DE102023119489A1 - Sandwich panel, component for an interior fitting in a vehicle, and method for producing a curved component - Google Patents
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Abstract
Eine Sandwichplatte (100) weist eine erste Deckschicht (110), eine zweite Deckschicht (120) und eine Kernschicht (130) auf. Die Kernschicht (130) ist zwischen beiden Deckschichten (110, 120) angeordnet und mit beiden Deckschichten verbunden. Die Kernschicht (130) ist ein thermoplastischer Schaumkern. Die erste Deckschicht (110) und die zweite Deckschicht (120) enthalten jeweils ein Phenolharz-Glasfaser-Gemisch. Daneben ist ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Sandwichplatte beschrieben. A sandwich panel (100) has a first cover layer (110), a second cover layer (120) and a core layer (130). The core layer (130) is arranged between the two cover layers (110, 120) and is connected to both cover layers. The core layer (130) is a thermoplastic foam core. The first cover layer (110) and the second cover layer (120) each contain a phenolic resin-glass fiber mixture. In addition, a method for producing such a sandwich panel is described.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich im Allgemeinen auf Leichtbautechnologie, und insbesondere auf den Aufbau von Sandwichplatten und ein Verfahren zum Herstellen von Sandwichplatten. Weiter insbesondere bezieht sich die Beschreibung auf ein Bauteil bestehend aus bzw. aufweisend eine solche Sandwichplatte sowie ein Verfahren, um ein gekrümmtes Bauteil aus einer Sandwichplatte herzustellen.The present description relates generally to lightweight construction technology, and in particular to the construction of sandwich panels and a method for producing sandwich panels. Furthermore, in particular, the description relates to a component consisting of or comprising such a sandwich panel and a method for producing a curved component from a sandwich panel.
Technischer HintergrundTechnical Background
Sandwichplatten werden bevorzugt im Leichtbau verwendet, weil sich Sandwichplatten bei einem vergleichsweise niedrigen Gewicht durch eine hohe spezifische mechanische Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen äußere Belastungen auszeichnen. Sandwichplatten weisen zwei Deckschichten und eine dazwischen angeordnete Kernschicht auf. Bedingt durch die Bauweise werden Sandwichplatten üblicherweise als flache bzw. ebene Elemente gefertigt. Oftmals werden Sandwichplatten auf ein vorgegebenes Maß oder eine vorgegebene Form gefertigt bzw. zurechtgeschnitten, um dann mit diesem Maß bzw. dieser Form in dem vorgesehenen Verwendungsumfeld montiert zu werden.Sandwich panels are preferred for use in lightweight construction because they are comparatively light, but have high specific mechanical strength and resistance to external loads. Sandwich panels have two cover layers and a core layer in between. Due to their construction, sandwich panels are usually manufactured as flat or level elements. Sandwich panels are often manufactured or cut to a specified size or shape, so that they can then be installed in the intended application environment with this size or shape.
BeschreibungDescription
Es kann als Aufgabe der Erfindung angesehen werden, gekrümmte Sandwichplatten bereitzustellen, welche sich durch hohe spezifische mechanische Eigenschaften auszeichnen und eine homogene und gleichmäßige äußere Oberfläche aufweisen.It can be considered an object of the invention to provide curved sandwich panels which are characterized by high specific mechanical properties and have a homogeneous and uniform outer surface.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung.This object is achieved by the subject matter of the independent claims. Further embodiments emerge from the dependent claims and from the following description.
Gemäß einem ersten Aspekt weist eine Sandwichplatte eine erste Deckschicht, eine zweite Deckschicht und eine Kernschicht auf. Die Kernschicht ist zwischen der ersten Deckschicht und der zweiten Deckschicht angeordnet und ist mit der ersten Deckschicht und der zweiten Deckschicht verbunden. Die Kernschicht ist ein thermoplastischer Schaumkern. Die erste Deckschicht und die zweite Deckschicht enthalten jeweils ein Phenolharz-Glasfaser-Gemisch.According to a first aspect, a sandwich panel has a first cover layer, a second cover layer and a core layer. The core layer is arranged between the first cover layer and the second cover layer and is connected to the first cover layer and the second cover layer. The core layer is a thermoplastic foam core. The first cover layer and the second cover layer each contain a phenolic resin-glass fiber mixture.
