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Die Erfindung betrifft eine Sandwichplatte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Sandwichplatte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12, sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Sandwichplatten.
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Das Interieur von Flugzeugen wird zum überwiegenden Teil mit faserverstärkten Kunststoffmaterialien gebildet. Für Boden- und Wandverkleidungsplatten werden beispielsweise vielfach Sandwichplatten mit einer Kernstruktur und diese beidseitig bedeckenden Decklagen eingesetzt, die hohe mechanische Steifigkeiten bei einem gleichzeitig geringen Gewicht aufweisen. Die Kernstruktur hat häufig eine Vielzahl von honigwabenförmigen Zellen, deren Wandungen beispielsweise aus einem Polyamidpapier, das mit einem Phenolharz getränkt ist, beschichtet bzw. imprägniert sind. Die Decklagen sind beispielsweise mit einer ungehärteten thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmatrix vorimprägnierte Faserhalbzeuge, sogenannte Prepregs, die zur Herstellung der Sandwichplatte mit der Kernstruktur als Verbund verpresst und unter Druck und Temperatur aushärten. Zur Schaffung von lokalen Verstärkungen in Sandwichplatten, beispielsweise zur Bildung von Krafteinleitungspunkten, werden gewöhnlich Einsätze in Ausschnitte der Kernstruktur eingesetzt und zusammen mit der Kernstruktur und den Decklagen, unter Temperaturbeaufschlagung zur Sandwichplatte verpresst. Die Einsätze sind beispielsweise gehärtete Faserverbundbauteile, die Decklagen sind beispielsweise unausgehärtete, mit einer Harzmatrix vorimprägnierte Faserverbundhalbzeuge wie sogenannte Prepregs. Zur Vermeidung von Unebenheiten bzw. Dickenschwankungen der Sandwichplatte muss der zumindest eine Einsatz eine Erstreckung aufweisen, die einem Decklagenabstand entspricht. Ebenso darf bei einer Vielzahl von Einsätzen deren Erstreckung nicht unterschiedlich sein. Bei einem bekannten Herstellungsverfahren wird der Verbund zwischen zwei steifen Druckplatten angeordnet und mittels diesen verpresst. Wenn nun der zumindest eine Einsatz zu groß ist, kann die Kernstruktur in unmittelbarer Umgebung des Einsatzes nicht optimal an den Decklagen angebunden werden. Es bildet sich in der Umgebung des zumindest einen Einsatzes ein sogenannter Druckschatten ausbildet. Wenn hingegen der zumindest eine Einsatz zu klein ist, können wiederum Anbindungsproblemen des zumindest einen Einsatzes auftreten, da nur die Kernstruktur mit dem Solldruck beaufschlagt wird.
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Aus der
EP 1 024 301 A2 ist ein dicken- bzw. höhenvariabler Einsatz bekannt, der aus zwei Teilen besteht, die nach der Herstellung einer Sandwichplatte in eine Durchgangsbohrung der Sandwich-Platte abschnittsweise eingesetzt werden. Die Einsatzteile haben jeweils einen Flansch zur äußeren Anlage an der Sandwichplatte und jeweils einen radial nach innen weisenden Boden. Die Böden sind von einer Öffnung zur Aufnahme einer Schraube zur Anbindung der Sandwichplatte an einer Umgebungsstruktur durchsetzt. Die Einsatzteile werden mit der Sandwichplatte über ein Klebemittel verklebt, wobei in dem Fall, in dem die Sandwichplatte dicker als eine Erstreckung der Einsatzteile zwischen ihren Flanschen ist, das Klebemittel in den Spalt zwischen den Böden eindringt und aushärtet.
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Aus der
US 5,093,957 ist eine Sandwichplatte bekannt, deren zumindest eine Einsatz ebenfalls mehrteilig ausgeführt ist und der nach der Herstellung der Sandwichplatte in einen Ausschnitt der Sandwichplatte eingesetzt wird. Die Einsätze werden nach der Herstellung der Sandwichplatte in eine Durchgangsbohrung der Sandwichplatte eingesetzt, wobei sie jeweils mit einem Flansch außen an der Sandwichplatte anliegen. Von den Flanschen erstreckt sich jeweils ein rohrartiger Vorsprung, wobei die Vorsprünge derart gestaltet sind, dass sie ineinander geschoben werden können. Die Fixierung der Einsatzteile zueinander und in der Sandwichplatte erfolgt über ein außenumfangsseitig die Vorsprünge umgebenes Klebemittel.
