EP3568292A1 - Formstück - Google Patents

Formstück

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Publication number
EP3568292A1
EP3568292A1 EP18700486.6A EP18700486A EP3568292A1 EP 3568292 A1 EP3568292 A1 EP 3568292A1 EP 18700486 A EP18700486 A EP 18700486A EP 3568292 A1 EP3568292 A1 EP 3568292A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inner layer
outer layer
layer
partially hollow
fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18700486.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Katzinger
Roman GMEINER
Wolfgang ALLERSTORFER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SGL Carbon SE
Original Assignee
SGL Carbon SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SGL Carbon SE filed Critical SGL Carbon SE
Publication of EP3568292A1 publication Critical patent/EP3568292A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/12—Rigid pipes of plastics with or without reinforcement
    • F16L9/121—Rigid pipes of plastics with or without reinforcement with three layers

Definitions

  • the invention relates to an at least partially hollow molding according to the preamble of claim 1 and a method for producing an at least partially hollow
  • Shaped piece according to the preamble of claim 10.
  • Plastic formed hollow shaped pieces is usually a fiber material having one or more layers of fibers, wherein the fibers of the fiber material may be present in different orientations, unidirectional, as a fabric or as a scrim.
  • Fiber material is either already preimpregnated with a plastic or the plastic is fed into the fiber material in a later step before a consolidation process.
  • Fiber mats preimpregnated with plastic are also referred to as "prepreg.”
  • the plastic for such shaped parts is generally a plastic from the group of thermosets or thermoplastics.
  • the fiber material is formed in a single-layered or multi-layered manner into a molding tool to form a hollow space.
  • the fiber material is pressed against the mold by means of a pressure applied in the cavity via an expandable element and, depending on the starting material, plastic material is fed to the fiber material or not.
  • the expandable element may be, for example, a core and an expandable
  • expandable element is used after molding of the fiber material or during molding of the fiber material.
  • the plastic is consolidated, for example, in an autoclave.
  • the component is formed from the mold and post-processed depending on the process and manufacturing tolerances.
  • a production method or a correspondingly produced shaped piece is known, for example, from WO 2013/026801 Al, US 2010/0116438 Al, WO 99/38681, US 5,262,118, DE
  • the shaped pieces consist of several layers formed by fiber-reinforced plastic.
  • the layers themselves may each be formed by a layer of fiber material or by a plurality of layers of fiber material.
  • US 4,169,749 discloses the preparation of such a hollow shaped piece, wherein the shaped piece is a rotor blade.
  • an inner layer of prepreg is formed to form a cavity, which inner layer is consolidated into a mandrel according to the method mentioned above.
  • the mandrel is then wrapped with prepreg sheets to form an outer layer and re-consolidated in a mold while applying pressure in the cavity.
  • the outer layer connects to the mandrel and said formed from several layers molding is formed.
  • a hollow tubular shaped piece in the form of a bow bar for a stringed instrument in which the circumference also comprises an outer and a first inner layer.
  • the outer layer is formed by a film and the first inner layer is formed from a fiber composite material, the outer layer serving as a decoration and to achieve a smooth, non-porous surface.
  • the production of the bow bar is done by placing the individual layers one after the other in a mold whose surface corresponds to the negative of the finished bow bar.
  • prepreg is used as the starting material of the first inner layer. While consolidating the first inner layer
  • the bow bar is applied to the inner layer by means of a lance inserted into the cavity of the finished bow bar, whereby it and the foil are pressed against the forming tool. After consolidation, the first inner layer and the film are permanently bonded.
  • Fiber-reinforced plastic moldings may already occur on impact of small objects on the surface of the molding, thereby weakening its structure and causing sudden failure of the molding under load.
  • the film provided with a molded piece known from EP 0 933 756 A2 does not provide better protection in this regard, since the film can absorb any significant forces.
  • the known manufacturing processes are very expensive, since a very large number of process steps are necessary for the production of the shaped pieces and a mold that is expensive to produce is required.
  • Fittings are from DE 41 00 510 AI, DE 10 2006 031 335 AI, WO 90/01410,
  • the object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1 and by a method having the features of the characterizing part of claim 10.
  • the outer layer consists of a material different from fiber-reinforced plastic and withstands a relative pressure of 3 bar to 40 bar, in particular a relative pressure of 5 bar to 20 bar, between an inner side of the outer layer and an outer side of the outer layer.
  • a relative pressure of 3 bar to 40 bar in particular a relative pressure of 5 bar to 20 bar
  • Materials for the outer layer may include, for example, a variety of metals, such as aluminum, various steel and iron alloys, bronze, copper, etc., or
  • the permanent connection between the first inner layer and the outer layer can in particular exclusively by the plastic of the fiber-reinforced
  • the fitting according to the invention can be connected to other components by means of the first inner layer and / or the outer layer by means of welding, soldering, screwing, riveting, gluing, pressing, etc. It can be taken on material pairing consideration, which is not only an optimal
  • connection in terms of load capacity can be achieved, but it can also be achieved advantages in terms of the best possible corrosion protection.
  • a reactivatable plastic such as a thermoplastic material
  • the first inner layer and / or the outer layer has / have recesses for the connection to further components.
  • a free end of the molding may be formed only of the outer layer, whereby, for example, with an outer layer formed of aluminum, the molding may be bonded to other aluminum members by welding without damaging the first inner layer due to thermal stress. It is also possible that such recesses are provided in the middle of the fittings or at any points of the fittings.
  • Another advantage of the structure of the molding according to the invention is that the outer layer protects the inner layer against UV radiation, whereby a
  • Aging rate of the plastic of the first inner layer is reduced and a lifetime of the molding according to the invention is increased. Also, compared to a molded piece of pure fiber-reinforced plastic in the molding according to the invention a heat resistance to external influences is improved.
  • the at least partially hollow shaped piece in cross-section at least partially in the form of a circular ring or a polygonal ring.
  • the term circular ring also an oval circular ring is seen.
  • the molding according to the invention may be hollow over its entire length or even partially hollow.
  • the fitting may also be formed by a solid shaft made of metal, which at one end has a bore bored concentrically in its longitudinal direction
  • the area of the blind bore represents the outer layer, wherein in the outer layer an inner layer of fiber-reinforced plastic is introduced.
  • This variant of the fitting can, for example, as
  • the molding is hollow in the longitudinal direction over its entire length and has the shape of a straight or curved molding tube.
