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Die Erfindung betrifft eine Folie,
welche insbesondere zur Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen
geeignet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum
Herstellen von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen und ein mittels des
Verfahrens hergestelltes Bauteil.
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Es ist bekannt, zur Herstellung von
Bauteilen aus faserverstärkten
Kunststoffen ein aus mehreren Arbeitsschritten bestehendes Verfahren
anzuwenden, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt eine Form,
beispielsweise eine Holzform, welche die spätere Bauteilgeometrie bestimmt,
hergestellt wird und in nachfolgenden Verfahrensschritten unter
Verwendung dieser Form ein Bauteil hergestellt wird. Regelmäßig können dabei
auch, unter Wiederverwendung der Form, eine Vielzahl von gleichartigen
Bauteilen hergestellt werden. Dabei wird jeweils zunächst ein gegebenenfalls
mehrlagiges Laminat auf die Form aufgebracht. Das Laminat besteht
regelmäßig aus mehreren
Faserlagen, die vorimprägniert
sind mit Matrixwerkstoff oder auf die jeweils nach Aufbringen auf
die Form Matrixmaterial aufgetragen wird. Das Laminat kann auch
als mehrlagiger, vorimprägnierter Rohling,
also als sogenannter „Prepreg", vorliegen.
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Es ist weiterhin bekannt, auf das
Laminat eine oder mehrere saugfähige
Verarbeitungszwischenschichten aufzulegen, welche überschüssiges Harz
aufnehmen können.
Nach Auflegen dieser saugfähigen
Verarbeitungszwischenschichten wird abschließend eine Verarbeitungsabdichtfolie
auf die oberste Verarbeitungszwischenschicht aufgelegt. Diese Verarbeitungsabdichtfolie
wird am Formenrand gasdicht verklebt. Nachfolgend wird durch zumindest
teilweises Entfernen der Luft aus dem solcher Art abgedichteten
Zwischenraum zwischen Folie und Form ein exaktes Anlegen des Laminats
an die Form, eine Verdichtung des Laminats und ein Entfernen von
Luft zwischen den gegebenenfalls mehreren Lagen des Laminats erreicht.
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Beim Entfernen der Luft aus dem Zwischenraum
zwischen Verarbeitungsabdichtfolie und Bauteilform wird dann aus
dem Laminat austretendes Harz von den Verarbeitungszwischenschichten
aufgenommen und es kann auf diese Weise ein Faserverbundwerkstoff
mit hohem Faservolumengehalt hergestellt werden. Dieser zeichnet
sich darüber
hinaus auch durch weitere vorteilhafte Eigenschaften aus, beispielsweise
durch eine hochwertige und detailreiche Bauteiloberfläche, die
durch das gute Anlegen des Laminats und der Verarbeitungszwischenschichten
an durch die Form ausgebildete Oberflächendetails des Laminats erreicht
wird.
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Das Entfernen der Luft aus dem Zwischenraum
zwischen Folie und Form wird durch Erzeugen eines Vakuums in dem
Zwischenraum (Vakuumpressen) oder durch Erhöhung des Umgebungsluftdrucks um
den Zwischenraum herum (Autoklavierung), oder eine Kombination aus
dem Vorgenannten erreicht. Beim Vakuumpressen wird eine Druckdifferenz
zwischen Umgebung und Zwischenraum von bis zu ca. 1 bar erreicht,
bei der Autoklavierung eine Druckdifferenz von bis zu 7 bar.
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Während
oder nach dem Entfernen der Luft wird eine Aushärtung des Laminats, beispielsweise durch
Reaktionsvernetzung des Matrixwerkstoffes (regelmäßig Harz)
unter gegebenenfalls erhöhter Temperatur
erreicht. In einem nachfolgenden Arbeitsschritt werden die Verarbeitungsfolien
entfernt und das Bauteil kann von der Form abgenommen werden.
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Das vorgenannte Verfahren wird beispielsweise
als „Handlaminierverfahren" bezeichnet, in diesem
Fall erfolgt die Auftragung des Laminats durch manuelles Aufbringen
von Fasermatten und Harzschichten, gegebenenfalls mehrfach übereinanderliegend,
sowie möglicherweise
zusätzlicher
Feinschichten, Trennmittelschichten und/oder Gelcoatschichten.