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In der
US 3,716,092 ist eine Sandwichplatte mit einem mehrteiligen Einsatz gezeigt, der nach der Herstellung der Sandwichplatte in einen einseitigen Ausschnitt der Sandwichplatte eingesetzt wird. Der Einsatz hat einen unteren Teil mit einem rohrartigen Vorsprung, der vollflächig auf einer Innenseite einer unteren Decklage aufliegt, und einen oberen Teil mit einem rohrartigen Vorsprung, der im montierten Zustand fluchtend mit einer Außenseite einer oberen Decklage abschließt. Bei der Montage wird der untere Einsatz in die einseitige Ausnehmung der Sandwichplatte eingesetzt und dann das obere Einsatzteil so lange auf den unteren Einsatz aufgeschoben, bis er fluchtend mit der oberen Decklage abschließt. Dabei wird ein Klebemittel aus einem Raum zwischen den Einsatzteilen seitlich herausdrückt. Eine zwischen den Einsatzteilen verbleibende Klebemittelmenge härtet aus.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Sandwichplatten mit zumindest einem integralen Einsatz zu schaffen, wobei Druckschatten und/oder ungewollte Unebenheiten von Decklagen im Umgebungsbereich des zumindest einen Einsatzes nicht auftreten sowie eine nicht zuverlässige Anbindung einer Kernstruktur im Umgebungsbereich des zumindest einen Einsatz verhindert ist. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, Verfahren zur Herstellung von derartigen Sandwichplatten zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sandwichplatte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10, durch eine Sandwichplatte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13.
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Eine erfindungsgemäße Sandwichplatte hat eine Kernstruktur, beidseitig der Kernstruktur angeordnete Decklagen und zumindest einen Einsatz zur Ausbildung einer lokalen Verstärkung, insbesondere zum Bilden eines Krafteinleitungspunktes. Die Kernstruktur hat bevorzugterweise eine Vielzahl von honigwabenförmigen Zellen. Erfindungsgemäß ist der zumindest eine Einsatz zwischen den Decklagen angeordnet, wobei er kleiner als ein Decklagenabstand ist und eine Differenz zwischen seiner Erstreckung und dem Decklagenabstand von zumindest einer ausgehärteten Ausdehnungsmasse mit Klebeeigenschaften kompensiert ist.
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Der Einsatz hat quasi zwei Abschnitte, wobei der eine Abschnitt (der eigentliche Einsatz) bei der Montage der Sandwichplatte bereits ausgehärtet ist und der andere Abschnitt (die Ausdehnungsmasse) bei der Sandwichplattenmontage viskos und somit elastisch ist und erst anschließend aushärtet. Durch die Ausdehnungsmasse passt sich der Einsatz quasi der jeweiligen Dicke, bzw. je nach Betrachtungsweise Höhe, der Sandwichplatte an, wodurch Druckunterschiede in der Sandwichlatte reduziert werden und homogene Eigenschaften in den einzelnen Plattenbereichen erzielt werden. Druckschatten und/oder ungewollte Unebenheiten der Decklagen im Umgebungsbereich des zumindest einen Einsatzes werden so verhindert. Ebenso ist die Kernstruktur im Umgebungsbereich des zumindest einen Einsatz stets zuverlässige angebunden, da sich die Druckplatten nicht auf dem Einsatz abstützen können. Dadurch, dass der viskose Abschnitt neben seiner Ausdehnungsfähigkeit zudem klebende Eigenschaften hat, wird der Einsatz gleichzeitig an der ausdehnungsmassenseitigen Decklagen fixiert, insbesondere stoffschlüssig angebunden. Die Anbindung des Einsatzes an der anderen Decklage kann je nach Ausführung des Einsatzes und der Decklagen über ein Klebemittel und/oder über eigenes Harzmaterial des Einsatzes erfolgen. Eine überschüssige Menge von der Ausdehnungsmasse kann beim Verpressen der Sandwichplatte seitlich in die Kernstruktur verdrängt werden und somit zumindest in diesem Bereich eine Verbindung mit der Kernstruktur herstellen. Die Ausdehnungsmasse ist beispielsweise ein Wabenklebstoff auf Duromerbasis, beispielsweise Epoxydbasis oder Thermoplastbasis, mit einem gewissen Expansionsgrad. Der Expansionsgrad, beispielsweise bis 300%, richtet sich nach der Erstreckung des Einsatzes und dem Decklagenabstand. Eine alternative Ausdehnungsmasse ist thermoplastbasiert.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Ausdehnungsmasse zumindest zwischen dem Einsatz und einer Decklage angeordnet. Durch die stirnseitige Anordnung der Ausdehnungsmasse lässt sich diese einfach positionieren. Zudem lässt sich hierdurch eine benötigte Art und Menge der Ausdehnungsmasse einfach bestimmen.