  • An inventive molding in the form of a forming tube can, for example, as a basis for the formation of a
  • Frame construction in particular as a crash element, strut bar or roll bar in vehicles, serve, or can be used as a pressure tank, as a drive shaft, as an aircraft fuselage, truss strut in crane construction, etc. use. Also exists for example the
  • the fitting may be closed in an oblong orientation in its periphery or at least partially open.
  • the first inner layer and / or the outer layer is / are slit along its longitudinal direction at open ends or in the middle, whereby a shape change upon application of external forces to the shaped piece can be changed.
  • such a shaped piece can also be used as a torsion element.
  • the slots may be advantageous for attaching the fitting to other components.
  • a fiber material of the first inner layer comprises one or more layers of fibers, wherein the fibers of the fiber material are formed as a fabric or scrim or are aligned unidirectionally and / or angularly to the longitudinal axis of the hollow molded piece.
  • the fibers of each layer have a different orientation.
  • This has the advantage that the strength of the inner layer can be varied as desired and adapted to loads.
  • the strength of the molding is adjusted both by varying the thickness and the shape of the outer layer, as well as by the number and orientation of the layers of fiber material of the first inner layer and the plastic of the first inner layer.
  • the thickness of the outer layer is at least 0.5mm, preferably between 0.5mm and 10mm.
  • the outer layer has on its outside and / or inside a
  • the functional coating on.
  • This has the advantage that properties of the outside and / or inside can be adapted to an area of use of the shaped piece.
  • the functional coating can change a sliding property, a surface roughness, a surface finish and / or a surface strength of the outside and / or inside.
  • the functional coating may be formed by a metal layer such as chromium or copper, as well as formed by a thin layer of plastic or ceramic.
  • a coating or powder coating of the outside and / or inside is seen as a functional coating.
  • the at least partially hollow shaped piece expediently has a second inner layer, which is arranged within the first inner layer and is advantageously adhesively bonded thereto.
  • the second inner layer is formed of the same material as the outer layer.
  • a molding comprising at least a first inner layer and an outer layer comprises the following steps:
  • Fiber material is formed
  • process step c) can be carried out before process step b).
  • the first inner layer Upon consolidation of the first inner layer, the first inner layer forms a permanent bond with the outer layer, wherein the permanent bond between the first inner layer and the outer layer is formed by the plastic of the first inner layer. Additional glue is not necessary.
  • the shape of the molding is essentially predetermined by the outer layer.
  • the fluid is introduced into the expandable element at a pressure of from 3 bar to 40 bar, in particular at a pressure of from 5 bar to 20 bar, wherein a pressure outside the outer layer preferably corresponds to the atmospheric pressure.
  • the outer layer must be formed to withstand this pressure / pressure difference.
  • the fluid can be both gaseous and liquid.
  • the fluid is formed by air, water, oil, etc. and can also be heated prior to introduction into the expandable element.
  • the expandable element is in its simplest embodiment, an inflatable membrane, for example a film, but can also by a rigid element, in the
  • a core be formed, which is provided with an expandable membrane.
  • the optional application of heat to the at least one first inner layer to conform the first inner layer to an inner side of the outer layer is expedient in the case of fiber material preimpregnated with plastic in order to achieve an optimum
  • the temperature is between 60 ° C and 150 ° C.
  • the pressure and temperature can either be kept constant or changed. In this regard, for example, there is also the possibility that the plastic for consolidation is only strongly heated for a short time.
  • the expandable member is formed by a rigid elongate body and an expandable membrane, the expandable member being coated with the starting material to form the first layer, and the formed first inner layer and expandable member being simultaneously introduced into the outer layer become.
  • the expandable element or parts of the expandable element during consolidation become an integral part of the at least partially hollow molding. This has the advantage that the strength of the finished molded piece can be further increased and / or an inner side of the first inner layer is protected from environmental influences / external influences.
  • the first inner layer is at least temporarily applied before, during and / or after consolidation with a vacuum. This has the advantage that
  • Air pockets in the plastic of the first inner layer are avoided and a weakening of the fitting is prevented.
  • the fibers used in the fiber material are selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, boron fiber, ceramic fiber, basalt fiber, PBO fiber or any combination of these fibers, since it is thus possible to place the fibers according to the material Optimal selection of requirements.
  • FIG. 1 shows a cross section of an embodiment of a fitting according to the invention in a perspective view.
  • FIG. 2 shows the embodiment variant of the molded part according to the invention according to FIG. 1 during production in a side view
  • FIG. 3 shows the embodiment variant of the molded part according to the invention according to FIG. 1 during production in a sectional view A-A; FIG. and
  • Fig. 4 parts of the sectional view A-A of Figure 3 in a detailed view.
  • FIG. 1 shows a cross-section of an embodiment variant of a molded piece 1 according to the invention according to FIG. 1 in a perspective view, wherein the shaped piece 1 is annular in cross-section.
  • the molded piece 1 is formed by a first inner layer 2, an outer layer and a film 8, not shown in Figure 1, wherein the first inner layer 2 is formed of a carbon fiber reinforced plastic and the outer layer of a continuous aluminum tube 3.
  • FIG. 2 shows the embodiment variant of the molded piece 1 according to the invention according to FIG. 1 during production in a side view.
  • FIG. 3 shows the embodiment variant of the molded piece 1 according to the invention according to FIG. 1 during production in a sectional view A-A.
  • the inner layer is still present as a starting material of the carbon fiber reinforced plastic, wherein the
  • Embodiment used an expandable element 5, which is formed from a center piece 7, an expandable membrane formed by the film 8 and two end pieces 6.
  • the film 8 is sleeve-shaped and encloses a lateral surface of the middle piece 7.
  • the end pieces 6 each have a threaded extension 9, by means of which they are each screwed laterally into a counter-threaded piece 10 of the middle piece 7, wherein screwed end pieces 6, a lateral projection 11 of the film 8 between the middle piece 7 and end piece 6 is clamped and thus the film 8 each side sealing
  • the film 8 can each be laterally sealed to the middle piece 7, whereby a clamping by means of the end pieces 6 can be dispensed with.
  • the end pieces 6 furthermore each have a fluid supply channel 12, a
  • the middle piece 7 has a distributor channel 14, which is in fluid communication with screwed end piece 6 with the fluid supply channel 12 of an end piece 6.
