EP2152502A2

EP2152502A2 - Verfahren zur herstellung faserverstärkter hohlkörper und nach diesem verfahren erzeugte produkte

Info

Publication number: EP2152502A2
Application number: EP08734778A
Authority: EP
Inventors: Thomas Lippert; Helmut Michel; Ulrich Strasser
Original assignee: MT Aerospace AG
Current assignee: MT Aerospace AG
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2010-02-17
Also published as: WO2008119491A2; JP2010523363A; ES2337228T1; WO2008119491A3; DE102007015909A1; US20100196637A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Hohlkörpern mit integral angeformten Elementen in einer Hohlform, wobei in zwei Hälften der Hohlform, welche jeweils die Negativform für den herzustellenden faserverstärkten Hohlkörper mit integral angeformten Elementen bilden, eine Fasermatte laminiert wird und nach dem Verbinden der beiden Hälften der so ausgekleideten Hohlform, die Fasermatten unter Anwendung von Druck formschlussig in die Hohlform gepresst wird. Die Erfindung betrifft auch Produkte, die nach dem erf mdungsgemaßen Verfahren hergestellt sind.

Description

Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Hohlkörper und nach diesem Verfahren erzeugte Produkte

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Hohlkörpern mit integral am Hohlkörper angeformten Elementen, wie Anschlusslaschen, Aufhangelaschen, Flanschen, Flossen und dergleichen Elemente, und die so erzeugten Produkte.

Faserverstärkte Hohlkörper mit Anschlusslaschen, Aufhangelaschen, Flanschen, Flossen und dergleichen Elementen lassen sich nur mit sehr aufwendigen Arbeitstechniken herstellen. Im Stand der Technik wurden zahlreiche Vorgehensweisen beschrie- ben.

So ist beispielsweise in der US-PS 4,963, 301 ein Verfahren zur Herstellung einer Strebe mit endseitigen Laschen beschrieben. Diese Strebe besteht aus drei Teilstucken, nämlich einem rohrformigen Hohlkörper und zwei an den Enden des Hohlkörpers eingesetzten Laschenkopfen mit geringerem Durchmesser. Die Fertigung erfolgt unter Verwendung von vorimpragniertem Fasermaterial, das auf ein Kernrohr gewalzt und anschließend ausgehartet wird. Danach kann das ausgehartete Fasermaterial durch Pyrolyse umgewandelt (konvertiert) und durch Infiltration verdichtet werden. Durch mehrfache Anwendung der Pyrolyse und Infiltration entsteht eine feuerfeste Strebe. Die Laschenkopfe werden entweder nachtraglich angeformt bzw. eingesetzt oder man verwendet zum Aufwalzen ein, sich an einem Ende verjungen- des, Kernrohr. Eine faltenfreie Herstellung eines einstuckigen faserverstärkten Hohlkörpers ist damit nicht möglich.

Gemäß der DE-PS 31 13 791 wird zur Herstellung von Streben ein harter stangenformiger Kern benutzt, über den ein Gummi- schlauch gespannt wird. Um den Schlauch sind mehrere Lagen mit Harz vorimpragniertes Fasermaterial überlappend gewickelt. Der so präparierte Innenkern wird in eine mehrteilige Hohlform mit vier Ausnehmungen gelegt. Nach festem Verschluss der Hohlform- halften wird der einseitig abgeklemmte Schlauch aufgeblasen, so dass das Fasermaterial gegen die Innenwandung der Hohlform gepresst und der harte Kern über das offene Ende des Schlau- ches herausgezogen werden kann. Anschließend werden in vier Ausnehmungen der Hohlform 4 Formkorper zur Ausbildung der U- bergangs- und Endbereiche (Laschen) eingesetzt. Die Aushärtung des Harzes erfolgt im Ofen oder Autoklaven, je nach Harzsystem bei z.B. 125°C bzw. 175°C und unter geregeltem Schlauchin- nendruck. Nach Abschluss der Aushärtung wird der Schlauch an einem der offenen Laschenenden aus der Strebe herausgezogen und der Laschenbereich konturgefrast . Verklebungen von ausgeharteten Bauteilen sind nicht erforderlich, da gemäß dem "Em- Schuss-Verfahren" (one shot cuπng) gehartet wird.

Die Laschen erhalten je eine Bohrung, in die, zur besseren Lastaufnahme, jeweils eine Hülse gepresst bzw. eingeklebt wird. Um ein mögliches Scheuern zu vermeiden, sind die Hülsen mit einem Bund versehen, der aus der Laschenoberflache hervor- steht.

Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass zur Ausbildung der Übergangs- und Endbereiche, der abgelegte Faserverband aus der Kreisring- in die Rechtecks-Form gequetscht wird, und daher dazu neigt, in diesen Bereichen Verwerfungen und Faserverschiebungen zu erleiden. Generell ist es außerdem ausgesprochen schwierig, Faserverbunde, die in mehreren Lagen auf Kernrohre gewickelt sind, durch Aufblasen des Schlauches gleichmäßig zu expandieren. Eigene Versuche zeitigten mangelhafte Er- gebnisse.

Die vorgenannten Verfahrenstechniken sind nur beispielhaft für die grundlegenden bekannten Techniken genannt. Deren gemeinsamer Nachteil ist, dass die Verfahren uneinheitliche Produkte liefern. Darunter leidet die Qualität der faserverstärkten Hohlkörper, insbesondere in dem von äußeren Lasten hoch beanspruchten Laschenbereich. Die Ausschussrate ist entsprechend hoch. Außerdem sind die verwendete Vorrichtung und die Handhabung derselben, relativ aufwendig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ins- besondere ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger rohr- bzw. prismenformiger Hohlkörper mit integral angeformten Elementen anzugeben, mit welchem die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren vermieden werden können. Insbesondere soll es ermöglicht werden, faserverstärkte Hohlkor- per mit integral angeformten Elementen stets reproduzierbar herstellen zu können, wobei die geforderten Stabilitats- und Qualitatseigenschaften der Hohlkörper in allen ihren Herstellabschnitten bis zur Endform gewahrleistet sind. Von großem Interesse ist es, so hergestellte Hohlkörper über integral ange- formte Elemente, z.B. Rippen oder Stege zu flachig ausgebildeten Strukturbauteilen, wie Schilden, Paneelen und dergleichen Elementen, miteinander zu vereinigen und gemeinsam auszuhärten. Zum Verschluss der dafür benotigten größeren Hohlform- halften können die von außen erforderlichen, ebenfalls große- ren Gegendruckkrafte, über geeignet platzierte Schrauben aufgebracht werden. Geeignet hierzu sind auch temperaturbeständige Hilfsmittel wie Druckpolster, Niederhalter, insbesondere hydraulisch oder pneumatisch kontrollierte Kraftdosen bzw. Druckmanschetten, die von außen auf die Hohlform wirken und sich zwischen dieser und der Decke bzw. Traversen befinden. Darüber hinaus kann allein oder in Kombination das Prinzip der Vakuumverpackung eingesetzt werden, indem die Hohlform in eine undurchlässige flexible Hülle verpackt und diese Hülle evakuiert wird, so dass der Umgebungsdruck zur Wirkung kommt. Statt der Hülle, die auch als Vakuumsack bekannt ist, kann auch eine undurchlässige flexible Folie verwendet werden, die entlang des Randes umlaufend gegen die Bodenplatte bzw. das Formwerkzeug abgedichtet ist.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Hohlkörpern mit integral angeformten Elementen in einer Hohlform, wobei in zwei Hälften der Hohlform, welche jeweils die Negativform für den herzustellenden faserverstärkten Hohlkörper mit integral angeformten Elementen bilden, eine Fasermatte laminiert wird und nach dem Verbinden der beiden Hälften der so ausgekleideten Hohlform, die Fasermatte unter gleichzeitiger Aushärtung und Ausbildung des faserverstärkten Hohlkörpers mit integral angeformten Elementen gegen die Hohlforminnenwand gepresst wird.

Es versteht sich, dass beim Anpressen der Fasermatten gegen die Hohlforminnenwand Druck angewendet wird und zum Ausharten eines in den Fasermatten aufgenommenen Harzsystems die Einwirkung von vorzugsweise Hitze erforderlich ist. Bei den faserverstärkten Hohlkörpern handelt es sich insbesondere um solche mit röhr- oder prismenformiger Außengestalt, es sind jedoch auch vxele andere Querschnittsformen möglich, wie sie von Fall zu Fall spater noch erläutert werden. Mit dieser Erfindung können faserverstärkte Hohlkörper mit geringer Porosität und hohem Faservolumenanteil unter Verwendung wenigstens eines aufblasbaren Schlauches, bzw. Blase, in einer, mit speziell vorbehandelten, trockenen textilen Faserhalbzeugen bzw. mit durchtränkten Faserhalbzeugen (Prepregs) ausgelegten, Hohlform, insbesondere solche die eine röhr- bzw. prismenformige Gestalt mit integrierten Laschen, Flossen, Flanschen und dergleichen aufweisen, vorteilhaft hergestellt werden. Darunter fallen Streben, die für Strukturkonstruktionen, z.B. in der Luft- und Raumfahrt oder für den Fahrzeugbau benotigt werden (Fig. 1 bis 5, Fig. 34 bis 40), Rohre mit Aufhangelaschen oder Flanschen (Fig. 27 bis 30), Flossenrohre (Fig. 31), Strukturbauteile für Flugzeugsitze (Fig. 41,43, 45,50 bis 54), Gabel- streben z.B. für den Ein- bzw. Ausfahrmechanismus von Flugzeugfahrwerken (Fig. 55), Speichenkorper (Fig. 56 bis 61), Steuerklappen z.B. für Wiedereintrittskorper der Raumfahrt (Fig. 64,66 bis 75), Flügel z.B. für Windkraftanlagen (Fig. 76), Bremsscheiben (Fig. 77 und 78), die Einlassvorderkante von Fluggasturbinen (Fig. 79 bis 84), Rumpfsegmente von Flugzeugen (Fig. 32, 85,92, 93, 95, 96) und ahnliches. Diese Bau- reile können einen weiten thermoraechanischen Einsatzbereich abdecken, zumal sie je nach Einsatzbereich aus unterschiedlichen Materialien, wie z.B. aus faserverstärktem Kunststoff o- der faserverstärkter Keramik (CMC) bestehen können und somit sowohl für normale, als auch sehr tiefe oder sehr hohe Tempe- raturen ausgelegt werden können.

Unter dem Begriff Fasermatte sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle vorimpragnierten und/oder vorbehandelten Fasergelege, respektive Faserhalbzeuge verstanden werden, welche nach dem Auslegen der Hohlform auch als Laminat bezeichnet werden können. Darunter fallen auch trockene textile Faserhalbzeuge, die z.B. durch das so genannte Vorformen, gegen Verrutschen beim Ablegen in Hohlformen präpariert wurden.

Die erforderliche Hohlform ist als Negativ des herzustellenden faserverstärkten Hohlkörpers im Wesentlichen zweiteilig sowie entluft- und verschließbar ausgeführt. Sie besteht vorzugsweise aus einem festen Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Bei Verwendung von teildurchtrankten ursprunglich trockenen texti- len Faserhalbzeugen, die erst in der Hohlformen mit Harz injiziert werden, kann die zweite Formhalfte auch aus flexiblen Materialien, wie z.B. einer Vakuumfolie bestehen.

Im Vergleich zu metallischen Ausfuhrungen sind faserverstärkte Hohlkörper leichter und weisen mindestens gleich große Festig- keits- und Steifigkeitseigenschaften hinsichtlich Druck, Zug, Biegung und Torsion auf. Darüber hinaus haben sie ein besseres Dampfungsvermogen . Bei faserverstärkten Hohlkörpern mit z.B. integrierten Anschlusslaschen ergeben sich Gewichts- und Fes- tigkeitsvorteile gegenüber solchen mit eingefugten Laschenkop- fen, da im Bereich der Fugung (Verklebung) Kerben und Doppel- dimensiomerungen unvermeidbar sind. Ahnliches gilt für faserverstärkte Rohre mit Flanschen und viele weitere faserverstärkte Hohlkörper.

Obwohl das erfindungsgemaße Verfahren ahnliche Prozessschritte wie der Stand der Technik verwendet, stellt es doch eine we- sentliche Verbesserung und Vereinfachung der bisher bekannten Verfahren dar. Einerseits wird ohne den vorgenannten harten Kern gearbeitet und andererseits wird der Faserverbund in allen Hohlkorperbereichen, speziell im Übergangs- und Endbereich (Lasche) lastgerechter in Kraftflussrichtung abgelegt. Im hoch beanspruchten Endbereich (Lasche) erfolgt die Ablage isotrop. Zu diesem Zweck wird mit entsprechenden Hohlformhalften (Negativformen) gearbeitet. Dadurch erspart man sich das, die Querschnittsform ändernde, Zusammenpressen der Faserschichten mit- tels Formstucken samt allen damit verbundenen Nachteilen. Die Ubergangsbereiche brauchen also nicht mehr von Kreis- auf Rechteckprofil, allgemein also von großen auf kleine Querschnitte in Form gepresst zu werden, da das Prepreg-Material faltenfrei und lagestabil direkt in zwei einander sich ergan- zende offene Negativformen abgelegt wird. Prinzipiell sind dadurch weniger Arbeitschritte erforderlich und damit sowohl der Zeitaufwand als auch die Ausschussgefahr geringer. Hinzu kommt, dass die Hohlform einfacher aufgebaut und die bisherige verfahrensbedingte Gefahrdung des Bauteilrohlings weitgehend eliminiert sind.

Bevorzugte Ausfuhrungsformen ergeben sich aus den Unteranspru- chen .

So ist die Fasermatte vorzugsweise ein mit Harz getränktes Fasergelege oder ein Faser-Prepreg. Das Fasergelege kann auch nur teilweise mit Harz durchtrankt sein.

Die Fasermatte wird vorzugsweise mit Hilfe eines in die Hohl- form eingebrachten aufblasbaren Elementes gegen die Hohlforminnenwand gedruckt, indem das aufblasbare Element nach dem Verbinden der Hälften der Hohlform aufgeblasen wird. Das Verbinden der Formhalften ist z.B. auch unter Nutzung des Umgebungsdrucks (Atmosphäre, Autoklav) bei Verwendung eines Vaku- umsacks möglich.