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Alternativ oder ergänzend kann der zumindest eine Einsatz an sich mehrteilig ausgeführt sein, wobei die Ausdehnungsmasse zumindest zwischen den Einsatzteilen angeordnet ist. Durch die mehrteilige Ausbildung des Einsatzes kann dieser modulartig aufgebaut sein, so dass verschiedene Einsätze individuell an die jeweilige Sandwichplatte angepasst werden können. Dadurch, dass die Ausdehnungsmasse zumindest zwischen den Einsatzteilen angeordnet ist, entfällt ein separates Klebemittel zwischen den Einsatzteilen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wirken die Einsatzteile formschlüssig zusammen. Hierdurch erfolgt eine mechanische Stabilisierung der stoffschlüssigen Anbindung der ausgehärteten Ausdehnungsmasse.
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Bei einem Ausführungsbeispiel sind Fasern in der Ausdehnungsmasse angeordnet. Diese können in dem zumindest einen Einsatz verankert sein und sich aus dem Einsatz in die Ausdehnungsmasse erstrecken und/oder losgelöst von dem zumindest einen Einsatz in der Ausdehnungsmasse eingebetten sein. Die Fasern wirken als Bewehrung und bewirken somit beispielsweise eine hohe Stabilität der Ausdehnungsmasse gegenüber Zug- und Scherbelastungen.
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Ergänzend oder alternativ zu den Fasern kann der zumindest eine Einsatz im Bereich der Ausdehnungsmasse strukturiert sein. Eine Strukturierung, beispielsweise in Form von länglichen Vertiefungen, bewirkt eine Vergrößerung einer die Ausdehnungsmasse aufnehmenden Anbindungsfläche des zumindest einen Einsatzes.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der zumindest eine Einsatz zumindest abschnittsweise umfangsseitig mit der Kernstruktur verklebt. Durch die Verbindung des zumindest einen Einsatzes mit der Kernstruktur erfolgt die Anbindung des zumindest einen Einsatzes nicht nur stirnseitig mit den Decklagen, sondern auch seitlich und insbesondere außerhalb des Ausdehnungsmassenbereichs, wodurch die Anbindung des zumindest einen Einsatz belastungstechnisch verbessert ist.
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Bevorzugterweise erfolgt die seitliche Verbindung des zumindest einen Einsatzes mit der Kernstruktur mittels eines Schaumklebstoffs bzw. klebenden Werkstoffs, der sich bei Aushärtung ausdehnt. Der Schaumklebstoff kann insbesondere gleich der Ausdehnungsmasse sein. Zur Schaffung eines Aufnahmeraums für den Schaumklebstoff kann der zumindest eine Einsatz einen Körperabschnitt haben, der gegenüber decklagenseitigen Körperabschnitten querschnittsreduziert, beispielsweise tailliert ist. Beispielsweise kann der Einsatz auch ein I-förmiges Profil haben. Eine Taillierung bzw. ein derartiges Profil lässt sich technisch einfach ausbilden. Zudem ist durch die Querschnittsreduzierung bzw. den Aufnahmeraum der zumindest eine Einsatz gewichtsreduziert. Dies ist insbesondere bei Schubbelastungen von Vorteil, die große Anbindungsflächen des zumindest einen Einsatzes zu den Decklagen erfordern.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bilden einer derartigen Sandwichplatte wird vor dem beidseitigen Bedecken einer Kernstruktur mit Decklagen zumindest ein Einsatz, der eine kleinere Erstreckung als ein Soll-Decklagenabstand bzw. Decklagenabstand hat, mit zumindest einer viskosen Ausdehnungsmasse mit Klebeeigenschaften in einen Ausschnitt der Kernstruktur eingesetzt und zusammen mit der Kernstruktur und den Decklagen zur Sandwichplatte verpresst wird, wobei sich die Ausdehnungsmasse ausdehnt und aushärtet.
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Um eine verlässliche Einstellung des Soll-Decklagenabstandes zu erreichen ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine viskose Ausdehnungsmasse in einer derartigen Dicke vorgesehen wird, dass die viskose Ausdehnungsmasse zusammen mit dem zumindest einen Einsatz vor dem Verpressen eine Erstreckung bildet, die größer als der Soll-Decklagenabstand ist. Überschüssige Ausdehnungsmasse wird beim Verpressen seitlich weggedrückt. Hierdurch wird selbst in dem unwahrscheinlichen Fall der Soll-Decklagenabstand erreicht, in dem sich die Ausdehnungsmasse beim Verpressen nicht wie vorgesehen ausdehnt.
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Hierdurch wird eine Sandwichplatte mit einem integrierten Einsatz geschaffen, wobei Druckschatten und/oder ungewollte Unebenheiten von Decklagen im Umgebungsbereich des zumindest einen Einsatzes verhindert sind. Zudem entfällt eine nachträgliche Anordnung des zumindest eines Einsatz. Ebenso ist die Kernstruktur im Umgebungsbereich des zumindest einen Einsatz zuverlässig angebunden, da sich die Druckplatten nicht auf dem Einsatz abstützen können.
