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ERFINDUNGSGEBIET
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Diese Erfindung betrifft faserverstärkte Verbundstrukturen und im Spezielleren Verstärkungsteile für solche Verbundstrukturen.
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In vergleichsweise junger Vergangenheit haben faserverstärkte Verbundteile zuvor aus Konstruktionsmetallen, wie z. B. Stahl, Aluminium und Ähnlichem, hergestellte Teile und Komponenten ersetzt. Dies trifft insbesondere in der Flugzeugindustrie zu, wo erkannt wird, dass die verstärkten Verbundkomponenten zumindest das gleiche Ausmaß an Stärke und struktureller Integrität wie herkömmliche Materialien, und dies oftmals mit signifikant geringerem Gewicht und geringen Kosten, bereitstellen können. Viele der verstärkten Komponenten werden mit verstärktem Gewebe hergestellt, welches letztendlich in eine gewünschte Gestalt geformt, mit einem aushärtbarem Harz imprägniert und ausgehärtet wird, um eine steife Struktur zu bilden.
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Die Vorteile, die durch ein Einstechen, wie z. B. ein Einstechen von Schleifen durch faserverstärkte Verbundkomponenten zum Verstärken von zwei aneinander anliegenden Komponenten in einer gesicherten Position und zum Widerstehen von Ablösungs- und Abschälungskräften, erreicht werden, sind wohlbekannt. Siehe z. B. das
U.S.-Patent Nr. 4,256,790 von Lackman, et al., welches das Nähen von einer Serie von Einstichen durch die Dicke von Platten, während diese in einem gestaffelten Zustand sind, lehrt, was es ermöglicht, die zwei Platten so wie zusammengesetzt gemeinsam auszuheilen und eine feste verstärkte Verbundstruktur zu bilden. Das
U.S.-Patent Nr. 4,206,895 von Olez offenbart ebenfalls das Verstärken einer Verbindung in einer verbundenen Faserstruktur von zwei oder mehr faserverstärkten Komponenten durch die Verwendung von Strängen hoher Stärke, welche durch die Verbindung hindurch eingebracht werden.
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Eine dreidimensionale Verstärkung in einem engen begrenzten Bereich, wie z. B. zwischen Versteifungen und Zwischenwänden einer versteiften Hüllenstruktur, ist schwierig und in vielen Fällen mit herkömmlichen Einstechmaschinen so gut wie unmöglich. Die Verwendung von Einstechen, wie z. B. in dem Olez-Patent Nr.
4,206,895 und in dem Patent von Lackman, et al. mit der Nr.
4,256,790 gezeigt, hat Schadenstoleranzen und Widerstandsfähigkeit gegenüber Ablösungs-, Abschälungs- und Abreiß-Zugbelastungen verbessert. Darüber hinaus wurde entdeckt, dass dieses dreidimensionale Einstechen wirksam bei der Reduzierung von ebenen Scherungen in laminierten Strukturen ist.
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Aufgrund der Größe und Konstruktion von herkömmlichen Einstechmaschinen beschränkt jedoch die Lage und die Gesamtgröße der Spulen (oder Kettelvorrichtungen, welche beim Ketteneinstechen verwendet werden) deutlich den Bereich, in welchem ein Einstechen bewerkstelligt werden kann. Demzufolge ist in vielen Bereichen, wo dreidimensionale Verstärkung wünschenswert wäre, aufgrund der Schwierigkeit, wenn nicht Unmöglichkeit, die Einstechmaschinen in begrenzten und eingeengten Bereichen zu betreiben, herkömmliches automatisches Einstechen keine Alternative.
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Tufting ist ebenfalls als ein Mittel zur dreidimensionalen Verstärkung in begrenzten und eingeengten Bereichen in Betracht gezogen worden. Tufting ist jedoch dadurch limitiert, dass es nicht die Verdichtung der trockenen Faservorformen, welche durch herkömmliches, nicht getuftetes Einstechen erreicht wird, bewahrt.
