DE3716335A1 - Verfahren zur herstellung von geschlossenen formkoerpern - Google Patents

Verfahren zur herstellung von geschlossenen formkoerpern

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geschlossenen Formkörpern mit integrierten Versteifungen.
Aus der DE-PS 36 05 256 ist ein Verfahren zur Herstellung von ebenen oder schalenförmig gekrümmten und mit Stringern, Rippen oder Spanten als Versteifungsprofile versehenen Bau­ teilen verschiedener Abmessungen aus faserverstärkten Kunst­ stoffen bekannt. Hierbei werden zunächst Simulate für die Versteifungsprofile auf einem Simulat für die Beplankung auf der Kontur einer Formmulde als formgebende Vorrichtung angeordnet. Auf diese Simulate wird ein faserverstärkter Elastomer oder Kunststoff aufgetragen, dem ein Aushärten zu einer Matte folgt. Danach wird die Matte und das aus den Versteifungsprofilen und der Beplankung bestehende Simulat aus der Formmulde entfernt. Anschließend folgt ein Einbrin­ gen von aus faserverstärkten Kunststoffen bestehenden vor­ gefertigten unausgehärteten Versteifungsprofilen wie Strin­ ger, Rippen oder Spanten in die mit Aussparungen versehene Matte. Darüber wird ein ebenes ungehärtetes, aus faserver­ stärkten Kunststoffen bestehendes Beplankungsgelege gelegt. Es folgt ein Umformen dieses Geleges über die Matte und Auflegen der Formmulde darüber. Die Matte wird gegenüber der Formmulde an den Rändern vakuumdicht abgedichtet und anschließend in einem Ofen oder Autoklaven die Beplankung und Versteifungsprofile bei einer Temperatur bis maximal 400°C und unter einem Druck bis maximal 15 bar in einem Arbeitsgang durch Aushärten miteinander verbunden. Ab­ schließend wird die Matte vom fertigen Bauteil entfernt.
Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, ausgesteifte Strukturen oder Teile davon aus faserverstärkten Kunststoffen in einem Aus­ härtevorgang in einem Ofen oder Autoklaven herzustellen und die Werkstoff- und Herstellungskosten zu reduzieren.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß damit mittels Versteifungen ausgesteifte aus faserverstärkten Kunststof­ fen bestehende gewickelte Strukturen in verschiedenen Form­ gebungen, insbesondere für den Flug- und Wasserfahrzeugbau, z.B. Rumpf- und Tragwerkkonstruktionen kostengünstig her­ stellbar sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf einen mit Stützelementen versehenen Wickelkern eine elastische Matte gelegt, in welcher den Versteifungen des fertigen Bauteils entsprechend Vertiefungen eingearbeitet sind. Diese Vertie­ fungen werden mit den vorgefertigten Versteifungen in Pre­ pregform ausgefüllt und um die elastische Matte wird die gewünschte Beplankungsschicht entweder in Naß- oder Pre­ pregtechnik in Form einer harzgetränkten Endlosfaser ge­ wickelt. Zur Aushärtung werden über die gewickelte Struk­ tur geteilte Formmulden gelegt, wobei die elastische Matte durch ein Vakuum so an die Formmulden angesaugt wird, daß der Wickelkern daraus entfernt werden kann und die zur Aus­ härtung notwendige Vakuumabdichtung gewährleistet ist. Während des Aushärtevorgangs legt sich die elastische Matte infolge ihrer geometrischen und versteifungsspezifischen Gestaltung so an die ausgesteifte bzw. verrippte Kontur an, daß sowohl die erforderliche Stützfunktion als auch die notwendigen Anpreßkräfte über das Vakuum eine optimale Qualität des Bauteils ergeben. Mit dem Verfahren können unterschiedliche Versteifungsprofile und Aufdickungen rich­ tungsunabhängig berücksichtigt werden.
Ein Ausführungsbeispiel ist folgend beschrieben und durch Skizzen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Urkern mit Außendurchmesser und Außen­ kontur eines herzustellenden Bauteils,
Fig. 2 einen Aufbau zur Herstellung einer elastischen Matte mit einem Bauteilsimulat in einer drei­ teiligen Formmulde,
Fig. 3 einen schichtweisen Aufbau einer elastischen Matte,
Fig. 4 Einbringen von Versteifungen in die auf einem Wickelkern aufgelegte elastische Matte gemäß Fig. 2 und 3,
Fig. 5 Umwickeln der um einen Wickelkern gelegten und mit Versteifungen versehenen Matte mit einer Endlosfaser als Beplankung.