Vorzugsweise wird bzw. werden die Fasermatte (n) entsprechend einer vorgegebenen Belastungsspezifitat verschiedener Abschnitte des Hohlkörpers in den Hälften der Hohlform abgelegt. Dazu werden die Fasermatte (n) in den Hohlformhalften so ausgerichtet abgelegt, dass sie die spezifizierten Belastungen im Verbund optimal aufnehmen können.

Auf der/den Fasermatte (n) kann im Rahmen der Erfindung zusätzlich ein Beluftungsgewebe, d.h. Entluftergewebe abgelegt werden. Auch unter der/den Fasermatte (n) kann ein Entluftergewebe abgelegt sein. Dazwischen kann sich eine semipermeable Folie befinden, wenn das Harz per Vakuum infiltriert wird.

Die Fasermatte (n) und gegebenenfalls das Entluftergewebe werden bei einer besonderen Ausfuhrungsform der vorliegenden Er- findung in jeweils einer Hälfte der Hohlform derart abgelegt, dass sie um einen bestimmten Betrag über wenigstens eine Oberkante der jeweiligen Hohlformhalfte überstehen.

Die überstehenden Abschnitte der Fasermatte und gegebenenfalls des Entluftergewebes können erfmdungsgemaß vor dem Zusammensetzen der Hohlformhalfte derart aufgefächert werden, dass die jeweils aufgefächerten Abschnitte nach dem Zusammensetzen ineinander greifen.

Zur Ausbildung der über die Oberkante der Hohlformhalften hinausragenden Materialabschnitte wird, soweit erforderlich, an den Hohlformhalften wenigstens einseitig eine Leiste angeordnet, welche die überstehenden Materialabschnitte wahrend der Laminierung unterstutzen. An den Leisten können zusätzlich Me- tallschienen angeordnet sein, die der Auffacherung der Laminatlagen dienen bzw. die gewünschte Positionierung der überstehenden Materialabschnitte vor dem Zusammensetzen der Hohlformen erleichtern.

Das in der Hohlform befindliche Fasergelege wird soweit erforderlich, evakuiert und gegebenenfalls zusätzlich mit Harz infiltriert. Das in der Hohlform befindliche Fasergelege kann auch einer zusatzlichen Druck- und Temperaturbehandlung ausgesetzt werden.

Der so erhaltene, ausgehartete Hohlkorperrohling wird vorzugs- weise einer mechanischen Nachbehandlung, z.B. einem Konturfrasen, unterworfen und kann darüber hinaus physikalisch und/oder chemisch verdichtet werden.

Die Fasern in den eingesetzten Fasermatten sind unidirektio- nal, gekreuzt, multiaxial, und/oder uberkreuzt ausgerichtet und sind vorzugsweise in einem thermoplastischen oder duroplastischen Matrixmaterial festgelegt.

Die zur Materialverstarkung ausgewählten Fasern werden vor- zugsweise aus Kohlenstoff-, Glas-, Polyester-, Polyethylen-, und Nylonfasern ausgewählt.

Die verwendeten Fasern werden aus anorganischen Fasern ausgewählt, wenn ein feuerfester, chemisch verdichteter Hohlkörper hergestellt werden soll. Hierzu zahlt Kohlenstoff. Die Fasern bzw. Filamente werden dann aus Kohlenstoff-, Siliciumcarbid-, Aluminiumoxid-, Mullit-, Bor-, Wolfram-, Borcarbid-, Bornitrid- und Zirconiumfasern ausgewählt. Es können sortengleiche oder sortengemischte Fasern verwendet werden.

Die äußere Form des herzustellenden faserverstärkten Hohlkörpers ist durch das erfindungsgemaße Verfahren nicht besonders beschrankt. So können faserverstärkte Hohlkörper mit im Wesentlichen kreisförmigem, ovalem, quadratischem oder recht- eckigem Querschnitt, mit/oder ohne Innenrippen, bei geeigneter Ausgestaltung der Hohlraumform bzw. der Hohlraumhalften, erzeugt werden. Das Verfahren eignet sich gleichermaßen zur Erzeugung von Streben, Rohren, so genannten Flossenrohren und auch kastenförmigen Gebilden, wie beispielsweise Steuerklappen oder durch Quer- und Langsprofile versteifte Rumpfsegmente .

Laminiert wird bevorzugt mit Prepreg-Fasermaterial . Im Rohr- bzw. Prisma-Bereich, z.B. einer Strebe mit Laschen, werden z.B. 60 % des Fasermaterials parallel zur Längsachse (0^c- Richtung) und 40 % jeweils hierzu unter ±45° (auch +/- -Richtung genannt) abgelegt. Im Bereich der Enden (Laschen) sind die Fasern zu etwa einem Drittel parallel zur Längsachse angeordnet. Senkrecht zu ihr ( 90 "-Richtung) sind etwa 30 % und der Rest unter ±45° zur Langsachse abgelegt. Im rampenfόrmigen Ubergangsbereich zwischen Lasche und Rohr- bzw. Prisma-Bereich erfolgt eine abgestufte Ablage der Verstarkungsfasern.

Die Faserhalbzeuge sind unidirektional, gekreuzt, multiaxial aber auch uberkreuz auf verschiedene Weisen miteinander verwebt oder verflochten beziehbar. Als Lieferanten wären z.B. Firmen wie Cytec, Hexcel, ICI, Interglas, Kramer, und Saertex zu nennen.

Ungehärtetes Matrixmaterial kann sowohl mit thermoplastischen als auch mit duroplastischen Eigenschaften von Firmen wie Cytec, Hexel, ACG, Huntsman kommerziell erworben werden.

Bei Bedarf kann auch in gemischter Weise laminiert werden, d.h. auf unidirektionale Faserhalbzeuglagen können kreuzweise verwebte Faserlagen folgen. Das kann im Bereich der Laschenbohrung, je nach spezifizierter Last, zweckmäßig sein.

Aus Gründen der Kosten oder geringeren Anforderungen an die Steifigkeit des faserverstärkten Hohlkörpers, können statt Kohlenstofffasern aridere Fasermaterialien eingesetzt werden und zwar sowohl sortengleich als auch sortengemischt. Eine fa- serverstarkte Kunststoff-Strebe bei der z.B. Glas- und Kohlenstofffasern kombiniert sind, ist flexibler und preisgünstiger als eine, die ausschließlich mit Kohlenstofffasern verstärkt ist. Neben Glas- und Kohlenstoff-Faserhalbzeugen gibt es weitere Fasermaterialien die für faserverstärkte Hohlkörper ein- setzbar sind. Sie sind dem Fachmann für die Anwendung in verschiedenen Temperaturbereichen bekannt. Wird für faserverstärkte Hohlkörper bzw. deren vorfixierte, teilweise oder voll gehartete endformnahe Faservorform eine Harz-Matrix durch Pyrolyse konvertiert und durch weiteren Eintrag von Harzmaterial (Polymeπnflltration) und erneute Pyro- lyse verdichtet, werden im Allgemeinen anorganische Fasermate- rialien einschließlich Keramik-Filamenten, wie Kohlenstoff, Graphit, Glas und Aramid verwendet. Als keramische Filamentma- terialien sind u.a. Kohlenstoff, Siliciumcarbid, Aluminium- oxid, Siliciumnitrid, Mullit, Bor, Wolfram, Borcarbid, Bor- nitπd und Zircomum in Anwendung. Keramische Fasern sind hochtemperaturbestandig . Die mit diesem Liquid Polymer Infiltration (LPI ) -Verfahren erzeugten CMC-Baukorper (Ceramic Matrix Composites) durchlaufen im Allgemeinen 5 bis 8 Pyrolysen und sind für Bauteile geeignet, die mittleren mechanischen und thermischen Belastungen widerstehen.

Für thermomechanisch hoch beanspruchte CMC-Werkstoffe kann die Abscheidung der Matrix auf den Faseroberflachen in der Gasphase nach dem Chemical Vapour Infiltration (CVI ) -Verfahren er- folgen. Dabei scheidet sich, unter bestimmten Druck- und Teru- peraturbedmgungen, auf und zwischen den Fasern des endformna- hen Baukorpers, Matrixmaterial solange auch im Inneren des Baukorpers ab, bis die Bauteiloberflache mit Matrixmaterial zugewachsen ist. Auf diese Weise lassen sich z.B. Kohlenstoff- fasern in eine Siliciumcarbidmatπx, Siliciumcarbidfasern m eine Siliciumcarbidmatrix oder eine Siliciumnitndmatrix, AIu- mmiumoxidfasern in eine Aluminiumoxidmatrix oder Mullitfasern in eine Mullitkeramik einbetten.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Anwendungsbeispielen, Hinweisen zum Fertigungsablauf und der benutzten Hohlform mittels Zeichnungen naher erläutert. Darin zeigen :

Fig. 1 einen erfmdungsgemaß hergestellten faserverstärkten Hohlkörper mit gabel- bzw. nutformigen Anschlusslaschen und kreisrohrformigem Mittelteil a) in Seitenansicht, b) in Vorderansicht, und c) perspektivisch dargestellt,

Fig. 2 einen weiteren erfmdungsgemaß hergestellten faserverstärkten Hohlkörper gemäß Fig. 1, jedoch mit ovalem Querschnitt im Mittelteil a) in Seitenansicht, b) in Vorderansicht, und c) perspektivisch dargestellt,

Fig. 3 und 4 einen erfmdungsgemaß hergestellten faserverstärkten Hohlkörper nach Fig. 1 oder 2 mit im Mittelteil eben ausgebildeten Flachen, jeweils m a) Seitenansicht, und b) perspektivischer Darstellung,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung des Hohlkörpers gemäß Fig. 4,

Fig. 6 eine gemäß der Erfindung ausgestaltete Hohlformhalfte für Streben mit integrierten Laschen a) perspektivisch, b) im Schnitt, und c) kurz vor dem Zusammenfahren beider Formhalften in mit Fasermaterial und Schlauch versehener Bestückung,

Fig. 7 bis 9 den Ablauf des erfindungsgemaßen Herstellungsverfahrens in einer bevorzugt ausgestalteten Vorrichtung für röhr- bzw. pπsmenformige Hohlkörper in Querschnittdarstellung,

Fig. 10 ein erfmdungsgemaß beispielhaft gewähltes Ablagemuster für Laminatschichten von Faserhalbzeugen,

Fig. 11 eine Ablage mit hohen Randuberstanden,

Fig. 12 faltenfrei mit L-Schienen positionierte Randstreifen kurz vor dem Zusammenfahren und Schließen der Formhalften,

Fig. 13 überstehende Randstreifen für eine mit Überlappung vorgesehene Ablage auf der oberen Laminatschicht,

Fig. 14 bis 17 weitere mögliche Vorgehensweisen um Laminatlagen miteinander zu verbinden, nämlich Fig. 14 ohne obere Laminatschicht, Fig. 15 mit oberer Lami- natschicht. Fig. 16 und 17 mit Auffacherung der Laminatlagen,

Fig. 18 bis 22 jeweils Ergebnisse der Vorgehensweisen entsprechend den korrespondierenden Fig. 9, 12, 13, 14 und 17 in Querschnittdarstellung,

Fig. 23 bis 26 Ausfuhrungsformen mit Innenrippe im Hohlkörperquerschnitt ,

Fig. 27 einen faserverstärkten Hohlkörper mit am Rohrmantel integrierten Aufhangelaschen a) in Seitenansicht, b) perspektivisch, und c) die Schnittdarstellung eines möglichen Formenauf- baus mit Ablagebeispiel, d) mit einem weiteren Ablagebeispiel,

Fig. 28 und 29 einen Hohlkörper mit angeformten Flanschen j eweils a) perspektivisch, und b) die Schnittdarstellung eines möglichen Formenaufbaus mit Ablagebeispiel,

Fig. 30 einen im Raum gekrümmten Hohlkörper (Rohrbogen) mit integral angeformten Flanschen a) in Perspektive, und b) eine Hohlformhalfte hierzu, Fig. 31 einen faserverstärkten Hohlkörper a) mit seitlich angeformten Flossen b) in Form einer Flossenrohrwand, c) in Schnittdarstellung samt Formenaufbau zur Herstellung der Flossenrohrwand, d) wie unter c) jedoch mit kontrollierbarer Anpressung der Flossenstege,

Fig. 32 einen großflächigen faserverstärkten Hohlkörper (versteifte Platte) mit integral angeformten Längs- und Querverstrebungen (-Versteifungen) a) in Perspektive, b) die zur Herstellung erforderliche Hohlform, c) die mit Laminat ausgelegte Hohlform, d) Formschlauche bzw. -blasen in auslaminierter Hohlform, und e) Planlaminat mit Deckplatte auf mit Laminat und Formschlauchen bestückter Hohlform,

Fig. 33 den Formenaufbau ahnlich Fig. 32 e) umhüllt mit Luftergewebe, in einem Vakuumsack bzw. einer evakuierbaren Folie a) in perspektivischer Darstellung, b) im Schnitt, c) den Detailausschnitt aus Fig. 33 b) , d) den Formenaufbau ahnlich Fig. 33 a) jedoch mit einer gegen die untere Hohlform abgedichteten Folie, e) einen Formenaufbau mit zwei separat evakuierbaren Räumen (Lufterraum und Harzinjektionsraum), f) einen Formenaufbau ahnlich dem in Fig. 33 e) jedoch mit einer flexiblen oberen Formhalfte, g) den Formenaufbau ahnlich Fig. 33 f) jedoch mit der planen Paneelflache auf der unteren Formhalfte,

Fig. 34 eine Strebe mit gabelförmigen Laschen und rechteckigem Querschnitt a) perspektivisch, b) in Seitenansicht, c) in Draufsicht, d) in Vorderansicht,

Fig. 35 eine Strebe mit zur Mitte zunehmendem Querschnitt a) perspektivisch, b) in Seitenansicht, c) in Draufsicht, d) in Vorderansicht,

Fig. 36 Abschnitt einer stufenlos langenverstellbaren Strebe mit angekoppeltem Spannschloss a) mit einfachen Laschen an den Schraubenenden, b) mit Lasche und Gabellasche an den Schraubenenden,

Fig. 37.1 eine stufenlos langenverstellbare Strebe mit gegenläufigem Gewinde innen (Spannschloss-Prinzip) , a) perspektivisch, b) in Draufsicht, c) in Schnittdarstellung,