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Das Ablegen des Laminats kann jedoch
auch automatisiert ablaufen, beispielsweise unter Verwendung eines
Tape-Leger-Roboters.
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Bekannte Verfahren weisen den Nachteil auf,
dass sie durch die Notwendigkeit des Auflegens von einzelnen Verarbeitungsschichten
sehr arbeitsintensiv sind und dadurch hohe Kosten verursachen. Dieser
Nachteil wird weiter verstärkt,
wenn zwecks Erzielen einer besseren Harzaufnahme und einer besseren
Bauteiloberfläche
mehrere harzaufnehmende Verarbeitungszwischenschichten nacheinander
aufgelegt werden, bevor die gasdichte Verarbeitungsabdichtfolie
aufgelegt wird. Zudem ist die Gefahr von Undichtigkeiten und damit
unzureichender Absaugwirkung gegeben und es können durch Faltenwürfe in einer
der aufgelegten Schichten Fehler im hergestellten Bauteil verursacht
werden.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren und Mittel zur Ausführung des Verfahrens bereitzustellen,
welches) eine gegenüber
dem Stand der Technik vereinfachte Herstellung von Bauteilen aus
Faserverbundwerkstoffen ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer
Mehrschichtfolie mit einer ersten, gasundurchlässigen Schicht und einer zweiten,
mit der ersten Schicht verbundenen Schicht mit zur Umgebung hin offenen
Poren gelöst.
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Die erfindungsgemäße Mehrschichtfolie weist unter
anderem den Vorteil auf, dass die erste, gasundurchlässige Schicht
mit der zweiten, saugfähigen
Schicht verbunden ist und folglich diese beiden Schichten in einem
einzigen Arbeitsgang auf das Laminat aufgelegt werden können, wodurch
eine einfachere, schnellere und folglich kostengünstigere Herstellungsweise
ermöglicht
wird. Darüber
hinaus weist die erfindungsgemäße Mehrschichtfolie
den Vorteil auf, dass Verschiebungen, Verwerfungen und Faltenbildungen
der Schichten zueinander nicht auftreten können, wodurch die Gefahr von
Produktionsfehlern verringert wird. Es ist daher nur erforderlich,
eine einzige Mehrschichtfolie passend zuzuschneiden und auf das
Laminat aufzulegen, wohingegen es bei bekannten Folien erforderlich
war, mehrere Folien/Schichten zuzuschneiden und diese nacheinander
aufzulegen.
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Bei einer ersten vorteilhaften Ausführungsform
ist die zweite Schicht ein offenzelliger Schaum. Offenzellige Schäume zeichnen
sich dadurch aus, dass die einzelnen Hohlräume in dem Schaum, also die „Poren" bzw. „Zellen" des Schaums, untereinander
verbunden sind und mit der Umgebung des Schaums verbunden sind.
Solcherart aufgebaute Schäume
nehmen, verstärkt
durch in den Zellen und den Zellenverbindungen wirkende Kapillarkräfte, besonders
vorteilhaft Flüssigkeiten
auf und können
diese speichern.
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Bei einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
ist gegenüberliegend
zur ersten Schicht mit der zweiten Schicht eine dritte Schicht verbunden,
welche für
eine Flüssigkeit,
insbesondere für flüssiges Harz
eines Faserverbundwerkstoffs, durchlässig ist. Diese dritte Schicht
dient dazu, eine einfache Ablösbarkeit
der Mehrschichtfolie von dem Faserverbundwerkstoff zu erzielen,
nachdem der Faserverbundwerkstoff ausgehärtet ist. Um eine Aufnahme
des überschüssigen Harzes
durch die zweite Schicht zu ermöglichen,
muss die dritte Schicht harzdurchlässig sein, da sie, wenn die
Mehrschichtfolie auf das Lami nat aufgelegt ist, zwischen der zweiten Schicht
und dem Laminat liegt. Vorteilhafterweise ist die dritte Schicht
auch gasdurchlässig,
um im Laminat befindliches Gas ebenfalls unter dem Einfluss eines
relativen Druckunterschieds in die zweite Schicht befördern zu
können.
Die dritte Schicht kann beispielsweise eine perforierte Folie umfassen.
