DE10146201A1

DE10146201A1 - Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffteils und Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff

Info

Publication number: DE10146201A1
Application number: DE2001146201
Authority: DE
Inventors: Markus Feiler
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: DE10146201B4

Abstract

Um ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffteils, bei dem zwischen Faserwerkstofflagen ein Kern gelegt wird und das Fasergelege mit Harz infiltriert wird, zu schaffen, welches auf einfache und kostengünstige Weise durchführbar ist und mit dem sich Faserverbundstoffteile mit optimierten Eigenschaften herstellen lassen, ist vorgesehen, daß der Kern durch eine Zellstruktur mit einer Mehrzahl von gasgefüllten oder evakuierten und in Richtung mindestens einer Faserwerkstofflage offenen Zellen gebildet wird, welche an dem offenen Ende mit einem Deckel verschlossen werden, um das Eindringen von Harz in Zellräume zu verhindern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffteils, bei dem zwischen Faserwerkstofflagen ein Kern gelegt wird und das Fasergelege mit Harz infiltriert wird.
Ferner betrifft die Erfindung ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff, bei welchem zwischen Faserwerkstofflagen ein Kern angeordnet ist und das mittels Harzinfiltration hergestellt ist.

Faserverbundwerkstoffteile lassen sich in sogenannten Prepreg-Verfahren herstellen, bei denen vorimprägnierte Faserlagen aufeinander aufgelegt werden und anschließend in einem Temperatur- und Druckzyklus eine Konsolidierung durchgeführt wird. Solche Prepreg-Verfahren sind kostenintensiv.

Bei den sogenannten Harzinfiltrationsverfahren wird ein Faserhalbzeug mit Harz infiltriert, um eine Harzimprägnierung zu erreichen. Bei einem aus der DE 201 02 569.8 bekannten Verfahren wird beispielsweise das Faserhalbzeug auf einer Form in einem Vakuumraum unterhalb einer Vakuumfolie positioniert und durch Unterdruckbeaufschlagung dieses Vakuumraums relativ zum Umgebungsdruck wird eine Harzinfiltrierung des Faserhalbzeugs erreicht. Anschließend wird ebenfalls eine Konsolidierung des Harzes durchgeführt.

Mittels der genannten Verfahren lassen sich Faserverbundwerkstoffteile herstellen, welche ein im Vergleich zu gleichgeformten metallischen Teilen niedriges Gewicht aufweisen mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften.

Der Erfindung liegt ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für ein Faserverbundwerkstoffteil zu schaffen, welches auf einfache und kostengünstige Weise durchführbar ist und mit dem sich Faserverbundwerkstoffteile mit optimierten Eigenschaften herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kern durch eine Zellstruktur mit einer Mehrzahl von in Richtung mindestens einer Faserwerkstofflage offenen Zellen gebildet wird, welche an dem offenen Ende mit einem Deckel verschlossen werden, um das Eindringen von Harz in Zellräume zu verhindern.

Zellstrukturen wie beispielsweise Wabenstrukturen weisen bei hoher mechanischer Stabilität ein geringes Gewicht auf. Durch den oder die Deckel auf der Zellstruktur wird verhindert, daß während der Herstellung Harz in die Zellräume eindringen kann, d. h. es wird verhindert, daß sich die Zellen mit Harz füllen können.

Erfindungsgemäß lassen sich dadurch Faserverbundwerkstoffe mittels Harzinfiltrationsverfahren herstellen, wobei gleichzeitig ein Zellstrukturkern zur Gewichtsersparnis einsetzbar ist. Es lassen sich somit leichte Bauteile mit hoher mechanischer Stabilität herstellen. Durch den oder die Deckel wird verhindert, daß sich die gasgefüllten Kavitäten des Zellstrukturmaterials mit Harz füllen, was sonst zu einer starken Gewichtserhöhung des Bauteils führen würde.

Nach Verschluß mit dem Deckel können die Zellen gasgefüllt und insbesondere luftverfüllt sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß zuvor oder anschließend die Zellen evakuiert werden. Beispielsweise kann ein Deckel semipermeabel ausgebildet sein und luftdurchlässig mindestens in einer Richtung sein aber undurchlässig für Harz. Während der Harzinfiltration in einem Vakuumraum kann dann Luft aus den Zellen gesaugt werden, während das Eindringen von Harz in die Zellen verhindert ist.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Zellstruktur eine im wesentlichen flache Oberseite und Unterseite aufweist, so daß sich ein Deckel an ihr auf einfache Weise anordnen läßt.

