungseinrichtung als Heizdecke ausgeführt ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird vor dem Einbringen des Fluids in den Innenraum eine Innenfläche der Wandstruktur mit einer Vakuumfolie bedeckt, wobei zwischen der Wandstruktur und der Vakuumfolie eingeschlossene Gase abgepumpt werden. Das Anbringen der Vakuumfolie an die Innenfläche der Wandstruktur bewirkt zwei Effekte: Zum einen ist es damit möglich, zwischen der Wandstruktur und der Vakuumfolie eingeschlossene Gase abzupumpen, wodurch auch Gasbläschen im Faserverbundkörper der Wandstruktur entfernt werden. Andererseits wird durch die nach dem Abpumpen an der Wandstruktur eng anliegende Vakuumfolie eine gleichmäßige Druckverteilung auf den Faserverbundwerkstoff der Wandstruktur erreicht. Zwar würde naturgemäß das Fluid im Innenraum der Wandstruktur einen gleichmäßigen Druck auf die Wandstruktur ausüben, jedoch führt auch eine geringe Steifigkeit der Vakuumfolie zu einem Ausgleich von Unebenheiten auf dem Faserverbundwerkstoff, da die Vakuumfolie nicht unendlich leicht geknickt werden kann und daher herausragende Spitzen im Faserverbundwerkstoff stärker belastet werden, als Zonen unmittelbar um die herausragenden Spitzen, wodurch die Spitzen geglättet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Wandstruktur als Mantelwand eines Zylinders geformt, wobei die offenen Stirnflächen des Zylinders vor dem Einbringen des Fluids durch jeweilige Deckel abgedichtet werden, wobei die Umhüllungseinrichtung die Wandstruktur vollständig bedeckt, und wobei der Faserverbundkörper durch eine Einspannung in den Bereichen der Stirnflächen in Auflagern während des Aushärtens gehalten wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird während des Aushärtens zusätzliches Harz durch Öffnungen in der Umhüllungseinrichtung geleitet und auf die Fasern aufgetragen. Bevorzugt wird zusätzliches Harz durch Öffnungen in der Umhüllungseinrichtung geleitet, wenn „prepregs“ verwendet werden, und insbesondere dann, wenn keine vorimprägnierten Faserbahnen (wie „prepregs“) sondern trockene Fasern gelegt werden, um die Wandstruktur zu formen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1: Ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2: Einen beispielhaften Faserverbundkörper, der im Verfahren der 1 verwendet wird.
- 3: Einen vergrößerten Ausschnitt des Faserverbundkörpers der 2.
- 4: Den Faserverbundkörper der 2 mit einem Gerüst zum Stützen der ungehärteten Wandstruktur.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundkörpers 1, der bei Fertigstellung als zylindrische Tank-Mantelwand einer Trägerrakete für Satelliten dient, um tiefgekühlten und damit flüssigen Sauerstoff als Oxidator aufzunehmen. Der Faserverbundkörper 1 wird in der 2 und 3 genauer erläutert, daher können sämtliche Bezugszeichen aus dem Folgenden, die ein Bauelement betreffen, auch auf die 2 oder die 3 bezogen werden. Im ersten Schritt des Verfahrens erfolgt das Formen S1 einer Wandstruktur 3 aus Epoxidharz und Kohlenstoff-Fasern zum Herstellen eines ungehärteten Faserverbundkörpers 1 so, dass die Wandstruktur 3 einen hohlen zylindrischen Innenraum 5 bis auf Öffnungen der Stirnseiten umschließt. Der Faserverbundwerkstoff wird dabei so als Wandstruktur 3 gelegt, dass er bereits im ungehärteten Zustand für Fluid so undurchlässig ist, dass ein stationärer Fluiddruck aus dem Innenraum 5 gegen die