Eine Sandwichplatte besteht allgemein aus zwei Deckschichten und einem zwischen den beiden Deckschichten angeordneten Kern bzw. einer Kernschicht.A sandwich panel generally consists of two cover layers and a core or core layer arranged between the two cover layers.
Jede Deckschicht weist mindestens eine Lage des Deckschichtmaterials auf. Die Deckschichten werden an gegenüberliegenden Flächen der Kernschicht mit der Kernschicht verbunden, beispielsweise verklebt. Die Deckschichten sind aus stabilen Materialen mit im Vergleich zu der Kernschicht höherer Dichte gebildet. Für die Deckschichten können Materialien wie beispielsweise Holz, Kunststoffe oder verschiedene Laminate verwendet werden. Beispielsweise sind die Deckschichten aus getränktem Fasergeflecht (in verwebter oder gleichlaufender Struktur oder einer Kombination hiervon) gefertigt. Jede Schicht einer Deckschicht kann beispielsweise eine Glasfaserschicht enthalten. Die Fasern können in eine duroplastische Matrix eingebracht sein und somit eine Schicht der Deckschicht bilden. Beispielsweise ist das Fasergeflecht in Phenolharz getränkt.Each cover layer has at least one layer of the cover layer material. The cover layers are connected to the core layer on opposite surfaces of the core layer, for example glued. The cover layers are made of stable materials with a higher density than the core layer. Materials such as wood, plastics or various laminates can be used for the cover layers. For example, the cover layers are made of impregnated fiber mesh (in a woven or parallel structure or a combination thereof). Each layer of a cover layer can, for example, contain a glass fiber layer. The fibers can be incorporated into a thermosetting matrix and thus form a layer of the cover layer. For example, the fiber mesh is impregnated in phenolic resin.
Die Kernschicht besteht aus einem Material mit einer im Vergleich zu den Deckschichten deutlich niedrigeren Dichte. Die Dichte der Kernschicht beruht vorliegend auf deren Masse sowie deren Volumen in dem in der Sandwichplatte verbauten Zustand. Um diese vergleichsweise niedrige Dichte zu erreichen, enthält die Kernschicht typischerweise Hohlräume. Vorliegend enthält die Kernschicht einen thermoplastischen Schaumkern.The core layer consists of a material with a significantly lower density than the cover layers. The density of the core layer is based on its mass and its volume when installed in the sandwich panel. In order to achieve this comparatively low density, the core layer typically contains cavities. In this case, the core layer contains a thermoplastic foam core.
Schaumkerne bestehen beispielsweise aus PVC-Schaumstoff (Polyvinylchlorid-Schaumstoff), PET-Schaumstoff (Polyethylenterephthalat-Schaumstoff), PMI-Schaumstoff (Polymethacrylimid), PPSU-Schaumstoff (Polyphenylsulfone), PIR-Schaumstoff (Polyisocyanurat) oder jedem anderen geeigneten Schaumstoff. PET-Schaum weist eine hohe mechanische Festigkeit auf und ist deshalb gut geeignet, um Drucklasten aufzunehmen. Zudem weisen diese Schäume eine hohe spezifische Schubfestigkeit und spezifische Schubbruchdehnung auf.Foam cores are made of PVC foam (polyvinyl chloride foam), PET foam (polyethylene terephthalate foam), PMI foam (polymethacrylimide), PPSU foam (polyphenylsulfone), PIR foam (polyisocyanurate) or any other suitable foam. PET foam has a high mechanical strength and is therefore well suited to absorbing pressure loads. In addition, these foams have a high specific shear strength and specific shear elongation at break.
Die stabilen Deckschichten verteilen Drucklasten senkrecht zu der Flächennormale der Sandwichplatte gleichmäßig auf die leichte Kernschicht, wodurch die Kernschicht in der Lage ist, die Drucklasten aufzunehmen. Außerdem werden Schublasten beim Biegen der Sandwichplatten von dem leichten Material der Kernschicht gut aufgenommen. Die Deckschichten hingegen widerstehen Zug- und Drucklasten in der Plattenebene.The stable cover layers distribute compressive loads perpendicular to the surface normal of the sandwich panel evenly over the light core layer, which means that the core layer is able to absorb the compressive loads. In addition, shear loads when the sandwich panels bend are well absorbed by the light material of the core layer. The cover layers, on the other hand, withstand tensile and compressive loads in the plane of the panel.
