DE2046297A1

DE2046297A1 - Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit faser oderfadenver starktem Kunstharz Werkstoff

Info

Publication number: DE2046297A1
Application number: DE19702046297
Authority: DE
Inventors: Colin Failsworth Manchester Hobbs (Großbritannien) B29d
Original assignee: Hawker Siddeley Aviation Ltd
Current assignee: Hawker Siddeley Aviation Ltd
Priority date: 1969-09-25
Filing date: 1970-09-19
Publication date: 1971-04-08
Also published as: FR2062324A5; GB1320912A

Description

DR. KURT-RUDOLF EIKENBERG ·

PATENTANWALT

HANNOVER · SCHACKSTRASSE 1 · TELEFON (OSIT) «140 68 ■ KABEL PATENTION HANNOVER

Hawker Siddeley Aviation Limited 240/478

Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit faser- oder fadenverstärktem Kunstharz-Werkstoff

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit faser- oder fadenverstärktem Kunstharz-

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Werkatoff , insbesondere mit Jcarbonfaser-verstärkte» Kara,

Es iat ein Ziel der Erfindung , Faden-Wickelteehnlken bei der Herstellung einer Vielzahl von Winkolprofil-Gliedern

einzusetzen. ,

Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, erreicht, daß beim Aufwickeln harz-getränkter Fasern oder Fäden ein verformbares Element als Wickelkörper verwendet wird, und daß der Wickelkörper und dessen hara-getränkue Faser- oder Fadenauflagen nach dem Aufwickelvorgang einem Druck- oder FormungsVorgang unterworfen werden, um den Querschnitt des Werkstückes zu verändern, bevor das Harz endgültig aushärtet, wobei das verformbare Element einen permanenten Kern des auf diese Weise hergestellten Werkstückes bildet.

Bei geeigneter Wahl der Querschnittsformen der Basis-Kernelemente , auf welche die barz-getränkten Fäden aufgelegt werden, ist es möglich, nach diesem Verfahren eine große Zahl unterschiedlich geformter Winkelprofil-Bauteile herzustellen.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsfona der Erfindung kann als Träger für den verformbaren Kern während des Wickelvorganges ein herausnehmbarer Dorn verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zweckmäßigen

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Abwandlungen wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 die Grundform eines einfachen Winkelprofile,

Fig. 2,

3 und 4 erfindungsgemäße Verfahrenssehritte bei der Herstellung eines solchen Winkelprofils,

Fig. 5 das fertiggestellte Profil ,

Fig. 6

und 7 zwei wahlweise beschreitbare Wege zur

Durchführung der endgültigen Formgebung

und Aushärtung, und
Fig. 8
bis 12 unterschiedlich geformte Xerneleinente,

von welchen bei der Herstellung weiterer,

in

Fig. 8A

bis 12A dargestellter Profilteile ausgegangen werden kann.

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In Fig. 1 ist ein einfaches Winkelprofil 10 dargestellt, anhand dessen der Querschnitt eines herzustellenden Elementes betrachtet wird. Die dargestellte Querschnitte^orm besitzt Schenkellängen a und b, eine Dicke t und einen inneren Kantenradius r. Die Herstellungsschritte werden im folgenden erläutert: '

Ein FeinblRchstreifen 11 aus Hartaluminium oder anderem geeignetem Metall, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine Dicke von etwa 0,15 mm besitzt, ist auf seiner Länge derart umgebogen, daß er ein in Fig. 2 dargestelltes offenes Kastenprofil aufweist, dessen Innenseite vorher mit einem Montagekleber überzogen wurde. Dieser Überzug kann zweckmäßigerweise durch Aufsprühen einer Klebstofflösung erfolgen, aus der durch anschließende Warmetrocknung die Lösungsmittel ^: entfernt werden. Zwei benachbarte Seiten 16 und 17 sind über eine Kante 15 mit einem Kantöäradius von r + ^- verbünden, und ihre Längen betragen a - t und b - t . An-der ^: ge ge nü Vorliegenden Kante ist ein Spalt 18 ausgespart, dessen' Breite, wie dargestellt, gleicn ₀ _. /„ t \ ist.