Fig. 37.2 eine stufenlos langenverstellbare Strebe mit gegenläufigem Gewinde außen (Spannschloss-Prinzip) a) perspektivisch, b) in Draufsicht, c) in Schnittdarstellung,

Fig. 38 eine stufenweise langenverstellbare Strebe mit Zahn- plattenverstellung a) perspektivisch, b) in Schnittdarstellung,

Fig. 39 eine zu einem Ende konisch zulaufende, stufenweise langenverstellbare Strebe mit Gewindeanschluss, a) perspektivisch, b) in Seitenansicht, c) in Schnittdarstellung,

Fig. 40 eine stufenweise langenverstellbare Strebe mit Aufdickung an einem Ende. a) perspektivisch, b) in Draufsicht, c) in Schnittdarstellung,

Fig. 41 einen Sitzstrebenrohling, z.B. für einen Flugzeug- sitz,

Fig. 42 einen Sitzstrebenrohling in einer Hohlform im Quer^¬ schnitt,

Fig. 43 eine Sitzstrebe mit integrierter Versteifungsrippe,

Fig. 44 eine Sitzstrebe mit integrierter Versteifungsrippe in einer Hohlform im Querschnitt,

Fig. 45 eine Sitzstrebe mit integrierten Anschlüssen für Strukturbauteile,

Fig. 46 und 47 die obere und die untere Formhalfte für die

Sitzstrebe gemäß Fig. 45,

Fig. 48 eine Aufteilung der Formhalfte gemäß Fig. 47,

Fig. 49 eine Beschreibung in Bildern zur Entformung der Sitzstrebe gemäß Fig. 45 aus der Hohlform nach Aushar- tung,

Fig. 50 eine weitere Ausfuhrung der Sitzstrebe ahnlich Fig. 45,

Fig. 51 eine Sitzfußstruktur hergestellt in erfindungsgemaßer Weise, Fig. 52 eine Struktur zur Anbindung einer Armlehne gemäß Fig. 53 hergestellt in erfindungsgemaßer Weise,

Fig. 53 eine Armlehnenstruktur hergestellt in erfmdungsgema- ßer Weise,

Fig. 54 den Zusammenbau der Strukturen gemäß den Fig. 50 bis 53,

Fig. 55 eine erfmdungsgemaß hergestellte Gabelstrebe, z.B. für das Bugfahrwerk eines Flugzeuges,

Fig. 56 Streben im rechten Winkel zueinander mittig gekreuzt mit Laschen a) in Perspektive, und b) in Seitenansicht,

Fig. 57 einen sternförmigen Hohlkörper mit zentral angeformtem Flansch a¹» perspektivisch, b) in Vorderansicht, c) in Seitenansicht,

Fig. 58 Hohlformvananten für sternförmige Hohlkörper gemäß Fig. 57, wobei a) bis c) eine erste Variante unter Verwendung zweier Blasen, und d) eine zweite Variante unter Verwendung einer Blase veranschaulichen,

Fig. 59 einen sternförmigen Hohlkörper mit integral angeformter Nabe a) perspektivisch, b) in Vorderansicht, c) in Seitenansicht,

Fig. 60 einen sternförmigen Hohlkörper mit angeformter Nabe und integrierten Endflanschen a) perspektivisch, b) in Draufsicht, c) in Seitenansicht,

Fig. 61 eine Radfelge mit integral angeformten hohlen Speichen a) perspektivisch, b) in Seitenansicht, c) in Schnittdarstellung,

Fig. 62 den Aufbau der Form für die Radfelge gemäß Fig. 61,

Fig. 63 die zusammengebaute Form für die Radfelge gemäß Fig. 61 in Schnittdarstellung einschließlich Formblasen,

Fig. 64 eine einseitig offene rechteckige Steuerklappe a) in Perspektive, und b) in Seitenansicht,

Fig. 65 eine Veranschaulichung des prinzipiellen Herstellprozesses anhand einer Querschnittsdarstellung der Steuerklappe gemäß Fig. 64,

Fig. 66 eine einseitig offene rechteckige Steuerklappe ähnlich wie Fig. 64, jedoch mit Innenrippe a) in Perspektive, und b) in Seitenansicht,

Fig. 67 eine einseitig offene rechteckige Steuerklappe ähnlich wie Fig. 66 jedoch mit Versteifungssicke, a) in Perspektive, und b) in Seitenansicht.

Fig. 68 bis 70 Steuerklappen für Flugzeuge und Wiederein- trittskorper für die Raumfahrt aus Faserverbundkeramik, Fig. 71 eine weitere Ausführung einer Steuerklappe,

Fig. 72 weitere Ausführungen von Steuerklappen für Flugzeuge und Wiedereintrittkörper a) mit horizontaler Teilungsebene, b) mit vertikaler Teilungsebene,

Fig. 73 bis 75 Mechanismen zum Auslenken von Steuerklap- pen,

Fig. 76 einen Flügel mit integral angeformtem Flansch, z.B. für Windturbinen, a) perspektivisch, b) in Seitenansicht

Fig. 77 einen Hohlkörper in Form einer Bremsscheibe,

Fig. 78 die Veranschaulichung des Herstellungsprozesses einer erfindungsgemaß gefertigten Bremsscheibe gemäß Fig.

77,

Fig. 79 einen Hohlkörper in Form der Lufteinlauf-Vorderkante eines Turbinentriebwerkes, z.B. von Gasturbinen eines Flugzeuges, a) isometrische Vorderansicht, b) isometrische Ruckansicht, und c) Schnittdarstellung,

Fig. 80 die untere Formhalfte für die Lufteinlauf-Vorderkante gemäß Fig. 79 a) isometrisch, b) in Schnittdarstellung,

Fig. 81 die obere Formhälfte zur Fertigung der Lufteinlauf- Vorderkante gemäß Fig. 79 mit abgelegten Laminatschichten, Fig. 82 den Aufbau der oberen Formhalfte gemäß Fig. 81 in Schnittdarstellung samt Laminatschichten und Blasen,

Fig. 83 die zusammengebauten Formhalften aus Fig. 80 und 81 in Schnittdarstellung,

Fig. 84 einen weiteren Formenaufbau zur Herstellung einer Luftemlauf-Vorderkante gemäß Fig. 79,

Fig. 85 ein erfindungsgemaß hergestelltes Rumpfsegment eines Flugzeuges mit integral angeformten Strmgern und Spanten vor der mechanischen Bearbeitung,

Fig. 86 die untere Forrnhalfte des RumpfSegmentes gemäß Fig. 85,

Fig. 87 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 86,

Fig. 88 eine mit Faserhalbzeugen auslaminierte untere Form- halfte zur Herstellung eines RumpfSegmentes gemäß

Fig. 85,

Fig. 89 die untere Formhalfte gemäß Fig. 88 mit eingelegten

Formschlauchen ähnlich jenen in Fig. 32 d) ,

Fig. 90 die mit Fasermaterial laminierte obere Formhalfte zur Herstellung des Rumpfsegments gemäß Fig. 85,

Fig. 91 den gesamten Formenaufbau zur Herstellung des Rumpf- Segmentes gemäß Fig. 85,

Fig. 92 ein erfindungsgemaß hergestelltes Rumpfsegment gemäß Fig. 85 mit integral angeformten Anschlusslaschen nach dem Bohren und Konturfrasen,

Fig. 93 vier zu einem Teilsegment eines Flugzeugrumpfes miteinander verbundene Außenhautpaneele, Fig. 94 einen erfindungsgemäß hergestellten Hohlkörper in Form eines Fußbodenquertragers,

Fig. 95 ein Teilstück eines Flugzeugrumpfes mit erfindungsge- maß hergestellten RumpfSegmenten und Fußbodenquertra- gern,

Fig. 96 einen Hohlkörper in Form eines Außenhautpaneels mit integrierten Stringern und einem integrierten Rahmen für eine Passagiertüre,

Fig. 97 ein Fahrgestell für Eisenbahn- bzw. Schwebebahnwaggons a) isometrisch von oben, und b) isometrisch von unten, und

Fig. 98 ein Rad für ein Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeug a) isometrisch, b) isometrisch im Schnitt, und c) den Formenaufbau im Schnitt.

Fig. 1 zeigt als mögliche Ausführungsform eines erfindungsge- maß hergestellten, faserverstärkten Hohlkörpers 10, eine Stre- be mit gabel- bzw. nutformigen Anschlusslaschen 11, sowohl in Seiten- (a) und Vorderansicht (b) als auch perspektivisch (c) dargestellt. Sie weist einen rohrförmigen bzw. zylindrischen Mittelteil 12 auf, an den sich über keil- oder rampenförmige Abschnitte 13 integral angeformte Laschen 11 anschließen. In den Laschen 11 sind etwa mittig Bohrungen 14 vorhanden, die mit Hülsen 15 mit jeweils einem Bund 15 ausgestattet sind. Der Bund verhindert ein mögliches Scheuern eines lasteinleitenden Zapfens (nicht dargestellt) bei Übertragung von Biege- bzw. Torsionskraften.

Fig. 2 zeigt ebenfalls eine Strebe mit nut- bzw. gabelförmigen Laschen 11. Der hohle Mittelteil 12 weist jedoch einen ovalen Querschnitt auf, wie aus der Seitenansicht (b) zu ersehen ist. Alle weiteren Merkmale sind identisch mit der Strebe gemäß Fig. 1 und mit denselben Bezugsziffern versehen.

Die Streben (faserverstärkte Hohlkörper 10) der Fig. 3 und 4 entsprechen in ihren wesentlichen Merkmalen denen der Fig. 1 und 2 und sind soweit wieder mit identischen Bezugsziffern versehen. Sie zeigen darüber hinaus in ihrem zylindrischen oder auch ovalen Mittelteil 12 abgesenkte 16 oder erhabene 17 flach ausgebildete Flachen, an welchen Querkrafte eingeleitet werden können. Die Laschen 11 in Fig. 3 sind für den Eingriff in Gabellaschen konzipiert und als solche zungenformig ausgebildet .

Fig. 5 zeigt den Querschnitt des Mittelteils 12 mit erhaben ausgebildeter Flache 17 gemäß Fig. 4 , an einer Stelle, an welcher Querkrafte mittels beispielsweise eines nicht dargestellten Zapfens einleitbar sind.

Fig. 6a zeigt dann eine erfmdungsgemaß ausgestaltete Hohl- formhalfte (1, 2) in perspektivischer Darstellung und Fig. 6b einen Längsschnitt durch dieselbe Hohlformhalfte . Aus den Fig. 6a und 6b ist eine halbe Negativ-Form einer Strebe gemäß den vorangehenden Ausfuhrungsformen gut zu erkennen, insbesondere die Querschnittsanderungen vom Mittelteil 12' zu den Endbereichen (Laschen) 11' über die rampenformig verlaufenden Abschnitte 13'. Diese muldenförmige Negativ-Form wird mit im^¬ prägniertem Faserhalbzeug 5 (Fig. 7 ff) laminiert und dieses wiederum, soweit erforderlich, mit einem Entluftergewebe 7 u- berspannt, worauf nach Verschluss der Hohlformhalften 1, 2 vor und wahrend des Aushartens Druck ausgeübt wird, in der Weise, dass die Faserablagen gegen die Innenwand der Hohlkorperform gepresst werden. In Fig. 6c sind die beiden auslaminierten Hohlformen 1, 2 kurz vor dem Zusammenfahren dargestellt. Der Schlauch &, der die Laminate gegen die Hohlforminnenwande presst, ist bei diesem Verfahrensschritt bereits in der unteren Hohlfoim abgelegt. In den Fig. 7 bis 9 ist ein Herstellungsprozess der vorliegenden Erfindung schematisch wiedergegeben. Er gilt speziell für alle Querschnitte der zuvor gezeigten Streben, gleichgültig ob diese äußerlich z.B. kreisförmig oder rechteckig auszubilden sind .

Fig. 7 zeigt diesen Herstellungsprozess für eine untere 1 und Fig. 8 für eine obere 2 Hohlformhälfte, auch Unter- bzw. Ober- form genannt. Auf beide nach oben offenen Formhalften 1 und 2 wird bevorzugt jeweils eine Leiste 3, 4 gelegt und imprägniertes Faserhalbzeug 5 in die Form laminiert, bis hinauf zu den Anschlagsflachen 18 der Leisten 3, 4. Danach wird, soweit erforderlich, ein Entlüftergewebe 7 auf dem Faserhalbzeug 5 ab- gelegt. Bei der gezeigten Ausführungsform wird in die untere Formhalfte 1 ein Schlauch 8 eingesetzt. Nach Wegnahme der Leisten 3, 4, kann die obere Formhälfte 2 auf die untere Form- halfte 1 aufgesetzt und mit ihr fest verschlossen werden. Die überstehenden Randstreifen 6 dienen der Überlappung 9 im Naht- bereich des Hohlkörpers 10, so dass die Hälften ohne weiteres miteinander verbunden (verklebt) werden, sobald der Schlauch 8 unter Druck gesetzt wird. Dies gilt umso mehr bei zusätzlich einwirkender Hitze.

Damit ergeben sich folgende Verfahrensschritte zur Herstellung eines Hohlkörpers gemäß der Erfindung:

1.1 Befestigen der Leisten 3 und 4 auf den dafür vorgesehenen Stirnflachen der geöffneten Hohlformhälften 1 und 2.

1.2 Drapieren der konkav ausgesparten Hohlformhalften 1 und 2 mit Faserhalbzeug bzw. Laminat 5, so dass jeweils an den Leisten 3, 4 überstehende Streifen 6 gebildet werden.

1.3 Gegebenenfalls Ablegen von Entluftergewebe 7 auf dem Faserhalbzeug 5, inklusive oder exklusive der überstehenden Streifen 6. 1.4 Einlegen des Schlauches (Blase) 8, der aus einem isotrop elastischen Material besteht, in die untere Hohlformhalfte 1.

1.5 Entfernen der Leisten 3, 4 von den Hohlformhalften 1 und 2.

1.6 Aufeinandersetzen der mit Laminat ausgelegten Hohlform- halften 1 und 2 und gegenseitige Arretierung derselben, z.B. mittels Schrauben.

1.7 Abdichten eines Schlauchendes, soweit nicht eine Blase benutzt wird, Absaugen und/oder Verdrangen der Luft die in der Hohlform enthaltenen ist, Einlass von Gas in den Schlauch das unter Druck steht.

