DE4418809A1

DE4418809A1 - Verformbares Leichtbauelement

Info

Publication number: DE4418809A1
Application number: DE19944418809
Authority: DE
Inventors: Gert Prof Stolz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 1995-12-07

Description

Leichtbauelemente werden in vielen Gebieten der Technik eingesetzt, man denke nur an den Fahrzeugbau und den Flugzeugbau. Die Vorteile sind allseits bekannt und müssen nicht extra begründet werden.

Im Allgemeinen werden längliche Leichtbauelemente extrudiert (z. B. Pultrusion und Flechtverfahren) und liegen in Form von prismatischen Stäben vor. Man kann dabei vielfältige Querschnittsflächen erzeugen.

Ein anderes Verfahren, um Leichtbauelemente herzustellen, ist das Wickeln. Zylindrische eindimensionale Körper werden häufig gewickelt. Bei zwei- und dreidimensionalen Gebilden steigt der Wickelaufwand beachtlich an. Bei beiden Verfahren besteht der Mangel, daß man die Werkstücke bei der Herstellung nur mit erheblichem Aufwand oder nach dem Aushärten überhaupt nicht mehr verformen kann.

Mit den bisherigen Methoden ist es daher nur sehr schwer, oder gar nicht möglich, mit prismatischen Leichtbaustäben durch Umformen zwei- oder dreidimensionale Gebilde herzustellen (Abb. 2). Hier liegen nun die Vorteile des verformbaren Leichtbauelements. Wenn man in einen Hüllmantel, z. B. ein Kunststoffschlauch, die harzgetränkten Fasern eingezogen hat, dann hat man ein Element, das in der Zeit bis zum Aushärten, viele Gestaltungsmöglichkeiten bietet.

- Der Schlauch schützt die klebrige Harz-Fasermischung. Die Verschmutzungsgefahr ist praktisch Null. Das Manipulieren des Schlauchs ist auf diese Weise denkbar einfach geworden.

- Das allseitig biegsame Leichtbauelement kann, wenn nötig, mit engsten Radien, in eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Form eingelegt werden (Abb. 2).

- Der Schlauch kann an jeder Stelle durch Aufbringen einer Druckkraft so verformt werden, daß man durch Änderung des Querschnitts das Widerstandsmoment in einer Achsrichtung vergrößern kann. So lassen sich zu hohe örtliche Spannungen verringern (Abb. 10).

- Das Leichtbauelement nimmt naturgemäß in Faserrichtung, also axial, die höchsten Kräfte auf. Besteht der Hüllmantel aber aus einem Fasergeflecht, dann können auch radiale Kräfte aufgenommen werden.

- Der Hüllmantel kann aus mehreren Lagen aufgebaut werden, z. B. Flechtschlauch-Kunststoffschlauch um sich so den Spannungen besser anpassen zu können (Abb. 5).

- Besteht der Hüllmantel aus einem Kunststoffschlauch, dann lassen sich daran z. B. Hinterschnitte oder Streifen mitextrudieren, die als weitere Anschlußmöglichkeiten dienen (Abb. 3).

- Besteht der Hüllmantel aus einem schweißbaren Stoff, dann lassen sich die einzelnen Leichtbauelemente vorteilhaft, auch im handwerklichen Betrieb, miteinander verbinden.

- Um ein extrem leichtes Bauelement zu schaffen, ist es notwendig, daß sich im Bereich der neutralen Faser, wenn man es z. B. auf Biegung beansprucht, kein Werkstoff befindet. Dies läßt sich mit dem verformbaren Leichtbauelement ebenfalls bewerkstelligen, in dem man mit den Fasern zentrisch einen Schlauch oder eine "Seele" mit geringer Dichte einzieht. Zur leichteren Verarbeitung kann der Schlauch mit Führungsstegen versehen sein (Abb. 4).

- Der Querschnitt des Hüllmantels ist in einem bestimmten Maße wählbar, indem man mehrere Hüllquerschnitte zusammen extrudiert oder einzelne Hüllquerschnitte miteinander verschweißt (Abb. 6).

- Es ist sehr einfach, an beliebiger Stelle an dem noch nicht ausgehärteten Leichtbauelement eine "Bohrung" anzubringen. Mit einem geeigneten Stift werden die Fasern verdrängt, dann härtet das Harz um den Stift aus. Dies hat den großen Vorteil, daß die Fasern nicht zerschnitten werden und dadurch das Element an dieser Stelle kaum geschwächt wird. Der Stift kann nach dem Aushärten leicht entfernt werden (Abb. 7).

- Es ist sehr einfach, an beliebiger Stelle an dem noch nicht ausgehärteten Leichtbauelement ein Gewinde anzubringen oder ein Befestigungsteil mit Hinterschnitt zu verankern. Eine Schraube wird in das weiche Element hineingedreht und nach dem Aushärten wieder herausgedreht (Abb. 8, Abb. 9).

- Stäbe mit sehr genauen Längen-Endmaßqualität lassen sich wirtschaftlich herstellen, indem man an den beiden Enden des Leichtbauelementes Metallscheiben verankert und dieses Gebilde dann in einer Vorrichtung mit der gewünschten, genauen Länge aushärten läßt. Bestehen in diesem Fall die Fasern aus Kohle, dann haben Temperaturschwankungen auf diesen Präzisionsstab keinen Einfluß (Abb. 12).