Es kann dabei vorgesehen sein, daß Oberseite und Unterseite parallel zueinander sind. Dadurch läßt sich insbesondere die Zellstruktur auf einfache Weise herstellen.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Deckel sich über eine Mehrzahl von Zellen erstreckt, d. h. wenn die Abdeckelung der Zellstruktur dadurch erfolgt, daß ein zusammenhängender Deckel auf diese aufgelegt wird und nicht jede Zelle mit einem eigenen, individuellen getrennten Deckel versehen ist. Ein solcher Kern läßt sich auf einfache und kostengünstige Weise herstellen. Insbesondere lassen sich bekannte Zellstrukturen wie Wabenstrukturen nachträglich mit einem Deckel versehen, so daß sich auf einfache Weise ein für Harzinfiltrationsverfahren geeigneter Kern ausbilden läßt.

Vorteilhafterweise erstreckt sich dabei ein Deckel im wesentlichen über eine gesamte, einer Faserwerkstofflage zugewandten Seite der Zellstruktur und deckt so entsprechend die Zellen an ihrem zu der Faserwerkstofflage offenen Ende hin ab. Dadurch wird eine optimale Gewichtsersparnis erreicht, da das Eindringen von Harz in Zellräume minimiert ist.

Insbesondere ist dabei ein Deckel so angeordnet und ausgebildet, daß Kräfte von ihm auf die Zellstruktur übertragbar sind. Es lassen sich dann also Kräfte während der Herstellung oder auch an einem fertiggestellten Bauteil durch die Zellstruktur hindurch ableiten, um so optimierte mechanische Eigenschaften für das hergestellte Faserverbundwerkstoffteil zu erhalten. Bei entsprechender Ausbildung der Zellstruktur, beispielsweise als Wabenstruktur, läßt sich also bei hoher Gewichtsersparnis ein optimiertes Bauteil ausbilden.

Weiterhin ist es besonders günstig, wenn ein Deckel mechanisch stabil ist, so daß über ihn Kräfte ableitbar sind und insbesondere auf die Zellstruktur ableitbar sind.

Es ist dann ferner günstig, wenn das Material für einen Deckel gleiche oder ähnliche mechanische Kennwerte hat wie das Material der Zellstruktur, um eine optimale Anpassung zwischen Deckel und Zellstruktur zu erhalten, um so wiederum einen optimierten Kern ausbilden zu können.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verbindung eines Deckels mit der Zellstruktur vakuumdicht ist. Bei Harzinfiltrationsverfahren wird oftmals das Harz in das Faserhalbzeug durch Unterdruckbeaufschlagung eingesaugt. Damit ein Einsaugen in Zellräume verhindert ist, muß entsprechend eine vakuumdichte Verbindung des Deckels mit der Zellstruktur vorgesehen werden.

Es kann je nach Material vorgesehen sein, daß ein Deckel auf die Zellstruktur aufgelötet oder aufgeschweißt wird. Auf besonders einfache und kostengünstige Weise läßt sich die Verbindung dadurch herstellen, daß der Deckel auf der Zellstruktur aufgeklebt wird.

Insbesondere wird für einen Deckel das gleiche Material verwendet wie für die Zellstruktur. Zellstrukturen lassen sich beispielsweise aus Phenolpapier, Nomex-Papier, Aramid-Papier, Thermoplasten, Aluminium oder anderen geeigneten Metallen herstellen.

Es hat sich als besonders einfach und kostengünstig in der Herstellung erwiesen, wenn ein Deckel aus Phenolpapier hergestellt wird und beispielsweise mittels Phenolharz auf die Zellstruktur aufgeklebt wird. Ein derartiger Kern weist die erforderliche mechanische Stabilität auf, um ihn bei Harzinfiltrationsverfahren als Zwischenlage zwischen Faserwerkstofflagen einsetzen zu können. Ein solcher Deckel weist nur ein sehr geringes Gewicht auf, läßt sich auf einfache Weise verarbeiten und auch auf einfache Weise mit der Zellstruktur verbinden.