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Heften wird, obwohl es einige Vorteile aufweist, üblicherweise mit aus Metall gebildeten Heftklammern durchgeführt, und Metall kann in bestimmten Fällen nicht akzeptabel sein. Als ein einfaches Beispiel sind Metallkomponenten elektrisch leitfähig, und elektrische Leitfähigkeit kann in bestimmten Anwendungen unerwünscht sein. Effektive thermoplastische Heftklammern sind noch nicht verfügbar. Es hat Versuche gegeben, einzelne Stifte aus Kohlenstofffasern und einem thermoplastischen Harz, welche extrudiert werden, herzustellen. Diese Stifte sind jedoch sehr kostspielig herzustellen und darüber hinaus sind sie bei ihrer Anbringung arbeitsaufwändig, obwohl sie die gewünschten Eigenschaften der Komponenten, in welchen sie verwendet werden, verbessern können.
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Das
U.S.-Patent Nr. 4,528,051 von Heinze, et al. offenbart ein Verfahren zum Festigen von faserverstärkten Komponenten, welches eine Vielzahl von Stiften aus metallischem oder synthetischem Material, die in die Schichten von Fasern und Harz von aneinander grenzenden strukturellen Komponenten getrieben werden, verwendet. Das Harz wird dann mit den an Ort und Stelle befindlichen Stiften ausgehärtet, um die Festigkeit der Konstruktionskomponenten zu verbessern und um das Abschälen einer Schicht von einer angrenzenden Schicht zu verhindern. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen sind die Stifte flexibel und aus einem Kevlar
®-Strang gebildet. Ein Einstechmechanismus oder eine Nähmaschine wird verwendet, um die Stränge einzusetzen. Als solche leiden diese Ausführungsbeispiele unter dem oben genannten Nachteil, nämlich dass der Einstechvorgang nicht in begrenzten und eingeengten Bereichen durchgeführt werden kann.
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Andere Ausführungsbeispiele des Heinze-Patents verwenden steife Metallstifte, welche in einen Stiftträger in der Form eines Gurts oder Gewebes eingesetzt sind. Das Gewebe kann an eine der faserverstärkten Verbundkomponenten gebunden werden, nachdem die Metallstifte eingesetzt worden sind. Die Verwendung von leitfähigen Metallkomponenten kann jedoch wie oben erwähnt nachteilig sein.
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Zusätzlich kann die hochflexible Natur des Gewebes den Prozess des Einsetzens der Stifte, solange sie nicht unter Verwendung des erläuterten Rollenapparats appliziert werden, mühsam und handarbeitsintensiv machen.
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Die
US-A-5 589 015 offenbart ein Verfahren zur Befestigung eines Paares von Werkstücken aneinander, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Positionieren eines ersten Werkstücks; Positionieren eines zweiten Werkstücks, so dass eine erste Seitenfläche des zweiten Werkstücks in flächigem Kontakt mit dem ersten Werkstück ist und eine gegenüberliegende zweite Seitenfläche davon um die Dicke des zweiten Werkstücks entfernt angeordnet ist; Positionieren eines Verstärkungsteils, welches ein Verbindungsteil und eine Vielzahl von damit verbundenen aus einem gehärteten faserverstärkenden Strang gebildeten Stiften aufweist, benachbart zu der zweiten Seitenfläche des zweiten Werkstücks; Drücken der freien Enden des Verstärkungsteils durch das zweite Werkstück hindurch und in das erste Werkstück hinein, so dass das zweite Werkstück an dem ersten Werkstück befestigt wird.
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Folglich bestand ein Bedarf für ein Verstärkungsteil, welches verwendet werden kann, um in begrenzten und eingeengten Bereichen zwei oder mehr verstärkte Komponenten aneinander zu befestigen. Genauer gesagt bestand ein Bedarf für ein Verstärkungsteil, welches zum Befestigen von Zwischenwänden und Versteifungen („T”-Versteifungen in 0°, 90° oder anderen Orientierungen relativ zueinander) an einer verstärkten Kunststoffhülle, insbesondere in begrenzten und eingeengten Räumen. Solch ein Verstärkungsteil würde vorzugsweise nichtleitend sein und in der Lage sein, recht einfach in der verstärkten Verbundstruktur integriert werden zu können.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung beinhaltet ein Verstärkungsteil gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungsteils gemäß Anspruch 7 und ein Verfahren zur Befestigung eines Paares von Werkstücken aneinander gemäß Anspruch 18. Wie zuvor angedeutet, ist die Erfindung erfolgreich beim eigentlichen Befestigen von zwei oder mehr verstärkten Verbundteilen aneinander.