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Das so aus Metall geformte Kastenprofil 11 wird nach Art einer Manschette auf einen in Fig. 3 dargestellten Dorn aufgebracht, der beispielsweise aus Hartholz oder Aluminium bestehen kann. Dieser Dorn hat einen rechteckigen Querschnitt,

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wobei eine Kante 19 entsprechend dem Spalt 18 im Kastenprofil 11 abgeschrägt ist.

Im nächsten Verfahrensschritt wird dann harz-getränkte Karbonfaser auf die Manschette aufgebracht, die bei Anwendung einer bekannten Faden- oder Kabelwickeltechnik eine Folge von schraubenförmigen Windungslagen 13 bildet, wie in Pig. dargestellt ist. Falls es im Interesse einer zusätzlichen Richtungsfestigkeit erforderlich ist, kann vor dem Aufwickeln der schraubenförmigen Windungslagen 13 eine aus vorimprägnierten, einheitlich ausgerichteten (Kettenrichtung) Karbonfasern bestehende Schicht 14 auf das Kastenprofil-Teil 11 aufgewickelt werden, wie ebenfalls in Fig. 4 dargestellt ist.

Nachdem die erforderliche Anzahl von schraubenförmigen Windungslagen aufgebracht ist, wird das aus Metall bestehende Kastenprofil-Teil 11 mit den darauf befindlichen Wicklungen fortlaufend der Länge nach von dem Wickeldorn 12 abgezogen und trittdurch eine Reihe von Form-Rollen 20 hindurch, die in einer Umgebung erhöhter Temperatur angeordnet sind (Fig. 6). Zweck dieser Form-Rollen 20 ist es, die Seiten 21 : und 22 und die Spalt-^MKante" 18 des Kastenprofils 11 mit den darauf angeordneten Windungsteilen sozusagen nach innen zu drücken, so daß diese Seiten mit den Seiten 16 und 17 in Berührung kommen und somit ein Winkelprofil-Bauteil mit konstantem Querschnitt entsteht, wie e3 in Fig. 5 dargestellt ist.

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Falls die Länge der gewickelten Kastenprofil-Teile verhältnismäßig klein ist, können diese anstelle der, Formling mittels Rollen nach Abziehen vom Dorn 12 in eine Druckpresse (Pig. 7) gebracht werden, und auf ihrer ganzen Länge, gleichzeitig zu dem endgültigen , in Fig. 5 dargestellten Profil geformt werden. ■

Bei beiden Verfahren der endgültigen Formung sind die Drücke und Temperaturen, denen die Werkstücke während und nach den Formungsvorgängen unterworfen sind, so gewählt, daß sowohl die Harzimprägnation des Karbonfaser-Gefüges 13,.H als auch die innere Klebstoffschicht des Aluminiuia-Wickelkörpers mit Sicherheit ihre optimalen, durch Wärmehärtung erzielbaren FestigkeitseigenBchaften erreichen. In jedem Fall (Fig. 6 und 7) wird hierzu ein Aushärt-Ofen 2.4- verwendet. Wenn die Formung in einer Druckpresse ausgeführt wird, kann das geformte Werkstück in eine in Fig. 7 schematisch dargestellte formhaltende Einspannvorrichtung 25 gebracht werden, um ein Zurückschnellen des Werkstückes vor und während der Härtung zu verhindern.

Nach diesem Verfahren können Bauteile mit einer Vielzahl unterschiedlicher Profile mit konstantem Querschnitt hergestellt werden. Einige hiervon sind in Fig. 8 bis 12 bzw.SA bis 12A dargestellt. Dabei zeigen Fig. 8 bis 12 die Grundquerschnitte des Aluminium-Wickelkörpers, auf den die harz-getränkten Karbonfasern aufgewickelt werden, während

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Fig. OA bis 12A die endgültigen Querschnittsprofile nach der Formgebung zeigen. In jedem Fall weist der Grundquerschnitt 30 , der zu Beginn des Herstellungsverfahrens verwendet wird, Teile 31 und 32 auf, die bei dem endgültigen FormungsVorgang in ähnlicher Weise wie die Seiten 21 und 22 der in Fig. 2 bis 5 gezeigten Querschnittsform nach innen gefaltet werden.