Bei einer Variante einer Ausführungsform wird ein Deckel durch ein Schaumstoffmaterial und insbesondere ein geschlossenporiges Schaumstoffmaterial gebildet. Mit einem solchen Deckel lassen sich auch größere offene Seiten einer Zelle zu einer Faserwerkstofflage hin überbrücken.

Beispielsweise kann es auch vorgesehen sein, daß ein Deckel aus Nomex- Papier hergestellt wird, welches ein aramidähnliches Material ist. Die Deckschicht kann auch direkt aus Aramid-Papier hergestellt sein.

Weiterhin ist es beispielsweise möglich, einen Deckel aus Aluminium oder einem anderen Metall herzustellen.

Es ist auch möglich, einen Deckel aus thermoplastischen Kunststoffen herzustellen.

Die Zellen der Zellstruktur können grundsätzlich dadurch gebildet sein, daß verschiedene zellbildende Elemente zusammengesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zellen der Zellstruktur zusammenhängend sind, d. h. insbesondere wenn die Zellstruktur ein in sich zusammenhängendes Gebilde ist. Eine derartige Zellstruktur läßt sich auf einfache Weise verarbeiten und ebenso auf einfache Weise mit einer Deckelung versehen.

Um eine optimierte Kraftableitung erreichen zu können, d. h. um eine punktuelle Kraftbelastung der Zellstruktur weitgehend zu verhindern, weist diese vorteilhafterweise in einem Muster angeordnete Zellen auf.

Es kann dabei vorgesehen sein, daß eine Zelle einer Zellstruktur zu einer einzigen Faserwerkstofflage hin offen ist, beispielsweise zu einer unteren Faserwerkstofflage oder zu einer oberen Faserwerkstofflage hin.

Es kann aber auch vorgesehen sein, daß eine Zelle zu einer oberen Faserwerkstofflage und einer unteren Faserwerkstofflage hin offen ist.

Insbesondere ist die Zellstruktur eine Wabenstruktur. Eine Wabenstruktur weist hervorragende mechanische Eigenschaften auf; insbesondere läßt sich eine hohe mechanische Stabilität bezüglich Kraftbeaufschlagung auf Zellstrukturoberseiten und -unterseiten erreichen. Dadurch wiederum lassen sich Bauteile, wie beispielsweise Tragflügel für ein Flugzeug, mit hoher mechanischer Stabilität ausbilden, während durch die Deckelung der Zellen der Zellstruktur eine hohe Gewichtsersparnis erreicht ist.

Es kann ferner vorgesehen sein, daß Seitenflächen der Zellstruktur mit einer Dichtung oder einem Deckel zur Verhinderung des Eindringens von Harz in Zellen versehen werden. Die den Faserwerkstofflagen zugewandten Deckel verhindern das Eindringen von Harz von oben und unten in die Zellräume, während die seitlichen Dichtungen bzw. Deckel das Eindringen von Harz in seitliche Randzellen verhindern. Dadurch wiederum läßt sich eine Gewichtsersparnis erreichen. Eine Dichtung läßt sich beispielsweise durch das unter dem Begriff "Potting" bekannte Verfahren herstellen, bei dem Randzellen beispielsweise einer Wabenstruktur mit einer randseitigen Dichtungsschicht versehen werden.

Bei einem Harzinfiltrationsverfahren wird üblicherweise einer Faserwerkstofflage Harz über eine Fließhilfe und insbesondere ein Fließgewebe zugeführt.

Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, daß der oder die Deckel mit Löchern versehen werden, so daß bei der Harzinfiltration Harz durch ausgewählte Zellen hindurch von der Oberseite des Kerns zur Unterseite fließen kann. Dadurch wird insbesondere die Harzverteilung auf der Unterseite des Kerns, d. h. für die untere Faserwerkstofflage, verbessert. Die Löcher werden dabei so angebracht, daß die entsprechend ausgebildeten Harzfließkanäle minimiert sind, um die durch Harzfüllung der entsprechenden Zellen bewirkte Gewichtszunahme zu minimieren.