Dieser Aufbau führt zu ausgezeichneter Stabilität der Sandwichplatten bei gleichzeitig geringem Gewicht.This structure results in excellent stability of the sandwich panels while keeping them lightweight.
Der hier beschriebene Aufbau der Sandwichplatte ermöglicht es insbesondere, dass die Sandwichplatte nicht nur als flaches bzw. ebenes Bauteil zur Verfügung gestellt wird, sondern nahezu beliebige geometrische Formen einnehmen kann. Weil die Kernschicht als thermoplastischer Schaumkern ausgestaltet ist, kann der thermoplastische Schaumkern geformt und gleichzeitig das Phenol Harz-Glasfaser-Gemisch der ersten Deckschicht und der zweiten Deckschicht mit der Kernschicht verklebt werden. Insofern handelt es sich bei der Sandwichplatte beispielsweise um eine einfach oder mehrfach gekrümmte Sandwichplatte. Eine Sandwichplatte ist dann mehrfach gekrümmt, wenn sie in zwei oder mehr Dimensionen gekrümmt ist.The structure of the sandwich panel described here makes it possible in particular for the sandwich panel to be provided not only as a flat or level component, but to take on almost any geometric shape. Because If the core layer is designed as a thermoplastic foam core, the thermoplastic foam core can be formed and at the same time the phenol resin-glass fiber mixture of the first cover layer and the second cover layer can be glued to the core layer. In this respect, the sandwich panel is, for example, a single or multiple curved sandwich panel. A sandwich panel is multiple curved if it is curved in two or more dimensions.
In einer Ausführungsform enthält die erste Deckschicht und/oder die zweite Deckschicht jeweils eine einzelne Lage des Phenolharz-Glasfaser-Gemischs.In one embodiment, the first cover layer and/or the second cover layer each contain a single layer of the phenolic resin-glass fiber mixture.
Bei Verwendung eines thermoplastischen Schaumkerns kann es ausreichend sein, wenn die erste Deckschicht eine einzelne Lage des besagten Phenolharz-Glasfaser-Gemischs enthält, weil der Schaumkern eine vergleichsweise große Kontaktfläche zu dieser Deckschicht hat (beispielsweise im Vergleich zu Wabenkernen). Obwohl die erste Deckschicht nur eine einzelne Lage enthält, ist die äußere Oberfläche der Deckschicht sehr homogen und eben.When using a thermoplastic foam core, it may be sufficient if the first cover layer contains a single layer of the phenolic resin-glass fiber mixture mentioned, because the foam core has a comparatively large contact area with this cover layer (for example, compared to honeycomb cores). Although the first cover layer only contains a single layer, the outer surface of the cover layer is very homogeneous and even.
In einer weiteren Ausführungsform umgeben die erste Deckschicht und die zweite Deckschicht die Kernschicht vollständig.In a further embodiment, the first cover layer and the second cover layer completely surround the core layer.
Das bedeutet, dass die erste Deckschicht und die zweite Deckschicht gemeinsam und nicht zwingend jeweils einzeln die Kernschicht vollständig umgeben. Somit wird die Kernschicht beispielsweise auch in einem Kantenbereich bzw. an allen ihren Seitenflächen vollständig von mindestens einer Deckschicht bedeckt. Bevorzugt überlappen sich die erste Deckschicht und die zweite Deckschicht. in einer weiteren Ausführungsform grenzen ihre Kanten aneinander an. Bevorzugt decken die Deckschichten jede Oberfläche der Kernschicht vollständig ab.This means that the first cover layer and the second cover layer completely surround the core layer together and not necessarily individually. The core layer is therefore completely covered by at least one cover layer, for example, in an edge area or on all of its side surfaces. The first cover layer and the second cover layer preferably overlap. In another embodiment, their edges border on one another. The cover layers preferably completely cover every surface of the core layer.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Kernschicht eine umlaufende Seitenfläche auf, wobei die umlaufende Seitenfläche von der ersten Deckschicht oder der zweiten Deckschicht bedeckt ist.In a further embodiment, the core layer has a circumferential side surface, wherein the circumferential side surface is covered by the first cover layer or the second cover layer.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Sandwichplatte mindestens einen Lasteinleitungspunkt auf.In a further embodiment, the sandwich panel has at least one load introduction point.
