-
Die Erfindung betrifft ein Formverfahren
und eine Form für
die Herstellung eines im Wesentlichen zylindrischen hohlen Gegenstandes
aus Verbundmaterial. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Teil oder
Gegenstand, der mittels der Durchführung dieses Verfahrens oder
der Form hergestellt wird.
-
Unter dem Begriff "im Wesentlichen zylindrischen
Gegenstand" oder
Gegenstand versteht man jedes Teil, dessen Außenfläche über ihren größten Bereich
aus parallelen Mantelflächen
gebildet ist, wie auch immer die Form seines Querschnitts sein mag, der
kreisförmig,
aber ebenfalls oval oder polygonal sein kann.
-
GB-A-1,453,936 lehrt, einen hohlen
Gegenstand durch Injektion von Harz auf ein vorgeformtes Rohr aus
Fasern entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu formen. GB-A-1,453,936
beschreibt auch eine Form für
die Einspritzung eines solchen Gegenstandes. Die Einführung dieses
Rohrs in die entsprechende Form und seine Herausziehung nach dem
Formen sind schwierig.
-
Auf dem Gebiet der Luft- und Raumfahrtkonstruktion
ist es bekannt, Strukturstangen oder Steuerstangen aus Verbundmaterial
aus Kunststoff, insbesondere auf der Grundlage von wärmehärtbarem Harz
herzustellen. Ein Problem, das sich während der Formung dieser Teile
stellt, ist dass sie aufgrund ihrer Form schwierig zu entformen
sind. In dem französischen
Patent 2 457 173 sieht man eine Vorrichtung zum Formen vor, die
aus einem Rohr aus deformierbarem Material gebildet wird, das in
der Länge gespalten
ist und vorgesehen ist, um sich in der Querrichtung auszudehnen,
damit eine Extraktion des Teils nach der Formung möglich ist.
Diese Vorrichtung ist nicht bedienungsfreundlich bei ihrem Betrieb
und ihre Lebensdauer ist relativ kurz, da das wesentliche Material
der Form zahlreichen Wechseln unterworfen ist, derart, dass es schnell
seine natürliche
Elastizität
verliert.
-
Es sind diese Nachteile, die insbesondere die
Erfindung beabsichtigt zu vermeiden, indem ein Formverfahren vorgeschlagen
wird, das nicht die Verwendung einer elastischen oder komplexen
Form benötigt
und mit dem Gegenstände
einer großen
Homogenität
erhalten werden, deren mechanische Eigenschaften gleichbleibend
sind.
-
In diesem Sinne betrifft die Erfindung
ein Formverfahren eines im Wesentlichen zylindrischen hohlen Ge genstandes
aus Verbundmaterial, bei dem man:
-
- – ein
Rohr aus einem Gewebe aus Verstärkungsfasern
durch Wickeln auf einen Kern vorformt,
- – das
Rohr in eine Form einsetzt, deren Innenvolumen eine im Wesentlichen
zylindrische Oberfläche
aufweist und
- – ein
wärmehärtbares
Harz in die Form einspritzt, dadurch gekennzeichnet, dass es die
Schritte umfasst, die darin bestehen, dass:
- – teilweise
in mindestens ein Ende des Rohres eine Hülse aus Verstärkungsfasergewebe
eingeführt
wird,
- – ein
erster Schuh an die Form im Bereich des Endes angesetzt wird,
- – die
Hülse in
einem Formnest des Schuhs angeordnet wird,
- – eine
aufblasbare Blase in das Rohr und die Hülse eingeführt wird,
- – ein
zweiter Schuh an die Form angesetzt wird, wobei der zweite Schuh
mit dem ersten Schuh einen Formraum für das Ende des Gegenstandes bildet
und
- – die
Form vor dem Einspritzen des Harzes geschlossen wird, während
- – das
Rohr mit einer Beheizung bei einer Temperatur zwischen 100 und 150°C während einer Dauer
zwischen 10 und 45 Minuten vorgeformt wird und
- – das
Harz in die Form mit einer Temperatur zwischen 80 und 160°C eingespritzt
wird, wobei die Blase pneumatisch vergrößert wird.