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Sehr häufig ist es nötig, Komponenten, wie z. B. Zwischenwände oder Versteifungen, an Vorformen, d. h. verstärkten Verbundteilen, welche in einem trockenen eingestochenen nahezu netzförmigen Faservorformzustand sind oder vorimprägniert sein können, aber welche noch nicht in einen endgültigen oder C-Zustand ausgehärtet sind, zu befestigen.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst das Verfahren ein Bereitstellen eines zentralen Trägerkörpers, welcher von dem Verstärkungsteil entfernbar ist, wenn das letztere in dem Trägerkörper ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst ein Einstechen einer Vielzahl von faserverstärkenden Strängen an dicht voneinander beabstandeten Orten durch diesen entfernbaren Trägerkörper hindurch. In diesem Fall sind die Stränge relativ gerade, wenn sie den Trägerkörper durchdringen.
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Das Verfahren umfasst außerdem das physikalische Vernetzen eines der gemeinsamen Enden von jedem der Stränge mit einem Verbindungsteil. Mit anderen Worten werden die gemeinsamen Enden von jedem der Stränge bei dem Einstechvorgang in einer physikalischen Vernetzung aneinander befestigt und bilden somit eine unterstützende offene Maschenstruktur. Dieses Vernetzen der Stränge bildet ein Gitter in der offenen Maschenstruktur, in welchem die gemeinsamen Enden der Stränge an dem Gitter befestigt sind, und die entgegengesetzten Enden freie Enden der Stränge sind, welche letztendlich mit Spitzen versehen werden, um in ein Verstärkungsteil, wie z. B. eine Vorform, eindringen zu können.
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Nachdem das Einstechen in den Trägerkörper abgeschlossen ist, werden die durch den Trägerkörper geführten Stränge in einer hiernach zu beschreibenden Weise gehärtet und bilden dadurch im Allgemeinen gerade Stifte, welche miteinander durch das zuvor genannte Vernetzungsgitter verbunden sind. Nachdem das Gitter mit den Stiften in dem Trägerkörper ausgebildet ist, ist die Struktur oder das Gitter bereit, stabilisiert zu werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Verstärkungsteil aus verstärkten Verbundverstärkungssträngen gebildet, wie z. B. Glas-, Kevlar®-, Kohlenstofffasersträngen, etc. Sie sind jedoch nicht notwendigerweise anfänglich mit einer aushärtbaren Matrix, wie z. B. einem Harz, imprägniert. Nach Ausbildung in dem Trägerkörper können sie dann mit einer aushärtbaren Matrix imprägniert werden und gehärtet werden.
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Nachdem das Gitter mit den damit einheitlich verbundenen Stiften gebildet ist, besteht ein vorteilhafter Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, eine geschärfte Spitze an den freien Enden von jedem der Stifte bereitzustellen, so dass sie in der Lage sind, in eine Vorform einzudringen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass wenn die freien Enden oder zweiten Enden der Stifte in einem schrägen Winkel, z. B. 45°, bezüglich der Mittelachse der Stifte geschliffen sind, das Eindringen in eine Vorform stark verbessert wird.
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Der Trägerkörper wird dann entfernt. Das Entfernen des Trägerkörpers kann durch eine beliebige einer Anzahl von Maßnahmen vonstatten gehen. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der Trägerkörper ein Schaumträgerkörper, welcher auflösbar sein kann, entweder in einem polaren oder einem nichtpolaren flüssigen Lösungsmittel. Daher kann nach einem Härten des Verstärkungsteils mit dem Trägerkörper an Ort und Stelle das gesamte Verstärkungsteil in die Flüssigkeit eingeführt werden, wo der Trägerkörper selbst aufgelöst wird.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Trägerkörper die Form eines Schaummaterials annehmen, welches im Stande ist, in der Gegenwart von Hitze schnell abgebaut und zersetzt zu werden. Somit kann das Aushärten des Harzes und Beseitigen des Trägerkörpers in einem einzigen Arbeitsablauf vonstatten gehen, so dass praktisch die Hitze das Schaummaterial zerstört, um dadurch ein Entfernen desselben zu bewirken.