Ein Lasteinleitungspunkt dient dazu, die Sandwichplatte mit einem benachbarten Bauteil zu verbinden oder eine Last an der Sandwichplatte zu befestigen. Der Lasteinleitungspunkt kann sich beispielsweise von einer Deckschicht durch die Kernschicht zu der anderen Deckschicht erstrecken.A load introduction point is used to connect the sandwich panel to an adjacent component or to attach a load to the sandwich panel. The load introduction point can, for example, extend from one cover layer through the core layer to the other cover layer.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Sandwichplatte eine mehrfach gekrümmte Sandwichplatte.In a further embodiment, the sandwich panel is a multi-curved sandwich panel.
Diese geometrische Gestalt wird insbesondere durch die Verwendung des thermoplastischen Schaumkerns in Verbindung mit den Phenolharz-Glasfaser-Deckschicht am erreicht und bietet eine hohe Güte der äußeren Oberflächen.This geometric shape is achieved in particular by the use of the thermoplastic foam core in combination with the phenolic resin-glass fiber cover layer and offers a high quality of the external surfaces.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Bauteil für eine Innenausstattung in einem Fahrzeug angegeben. Das Bauteil besteht aus bzw. weist eine Sandwichplatte wie hierin beschrieben auf. Das Bauteil ist ein räumlich gekrümmtes Bauteil.According to a further aspect, a component for interior fittings in a vehicle is specified. The component consists of or has a sandwich panel as described herein. The component is a spatially curved component.
Die hier beschriebene Sandwichplatte eignet sich insbesondere dafür, dass sie für die Herstellung von einfach oder mehrfach gekrümmten Bauteilen verwendet werden kann, weil die Sandwichplatte im Zuge des Herstellungsverfahrens, welches weiter unten beschrieben wird, in nahezu beliebiger räumlich gekrümmter Form hergestellt werden kann. Dies ist insbesondere deswegen der Fall, weil die Kernschicht ein thermoplastischer Schaumkern ist, welcher unter Temperatureinfluss verformt und gleichzeitig mit der ersten Deckschicht und der zweiten Deckschicht verbunden werden kann.The sandwich panel described here is particularly suitable for the production of single or multiple curved components because the sandwich panel can be produced in almost any spatially curved shape during the production process described below. This is particularly the case because the core layer is a thermoplastic foam core which can be deformed under the influence of temperature and simultaneously connected to the first cover layer and the second cover layer.
Das Bauteil kann für die Innenausstattung in einem Fahrzeug verwendet werden. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein Luftfahrzeug handeln. Der Aufbau der Sandwichplatte ermöglicht es, ein entsprechendes Bauteil mit hoher spezifischer mechanischer Festigkeit und hohen Ansprüchen an die Güte der äußeren Oberfläche des Bauteils bereitzustellen.The component can be used for the interior fittings in a vehicle. The vehicle can in particular be an aircraft. The structure of the sandwich panel makes it possible to provide a corresponding component with high specific mechanical strength and high demands on the quality of the outer surface of the component.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen eines gekrümmten Bauteils angegeben. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Anordnen einer Kernschicht aus einem thermoplastischen Schaumkern zwischen einer ersten Deckschicht und einer zweiten Deckschicht in einem ersten Schritt; Anbringen einer Temperatur auf die erste Deckschicht, die zweite Deckschicht und die Kernschicht in einem zweiten Schritt; Aufbringen einer formgebenden Druckkraft auf die erste Deckschicht und/oder die zweite Deckschicht in einem dritten Schritt, um die erste Deckschicht, die zweite Deckschicht und die Kernschicht in eine vorgegebene Form zu bringen; Aushärten des Bauteils in einem vierten Schritt.
- Arranging a core layer made of a thermoplastic foam core between a first cover layer and a second cover layer in a first step; applying a temperature to the first cover layer, the second cover layer and the core layer in a second step; applying a shaping compressive force to the first cover layer and/or the second cover layer in a third step in order to bring the first cover layer, the second cover layer and the core layer into a predetermined shape; curing the component in a fourth step.