-
Mittels der Erfindung erlaubt die
Vorformung des Rohrs aus Glasfasergewebe die Einführung desselben
in das Innere der Form, wobei es eine Öffnung aufweist, deren Querschnitt
von einem Durchmesser ist, der im Wesentlichen gleich dem des fertigen
Gegenstandes ist. Die Herstellung des Endes oder der Enden erlaubt dank
der in Schuhen angeordneten Hülsen
aus Verstärkungsfasergewebe
eine dauerhafte und präzise
Instellungbringung dieser Enden in diesen Schuhen.
-
Nach vorteilhaften Aspekten des Verfahrens der
Erfindung besteht dieses gleichfalls darin:
-
- – das
wärmehärtbare Harz
einem Polymerisationsschritt bei einer Temperatur zwischen 120 und 180°C während einer
Dauer von 30 Minuten bis 5 Stunden zu unterwerfen. Dieser Schritt
ermöglicht den
Erhalt eines Verglasungszustandes des wärmehärtbaren Harzes, der dem so
hergestellten Gegenstand eine gute Steifigkeit und einen guten Oberflächenzustand
mitteilt;
- – temporär beidseitig
der in dem Nest in Stellung gebrachten Hülse Zungen zum Schutz der Zone der
Hülse,
die gegenüber
der Verbindungsebene der Schuhe liegt, anzuordnen. Dies erlaubt
die Vermeidung einer möglichen
Verklemmung der Hülse
an der Verbindungsebene der Schuhe, was zur Folge hätte, dass
das Ende des so geformten Gegenstandes mechanisch geschwächt würde;
- – das
Harz über
ein Ende der Form einzuspritzen, wobei ein Unterdruck am anderen
Ende der Form erzeugt wird. Dieser Aspekt der Erfindung garantiert
eine homogene Verteilung des Harzes im Inneren der Form, wie auch
immer die Positionierung des Rohres aus Verstärkungsfasergewebe in dem inneren
Raum der Form sein mag. Dies trägt gleichfalls
zur guten Homogenität
des mittels des Verfahrens nach der Erfindung geformten Gegenstandes
bei.
-
Nach einem anderen vorteilhaften
Aspekt der Erfindung wird das Verstärkungsfasergewebe aus Karbon-Glas- oder Aramidfasern
hergestellt, während
das Harz ein Epoxydharz ist.
-
Die Erfindung betrifft gleichfalls
eine Form, die die Durchführung
des zuvor beschriebenen Verfahrens erlaubt und insbesondere eine
Form umfassend:
-
- – einen
zweiteiligen mittleren Teil, der ein Innenvolumen mit einer im Wesentlichen
zylindrischen Innenfläche
einschließt,
- – mindestens
einen aus zwei Schuhen gebildeten Endteil, wobei die Schuhe auf
den Mittelteil aufsetzbar sind,
- – mindestens
einen Verschluss, der geeignet ist, die Mündung eines zwischen den zwei
Schuhen gebildeten Formraumes zu verschließen.
-
Mittels des Aufbaus der Form nach
der Erfindung ist es möglich,
jeden Gegenstand in einfacher Weise herzustellen, wobei eine gute
Homogenität
garantiert wird.
-
Nach vorteilhaften Aspekten der Form
der Erfindung kann man vorsehen, dass:
-
- – der
Mittelteil aus zwei langgestreckten, an einer Verbindungsebene in
Kontakt stehenden Körpern gebildet
wird, wobei jeder Körper
Mittel zum Zusammenfügen
und/oder zum Zentrieren in Bezug auf den anderen Körper, Zentriermittel
und Befestigungsmittel der Schuhe umfasst. Dieser Aufbau des Mittelteils
erlaubt eine einfache Herstellung dieses Mittelteils durch maschinelle
Bearbeitung und eine Demontage der Form nach ihrer Benutzung, insbesondere
in Hinblick auf ihre Reinigung;
- – die
Schuhe mit Mitteln zur wechselseitigen Zentrierung, Zentriermitteln
und Mitteln zum Befestigen an dem mittleren Teil versehen sind.
