EP0088076A1 - Verbundkörper, insbesondere verbundplatte - Google Patents

Verbundkörper, insbesondere verbundplatte

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EP0088076A1
EP0088076A1 EP81902656A EP81902656A EP0088076A1 EP 0088076 A1 EP0088076 A1 EP 0088076A1 EP 81902656 A EP81902656 A EP 81902656A EP 81902656 A EP81902656 A EP 81902656A EP 0088076 A1 EP0088076 A1 EP 0088076A1
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Definitions

  • DE-OS 2303481 provides fabrics made of carbon fibers for reinforcement in connection with outer skins made of thermoplastic materials.
  • DE-OS 2736240 mentions a metal support layer arranged between insulation layers for an insulation board.
  • DE-OS 17 84 565 shows a whole series of prefabricated hat profile panels and the like. to form an inner structure made of fiber-reinforced plastic in a composite panel.
  • GB-PS 1 150 655 shows an example of so-called honeycomb cores of composite panels.
  • the magazine "Schiffbau, 23. Gonz ⁇ gang, issue 11/1971, page 864 shows a cross section through a sandwich panel with prefabricated hat profiles hot-pressed from glass fiber reinforced epoxy resin between two cover layers produced by hand laying process.
  • filler 3 there is a fiber-reinforced intermediate layer made of glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, kevlar fibers on each side of the composite panel.
  • the fibers form a web or a fabric or other layer that is tensile at least in one direction and is designed for a higher tensile strength than the outer skins.

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Description

Verbundkörper insbesondere Verbund¬ platte
Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper, insbeson¬ dere Verbundplatte mit
.beidseitig einer starren Außenhaut .einem ein-oder mehrteiligen Schaumstoff-Füll- körper,
.und faserverstärkten Zwischenschichten aus Glas¬ fasern oder dgl. zwischen jeder Außenhaut und Füllkörper
.sowie ausgehärtetem Kunststoff zur Verbindung der Gesamtanordnung.
Ein derartiger Verbundkörper ist aus der US-PS 3,544,417 bekannt. Danach ist vorgesehen für in Verbundbauweise hergestellte Bootskörper o:dgl. zunächst einzelne pris- atische Schaumstoffstäbe zwischen einer Gewebegrund¬ lage und einer Gewebeabdecklage einzunähen und dann als vorgefertigte Unteranordnung mit Kunstharz auszuhärten. Diese vorgefertigte Unteranordnung wird dann mittels aushärtbarem Kunstharz mit den starren Außenhäuten ver¬ bunden, bei denen es sich vorzugsweise um Holz handeln soll.
Derartige Verbundkörper sind aufgrund der erforderli¬ chen Nähvorgänge von vergleichsweise kompliziertem Auf¬ bau, und es besteht bei ihnen nach wie vor Verformungs- gefahr durch Delamination oder Einbeulung auf der Druck¬ seite und Reißen auf der Zugseite einer Beanspruchung.