1.8 Härtung unter kontrollierten Gasdruck- und Temperaturbedingungen im Ofen bzw. Autoklaven.

1.9 Offnen der Hohlform, Entfernen des Schlauches bzw. der Blase, Entnahme des faserverstärkten Kunststoff- Hohlkörpers, Konturfrasen der Laschen, Bohren von Lochern, Einsetzen von Deckscheiben und/oder Bohrlochhulsen .

Aus Fig. 10 ist insbesondere erkennbar, dass die Ablage der Faserhalbzeuge 5 im Allgemeinen nicht einheitlich sondern nach einem erwarteten Belastungsprofil, also einer erwarteten Beanspruchung des faserverstärkten Hohlkörpers 10 in seinen Ein- zelabschnitten 11,12,13, erfolgt. Im Mittelteil 12" werden beispielsweise unidirektionale Fasern in Längsrichtung und unter ± 45° zu ihr abgelegt. Im Endbereich (Laschen oder sonstige Anschlusselemente) 11' erfolgt die Ablage isotrop, das heißt axial, quer zur Langsachse und unter ± 45° zu ihr. Zwi- sehen dem Mittelteil 12 und dem Endbereich der Laschen 11 oder dergleichen angeformten Elementen, also dem keil- bzw. rampen- formigen Bereich 13, wird abgestuft abgelegt. In Fig. 10 sind die hierzu korrespondierenden Abschnitte mit 11", 12" und 13", die wiederum den Hohlformbereichen 11', 12' und 13', gemäß der Fig. 6, entsprechen.

Die Faserhalbzeuge 5 können unterschiedlich in die Formschalen 1 und 2 und gegen die Anschlagsflachen 18 der Leisten 3 bzw. 4 schichtweise laminiert werden.

Fig. 11 zeigt eine Ablage mit sehr hohen Randuberstanden 6. Die überstehenden Randstreifen 6 sind gegen die Leisten 3, 4 und eine Schiene 19 mit L-Profil angeschlagen. Die Schiene 19 erlaubt es, die Randstreifen 6 faltenfrei zusammenzufahren. Dies kann mit und ohne Überlappung der Randstreifen 6 erfolgen .

In Fig. 12 sind die Randstreifen 6 für eine bis maximal auf Stoß vorgesehene Ablage vorbereitet und in Fig. 13 auf eine mit Überlappung. Nach Schließen der Formhalften 1 und 2 und Aufblasen des Schlauches 8, verbinden sich die Randstreifen 6 in gewünschter Weise mit dem Faserhalbzeug 5, das in der oberen Hohlformhalfte 2 abgelegt ist.

Fig. 14 zeigt, wie sich ein faserverstärkter Hohlkörper 10 herstellen lasst, der nur eine Überlappung aufweist. Zu diesem Zweck werden die Randstreifen 6, wie in den Fig. 11 und 13 veranschaulicht, überlappt und in die obere unlamimerte Formhalfte 2 mittels des Schlauches 8 gepresst. Bei Hohlkörpern mit beispielsweise Aufhangelaschen oder Flossen, ist es zweckmäßig, die Überlappung, wie in Fig. 15 angedeutet, in die Trennlinie der Formhalften 1, 2 zu setzen. Auf Details hierzu wird weiter unten noch eingegangen.

Gemäß der Fig. 16 werden die Lagen aus Faserhalbzeug 5 im Bereich der spateren Nahtlinien aufgefächert, so dass beim Auf- einardersetzen der Formhalften 1, 2 die aufgefächerten Lagen alternierend ineinander greifen. Zu diesem Zweck sind an den Formhalften 1, 2 wieder Leisten 3 und L-Schienen 19 und 19', vorgesehen. Wahrend die untere Formhalfte 1 eine Leiste 3 in Zusammenwirken mit einer Schiene 19 zur Aufspaltung des Fasergeleges um einen bestimmten Betrag zeigt, dient die andere Leiste 19' an der oberen Formhalfte dazu, das Laminat leicht von der Formwand entfernt zu halten. Dadurch gelingt ein verzahnter Verbund. Diese in Fig. 17 erkennbare "Verzahnung", erhöht die Qualität der Verbindung.

In den Fig. 18 bis 22 sind im Ergebnis Querschnitte, hier zy- lindπsche Mittelteile 12 mit unterschiedlich ausgestalteten Überlappungen wiedergegeben. Diese sind auf Unterschiede zurückzuführen, die mit der Positionierung der überstehenden Randstreifen 6 vor dem Aufeinanderset zen der Formhalften 1, 2 zusammenhangen. Wie leicht zu erkennen ist, korrespondiert die Positionierung der Randstreifen 6 gemäß Fig. 9 mit dem Ergebnis in Fig. 18, desgleichen die Positionierungen der Fig. 12, 13, 14, 15 und 17 mit den Ergebnissen in den Fig. 19, 20, 21 und 22 in dieser Reihenfolge und Zuordnung.

Mit nur geringfügigen Änderungen, kann unter Einsatz von zwei U-formigen Rippenstegen 20, z.B. aus Prepregs und zwei miteinander kommunizierend verbundenen Schlauchen, ein faserverstärkter Hohlkörper 10 mit faserverstärkter Innenrippe 21 hergestellt werden. Dies ist in den Fig. 23 und 25 schematisch gezeigt. Die U-formigen Rippenstege 20 werden jeweils in die untere 1 und die obere 2 Formhalfte mit der zuvor abgelegten Fasermatte 5 vereinigt. Die Fig. 24 und 26 zeigen jeweils einen Schnitt durch das fertige Produkt.

In Fig. 27 ist ein faserverstärktes Rohr 22 mit am Rohrmantel integrierten Aufhangelaschen 23 dargestellt. Das Rohr 22 und die Aufhangelaschen 23 sind einteilig integral nach dem erfin- dungsgemaßen Verfahren hergestellt.

In den Fig. 28 und 29 sind jeweils faserverstärkte Rohre 24 mit einem, respektive zwei integral angeformten Flanschen 11 gezeigt, die nach dem erfmdungsgemaßen Verfahren gefertigt sind. Zur Verbindung mit einzelnen Rohren 24 oder Rohrlei- tungsbauteilen untereinander, wie z.B. Rohrkrümmern gemäß Fig. 30, sind in den Flanschen 11 gegebenenfalls wieder Bohrungen 14 vorgesehen. Im Übrigen lassen sich Rohrkrummer prinzipiell in gleicher Weise wie die geraden Rohre gemäß Fig. 28 und 29 produzieren .

Fig. 31 zeigt in Perspektive ein faserverstärktes Flossenrohr (a), eine aus gleichem Werkstoff bestehende Flossenrohrwand (b) sowie zwei Hohlformvarianten (c) und (d) zur Herstellung derartiger Bauteile, die nach dem erfindungsgemaßen Verfahren gefertigt wurden. Sie können z.B. aus Kunststoff oder Keramik (CMC) bestehen. Die integral angeformten Flossen/Stege können kurzer als das Rohr/die Rohre sein (nicht gezeigt) . Anwendbar sind derartige Flossenrohre bzw. Rohrwande in der Warme- und Kältetechnik z.B. als Kuhlrohre, zum Aufbau von Hitzeschutzschilden, Wärmetauschern und dergleichen.

Die Fertigung eines Paneelsegments aus faserverstärktem Kunst- stoff, das mit integriert angeformten Streben mit Steck- bzw. Anschlusslaschen versehen werden soll, ist im Wesentlichen aus Fig. 32 und 33 ersichtlich. Abweichend von der gezeigten Darstellung, können die Paneelsegmente auch gekrümmt sein. Die Steck bzw. Anschlusslaschen sind in Fig. 92, 93, und 95 deut- lieh erkennbar. In der Formhalfte 1 verlaufen parallel zueinander, hier in aquidistanten Abstanden, Vertiefungen 20' zur Ausbildung von Längs- und Querverstrebungen 20. Nach Ablegen von Fasermatten, d.h. dem Laminieren der Formhalfte 1, werden (hier vier) Formschlauche bzw. Formblasen 8 in die dafür vor- bereiteten Vertiefungen 20' verstaut, und die ebenfalls mit Fasermatten (Prepregs) 5' ' laminierte Form 2 auf die Form 1 abgesetzt. Unter äußeren Druckkräften, die die Formhalften 1 und 2 zusammenpressen und dem Druck der Formschlauche 8 entgegenwirken verbinden sich die Laminatkontaktflachen bzw. Uber- lappungen 9' und 9' ' miteinander, so dass unter Hitze das Faserverbundhalbzeug im Ofen bzw. Autoklaven maßgenau aushärtet. Wie in Fig. 33 dargestellt, können die äußeren Kräfte, unter Zuhilfenahme des Außendruckes, mittels einer Vakuumhulle 59, auch Vakuumsack genannt, die die Formhälften 1 und 2 umschließt, bei Anschluss an eine Vakuumpumpe (hier nicht gezeigt) erzeugt werden. Zusatzlich oder davon unabhängig können regel- oder steuerbare pneumatische bzw. hydraulische Kräfte (Kraftdosen, Druckpolster und dgl.) 62 nutzlich sein. Zwischen der Vakuumhulle 59 und den Formhalften 1 und 2 können, zur Verbesserung des wirksamen Vakuums, und damit der Entlüftung über den Vakuumanschluss, Luftergewebe 7 (= Entluftergewebe) platziert sein.

Statt aus Prepregs können faserverstärkte Bauteile, wie z.B. das Paneelsegment: in Fig. 32 a) , auch mit trockenen textilen Fasergeweben (Faserhalbzeugen) hergestellt werden. Um zu ver- hindern, dass die einzelnen Faserschichten, nach dem Ablegen in der Formhalfte verrutschen, wird das so genannte Preforming bzw. Vorformen angewendet . Dabei werden die einzelnen Faserlagen mit einem thermo- oder duroplastischen Binder versehen und auf einer Positiv- bzw. Negativform bzw. Negativform abgelegt. Zum Fixieren der Lagen wird eine Folie darüber gespannt und deren Rand auf der Positiv- bzw. Negativform mit Dichtmasse umlaufend abgedichtet. Beim Absaugen der Luft unter der Folie, kommt der äußere Luftdruck zur Wirkung und presst die einzelnen Faserlagen fest auf bzw. in die Positiv- bzw. Negativform. Durch anschließende Wärmezufuhr wird der Binder aktiviert, dringt in das trockene Fasergelege ein und härtet im weiteren Verlauf aus. Der so erzeugte Faserverbund wird im weiteren Verarbeitungsprozess wie trockenes Faserhalbzeug behandelt.

Nach dem Einlegen in die Formhalfte 1 wird das vorgeformte Faserhalbzeug 5' mit Harz infiltriert. Fig. 33 e) zeigt den prinzipiellen Formenaufbau. In der Formhalfte 1 befinden sich Vertiefungen, um die Längs- und Querversteifungen 20 des Paneelsegments (Fig. 32 a) integral im Ein-Schuss-Verfahren an- zuformen. Unter dem Fasergewebe 5' kann sich - je nach Erfordernis - Luftergewebe 7 befinden. In den mit Fasermaterial 5' ausgelegten Vertiefungen 20' sind Formschlauche 8 verstaut, die ebenfalls - je nach Erfordernis - mit U-förmigem Lüftergewebe 7 unterlegt sein können. Das Fasergewebe 5' und die Formschlauche 8 sind mit vorgeformtem Fasergewebe 5'' überdeckt, auf dem sich in der Regel die Abreißfolie 66, das Verteilerge- webe 67 und eine semipermeable Folie 65 befinden. Letztere ist gasdurchlässig und harzundurchlässig.

Über der semipermeablen Folie 65 (Fig. 33 e))befinden sich das Luftergewebe 7, die obere Formhälfte 2, ein weiteres Lüfterge- webe 7' und die gas- und harzundurchlässige Vakuumfolie 59. Diese ist, ebenso wie die semipermeable Folie, umlaufend gegen die Formhalfte 1 abgedichtet. Der Lufterraum zwischen der Vakuumfolie 59 und der semipermeablen Folie 65 wird über den Va- kuumanschluss 60 evakuiert und der Injektionsraum, zwischen der Formhalfte 1 und der semipermeablen Folie 65, über den Va- kuumanschluss 68.

Sobald und erst wenn an den Anschlüssen 60 und 68 Vakuen anliegen, können die Schlauche 8 vorsichtig einem höheren Gas- druck ausgesetzt werden. Dabei muss dieser so bemessen sein, dass die Faserhalbzeuge 5' und 5'' im vorgesehenen Uberlap- pungsbereich 9' und 9' 'stets fest miteinander in Verbindung bleiben und nicht etwa, speziell im Bereich der Versteifungen 20, voneinander getrennt werden. Unter diesen Voraussetzungen wird das Harzzuflussventil (hier nicht gezeigt) geöffnet. Damit wird Harz angesaugt und vom Verteilergewebe großflächig ausgebreitet, so dass unter dem Einfluss des Vakuums und der Schwerkraft die Faserhalbzeuge 5' und 5'' von diesem gleichmaßig durchtrankt werden.

Dabei werden zuerst die in Kontakt befindlichen Laminatabschnitte, also die Überlappungen 9 ' und 9'' und zuletzt die tiefer stehenden Laminatbereiche, die der Ausbildung der Längs- und Querversteifungen 20 dienen, vom Harz benetzt. Spa- testens wenn sich die Sättigung mit Harz anhand von Harzdurch- bruchen bemerkbar macht, wird der Harzfluss gesperrt. Dies kann selbstregulierenα mittels entsprechender Indikatoren, z.B. durch Harzdurchbruch-Anzeigen 71 (Füllstände in durchsichtigen Rohren, Siphons, Änderung elektrisch erfassbarer Großen mittels Sensoren und ähnlichem) erfolgen. Die Evakuierung wird fortgesetzt, bis die Matrix aushärtet. Zu verfah- renstechnischen Details kann die DE-PS 10 239 325, die das so genannte MT-RI Verfahren beschreibt, dienlich sein. Von diesem unterscheidet sich die vorliegende Erfindung unter anderem dadurch, dass Formschlauche 8 zur Ausbildung von Versteifungen benutzt werden. Außerdem auch dadurch, dass die in Fig. 33 e) benutzten Harzdurchbruch-Indikatoren selbstregulierend sind. Zudem kann das Vakuum im Lufter- und Injektionsraum und damit die Effektivität der Gasabsaugung aus diesem, bei Harzdurchbruch praktisch unvermindert aufrechterhalten werden.