  • FIG. 4 shows parts of the sectional view A-A according to FIG. 3 in a detailed view G.
  • the center piece 7 is first coated with the sleeve-shaped film 8, whereby the entire surface of the middle piece 7 is covered by the film 8.
  • the film 8 is coated with the prepreg to form the first inner layer 2.
  • the film 8 is advantageously wrapped with the prepreg, wherein in this embodiment, a plurality of layers of prepreg are applied in unidirectional direction. But it is also possible to apply only one layer of prepreg or multiple layers of prepreg in different orientations, applied. It is also possible to apply prepregs in the form of a fabric or a gel.
  • the package thus formed from the middle piece 7, the film 8 and the prepreg is introduced into the aluminum tube 3, wherein an outer diameter of the prepreg layers is only slightly smaller than an inner diameter of the aluminum tube.
  • Distributor duct 14 according to arrow 17 air supplied with a pressure of 4 bar in the expandable element 5, whereby the film 8, the prepreg presses flat against the aluminum tube 3.
  • the pressure of 4 bar corresponds to a relative pressure between an outside of the aluminum tube 3 and an inside of the aluminum tube 3.
  • atmospheric pressure prevails on the outside of the aluminum tube 3.
  • the finished molding 1 consists of an outer layer formed by an aluminum pipe 3, a first inner layer 2 formed by fiber-reinforced plastic, and the film 8.
  • the middle piece 7 and the film 8 are removed together from an interior of the shaped piece 1.
  • additional plastic is supplied via an additional line in the first inner layer 2 when heating.

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Abstract

Zumindest teilweise hohles Formstück (1) und Verfahren zur Herstellung des hohlen Formstücks (1), wobei das zumindest teilweise hohle Formstück (1) einen in länglicher Ausrichtung zumindest teilweise geschlossenen Umfang aufweist, der zumindest eine äußere Schicht (3) und eine erste innere Schicht (2) umfasst. Die erste innere Schicht (2) ist innerhalb der äußeren Schicht (3) angeordnet, ist mit dieser dauerhaft verbunden und ist aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet. Die äußere Schicht (3) ist aus einem von faserverstärktem Kunststoff verschiedenen Material gebildet.

Description

Formstück
Die Erfindung betrifft ein zumindest teilweise hohles Formstück nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise hohlen
Formstücks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Es sind ganz allgemein Verfahren zur Herstellung von hohlen Formstücken bekannt, die aus faserverstärkten Kunststoff bestehen. Ausgangsmaterial solcher aus faserverstärktem
Kunststoff gebildeten hohlen Formstücke ist für gewöhnlich ein Fasermaterial, das eine oder mehrere Lagen Fasern aufweist, wobei die Fasern des Fasermaterials in verschiedenen Ausrichtungen, unidirektional, als Gewebe oder als Gelege vorliegen können. Das
Fasermaterial ist entweder bereits mit einem Kunststoff vorimprägniert oder der Kunststoff wird in einem späteren Schritt vor einem Konsolidierungsprozess in das Fasermaterial zugeführt. Mit Kunststoff vorimprägnierte Fasermatten werden auch als„Prepreg" bezeichnet. Der Kunststoff für derartige Formstücke ist in der Regel ein Kunststoff aus der Gruppe der Duroplaste oder Thermoplaste.
Zur Herstellung des hohlen Formstücks wird in einem ersten Schritt das Fasermaterial unter Bildung eines Hohlraums einlagig oder mehrlagig in ein Formwerkzeug eingeformt. In einem daran anschließenden Schritt wird mittels eines im Hohlraum über ein expandierbares Element aufgebrachten Drucks das Fasermaterial gegen das Formwerkzeug gepresst und je nach Ausgangsmaterial wird Kunststoff zum Fasermaterial zugeführt oder nicht. Das expandierbare Element kann zum Beispiel durch einen Kern und eine expandierbare
Membran oder nur durch eine expandierbare Membran gebildet sein, wobei das
expandierbare Element nach dem Einformen des Fasermaterials oder beim Einformen des Fasermaterials eingesetzt wird. In einem weiteren Schritt wird der Kunststoff zum Beispiel in einem Autoklaven konsolidiert. Nach dem Konsolidieren wird das Bauteil aus dem Formwerkzeug ausgeformt und je nach Verfahren und Fertigungstoleranzen nachbearbeitet. So ein Herstellungsverfahren bzw. ein entsprechend hergestelltes Formstück ist zum Beispiel aus WO 2013/026801 AI, US 2010/0116438 AI, WO 99/38681, US 5,262,118, DE
40 39 231 AI oder WO 94/21438 bekannt.
Darüber hinaus sind Verfahren zur Herstellung von hohlen Formstücken bekannt, bei denen die Formstücke aus mehreren durch faserverstärkten Kunststoff gebildeten Schichten bestehen. Die Schichten selbst können jeweils durch eine Lage Fasermaterial oder durch mehrere Lagen Fasermaterial gebildet sein. US 4,169,749 offenbart die Herstellung so eines hohlen Formstücks, wobei das Formstück ein Rotorblatt ist. Bei dem Verfahren wird zuerst eine innere Schicht aus Prepreg unter Bildung eines Hohlraums geformt, welche innere Schicht entsprechend dem eingangs erwähnten Verfahren zu einem Dorn konsolidiert wird. Der Dorn wird anschließend mit Prepreg-Lagen zur Bildung einer äußeren Schicht umhüllt und in einem Formwerkzeug unter Aufbringung von Druck in dem Hohlraum erneut konsolidiert. Dadurch verbindet sich die äußere Schicht mit dem Dorn und es wird besagtes aus mehreren Schichten gebildetes Formstück gebildet.
Aus der EP 0 933 756 A2 ist ein hohles rohrförmiges Formstück in Form einer Bogenstange für ein Streichinstrument bekannt, bei dem der Umfang auch eine äußere und eine erste innere Schicht umfasst. Die äußere Schicht ist durch eine Folie und die erste innere Schicht ist aus einem Faserbundmaterial gebildet, wobei die äußere Schicht als Dekor sowie zur Erzielung einer glatten, porenfreien Oberfläche dient. Die Herstellung der Bogenstange erfolgt durch Auflegen der einzelnen Schichten nacheinander in ein Formwerkzeug, dessen Oberfläche dem Negativ der fertigen Bogenstange entspricht. Als Ausgangsmaterial der ersten inneren Schicht wird Prepreg verwendet. Während dem Konsolidieren der
Bogenstange wird mittels einer in den Hohlraum der fertigen Bogenstange eingeführten Lanze Druck auf die innere Schicht aufgebracht, wodurch diese und die Folie gegen das Formwerkzeug gepressten werden. Nach dem Konsolidieren sind die erste innere Schicht und die Folie dauerhaft verbunden.