Außer dem vorgenannten Stand der Technik sind eine große Anzahl von Verbundkörpern der verschiedensten Zusammen¬ setzungen und Material-Auswahlen bekanntgeworden. Die DE-OS 2303481 sieht im Zusammenhang mit Außenhäuten aus thermoplastischen Materialien Gewebe aus Kohlenstoff- Fasern zur Verstärkung vor. Die DE-OS 2736240 nennt für eine Dämmplatte eine zwischen Dämmschichten angeordnete Trägerschicht aus Metall. Die DE-OS 17 84 565 zeigt eine ganze Reihe von vorgefertigten Hutprofilplatten u.dgl. zur Bildung eines inneren Tragwerkes aus faserverstärk¬ tem Kunststoff in einer Verbundplatte. Die GB-PS 1 150 655 zeigt ein Beispiel für sogenannte Wabenkerne von Verbundplatten. Die Zeitschrift "Schiffbau, 23. Jahr¬ gang, Heft 11/1971, Seite 864 zeigt einen Querschnitt durch eine Sandwichplatte mit aus Glasfaser-verstärktem Epoxidharz warmgepreßten, vorgefertigten Hutprofilen zwi¬ schen zwei im Handauflegeverfahren hergestellten Deck¬ schichten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbundplatte der in Rede stehenden Art zu schaf¬ fen, die einen verbesserten Verformungswiderstand gegen Biegebeanspruchungen und Beulbeanspruchungen bei mög¬ lichst geringem Materialaufwand und einfacher Herstell¬ barkeit aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Vereinigung der eingangs als bekannt vorausgesetzten Merkmale, mit den Merkmalen, daß
.Jede Außenhaut aus einem Material einer Druck¬ festigkeit von wenigstens etwa Rein-Aluminium
OM?I " - besteht .und eine Wandstärke zwischen 0,05 und 1 mm hat,
.und mittels einer einheitlich ausgehärteten Kunst- sto-Sschicht jeweils
•mit der zugehörigen Zwischenschicht,
.die in den auftretenden Zugbeanspruchungsphasen auf höhere Festigkeit als die Außenhäute ausge¬ legt ist,
.und mit dem Schaumstoffkern verbunden ist.
Die vorstehend gekennzeichnete MerkmalsVereinigung hat sich trotz des Vorhandenseins zahlreicher Gestaltungen von Verbundplatten als unerwartet fortschrittlich er-". wiesen. Mit dieser Merkmalsvereinigung läßt sich bei geringem Plattengewicht eine äußerst hohe Verformung- Festigkeit gegen Biegekräfte und Beulkräfte erreichen, wobei eine einfache Herstellbarkeit gegeben ist.
Die genannten Bestandteile der Verbundplatte nach der Erfindung brauchen lediglich schichtenweise zusammenge- legt und dann durch Aushärtung des Kunststoffs zu einer Einheit verbunden werden. Dabei erübrigen sich auch ge¬ trennte Aushärtungsschritte für irgendwelche vorgefer¬ tigten Unteranordnungen.
Wesentlich für die Verbundplatte nach der Erfindung ist, daß sich die Druckfestigkeit der verhältnismäßig dünn zu haltenden Außenhäute und die über der Zugfestigkeit der Außenhäute liegende Zugfestigkeit der Faser-Zwi- schenschicht miteinander ergänzen und dann zusammen mit dem Schaumstoffkern einen Gesamt-Verformungsvriderstand gegen Biegekräfte und Beulkräfte ergeben, der den bis¬ her bekanntgewordenen Verbundplatten bei geringerem Ge¬ wicht und vereinfachter Herstellbarkeit überlegen ist. 1 Als Material der Außenhäute eignen sich Aluminiumlegie¬ rungen, sogar Reinaluminium, Eisenblech, Tafeln aus duro¬ plastischem Material u.dgl..
5 Als Material für die Faser-Zwischenschichten finden vor¬ zugsweise Glasfasern, Kohlefasern, Aramid-Fasern, Kevlar- Fasern in verschiedenen, wenigstens in einer Richtung zugfesten Bahn- bzw. Gewebeformen Verwendung.
-JO Als Material für den Schaumstoff-Füllkörper eignen sich Polyuretan, Styropor, Polyimid und dgl..
Als aushärtbares Kunstharz zur Verbindung der verschie¬ denen Bestandteile eignen sich Polyester- und Epoxid- 15 Harze selbst einfacher Qualitäten oder vergl. Kunststoff
Nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung aufgebaute Verbundplatten lassen sich in den verschiedensten Ge¬ staltungen herstellen. 0
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor,
. , daß der Schaumstoff-Füllkörper aus zwei parallelen Platten besteht, welche zwi-r 5 sehen sich eine weitere Zwischenschicht aus zugfesten Fasern aufnehmen und mit dieser durch das Kunstharz einheitlich verbunden sind.