Es ist dabei grundsätzlich möglich, über eine solche Fließkanalbildung einer unteren Faserwerkstofflage Harz durch den Kern hindurch fließhilfefrei zuzuführen. Dadurch läßt sich eine glattere Unterseite erreichen, als wenn eine Fließhilfe vorgesehen wird.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, welches möglichst leicht ist.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Bauteil erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kern eine Zellstruktur aufweist mit einer Mehrzahl von Zellen und daß die Zellstruktur mit einem Deckel für in Richtung einer Faserwerkstofflage offenen Enden der Zellen versehen ist, um das Eindringen von Harz in Zellräume zu verhindern.

Dieses Bauteil weist die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile auf.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.

Insbesondere ist es günstig, wenn die Zellen der Zellstruktur zusammenhängend sind. Dadurch läßt sich auch eine optimale Kraftübertragung bzw. Kraftableitung in dem hergestellten Bauteil erreichen, so daß wiederum eine hohe mechanische Stabilität des Bauteils erreicht ist.

Ferner ist es günstig, wenn die Zellstruktur eine Wabenstruktur ist, um entsprechend bei hoher Gewichtsersparnis optimierte mechanische Eigenschaften zu erhalten.

Ferner ist es günstig, wenn Seitenflächen der Zellstruktur abgedichtet und/oder abgedeckelt sind, um während der Herstellung ein Befüllen von randseitigen Zellen mit Harz weitgehend zu verhindern.

Ferner ist es vorgesehen, daß beim fertigen Bauteil der Kern eine Mehrzahl von zwischen an den Kern grenzenden Faserwerkstofflagen sich erstreckenden Harzkanälen aufweist. Diese sind dadurch entstanden, daß in den oder die Deckel entsprechende Löcher eingebracht wurden (gegebenenfalls auch noch in die Zellstruktur), so daß während der Harzinfiltration Harz durch den Kern hindurch zu einer unter Faserwerkstofflage fließen konnte.

Bei einer besonders vorteilhaften Variante einer Ausführungsform ist ein Deckel aus Phenolpapier hergestellt. Dieses Material ist leicht, und ein Deckel läßt sich auf einfache und kostengünstige Weise herstellen, da das Material leicht zu verarbeiten ist und auch die Verbindung beispielsweise mit einer Wabenstruktur durch Verklebung möglich ist, wobei diese Verbindung wiederum auf einfache Weise vakuumdicht herstellbar ist.

Eine alternative Materialwahl ist für einen Deckel, daß dieser aus Nomex- Papier hergestellt ist. Weitere Beispiele für Deckelmaterialien sind Aluminium oder Aramid-Papier.

Es kann auch vorgesehen sein, daß ein Deckel aus einem geschlossenporigen Schaumstoffmaterial hergestellt ist. Dadurch lassen sich insbesondere größere Abstände zwischen Auflageflächen der Zellstruktur für den Deckel überbrücken, d. h. es lassen sich Zellstrukturen mit großen Zellenöffnungen abdecken.