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Das erfindungsgemäße Verstärkungsteil ist in der Hinsicht effektiv, dass es in einem eng begrenzten Bereich, wo ein Platz, um das durch eine herkömmliche Einstechmaschine erzielte Einstechen zu erreichen, nicht verfügbar ist, verwendet werden kann. Obwohl das dreidimensionale Einstechen hocheffektiv ist, wurde herausgefunden, dass bei Verwendung einer dreidimensionalen Verstärkung des wie gemäß dieser Erfindung vorgesehenen Typs ein hervorragender Einfluss auf Schadenstoleranz und Ablösung besteht. Es wurde herausgefunden, dass eine wesentliche Verbesserung von Abschälkraftwiderstandsfähigkeit, Abreißzugeigenschaften und ebenen Scherungseigenschaften besteht. Darüber hinaus sind durch Verwenden dieser Verstärkungsteile die erhaltenen Eigenschaften denen mit herkömmlichem Einstechen erhaltenen ähnlich. Die gesamte verstärkte Struktur kann dann mit Harz imprägniert werden und durch herkömmliche Verfahren ausgehärtet werden, um die erwünschten mechanischen Eigenschaften zu entwickeln.
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Diese Erfindung besitzt viele weitere Vorteile und hat weitere Zwecke, welche durch Betrachtung ihrer Ausführungsformen besser verdeutlicht werden können. Eine der Ausführungsformen des Verfahrens und eine des eigentlichen Verstärkungsteils wird näher in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der folgenden detaillierten Beschreibung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass diese beigefügten Zeichnungen und diese detaillierte Beschreibung nur zu Zwecken der Darstellung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung dargelegt sind und nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen sind.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachdem somit die Erfindung im Allgemeinen beschrieben worden ist, wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
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1 eine perspektivische Ansicht ist, welche die Bildung eines erfindungsgemäßen Verstärkungsteils in einem entfernbaren Trägerkörper zeigt;
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2 eine Seitenansicht des Verstärkungsteils ist, welches in einem Trägerkörper ausgebildet ist und Nadelstränge und Spulenstränge umfasst;
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3 eine perspektivische Ansicht eines Paares von gegenüberliegenden vollständig ausgebildeten erfindungsgemäßen Verstärkungsteilen ist;
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4 eine vergrößerte schematische perspektivische Ansicht ist, welche das Befestigen von zwei Komponenten mit erfindungsgemäßen Verstärkungsteilen zeigt;
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5 eine Seitenansicht eines Schleifwerkzeugs zum Abschneiden der freien Enden der Stifte, welche einen Teil der erfindungsgemäßen Verstärkungsteile bilden, ist; und
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6 eine fragmentarische schematische perspektivische Ansicht ist, welche die erfindungsgemäße Verwendung von Verstärkungsteilen zum Befestigen von Versteifungen und Zwischenwänden an einer Hüllenstruktur zeigt; und
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7 ein Flussdiagramm ist, welches die an dem erfindungsgemäßen Verfahren beteiligten Schritte zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Detaillierter und durch Bezugszeichen auf die Zeichnungen Bezug nehmend, welche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen, zeigen 1, 2 und 7 ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen verstärkten Kunststoffverbundverstärkungsteils.