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Bei einem bevorzugten Verfahren wird der zumindest eine Einsatz im nicht vollständig ausgehärteten Zustand in der Kernstruktur angeordnet und härtet dann beim Verpressen aus. Je nach dem Aushärtegrad des zumindest einen Einsatzes kann auf zusätzlichen Klebemittel zum Anbinden des zumindest einen Einsatz an die Decklagen im ausdehungsmassenfreien Oberflächen- bzw. Stirnflächenbereich verzichtet werden. Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich daher insbesondere dann, wenn der Einsatz ein kunststoffbasiertes Verbund- bzw. Faserverbundbauteil und die Decklagen kunststoffbasierte Faserverbundbauteile bzw. mit Fasern verstärkte und eine Harzmatrix aufweisende Halbzeuge wie Prepregs sind, da dann eine Vernetzung der Harzsysteme der Decklagen und des zumindest einen Einsatz erfolgt.
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Bei einer alternativen erfindungsgemäßen Sandwichplatte mit einer Kernstruktur und beidseitig angeordneten Decklagen, wobei die Kernstruktur eine Vielzahl von insbesondere honigwabenförmigen Zellen aufweist, und mit zumindest einem Einsatz zur Bildung einer lokalen Verstärkung, insbesondere zum Bilden eines Krafteinleitungspunktes, ist der zumindest eine Einsatz zwischen den Decklagen angeordnet, wobei er gegenüber einem elastischen Ursprungszustand ausgehärtet und verformt ist.
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Dadurch, dass der zumindest eine Einsatz im Ursprungszustand größer als ein Decklagenabstand der Sandwichplatte ist, kann auf die Verwendung einer Ausdehnungsmasse verzichtet werden, da der zumindest eine Einsatz durch das Verpressen automatisch durch seine Verformung auf den Decklagenabstand eingestellt wird
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der alternativen Sandwichplatte wird zumindest ein Einsatz im Ursprungszustand, in dem größer als ein Soll-Decklagenabstand bzw. Deckenlagenabstand ist, in einen Ausschnitt einer Kernstruktur eingesetzt und zusammen mit der Kernstruktur und den Decklagen zur Sandwichplatte verpresst, wobei er beim Verpressen im verformten Zustand aushärtet.
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Hierdurch wird ebenfalls eine Sandwichplatte mit einem integrierten Einsatz geschaffen, wobei Druckschatten und/oder ungewollte Unebenheiten von Decklagen im Umgebungsbereich des zumindest einen Einsatzes verhindert sind. Zudem entfällt ebenfalls eine nachträgliche Anordnung des zumindest eines Einsatz. Ebenso ist die Kernstruktur im Umgebungsbereich des zumindest einen Einsatz zuverlässig angebunden, da sich die Druckplatten nicht auf dem Einsatz abstützen können.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand stark vereinfachter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Sandwich-Platte im Bereich eines Einsatzes zur Bildung einer lokalen Verstärkung, insbesondere zum Bilden eines Krafteinleitungspunktes,
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2 bis 4 einteilige Ausführungsbeispiele des in 1 gezeigten Einsatzes,
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5 bis 10 mehrteilige Ausführungsbeispiele des in 1 gezeigten Einsatzes,
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11 bis 13 Ausführungsbeispiele des in 1 gezeigten Einsatzes gezeigt, die einen seitlich geöffneten Aufnahmeraum zur Aufnahme eines Schaumklebstoffs zur seitlichen Vernetzung des Einsatzes mit der Kernstruktur und/oder Gewichtsreduzierung aufweisen,
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14 eine dreidimensionale Darstellung eines in 13 gezeigten Einsatzes, und
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15 ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Einsatzes zur Bildung einer lokalen Verstärkung, insbesondere zum Bilden eines Krafteinleitungspunktes.
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Wie in 1 gezeigt, hat eine erfindungsgemäße Sandwichplatte unter anderem eine Kernstruktur 2, die beidseitig mit zumindest einer Decklage 4, 6 versehen ist. Die Kernstruktur 2 selbst ist mit einer Vielzahl von hier honigwabenförmigen Zellen gebildet, von denen eine Zelle 8 stellvertretend für alle übrigen mit einer Bezugsziffer versehen ist. Beidseitige Wandungen 10, 12 der Zelle 8 sind, wie auch alle übrigen Zellen der Kernstruktur 2, in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Polyamidpapier gebildet, das mit einem Phenolharz getränkt, beschichtet bzw. imprägniert ist. Alternativ kann das Polyamidpapier auch mit Epoxidharzschichten versehen sein. Die Decklagen 4, 6 sind beispielsweise mit einer ungehärteten thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmatrix vorimprägnierte Faserhalbzeuge, sogenannte Prepregs.