Insbesondere ist dabei das Bauteil gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Anordnung zur Herstellung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff;
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Kerns in Explosionsdarstellung, wobei eine Zellstruktur des Kerns eine Wabenstruktur ist;
Fig. 3 eine seitliche Schnittansicht des Kerns gemäß Fig. 2;
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform eines Kerns;
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform eines Kerns und
Fig. 6 eine vierte Ausführungsform eines Kerns.
Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen lassen sich über Harzimprägnierungsverfahren (Harzinjektionsverfahren, Harzinfiltrationsverfahren) herstellen. In Fig. 1 ist schematisch eine entsprechende Anordnung gezeigt:
Auf einer insbesondere beheizbaren Form 10 ist eine untere Faserwerkstofflage 12 als Faserhalbzeug positioniert. Es kann dabei vorgesehen sein, daß unterhalb der unteren Faserwerkstofflage 12 zu der Form 10 hin ein Verteilergewebe 14 als Fließhilfe angeordnet ist, in dem Fließkanäle gebildet sind, über die dem Faserhalbzeug 12 Harz zur Imprägnierung zuführbar ist.
Es kann weiterhin noch vorgesehen sein, daß zwischen dem Verteilergewebe 14 und der Form 10 eine Trennfolie angeordnet ist (in der Zeichnung nicht gezeigt), um ein fertiges Bauteil leichter von der Form 10 lösen zu können.
Auf der unteren Faserwerkstofflage 12 ist ein Kern 16 angeordnet, welcher eine Zellstruktur 18 mit einer Mehrzahl von insbesondere zusammenhängenden Zellen 20 umfaßt, die gasgefüllt sind und insbesondere luftgefüllt sind. Die Zellstruktur 18 ist dabei zu der unteren Faserwerkstofflage 12 hin mit einem Deckel 22 versehen.
Auf dem Kern 16 ist eine obere Faserwerkstofflage 24 positioniert, welche ebenfalls ein Faserhalbzeug ist; der Kern 16 ist also ein Sandwich-Kern. Der Kern 16 ist mit einem Deckel 26 in Richtung der oberen Faserwerkstofflage 24 versehen.
Wie weiter unten noch beschrieben wird, sind die Deckel 22 und 26 fest mit der Zellstruktur 18 verbunden, um einerseits das Eindringen von Harz in gasgefüllte Zellräume der Zellen 20 zu verhindern, und zwar von der Oberseite her, d. h. von der oberen Faserwerkstofflage 24 her (Deckel 26) als auch von der unteren Faserwerkstofflage 12 her (Deckel 22).
Auf der oberen Faserwerkstofflage 24 ist wiederum eine Lage Verteilergewebe 28 angeordnet, welche ebenfalls Fließkanäle aufweist, über die der oberen Faserwerkstofflage 24 Harz zu deren Harzimprägnierung zuführbar ist.
Die beschriebene Anordnung der Faserwerkstofflagen 12, 24 mit den Verteilergeweben 14 und 28 ist beispielsweise in einem Vakuumraum 30 angeordnet, welcher mittels einer Vakuumfolie 32 gebildet ist, welche über Dichtungen 34, 36 so gegenüber der Form 10 abgedichtet ist, daß in dem Vakuumraum 30 ein Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck erzeugbar ist. Durch diesen Unterdruck läßt sich in den Vakuumraum zu den Verteilergeweben 14 und 28 geführtes Harz in das Faserhalbzeug 12 und 24 einsaugen.
Entsprechende Zuführungsvorrichtungen für das Harz in den Vakuumraum 30 und Unterdruckbeaufschlagungsvorrichtungen für diesen Vakuumraum 30 sind in Fig. 1 nicht gezeigt.
Nach der Harzinfiltrierung des Faserhalbzeugs 12 und 24 wird das Harz insbesondere unter Temperaturbeaufschlagung ausgehärtet. Ein entsprechendes Verfahren ist in der DE 20 10 2569.8 beschrieben, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Das Faserhalbzeug kann aber auch durch Harzinjektionsverfahren mit Harz infiltriert, wobei ein Überdruck gegen den Umgebungsdruck ansteht, d. h. das Harz in das Faserhalbzeug gepreßt wird.
Der Kern 16 ist aufgrund der Zellstruktur 18 nicht massiv ausgebildet. Die gasgefüllten Kavitäten der Zellen 20 (deren Füllung, insbesondere Luft, eine erheblich kleinere Dichte aufweist als die Dichte des Imprägnierungsharzes oder die Dichte des Materials des Faserhalbzeugs) erlauben es damit, Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen herzustellen, die ein geringeres Gewicht aufweisen, als wenn anstatt des Kerns 16 ebenfalls eine oder mehrere Faserwerkstofflagen vorgesehen wären.
Bei einer ersten Ausführungsform eines Kerns, welche in Fig. 2 als Ganzes mit 38 bezeichnet ist, ist die Zellstruktur durch eine Wabenstruktur 40 gebildet, welche eine Mehrzahl von regelmäßig angeordneten Wabenzellen 42 umfaßt. Diese Wabenzellen sind zusammenhängend, d. h. eine Wand 44 einer Zelle bildet gleichzeitig eine Wand einer Nachbarzelle. Die Zellen sind im wesentlichen parallel zu einer Normalenrichtung der Wabenstruktur 40 orientiert, wobei eine Oberseite 46 und eine Unterseite 48 im wesentlichen flach sind und dabei noch insbesondere parallel zueinander ausgerichtet sind.