Diese unterschiedlichen Mittel zur Zentrierung und zur Befestigung
garantieren eine genaue Positionierung der Schuhe in Bezug auf den
Mittelteil während
des gesam ten Herstellungsprozesses und somit eine gute Geometrie
der Enden des mittels der Form der Erfindung herstellten Teils;
- – der
Stopfen eine Mittelöffnung
umfasst, die durch einen Keil verschließbar ist, wobei der Keil durch
lösbare
Mittel mit dem Stopfen zusammengesetzt ist. Dieser Keil garantiert
eine sehr gute Dichtigkeit des Verschlusses der Mittelöffnung des
Stopfens und kann ggf. mit einer Durchgangsöffnung für Luft zur Herstellung des
Drucks in dem aufblasbaren Ballon oder für aus der Form abgezogene Luft
während
der Einspritzung des Harzes versehen sein.
-
Die Erfindung wird besser verstanden
und andere Vorteile derselben werden klarer im Lichte der folgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer
Form zur Herstellung eines im Wesentlichen zylindrischen Teils entsprechend
ihrem Prinzip und eines Verfahrens zur Durchführung erscheinen, die nur beispielhaft
angegeben ist und Bezug nimmt auf die beigefügten Zeichnungen, in, denen:
-
- – die 1 eine schematische Darstellung
des Prinzips des Einrollens eines Gewebes aus Verstärkungsfasern
ist;
- – die 2 eine schematische Prinzipdarstellung der
Einführung
eines vorgefertigten Rohrs aus Verstärkungsfasergewebe in das Innere
des Mittelteils einer Form entsprechend der Erfindung ist;
- – die 3 eine schematische Prinzipdarstellung der
Instellungbringung eines ersten Endschuhs der Form der Erfindung
ist;
- – die 4 eine schematische Prinzipdarstellung der
Instellungbringung einer Hülse
ist, die zum Formen des Endes eines mit der Form nach der Erfindung
geformten Gegenstandes und eines zweiten Schuhs dient, der zur Zusammenarbeit mit
dem ersten Schuh vorgesehen ist.
- – die 5 eine schematische Prinzipdarstellung einer
Form der vorherigen Figuren während
der Instellungbringung einer Blase und eines Endverschlusses ist;
- – die 6 ein Längsteilschnitt nach der Linie VI-VI
der 5 nach der Instellungbringung
der Blase ist; hier hat man einen Verschluss in strichpunktierter
Weise dargestellt;
- – die 7 eine schematische Darstellung
der Instellungbringung eines Keiles zum Verschließen des
in 5 sichtbaren Verschlusses,
teilweise geschnitten, ist und
- – die 8 eine schematische Prinzipdarstellung der
während
des Einspritzschrittes des wärmehärtbaren
Harzes des erfindungsgemäßen Harzes
verwendeten Anlage ist.
-
In der 1 wird
ein Gewebe aus Karbonfasern auf einen Kern 2 gerollt, um
ein hohles Rohr 3 zu bilden.
-
Es sei bemerkt, dass Glasfasern oder
Aramidfasern anstelle der Karbonfasern verwendet werden können. Man
kann gleichfalls anstelle eines einzigen Gewebestückes 1 mehrere
Gewebebänder verwenden,
die übereinander
angeordnet und vorher aufgeheizt und komprimiert werden, um untereinander
zu haften.
-
Wenn das Gewebeband 1 in
Stellung auf dem Kern 2 ist, führt man es in einen Ofen ein,
der auf eine Temperatur zwischen 100 und 150°C, vorzugsweise in der Größenordnung
von 120°C
aufgeheizt ist, für
eine Dauer zwischen 10 und 45 Minuten, beispielsweise in der Größenordnung
von 30 Minuten.
-
Aufgrund dieses Heizbetriebes erhält man ein
Verstär kungsrohr
aus Fasergewebe, das man leicht in Bezug auf den Kern 2 verschieben
kann und das mit dem Bezugszeichen 3 in der 2 erscheint.