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In einer nicht bezifferten einseitigen Ausnehmung der Kernstruktur 2 ist ein einteiliger Einsatz 14 zur Bildung einer lokalen Verstärkung, insbesondere zum Bilden eines Krafteinleitungspunktes ausgebildet. Der Einsatz 14 ist beispielsweise ein zylindrischer Körper aus einem gehärteten Faserverbundwerkstoff und integral mit der Sandwichplatte 1 ausgebildet, d.h. bei der Herstellung der Sandwichplatte 1 in diese integriert bzw. eingesetzt worden. Er hat eine Erstreckung e zwischen den Decklagen 4, 6, die kleiner als ein Decklagenabstand a ist. Der Decklagenabstand a ist insbesondere gleich einer Dicke der Kernstruktur 2. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Einsatz 14 mit seiner unteren Stirnseite 16 innenseitig mit der unteren Decklage 4 verklebt und somit aufgrund seiner kleineren Erstreckung e als der Decklagenabstand a mit seiner oberen Stirnseite 18 innenseitig von der oberen Decklage 6 beabstandet. Das Verkleben der unteren Stirnseite 16 mit der Innenseite der unteren Decklage 4 erfolgt hier beispielsweise über ein geeignetes Klebemittel. Selbstverständlich kann das Verkleben auch über das Harz des Einsatzes 14 und/oder das Harz der unteren Decklage 4 erfolgen und auf die Verwendung eines separaten Klebemittels verzichtet werden. Dies ist im Wesentlichen vom Aushärtegrad bzw. Vernetzungsgrad des Einsatzes 14 und/oder der Decklage 4 abhängig.
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Zum Ausgleich einer Differenz d zwischen seiner Erstreckung e und dem Decklagenabstand a ist zwischen der oberen Stirnseite 18 und der oberen Decklage 6 eine Ausdehnungsmasse 20 angeordnet. Die Ausdehnungsmasse 20 ist ausgehärtet bzw. verfestigt und hat sich bei ihrer Aushärtung ausgedehnt. Zudem hat die Ausdehnungsmasse 20 Klebeeigenschaften, so dass nicht nur die Differenz d zwischen der Einsatzerstreckung e und dem Decklagenabstand a ausgeglichen bzw. kompensiert ist, sondern ebenfalls der Einsatz 14 mittels der Ausdehnungsmasse 20 mit der oberen Decklage 6 verklebt ist. Beispielweise ist die Ausdehnungsmasse 20 ein Wabenklebstoff, der im unausgehärteten Zustand viskos und somit elastisch ist und sich unter Druck- und Temperaturbeaufschlagung ausdehnt und verfestigt. Eine bevorzugte Ausdehnungsmasse 20 ist ein Epoxidklebstoff mit beispielsweise einem Expansionsgrad von 50%.
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Zur Aufnahme eines nicht gezeigten Befestigungsmittels, beispielsweise zur Befestigung der Sandwichplatte 1 an einer Umgebungsstruktur, sind der Einsatz 14 sowie die Ausdehnungsmasse 20 von einer beispielhaften Durchgangsbohrung 22 durchsetzt. Aufgrund der innenseitigen Anordnung des Einsatzes 14 zwischen den Decklagen 4, 6 werden dabei bezogen auf die Durchgangsbohrung 22 radiale Überlappungen zwischen dem Einsatz 14 und den Decklagen 4, 6 bzw. zwischen der ausgehärteten Ausgleichsmasse 20 und der oberen Decklage 6 gebildet. Wenn beispielsweise in die Sandwichplatte 1 Kopfzuglasten eingeleitet werden, beispielweise dann, wenn Gegenstände an der Sandwichplatte 1 aufgehängt werden sollen, kann anstelle der Durchgangsbohrung 22 auch nur eine Sacklochbohrung mit einem Innengewinde als Befestigungsmittelaufnahme in den Einsatz 14 und in die Ausdehnungsmasse 20 eingebracht sein. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in den nachfolgenden Figuren die Durchgangsbohrung 22 oder einer vergleichende Aufnahme nicht zwangsläufig dargestellt.
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Gemäß der Darstellung in 2 kann der Einsatz 14 auch beidseits mit der Ausdehnungsmasse 20, 26 versehen sein. Durch die beidseitige Anordnung der Ausgleichsmasse 20, 26 im Bereich der Stirnflächen 16, 18 entfällt die Bereitstellung und Verwendung eines separaten Klebemittels zum innenseitigen Anbinden des Einsatzes 14 an zumindest eine der Decklagen 4, 6.
