DE3644676A1 - Verfahren zur herstellung von leichtbauteilen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von leichtbauteilen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen mit einem geschäumten, gekammerten oder wabenförmigem Kern und einem Mantel aus fasermattenver­ stärktem thermoplastischen Material, das den Kern sand­ wich- oder schalenförmig einschließt.
Als Beispiele derartiger Leichtbauteile, bei denen es auf eine hohe Biegesteifigkeit bei möglichst geringem Gewicht ankommt, sind etwa Schwerter bzw. Finnen für Surfbretter sowie Ski, Wasserski, Snowboards und ähnlich hochbelastete Teile zu nennen.
Bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung derartiger Bauteile wird die Mantelschicht aus faserverstärktem Kunststoff von Hand auf einen ge­ schäumten Kern auflaminiert, oder es werden im Spritz­ gußverfahren zwei Halbschalen aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt und nach Einlegen des Kerns miteinander verklebt.
Diese Verfahren sind relativ arbeits- und zeitaufwendig und zudem aufgrund der beim Kleben oder Laminieren ent­ stehenden Lösungsmitteldämpfe mit Gesundheits- und Umweltgefahren verbunden. Bei extremer Beanspruchung weisen die nach diesen Verfahren hergestellten Erzeug­ nisse keine ausreichende Biegesteifigkeit und Schlag­ festigkeit auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung anzugeben, das eine saubere und rationelle Herstellung von Leichtbauteilen mit erhöhter Biegesteifigkeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die fol­ genden Verfahrensschritte:
  • a) ebene Zuschnitte des Mantelmaterials werden er­ wärmt,
  • b) der Kern wird beidseitig mit dem erwärmten Man­ telmaterial belegt und in ein Preßwerkzeug ein­ gebracht,
  • c) das Mantelmaterial wird auf den Kern gepreßt.
Es ist im Prinzip bereits bekannt, glasmattenverstärkte thermoplaste (GMT) im Fließpreßverfahren zu verarbeiten. Bei dem bekannten Verfahren werden zunächst ein oder mehrere Glasmatten mittels Druck und Hitze mit dem Matrix­ material, beispielsweise Polypropylen, Polyacryl oder an­ deren Thermoplasten zu einer homogenen Halbzeugplatte ver­ bunden. Die Halbzeugplatten werden anschließend zuge­ schnitten, erwärmt und in einem Preßwerkzeug komprimiert, so daß sich das Material in alle Extremitäten des her­ zustellenden Bauteils verteilt. Nach diesem Verfahren konnten jedoch bisher nur massive GMT-Teile hergestellt werden.
Durch die Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, das GMT-Material unmittelbar auf oder um einen Kern zu pressen. Aufgrund der gleichmäßigen Druckbeaufschlagung im Preßwerkzeug ist der Kern trotz seiner wabenförmigen oder schaumförmigen Konsistenz in der Lage, den für das Pressen des Mantelmaterials erforderlichen Gegendruck zu erzeugen. Das gepreßte GMT-Material zeichnet sich durch eine hohe Schlagzähigkeit und Biegesteifigkeit aus. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Biege­ steifigkeit zusätzlich dadurch erhöht, daß das Mantel­ material fest an die Oberfläche des Kerns angepreßt oder - beispielsweise bei einem wabenförmigen Kern - in die Kernoberfläche eingepreßt wird. Bei Bauteilen mit ausgeprägter räumlicher Struktur wird GMT-Material im Fließpreßverfahren aufgepreßt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können sowohl Bau­ teile mit einer sandwichartigen Schichtstruktur als auch Bauteile hergestellt werden, bei denen der Mantel den Kern in Form einer geschlossenen Hülle umgibt. Im letzteren Fall fließen bei dem Preßvorgang die Ränder der Mantel­ material-Zuschnitte ineinander, wobei die chemisch an das Matrixmaterial gebundenen Glasfasern der verschiedenen Zuschnitte sich miteinander vernetzen. Auf diese Weise wird durch das Mantelmaterial eine nahtlose, homogene und daher besonders widerstandsfähige Schale gebildet.