Mit diesem Verfahren wird eine hierin beschriebene Sandwichplatte hergestellt. Bereits im Zusammenhang mit der Sandwichplatte wurden Schritte des Herstellungsverfahrens beschrieben und im Detail dargelegt. Diese Schritte und Details werden an dieser Stelle nicht wiederholt. Vielmehr wird auf die Beschreibung der Sandwichplatte verwiesen.This process is used to produce a sandwich panel as described herein. Steps of the manufacturing process have already been described in connection with the sandwich panel and explained in detail. These steps and details are not repeated here. Instead, reference is made to the description of the sandwich panel.
Das Bauteil wird beispielsweise in einem sogenannten Heißpressverfahren hergestellt. Hierbei ist es möglich, ein- oder mehrdimensional gekrümmte Sandwichbauteile herzustellen. Die Kernschicht aus dem thermoplastischen Schaumkern übt großflächigen Druck von innen auf die beiden Deckschichten aus, so dass eine homogene äußere Oberfläche hoher Güte erreicht wird. Wenn die formgebende Druckkraft im dritten Schritt auf die erste Deckschicht und/oder die zweite Deckschicht aufgebracht wird, drückt der thermoplastische Schaumkern die beiden Deckschichten gegen das die Druckkraft bereitstellende Werkzeug, was dazu beiträgt, dass die gefertigte Sandwichplatte eine homogene äußere Oberfläche hat, welche weitestgehend der Oberflächenstruktur der die Druckkraft ausübenden Flächen des Werkzeugs entspricht. Weil ein Schaumkern als Kernschicht verwendet wird, werden hinsichtlich der mechanischen Widerstandsfähigkeit und Belastbarkeit des Bauteils homogene Eigenschaften im Kern erreicht.The component is manufactured, for example, in a so-called hot-pressing process. This makes it possible to produce one- or multi-dimensionally curved sandwich components. The core layer made of the thermoplastic foam core exerts large-area pressure from the inside on the two cover layers, so that a homogeneous outer surface of high quality is achieved. When the shaping pressure force is applied to the first cover layer and/or the second cover layer in the third step, the thermoplastic foam core presses the two cover layers against the tool that provides the pressure force, which helps to ensure that the manufactured sandwich panel has a homogeneous outer surface that largely corresponds to the surface structure of the surfaces of the tool that exert the pressure force. Because a foam core is used as the core layer, homogeneous properties are achieved in the core with regard to the mechanical resistance and load-bearing capacity of the component.
In einer Ausführungsform werden der zweite Schritt und der dritte Schritt gleichzeitig ausgeführt.In one embodiment, the second step and the third step are performed simultaneously.
Das bedeutet, dass durch die angebrachte Temperatur der thermoplastische Schaumkern in einem Zustand ist, in welchem er eine plastische Verformung erlaubt. Durch die zu dieser Zeit aufgebrachte formgebende Druckkraft werden die Deckschichten zusammen mit der Kernschicht in die gewünschte Form gebracht und miteinander verklebt. Wenn die Sandwichplatte in diesem Zustand abkühlt, behält sie ihre Form bei.This means that the temperature applied puts the thermoplastic foam core in a state in which it allows plastic deformation. The shaping pressure applied at this time causes the cover layers to be brought into the desired shape together with the core layer and bonded together. When the sandwich panel cools down in this state, it retains its shape.
In einer weiteren Ausführungsform wird in dem dritten Schritt jeweils eine Normalkraft auf die erste Deckschicht und/oder die zweite Deckschicht aufgebracht, wodurch die erste Deckschicht an eine erste Oberfläche der Kernschicht gedrückt wird und/oder die zweite Deckschicht an eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche der Kernschicht gedrückt wird. In dem dritten Schritt wird eine Lateralkraft auf die erste Deckschicht und/oder die zweite Deckschicht aufgebracht, wodurch die erste Deckschicht und/oder die zweite Deckschicht an eine Seitenfläche der Kernschicht gedrückt wird.In a further embodiment, in the third step, a normal force is applied to the first cover layer and/or the second cover layer, whereby the first cover layer is pressed against a first surface of the core layer and/or the second cover layer is pressed against a second surface of the core layer opposite the first surface. In the third step, a lateral force is applied to the first cover layer and/or the second cover layer, whereby the first cover layer and/or the second cover layer is pressed against a side surface of the core layer.
Somit wird die Kernschicht vollständig von den beiden Deckschichten umgeben und es entstehen keine für mechanische Belastungen und Verschleiß anfälligen Kantenbereiche.Thus, the core layer is completely surrounded by the two cover layers and there are no edge areas that are susceptible to mechanical stress and wear.