Aus Fig. 33 f) ist ein Formenaufbau ersichtlich, der dem zuvor besprochenen ganz ahnlich ist. Der Unterschied liegt in der nun fehlenden, aus massivem Material bestehenden Formhalfte 2. Ihre Funktion wird bei Anlegen eines Vakuums von der Vakuumfo- lie 59 übernommen.

In Fig. 33 g) ist der aus Fig. 33 e) bekannte Formenaufbau nach dem Laminieren umgedreht dargestellt, also auf den Kopf gestellt. Dadurch ergibt sich beim Infiltrieren eine entsprechend andere Flussrichtung des Harzes.

Fig. 34 zeigt eine weitere erfmdungsgemaß hergestellte Strebe m.t Rechtecksprofil und integral angeformten gabelförmigen An- bchlusslaschen 11 sowohl perspektivisch (a) , als auch m Seitenansicht (b) , Draufsicht (c) und in Vorderansicht (d) .

In Fig. 35 ist eine erfmdungsgemaß hergestellte Strebe mit zur Mitte hm zunehmendem Durchmesser in Perspektive (a) , Seitenansicht (b) , Draufsicht (c) und m Vorderansicht (d) dargestellt. Derartig gegen hohe Knicklasten ausgebildete Streben finden Anwendung im Flugzeugbau und werden dabei unter anderem für die Konstruktion von Fahrwerken eingesetzt. Zum Ausgleich von Einbautoleranzen sind Streben erforderlich, deren Anschlusslange adaptierbar ist. Für die meisten Anwendungen genügt es, die Laschen 11 ausreichend lang auszufuhren und, nach Maßgabe der vor Ort gemessenen Anschlusslangen, mit Bohrungen 14 zu versehen. Genügt dies nicht, sind Adapter erforderlich. Vorrichtungen zur Langenanpassung sind aus dem Stand der Technik für diverse Anwendungen bekannt. In den Fig. 36 bis 40 sind erfmdungsgemaße Streben mit einer Auswahl derselben wiedergegeben.

Die Fig. 36 zeigt Streben 10, die unter Zuhilfenahme von Spannschlossern, bestehend aus Spannmuttern 42, Schrauben mit Laschen 44', 44'' und Kontermuttern 43', 43'', insbesondere auch unter Last, stufenlos verstellbar sind.

In der Fig. 37.1 ist eine weitere Ausfuhrungsform einer stufenlos langenverstellbaren Strebe mit innerem Spannschloss in perspektivischer Darstellung (a) , in Draufsicht (b) und als Schnittdarstellung (c) gezeigt. Die Langenverstellung der Strebe erfolgt, insbesondere auch unter Last stufenlos, ohne dass sich die Laschen dabei drehen. Zum Einsetzen des Spannschlosses wird eine erfindungsgemaß hergestellte Strebe geteilt. Da eventuell durch Knicklasten auftretende Biegemomente in der Strebenmitte am höchsten sind, wird dafür vorzugsweise eine Stelle am Ende der Strebe gewählt. In die jeweils zylindrischen Teile der Strebenabschnitte werden Gewindebuchsen 40 und 41 eingesetzt und z.B. durch Verkleben fixiert. Die linke Gewindebuchse 40 weist ein Innenlinksgewinde und die rechte Gewindebuchse 41 ein Innenrechtsgewinde auf. Beide Strebenab- schnitte sind über die Stellschraube 42 mit einem jeweils entsprechenden Außengewinde miteinander verbunden. Die Drehung der Stellschraube bewirkt durch die beiden gegenläufigen Gewindegange eine stufenlose Verlängerung oder Verkürzung der gesamten Strebe, abhangig davon in welche Drehrichtung die Stellschraube 42 gedreht wird. Nach Einstellung der gewünschten Strebenlange verhindern die Kontermuttern 43' und 43", ein Losen der Stellschraube 42. Fig. 37.2 zeigt erneut eine langenverstellbare Strebe unter Nutzung eines Spannschlosses. Sie ist sowohl perspektivisch (a), als auch in Draufsicht (b) und in Schnittdarstellung (c) wiedergegeben. Die mit den Strebenabschnitten verbundenen Gewindebuchsen 44' und 44" sind im Gegensatz zu jenen in Fig. 37.1 nunmehr außen mit der Strebe formschlussig verbunden. Zu diesem Zweck können sie schon wahrend des erfindungsgemaßen Herstellprozesses der Strebe mit in die Hohlform eingelegt werden. Durch das Aufblasen des verwendeten Schlauches bzw. der Blase 8 umschließt das Fasergelege die Endbereiche der Gewindebuchsen. Dies fuhrt nach dem Ausharten zu einem Form- schluss zwischen den Gewindebuchsen 44', 44" und der Außenflache der Strebe. Über diese formschlussige Verbindung können Zug- und Druckkräfte bestens übertragen werden. Alternativ können die Gewindebuchsen 44' und 44" auf den ausgeharteten Kunststoff z.B. geklebt werden.

Bei der Strebe gemäß Fig. 38, die sowohl in perspektivischer (a) als auch in Schnittdarstellung (b) vorliegt, wird eine stufenweise Verschiebung des Anschlusselementes 34 im Langloch 14 durch Versetzen der kleinen Platten 35 auf den Platten 36 erreicht, die jeweils eine Verzahnung aufweisen. Zwischen den Zahnplatten 36 und der Lasche 11 besteht Formschluss. Folglich kann das Anschlusselement 34 an die Lasche ebenfalls form- schlussig fixiert werden. Dazu ist das Anschlusselement 34 mit einer Bohrung versehen, in der ein Gewindebolzen 37 passgenau steckt, der im Langloch 14 verschiebbar ist. Mit der Kronenmutter 39 kann der Formschluss der fixierten großen Zahnplat- ten 36 und der verschiebbaren Zahnplatten 35 gelost, wieder nergestellt und gesichert werden. Die kleinste Stellweite des Anschlusselementes 34 entspricht dabei einem Zahnabstand. Je feiner die Zahne der Platten ausgeprägt sind, desto feiner unterteilt ist somit auch die Langenverstellung. Diese kann nur lastfrei erfolgen.

Im Weiteren zeigt Fig. 39 eine langenverstellbare Strebe mit einem konisch zulaufenden Ende sowohl perspektivisch (a), als auch in Seitenansicht (b) und in Schnittdarstellung (c) . Die Langenverstellung der Strebe erfolgt lastfrei über einen gabelförmigen Anschluss mit Gewindebolzen 45, der über ein Einsatzstuck 46 mit einem entsprechenden Innengewinde, ein- bzw. herausdrehbar ist. Die kleinstmogliche Verstelllange betragt eine halbe Gewindesteigung. Zur Sicherung ist eine Kontermutter 38 vorgesehen. Die Übertragung von Zugkräften erfolgt über das konische Einsatzstuck 46. Druckkräfte werden über die Beilegscheibe 39 in die Strebe eingeleitet.

Fig. 40 zeigt eine langenverstellbare Strebe, die im Wesentlichen der in Fig. 39 besprochenen entspricht. Sie ist sowohl perspektivisch (a), als auch in Draufsicht (b) und in Schnitt- darstellung (c) zu sehen. Der Unterschied zur Strebe in Fig. 39 liegt in der Ausbildung des Endteils. Zum Fixieren des Einsatzstuckes 46 ist eine Aufdickung 52 vorgesehen, die entsprechend dem Einsatzstuck 46 konisch geformt ist. Die Langenverstellung und die Übertragung von Zug- und Druckkräften er- folgt lastfrei so wie bei der Strebe in Fig. 39.

In Fig. 41 ist ein erfindungsgemaß hergestellter Rohling einer Sitzstrebe dargestellt, der z.B. in Flugzeugsitzen anwendbar ist.

Fig. 42 zeigt den Querschnitt des Rohlings aus Fig. 41 mit den Bauteilen, die zur erfindungsgemaßen Herstellung notig sind, wie die untere Formhalfte 1, die obere Formhalfte 2 und drei aufblasbaren Schlauchen bzw. Blasen 8. Darüber hinaus ist zu erkennen, wie die Fasermatten 5' und 5" in die Hohlformhalften abgelegt werden und wo sie überlappt sind.

Fig. 43 zeigt einen ausgeharteten, konturgefrasten Rohling für eine Sitzstrebe analog dem Rohling in Fig. 41, jedoch nun mit zusätzlicher Versteifung, in Form einer Innenrippe 21. Eine derartige Sitzstrebe ist bereits aus der DE 10 2005 059 134 Al bekannt. Der dort beschriebene, sogenannte Single Beam besteht jedoch aus mehreren miteinander verklebten Einzelteilen und nicht, wie die erfindungsgemaß hergestellte Strebe, aus einem Teil. Durch das Verkleben dieser Einzelteile entstehen Unge- nauigkeiten die bei einer erfindungsgemaß hergestellten Strebe nicht auftreten. Zudem können bei einer erfindungsgemaß hergestellten Sitzstrebe sämtliche benotigten Anschlüsse direkt in die Strebe integriert und im "one shot-Verfahren" ausgeführt werden .

In Fig. 44 ist der Querschnitt der in Fig. 43 dargestellten Strebe gezeigt. Für die erfmdungsgemaße Integration der Innenrippe 21 sind zwei Schlauche, respektive Blasen 8 notwendig, wobei die beiden Schlauche bzw. Blasen miteinander kommunizierend verbunden sind, um ein Verschieben der Rippenstege 21 wahrend des Fertigungsprozesses auszuschließen.

In Fig. 45 ist eine Ausgestaltung der in Fig. 41 abgebildeten erfindungsgemaß gefertigten Sitzstrebe zu sehen.

Fig. 46 zeigt die obere Formhalfte 2 zur erfmdungsgemaßen Herstellung der in Fig. 45 dargestellten Sitzstrebe. Die zugehörige untere Formhalfte 1 befindet sich in Fig. 47. Sie besteht aus mehreren Einzelteilen, um die Sitzstrebe nach dem Ausharten aus der Form entnehmen zu können.

In Fig. 48 ist die untere Formhalfte 1 geöffnet dargestellt. Zu sehen sind 4 Blocke unmittelbar vor dem Ablegen von Laminat. Jeder Block wird so mit Fasermatten (Prepregs) ausgekleidet, dass die Übergänge zum jeweils nächsten Block einen uber- stehenden Abschnitt 6 (nicht dargestellt jedoch analog Fig. 9) bilden. Nach dem Zusammenbau der einzelnen Blocke mit Hilfe von Gewindestangen 53 entsteht die untere Formhalfte 1 mit den gewünschten Überlappungen 9 (nicht gezeigt). In die so ausla- mimerte Form 1 wird vorsichtig eine entsprechend vorgeformte Blase 8 eingebracht, danach auf Form 1 die ebenfalls auslami- nierte obere Form 2 gesetzt und mit ihr fest verbunden, so dass in bekannter Weise die Aushärtung erfolgen kann. Fig. 49 zeigt den Vorgang der Entformung der in Fig. 45 dargestellten und nun in der Hohlform (a) ausgehartet vorliegenden Sitzstrebe 10. Um es vorweg zu nehmen, sei gleich gesagt, dass eine Entformung wegen der vorhandenen Hinterschnitte nicht ohne weiteres machbar ist. Um dies in einfacher Weise zu ermöglichen, ist die untere Formhalfte 1 mit zwei zusätzlichen Elementen, nämlich den Distanzstucken 55 ausgestattet. Mit deren Hilfe erfolgt die Entformung folgendermaßen:

1. Losen der unteren Formhalfte 1 von der oberen Formhalfte 2

2. Losen der Gewindestangen 53

3. Abnehmen der oberen Formhalfte 2 und der Endstucke 51

4. Entnahme der Distanzstucke 55 5. Entfernen der restlichen Formelemente

Aus Fig. 50 ist eine weitere Ausgestaltung der in Fig. 45 skizzierten Strebe entnehmbar. Geändert ist im Wesentlichen nur die Geometrie der drei integral angeformten Laschen. Der Herstellprozess bleibt davon unberührt.

Fig. 51 enthalt eine erfmdungsgemaß hergestellte Sitzfußstruktur mit integral angeformten Anschlusslaschen.

Fig. 52 zeigt eine erfmdungsgemaß hergestellte Tragerstruktur für eine Armlehne und Fig. 53 eine erfmdungsgemaß hergestellte Armlehnenstruktur mit integrierten Anschlusslaschen 11 für eine Drehachse.

In Fig. 54 sind die erfmdungsgemaß hergestellten Bauteile aus den Fig. 50 bis 53 zusammengebaut dargestellt. Der Zusammenbau der Einzelteile erfolgt jeweils über die integral angeformten Anschlusslaschen 11 durch Verschrauben, Vernieten und/oder verkleben .

Fig. 55 zeigt eine erfmdungsgemaß hergestellte Gabelstrebe perspektivisch (a), in Draufsicht (b) und in der Teilungsebene geschnitten. Anwendung finden solche Gabelstreben z.B. als so genannte Knickstreben in Em- bzw. Ausfahrmechanismen von Bugfahrwerken für Flugzeuge.

In Fig. 56 ist eine erfindungsgemaß hergestellte, rechtwinklig gekreuzte Strebenanordnung in perspektivischer Ansicht (a) und in Seitenansicht (b) gezeigt. Andere als rechtwinklige Strebenanordnungen sind machbar. Eingesetzt werden können derartige Streben z.B. als Karosserie- bzw. Schutzkaflgversteifungen in Sportwagen oder zur Aussteifung von RumpfSegmenten in Flugzeugen .

In Fig. 57 ist ein erfindungsgemaß hergestellter sternförmiger Hohlkörper abgebildet, der im Zentrum über einen integral an- geformten Flansch 11 verfugt. Wird wahrend des Herstellprozesses nur eine Blase verwendet, die das Laminat gegen die Hohl- formhalften presst, so erhalt man einen Flansch mit Spalt, dessen Laminate getrennt sind. Mittels eines zweiten Schlauches lasst sich der Spalt schließen, so dass nach dem Aushar- ten ein massiver Flansch vorliegt.

Fig. 58 (a) zeigt eine Schnittdarstellung der zur Herstellung des in Fig. 57 gezeigten Hohlkörpers benotigten Formenanordnung unter Verwendung von zwei Blasen 8. Die beiden Hohlform- halften hierzu sind jeweils in Fig. 58 (b) und (c) perspektivisch dargestellt. Fig. 58 (d) verdeutlicht einen Schnitt durch den Formenaufbau des prinzipiell gleichen Bauteiles unter Verwendung von nur einer Blase. Dadurch ergibt sich anstatt eines Anschlusses ein Doppelanschluss mit einem Spalt.