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Jetzt Bezug nehmend auf 1, ist erkennbar, dass ein Trägerkörper, bei welchem es sich um einen entfernbaren Trägerkörper, wie z. B. einen Schaumträgerkörper 10, handelt, bereitgestellt ist. Unter Verwendung von herkömmlichen Einstechtechniken mit einer herkömmlichen Einstechmaschine (nicht gezeigt) wird der Schaumträgerkörper 10 mit stiftbildenden Strängen 12 versehen, welche sich von der oberen Endfläche des Trägerkörpers zu dessen unterer Endfläche erstrecken. Diese stiftbildenden Stränge haben eine Länge, welche gleich der Dicke des Schaumträgerkörpers ist, üblicherweise zwischen 0,64 cm und 2,54 cm. Hinsichtlich einer Einstichdichte können die Einstechfasern einen Abstand von ungefähr 0,32 cm mit einer Schrittweite von 0,51 cm (1/5 Zoll) aufweisen. Als solche weist jede Reihe acht Einstiche pro 2,54 cm (Zoll) auf und es sind fünf Einstichreihen pro 2,54 cm (Zoll) vorhanden. Wenn das Einstechen um 90° rotiert wird und dasselbe Einstichmuster wiederholt wird, gewährleistet dies eine Gesamteinstichdichte von 80 Durchdringungen pro Quadratzoll. Es versteht sich jedoch, dass die Dichte der Einstiche variieren kann.
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Zuerst werden einzelne Spalten von Einstichen gebildet, das heißt von einer Querseite zu der entgegengesetzten Querseite des Schaumträgerkörpers. Danach wird der Schaumträgerkörper um 90° rotiert und das Einstechen geht von einer longitudinalen Seite zu der entgegengesetzten longitudinalen Seite vonstatten. Dies erzeugt ein Gitter von Einstichen in einer im Allgemeinen quadratischen oder rechteckigen Anordnung.
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Mit Hinweis auf 1 und 2 der Zeichnungen ist erkennbar, dass wenn die Fasern imprägniert und ausgehärtet werden, jeder der Stränge einen vertikalen Stift 12 bildet, welcher sich durch den Schaumträgerkörper 10 hindurch erstreckt. Jeder der Einstiche bildet wie gezeigt an den oberen Enden ein Verbindungsteil 16 aus dem Nadelstrang aus. Diese erstrecken sich zwischen und verbinden jeden der einzelnen stiftbildenden Stränge 12, welche wie hiernach beschrieben im Ergebnis relativ steife Stifte bilden. An ihren unteren Enden werden Spulenstränge ausgebildet, welche ebenfalls anfänglich jedes der einzelnen stiftbildenden Strangelemente 12 auf der Unterseite des Schaumträgerkörpers 10 verbinden können. Das gezeigte Beispiel betrifft einen Zweistrangstich, welcher einen oberen Durchdringungsnadelstrang und einen unteren Sperrstrang beinhaltet, welche durch eine Standard „Sperr”-Stich-Nähtechnik bereitgestellt werden. Falls erwünscht kann eine Einzelstrangeinstechmaschine verwendet werden, um das Gitter aus einem einzelnen Strang zu bilden.
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In Kombination bilden alle die Verbindungsteilstränge 16 ein Verstärkungsteil 20 in Form einer physikalisch vernetzten Gitterstruktur für jeden der Stifte 12 und verbinden jeden der Stifte in dieser gitterartigen Anordnung. In dieser Hinsicht ist das Verstärkungsteil 20 eine offene Maschenstruktur, so dass jeder der Stifte 12 einheitlich mit Verbindungsteilen 16 ausgebildet ist und sich von diesen ausgehend nach Außen in einem Winkel von ungefähr 90° zu diesen erstreckt.
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Die Stränge sind vorzugsweise aus einem beliebigen geeigneten Fasermaterial des Typs, welcher in verstärkten Kunststoffverbunden verwendet wird, und beinhalten z. B. Glasfasern, Kohlenstoff und Ähnliches. Der Strang kann außerdem aus Werg unterschiedlicher Stärke bestehen. Einige der anderen Stränge, welche verwendet werden können, beinhalten Kevlar, Dacron und Nylon. Die Verbundgarne in dem Trockenfaserzustand sind ausreichend flexibel, um durch den Trägerkörper genäht zu werden. Dieselben Stränge, imprägniert mit einem trockenen, flexiblen „B”-Stufe Harz, welches mit dem in dem endgültigen Laminat verwendeten Harz kompatibel ist, kann ebenfalls verwendet werden, um das Gitter zu bilden.