Bevorzugt wird der Kern, bevor er mit den Zuschnitten des Mantelmaterials belegt wird, mit einer thermoplastischen Folie umwickelt oder in eine thermoplastische Folie ein­ geschrumpft. Hierdurch wird eine feste Verbindung zwischen Kern und Mantel geschaffen und ein zu tiefes Eindringen des Mantelmaterials in die Hohlräume des Kerns verhindert. Das Mantelmaterial ist vorzugsweise durch Glasfasermatten verstärkt. Es können jedoch auch Kohlenstoffasern oder sonstige Verstärkungsmaterialien eingesetzt werden. Darüber hinaus ist es möglich, den Mantel durch Einlegeteile aus Metall oder dergleichen an bestimmten Stellen gezielt zusätzlich zu verstärken.
Der Kern wird beispielsweise durch Polyurethanschaum, Hart-PVC-Schaum oder durch Waben aus ABS oder anderen thermoplastischen Polymeren oder aus phenolharz-getränktem Papier gebildet. Diese Kernmaterialien und das Matrixmaterial des Mantels lassen im Fließpreßverfahren wirtschaftlich und umweltfreundlich verarbeiten. Bei Verwendung von Polypropylen für den Kern, die Folie und den Mantel besteht darüber hinaus die Möglichkeit einer Wiederverwendung (Recycling).
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her­ gestelltes Schwert für ein Surfbrett; und
Fig. 2 veranschaulicht einen Verfahrens­ schritt des Herstellungsverfahrens.
Ein Schwert 10 für ein Surfbrett weist gemäß Fig. 1 einen Wabenkern 12 und einen homogenen, geschlossenen Mantel 14 auf. Der Wabenkern 12 wird durch eine Vielzahl paralleler dünnwandiger Rohre aus ABS-Harz gebildet, die an ihren äußeren Umfangsflächen miteinander verschweißt sind (System Tubus-Bauer). Der Mantel 14 besteht aus einem glasmatten­ verstärkten thermoplastischen Material wie Polypropylen oder dergleichen.
Anstelle des Wabenkerns 12 kann auch ein Kern aus Struktur­ schaum, ein gitterförmiger Kern oder ein verripptes Form­ teil aus GMT oder dergleichen vorgesehen sein.
Bei der Herstellung wird zunächst der Kern 12 auf eine geeignete Form zugeschnitten und in eine thermoplastische Schrumpffolie eingeschlossen. Das Mantelmaterial liegt zunächst in Form flacher homogener Halbzeugplatten aus GMT vor, die dann geeignet zugeschnitten werden. Die Zuschnitte werden in einem Durchlaufofen erwärmt, bis das Matrixmaterial flüssig wird und die Glasmatten auf­ quellen. Der in die Folie eingeschlossene Kern 12 wird beidseitig mit den heißen, biegeschlaffen Zuschnitten 14′ belegt und in ein gekühltes Preßwerkzeug 16 eingebracht (Fig. 2). Beim Schließen des Werkzeugs wird das Mantel­ material fest auf den Kern 12 aufgepreßt. Die Ränder der Zuschnitte 14, 14′ fließen dabei ineinander, so daß sich die Fasern der jeweiligen Glasmatten miteinander vernetzen und eine homogene Struktur bilden.
Nach diesem Verfahren lassen sich Schwerter oder Finnen für Surfbretter sowie vergleichbare Leichtbauteile mit kurzen Taktzeiten wirtschaftlich herstellen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen mit einem geschäumten, gekammerten oder wabenförmigen Kern und einem Mantel aus fasermattenverstärktem thermoplastischem Material, der den Kern sandwich- oder schalenartig einschließt, ge­ kennzeichnet durch die folgenden Verfahrens­ schritte:
  • a) ebene Zuschnitte des Mantelmaterials werden erwärmt,
  • b) der Kern wird beidseitig mit dem erwärmten Mantelmaterial belegt und in ein Preßwerkzeug eingebracht,
  • c) das Mantelmaterial wird auf den Kern gepreßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kern aus wabenförmigem Material besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kern mit einer thermoplastischen Folie umhüllt wird, bevor er mit dem Mantelmaterial be­ legt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Folie auf den Kern aufgeschrumpft wird.
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