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In 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem sich von der oberen Stirnseite 18 des Einsatzes 14 Fasern 28 erstrecken, die in die Ausdehnungsmasse 20 eintauchen und somit zu einer Stabilisierung der Verbindungsmittelschicht 26 führen. Die Fasern 28 sind endseitig in dem Einsatz 14 befestigt und mit ihren freien Abschnitten in der Ausdehnungsmasse 20 eingebettet. Selbstverständlich können sich auch aus der unteren Stirnseite 16 des Einsatzes Fasern erstrecken, die dann in die Ausdehnungsmasse 20 eintauchen.
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Gemäß der Darstellung in 4 kann die die Ausdehnungsmasse 20 aufnehmende Stirnseite 18 ebenfalls strukturiert sein und beispielsweise eine Vielzahl von vier parallelen längliche Vertiefungen 30 wie Rinnen aufweisen, die mit dem Ausdehnungsmasse 20 befüllt sind.
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In den 5 bis 10 ist der Einsatz 14 mehrteilig mit einem Unterteil 32 und einem Oberteil 34 ausgebildet. Die Ausdehnungsmasse 20 ist dabei bevorzugterweise jeweils in einem nicht bezifferten Toleranzspalt zwischen dem Unterteil 32 und dem Oberteil 34 angeordnet. Der Einsatz 14 liegt dabei jeweils mit seiner oberen und unteren Stirnseite 16, 18 flächig innenseitig an der unteren Decklage 4 bzw. oberen Decklage 6 an und ist mit dieser entsprechend verklebt. Selbstverständlich kann in sämtlichen Ausführungsbeispielen nach den 5 bis 10 die Ausdehnungsmasse 20 zusätzlich stirnseitig angeordnet sein.
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Bei dem in 5 gezeigten mehrteiligen Einsatz sind das Unterteil 32 und das Oberteil 34 keilförmig ausgebildet, wobei zwischen ihren hier bezogen auf die Stirnseiten 16, 18 als Schrägflächen ausgebildeten Verbindungsflächen 36, 38 die Ausdehnungsmasse 20 angeordnet ist.
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Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Unterteil 32 eine V-förmige Ausnehmung und das Oberteil 34 einen korrespondierenden V-förmigen Vorsprung zur Eintauchen in die V-förmige Aufnahme auf. Die Verbindungsflächen 36, 38 sind hier somit als V-förmige Flächen ausgebildet.
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Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel haben das Unterteil 32 und das Oberteil 34 zwei zu den Stirnseiten 16, 18 und somit zu den Decklagen 4, 6 parallel verlaufende Verbindungsflächen 36, 38.
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Bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Oberteil 34 kappenartig bzw. becherartig mit einer umlaufenden Seitenwandung 40 versehen. Das Unterteil 32 wird im Bereich seiner oberen Stirnseite 16 von dem Oberteil 34 umgriffen, wobei die Ausdehnungsmasse 20 im Toleranzspalt zwischen dem Unterteil 32 und dem Oberteil 34 angeordnet ist. Durch die Seitenwandung 40 kann die Ausdehnungsmasse beim Aushärten 20 lediglich durch einen schmalen Radialspalt 41 zwischen der Seitenwandung 40 und dem Unterteil 32 ausweichen, so dass sie beim Vepressen der Kernstruktur 2 und der Decklagen 4, 6 zur Sandwichplatte 1 hochverdichtet wird.
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Bei dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel sind das Unterteil 32 und das Oberteil 34 als U-Profile ausgebildet, wobei das Oberteil 34 einen Innenraum 42 zum Schiebeeingriff mit dem Unterteil 32 hat. Der Innenraum 42 ist mit der Ausdehnungsmasse 20 befüllt, so dass beim Aushärten der Ausdehnungsmasse 20 das Unterteil 32 und das Oberteil 34 bis zum Differenzausgleich auseinandergedrückt werden.
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Bei dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel hat das Unterteil 32 einen Rastkopf 44 und das Oberteil 34 ist ein U-förmiges Profil mit endseitigen Rastvorsprüngen 46 zum formschlüssigen Zusammenwirken mit dem Rastkopf 44. Die Ausdehnungsmasse 20 ist hier zwischen dem Rastkopf 44 und den Rastvorsprüngen 46 angeordnet, so dass zusätzlich beim Aushärten der Ausdehnungsmasse 20 der Formschluss zwischen dem Unterteil 32 und dem Oberteil 34 verfestigt wird. Der Formschluss wirkt dabei bevorzugterweise derart, dass beim Einbringen von Zuglasten wie Kopfzuglasten in die Sandwichplatte 1 die Teile 32, 34 unlösbar miteinander verrastet sind. Hierzu haben bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Rastkopf 44 und die Rastvorsprünge in Montagerichtung weisende Schrägflächen 48, 50 und quer zur Montagerichtung verlaufende Rastflächen 52, 54.