In Fig. 59 ist eine weitere, dem erfindungsgemaßen Prinzip folgende, Ausfuhrung eines sternförmigen Hohlkörpers mit integral angeformten zentrisch sitzenden Flanschen 11 dargestellt. Gegen beide Flansche 11 lasst sich eine Lagerbuchse (nicht dargestellt) mit stirnseitigem Anschlag (unter Benutzung der Bohrungen 14) befestigen, wobei die Vorderseite (Luftanstromseite) im Allgememenl mit einer pilzförmigen Na- benkappe (nicht dargestellt) versehen wird. Dabei zeigt (a) die isometrische Ansicht, (b) die Draufsicht und (c) die Seitenansicht des Hohlkörpers. Wie aus der Seitenansicht (c) erkennbar ist, verlauft die Teilungsebene der Hohlform senkrecht zur Nabenachse. Aerodynamisch geformte Hohlkörper dieser Art, sind z.B. in der Luftfahrt im Kaltluftstrombereich vor dem Kompressor eines Gasturbinentriebwerkes als Lagertrager für Wellen einsetzbar, die sich gegen die Innenwand der Turbinengondel abstutzen.

Fig. 60 zeigt in Perspektive (a) , in Draufsicht (b) und in Seitenansicht (c) den aus Fig. 59 bekannten sternförmigen Hohlkörper, erweitert um die Flansche 11 an den Stutzarmen 24. Diese ebenfalls integral angeformten Flansche lassen sich nach Verfahren anformen, die m den Fig. 28 bis 30 bildlich veranschaulicht sind.

Je nach Erfordernis können die äußeren Flansche azimutal so groß ausgeführt werden, dass sie sich gegenseitig berühren bzw. einen geschlossenen Außenring oder ein Oval (Speichenrad- bzw. Felgen-Prinzip) bilden.

In Fig. 61 ist ein erfmdungsgemaß hergestelltes Speichenrad in Perspektive (a), in Seitenansicht (b) und im Schnitt (c) zu sehen. Zur Herstellung genügen, wie in Fig. 63 im Schnitt gezeigt, zwei Hohlformhalften . Die Trennflache zwischen Ober- und Unterform verlauft annähernd sphärisch durch die Mitte der Radspeichen. In Fig. 61 (b) ist ihr Schnitt (57) mit dem FeI- genzylinder als strichpunktierte Linie zu sehen.

Aus Fig. 62 ist der prinzipielle Aufbau der Form, die zur Herstellung des in Fig. 61 gezeigten Speichenrades benutzt wird, erkennbar. Nach dem erfmdungsgemaßen Herstellungsverfahren werden wie in Fa g. 63 gezeigt, erst die beiden Formhalften 1 und 2 mit Faserhalbzeugen 5' und 5" so auslaminiert, dass sich an den Nahtkanten überstehende Abschnitte 6' und 6" (nicht gezeigt) bilden. Die Ringe 26 und 27 werden noch wahrend des Auslaminierens der beiden Formhälften 1, 2 in diese eingelegt und von Fasergelege überlappend bzw. ummantelt. Sie dienen der exakten Ausbildung der Felge 11 von der spater der Radreifen

(nicht gezeigt) gehalten wird. Im weiteren Verlauf werden die beiden Formblasen 8 in die entsprechenden Vertiefungen der

Formhalften eingesetzt. Auf die ringförmigen Außenwände 28 wird nicht laminiert. Die Druckluftzuleitungen 29 werden über die dafür vorgesehenen Offnungen 25 (Fig. 62) aus der oberen bzw. unteren Hohlformhalfte gefuhrt. Nach dem Zusammenbau der beiden fertig präparierten Hohlformen werden diese z.B. mittels Schrauben, die durch die ringförmigen Formwande 28 gefuhrt werden, miteinander fest verbunden. Danach kann die Pressluft und damit Druck angelegt werden, um die Laminatschichten maßgenau in die Hohlform zu pressen und in bekannter Weise auszuhärten.

Fig. 63 zeigt die zusammengebaute Form aus Fig. 62 im Querschnitt .

Die Fig. 64, 66 und 67 zeigen erfindungsgemaß hergestellte, einseitig geschlossene Hohlkörper, in Perspektive (a) und in Seitenansicht (b) , die im Wesentlichen über die gleichen Merkmale verfugen. Im Gegensatz zu der Fig. 64 sind die Hohlkörper in den Fig. 66 und 67 mit zusatzlichen Versteifungsrippen ver- sehen. Den Hohlkörper in Fig. 66 versteift eine Innenrippe 21. In Fig. 67 ist zur Versteifung des Hohlkörpers ein Rippensteg 20 integriert. Alle Hohlkörper in den Fig. 64 bis 67 sind erneut nach dem in den Fig. 6 bis 9 veranschaulichten, erfin- dungsgemaßen Prinzip hergestellt und weisen im Anschlussbe- reich integral angeformte Elemente 11 auf. Anwendungen finden sie z.B. als Basiselemente für Steuerklappen in der Luft- und Raumfahrt nach entsprechender Ausgestaltung und gegebenenfalls Keramisierung .

Die Fig. 68 bis 70 zeigen weitere Ausgestaltungen der vorher beschriebenen Basiselemente für Steuerklappen. Sie unterscheiden sich durch die Lage der jeweiligen Trennebene 57 der zur Herstellung verwendeten Hohlform. Äußerlich besteht geometrische Identität zwischen den erzeugten Faserverbundprodukten. In Fig. 69 ist eine horizontale und m Fig. 70 eine vertikale Formenteilung mittels der Trennlinien 57 angedeutet. Diese speziellen Steuerklappen können also mit unterschiedlich geteilten Hohlformen gefertigt werden und somit unterschiedliche Vor- und Nachteilen aufweisen, die sich allein schon auf die jeweils unterschiedliche Laminierungen zurückfuhren lassen.

Die in Fig. 71 dargestellte Steuerklappe ist nur entformbar, wenn die Teilungsebene 57 der benutzten Form horizontal verlauft. Die Laschen- bzw. Anschlussbereiche 11 sind erfmdungs- gemaß integriert und mit Bohrungen 14 versehen.

Fig. 72 zeigt zwei weitere, geometrisch jeweils gleiche, Ausfuhrungsformen einer erfmdungsgemaß hergestellten Steuerklappe mit einer horizontalen (a) und mit einer vertikalen (D) Teilungsebene 57. Die Anschlussbereiche 11 sind voll integrierte "Laschen" deren Rander konturgefrast sein können. Die Locher 14 werden nach dem Ausharten gebohrt.

Die Fig. 73 bis 75 illustrieren einen von mehreren Mechanismen zum Ein- und Ausfahren einer Steuerklappe 30. Das angedeutete Lager 32 ist hier als Teil der fixen Struktur eines Wiederein- trittskorpers zu sehen, um dessen Achse 63 sich die Steuerklappe 10 dreht. Dabei reagiert die Steuerklappe 10 auf Druck oder Zug der Steuerstange 31. Den Steuerklappen in den Fig. 64, 66 und 67 fehlen integral angeformte Elemente 11 für den Lagerzapfen 63 der Steuerstange 31 (Fig. 73 bis 75) . Um derar- tige Steuerklappen auszulenken sind Aufbauten erforderlich, die z.B. mit Keramik-Schrauben auf diesen befestigt werden. Bei relativ kleinen Steuerklappen 10 ist es möglich, deren Drehbewegungen von Aktuatoren ausfuhren zu lassen, die, z.B. aber Schneckengetriebe, direkt auf die, in der Ebene der Lager 32 gelegene, Drehachse 63 der Steuerklappe 10 wirken.

Fig. 76 zeigt einen erfmdungsgemaß hergestellten Flügel mit einem integrierten Flansch in isometrischer Ansicht (a) und in Seitenansicht (b) . Solche Flügel können z.B. bei Windkraftanlagen eingesetzt werden.

Eine weitere Anwendung des erfindungsgemaßen Herstellungsverfahrens für faserverstärkte Hohlkörper bieten Bremsscheiben. In Fig. 77 ist eine beispielhaft dargestellt. Ihre Seitenwande 58 dienen als Reibflächen. Im Fahrbetrieb wird die Bremsscheibe von innen und außen Luftstromen ausgesetzt, die die Wände 58 und Innenrippen 21 kühlen. Sie ist so gestaltet, dass sie großen mechanischen und thermischen Belastungen widersteht, die bei Bremsvorgangen auftreten. Zur Sicherstellung eines gelingen Abriebes befinden sich auf der Struktur Belage aus Keramik, Sintermetall oder dgl . Bei Verwendung von anorganischen Fasern aus z.B. Siliziumcarbid für den Rohling der Bremsscheibe, kann durch Mehrfachanwendung der Pyrolyse und Infiltration von SiC eine abriebfeste, thermomechanisch sehr hochwertige SiC/SiC-Keramik-Bremsscheibe erzeugt werden. Ihre Herstellung ist wegen des hohen Aufwandes relativ teuer und vorerst bevor- zugt in Autos der Oberklasse und Sportwagen vorgesehen. Beide Herstellvarianten weisen im Vergleich zum Stand der Technik Vorteile auf, wie z.B. geringeres Gewicht und somit einer Reduktion der tragen translatorischen und rotatorischen Massen des Fahrzeugs.

In den Fig. 78 (a) bis (f) ist eine Abfolge des Fertigungsprozesses der in Fig. 77 dargestellten Bremsscheibe gezeigt. Dabei wird zunächst das Laminat 5' bzw. 5" in die untere bzw. obere Hohlform 1 und 2 eingelegt. Im weiteren Verlauf werden die Laminate für die Rippenstege 21 so nebeneinander in die untere Hohlform 1 abgelegt, dass sie sich gegenseitig stutzen αnc einen vollständigen Kranz bilden. Um den Zeitaufwand dafür möglichst gering zu halten, werden die einzelnen U-formigen Laπnate entsprechend vorgeformt. Das so erfolgende Ablegen der Rippenlaminate 21 kann vor oder nach dem Einlegen des aufblasbaren Elementes 8 in die Hohlform 1 erfolgen. Die überstände 6 der Rippenstege 21 werden über den jeweiligen Seiten- arm der Formblase 8 gebogen. Bevor die beiden Hohlformhalften fest miteinander verschlossen werden, wird die Druckluft Zuleitung 29 durch die Öffnung 49 aus der oberen Hohlform 2 gefuhrt. Durch Druckbeaufschlagung der Formblase 8 werden die einzelnen Fasergelege derart gegen die Innenwände der Hohlform bzw. gegen benachbarte Fasermatten gepresst, dass sich im ausgeharteten Zustand eine maßgenaue Einheit mit sehr guten Festigkeitseigenschaften bildet. Im letzten Schritt wird die ausgehartete Bremsscheibe noch geringfügig nachgearbeitet und am Flansch 11 mit Bohrungen 14 versehen. Die Rippenlaminate können statt ü-formig auch L-formig zugeschnitten werden, so dass jeweils nur ein überstand 6 umzubiegen wäre.

Das erfindungsgemaße Herstellungsverfahren lässt sich, in all seinen Merkmalen, auch auf die Lufteinlauf-Vorderkante, z.B. einer Fluggasturbine anwenden, wie aus Fig. 79 bis 83 hervorgeht. Von der Fertigung der geraden Sitzstrebe gemäß Fig. 41 und 42 unterscheidet sich das nun erforderliche Verfahren im Wesentlichen lediglich durch die naherungsweise torusformige Geometrie. Wie bei der Sitzstrebe sind auch bei der Einlauf- Vorderkante integriert angeformte Befestigungsmoglichkeiten 11 vorhanden. In Fig. 79 ist die Triebwerksvorderkante perspektivisch von vorne (a) , perspektivisch von hinten (b) und im Schnitt (c) schematisch dargestellt. Fig. 80 zeigt eine für die Herstellung verwendbare, bereits mit Faserhalbzeugen 5' ausgelegte, untere Formhälfte 1 in Perspektive (a) und in Schnittdarstellung (b) . Die obere, ebenfalls mit Fasermatten 5" belegte Formhalfte 2, ist in Fig. 81 zu sehen. Fig. 82 zeigt diese obere Formhalfte 2 mit eingelegten Blasen 8 im Schnitt.

Insgesamt werden zur Herstellung der Lufteinlauf-Vorderkante gemäß Fig. 83 drei Schlauche bzw. Blasen 8 benotigt. Um den vom Laminat umschlossenen Schlauch bzw. die Blase 8 aus dem ausgeharteten Bauteil entnehmen zu können, wird bereits beim Ablegen der Fasermatten eine entsprechende Entnahmeoffnung 49 vorgesehen. Vor der Entnahme wird der Schlauch bzw. die Blase 8 durchschnitten. Die Druckluftzuleitungen 29 werden über zwei Bohrungen 25 in der oberen Formhalfte 2 zu den aufblasbaren Schlauchen bzw. Blasen 8 gefuhrt, wie aus den Fig. 82 und 83 zu erkennen ist. In Fig. 83 sind die laminierten Formhalften 1 und 2 aufeinander gesetzt und im Schnitt gezeigt.

Fig. 84 zeigt eine Alternative zur Fertigung der Lufteinlauf- Vorderkante. Dabei drucken die beiden seitlichen Blasen 8 die Laminatschichten 5' und 5" nicht von innen gegen die obere Formhalfte sondern von außen. Je nach dem ob von der Innenoder der Außenflache eine höhere Genauigkeit verlangt wird, kann eine entsprechend ausgestaltete Form gemäß den Fig. 83 und 84 verwendet werden.

In Fig. 85 ist ein Paneel gezeigt, welches z.B. die Außenhaut eines Flugzeuges bildet und mit integrierten Längs- und Querverstrebungen 20 versehen ist, die auch als Strmger und Spante 20 bezeichnet werden. Das Paneel lasst sich mit und nach allen Merkmalen der Erfindung herstellen.