Die Wabenzellen 42 erstrecken sich zwischen der Oberseite 46 und der Unterseite 48 und sind dabei zu diesen jeweiligen Seiten 46, 48 offen. Eine solche Wabenstruktur 40 weist bei relativ geringem Gewicht eine hohe mechanische Stabilität auf.
Um das Eindringen von Harz während der Herstellung des Faserverbundwerkstoffteils in die Wabenzellen 42 zu verhindern, ist auf der Oberseite der Deckel 22 auf der Wabenstruktur 40 angeordnet und auf der Unterseite 48 der Deckel 26. Die Deckel 22, 26 sind dabei so ausgebildet, daß sie leicht sind und für das Harz auch bei Unterdruckbeaufschlagung im Vakuumraum 30 undurchlässig sind, so daß eine vakuumdichte Verbindung zu der Wabenstruktur 40 hergestellt ist, wobei auf eine gute Verbindbarkeit zur Wabenstruktur 40 geachtet wird. Des weiteren ist eine hohe mechanische Stabilität zu gewährleisten, so daß bei der Herstellung Kräfte aufnehmbar und ableitbar sind und auch am fertigen Bauteil Kräfte aufnehmbar und durch die Wabenstruktur 40 ableitbar sind.
Vorteilhafterweise überdeckt ein Deckel 22, 26 im wesentlichen die gesamte Wabenstruktur 40, d. h. ein Deckel 22, 26 ist eine zusammenhängende Struktur, welche eine Mehrzahl von Wabenzellen 42 zu der Faserwerkstofflage 12 hin (Deckel 26) und der Faserwerkstofflage 24 (Deckel 22) hin abdeckt. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Deckel 22, 24 aus Phenolpapier hergestellt sind und mittels Phenolharz mit der Wabenstruktur 40 verklebt werden.
Weitere mögliche Materialien für die Deckel 22, 26 sind Nomex-Papier oder Aramid-Papier.
Es kann auch vorgesehen sein, daß ein Deckel aus Aluminium hergestellt ist. Sind beispielsweise die Wabenwände 44 ebenfalls aus Aluminium hergestellt, dann kann solch ein Deckel mit der entsprechenden Wabenstruktur 40 verschweißt oder verlötet werden.
Um das Füllen von randseitigen Wabenzellen 50 mit Harz zu verhindern, um so eine Gewichtsersparnis am fertigen Bauteil zu erreichen, kann es vorgesehen sein, daß Seitenflächen 52a, 52b, 52c, 52d zwischen der Oberseite 46 und der Unterseite 48 ebenfalls abgedeckelt sind, d. h. mit einem Deckel versehen sind. Es können auch alternative Dichtungsmöglichkeiten vorgesehen sein, wie beispielsweise "Potting", bei dem randseitige Wabenzellen 50 mit einem Dichtungsmaterial bestrichen werden, welches eine Befüllung der Zellen 50 mit Harz verhindert.
Um eine gleichmäßige Harzimprägnierung der unteren Faserwerkstofflage 12 zu erhalten, kann es vorgesehen sein, daß in die Deckel 22 und 26 versetzt Löcher 54 eingebracht werden, um Fließkanäle für das Harz durch den Kern 16 hindurch zu schaffen. Die Anordnung und die Anzahl der Löcher 54 wird dabei so gewählt, daß zum einen ihre Anzahl minimiert ist, da ja die entsprechenden Zellräume 56 bei dem fertigen Bauteil mit Harz verfüllt sind, und zum anderen derart, daß unter Berücksichtigung der Eigentränkfähigkeit des Harzes im Zusammenhang mit dem Faserhalbzeug, den Harzeigenschaften, der Unterdruckbeaufschlagung und weiteren relevanten Parametern eine gleichmäßige Harzverteilung in der unteren Faserwerkstofflage 12 erreicht ist.
Gegebenenfalls läßt sich dabei dann auch auf das Verteilergewebe 14 verzichten, um so beispielsweise eine glattere Bauteiloberfläche zu erhalten.
Bei einer zweiten Ausführungsform eines Kerns, welcher in Fig. 4 als Ganzes mit 58 bezeichnet ist, ist eine Zellstruktur 60 vorgesehen, welche als Faltkern beispielsweise aus Nomex-Papier, Phenolpapier oder Aluminium gebildet ist. Eine Zelle 62 eines solchen Faltkerns hat einen dreieckförmigen Querschnitt und erstreckt sich zwischen seitlichen Querflächen 64a, 64b der Zellstruktur 60 und ist zu einer Oberseite 66 oder zu einer Unterseite 68 hin jeweils offen. Benachbarte Zellen mit einer gemeinsamen Wand 70 weisen folglich alternierende offene Enden in Richtung der Faserwerkstofflagen 12, 24 zu auf, d. h. ist beispielsweise eine Zelle 62 in Richtung der oberen Faserwerkstofflage 24 hin offen, dann ist die benachbarte Zelle zu der unteren Faserwerkstofflage 12 hin offen.
Diese Zellstruktur wird ebenfalls wiederum wie oben beschrieben mit Deckeln 72, 74 zu den Faserwerkstofflagen 12, 24 abgedeckelt, um das Eindringen von Harz über die entsprechenden offenen Enden zu verhindern. Weiterhin sind für die Querflächen 64a, 64b und gegebenenfalls auch für vordere Seitenflächen Abdichtungen beispielsweise in der Form von Seitendeckeln vorgesehen.