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Die zuvor beschriebene Fortbildung
der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolie
kann dadurch weiter fortgebildet werden, dass die dritte Schicht
als Abreißschicht
wirkt. Eine Abreißschicht
ist dazu bestimmt, bei Entfernen der Mehrschichtfolie zumindest teilweise
an dem Laminat zu verbleiben. Zu diesem Zweck ist die Abreißschicht
beispielsweise so an der entsprechenden Schicht der Mehrschichtfolie
befestigt, dass die Befestigungskräfte zwischen dieser Schicht
und der Abreißschicht
geringer sind als die Befestigungskräfte zwischen Abreißschicht
und dem Laminat im ausgehärteten
Zustand. Alternativ kann die Abreißschicht zwei miteinander verbundene Schichtlagen
aufweisen, wobei die Befestigungskräfte zwischen diesen zwei Schichten
geringer sind als die Befestigungskräfte zwischen der Abreißschicht und
dem Laminat im ausgehärteten
Zustand. Die Mehrschichtfolie wird mit der Seite der Abreißschicht auf
das Laminat aufgelegt.
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Wenn die Mehrschichtfolie nach Aushärtung des
Laminats wieder von dem Laminat abgenommen wird, so verbleibt die
Abreißschicht
bzw. die dem Laminat zuweisende Schichtlage der Abreißschicht
auf dem Laminat und ggf. die der zweiten Schicht zuweisende Schichtlage
der Abreißschicht
verbleibt an der Mehrschichtfolie. Die entstehende Trennebene stellt nachfolgend
eine Oberfläche
des Faserverbundbauteils dar.
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Bei einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolie ist
die zweite Schicht mehrschichtig aufgebaut und weist mindestens
zwei Teilschichten auf, deren Steifigkeit, deren Dichte, deren Porengröße, deren
Porenanzahl pro Volumeneinheit, deren gemittelte Porengröße und/oder
deren Benetzbarkeit mit Harz unterschiedlich sind. Bei dieser Ausführungsform
kann durch entsprechende Auswahl der Teilschichten der zweiten Schicht
sowohl ein gutes Anlegen der Mehrschichtfolie an die Kontur des
Laminats erreicht werden als auch eine sichere Aufnahme des überschüssigen Harzes
sichergestellt werden.
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So kann beispielsweise die direkt
zu dem Laminat weisende erste Teilschicht der zweiten Schicht eine
geringere Steifigkeit als die anderen Teilschichten aufweisen, wodurch
sich diese Teilschicht leicht verformen lässt und sich gut den Konturen
des Laminats anpassen lässt.
Die zweite Teilschicht und ggfs. die weiteren Teilschichten, welche
mit der ersten Teilschicht verbunden sind und nicht direkt auf dem
Laminat aufliegen, können
dann eine höhere
Steifigkeit aufweisen, wodurch erreicht wird, dass sich diese Teilschichten
unter dem Einfluss des Druckunterschieds zwischen Umgebung und dem
Zwischenraum zwischen der ersten Schicht und der Bauteilform nicht
so stark verformen wie die erste Teilschicht und folglich die Aufnahmefähigkeit
für überschüssiges Harz
behält.
Des weiteren ist es vorteilhaft, wenn die unmittelbar auf dem Laminat
aufliegende, erste Teilschicht eine geringere Porengröße und/oder
gemittelte Porengröße aufweist
als die anderen Teilschichten, um eine hochwertige Oberfläche des
hergestellten Bauteils zu erzielen. Unter Bemittelter Porengröße soll
hier der Mittelwert der Poren in einem kleinen Volumenbereich verstanden
werden. Insbesondere soll unter Bemittelter Porengröße der Mittelwert
der Poren in einer Ebene einer geringen Stärke verstanden werden, die
parallel zu der Schicht bzw. Teilschicht liegt.