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In den 11 bis 13 sind Ausführungsbeispiele eines einteiligen Einsatzes 14 gezeigt, die jeweils zumindest einen Aufnahmeraum 56 zur Aufnahme eines Schaumklebstoffes zur seitlichen Vernetzung des Einsatzes 14 mit der Kernstruktur 2 aufweisen. Der Schaumklebstoff dehnt sich beim Aushärten aus und dringt somit in die den Einsatz 14 aufnehmende Zelle 8 ein, wodurch zusätzlich vorbeschriebenen decklagenseitigen Anbindung eine stoffschlüssige Verbindung mit der Kernstruktur 2 hergestellt wird. Insbesondere kann der Schaumklebstoff gleich der Ausdehnungsmasse 20, 26 sein.
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Bei dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Einsatz 14 rahmenartig ausgebildet und hat zwei parallele Stege 58, 60, die seitlich voneinander beabstandet sind und sich zwischen einem unteren Flansch 62 und einem oberen Flansch 64 erstrecken. Der Aufnahmeraum 56 wird zwischen den Stegen 58, 60 und den Flanschen 62, 64 gebildet und ist zumindest einseitig seitlich zur Kernstruktur 2 geöffnet. Die Flansche 62, 64 bilden jeweils eine der Stirnseiten 16, 18 und sind hier beispielshaft jeweils über die Ausdehnungsmasse 20, 26 mit den Decklagen 4, 6 verbunden.
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Bei dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Einsatz 14 einen I-förmigen Querschnitt. Der Einsatz 14 hat demgemäß einen Steg 58, der sich mittig zwischen einem unteren Flansch 62 und einem oberen Flansch 64 erstreckt. Der Aufnahmeraum 56 kann dabei den Steg 58 als Ringraum umgeben oder in beispielsweise zwei Teilräume unterteilt sein, die jeweils seitlich des Stegs 58 angeordnet sind. Die Flansche 62, 64 sind hier beispielshaft jeweils über die Ausdehnungsmasse 20, 26 mit den Decklagen 4, 6 verbunden. Zur visuellen Verdeutlichung des zumindest einen Aufnahmeraums 56 ist er hier durch gestrichelte Vertikallinien seitlich begrenzt. Der zumindest eine Aufnahmeraum 56 ist demgemäß zwischen den Flanschen 62, 64 gebildet.
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Bei dem in 13 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Einsatz 14 zwischen seiner unteren Stirnseite 16 und seiner oberen Stirnseite 18 tailliert. Der Aufnahmeraum 56 ist somit als ein Ringraum mit sich ändernden Querschnitt ausgebildet, dessen, wie in 14 gezeigt, größter Querschnitt mittig zwischen den Stirnseiten 16, 18 angeordnet ist. Zur Verdeutlichung des Aufnahmeraums 56 ist dieser in 14 grob schraffiert dargestellt. Der Einsatz 14 hier beispielshaft im Bereich seiner Stirnseiten 16, 18 über die beidseits angeordnete Ausdehnungsmasse 20, 26 mit den Decklagen 4, 6 verbunden.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bilden einer derartigen Sandwichplatte 1 wird vor dem beidseitigen Bedecken der Kernstruktur 2 mit den Decklagen 4, 6 der zumindest eine Einsatz 14 mit der zumindest einen viskosen Ausdehnungsmasse 20 in einer Ausnehmung der Kernstruktur 2 eingesetzt und zusammen mit der Kernstruktur 2 und den Decklagen 4, 6 zur Sandwichplatte 1 verpresst, wobei sich die zumindest eine Ausdehnungsmasse 20 ausdehnt und verfestigt. Bevorzugterweise wird dabei die viskose Ausdehnungsmasse 20 in einer derartigen Dicke vorgesehen, dass die viskose Ausdehnungsmasse 20 zusammen mit dem zumindest einen Einsatz 14 vor dem Verpressen eine Erstreckung bildet, die größer als der Soll-Decklagenabstand ist. Überschüssige Ausdehnungsmasse 20 wird beim Verpressen seitlich weggedrückt. An ausdehnungsmassenfreien Stirnflächen 16, 18 des Einsatzes 14 wird ein geeignetes Klebemittel zur Herstellung einer Klebeverbindung zwischen der jeweiligen Stirnseite 16, 18 und einer Innenseite der Decklage 4, 6 angeordnet. Wenn der Einsatz 14 und/oder die Decklagen 4, 6 Verbundwerkstoffe mit einer Harzmatrix sind und im nicht ausgehärteten Zustand miteinander verpresst werden, kann in Abhängigkeit vom jeweiligen Vernetzungsgrad auf die Verwendung eines Klebemittels zwischen den ausdehnungsmassenfreien Stirnflächen 16, 18 des Einsatzes und den Decklagen 4, 6 verzichtet werden, da dann die Anbindung des Einsatzes 14 an den Decklagen 4, 6 über das Harzmaterial des Einsatzes 14 bzw. der Decklagen 4, 6 erfolgen kann.