Als nachteilig bei dem bekannten Stand der Technik hat sich erwiesen, dass aufgrund der Sprödigkeit des faserverstärkten Kunststoffes die Formstücke nur einen begrenzten Schutz gegen Einkerbung, auch als„Impactschutz" bezeichnet, bieten. Einkerbungen in
Formstücken aus faserverstärktem Kunststoff können schon bei einem Aufprall von kleinen Gegenständen auf der Oberfläche des Formstücks auftreten, wodurch dessen Struktur geschwächt ist und es zu einem plötzlichen Versagen des Formstücks unter Last kommen kann. Auch das mit einer Folie versehene Formstück bekannt aus der EP 0 933 756 A2 bietet diesbezüglich keinen besseren Schutz, da die Folie keine nennenswerte Kräfte aufnehmen kann. Ferner sind die bekannten Herstellungsverfahren sehr teuer, da zur Herstellung der Formstücke sehr viele Verfahrensschritte nötig sind und ein aufwendig zu fertigendes Formwerkzeug benötigt wird.
Weitere Formstücke aus faserverstärkten Kunststoffen oder die Herstellung solcher
Formstücke sind aus DE 41 00 510 AI, DE 10 2006 031 335 AI, WO 90/01410,
DE 195 42 665 AI oder DE 28 27 574 AI bekannt. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein zumindest teilweise hohles Formstück bereitzustellen, welches zumindest zum Teil aus faserverstärktem Kunststoff gebildet ist und eine haltbare und hochbelastbare Oberfläche aufweist. Ferner ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Formstücks bereitzustellen, bei welchem auf die Zuhilfenahme eines Formwerkzeugs verzichtet werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 10 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen zumindest teilweise hohlen Formstück besteht die äußere Schicht aus einem von faserverstärktem Kunststoff verschiedenen Material und hält einem Relativdruck von 3bar bis 40bar, im Besonderen einem Relativdruck von 5bar bis 20bar, zwischen einer Innenseite der äußeren Schicht und einer Außenseite der äußeren Schicht stand. Bedingt dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das hohle Formstück insbesondere einem unten beschriebenen Herstellungsverfahren standhält und die äußere Schicht in Abhängigkeit vom Material, Dicke und Oberflächenhärte sehr hohe Kräfte aufnehmen kann, wodurch nicht nur der Impactschutz verbessert wird, sondern auch die Belastbarkeit des Formstücks erhöht wird. Materialien für die äußere Schicht können zum Beispiel eine Vielzahl an Metallen, wie Aluminium, verschiedene Stahl- und Eisenlegierungen, Bronze, Kupfer etc., oder
verschiedene Kunststoffe oder Keramiken sein.
Die dauerhafte Verbindung zwischen der ersten inneren Schicht und der äußeren Schicht kann dabei insbesondere ausschließlich durch den Kunststoff des faserverstärkten
Kunststoffes und somit ohne zusätzlichen Klebstoff erfolgen.
Je nach Einsatzzweck des erfindungsgemäßen Formstücks kann es vorteilhaft sein, das Formstück mittels der äußeren Schicht und/oder der ersten inneren Schicht an weitere Bauteile anzubinden. So kann zum Beispiel das erfindungsgemäße Formstück mittels der ersten inneren Schicht und/oder der äußeren Schicht mittels Schweißen, Löten, Schrauben, Nieten, Kleben, Verpressen, etc. mit anderen Bauteilen verbunden werden. Dabei kann auf Materialpaarungen Rücksicht genommen werden, wodurch nicht nur eine optimale
Anbindung hinsichtlich Belastbarkeit erreicht werden kann, sondern es können auch Vorteile hinsichtlich eines bestmöglichen Korrosionsschutzes erzielt werden. Auch besteht die Möglichkeit bei Verwendung eines reaktivierbaren Kunststoffes, wie zum Beispiel einem thermoplastischen Kunststoff, die erste innere Schicht zur Anbindung an weitere Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff oder reinem Kunststoff wieder teilweise zu reaktivieren. In diesem Zusammenhang ist sehr vorteilhaft, dass die erste inneren Schicht und/oder die äußere Schicht für die Anbindung an weitere Bauteile Aussparungen aufweist/aufweisen. Es kann zum Beispiel ein freies Ende des Formstücks nur aus der äußeren Schicht gebildet sein, wodurch zum Beispiel bei einer aus Aluminium gebildeten äußeren Schicht das Formstück durch Verschweißen ohne Schädigung der ersten inneren Schicht aufgrund von thermischer Belastung an weitere Aluminiumbauteile angebunden werden kann. Auch besteht die Möglichkeit, dass solche Aussparungen in der Mitte der Formstücke oder an beliebigen Stellen der Formstücke vorgesehen sind.
Ein weiterer Vorteil des Aufbaus des erfindungsgemäßen Formstücks ist, dass die äußere Schicht die innere Schicht gegenüber UV-Strahlung schützt, wodurch eine
Alterungsgeschwindigkeit des Kunststoffes der ersten inneren Schicht herabgesetzt wird und eine Lebensdauer des erfindungsgemäßen Formstücks erhöht wird. Auch wird gegenüber einem Formstück aus reinem faserverstärktem Kunststoff bei dem erfindungsgemäßen Formstück eine Hitzebeständigkeit gegenüber äußeren Einflüssen verbessert.
Bevorzugt weist das zumindest teilweise hohle Formstück im Querschnitt zumindest teilweise die Form eines Kreisrings oder eines polygonalförmigen Rings auf. Unter dem Begriff Kreisring wird auch ein ovaler Kreisring gesehen. Das erfindungsgemäße Formstück kann über seine gesamte Länge hohl sein oder auch nur teilweise hohl sein. Es kann zum Beispiel in einer Ausführungsvariante das Formstück auch durch eine Vollwelle aus Metall gebildet sein, die an einem Ende eine in ihrer Längsrichtung konzentrisch gebohrte
Sackbohrung aufweist. Der Bereich der Sackbohrung stellt dabei die äußere Schicht dar, wobei in der äußeren Schicht eine innere Schicht aus faserverstärktem Kunststoff eingebracht ist. Diese Ausführungsvariante des Formstücks kann zum Beispiel als
Verbindungsstück zwischen Bauteilen aus Metall und faserverstärktem Kunststoff herangezogen werden.