Bei den in Fig. 9 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispielen wird im abschließenden Verfahrensschritt der Formgebung eine weitere Formung ausgeführt, durch die bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 9 und 11 neue Knicke an den Stellen 33 und 34 erzeugt werden. Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 8 bis 11 ist während des Aufwickeins der verstärkten Harzschichten 36 ein einziger, aus Holz bestehender zweckmäßig geformter Dorn 55 vorgesehen, während bei der Ausführungsform nach Fig. 12 sv/ei Dorne 37 verwendet werden.

Obwohl sich die Beschreibung der Ausführungsfeeispiele speziell auf die Verwendung von Karbonfasern bezieht, kann die erfindungsgemäße Technik in ähnlicher Weise auch mit anderen Arten kunstharzverstärkter Fasern oder Fäden durchgeführt werden.

-Patentansprüche-

Ku/kä _D_

109M5/7 0 36 ^BAD

Claims

2ÜA6297

Patentansprüche

■1.^Verfahren zur Herstellung eines Winkelprofil-Bauteils mit faser- oder fadenverstärktem Kunstharz-Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufwickeln harz-getränkter Fasern ' oder Fäden ein verformbares Element als Wickelkörper verwendet wird, und daß der Wickelkörper und dessen harz-getränkte Faser- oder Fadenauflage nach dem Aufwickelvorgang einem Druck- oder FormungsVorgang unterworfen werden, um den Querschnitt des Werkstückes zu verändern, bevor das Harz endgültig aushärtet, wobei das verformbare Element einen permanenten Kern des auf diese Weise hergestellten Wertstückes ⁷^"""---^ bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Element aus dünnem Metall besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein herausnehmbarer Dorn für das verformbare Kernelement verwendet ist, der während des Wickelvorgangs als Träger für das Kernelement dient.

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_BAD

"4. "Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Druck- oder i'ormungs Vorganges zusätzliche Knicke an dem Werkstück erzeugt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 3 und 4 , dadurch gekennzeichnet» daß wenigstens die während des Aufwickelvorganges mit dem Dorn in Berührung stehenden Wandflächen des verformbaren Kernelementes vor dem Aufbringen auf den Dorn mit einem Montageklebstoff besprüht werden, der zusammen mit der Harzauflage aushärtet , und daß der Klebstoff im wesentlichen ungehärtet bleibt, wenn der Dorn nach dem Wickelvorgang j abgenommen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 3 und 4 oder 5>. dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil oder Teile der ver- ' . ; stärkten Harzauflage die während des Wickelvorganges mit der Dornoberfläche in Berührung stehen, nach Abnehmen vom Dorn so verformt werden, daß sie während des Druck- oder Pormungs- j Vorganges mit Oberflächen des Kernelementes in Berührung gebracht werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 3 und 4 oder

5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Oberflächen des Kernelementes, die während des Aufwickelvorganges mit dem Dorn in Berührung stehen, nach Abnehmen von dem Dorn während des I Druck- oder Pormungsvorganges'mit einer anderen Oberfläche in Berührung gebracht werden.

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-ΊΟ-

θ. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, daß vor dem Aufwickein eine vorimprägnierte Schicht aus einheitlich in Längsrichtung (Ketten·* richtung) liegenden Pasern oder Fäden auf das Werkstück aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekemae.ichnet, daß der lOrmungsvorgang in einer Druckpresse ausgeführt wird, und daß das Werkstück in eine Spannvorrichtung eingebracht wird, um ein 2urückschnellen während des Aushärtens zu vermeiden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der lOrmungsvorgang derart ausgeführt wird, daß das Werkstück der Länge nach zwischen Form-Rollen hindurchtritt, die sich eur Aushärtung in einer Umgebung mit erhöhter Temperatur befinden.

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