Fig. 86 zeigt die untere Formhalfte 1 zur Herstellung eines solchen Außenhautpaneels mit den Verstiefungen 20' für Strmger und Spante. In den Fig. 87 bis 92 ist jeweils der in Fig. 86 markierte Ausschnitt in aufeinander folgenden Fertigungs- schritten zu sehen. Die anwendbaren Herstellprozesse entsprechen im Wesentlichen jenen wie bereits anhand der Fig. 32 u. 33 veranschaulicht ist. Die wesentlichen Unterschiede ergeben sich lediglich aus der gekrümmten statt der planaren Geometrie des Außenhautpaneels und dem Umstand, dass Spanten im Quer- schnitt großer sind als Strmger, so dass auch die Formschlauche bzw. Formblasen 8 entsprechend anzupassen sind. Begonnen wird in bekannter Weise mit dem Auslegen der unteren Formhalfte 1, indem Entluftergewebe 7, Abreissfolien 66, Faserhalbzeuge 5', wie ebenfalls in Fig. 33 gezeigt, ausgelegt werden. Für die Ausbildung von Strmgern (Langsverstrebungen) 20 bzw. Spanten (Querverstrebungen) 20, ist durch entsprechend unterschiedliche Vertiefungen in der unteren Hohlformhalfte Fig. 88 gesorgt. Sie werden mit dem ersten Laminiervorgang angelegt. Im nächsten Schritt werden Formschläuche mit Querarmen 8, analog Fig. 32d in die auslaminierten Spanten- und Stringer- Vertiefungen 20' der Form 1 gelegt. Parallel dazu wird die o- bere Formhalfte 2 mit Faserhalbzeug 5" beschichtet und gemäß den Fig. 90 und 91, mit der Laminatseite nach unten, auf der Formhalfte 1 abgesetzt und gegen diese, unter der Wirkung von Druckkräften 62 gepresst. In der Regel bedient man sich dabei des Luftdrucks, in dem man den Formenaufbau, z.B. mit einer Vakuumhulle 59, wie in Fig. 33 gezeigt, überzieht und diese evakuiert. Danach werden die Schlauche bzw. Blasen 8 unter Druck gesetzt, so dass sich, bei erhöhter Temperatur im Ofen, die Laminatschichten miteinander verbinden und das Prepreg- Harz aushärtet. Dabei entsteht das Außenhautpaneel. Erfin- dungsgemaß handelt es sich um einen Verbund von Stringern und Spanten 20, an die Elemente 11 - hier insbesondere die Außenhaut - integral angeformt sind. Zusatzlich sind im Allgemeinen Anschlüsse angeformt.

Statt Prepreg kann auch vorbehandeltes und mittels einer Positiv- bzw. Negativform vorgeformtes trockenes Faserhalbzeug 5 verwendet werden, das nach Ablegen der Laminatschicht 5' auf der Formhalfte 1, sowie dem Einlegen der Schlauche 8 in die Vertiefungen 20' und Ablegen der Laminatschicht 5", mit flus- sigem Harz zu durchtranken ist. Der erforderliche Formenaufbau entspricht jenem in der Fig. 33 e) bzw. f) . Die Laminatschicht 5" ist mit einer Abreißfolie 65 sowie einer gasdurchlässigen und harzundurchlassigen Folie 66 abgedeckt. Von der DE 10 239 325, dem so genannten MT-RI Verfahren, unterscheidet sich das vorliegende Verfahren im Wesentlichen dadurch, dass zusatzlich Formschlauche 8 verwendet werden. Diese erlauben die Herstellung wesentlich komplexerer Bauteile mit erhöhter Maßgenauigkeit und Produktqualltat im Ein-Schuss-Verfahren (one-shot- process) .

Fig. 92 zeigt ein erfindungsgemaß hergestelltes Außenhautpaneel mit integrierten Anschlüssen 11. Diese Anschlüsse sind in der Weise ausgebildet, dass das Außenhautpaneel durch Vernieten, Verschrauben und/oder Verkleben, wie in Fig. 93 gezeigt, miteinander verbunden werden können.

Fig. 94 weist auf einen erfmdungsgemaß hergestellten Fußbo- denquertrager mit integral angeformten Anschlüssen hin.

In Fig. 95 ist ein Rumpfsegment wiedergegeben, das aus 8 er- fmdungsgemaß hergestellten Außenhautpaneelen zusammengesetzt wurde. Zusätzliche Anschlüsse an zwei Paneelen, ermöglichen das Anbinden von weiteren Strukturbauteilen, wie z.B. den in Fig. 94 abgebildeten Fußbodenquertrager .

Fig. 96 zeigt ein erfmdungsgemaß hergestelltes Außenhautpa- neel mit Öffnung für eine Passagierture und einem integrierten Versteifungsrahmen um die Öffnung. Derartige Rahmen werden in entsprechender Weise, auch um Offnungen von Frachttoren, Fenstern und dergleichen, insbesondere bei Flug- und Fahrzeugen (Magnetschwebebahnen, Schnellzügen, Bussen und dgl . ) verwen- det.

Bei Schienenfahrzeugen mit Anwendungen im Hochgeschwindigkeitsbereich ist es erforderlich, massereiche Bauteile durch leichte zu ersetzen. Fig. 97 zeigt ein Fahrgestell aus Faser- verbünd, das nach dem erfindungsgemaßen Verfahren hergestellt ist. Die erforderlichen Formhalften entsprechend weitgehend jenen, die bei der Herstellung von Paneelsegmenten in den Fig. 32, 33, 86 bis 89 vorgestellt wurden.

In Fig. 98 ist ein Eisenbahnrad für hohe Fahrgeschwindigkeiten abgebildet. Der Radkranz besteht aus Metall, ebenso die in die Nabe einsetzbare Lagerbuchse. Die Nabe ist integral an den diskusformigen faserverstärkten Radkorper mit Felge angeformt. Dxe Fertigung erfolgt, wie aus dem Formenaufbau ersichtlich ist, in erfmdungsgemaßer Weise.

Herstellung eines Keramik-Hohlkörpers Als Matrixmaterial ist ein Kunstharz auf Epoxidharzbasis vorgesehen, das bei Prepregs üblich ist. Es können jedoch auch andere Harze, z.B. Vinylesterharze verwendet werden. Deren Zeitspanne zum Verarbeiten ist bei Raumtemperatur jedoch kurzer.

Zur Herstellung eines faserverstärkten Hohlkörpers nach dem erfindungsgemaßen Verfahren sind zwei Hohlformhalften, wie z.B. in Fig. 6 dargestellt, erforderlich, wobei jede eine Negativ-Aussparung, also eine Mulde hat, die bei Streben mit Laschen etwa derjenigen in Fig. 6 b) entspricht. Es handelt sich hierbei um einen Längsschnitt durch eine Hohlformhalfte . Die konisch verlaufenden bzw. keilförmigen Übergänge zu den end- seitigen Laschenbereichen, sind deutlich zu erkennen. In den Fig. 7 bis 9 sind Formhalften für eine zylindrische Strebe samt Verfahrensabfolge bildlich wiedergegeben.

In die Formhalften werden Prepregs, entsprechend Belastungs- Spezifikation, mit jeweils optimalen Faserausrichtungen eingelegt. Fig. 10 zeigt: beispielhaft einen möglichen Lagenaufbau der Prepregs. Im Übergangs- und Laschenbereich werden unidi- rektionale Verstarkungsfasern in axialer Richtung mit erhöhtem Prozentsatz abgelegt. Faserschichten die kreuzweise gewebt sind, können lagenweise dazwischen gemischt werden.

Bevor zwei mit Prepreg-Lagen ausgekleidete Formhalften durch Aufeinanderlegen (Gegeneinanderfahren) vereinigt werden, wird ein Schlauch oder eine Blase, z.B. aus Silikonmaterial, in ei- ne der Formhalften auf die mit oder ohne Entluftergewebe versehenen Faserschichten abgelegt. Dieser Schlauch wird nach dem festen Zusammenfugen, z.B. durch Zusammenschrauben, der zwei Formhalften und dem vorherigen Abklemmen eines seiner Enden, aufgeblasen. Dadurch wird der Schlauch, und damit das Faser- halbzeug (Prepreg), unter Druck faltenfrei fest gegen die Innenwand der Hohlform gedruckt, so dass es die gewünschte Hohl- korperform annimmt. Zur faltenfreien Ausrichtung der überstehenden Randstreifen 6, die aus den Negativ-Aussparungen um einen vorbestimmten Betrag überstehen, sind erfindungsgemaß Leisten 3, 4 vorgesehen, die z.B. aus Stahl bestehen (Fig. 7 und Fig. 8). Ihre Anschlagflachen 18 können beschichtet sein, um auf diesen die Haftung der Prepreg-Streifen zu beeinflussen. Ferner können sich auf den Leisten 3, 4 horizontal bewegliche Schienen 19, z.B. mit L- Profil befinden (Fig. 11), die wahrend des Laminierens und wahrend der Positionierung (Verschiebung) überstehenden Randstreifen 6 als Anschlagflachen 18 dienen. Dies erleichtert eine faltenfreie Handhabe der aus den Formhalften 1, 2 überstehenden Randstreifen 6 bis zu deren endgültigen Positionierung kurz vor dem Aufeinanderlegen der beiden Formhalften 1, 2. So- bald der einliegende Schlauch bzw. die Blase 8 unter Druck gesetzt wird, unterstutzt dessen Expansion die vorbestimmte U- berlappung der überstehenden Randstreifen 6 untereinander und/oder mit dem in die Negativ-Form zuvor abgelegten Faserhalbzeug 5. Dies gilt für alle Bereiche, auch an den Enden der Hohlform. Für eine dauerhafte Fixierung des faserverstärkten Hohlkörpers 10 sorgt das Ausharten der Matrix unter Warraeein- fluss bei Polymerisationstemperatur des verwendeten Harzsystems. Nach Aushärtung schließt sich eine mechanische Nachbearbeitung an, z.B. Konturfrasen der Laschen und Bohren der La- schenlocher.

Im Falle der Herstellung von faserverstärkten Hohlkörpern 10 für den Hoch- und Tieftemperaturbereich, kann sich nunmehr die Konvertierung der vorliegenden Matrix mittels Pyrolyse und In- filtration anschließen. Dabei entsteht unter Hit zeeinfluss und Sauerstoffabschluss ein keramischer Hohlkörper, mit erhöhter Porosität. Um die Poren weitgehend zu schließen, wird die Matrix mittels Infiltration verdichtet. Unter Verwendung von Nassverfahren wird der pyrolysierte Hohlkörper in ein Bad mit flussiger Matrix getaucht und nach Ablauf einer gewissen Zeit, wird der infiltrierte Hohlkörper herausgenommen und erneut py- rolysiert. Dieser Prozess kann mehrfach wiederholt werden. Da- bei vermindert sich die Porosität und die Dichte erhöht sich.

Mittels Trockenverfahren, wie CVI (Chemical Vapour Infiltration) und CVD (Chemical Vapour Deposition) kann ein ganz ahnli- eher Effekt mit erhöhter Qualität erzielt werden. Der auf diese Art und Weise verdichtete keramische Hohlkörper (z.B. aus SiC/SiC) ist im weiten Temperaturbereich, insbesondere bei sehr tiefen als auch sehr hohen Temperaturen einsetzbar, z.B. als feuerfeste Lanze für die Entnahmen von Proben aus flussi- gen Metallschmelzen, als Schlackenentferner, als Strebe für Steuerklappen bei Wiedereintrittskorpern, als kalte- und hit- zebestandiges Bauteil für Strukturen der Luft- und Raumfahrt

USW ..

Einsatzbereich der erfindungsgemaß hergestellten faserverstärkter Hohlkörper

Streben dienen der Übertragung von Kräften auf Bauteile, die nicht unmittelbar bzw. hinsichtlich Kraftableitung ohne Stre- ben, nur unbefriedigend in Kontakt mit der tragenden Struktur zu bringen sind. Faserverstärkte Hohlkörper, wie z.B. Rohre, mit Laschen oder seitlich angebrachten Flossen können thermo- mechanisch hoch belastet werden, insbesondere wenn diese aus faserverstärktem keramischen Werkstoffen bestehen (CMC) .

Wegen der Gewichts-, Steifigkeits- und Festigkeitsvorteile gegenüber metallischen Ausfuhrungen, werden faserverstärkte Kunststoff-Hohlkörper, insbesondere CFK-Streben, bevorzugt in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Abgesehen von Sportgeraten (Rennradern, Sportautos) ist deren Verbreitung im Fahrzeugbau derzeit noch vergleichsweise gering. Das ist auf die bis dato damit verbundenen relativ hohen Kosten zurückzuführen.

Mögliche weitere Einsatzbereiche bei entsprechender Kostenre- duktion, befinden sich im modernen Bauwesen, generell im Leichtgerustbau, im Säulen- und Turmbau, im Kranbau, bei Auslegerarmen, z.B. für Solarrinnen-Tragwerke oder Photovoltaik- Paneelen, sei es auf der Erde oder im Weltraum, bei Windkraft- Anlagen, bei architektonisch lichtdurchlässig gestalteten Dachkonstruktionen, wie z.B. Sporthallen und Arenen, bei So- lar-Aufwind-Kraftwerken und ähnlich großflächig ausgeführten Leichtbaukonstruktionen, die hohen Belastungen ausgesetzt sind .

Feuerfeste faserverstärkte Hohlkörper können sowohl sehr tiefen als auch sehr hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Als solche finden sie Verwendung in der Luft- und Raumfahrt, speziell bei Wiedereintrittskorpern, z.B. als Streben für Steuerklappen oder als Steuerklappen und dergleichen Konstruktionen selbst. Faserverstärkte Keramikrohre mit seitlich integrierten Laschen bzw. Flossen, können extremen Temperaturunterschieden und gleichzeitig großen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden. Sie sind beispielsweise in der Kälte- und der Wärmetechnik, im Dampferzeuger- und Reaktorbau verwendbar. Anwendungen in der Hochtemperatur-Solartechnik sind inbegriffen.

Wie bereits erwähnt, sind die wesentlichen Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäß gefertigten faserverstärkten Hohlkörpers aus den Fig. 7 bis 10 zu erkennen.