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Bei dem Herstellungsprozess der verstärkten Kunststoffverbundverstärkungsteile wird die gemäß 2 erhaltene Struktur daraufhin mit einem geeigneten hitzefestigenden Harz imprägniert. Wiederum können beliebige der üblicherweise bei verstärkten Kunststoffverbunden verwendeten Harze zu diesem Zweck verwendet werden.
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Ein Aushärten der harzimprägnierten Strangeinstiche kann daraufhin durch einen beliebigen herkömmlichen Aushärtungsmechanismus vonstatten gehen. Für die meisten Harze ist es typisch, dass die Harze, wenn sie aufgeheizt werden, in eine C-Stufe aushärten, in welcher der Verbund in einem steifen Zustand ist. In diesem Zustand werden die Stränge 12 zu relativ steifen Stiften.
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Nach der Ausbildung eines relativ steifen Verstärkungsteils 20, welches nach wie vor in den Schaumträgerkörper 10 eingebettet ist, werden die Spulenstränge 18 effektiv entfernt und die Enden der Stifte 12 werden mit einem Werkzeug 30 des in 5 gezeigten Typs geschliffen. In diesem Fall ist erkennbar, dass das Werkzeug 30 einen länglichen Schaft oder Griff 32 aufweist und mit einer Vielzahl von spitz zulaufenden Schleifköpfen 34 mit geschärften kreisförmigen Kanten, welche in diesem Fall einen Abstand von 0,32 cm aufweisen, versehen ist. Wenn diese Schleifköpfe 34 an den unteren Enden der Einstiche 12 schleifen, gewährleisten sie ein spitz zulaufendes Ende und vorzugsweise einen mit 45° ± 30° angewinkelten Schnitt an den Enden von jedem der Stifte 12 bezüglich der Mittelachse des Stiftes 12. Dies ermöglicht es jedem Stift 12, zufriedenstellend und einfach mit minimalem strukturellem Faserschaden an der Vorform in eine Vorform einzudringen. Darüber hinaus ist der Abstand der verschiedenen Stifte von 0,32 cm genau und ein Werkzeug 30 schärft alle Stifte in einem Arbeitsgang.
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An diesem Punkt des Prozesses wird der Trägerkörper 10 entfernt, um ein Verstärkungsteil der in 3 und 4 gezeigten Art zu erhalten. In diesem Fall ist erkennbar, dass das Verstärkungsteil 20 die Gitterstruktur umfasst, welche sich davon nach außen erstreckend die einzelnen Stifte 12 aufweist. Darüber hinaus ist jedes der freien Enden 36 der Stifte 12 spitz zulaufend. Das Verstärkungsteil 20 ist wie zuvor erwähnt eine offene Maschengitterstruktur und ermöglicht eine gewisse Flexibilität, indem den Stiften ermöglicht wird, sich Unregelmäßigkeiten in der Oberflächenkontur der verstärkten Kunststoffvorform, in welche die Stifte eingesetzt werden sollen, anzupassen.
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Der Schaum, welcher für den Trägerkörper 10 verwendet wird, ist vorzugsweise ein Polystyrol-Schaum. Bei diesem Material können Lösungsmittel verwendet werden, um den Schaum aufzulösen oder kann andererseits Hitze verwendet werden, um den Schaum abzubauen und wirksam zu zerstören. In ähnlicher Weise könnte ein aus Wachs mit einer hohen Schmelztemperatur (wie z. B. 177°C (350°F)) hergestellter Trägerkörper verwendet werden. Das Harz in dem Verstärkungsteil 20 wird bei ungefähr 121–149°C (250–300°F) ausgehärtet, und daher kann der Wachsträgerkörper von dem Verstärkungsteil abgeschmolzen werden, nachdem das Verstärkungsteil zumindest teilweise ausgehärtet worden ist. Jegliches verbleibendes Wachs kann mit einer Entfettungseinheit entfernt werden. Weitere geeignete Trägerkörpermaterialien beinhalten flüssigkeitslösliche Komponenten, wie z. B. einen wasserlöslichen steifen Schaum oder weiches Gips.