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Bei der Auswahl der Teilschichten
ist dabei darauf zu achten, eine ausreichende Aufnahmefähigkeit
der Teilschicht für
Harz bzw. einen ausreichenden Durchflussquerschnitt der Teilschicht
für Harz bereitzustellen,
wobei als Durchflussquerschnitt die Summe der Querschnitte der Poren
der Schicht in Richtung normal zur Schichtebene verstanden werden
soll. Dies bedeutet, dass bei verringerter Porengröße die Porenanzahl
pro Volumenanzahl erhöht werden
sollte, um den etwa gleichen Durchflussquerschnitt zu erzielen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
ist die zweite Schicht oder eine Teilschicht der zweiten Schicht
eine Gradientenschicht. Eine Gradienten schicht ist dadurch gekennzeichnet,
dass sich eine oder mehrere Materialeigenschaften der Schicht kontinuierlich
in einer Richtung orthogonal zur Schichtebene ändern. Gradientenschichten
weisen den Vorteil auf, dass sie keine sprunghaften Materialeigenschaftsveränderungen
aufweisen und daher hohe Festigkeiten und homogenes Verhalten bei mechanischer
und/oder thermischer Beanspruchung zeigen. Die Materialeigenschaften
von Gradientenschichten können
sich dabei beispielsweise linear, progressiv oder degressiv ändern. Das
Verwenden von einer gradierten zweiten Schicht oder einer zweiten
Schicht mit einer gradierten Teilschicht ermöglicht dabei in besonders vorteilhafter
Weise, die Funktion der zweiten Schicht sicherzustellen. So kann
hierdurch sowohl ein besonders exaktes Anlegen der Mehrschichtfolie
an das Laminat und auch sehr feine Konturendetails der Laminatoberfläche erzielt
werden und gleichzeitig ein vollständiges Zusammendrücken der
zweiten Schicht unter Einfluss des relativen Unterdrucks im Zwischenraum
vermieden werden, wodurch eine gute Aufnahmefähigkeit für überschüssiges Harz in der zweiten
Schicht auch bei Einwirken des relativen Unterdrucks erhalten bleibt.
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In der gradierten zweiten Schicht
bzw. der gradierten Teilschicht der zweiten Schicht kann insbesondere
die Steifigkeit, Dichte, Porengröße, Porenanzahl
pro Volumeneinheit, deren gemittelte Porengröße und/oder deren Benetzbarkeit
mit Harz gradiert verlaufen. Diese Parameter sollen dabei definiert
sein wie zuvor ausgeführt.
Insbesondere ist es wiederum vorteilhaft, wenn die gradierte Schicht
oder Teilschicht auf der bei Auflegen der Mehrschichtfolie dem Laminat
zuweisenden Schichtseite eine geringere Steifigkeit und/oder eine
geringere Porengröße aufweist
und auf der der ersten Schicht zuweisenden Schichtseite eine höhere Steifigkeit
aufweist.
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Die Mehrschichtfolie mit einer mehrschichtig aufgebauten
zweiten Schicht und/oder einer zumindest teilweise gradierten zweiten
Schicht kann dadurch fortgebildet werden, dass sich in der zweiten Schicht
oder einer Teilschicht der zweiten Schicht die Steifigkeit, Dichte,
Porenanzahl pro Volumeneinheit , Porengröße und/oder die gemittelte
Porengröße von der
Grenzfläche
zwischen erster und zweiter Schicht ausgehend verringern. Hierdurch
werden die von der zweiten Schicht zu erfüllenden Funktionen, also das exakte
Anlegen der Mehrschichtfolie an Strukturdetails des Laminats und
die sichere Aufnahme von Harz unter Einwirkung eines relativen Unterdrucks
in besonders vorteilhafter Weise erreicht. Dabei kann insbesondere
durch Verringerung der Porenanzahl pro Volumeneinheit bei gleichbleibender
oder sich ebenfalls verringernder Porengröße eine höhere Elastizität der zweiten
Schicht im Bereich der dem Laminat zuweisenden Seite als im Bereich
der der ersten Schicht zuweisenden Seite erzielt werden.
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Die erfindungsgemäße Mehrschichtfolie kann weiterhin
vorteilhaft so weitergebildet werden, dass sich die erste Schicht
in zumindest einem Abschnitt des Randbereichs der Folie weiter erstreckt als
die zweite Schicht. Vor dem Auflegen der Mehrschichtfolie auf ein
Laminat ist es regelmäßig erforderlich,
die Mehrschichtfolie entsprechend den Abmessungen des Laminats bzw.
der Bauteilformen zurechtzuschneiden. Durch das weitere Erstrecken
der ersten Schicht kann durch Umklappen und Anlegen dieser Schicht
an die Querschnittsfläche
der zweiten Schicht – und
darüber
hinaus an gegebenenfalls eine weitere Schichten, an das Laminat
und an die Bauteilform eine Abdichtung des Zwischenraums zwischen
der ersten Schicht und der Bauteilform erreicht werden. Diese Abdichtung
ist erforderlich, um einen relativen Unterdruck in dem vorgenannten
Zwischenraum zu der Umgebung zu erzielen.