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In 15 ist eine Sandwichplatte 1 mit einem integrierten Einsatz 14 gezeigt, der ohne die Verwendung der Ausdehnungsmasse 20 auf einen Decklagenabstand a der Sandwichplatte 58 eingestellt ist. Der Einsatz 14 hat hierzu im Ursprungszustand eine Erstreckung u, die größer als ein Decklagenabstand a bzw. eine Dicke einer den Einsatz 14 aufnehmenden Kernstruktur 2 zwischen einer unteren Decklage 4 und einer oberen Decklage 6 einer Sandwichplatte 1 ist. Der Einsatz 14 ist beispielsweise ein unausgehärtetes Faserverbundbauteil, das beim Verpressen einer Kernstruktur 4 mit den Decklagen 4, 6 verformt bzw. gestaucht wird, und somit auf den Decklagenabstand a eingestellt wird. Der Einsatz 14 hat hierzu eine Form, die eine einfache Verformung ermöglicht, jedoch ebenso beispielsweise die vollständige Aufnahme einer Durchgangsbohrung 22 gestattet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Einsatz 14 I-förmig mit einem Steg 58, der sich mittig zwischen einem unteren Flansch 62 und einem oberen Flansch 64 erstreckt. Der Steg 58 wird beim Verpressen verformt und somit die Ursprungserstreckung u des Einsatzes 14 reduziert.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bilden einer derartigen Sandwichplatte 1 werden vor dem beidseitigen Bedecken der Kernstruktur 2 mit den Decklagen 4, 6 der zumindest eine Einsatz 14 im elastischen Ursprungszustand, in dem er größer als der Decklagenabstand a ist, in einen Ausschnitt der Kernstruktur 2 eingesetzt und zusammen mit den Decklagen 4, 6 zur Sandwichplatte 1 verpresst, wobei er nach seiner Verformung aushärtet.
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Es wird ausdrücklich erwähnt, dass, auch wenn die vorgenannten Ausführungsbeispiele einzeln betrachtet wurden, sämtliche Merkmale der Ausführungsbeispiele einzelne miteinander kombinierbar.
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Offenbart sind eine Sandwichplatte mit zumindest einem Einsatz zur Bildung einer lokalen Verstärkung, der kleiner als Decklagenabstand der Sandwichplatte ist, wobei eine Differenz zwischen seiner Erstreckung und dem Decklagenabstand von einer vormals viskosen und beim Verpressen der Sandwichplatte verfestigten Ausdehnungsmasse mit Klebeeigenschaften kompensiert ist, eine Sandwichplatte mit zumindest einem vormals elastischen Einsatz, deren Ursprungserstreckung durch eine Verformung beim Verpressen der Sandwichplatte durch eine Verformung reduziert wird, sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Sandwichplatten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sandwichplatte
- 2
- Kernstruktur
- 4
- untere Decklage
- 6
- obere Decklage
- 8
- Zelle (honigwabenförmig)
- 10
- Wandung (Zelle)
- 12
- Wandung (Zelle)
- 14
- Einsatz
- 16
- untere Stirnseite
- 18
- obere Stirnseite
- 20
- Ausdehnungsmasse
- 22
- Durchgangsbohrung
- 22
- obere Überlappung
- 24
- untere Überlappung
- 26
- Ausdehnungsmasse
- 28
- Faser
- 30
- längliche Vertiefung
- 32
- Unterteil / Einsatzteil
- 34
- Oberteil / Einsatzteil
- 36
- Verbindungsfläche
- 38
- Verbindungsfläche
- 40
- Seitenwandung
- 41
- Radialspalt
- 42
- Innenraum
- 44
- Rastkopf
- 46
- Rastvorsprüngen
- 48
- Schrägfläche
- 50
- Schrägfläche
- 52
- Rastfläche
- 54
- Rastfläche
- 56
- Aufnahmeraum
- 58
- Steg / Körperabschnitt
- 60
- Steg / Körperabschnitt
- 62
- unterer Flansch / Körperabschnitt
- 64
- oberer Flansch / Körperabschnitt
- e
- Erstreckung
- a
- Decklagenabstand
- d
- Differenz
- u
- Erstreckung Ursprungszustand
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1024301 A2 [0003]
- US 5093957 [0004]
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