Danach werden auf den beiden nach oben offenen Hohlformhälften (Negativformen) 1 und 2 die Leisten 3 und 4 befestigt und die mit einem Harz-Harter-Gemisch imprägnierten (Prepreg-) Faser^¬ halbzeuge 5 in die Negativformen 1 und 2 schichtweise mit Randuberstanden 6 abgelegt, also laminiert. Alsdann werden u- ber die Faserschichten 5, soweit erforderlich, Entluftergewebe 7 ausgelegt. Anschließend wird noch in die Hohlformhälften 1 beispielsweise ein aufblasbarer Schlauch 8 eingefügt, danach wird die Hohlformhalfte 2 auf die Hohlformhalfte 1 gesetzt und dicht verschraubt. Parallel dazu wird ein Ende des Schlauches 8 abgeklemmt, soweit nicht statt des Schlauches 8 ein "Schlauch" mit geschlossenem Ende, in der Art eines länglichen Luftballons bzw. einer Blase verwendet wird. Danach wird der Schlauch 8 unter Druck gesetzt, die zwischen Schlauch und den Faserhalbzeugen (Prepregs) eingeschlossene Luft herausgedruckt und das Harz, unter kontrollierten Bedingungen, hinsichtlich Schlauch-Innendruck und Temperatur, im Ofen ausgehartet. Soweit erforderlich, können Restluftbestandteile und sich entwi- ekelndes Gas aus der Hohlform, und damit den Faserschichten, vakuumtechnisch über ein Kanalsystem (nicht gezeigt) abgesaugt werden .

Nach Aushärtung der Matrix wird die Druckluft bzw. das Druck- gas aus dem Schlauch bzw. der Blase abgelassen, die Verbindung der Hohlformhalften gelost und der Schlauch aus dem freigelegten faserverstärkten Kunststoff-Hohlkörper, samt eventuell vorhandenem Entluftergewebe 7, herausgezogen. Zugang zum Schlauch bzw. zur Blase besteht über die hohlen Enden (La- sehen) . Alsdann werden die Laschen mechanisch bearbeitet, insbesondere konturgefrast , und mit Bohrlochern versehen.

Soweit der faserverstärkte Hohlkörper in keramischer Konsistenz anzuwenden ist, ist die nunmehr vorliegende ausgehartete Matrix entsprechend, wie bereits oben beschrieben, zu konvertieren .

Das erfmdungsgemaße Herstellungsverfahren ist unabhängig von der Faserart, von der Art des Gewebes und vom Matrixmaterial (Harztyp) . Das Harz kann ein Thermoplast oder Duroplast sein. Es können sowohl vorimpragnierte Faserhalbzeuge, so genannte Prepregs, als auch durchtränkte Fasermaterialien verwendet werden. Die Hartungstemperatur ist vom verwendeten Prepreg- bzw. Harzsystem abhangig, desgleichen der zur Anwendung kom- mende Druck.

Bei Verwendung von trockenen Faserverbundhalbzeugen zur Her^¬ stellung von Hohlkörpern, ergibt sich das Problem, dass sich die Fasergelege, nach dem Ablegen in der Formhalfte verschie- ben. Um dies zu verhindern, ist eine Vorbehandlung der trockenen Faserverbundhalbzeuge erforderlich, die als so genanntes Preforming bzw. Vorformen bekannt ist. Dabei werden die ein- zelnen Faserlagen mit einem thermo- oder duroplastischen Binder versehen und auf einem Positivkern abgelegt. Zum Fixieren der Lagen wird eine Folie darüber gespannt und mittels einer Dichtmasse luftdicht mit dem Rand der Positiv- bzw. Negativ- form abgedichtet. Mit dem Absaugen der Luft unter der Folie presst der äußere Luftdruck die einzelnen Faserlagen fest auf den Positivkern. Durch anschließende Wärmezufuhr wird der Binder aktiviert, womit er in das trockene Fasergelege eindringt und im weiteren Verlauf aushärtet. Der so erzeugte Faserver- bund wird im weiteren Verarbeitungsprozess wie trockenes Faserhalbzeug behandelt, das heißt, in der Negativform mit Harz durchtrankt und die Harzmatrix unter Hitze und Druck ausgehartet.

Der Schlauch besteht aus einem gummiartigen, flexiblen Material, vorzugsweise aus Silikon oder Teflon. In der Massenfertigung können, statt des Schlauches, Schläuche (Blasen) mit geschlossenem Ende und "Mundstück" verwendet werden, die äußerlich ahnlich aussehen wie aufblasbare längliche Luft-Ballons. Verwendbar sind auch Schläuche mit endseitigen "Mundstücken", wobei z.B. eines abgeklemmt und das andere an die Druckluftbzw. Druckgasleitung angeschlossen werden kann. Bei komplizierten Hohlkörpern ist es erforderlich, speziell angefertigte Formschlauche bzw. Formblasen zu verwenden.

Eingeschlossene Luft und Gase können über das Entlüftergewebe bzw. ein Kanalsystem (nicht dargestellt) aus der geschlossenen Hohlform entweichen bzw. vakuumtechnisch abgesaugt werden.

Infolge der offenen Bauweise lassen sich in jede der beiden Formhalften (Fig. 7 und Fig. 8) unidirektionale Verstärkungsfasern ideal in Längsrichtung der Negativ-Aussparungen ablegen. Die Faserhalbzeuge haften an den Innenwandungen der Negativ-Aussparungen aufgrund ihrer Harzdurchtränkung bzw. ihrer Klebrigkeit (tack) . Bei der Ablage sowie während und nach der Anpressung, mittels des unter Druck gesetzten Schlauches, entstehen keine Falten. Durch die Möglichkeit gezielt Verstar- kungsfasern entsprechend Spezifikation ablegen zu können, lassen sich besonders leichte, hochfeste und hochsteife Hohlkörper mit Anschlusslaschen und dergleichen Elementen zu wirtschaftlichen Konditionen herstellen. Gerade die gezielte AbIa- ge der Verstarkungsfasern im hoch beanspruchten Lastaufnahmebereich der Laschen, erlaubt eine überraschend hohe Lochleibungsbelastung.

Mit dem Aufblasen des Schlauches wird Luft aus der geschlosse- nen Hohlform nach außen gedrangt. Entluftergewebe, die auf den innersten Faserschichten abgelegt sind, können das Herausdrangen der Luft vorteilhaft unterstutzen. Parallel dazu werden die Faserschichten komprimiert. Vorhandene Lufteinschlusse werden im Wesentlichen aus der Hohlform gepresst. Soweit er- forderlich, kann auch die gesamte Hohlform evakuiert werden. Dies hangt von den spezifizierten Anforderungen und vom Harzsystem ab.

Besonders vorteilhaft ist, dass der Hohlkörper in einem Schuss gehartet werden kann (one shot curing) . Nachtraglich brauchen keine faserverstärkten Kunststoff-Bauteile miteinander verklebt zu werden. So können faserverstärkte Hohlkörper mit Laschen oder dergleichen angeformten Elementen, als Einheit ausgeführt werden.

Wie bereits weiter oben erwähnt können neben röhr- bzw. oval- formigen Hohlkörpern nach dem erfindungsgemaßen Verfahren auch offene Hohlkörper hergestellt werden, die einen ebenen Boden und dazu schräg oder senkrecht stehende Rander bzw. Seitenwan- de aufweisen. Laschen, z.B. in Form einer oder zweier Außenflossen bzw. Innenrippen, können fest mit dem Boden und den Seltenwanden verbunden sein. Topfahnliche, kästen- oder schachtelformige Hohlkörper mit Zwischenwanden als Laschen sind praktische Beispiele. Der Boden kann eine beliebige Form besitzen, vorzugsweise ist er kreisförmig oder rechteckig. Die Formgebung erfolgt wie bisher unter Verwendung von Faserhalbzeugen, die im Allgemeinen in mehreren Lagen in die untere Formhalfte, belastungsorientiert, abgelegt werden. Ferner wird nach wie vor ein Schlauch bzw. eine Blase verwendet, der das Fasermaterial in die Mulden der Negativ-Form presst, sobald die untere Formhalfte von der oberen Formhalfte verschlossen wird und Luft in den Schlauch geblasen wird. Bei komplizierten Formen können mehrere Schlauche oder Blasen eingesetzt sein, die hinsichtlich des Drucks miteinander kommunizierend verschaltet sind.

Die Aushärtung des die Fasern bindenden Harzes erfolgt im Ofen unter kontrollierten Druck- und Temperaturbedingungen. Soweit erforderlich, lasst sich die geschlossene Form in eine luftdichte Hülle setzen und die Form im Ofen evakuieren. Nach Aushärtung kann der faserverstärkte endformnahe Kunststoffhohl- korper mit integrierten Laschen, Rippen, Zwischenwanden oder dergleichen, konturgefrast und fertig gestellt werden.

Für Hoch- und Tieftemperaturemsatze ist die Konvertierung der Matrix mittels Pyrolyse und einer sich anschließenden Verdich- tung nach einem der bekannten Verfahren erforderlich. Als Beispiel für die Verwendung eines so erzeugten faserverstärkten offenen CMC- Hohlkörpers in Kastenform sei die Steuerklappe eines Wiedereintrittskorpers genannt. Der konstruktive Aufbau kann demjenigen der Fig. 2 m der EP 0 941 926 Bl gleichen, muss es aber nicht, da dieser aus vielen kleinen Segmenten besteht, die nach der vorliegenden Erfindung zu größeren Segmenten endformnah vereinigt werden können. Auch eine einteilige CMC- Steuerklappe erscheint mit dem vorliegenden erfmdungsge- maßen Verfahren grundsätzlich machbar zu sein.

Schon anhand der ersten Versuche, bei denen Prepreg- Kohlenstofffasern zur Herstellung von Kunststoff-Hohlkörpern, speziell von Streben mit integrierten Laschen, verwendet wurden, konnte nachgewiesen werden, dass die erzielte Lammatqua- litat den Anforderungsstandards der Luft- und Raumfahrtindustrie mehr als genügt, d.h. der Porengehalt des Strebenmateπals lag unter 1 % und der Faservolumengehalt bei ca. 60 %. Auf- grund der neuartigen Bauweise konnte die Ausschussquote auf nahezu null abgesenkt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Hohlkörpern (10) mit integral angeformten Elementen (11) in einer Hohlform, wobei in zwei Hälften (1, 2) der Hohlform, welche jeweils die Negativform für den herzustellenden faserverstärkten Hohlkörper (10) mit integral angeformten Elementen (11) bilden, Fasermatten (5) laminiert werden und nach dem Verbinden der beiden Hälften der so ausgekleideten Hohlform, die Fasermatten (5) unter Anwendung von Druck form- schlussig in die Hohlform gepresst werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (5) ein mit Harz getränktes Fasergelege ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (5) ein Faser-Prepreg ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (5) ein im Wesentlichen trockenes Fasergelege ist, das, mit thermo- oder duroplastischen Bindern versehen, mittels des Vorformens, unter Verwendung einer Positiv- bzw. Negativform, vorgeformt wurde.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (5) mit Hilfe eines in die Hohlform eingebrachten aufblasbaren Elementes (8) formschlussig in die Hohlform gedruckt wird, indem das aufblasbare EIe- ment (8) nach dem Verbinden der Hälften (1, 2) der Hohlform aufgeblasen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (n) (5) entsprechend einer vorgegebenen Belastungsspezifitat verschiedener Abschnitte (11,12,13) des Hohlkörpers (10) in den Hälften (1, 2) der Hohlform abgelegt wird/werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der/den Fasermatte (n) (5) zusatzlich ein Beluftungsgewebe (7) abgelegt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (n) (5) und gegebenenfalls das Entluftergewebe (7) in jeweils einer Hälfte (1, 2) der Hohlform derart abgelegt wird, dass sie um einen bestimmten Betrag über wenigstens eine Oberkante der jeweiligen Hohl- formhalfte (1, 2) überstehen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die überstehenden Abschnitte (6) der Fasermatte (5) und gegebe- nenfalls des Entluftergewebes (7) vor dem Zusammensetzen der Hohlformhalften (1, 2) derart aufgefächert werden, dass die jeweils aufgefächerten Abschnitte nach dem Zusammensetzen ineinander greifen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der über die Oberkante der Hohlformhalften (1, 2) überstehenden Materialabschnitte (6) an den Hohlformhalften (1, 2) wenigstens einseitig Leisten (3, 4) angeordnet werden, welche die überstehenden Mateπ- alabschnitte (6) wahrend der Laminierung unterstutzen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an den Leisten (3, 4) zusätzlich Metallschienen (19,19') angeordnet sind.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Hohlform befindliche Fasergelege, soweit erforderlich, evakuiert und gegebenenfalls zusätzlich mit Harz infiltriert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Hohlform befindliche Fasergelege, einer Druck- und Temperaturbehandlung ausgesetzt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der so erhaltene Hohlkorperrohling ei- ner mechanischen Nachbehandlung unterworfen wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der so erhaltene Hohlkorperrohling einer Pyrolyse und chemischen Verdichtung unterworfen wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern m den eingesetzten Fasermatten umdirektional, gekreuzt, multiaxial, und/oder uber- kreuzt ausgerichtet sind.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in einem thermoplastischen Matrixmaterial festgelegt und ausgerichtet sind.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in einem duroplastischen Matnxmaterial festgelegt und ausgerichtet sind.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Faserverstarkung verwendeten

Fasern aus Kohlenstoff-, Glas-, Aramid-, Polyester-, PoIy- ethylen-, und Nylonfasern ausgewählt sind.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Fasern aus anorganischen Fasern ausgewählt werden, wenn ein chemisch verdichteter Hohlkörper hergestellt werden soll.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus Kohlenstoff-, Siliciumcarbid-, Aluminium-

OΛid-, Mullit-, Bor-, Wolfram-, Borcarbid-, Bornitrid- und Zirconiumfasern ausgewählt werden.

22. Verfahren nach den Ansprüchen 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass sortengleiche oder sortengemischte Fasern verwendet werden.

23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlformhalften (1, 2) zur Herstellung von faserverstärkten Hohlkörpern (10) mit zylindrischem, ovalem, quadratischem oder rechteckigen Quer- schnitt mit/oder ohne Innenrippen (21) ausgebildet sind.

24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlformhalften (1, 2) zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen, wie Streben, Roh- ren mit Flanschen, Flossen-Rohren, versteiften Plattensegmenten, Sitzelementen, Gabelstreben für Flugzeug- Bugfahrwerke, Speichenkorper , Speichenrader, oder (CMC-) Steuerklappen, Flügel für Windturbinen, Bremsscheiben, Lufteinlauf-Vorderkanten von Fluggasturbinen, Außenhautseg- mente von Verkehrsmitteln, Fahrgestelle für Waggone oder Eisenbahnradern ausgebildet sind.