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Dabei können sich gegebenenfalls vorhandene
weitere Schichten ebenfalls weitererstrecken als die zweite Schicht
und in solcher Weise beim Auflegen der Mehrschichtfolie auf das
Laminat so angeordnet werden, dass diese weiteren Schichten an das Laminat
und die Bauteilform angelegt werden und hierauf folgend die erste
Schicht an diese weiteren Schichten angelegt wird.
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Insbesondere bei der Fertigung größerer Serien
von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen ist es dabei sinnvoll,
die Mehrschichtfolie von vornherein in der entsprechenden Abmessung
bereitzustellen, um den Arbeitsschritt des Zuschneidens zu vermeiden.
Gerade in diesem Fall ist es dann vorteilhaft, wenn sich die erste
Schicht im Randbereich weiter erstreckt als die zweite Schicht.
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Die zuvor beschriebene Ausführungsform kann
jedoch – insbesondere
bei kleineren Serien – auch
erreicht werden, indem in einem ersten Arbeitsgang ein Folienstück aus einer
größeren Folie
zurechtgeschnitten wird und in einem darauffolgenden Arbeitsgang
im Randbereich der Folie die zweite Schicht entfernt wird, so dass
hiernach wiederum die erste Schicht sich weiter erstreckt als die
zweite Schicht.
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Die vorgenannte Ausbildungsform kann
insbesondere weiter fortgebildet werden, indem sich die erste Schicht
in zumindest einem Abschnitt des Randbereichs der Folie weiter erstreckt
als die anderen Schichten. In diesem Fall kann die erste Schicht direkt
an die Querschnittsflächen
der anderen Schichten, das Laminat und die Bauteilform angelegt werden
und so eine gute Dichtwirkung erreicht werden.
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Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen
mit sich weiter als die zweite oder die anderen Schichten erstreckender
erster Schicht sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich die
erste Schicht über
die zweite Schicht bzw. die anderen Schichten um einen Betrag weiter
erstreckt, welcher mindestens der addierten Gesamtstärke der
Mehrschichtfolie und des Laminats entspricht. Hierdurch wird gewährleistet,
dass sich der überstehende
Teil der ersten Schicht an die Querschnittsfläche der anderen Schichten anlegen
lässt und
hierdurch eine ausreichende Abdichtung des Zwischenraums erzielt
wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung
ist ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen,
bei dem eine Mehrschichtfolie der zuvor beschriebenen Art auf den
Faserverbundwerkstoff aufgelegt wird. Die Mehrschichtfolie wird
dabei anstelle der bei bekannten Handlaminierverfahren, Autoklavier-Verfahren
oder ähnlichen
Herstellungsverfahren verwendeten Verarbeitungszwischenschichten
zur Abdichtung des Laminats gegen die Umgebung verwendet.
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Das Verfahren kann insbesondere fortgebildet
werden, indem es die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte gemäß Anspruch
13 umfasst. Dabei kann das Aufbringen des Faserverbundlaminats manuell
oder automatisiert erfolgen und es können eine oder mehrere Schichten
des Laminats in diesem Verfahrensschritt aufgebracht werden. Das
gasdichte Abdichten des Randbereichs kann beispielsweise durch Abkleben
des Randbereichs mit einem gasdichten Klebeband erfolgen oder es
kann ein im Randbereich überstehender
Teil der ersten Schicht so an die Querschnittsflächen der Mehrschichtfolie, des
Laminats und an die Bauteilform angelegt werden, dass eine Abdichtung
gegen die Umgebung erzielt wird.
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Das Erzeugen des relativen Unterdrucks kann
beispielsweise durch Verbinden des abgedichteten Raums zwischen
der ersten Schicht und der Bauteilform mit einer Unterdruckquelle,
beispielsweise einer Vakuumpumpe erreicht werden. Weiterhin kann
der relative Unterdruck erzeugt werden, indem die Umgebung des abgedichteten
Raums mit einem Überdruck
beaufschlagt wird und der abgedichtete Raum mit einem unter Normaldruck
stehenden Raum verbunden wird.