Bei einer dritten Ausführungsform, welche in Fig. 5 gezeigt ist und dort als Ganzes mit 76 bezeichnet ist, ist eine Zellstruktur 78 als waschbrettartige "Biegestruktur" ausgebildet, welche einen wellenförmigen Verlauf hat. Im Gegensatz zu Fig. 4, bei welcher das Material der Zellstruktur 60 gefaltet ist, wird hier eine scharfe Faltkante (Bezugszeichen 71 in Fig. 4) durch Ausbildung von Biegekanten 80 vermieden.
Im übrigen wird der Kern 76 abgedeckelt, wie oben bereits anhand des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 6 gezeigt und dort als Ganzes mit 82 bezeichnet ist, ist eine Zellstruktur 84 durch Faltwaben 86 gebildet, wobei im Unterschied zu der Zellstruktur 60 (Fig. 4) eine Faltung in verschiedenen Richtungen erfolgt, d. h. es liegen Faltkanten 88, 90 vor, welche nicht parallel zueinander sind. (Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind die Faltkanten 71 parallel zueinander; die Biegekanten beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind ebenfalls parallel zueinander.)
Zur Ausbildung des Kerns 82 ist auf und unter der Zellstruktur 84 jeweils ein Deckel 92, 94 angeordnet. Dieser ist aus einem insbesondere geschlossenporigen Schaumstoffmaterial hergestellt, wobei die Deckel 92, 94 entsprechend mit der Zellstruktur 84 verklebt sind.
Solche Schaumstoffdeckel eigenen sich insbesondere dazu, größere offene Enden zu überbrücken, d. h. auch Zellen gegenüber den Faserwerkstofflagen 12, 24 vakuumdicht zu verschließen, wenn die Auflagefläche für den Deckel verringert ist. Bei einer Wabenstruktur gemäß Fig. 2 beispielsweise weisen die Oberseiten 46 und 48 eine relativ große Auflagefläche für die Deckel 26, 22 auf, so daß eine gewisse Biegeelastizität des Deckels sich nicht störend auswirkt.
Liegt allerdings ein relativ großer Abstand zwischen Auflageflächen (Faltkanten 71 in Fig. 4; Biegekanten 80 in Fig. 5; Faltkanten 88, 90 in Fig. 6) vor, dann kann eine weniger biegeflexible Struktur wie eine Schaumstoffstruktur als Deckel 92, 94 vorteilhafter sein, um die mechanische Stabilität insbesondere auch während der Herstellung des Bauteils zu gewährleisten.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Bauteile aus einem Faserverbundwerkstoff mittels Harzimprägnierungsverfahren wie vakuumunterstützte und autoklavenunterstützte Harzinjektionsverfahren auch bei Verwendung gasgefüllten Zellstrukturen herstellen. Es läßt sich im wesentlichen verhindern, daß sich Kavitäten des Zellmaterials mit Harz füllen. Die eben durch eine Zellstruktur gewünschte Gewichtsersparnis bleibt also im wesentlichen erhalten. Wenn die entsprechenden Deckel für die Kerne (Sandwich-Kerne) aus einem Material geringer Dichte hergestellt sind und ähnliche mechanische Kennwerte aufweisen wie die Zellstruktur, dann lassen sich somit Bauteile hoher mechanischer Stabilität aber mit geringerem Gewicht herstellen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffteils, bei dem zwischen Faserwerkstofflagen ein Kern gelegt wird und das Fasergelege mit Harz infiltriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern durch eine Zellstruktur mit einer Mehrzahl von in Richtung mindestens einer Faserwerkstofflage offenen Zellen gebildet wird, welche an dem offenen Ende mit einem Deckel verschlossen werden, um das Eindringen von Harz in Zellräume zu verhindern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellstruktur eine im wesentlichen flache Oberseite und Unterseite aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Oberseite und Unterseite parallel zueinander sind.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckel sich über eine Mehrzahl von Zellen erstreckt.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckel im wesentlichen eine gesamte, der Faserwerkstofflage zugewandte Seite der Zellstruktur abdeckt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckel so angeordnet und ausgebildet ist, daß Kräfte von ihm auf die Zellstruktur übertragbar sind.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckel mechanisch stabil ist.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für einen Deckel gleiche oder ähnliche mechanische Kennwerte wie das Material der Zellstruktur aufweist.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung eines Deckels mit der Zellstruktur vakuumdicht ist.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckel auf der Zellstruktur aufgeklebt wird.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckel aus Phenolpapier hergestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Phenolpapier-Deckel mittels Phenolharz auf die Zellstruktur aufgeklebt wird.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckel durch ein Schaumstoffmaterial gebildet wird.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckel aus Nomex-Papier hergestellt wird.