0 Eine weitere Ausgestaltung sieht vor,
. , daß die einzelnen Platten des Schaumstoff- Füllkörpers einander komplementär ergänzen¬ de Vertiefungen und Erhebungen aufweisen, 5 welche jedoch an allen Stellen Abstand von den Außenhäuten und Zwischenschichten halten. Damit erzielt man eine größere Platten- Elastizität und größere Biegbarkeit in Quer¬ richtung.
Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand von Zeichnungen.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Verbundkörper in Form einer ebenen Verbundplatte.
Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene schaubildliche Darstellung eines Verbundkörpers in Form einer gewölbten Platte mit geteiltem Füllkörper.
Fig. 3a eine schaubildliche Darstellung eines weiteren Verbundkörpers mit geteiltem, profiliertem Schaumstoff-Füllkörper in teilweise auseinander¬ gezogenem Zustand und
Fig.3b den Verbundkörper aus Fig. 3a in vollständig zu¬ sammengepreßtem Zustand.
Fig. 1 zeigt einen Verbundkörper in Form einer ebenen Verbundplatte, wie sie für Leichtbaukonstruktionen für Bootskörper, Container u.dgl. verwendet werden kann. Der Verbundkörper setzt sich aus folgenden Schichten zusammen:
Auf den beiden Seitenflächen des Verbundkörpers be¬ findet sich eine Außenhaut 1 bzw. 2, die aus einem Material mit einer Druckfestigkeit von wenigstens etwa Rein-Aluminium besteht und eine Wandstärke zwischen etwa 0,05 und 1 mm hat. Je nach Verwendungszweck lassen sich auch Eisenblech, korrosionsfeste Stahlbleche und andere Materialien einsetzen, wobei jedoch die Druckfestigkeit diejenige von Rein-Aluminium nicht unterschreiten darf .
Je höher die Druckfestigkeit ist, desto geringer kann die Wandstärke in den angegebenen Grenzen gewählt werden auch Tafeln aus duroplastischem rfeterial eignen sich.
Den Hauptteil der Dicke der Verbundplatte nimmt ein
Schaumstoff-Füllkörper ein, der beispielsweise 20 mm stark ist und aus geschäumtem Polyuretan, Styropor oder bei hohen Festigkeitserfordernissen auch Polyimid be- steht. Derartige Schaumstoff-Füllkörper sind im Handel erhältlich.
Zwischen den Außenhäuten 1 und 2 und dem Schaumstoff-, Füllkörper 3 befindet sich auf jeder Seite der Verbund- platte eine faserverstärkte Zwischenschicht aus Glas¬ fasern, Kohlefasem, Aramid-Fasern, Kevlar-Fasern. Die Fasern bilden dabei eine Bahn oder ein Gewebe oder sonstige Schicht, die wenigstens in einer Richtung zug¬ fest ist und dabei auf eine höhere Zugfestigkeit als die Außenhäute ausgelegt ist.
Während also die Außenhäute eine gewisse Mindestdruck¬ festigkeit (mindestens so druckfest wie Rein-Aluminium) haben sollen, ist es für die Faser-Zwischenschichten 4 und 5 wichtig, daß diese in den Richtungen, in denen im Verbundkörper Zugbeanspruchungen auftreten, eine größere Zugfestigkeit als die Außenhäute haben.
Außenhäute 1 und 2, Zwischenschichten 4 und 5 und Schaumstoff-Füllkörper 3 sind miteinander mittels einer einheitlich ausgehärteten KunststoffSchicht ver¬ bunden. Als Kunststoff eignen sich Polyesterharze, Epoxidharze und vergleichbare Kunststoffe, die selbst von billiger Qualität sein können.