Bevorzugt ist das Formstück in Längsrichtung über seine ganze Länge hohl und weist die Form eines geraden oder gekrümmten Formrohrs auf. Ein erfindungsgemäßes Formstück in Form eines Formrohrs kann zum Beispiel als Grundlage für die Bildung einer
Rahmenkonstruktion, insbesondere als Crashelement, Domstrebe oder Überrollbügel in Fahrzeugen, dienen, oder kann als Drucktank, als Antriebswelle, als Flugzeugrumpf, Fachwerkstrebe im Kranbau, etc. Einsatz finden. Auch besteht zum Beispiel die
Möglichkeit, dass das Formstück eine Fahrzeugfelge oder eine Fahrzeugtür ist. Bei Anwendung der vorliegenden Erfindung auf eine Fahrzeugtür kann ein Insassenschutz in einem Fahrzeug maßgeblich verbessert werden.
Das Formstück kann in länglicher Ausrichtung in seinem Umfang geschlossen sein oder zumindest teilweise offen sein. So besteht zum Beispiel die Möglichkeit, dass die erste innere Schicht und/oder die äußere Schicht entlang ihrer Längsrichtung an offenen Enden oder Mittig geschlitzt ist/sind, wodurch sich eine Formänderung bei Aufbringung von äußeren Kräften auf das Formstück verändern lässt. So kann so ein Formstück zum Beispiel auch als Torsionselement verwendet werden. Auch können die Schlitze vorteilhaft für Anbindungen des Formstücks an andere Bauteile sein.
Bevorzugt weist ein Fasermaterial der ersten inneren Schicht eine oder mehrere Lagen Fasern auf, wobei die Fasern des Fasermaterials als Gewebe oder Gelege ausgebildet sind oder unidirektional und/oder winkelig zur Längsachse des hohlen Formstücks ausgerichtet sind. Bei mehreren Lagen Fasermaterial besteht die Möglichkeit, dass die Fasern jeder Lage eine unterschiedliche Orientierung aufweisen. Das hat den Vorteil, dass die Festigkeit der inneren Schicht beliebig variiert und an Belastungen angepasst werden kann. Vorteilhaft wird aber die Festigkeit des Formstücks sowohl durch Variation der Dicke und der Form der äußern Schicht, als auch durch die Anzahl und die Orientierung der Lagen Fasermaterial der ersten inneren Schicht und den Kunststoff der ersten inneren Schicht eingestellt.
Zweckmäßig ist die Dicke der äußeren Schicht zumindest 0,5mm, bevorzugt zwischen 0,5mm und 10mm.
Bevorzugt weist die äußere Schicht an ihrer Außenseite und/oder Innenseite eine
funktionelle Beschichtung auf. Das hat den Vorteil, dass Eigenschaften der Außenseite und/oder Innenseite an einen Einsatzbereich des Formstücks angepasst werden können. So kann/können zum Beispiel durch die funktionelle Beschichtung eine Gleiteigenschaft, eine Oberflächenrauhigkeit, eine Oberflächengüte und/oder eine Oberflächenfestigkeit der Außenseite und/oder Innenseite verändert werden. Die funktionelle Beschichtung kann sowohl durch eine Metallschicht wie Chrom oder Kupfer gebildet sein, als auch durch eine dünne Schicht aus Kunststoff oder Keramik gebildet sein. In diesem Zusammenhang wird als funktionelle Beschichtung auch ein Lackieren oder Pulverbeschichten der Außenseite und/oder Innenseite gesehen. Auch besteht die Möglichkeit, durch die Beschichtung die Haftung der ersten inneren Schicht an der äußeren Schicht zu verbessern. Eine verbesserte Haftung der ersten inneren Schicht an der äußeren Schicht kann zum Beispiel durch Gravur, Schleifen oder Laserbearbeitung erreicht werden. Als funktionelle Beschichtung wird in diesem Zusammenhang auch das Härten der Innenseite und/oder der Außenseite gesehen. Zweckmäßig weist das zumindest teilweise hohle Formstück eine zweite innere Schicht auf, die innerhalb der ersten inneren Schicht angeordnet und vorteilhaft mit dieser verklebt ist. Das hat den Vorteil, dass eine Innenseite der ersten inneren Schicht geschützt ist und die Festigkeit noch einmal erhöht wird. Vorteilhaft ist die zweite innere Schicht aus demselben Material wie die äußere Schicht gebildet. Je nach Einsatz so eine Formstücks kann es zweckmäßig sein die zweite innere Schicht an ihrer Außenseite und/oder Innenseite auch mit einer funktionellen Beschichtung entsprechend des oben beschriebenen Typs zu versehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise hohlen
Formstücks aufweisend zumindest eine erste innere Schicht und eine äußere Schicht umfasst folgende Schritte:
a) Vorformen der ersten inneren Schicht aus einem Ausgangsmaterial, welches durch Fasermaterial oder bereits mit Kunststoff versehenem bzw. vorimprägniertem
Fasermaterial gebildet ist;
b) Einbringen der vorgeformten ersten inneren Schicht in die äußere Schicht;
c) Einbringen eines expandierbaren Elements in die erste innere Schicht;
d) Expandieren des expandierbaren Elements mittels Einbringen eines mit Druck beaufschlagten Fluids in das expandierbare Element oder in Teile davon und optionales Aufbringen von Wärme auf die erste innere Schicht, um die erste innere Schicht an eine Innenseite der äußeren Schicht anzuschmiegen;
e) optionales zusätzliches Einbringen von Kunststoff in die erste innere Schicht; d) Konsolidieren der ersten inneren Schicht.
Die Reihenfolge des Schritts b) und c) ist beliebig variierbar, so kann zum Beispiel der Verfahrensschritt c) vor dem Verfahrenschritt b) durchgeführt werden.