-
In der 2 ist
gleichfalls ein Mittelteil A einer Form 4 dargestellt,
wobei dieses Mittelteil aus langgestreckten Körpern 5 und 6 gebildet
wird, die gegeneinander dank einer Kontaktfläche 7 ruhen. Die Körper 5 und 6 begrenzen
zwischen sich einen im Wesentlichen zylindrischen Innenraum 8 in
dem Teil A.
-
Der Durchmesser der Kerns 2 ist
leicht kleiner zu dem des Raums 8 gewählt, derart, dass das einmal
hergestellte Rohr 3 in Richtung des Pfeils F1 der 2 in das Innere des Raumes 8 eingeführt werden
kann.
-
Die Körper 5 und 6 werden
zueinander mittels Bohrungen 10, senkrecht zur Hauptrichtung
des Raumes 8 zusammengefügt, die dazu vorgesehen sind,
Bolzen 11 oder Zentrierstifte 12 aufzunehmen.
-
Wenn das Rohr 3 im Inneren
des Raumes 8 in Stellung ist, ragt es leicht über jedes
Ende A' und A" des Mittelteils
A hinaus.
-
Dann montiert man auf das Ende A' einen ersten Schuh 15,
der eine Vertiefung 16 für ein Endteil des herzustellenden
Gegenstandes definiert. Diese Vertiefung 16 hängt von
der gewünschten
Form für
dieses Ende ab, das mit integrierter Schicht, mit integrierter Doppelschicht,
mit integrierter Kugeln versehen oder einen Einsatz im Falle einer
einstellbaren Stange umfassen kann. Man versteht, dass man einen
einzigen Mittelteil A mit mehreren Schuhen oder Sätzen von
Schuhen 15 abhängig
von der gewünschten
Geometrie für
das herzustellende Teil verwenden kann.
-
Der Körper 6 umfasst zwei
Bohrungen 17, 18, die im Wesentlichen parallel
zum Raum 8 sind und zur Aufnahme von Zentrierstiften dienen,
von denen nur ein einziger in der 3 mit
dem Bezugszeichen 19 sichtbar ist und die eine wirksame
Positionierung des Schuhs 15 in Bezug auf den Körper 6 ermöglichen.
Auf jeder Seite des Körpers 6 sind
angelenkte Befestigungen 20 angeordnet, die. mit an jeder Seite
des Schuhs 15 befestigten Haken 21 zusammenarbeiten
können.
-
Während
der Instellungbringung des Schuhs 15 an dem Körper 6 wird
die Bedienungsperson durch die Zusammenarbeit der Zentrierstifte,
wie den Stift 19, und der Bohrungen 17 und 18 geführt. Wenn der
Schuh 15 gegen das Ende A' des Mittelteils A anstößt, ist
es möglich,
die elastischen Befestigungen 20 unter Spannung zu setzen.
Man ist damit in der Position der 4.
-
In dieser Position führt man
teilweise in das Ende 3a des Rohrs 3, sichtbar
in den 3 und 4, eine Hülse 22 aus einem Verstärkungsfasergewebe ein,
das in Kreisform oder in „Socken" gewebt ist. Diese
Hülse kann
gleichfalls aus mehreren einzelnen Hülsen oder „Socken" bestehen, die ineinander angeordnet
sind. Die Hülse 22 dient
dazu, das Ende des mittels der erfindungsgemäßen Form herzustellenden Gegenstandes
zu bilden. Die Hülse 22 wird
in die Vertiefung 16 entsprechend dem Pfeil F2 in
der 4 angeordnet.
-
Ein zweiter Schuh 25 ist
auf dem Schuh 15 in Kontakt mit dem Ende des Körpers 5 montiert
und bedeckt die Hülse 22.
Der Schuh 25 ist mit einer Vertiefung 26 versehen,
dessen Geometrie derjenigen der Vertiefung 16 entspricht.
Wenn die zwei Schuhe 15 und 25 in Be zug auf das
Teil A der Form 4 in Stellung sind, definieren sie ein
Endteil B, das in der 5 dargestellt
ist. In dieser Position wird eine Aufnahme 27 zwischen
ihnen für
das Formen des Endes des Gegenstandes begrenzt, für das die
Hülse 22 die Armierung
bildet.