Die Herstellung einer Verbundplatte der in Fig. 1 ge¬ zeigten Art erfolgt einfach in der Weise, daß die mit¬ einander zu verbindenden Flächen der Außenhäute 1 und 2,
ov der Zwischenschichten 4 und 5 und des vorzugsweise plattenförmig vorgefertigten Schaumstoff-Füllkörpers mit dem Kunstharz bestrichen oder getränkt werden, und daß dann die Platte der für die Kunststoff-Aushärtung erforderlichen Pressung und ggfs. Wärmeeinwirkung unter¬ worfen wird.
Bei diesem Vorgang verbinden sich dann die verschieden¬ en Schichten der Platte zu einem einheitlichen Verbund- körper, der sich aufgrund der erläuterten besonderen
Zusammensetzung und Verteilung der Druckfestigkeit und Zugfestigkeit auf die Schichten durch besonders hohe Verformungs-Festigkeit gegen Biegekräfte und Beulkräfte auszeichnet. Dabei ist die einfache Herstellbarkeit von besonderem Vorteil.
Das vorstehend erläuterte Aufbauprinzip, bei dem zur Aufnahme von Druckkräften die Außenhäute und zur Auf¬ nahme von Zugkräften die Zwischenschichten zwischen Außenhäuten und Schaumstoff-Füllkörper dienen, läßt sich nicht nur für Platten mit im wesentlichen parallelen Begrenzungsflächen, sondern auch für verschiedene Form¬ körper anwenden. Dabei kann der Schaumstoff-Füllkörper statt durch Vorfertigung auch durch Ausschäumung an Ort und Stelle hergestellt sein. Auch i "diesem Falle ist wichtig, daß der Schaumstoff-Füllkörper, die zugfesten Faser-Zwischenschichten und die druckfesten Außenhäute durch einheitlich ausgehärtete Kunstharzschichten inte¬ gral miteinander verbunden sind, so daß sich die Druck- und Zugfestigkeiten der gena nten Schichten miteinander ergänzen können.
Die Fig. 2 zeigt einen Verbundkörper in Form einer ge¬ wölbten Platte.
Dieser besitzt wiederum Außenhäute 21 und 22 aus Metall^ faserverstärkte Zwischenschichten 23 und 24 auf der Innenseite der Außenhäute und einen Schaumstoff-Füll- körper, der aus zwei Füllkörperhälften 25 und 26 mit eingeschalteter Zwischenschicht 27 aufgebaut ist. Die Zwischenschicht ist beim bezeichneten Ausführungsbei¬ spiel dreilagig und besteht aus einer dünnen gewellten Metallfolie 28 und zwei zu beiden Seiten der Metall¬ folie angeordneten Fasermatten 29 und 30. Ein derarti¬ ger Aufbau eignet sich besonders gut für die Anwendung bei energieverzehrenden Bauteilen wie Stoßstangen o.dgl
Auch bei dem Verbundkδrper nach Fig. 2 sind alle
Schichten an ihren einander zugekehrten Flächen mittels ausgehärtetem Kunstharz miteinander verklebt, so daß auch hier die gegenseitige Ergänzung der Festigkeits¬ werte erfolgt, welche zu einer ganz erheblich über die Einzelfestigkeiten der einzelnen Schichten hinausgehen¬ den Gesamtfestigkeit führt.
Fig. 3a und 3b zeigen eine weitere Abwandlungsform eines Verbundkörpers, bei dem der Schaumstoff-Füllkör- per auch geteilt ist, und eine Profilierung aufweist.
Im einzelnen sieht man bei 31 und 32 die beiden Außenhäute, bei 33 und 34 die an den Außenhäuten an¬ liegenden faserverstärkten Zwischenschichten, bei 35 und 36 zwei Schaumstoff-Füllkörperhälften und bei 37 eine zwischen den beiden Schaumstoff-Füllkörperhälften befindliche weitere faserverstärkte Zwischenschicht.