Bei der Konsolidierung der ersten inneren Schicht geht die erste innere Schicht eine dauerhafte Verbindung mit der äußeren Schicht ein, wobei die dauerhafte Verbindung zwischen der ersten inneren Schicht und der äußeren Schicht durch den Kunststoff der ersten inneren Schicht gebildet wird. Zusätzlicher Klebstoff ist nicht notwendig.
Die Form des Formstücks wird im Wesentlichen durch die äußere Schicht vorgegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren der Vorteil, dass zur Herstellung eines Formstücks kein Formwerkzeug benötigt wird und somit nicht nur Kosten eingespart werden können, sondern auch die Fertigungszeit aufgrund des Wegfallens von zusätzlichen Verfahrenschritten minimiert werden kann.
Vorteilhaft wird das Fluid mit einem Druck von 3bar bis 40bar, im Besonderen mit einem Druck von 5bar bis 20bar, in das expandierbare Element eingebracht, wobei ein Druck außerhalb der äußeren Schicht bevorzugt dem atmosphärischen Druck entspricht.
Dementsprechend muss die äußere Schicht so ausgebildet werden, dass sie diesem Druck/ Druckunterschied standhält. Bei einer dünnen äußeren Schicht kann es zur Vermeidung einer Formänderung der äußeren Schicht zweckdienlich sein Versteifungselemente an der
Außenseite der äußeren Schicht während der Druckaufbringung vorzusehen. Das Fluid kann sowohl gasförmig als auch flüssig sein. Zweckmäßig ist das Fluid durch Luft, Wasser, Öl, etc. gebildet und kann auch vor Einbringung in das expandierbare Element erwärmt werden. Das expandierbare Element ist in seiner einfachsten Ausführungsform eine aufblasbare Membran, zum Beispiel eine Folie, kann aber auch durch ein starres Element, im
Besonderen einem Kern, gebildet sein, das mit einer expandierbaren Membran versehen ist.
Das optionale Einbringen von Kunststoff in die erste innere Schicht wird vor allem bei Fasermaterial angewendet, das nicht vorimprägniert ist.
Das optionale Aufbringen von Wärme auf die zumindest eine erste innere Schicht, um die erste innere Schicht an eine Innenseite der äußeren Schicht anzuschmiegen, erfolgt zweckmäßig bei mit Kunststoff vorimprägniertem Fasermaterial, um eine optimale
Anbindung der ersten inneren Schicht an die äußere Schicht zu gewährleisten.
Je nach eingesetztem Kunststoff ist es zur Beschleunigung des Prozesses vorteilhaft, den Kunststoff zur Konsolidierung auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen. Vorteilhaft liegt die Temperatur dabei zwischen 60°C und 150°C. Beim Konsolidieren des Kunststoffes können der Druck und die Temperatur entweder konstant gehalten werden oder auch verändert werden. Diesbezüglich besteht zum Beispiel auch die Möglichkeit, dass der Kunststoff zur Konsolidierung nur kurzfristig stark erwärmt wird.
Vorteilhaft ist bei rohrförmigen Formstücken das expandierbare Element durch einen starren länglichen Körper und eine expandierbare Membran gebildet, wobei das expandierbare Element mit dem Ausgangsmaterial zur Bildung der ersten Schicht ummantelt wird und wobei die gebildete erste innere Schicht und das expandierbare Element gleichzeitig in die äußere Schicht eingebracht werden. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Fertigung von rohrförmigen Formstücken. Es kann je nach Einsatzzweck des Formstücks vorteilhaft sein, dass das expandierbare Element oder Teile des expandierbaren Elements beim Konsolidieren ein fester Bestandteil des zumindest teilweise hohlen Formstücks wird/werden. Das hat den Vorteil, dass die Festigkeit des fertigen Formstücks nochmals erhöht werden kann und/oder eine Innenseite der ersten inneren Schicht vor Umgebungseinflüssen/ äußeren Einflüssen geschützt wird.
Bevorzugt wird die erste innere Schicht zumindest temporär vor, während und/oder nach dem Konsolidieren mit einem Vakuum beaufschlagt. Das hat den Vorteil, dass
Lufteinschlüsse im Kunststoff der ersten inneren Schicht vermieden werden und eine Schwächung des Formstücks verhindert wird.
Bevorzugt sind die im Fasermaterial eingesetzten Fasern aus der Gruppe bestehend aus Kohlefaser, Glasfaser, Aramidfaser, Borfaser, Keramikfaser, Basaltfaser, PBO-Faser oder einer beliebigen Kombination dieser Fasern ausgewählt, da es somit möglich ist, die Fasern je nach den an das Material gestellten Anforderungen optimal auszuwählen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Formstücks in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 2 die Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Formstücks nach Figur 1 bei der Herstellung in einer Seitenansicht;
Fig. 3 die Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Formstücks nach Figur 1 bei der Herstellung in einer Schnittansicht A-A; und
Fig. 4 Teile der Schnittansicht A-A nach Figur 3 in einer Detailansicht.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Formstücks 1 nach Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht, wobei das Formstück 1 im Querschnitt kreisringförmig ist. Das Formstück 1 ist durch eine erste innere Schicht 2, eine äußere Schicht und eine in Figur 1 nicht dargestellte Folie 8 gebildet, wobei die erste innere Schicht 2 aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff und die äußere Schicht aus einem durchgängigen Aluminiumrohr 3 gebildet ist. Figur 2 zeigt die Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Formstücks 1 nach Figur 1 bei der Herstellung in einer Seitenansicht.
Figur 3 zeigt die Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Formstücks 1 nach Figur 1 bei der Herstellung in einer Schnittansicht A-A. In Figur 3 liegt die innere Schicht noch als Ausgangsmaterial des kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs vor, wobei das
Ausgangsmaterial Prepreg ist.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Formstücks 1 wird bei der gezeigten
Ausführungsvariante ein expandierbares Element 5 herangezogen, das aus einem Mittelstück 7, einer durch die Folie 8 gebildeten expandierbaren Membran und zwei Endstücken 6 gebildet ist. Die Folie 8 ist hülsenförmig und umschließt eine Mantelfläche des Mittelstücks 7.