-
Wie es genauer aus der 4 zu erkennen ist, sind
Zungen 28 und 29 vorgesehen, um beidseitig der
Hülse im
Bereich der Verbindungsebene 30 der Schuhe 15 und 25 vor
der Instellungbringung des Schuhs 25 angeordnet sind. Diese
Zungen 28 und 29 vermeiden, dass die Hülse 22 zwischen
den Schuhen 15 und 25 während der Instellungbringung
des Schuhs 25 eingeklemmt wird, die durch den Pfeil F3 in der 4 dargestellt
ist. Sobald der Schuh 25 in Stellung ist, können die
Zungen 28 und 29 herausgezogen werden.
-
Es ist selbstverständlich,
dass ein zweiter Satz Schuhe 31 und 32 an dem
zweiten Ende A'' des Mittelteils
A angeordnet werden können,
um einen zweiten Endteil B' der
Form 4 zu bilden. Dies ist in der 5 dargestellt.
-
Auf dieser Figur hat man mit 33 eine
Blase bezeichnet, die vorgesehen ist, um in das Innere der Hülse 22,
des Rohrs 3 und der entsprechenden Hülse in dem Endteil B' in Eingriff zu treten.
Diese Blase 23 dient dazu, mit Druckluft in einem späteren Schritt des
Herstellungsverfahrens versorgt zu werden, um das Rohr und die Hülsen 22 und Äquivalenten
(angeordnet an dem zweiten Ende A'' und
nicht dargestellt) zu den Umfangsflächen der Aufnahmen 8, 27 und Äquivalent
zusammenzudrücken.
Die Blase 33 wird entsprechend der Richtung des Pfeils
F4 in der 5 in
Stellung gebracht. Man bemerke jedoch, dass die Blase 33 zu
je dem Zeitpunkt nach der Instellungbringung des Rohrs 3 in
den Raum 8 in Stellung gebracht werden könnte, sogar
in dem Rohr 3 vor seiner Instellungbringung in dem Raum
B. Man kann insbesondere vorsehen, dass sie in die Hülse(n) 22
und in das Rohr 3 vor der Befestigung und/oder der Verklemmung
des Schuhs 25 eingeführt
wird. Vorteilhafterweise wird die Blase 33 nach den Hülsen in
Stellung gebracht, derart, dass sie nicht deren Instellungbringung
behindert.
-
Ein Stopfen 34 ist vorgesehen,
um die Mündung
der Aufnahme 27 zu verschließen, wenn die Blase 33 und
die Hülse 22 in
Stellung sind. Dieser Stopfen 34 ist mit einem Mittelloch 35 versehen,
dessen Funktion später
erklärt
wird.
-
Wie klarer aus der 6 zu erkennen ist, sind Bolzen 36 und
Stifte 37 senkrecht zur Achse des Rohrs 3 vorgesehen,
um die Schuhe 15 und 25 zusammenzufügen. Stifte 38,
von denen nur ein einziger in der 4 zu
erkennen ist, erlauben gleichfalls die Positionierung des Schuhs 25 in
Bezug auf den Körper 5 des
Mittelteils A. Die Stifte 38 sind analog zu den für den Schuh 15 verwendeten
Stiften. Die Stifte 19 und 38 sind betätigbar durch
Vertiefungen 15a und 25a, die auf den Außenflächen der
Schuhe 15 und 25 vorgesehen sind, damit auf das
Ende der Stifte 19 und 38 eine in Richtung der
Körper 5 und 6 gerichtete
Kraft ausgeübt
werden kann.
-
Wie es genauer aus der 7 zu erkennen ist, ist ein
Keil 40 vorgesehen, um die Öffnung 35 des Stopfens 34 zu
verschließen.
Der Keil 40 hat eine Außenfläche in Form eines Kegelstumpfes.
Die Innenfläche
der Öffnung 35 ist
gleichfalls in Form eines Kegelstumpfes. Der Keil 40 wird
durch eine Platte 41 gehalten, die mit zwei Schrauben 42 und 43 zur
Befestigung auf dem Stopfen 34 versehen sind, der zwei
Innengewinde 44 und 45 zur Aufnahme der Schrauben 42 und 43 umfasst.