Zur Herstellung eines gewickelten Bauteils wird zunächst ein seiner Außenkontur entsprechendes Positiv, ein soge­ nannter Urkern 1 hergestellt (Fig. 1). Anschließend wird darauf eine beispielsweise dreigeteilte Formmulde 2 als Negativ angeordnet, in welcher das herzustellende Bauteil gehärtet wird. In der Formmulde 2 werden maßgetreue Simu­ late 3 positioniert und befestigt, welche den im fertigen Bauteil enthaltenen Versteifungen (z.B. Stringer, Spante, Aufdickungen, Rippen, Beschläge, Anschlußteile) entsprechen. Über diesen Simulaten 3 wird eine in der Formmulde 2 (Fig. 2) aufgebaute elastische Matte 4 gelegt, welche z.B. aus einem Schalensimulat, einem Stringersimulat, einer ersten Gummilage, einer CFK-Verstärkung, einer zweiten Gummilage und einer Vakuumfolie mit Vlieslage besteht (Fig. 3). Diese Matte 4 wird nach vorgegebenen Bedingungen ausgehär­ tet und anschließend auf einen Wickelkern 5 positioniert und befestigt. Der Wickelkern 5 ist aus Stützträgern 6, Zentrierscheiben 7 und Polkappen 8 zusammengesetzt und ro­ tiert beim Wickelvorgang um ein Einspannrohr 9 (Fig. 5 unten). Die Stützträger 6 sind in Abständen angeordnet, in welche in der Matte 4 abgeformte Vertiefungen 10 ragen. Nach dem an sich bekannten Prepreglaminierverfahren hergestellte und vorgefertigte Versteifungen 11 (z.B. Stringer) werden in die Vertiefungen 10 (Fig. 4) eingesetzt bzw. eingescho­ ben. Anschließend wird nach dem an sich bekannten Naß- oder Prepregwickelverfahren über bzw. um die Matte 4 und den eingebrachten Versteifungen 11 eine aus z.B. Kohlenstoff-, Aramid-, Glas-, Bor- oder anderen wickelbaren Fasern beste­ hende harzgetränkte Endlosfaser 12 gewickelt. Die geteilte Formmulde 2 wird über das nunmehr ausgehärtete Bauteil, der Matte 4 und dem Wickelkern 5 aufgebaut (Fig. 2). Dabei wird die Matte 4 gegen die Formmulde 2 vakuumdicht befestigt und der Wickelkern 5 daraus entfernt (Fig. 5). Anschließend wird das mit der Matte 4 gegen die Formmulde 2 vakuumdicht abgeschlossene Bauteil in einem nicht näher ge­ zeigten Autoklaven oder nach vorgegebenen Härtebedingungen ausgehärtet. Das fertige Bauteil wird dann durch Entfernen der Formmulde 2 und Matte 4 entformt.
Die Formmulde 2 ist zweckmäßigerweise geteilt, wobei zwi­ schen den Teilungsflächen der einzelnen Teile Toleranzbei­ lagen 13 angeordnet sein können.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von geschlossenen Formkörpern mit integrierten Versteifungen, gekennzeich­ net durch folgende Verfahrensschritte:
  • a) um einen Wickelkern (5) wird eine elastische Matte (4) gelegt, welche die Geometrie der Versteifungen (11) negativ enthält,
  • b) in die Matte (4) werden unausgehärtete Ver­ steifungen (11) eingebracht,
  • c) darüber wird als Beplankung eine harzgetränkte Endlosfaser (12) gewickelt,
  • d) dieser Aufbau wird nach Entfernen des Wickel­ kerns (5) gegen eine Formmulde (2) unter Vakuum gehärtet.
2. Kern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er die Matte (4) in der gewünschten Form hält, verstellbar ist und die Reaktionskraft beim Wickeln aufnimmt.
3. Matte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Versteifungen (11) in der gewünschten Position hält, vakuumdicht ist und den Härtebedingungen stand hält.
4. Versteifungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch ein Laminierverfahren aus Prepregs her­ gestellt sind.
5. Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß er nach Anspruch 1 hergestellt ist.
6. Formkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Flugzeug-, Raumfahrzeug-, Land- oder Wasserfahr­ zeug-Rumpf, Tank, eine Röhre oder ein Teil von Land-, Luft- oder Wasserfahrzeugen ist.
7. Formmulde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine ein- oder mehrteilige Negativform (2) der Form­ körper-Außenstruktur ist.
8. Mehrteilige Formmulde nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Toleranzbeilagen (13) zwischen den Teilungsflächen.
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