Die Fig. 3a zeigt die einzelnen Schichten in teilweise auseinandergezogenem Zustand. Man sieht insbesondere auch die Profilerhebungen 38 und Profiϊtäler 39. Die faserverstärkte Zwischenschicht 37 ist in Fig. 3a noch eben dargestellt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind alle einander zugekehrten Flächen der einzelnen Schichten mit aushärtbarem Kunstharz eingestrichen oder getränkt. Wird die Gesamtanordnung dann zusammen¬ gepreßt, so erhält die mittlere Zwischenschicht 37 eine den Profilerhebungen 38 und Profiltälern 39 der
OMH Füllkörperhälften folgende Profilierung, die zu einer weiteren Festigkeitssteigerung beiträgt.
Auch eine solche Platte läßt sich nach Anbringung des aushärtbaren Kunstharzes auf den verschiedenen Flächen zusammenfügen, in einem einzigen Preßvorgang aushärten und zu einem einheitlichen Verbundkδrper verbinden. Auch hier sind die Druckfestigkeiten und Zugfestig¬ keiten in Außenhäuten und Zwischenschichten in der eingangs erläuterten Weise verteilt und ergibt sich somit die unerwartet hohe Festigkeit insbesondere gegen Biege- und Beulkräfte.
Verbundkörper gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich für die verschiedensten Anwendungsfälle benutzen.
Ein derartiger Anwendungsfall liegt beispielsweise in der Herstellung der Wandung für eine fünf Meter lange Jolle. In einem solchen Fall benutzt man 0,3 mm starke Aluminium-Außenhäute und einen Füllkörper aus Polyure¬ tan, Styropor oder Polyimid. Für die Zwischenschichten benutzt man dabei ein Glasgewebe von 320g/m2. Ein solches Glasgewebe ist etwa 0,3 um stark. Als Kunst¬ harze dienen wiederum Polyester oder Epoxidharze, welche dann nach Aushärtung alle Teile des Verbundkör¬ pers einheitlich miteinander verbinden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verbundkörper, insbesondere Verbundplatte mit . beidseitig einer starren Außenhaut, . einem ein- oder mehrteiligen Schaumstoff-
Füllkörper . und faser-verstärkten Zwischenschichten aus Glasfasern o.dgl. zwischen jeder Außenhaut und Füllkörper, - sowie ausgehärtetem Kunststoff zur Verbindung der Gesamtanordnung, gekennzeichnet durch die Vereinigung vorgenannter mit den weiteren Merkmalen, daß
. jede Außenhaut (1, 2 bzw. 21, 22 bzw. 31, 32) aus einem Material einer Druckfestigkeit von wenigstens etwa Rein-Aluminium besteht, und
. eine Wandstärke zwischen 0,05 und 1 mm hat, - und mittels einer einheitlich ausgehärteten
Kunstst ffechicht jeweils mit der zugehörigen Zwischenschicht(4,5 bzw.23, 24 bzw. 33, 34), die in den auftretenden Zug¬ beanspruchungsphasen auf höhere 'Zugfestigkeitals die Außenhäute ausgelegt ist, und
. deπr. Schaumstoffkern (3 bzw. 25, 26 bzw. 35,36) verbunden ist.
2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Außenhäute aus Aluminium-Legierungen, Rein-Aluminium, Eisenblech oder Tafeln aus duroplasti¬ schem Material bestehen.
3. Verbundkörper nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, daß die faserverstärkten Zwischenschichten aus Glasfasern, Kohlefasern, Aramid-Fasern, Kevlar- Fasern bestehen.
C~vϊ?I
4. Verbundkörper nach Anspruch 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Schaumstoff-Füllkörper aus Polyuretan, Styropor oder Polyimid besteht.
5. Verbundkörper nach Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die verbindenden Kunstharzschichten ausge¬ härtete Polyesterharze oder Epoxid-Harze- oder vergleich¬ bare Kunststoffe sind.
EP81902656A 1981-09-08 1981-09-08 Verbundkörper, insbesondere verbundplatte Withdrawn EP0088076A1 (de)

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