Dieser Aufbau kann erfordern, dass die Deckschichten in einem nicht gekrümmten Zustand über die Kanten der Kernschicht hinausragen, damit dieser über die Kanten der Kernschicht hinausragende Teil der Deckschichten auf die Seitenfläche umgeklappt und daran gepresst und damit verbunden werden kann.This construction may require that the cover layers protrude beyond the edges of the core layer in a non-curved state so that that part of the cover layers protruding beyond the edges of the core layer can be folded over onto the side surface and pressed against and bonded to it.
In einer Ausführungsform liegt die Temperatur in dem zweiten Schritt in einem Temperaturbereich zwischen 120 °C und 150 °C, weiter insbesondere liegt die Temperatur in dem zweiten Schritt zwischen 130 °C und 140 °C.In one embodiment, the temperature in the second step is in a temperature range between 120 °C and 150 °C, more particularly the temperature in the second step is between 130 °C and 140 °C.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Nachfolgend werden anhand der beigefügten Zeichnungen einige Details näher beschrieben. Die Darstellungen sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche oder ähnliche Elemente. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Sandwichplatte; -
2 eine schematische Schnittansicht einer Sandwichplatte; -
3 eine schematische Darstellung eines Bauteils bestehend aus einer Sandwichplatte gemäß1 oder2 ; -
4 eine schematische Darstellung der Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines gekrümmten Bauteils.
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1 a schematic sectional view of a sandwich panel; -
2 a schematic sectional view of a sandwich panel; -
3 a schematic representation of a component consisting of a sandwich panel according to1 or2 ; -
4 a schematic representation of the steps of a method for producing a curved component.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Die Kernschicht 130 weist eine erste Oberfläche 131 und eine zweite Oberfläche 132 auf. Die erste Oberfläche 131 liegt der zweiten Oberfläche 132 gegenüber. Die erste Oberfläche 131 und die zweite Oberfläche 132 bilden die Oberseite und die Unterseite der Sandwichplatte 100.The
Die Kernschicht 130 weist weiterhin eine umlaufende Seitenfläche 135 auf.The
Die erste Deckschicht 110 liegt auf der ersten Oberfläche 131 auf und die zweite Deckschicht 120 liegt auf der zweiten Oberfläche 132 auf. Es ist leicht aus der Darstellung zu erkennen, dass sowohl die erste Deckschicht 110 als auch die zweite Deckschicht 120 seitlich über die erste Oberfläche 131 bzw. die zweite Oberfläche 132 hinausragen. Somit kann die erste Deckschicht 110 und die zweite Deckschicht 120 seitlich auf die umlaufende Seitenfläche 135 gepresst werden.The
Eine Normalkraft F1, welche in der Darstellung der
Eine Lateralkraft F2 drückt die überstehende Länge der Deckschichten in Richtung der Seitenfläche 135, damit die Kernschicht vollständig von dem Deckschichtmaterial umgeben ist.A lateral force F2 presses the protruding length of the cover layers towards the
In dem Beispiel der
In dem Kontaktbereich 138 können sich die Deckschichten 110, 120 aber auch überlappen, um eine festere Verbindung miteinander einzugehen. Beispielsweise hat der entstehende Überlappbereich zwischen der ersten Deckschicht 110 und der zweiten Deckschicht 120 eine geringere Höhe als die Höhe der Kernschicht 130, wobei die Höhe der Kernschicht 130 als der Abstand zwischen der ersten Oberfläche 131 und der zweiten Oberfläche 132 definiert ist.In the
Auch wenn die Kernschicht 130 in dem gezeigten Beispiel einen rechteckigen Querschnitt hat, sei darauf hingewiesen, dass die Kernschicht auch eine andere Querschnittsform haben kann, beispielsweise mit abgerundeten Ecken und/oder Kanten.Although the
Nicht zuletzt sei auch darauf hingewiesen, dass es sich bei der Sandwichplatte 100 insbesondere um eine mehrfach gekrümmte Sandwichplatte handeln kann, auch wenn diese in den
Das Bauteil 200 weist mehrere Lasteinleitungspunkte 140 auf. Die Lasteinleitungspunkte 140 sind so angeordnet, dass das Bauteil 200 in der gewünschten Position montiert und darin wie gewünscht bewegt werden kann. Auch ist es denkbar, dass an dem Bauteil 200 ein Lasteinleitungspunkt 140 für das Anbringen eines Griffs oder eines Verschlusses vorgesehen ist. Hierzu kann an dem Bauteil 200 eine laterale Ausnehmung 202 vorgesehen sein.The
