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DE10123064A1 - Verfahren zum Herstellen einer TFP-Preform - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer TFP-Preform

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DE10123064A1
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foam core
tfp
sewing
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tfp preform
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Andreas Gesler
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Airbus Defence and Space GmbH
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EADS Deutschland GmbH
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
    • B29B11/16—Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensional geformten TFP-Preform zu schaffen. DOLLAR A Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Untergrund ein dreidimensional geformter Schaumstoffkern (4) ist, dass die Verstärkungsfaser (2) mit einem Tufting-Nähverfahren auf den Schaumstoffkern (4) auf- und zusammengenäht wird und dass der Nähkopf für das Tufting-Nähverfahren von einem rechnergesteuerten Roboter geführt ist. DOLLAR A Die Erfindung findet Anwendung beim Herstellen einer TFP-Preform, die aus einer im Zickzack-Stich auf einem Untergrund mit einem Nähfaden vernähten Verstärkungsfaser besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer TFP-Preform bestehend aus einer im Zick-Zack-Stich mit einem Nähfaden auf einem Untergrund vernähter Verstärkungsfaser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
TFP-Preforms (Tailor Fiber Placement) entstehen durch Aufnähen von Verstärkungsfasern auf einem Untergrund. Die bisher für die Herstellung von TFP-Preforms bekannten Verfah­ ren mit Stickautomaten oder Zick-Zack-Nähmaschinen eignen sich nur zur Herstellung von ebenflächigen TFP-Preforms.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimen­ sional geformten TFP-Preform zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung ist durch einen Aufbau der TFP-Preform auf einem Schaumstoffkern mittels eines Tufting-Nähverfahrens gekennzeichnet. Dazu werden die abgelegten Verstärkungs­ fasern mittels eines Nähfadens im Zick-Zack-Stich auf den Schaumstoff fern aufgetuftet. Nachdem die fertig aufgenähte TFP-Preform mittels eines schmelzenden und aushärtenden Binders fixiert ist, kann sie vom Schaumstoffkern abgezogen werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren steht ein neues, sehr vielseitiges Fertigungsverfah­ ren für die Herstellung von dreidimensionalen, textilen Preforms zur Verfügung. Die TFP- Preforms lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren rechnergesteuert herstellen und mit partiellen Verstärkungen für inhomogene Kraftflüsse versehen. Sie bieten den Vor­ teil des extrem hohen Leichtbaupotentials von TFP-Aufbauten.
Anhand der Zeichnung ist nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher er­ läutert. Die Figur zeigt in perspektivischer Ansicht die erfindungsgemäße Herstellung einer dreidimensionalen, gekrümmten TFP-Preform.
Zur erfindungsgemäßen Herstellung der TFP-Preform 1 werden Verstärkungsfasern 2 auf der Oberfläche eines Schaumstoffkerns 4 mittels eines Nähfadens 3 aufgetuftet und nach dem Fixieren der TFP-Preform 1 mittels eines Binders wird die TFP-Preform 1 von dem Schaumstoffkern 4 abgezogen.
Der - aus Gründen der zeichnerischen Vereinfachung - in der Figur nicht gezeigte Tufting- Nähkopf ist zum Ablegen der Verstärkungsfasern 2 und zum auftuften dieser Fasern 2 im Zick-Zack-Stich ausgebildet und von einem Roboter geführt. Die rechnergesteuerte Robo­ terführung des Nähkopfes ist durch drei Freiheitsgrade im Raum gekennzeichnet und die Verstärkungsfasern 2 werden nach vorprogrammierten Bahnen auf den Schaumkern auf­ getuftet. Anstelle eines Roboters kann auch ein rechnergesteuertes "6-Achsen-Portal" zur Führung des Nähkopfes Verwendung finden.
Der Schaumstoffkern 4 übernimmt in dem erfindungsgemäßen Verfahren zwei Funktionen: erstens definiert er die Geometrie der TFP-Preform 1 und des Bauteiles, in dem die TFP- Preform zur Verstärkung verwendet wird und zweitens nimmt er die Fadenschlaufen des Tufting-Nähvorganges auf und hält damit die auf seiner Oberfläche abgelegten Verstär­ kungsfasern 2 in Position, bis die TFP-Preform 1 von dem Binder fixiert ist. Die fixierte TFP- Preform wird von dem Schaumstoffkern abgezogen. Auf der Innenfläche der abgezogenen TFP-Preform 1 vorhandene Tufting-Schlaufen des Nähfadens 3 können nun entweder abge­ schnitten oder vor dem abschließenden Aushärten mit der TFP-Preform verklebt werden und diese dadurch in ihrer Dickenrichtung verstärken.
Alternativ dazu kann ein thermoplastischer Nähfaden 3 mit niedrigem Schmelzpunkt ver­ wendet werden; zum Beispiel ein CoPolyamid Multifilament-Schmelzklebegarn (Grilon K85 110 dtex). Das Schmelzklebegarn übernimmt gleichzeitig die Funktion des Binders für das Fixieren der TFP-Preform und löst sich beim Fixieren in dem Matrix-Werkstoff der TFP- Preform auf. Eine Dickenverstärkung der TFP-Preform 1 durch den Nähfaden 3 ist bei einer Verwendung von Schmelzklebegarnen nicht möglich.
Der Werkstoff des Schaumstoffkerns 4 muss eine ausreichende Drucksteifigkeit aufweisen, damit er beim Einstechen der Nähnadel nicht verformt wird. Andererseits muss er elastisch genug sein, damit er sich um die Nähnadel schließt und die Tufting-Schlaufe beim Heraus­ ziehen der Nähnadel in sich festhält. Ein geeigneter Werkstoff für den Schaumstoffkern 4 ist beispielsweise das Produkt "Basotect HR290/0 nk" der Firma BASF.
Alternativ kann ein inhomogen aufgebauter Schaumstoffkern 4 mit einem harten Innenkern die sich entgegen stehenden Forderungen nach ausreichender Drucksteifigkeit und Elasti­ zität erfüllen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen einer TFP-Preform bestehend aus einer im Zick-Zack-Stich auf einem Untergrund mit einem Nähfaden vernähten Verstärkungsfaser, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Untergrund ein dreidimensional geformter Schaumstoffkern (4) ist, dass die Verstärkungsfaser (2) mit einem Tufting-Nähverfahren auf den Schaumstoffkern (4) auf- und zusammengenäht wird und dass der Nähkopf für das Tufting-Nähverfahren von einem rechnergesteuerten Roboter geführt ist.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die TFP-Preform vor dem Abziehen mit einem Bindemittel fixiert wird und dass nach dem Abziehen der fixierten TFP-Preform (1) von dem Schaumstoffkern (4) die Tufting-Schlaufen des Nähfadens (3) abgeschnitten werden.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abziehen der fixierten TFP-Preform (1) von dem Schaumstoffkern (4) die Tufting-Schlaufen des Nähfa­ dens (3) vor dem endgültigen Aushärten mit der TFP-Preform (1) an die Oberfläche ange­ legt und verklebt werden.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Nähfaden (3) ein Schmelzklebegarn verwendet ist.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, dass der Schaumstoffkern (4) inhomogen mit einem harten Innenkern und einem elasti­ schen Außenkern aufgebaut ist.
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