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Die Zugfestigkeit der ausgebildeten Stifte ist mehr als 17237 Bar (250000 Psi). Im Vergleich dazu ist die maximale Zugfestigkeit von jeglichem durch Spritzguss gefertigten Stift oder Stab grob 2062–2752 Bar (30000 bis 40000 Psi). Somit ist die Widerstandsfähigkeit gegenüber Abreißen durch Zug, Ablösen und Abschälen hoch, wenn wie gemäß der vorliegenden Erfindung ein orientierter faserverstärkender Strang verwendet wird.
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4 illustriert eine Anordnung, in welcher zwei Verbundplattenwerkstücke 40 und 42 in flächigem Eingriff miteinander angeordnet sind und mittels eines oder zweier Verstärkungsteile 20 der gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugten Art verstärkt werden können. Somit und in diesem Fall sind die zwei Platten 40 und 42 Vorformen und die Stifte auf jedem der gegenüberliegenden Verstärkungsteile 20 werden in jede der Vorformen eingesetzt, um diese dadurch physikalisch zusammenzuhalten. In dieser Hinsicht versteht es sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass die Verstärkungsteile 20 im Zusammenhang mit Vorformen hocheffektiv sind. Die Vorformwerkstücke 40, 42 können entweder in einer nassen oder in einer trockenen Form vorliegen. Somit können sie vorimprägniert aber nicht ausgehärtet sein, bis die Verstärkungsteile 20 an Ort und Stelle positioniert worden sind. Darüber hinaus können sie trocken sein und schließlich imprägniert werden, wenn die Verstärkungsteile 20 in einer verstärkenden Position angeordnet worden sind.
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6 zeigt eine Anordnung, in welcher die Verstärkungsteile verwendet werden, um die Längsträger 50 und die Stegflansche 58 der Zwischenwände 52 zusammenzuhalten. Diese Rahmenkonstruktion gewährleistet somit eine Unterstützung für eine Vorformplatte 54. 6 zeigt die Verwendung von erfindungsgemäßen Verstärkungsteilen 20, welche an einem Stegflansch 58 der Zwischenwand 52 und in einen Steg 60 des entsprechenden Längsträgers 50 hinein befestigt werden. Obwohl in 6 nicht speziell gezeigt, könnten zusätzliche Verstärkungsteile verwendet werden, um den Basisflansch 56 der Längsträger 50 an der Platte 54 zu befestigen, so dass sich zusätzliche lokalisierte Verstärkungseigenschaften ergeben. Zusätzlich können die Verbindungen zwischen den verschiedenen Komponenten bis zu einem praktikablen Ausmaß vor der Anbringung der erfindungsgemäßen Verstärkungsteile 20 eingestochen worden sein, um die entsprechenden Vorformen zu verfestigen.
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Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Verstärkungsteile 20 werden die Stifte 12 in das relativ weiche Vorformmaterial eingesetzt und dann werden alle Komponenten einer Aushärtung ausgesetzt, wie z. B. durch Erhitzen. Wenn dies geschieht, bewirkt das in das Vorformwerkstück und in oder um die Stifte und das Gitter des Verstärkungsteils herum imprägnierte Harz ein Schmelzen oder Binden des Verstärkungsteils an die Vorform und wird ein einheitlicher Teil der Struktur.
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7 zeigt eine Gesamtschrittprozedur der Herstellung und des Einbaus des 3-D Gitters in eine Vorform sowie der abschließenden Harzimprägnierung und Aushärtung, um die gewünschte verbesserte schadenstolerante Struktur herzustellen. Somit ist ein einzigartiges und neues Verfahren zur Herstellung und Anwendung eines 3-D-gitterverstärkten Kunststoffverbundverstärkungsteils dargestellt und beschrieben worden, welches dadurch alle der erstrebten Zwecke und Vorteile erfüllt.
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Es versteht sich, dass Fachleuten nach Erwägung dieser Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen viele Änderungen, Modifikationen, Variationen sowie andere Verwendungen und Anwendungen ersichtlich sein werden.