Sowohl die Kernschicht 130 als auch die erste Deckschicht 110 und die zweite Deckschicht 120 können in die gewünschte Form gebracht werden, bevor diese drei Komponenten in dem Verfahren zu der Sandwichplatte 100 miteinander verbunden werden. D.h., dass die Ausnehmung 202 sowohl in der Kernschicht 130 als auch in den beiden Deckschichten 110, 120 gefertigt wird und anschließend die Deckschichten mit der Kernschicht verbunden werden.Both the
Die Schritte des Verfahrens werden beispielsweise in und mit einem Werkzeug ausgeführt, welches hier nicht gesondert dargestellt ist. Das Werkzeug weist formgebende Oberflächen auf, auf welchen zunächst eine Deckschicht, dann die Kernschicht und dann die zweite Deckschicht übereinander in der vorgesehenen relativen Position abgelegt werden. In dieser Position werden die Komponenten der Sandwichplatte einer vorgegebenen Temperatur ausgesetzt, um eine Formbarkeit der Kernschicht zu erreichen. Eine formgebende Oberfläche bewegt sich dann relativ zu der zweiten formgebenden Oberfläche auf diese zu, so dass die darauf abgelegten Komponenten der Sandwichplatte zwischen den zwei formgebenden Oberflächen in die gewünschte Form gebracht werden. Nun kann die Temperatur reduziert werden, damit das Bauteil ausgehärtet.The steps of the method are carried out, for example, in and with a tool, which is not shown separately here. The tool has shaping surfaces on which first a cover layer, then the core layer and then the second cover layer are placed one on top of the other in the intended relative position. In this position, the components of the sandwich panel are exposed to a predetermined temperature in order to make the core layer malleable. A shaping surface then moves towards the second shaping surface relative to it, so that the components of the sandwich panel placed on it are brought into the desired shape between the two shaping surfaces. The temperature can now be reduced so that the component hardens.
Mit diesem Verfahren können mehrfach gekrümmte Sandwich-Bauteile in Leichtbauweise hergestellt werden und erfüllen dabei folgende Anforderungen, welche in diesem Kontext relativ zu anderen Materialkombinationen dargestellt werden. Diese sind unter anderem die geringen Kosten, das geringe Gewicht des hergestellten Bauteils, die hohen spezifischen mechanischen Festigkeiten und eine hohe Güte der äußeren Oberflächen des Bauteils. Gerade weil die Kernschicht aus einem thermoplastischen Schaumkern besteht, drückt die Kernschicht die Deckschichten großflächig gegen die formgebenden Oberflächen des Werkzeugs, wodurch eine gleichmäßige Oberflächenstruktur des Sandwich-Bauteils erzielt wird. Dies liegt daran, dass der thermoplastische Schaumkern üblicherweise mit Treibmitteln hergestellt wird, voraus ein gewisser Innendruck in dem Schaumkern entsteht und die Kontaktfläche zwischen Schaumkern und Deckschichten deutlich größer ist als beispielsweise bei der Verwendung eines Wabenkerns. Weil der Schaumkern gleichmäßig und großflächig an den Deckschichten anliegt, bringt er keine ungewünschten Konturen in die Deckschichten ein. Damit ist es bei diesem Aufbau ausreichend, wenn die jeweiligen Deckschichten aus einer einzelnen Lage von Phenolharz-Glasfaser-Gemisch bestehen.This process can be used to produce multi-curved sandwich components in a lightweight design and meet the following requirements, which are presented in this context relative to other material combinations. These include low costs, the low weight of the manufactured component, the high specific mechanical strengths and a high quality of the external surfaces of the component. Precisely because the core layer consists of a thermoplastic foam core, the core layer presses the cover layers against the shaping surfaces of the tool over a large area, thereby achieving a uniform surface structure of the sandwich component. This is because the thermoplastic foam core is usually produced with blowing agents, a certain internal pressure is created in the foam core beforehand and the contact area between the foam core and cover layers is significantly larger than when using a honeycomb core, for example. Because the foam core lies evenly and over a large area against the cover layers, it does not introduce any undesirable contours into the cover layers. With this structure, it is therefore sufficient if the respective cover layers consist of a single layer of phenolic resin-glass fiber mixture.