Man versteht, dass das Festziehen der Schrauben 42 und 43 in
den Gewinden 44 und 45 den Erhalt einer guten
Dichtigkeit des Verschlusses der Öffnung 35 durch den
Keil 40 erlaubt.
-
Der Keil ist mit einer axialen Bohrung 46 in Verbindung
mit einer Versorgungsleitung 47 an Druckluft versehen.
Somit ist es möglich,
Luft unter Druck in das Innere der Blase 33 dank des Keils 40 zu
injizieren, solange man die Vorkehrung getroffen hat, die Blase
nach außen
aus der Öffnung 35 herauszuführen, wie
dies in der 7 dargestellt
ist.
-
Ein zweiter nicht dargestellter Stopfen
ist an der Seite des Endes B' der
Form 4 nach der Erfindung vorgesehen. In diesem Stopfen
kann man eine Bohrung vorsehen, die die Verbindung des Innenvolumens
der Form Bit einem Extraktionsrohr 50 für die in dem Innenvolumen der
Form enthaltenden Luft ermöglicht,
was in der 8 dargestellt
ist. In dieser Figur ist das Rohr 50 mit einer Unterdruckpumpe 51 eines
an sich gekannten Typs verbunden.
-
Eine Leitung 52 ist vorgesehen,
um das Innenvolumen der Form 4 von einer Konditioniereinheit C
des wärmehärtbaren
Harzes hinsichtlich seiner Einspritzung um die Blase herum zu versorgen,
wie dies durch die Pfeile F5 in der 6 dargestellt ist. Diese
Einheit umfasst einen Rührer 53,
dessen Blatt im Inneren eines unter Druck stehenden Behälters 54 angeordnet
ist, der über
eine Leitung 55 aus einer nicht dargestellten Quelle mit
Druckluft versorgt wird.
-
Wie es schematisch durch den Mantel 56 dargestellt
ist, ist die Leitung 52 in Bezug auf die Umgebungsatmosphäre thermisch
isoliert. Es findet eine Beheizung mit geeigneter Temperatur im
Inneren des Behälters 54 statt.
Man bemerke, dass der Stopfen 34 mit einer zweiten Öffnung 57 für die Einspritzung des
wärmehärtbaren
Harzes, wie insbesondere eines Epoxydharzes ins Innere der Form 4 versehen ist.
-
Die Einspritzung findet durch eines
der Enden B statt, während
das Einbringen des Unterdrucks ins Innere der Form mittels der Pumpe 51 vom
anderen Ende B' her
stattfindet. Die Einspritzung ist bei einer Temperatur zwischen
80 und 160°C
vorgesehen, d. h. bei einer Temperatur, bei der das Harz ausreichend
flüssig
ist, um sich in homogener Weise in dem Innenvolumen der Form zu
verteilen, wobei die Blase durch Injektion von Druckluft über die
Versorgungsleitung 47 aufgeblasen ist. Man kann vorsehen,
dass die Einspritzung solange stattfindet, bis ein Sensor 60 den
Durchgang der Harzfront im Inneren der Extraktionsleitung detektiert.
Tatsächlich
bedeutet der Durchgang einer solchen Front, dass das Innenvolumen
der Form 4 mit Harz gefüllt
ist.
-
Wenn das Harz sich im Inneren der
Form befindet, platziert man diese in einem Ofen mit einer Temperatur
zwischen 120 und 180°C
während
einer Dauer zwischen 30 Minuten und 5 Stunden, um eine vollständige Polymerisierung
des Harzes zu erhalten. In der Praxis hat man sehr gute Resultate
mit einer Polymerisationszeit in der Größenzeit von 2 Stunden erhalten,
was einen merkbaren Fortschritt in Bezug auf die Verfahren des Standes
der Technik darstellt, bei dem die Polymerisationszeit in der Größenordnung
von 7 Stunden lag, wobei Ungleichmäßigkeiten in der Verteilung des
Harzes nicht vermieden werden konnten.
-
Somit wird ein mit dem Verfahren
und der Form nach der Erfindung hergestellter Gegenstand mit geringeren
Kosten erhalten und er weist absolut zufrieden stellende Eigenschaften
auf.