- Die Fasern innerhalb des Hüllmantels kann man auf verschiedene Weise verdichten und sich so den zu erwartenden Beanspruchungen anpassen:
- man erhöht den Anteil der Fasern
- man zieht konzentrisch mit den Fasern eine elastische "Seele" ein
- man zieht konzentrisch mit den Fasern einen elastischen Schlauch ein und beaufschlagt ihn mit Druckluft.
- man verwendet einen Schrumpfschlauch als Hüllmantel.

Wenn der Hüllmantel aus einem Schrumpfschlauch besteht, kann man die Fasern infolge des größeren Querschnitts mit geringen Kräften einziehen, auch mit Hilfe des Vakuums, und so ein Element mit geringem Aufwand herstellen.

Ferner kann man Einlegeteile (Abb. 8.1) "Seelen" (Abb. 4.1) in den großen Querschnitt sehr leicht einlegen bzw. einziehen. Die Teile werden dann durch die Schrumpfung in idealer Weise in dem Faser-Harzgemisch verankert.

Durch die Schrumpfung erhält man naturgemäß eine hohe Verdichtung, die zu hohen Festigkeiten führt.

Schrumpft man ein Element von der Mitte aus nach beiden Seiten (Abb. 13.1) durch Zuführen von Wärme (Abb. 13.2), dann wandert das überschüssige Harz nach außen (Abb. 13.3) und benetzt dabei nochmals intensiv die einzelnen Fasern. Dies geschieht in idealer Weise, weil kein Volumenelement ausgenommen wird und man so eine gleichmäßige Qualität des verformbaren Leichtbauelements erhält.

- Man kann das verformbare Leichtbauelement auch als einen Informationsträger benutzen, indem man mit den harzgetränkten Fasern einen oder mehrere Lichtleiter in den Hüllmantel hineinzieht.

Der Hüllmantel kann aus einem Stück bestehen oder aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein. Man kann dann an geeigneter Stelle ein Stück Hüllmantel einsetzen, der von Hause aus mit einem Steg versehen ist, um daran beispielsweise Teile zu befestigen (Abb. 3, Abb. 11).

Aus den Beschreibungen geht hervor, daß das verformbare Leichtbauelement universelle Gestaltungsmöglichkeiten bietet. Man denke an Fahrradrahmen, Transportwagen, Gerüstbau, Maschinenelemente, Möbel, Tragwerke, Federn (Abb. 2).

Claims

1. Verfahren, um ein strangförmiges, verformbares Leichtbauelement mit verschiedenen Querschnitten herzustellen unter Verwendung von Fasern, eines Hüllmantels und einer aushärtbaren Matrix, dadurch gekennzeichnet, daß mit aushärtbarem Harz (Matrix) getränkte Fasern (1.1) in einen Hüllmantel (1.2) eingezogen und/oder durch Schrumpfung des Mantels (13.1) verdichtet werden, daß der gefüllte Hüllmantel in eine gewünschte Form gebracht wird, ein-, zwei- oder dreidimensional, daß partiell der gefüllte Mantel noch verformt wird, um eine örtliche Querschnittsänderung zu erreichen, daß Krafteinleitungselemente in dem gefüllten Mantel verankert werden, daß Durchbrüche hergestellt werden und, daß das so präparierte Leichtbauelement in der gewünschten Form aushärten (Abb. 2.1, 2.2, 2.3).

2. Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Kohle, Glas, Aramid, Metall und dgl. oder einem Gemisch daraus bestehen können.

3. Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllmantel aus einem Schlauch oder Geflecht aus Kunststoff, Metall, Textilien und dgl. oder Kombinationen bestehen kann (Abb. 5).

4. Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Hüllmantels so geformt ist, daß sich dadurch weitere Befestigungsmöglichkeiten ergeben. (Abb. 3., 3.1).

5. Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllmantel aus einem schweißbaren Werkstoff besteht.

6. Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den getränkten Fasern zentrisch ein elastischer Schlauch oder "Seele" in den Hüllmantel eingezogen wird (Abb. 4.1).

7. Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllmantel aus mehreren "Elementen" besteht mit unterschiedlicher geometrischer Anordnung (Abb. 6).

8. Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an beliebiger Stelle des Leichtbauelements mit einem geeigneten Werkzeug eine "Bohrung" angebracht werden kann, indem man die noch nicht ausgehärteten Fasern verdrängt (Abb. 7.1), und abhängig vom Dorn eine "Bohrung" mit höchst genauer Oberfläche und geometrischen Abmessungen erreichen kann.

9. Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man an dem Leichtbauelement axial und/oder radial Elemente mit Gewinden oder Hinterschnitten an beliebiger Stelle befestigen kann, die sich in den getränkten, noch nicht ausgehärteten Fasern verankern (Abb. 8.1, Abb. 9.1).

10. Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllmantel aus mehreren Stücken zusammengesetzt ist, die wiederum verschiedene Querschnitte aufweisen können (Abb. 11, Abb. 3).

11. Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllmantel aus einem Schrumpfschlauch besteht (Abb. 13).