Mit diesem Verfahren hergestellte gekrümmte Bauteile in Sandwich-Bauweise können beispielsweise als Verkleidungen im Innenraum von Flugzeugen mit hohen Design-Ansprüchen verwendet werden.Curved sandwich components manufactured using this process can be used, for example, as paneling in the interior of aircraft with high design requirements.
Beim Einsatz von thermoplastischen Schaumkernen können sämtliche Designfeatures durch thermische Verformung des Schaumkernes während des Heißpressprozesses zur Herstellung des Sandwichbauteiles mit Phenolharz-Glasfaser-Deckschichten realisiert werden. Hierzu muss der Schaumkern vorher nicht in einem separaten Schritt thermisch umgeformt oder durch Fräsen spanend bearbeitet werden. Kantenradien, Ausschnitte oder Wandstärkenänderungen werden durch eine viskoplastische Verformung (Pressen) des Schaumes innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches erreicht. Dabei erzeugt der Schaumstoffkern bei abgestimmten Prozesstemperaturen einen Innendruck, der zu sehr guten äußeren Oberflächen des ausgehärteten Bauteils führt.When using thermoplastic foam cores, all design features can be achieved by thermally deforming the foam core during the hot-pressing process to produce the sandwich component with phenolic resin-glass fiber cover layers. The foam core does not have to be thermally formed in a separate step or machined by milling. Edge radii, cutouts or changes in wall thickness are achieved by viscoplastic deformation (pressing) of the foam within a certain temperature range. At coordinated process temperatures, the foam core generates an internal pressure that leads to very good external surfaces of the cured component.
Das mit diesem Verfahren hergestellte und auf einer oben beschriebenen Sandwichplatte basierende Bauteil kann preiswert hergestellt und als mehrfach gekrümmtes Bauteil bereitgestellt werden. Weil jede Deckschicht aus einer einzelnen Lage Phenolharz-Glasfaser-Gemisch besteht, kann das Gewicht reduziert werden. Indem die Seitenfläche der Kernschicht auch von den Deckschichten bedeckt ist, ist eine Nachbearbeitung der Kanten nicht notwendig und die mechanische Widerstandsfähigkeit in diesem Bereich ist deutlich erhöht. Aufgrund der Verwendung von thermoplastischen Schaumkernmaterial zeichnet sich der Kern durch homogene mechanische Eigenschaften wie zum Beispiel Festigkeit und Belastungen in unterschiedliche Richtungen aus.The component produced using this method and based on a sandwich panel as described above can be manufactured inexpensively and provided as a multi-curved component. Because each cover layer consists of a single layer of phenolic resin-glass fiber mixture, the weight can be reduced. Because the side surface of the core layer is also covered by the cover layers, post-processing of the edges is not necessary and the mechanical resistance in this area is significantly increased. Due to the use of thermoplastic foam core material, the core is characterized by homogeneous mechanical properties such as strength and loads in different directions.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ oder „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In addition, it should be noted that "comprising" or "having" does not exclude other elements or steps and "a" or "an" does not exclude a plurality. It should also be noted that features or steps that have been described with reference to one of the above embodiments can also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be regarded as a limitation.
Bezugszeichenlistelist of reference symbols
- 100100
- Sandwichplattesandwich panel
- 110110
- erste Deckschichtfirst top layer
- 120120
- zweite Deckschichtsecond top layer
- 130130
- Kernschichtcore layer
- 131131
- erste Oberflächefirst surface
- 132132
- zweite Oberflächesecond surface
- 135135
- Seitenflächeside surface
- 138138
- Kontaktbereichcontact area
- 140140
- Lasteinleitungspunktload introduction point
- 200200
- Bauteilcomponent
- 202202
- laterale Ausnehmunglateral recess
- 300300
- VerfahrenProceedings
- 310310
- erster Schrittfirst step
- 320320
- zweiter Schrittsecond step
- 330330
- dritter Schrittthird step
- 340340
- vierter Schrittfourth step
- F1F1
- Normalkraftnormal force
- F2F2
- Lateralkraftlateral force
Claims (10)
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Family Applications (1)
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-
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