Wandstruktur 3 aufgebracht werden kann. Dies wird durch eine entsprechend dichte Faserlegung in den Faserbahnen und eine entsprechend hohe Viskosität des Epoxidharzes erreicht. Im weiteren Schritt erfolgt das vollständige Umgeben S2 der Außenfläche der Wandstruktur 3 des ungehärteten Faserverbundkörpers 1, das heißt der Außenseite der Mantelfläche des zylindrischen Tanks, mit einer Umhüllungseinrichtung 7 aus flexiblem Gewebe aus einem Mischgewebe aus Aramid- und Polyamidfasern, das durch Spanngurte angezogen werden, um an der Wandstruktur fest anzuliegen und den Innendruck des Fluids aufzunehmen. In das Gewebe sind außerdem Heizdrähte eingeflochten, um von der Außenseite des Faserverbundkörpers 1 Wärme zum Aushärten des Epoxidharzes zu erzeugen. Im weiteren Schritt erfolgt das Abdichten S3 aller Öffnungen des ungehärteten Faserverbundkörpers 1. Dies betrifft die Stirnflächen des zylindrischen Tanks. Deckel werden an den Stirnflächen mit einem Dichtungsband angeordnet, sodass beim Einbringen von heißer Luft oder heißem Wasser in den Innenraum 5 des ungehärteten Faserverbundkörpers 1 dieser druckdicht das Fluid hält. Das unter Druck stehende Fluid drückt die Wandstruktur 3 von innen radial gegen die Umhüllungseinrichtung 7. Mit der Wärme aus den Heizdrähten der Umhüllungseinrichtung 7 sowie der Wärme des Fluids wird die Wandstruktur 3 von seiner Außenseite wie auch von seiner Innenseite erhitzt. Zusammen mit dem radialen Druck von der Außenseite durch die Umhüllungseinrichtung 7 sowie den radialen Druck von der Innenseite durch das heiße Fluid erfolgt das Aushärten S4 des ungehärteten Faserverbundkörpers 1.
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2 zeigt eine Draufsicht des Faserverbundkörpers 1, wie er im Verfahren nach der 1 verwendet wird. Der Ausschnitt der 2 in dem gestrichelten Kreis ist in 3 vergrößert dargestellt.
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3 zeigt den in 2 gestrichelt umrandeten Ausschnitt vergrößert. Hierin ist genauer eine Vakuumpumpe 9 dargestellt, die dazu verwendet wird, um zwischen der Wandstruktur 3 und der Umhüllungseinrichtung 7 eingeschlossene Gase abzupumpen. Damit schließt sich der Abstand d, der nach dem Abpumpen der eingeschlossenen Gase zu einem spaltlosen Kontakt zwischen der Umhüllungseinrichtung 7 und der Außenwand der Wandstruktur 3 führt. Der Abstand d geht daher im Laufe des Prozesses gegen Null. Die Umhüllungseinrichtung 7 und die Wandstruktur 3 des ungehärteten Faserverbundkörpers 1 berühren sich daher ohne Spalt flächig und liegen beim Härten aneinander.
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4 zeigt den Faserverbundkörper 1 der 1 und 2 nach dem Umwickeln der Fasern auf eine Positivform zum Formen der Wandstruktur 3. Die Positivform wird jedoch vor dem Einbringen des Fluids in den Innenraum 5 durch ein fluiddurchlässiges Gerüst 11 ersetzt. Der Faserverbundkörper 1 ist senkrecht dargestellt, wird jedoch vorteilhaft in der Fertigung waagrecht liegend hergestellt. Durch eine Einspannung in den Bereichen der mit Deckeln abgedichteten Stirnflächen wird der Faserverbundkörper 1 in Auflagern während des Aushärtens gehalten.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Faserverbundkörper
- 3
- Wandstruktur
- 5
- Innenraum
- 7
- Umhüllungseinrichtung
- 9
- Vakuumpumpe
- 11
- Gerüst
- S1
- Formen
- S2
- Umgeben
- S3
- Abdichten
- S4
- Aushärten
