DE19940828C1

DE19940828C1 - Verfahren zur Herstellung eines Krafteinleitungsbereiches an einem Bauteil aus faserverstärktem Duroplast

Info

Publication number: DE19940828C1
Application number: DE19940828A
Authority: DE
Inventors: Georg Maier; Klaus Seitz
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium der Verteidigung
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium der Verteidigung
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2019-08-28

Abstract

Die neue Erfindung soll ein Verfahren zur Herstellung eines Krafteinleitungsbereiches an ein Bauteil aus faserverstärktem Duroplast so ausbilden, dass das erhaltene Bauteil formschlüssig mit anderen Komponenten verbindbar ist, wobei die Festigkeitseigenschaften des Bauteiles im Wesentlichen erhalten bleiben. DOLLAR A Bei dem neuen Herstellungsverfahren erhält ein Abschnitt (20) des Krafteinleitungsbereiches nach dem Aushärten des Duroplasts mit folgenden Schritten deutlich sichtbare Umformungen: DOLLAR A a) Erhitzen des Bauteils (1) auf eine Temperatur im Bereich der Glasübergangstemperatur, welche zu seiner Erweichung führt, DOLLAR A b) gezielte Verformung des Bauteils (1), DOLLAR A c) Abkühlen des Bauteils (1) unter Beibehaltung der gezielten Verformung. DOLLAR A Die neuen Bauteile eignen sich für Zug- oder Druckstäbe. Ein Anwendungsgebiet liegt in der Verankerung von CFK-Kabel im Brückenbau.

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches.

Derzeit werden Bauteile aus faserverstärktem Duroplast bereits bei der Herstellung in ihre endgültige Form gebracht. Dies erfolgt während der Aushärtung des Duroplasts, welcher die verbindende Matrix für die hochfesten bzw. hochsteifen Fasern darstellt. Um die Form der Bauteile nach der Aushärtung der Matrix zu verändern, führt man eine spanende Bearbei tung durch. Zur Verbindung der Bauteile aus faserverstärktem Duroplast mit anderen Bau teilen wendet man Nieten, Schrauben oder Kleben an. Mit Nachteil ist es für die Niet- und Schraubverbindungen erforderlich, dass Löcher in die Bauteile aus faserverstärktem Du roplast gebohrt werden. Hierdurch werden die Fasern unterbrochen, wodurch das Potential der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs nicht in vollem Maße ausgenutzt wird. Klebverbindungen weisen mit Nachteil in feuchter Umgebung und bei erhöhten Temperatu ren oftmals eine unzureichende Festigkeit auf.

Aus der DE 26 10 915 A1 ist ein Bauteil aus faserverstärktem Duroplast bekannt. Das Bauteil umfasst einen Krafteinleitungsbereich, der aus Schichten aufgebaut ist. Zwischen den Schichten sind metallische Kraftweiterleitungselemente geklebt. Bei den Kraftweiterleitungs bereichen kann es sich um Keile mit Schultern handeln. Mit den Kraftweiterleitungsbereichen erzielt man große Klebeflächen und damit eine gute Krafteinleitung.

Aus der Veröffentlichung "Gezielt eingebrachte Eigenspannungen in Faserverbundbauteilen" des Herrn Schürmann (Kunststoffe 74, 1984, H. 9, S. 520 bis 525), der DE 34 32 905 A1 und der DE 39 42 046 C2 ist jeweils ein Bauteil aus faserverstärktem Duroplast bekannt, welches mit folgenden Schritten behandelt wurde:

- Erhitzen des Bauteils auf eine Temperatur, welche zu seiner Erweichung führt,
- gezielte Verformung des Bauteils,
- Abkühlen des Bauteils unter Beibehaltung der gezielten Verformung.

In Abweichung zur diesseitigen Erfindung dienen die vorgenannten Verfahrensschritte dazu, die Festigkeit des Bauteils aus faserverstärktem Duroplast zu erhöhen. In die Bauteile wer den gezielt Eigenspannungen hineingebracht, die der späteren Belastung entgegenwirken.

Zwar stellen sich in dem Bauteil örtlich bleibende Verformungen ein, jedoch sind diese Ver formungen mit dem bloßen Auge nicht erkennbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Krafteinlei tungsbereiches an ein Bauteil aus faserverstärktem Duroplast auszubilden, dass das erhal tene Bauteil formschlüssig mit anderen Komponenten verbindbar ist, wobei die Fes tigkeitseigenschaften des Bauteiles aus faserverstärktem Duroplast im Wesentlichen erhal ten bleiben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass man auf einfache Art und Weise durch eine deutlich sichtbare Umformung einen Krafteinleitungsbereich für Bauteile aus faserverstärk tem Duroplast erhält. Bei dem Bauteil kann es sich beispielsweise um ein Halbzeug handeln. Das Halbzeug kann flächig, stabförmig, streifenförmig oder seilartig ausgebildet sein. Am Ende eines derartigen Gebildes kann der Krafteinleitungsbereich vorgesehen sein. Mit der Möglichkeit, im Krafteinleitungsbereich einen Abschnitt umzuformen, kann das Bauteil form schlüssig mit anderen Komponenten verbunden werden. Anders als bei Schraub- oder Niet verbindungen, bei denen Bohrungen das Bauteil schwächen, wird durch die formschlüssige Verbindung das Potential der mechanischen Eigenschaften der Bauteile aus faserverstärk tem Duroplast besser ausgenutzt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von verschiedenen, in den Zeichnungen dargestell ten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen

Figs 1 eine Vorrichtung, um an ein streifenförmiges Bauteil aus faserverstärktem Duroplast an einem Ende einen Krafteinleitungsbereich zu schaffender eine Umformung mit einer Abwinkelung aufweist;

Fig. 2 eine weitere Vorrichtung, mit der man im Unterschied zur Fig. 1 eine Umformung mit zwei Abwinkelungen erhält;

Fig. 3 eine weitere Vorrichtung, mit der man im Unterschied zur Fig. 1 eine beulenförmi ge Verformung erzielt.

Fig. 1 zeigt ein Bauteil 1, einen beweglichen Stempel 50 und eine ortsfeste Form 60. Das Bauteil 1 ist ein Streifen mit rechteckigem Querschnitt. Um die in Fig. 1 gezeigte Abwinke lung am Bauteil zu erhalten, wendet man 3 Verfahrensschritte an.

Im ersten Schritt erhitzt man das Bauteil 1 auf eine Temperatur im Bereich der Glasüber gangstemperatur, welche zu seiner Erweichung führt. Zweckmäßig ist es, die ortsfeste Form 60 und den beweglichen Stempel 50 auf die gleiche Temperatur zu bringen.

Im zweiten Schritt erfolgt die plastische Umformung des Bauteils 1. Hierzu wird der Stem pel 50, der keilförmig ausgebildet ist, nach unten gedrückt, wodurch das obere Ende des Bauteils 1 zur Seite abgewinkelt wird.

Im dritten Schritt kühlt man das Bauteil 1 ab. Dabei bleibt das Bauteil 1 in der ortsfesten Form 60, wobei der Stempel 50 in seiner heruntergedrückten Stellung verbleibt. Nach der Entnahme des Bauteiles 1 aus der Form 60 weist dieses einen Krafteinleitungsbereich mit einem Abschnitt 20 auf, der eine deutlich sichtbare Verformung aufweist, bei der es sich konkret um eine Abwinkelung handelt. Mit dieser Abwinkelung ist es möglich, ein anderes Bauelement formschlüssig hieran zu verbinden.

Im Unterschied zur Fig. 1 dient die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung mit dem Stempel 50 und der Form 60 dazu, an das Bauteil 1 zwei symmetrisch zueinander stehende Abwinkelungen anzubringen. Zuvor muss jedoch an das Bauteil 1 ein Schlitz angebracht werden. Der Schlitz wird parallel zur Faserrichtung angeordnet, so dass der Faserverlauf nicht unterbrochen und der Werkstoff nicht wesentlich geschwächt wird. In Fig. 2 ist der Abschnitt 20 mit den deutlich sichtbaren Umformungen illustriert.

Die Fig. 3 zeigt im Unterschied zur Fig. 1 eine Vorrichtung, um eine beulenartige Verfor mung an ein Bauteil aus faserverstärktem Duroplast anzubringen. Genau wie in Fig. 1 ist das Bauteil 1 wiederum ein Streifen mit rechteckigem Querschnitt. Um nach dem Erhitzen des Bauteils 1 dieses plastisch zu verformen, findet ein beweglicher Stempel 50 Verwen dung, der eine kegelförmige Spitze aufweist. In der ortsfesten Form 60 befindet sich eine kegelförmige Aussparung, die der kegelförmigen Spitze des beweglichen Stempels 50 ent spricht. Drückt man den Stempel 50 auf das Bauteil 1, beult das Bauteil 1 kegelförmig ein. Der Abschnitt 20 mit der beulenartigen Verformung ist Teil des Krafteinleitungsbereiches 10 des Bauteiles 1 und dient dazu, mit einem anderen Bauelement eine entsprechende form schlüssige Verbindung auszubilden.

Bei den Bauteilen mit den angebrachten Krafteinleitungsbereichen kann es sich um Zug- oder Druckstreben handeln.

Ebenso können die Bauteile Probekörper zur Bestimmung von mechanischen Eigenschaften sein. Als weiteres konkretes Anwendungsbeispiel ist die Verankerung von CFK-Kabel im Brückenbau zu nennen.

Bezugszeichenliste

1

Bauteil

20

Abschnitt mit deutlich sichtbaren Verformungen

50

Beweglicher Stempel

60

Ortsfeste Form

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Krafteinleitungsbereiches an einem Bauteil (1) aus faser vestärktem Duroplast, bei dem mit folgenden Schritten ein Abschnitt (20) des Krafteinlei tungsbereiches nachdem Aushärten des Duroplasts deutlich sichtbare Umformungen erhält:

a) Erhitzen des Bauteils (1) auf eine Temperatur im Bereich der Glasübergangstempera tur, welche zu seiner Erweichung führt,
b) gezielte Verformung des Bauteils (1),
c) Abkühlen des Bauteils (1) unter Beibehaltung der gezielten Verformung.