15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckel aus Aluminium hergestellt wird.

16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen der Zellstruktur zusammenhängend sind.

17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellstruktur in einem Muster angeordnete Zellen aufweist.

18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zelle einer Zellstruktur zu einer einzigen Faserwerkstofflage hin offen ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zelle zu einer oberen Faserwerkstofflage und einer unteren Faserwerkstofflage hin offen ist.

20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellstruktur eine Wabenstruktur ist.

21. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Seitenflächen der Zellstruktur mit einer Dichtung oder einem Deckel zur Verhinderung des Eindringens von Harz versehen werden.

22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer Faserwerkstofflage über eine Fließhilfe Harz zugeführt wird.

23. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Deckel mit Löchern versehen werden, so daß bei der Harzinfiltration Harz durch ausgewählte Zellen hindurch von der Oberseite des Kerns zur Unterseite fließen kann.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß einer unteren Faserwerkstofflage fließhilfefrei Harz durch den Kern hindurch zugeführt wird.

25. Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff, bei welchem zwischen Faserwerkstofflagen (12, 24) ein Kern (16) angeordnet ist und das mittels Harzinfiltration hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (16) eine Zellstruktur (18) aufweist mit einer Mehrzahl von Zellen (20) und daß die Zellstruktur (18) mit einem Deckel (22; 26) für in Richtung einer Faserwerkstofflage (12; 24) offene Enden der Zellen (20) versehen ist, um das Eindringen von Harz in Zellräume zu verhindern.

26. Bauteil nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (20) der Zellstruktur (18) zusammenhängend sind.

27. Bauteil nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellstruktur eine Wabenstruktur (40) ist.

28. Bauteil nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß Seitenflächen der Zellstruktur (18) abgedichtet und/oder abgedeckelt sind.

29. Bauteil nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (16) eine Mehrzahl von zwischen an den Kern (16) grenzenden Faserwerkstofflagen (12, 24) sich erstreckenden Harzkanälen aufweist.

30. Bauteil nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckel (22; 26) aus Phenolpapier hergestellt ist.

31. Bauteil nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckel (22; 26) aus Nomex-Papier hergestellt ist.

32. Bauteil nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckel (22; 26) aus Aluminium hergestellt ist.

33. Bauteil nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel aus einem geschlossenporigen Schaumstoffmaterial hergestellt ist.

34. Bauteil nach einem der Ansprüche 25 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil mit dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24 hergestellt ist.