Die Endstücke 6 weisen jeweils einen Gewindefortsatz 9 auf, mit Hilfe welchem diese jeweils seitlich in ein Gegengewindestück 10 des Mittelstücks 7 verschraubt sind, wobei bei verschraubten Endstücken 6 ein seitlicher Überstand 11 der Folie 8 zwischen Mittelstück 7 und Endstück 6 eingeklemmt ist und somit die Folie 8 jeweils seitlich dichtend
abgeschlossen ist. In einer weiteren Ausführungsvariante kann die Folie 8 jeweils seitlich mit dem Mittelstück 7 dichtend verbunden werden, wodurch auf eine Klemmung mittels der Endstücke 6 verzichtet werden kann.
Die Endstücke 6 weisen darüber hinaus jeweils einen Fluidzuführkanal 12, einen
Fluidabführkanal 13 und eine Dichtung 15 auf. Das Mittelstück 7 weist einen Verteilerkanal 14 auf, der bei eingeschraubten Endstück 6 mit dem Fluidzuführkanal 12 eines Endstücks 6 in Fluid- Kommunikation steht.
Figur 4 zeigt Teile der Schnittansicht A-A nach Figur 3 in einer Detailansicht G.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Formstücks 1 wird zuerst das Mittelstück 7 mit der hülsenförmigen Folie 8 überzogen, wodurch die komplette Mantelfläche des Mittelstücks 7 durch die Folie 8 überdeckt ist. In einem weiteren Schritt wird die Folie 8 mit dem Prepreg zur Bildung der ersten inneren Schicht 2 ummantelt. Dabei wird die Folie 8 vorteilhaft mit dem Prepreg umwickelt, wobei bei dieser Ausführungsvariante mehrere Lagen Prepreg in unidirektionaler Richtung aufgebracht werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit nur eine Lage Prepreg aufzutragen oder mehrere Lagen Prepreg in verschiedenen Ausrichtungen, aufzubringen. Auch besteht die Möglichkeit Prepregs in Form eines Gewebes oder eines Geleges aufzubringen.
Anschließend wird das so gebildete Paket aus dem Mittelstück 7, der Folie 8 und dem Prepreg in das Aluminiumrohr 3 eingebracht, wobei ein Außendurchmesser der Prepreg- Lagen nur geringfügig kleiner ist als ein Innendurchmesser des Aluminiumrohrs 3.
Durch Verschrauben der Endstücke 6 im Mittelstück 7 wird der seitliche Überstand 11 der Folie 8 zwischen Mittelstück 7 und Endstücken 6 eingeklemmt, wodurch die Folie 8 seitlich luftdicht abschließt. Ferner liegen die Dichtungen 15 der Endstücke 6 nach dem
Verschrauben dichtend an dem Aluminiumrohr 3 an.
In einem anschließenden Prozess wird durch den Fluidzuführkanal 12 und den
Verteilerkanal 14 entsprechend Pfeil 17 Luft mit einem Druck von 4bar in das expandierbare Element 5 zugeführt, wodurch die Folie 8 das Prepreg flächig gegen das Aluminiumrohr 3 drückt. Der Druck von 4bar entspricht einem Relativdruck zwischen einer Außenseite des Aluminiumrohrs 3 und einer Innenseite des Aluminiumrohrs 3. Vorteilhaft herrscht an der Außenseite des Aluminiumrohrs 3 atmosphärischer Druck.
Über den Fluidabführkanal 13 wird entsprechend Pfeil 16 Luft aus einem Zwischenraum 4 zwischen Mittelstück 7, den Endstücken 6 und dem Aluminiumrohr 3 abgesaugt, wodurch der Zwischenraum 4 mit einem Vakuum beaufschlagt wird. Bei einer anschließenden Erwärmung des Prepregs wird eine Viskosität des Kunststoffes des Prepregs vor einem Konsolidieren des Kunststoffes kurzzeitig verringert, wodurch sich das Prepreg durch den Druck an die Innenseite des Aluminiumrohrs 3 anschmiegt. Das Vakuum verhindert Luftblässchenbildung im Prepreg während dieses Prozesses. Die Erwärmung ist in Figur 4 durch den Pfeil Q signalisiert. Beim Konsolidieren geht das Prepreg der ersten inneren Schicht 2 eine dauerhafte Verbindung mit dem Aluminiumrohr 3 ein.
Nach dem das Prepreg konsolidiert ist, wird die Zufuhr von Luft über den Fluidzuführkanal 12 und die Abfuhr von Luft über den Fluidabführkanal 13 unterbunden und die Endstücke 6 werden von dem Mittelstück 7 geschraubt. Dadurch kann das Mittelstück 7 entfernt werden, wobei die Folie 8 beim Konsolidieren eine dauerhafte Verbindung mit der ersten inneren Schicht 2 eingegangen ist und ein fester Bestandteil des Formstücks 1 geworden ist. Infolgedessen besteht das fertige Formstück 1 aus einer durch ein Aluminiumrohr 3 gebildeten äußeren Schicht, einer durch faserverstärkten Kunststoff gebildeten ersten inneren Schicht 2 und der Folie 8.
In einer weiteren Ausführungsvariante wird nach dem Konsolidieren der ersten inneren Schicht 2 das Mittelstück 7 und die Folie 8 zusammen aus einem Inneren des Formstücks 1 entfernt.
In einer weiteren Ausführungsvariante wird beim Erwärmen zusätzlicher Kunststoff über eine Zusatzleitung in die erste innere Schicht 2 zugeführt.

Claims

Patentansprüche:
1. Zumindest teilweise hohles Formstück (1) mit einem in länglicher Ausrichtung zumindest teilweise geschlossenen Umfang, wobei der Umfang zumindest eine äußere Schicht (3) und eine erste innere Schicht (2) umfasst, wobei die erste innere Schicht (2) innerhalb der äußeren Schicht (3) angeordnet und mit dieser dauerhaft verbunden ist und aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (3) aus einem von faserverstärktem Kunststoff verschiedenen Material gebildet ist und dass die äußere Schicht (3) einem Relativdruck von 3bar bis 40bar, im Besonderen einem Relativdruck von 5bar bis 20bar, zwischen einer Innenseite der äußeren Schicht (3) und einer Außenseite der äußeren Schicht (3) standhält.
2. Zumindest teilweise hohles Formstück (1) gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das zumindest teilweise hohle Formstück (1) im Querschnitt zumindest teilweise die Form eines Kreisrings oder eines polygonalförmigen Rings aufweist.
3. Zumindest teilweise hohles Formstück (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fasermaterial der ersten inneren Schicht (2) eine oder mehrere Lagen Fasern aufweist, wobei die Fasern des Fasermaterials als Gewebe oder Gelege ausgebildet sind oder unidirektional und/oder winkelig zur Längsachse des hohlen
Formstücks (1) ausgerichtet sind.
4. Zumindest teilweise hohles Formstück (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (3) an ihrer Außenseite und/oder Innenseite eine funktionelle Beschichtung aufweist.
5. Zumindest teilweise hohles Formstück (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest teilweise hohle Formstück (1) eine zweite innere Schicht aufweist, die innerhalb der ersten inneren Schicht angeordnet ist.
6. Zumindest teilweise hohles Formstück (1) gemäß Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die zweite innere Schicht aus dem gleichen Material wie die äußere Schicht (3) gebildet ist.
7. Zumindest teilweise hohles Formstück (1) gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite innere Schicht an ihrer Außenseite und/oder Innenseite eine funktionelle Beschichtung aufweist.
8. Zumindest teilweise hohles Formstück (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste innere Schicht (2) und/oder die äußere Schicht (3) Aussparungen aufweist/aufweisen.
9. Zumindest teilweise hohles Formstück gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der äußeren Schicht (3) zumindest 0,5mm, bevorzugt zwischen 0,5mm und 10mm, ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise hohlen Formstücks (1) umfassend zumindest eine erste innere Schicht (2) und eine äußere Schicht (3), wobei die erste innere Schicht (2) aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist und die äußere Schicht (3) aus einem von faserverstärktem Kunststoff verschiedenen Material gebildet ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Vorformen der ersten inneren Schicht (2) aus einem Ausgangsmaterial, welches durch Fasermaterial oder bereits mit Kunststoff versehenem Fasermaterial gebildet ist;
b) Einbringen der vorgeformten ersten inneren Schicht (2) in die äußere Schicht (3); c) Einbringen eines expandierbaren Elements (5) in die erste innere Schicht (2); d) Expandieren des expandierbaren Elements (5) mittels Einbringen eines mit Druck beaufschlagten Fluids in das expandierbare Element (5) oder in Teile davon und optionales Aufbringen von Wärme auf die erste innere Schicht (2), um die erste innere Schicht (2) an eine Innenseite der äußeren Schicht (3) anzuschmiegen;
e) optionales zusätzliches Einbringen von Kunststoff in die erste innere Schicht (2); d) Konsolidieren der ersten inneren Schicht (2).
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid mit einem Druck von 3bar bis 40bar, im Besonderen mit einem Druck von 5bar bis 20bar, in das expandierbare Element (5) eingebracht wird.
12. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verfahrensschritt c) vor dem Verfahrenschritt b) durchgeführt wird.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das expandierbare Element (5) nach dem Konsolidieren aus dem zumindest teilweise hohlen Formstück (1) entfernt wird oder dass das expandierbare Element (5) oder Teile des expandierbaren Elements (5) beim Konsolidieren ein fester Bestandteil des zumindest teilweise hohlen Formstücks (1) wird/werden.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste innere Schicht (2) zumindest temporär vor, während und/oder nachdem Konsolidieren mit einem Vakuum beaufschlagt wird.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das expandierbare Element (5) durch einen starren länglichen Körper (7) und einer
expandierbaren Membran (8) gebildet ist, wobei das expandierbare Element (5) mit dem Ausgangsmaterial zur Bildung der ersten inneren Schicht (2) ummantelt wird und wobei die gebildete erste innere Schicht (2) und das expandierbare Element (5) gleichzeitig in die äußere Schicht (3) eingebracht werden.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in die ausgehärtete erste innere Schicht (2) eine zweite innere Schicht eingeklebt wird.
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Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4169749A (en) 1977-09-21 1979-10-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method of making a hollow airfoil
DE2827574A1 (de) 1978-06-23 1980-01-10 Volkswagenwerk Ag Verfahren zum herstellen von formteilen, insbesondere karosserieteilen
DE3528307A1 (de) * 1985-08-07 1987-02-19 Erbsloeh Julius & August Verfahren zur herstellung eines verbundprofilstabes
AT393013B (de) 1988-08-10 1991-07-25 Graf Eva Formkoerper aus kunststoff und verfahren zu seiner herstellung
DE4039231A1 (de) 1990-12-08 1992-06-11 Dornier Luftfahrt Verfahren zur herstellung hohler bauteile aus faserverstaerktem kunststoff
DE4100510A1 (de) 1991-01-10 1992-07-16 Heribert Dipl Ing Kampmann Presswerkzeug fuer hohlprofil aus polyester-prepreg (smc)
US5262118A (en) 1991-03-22 1993-11-16 Yamaha Corporation Method for producing a hollow FRP article
DE4308370C2 (de) 1993-03-16 1996-01-11 M1 Sporttechnik Gmbh Verfahren und Kernkörper zur Herstellung eines hohlen Form- oder Profilkörpers aus faserverstärktem Kunststoff
DE19542665A1 (de) 1995-11-16 1997-05-22 Inst Konstruktion Und Verbundb Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus langfaserverstärktem Thermoplastwerkstoff
DE19803062C1 (de) 1998-01-28 1999-10-28 Rainer Lebmeier Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Formteilen, insbesondere Hohlprofilteilen
AT409739B (de) 1998-02-02 2002-10-25 Wetzlinger Andreas Verfahren zum herstellen einer hohlen streichinstrument-bogenstange und hohle streichinstrument-bogenstange
JP4251900B2 (ja) 2003-03-28 2009-04-08 藤倉ゴム工業株式会社 中空ｆｒｐ成形品の内圧成形方法及び装置
DE102004008523B4 (de) * 2004-02-20 2007-02-01 Liebherr-Aerospace Lindenberg Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Druckzylinders und Kolbenstange für Aktuatoren oder Stoßdämpfer und Verfahren zu deren Herstellung
DE102006031335B4 (de) 2006-07-06 2011-01-27 Airbus Operations Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für die Luft- und Raumfahrt
AT511885B1 (de) 2011-08-19 2015-05-15 C6 Gmbh Verfahren zur herstellung eines bauteils aus einem vorimprägnierten verbundmaterial, derart hergestelltes bauteil und legeform
DE102013017871A1 (de) * 2013-10-26 2014-07-24 Daimler Ag Verfahren zur Herstellung eines hohlen Bauteils und hohles Bauteil

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