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Schließlich ist ein weiterer Aspekt
der Erfindung ein mittels des vorgenannten Verfahrens hergestelltes
Bauteil aus Faserverbundwerkstoff. Dieses Bauteil kann sich insbesondere
dadurch auszeichnen, dass es in einer Richtung senkrecht zur Flächenausdehnung
des Bauteils wesentlich größere Kontur-Höhenunterschiede aufweist als
Bauteile, die mit konventioneller Folie und konventionellen Verarbeitungszwischenschichten
hergestellt wurden. Weiterhin kann das mittels des vorgenannten
Verfahrens hergestellte Bauteil aus Faserverbundwerkstoff zahlreiche
Hinterschneidungen aufweisen, insbesondere Hinterschneidungen mit
größerem Hinterschnitt
als bei Bauteilen, die mit konventioneller Folie und Verarbeitungszwischenschichten
hergestellt wurden. Bauteile, die mit der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolie
hergestellt werden, können
gegenüber
konventionell hergestellten Bauteilen kompliziertere Geometrien
aufweisen. Insbesondere lassen sich mittels der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolie
auch dann kleine Detailstrukturen in Bauteilen verwirklichen, wenn diese
Bauteile benachbart zu diesen kleinen Detailstrukturen relativ große Geometriesprünge aufweisen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
werden anhand der Figuren erklärt.
Es zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
der erfidungsgemäßen Mehrschichtfolie
auf einem Laminat, welches auf einer Bauteilform aufliegt,
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2 eine
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolie
auf einem Laminat auf einer Bauteilform,
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3 eine
dritte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolie
auf einem Laminat auf einer Bauteilform,
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4 eine
vierte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolie
auf einem Laminat auf einer Bauteilform,
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5 eine
fünfte
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolie
auf einem Laminat auf einer Bauteilform, und
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6 eine
sechste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolie
auf einem Laminat auf einer Bauteilform.
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Die in 1 dargestellte
Ausführungsform der
Mehrschichtfolie weist eine luftundurchlässige Folie 10 auf,
an der eine Schaumschicht 20 befestigt ist. Die Folie 10 und
die Schaumschicht 20 sind flächig miteinander verbunden,
beispielsweise durch thermische Verschweißung oder durch Verklebung.
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Die Schaumschicht 20 besteht
aus einem offenzelligen, monomodalen Schaum, d.h. einem Schaum,
bei dem die Poren eine monomodale Größenverteilung besitzen und
untereinander verbunden sind. Das Polymergerüst kann aus einem einzigen Polymer
gebildet werden, es können
jedoch auch Polymergerüste
aus einem Copolymer, einem Blend, einem Verbundwerkstoff, einem
Nanocomposite oder einer Mischung aus den vorgenannten verwendet werden.
Die Schaumschicht 20 besitzt eine sehr gute Benetzbarkeit
mit einem Harz, welches als Matrixmaterial für einen zu verarbeitenden Verbundwerkstoff verwendet
wird.
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Auf der der Folie 10 gegenüberliegenden Seite
ist an der Schaumschicht 20 eine Kontaktschicht 30 befestigt,
die wiederum flächig
mit der Schaumschicht 20 verbunden ist. Die Kontaktschicht 30 ist
perforiert und somit durchlässig
für Flüssigkeiten
und Gase. Sie dient dazu, eine Verklebung der Schaumschicht 20 mit
einem Laminat, auf welches die Mehrschichtfolie aufgelegt wird,
zu vermeiden und auf diese Weise ein Entfernen der Mehrschichtfolie
nach der Aushärtung
des Laminats zu erleichtern.
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In der in 1 dargestellten Anwendung ist die erfindungsgemäße Mehrschichtfolie
auf ein Laminat 1 aufgelegt, welches aus mehreren Laminatschichten
aufgebaut ist. Die Mehrschichtfolie ist so auf das Laminat 1 aufgebracht,
dass die Kontaktschicht 30 bündig auf der Oberfläche des
Laminats aufliegt.
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Das Laminat 1 ist wiederum
als schichtweiser Aufbau auf eine Bauteilform 2 aufgetragen,
so dass die Grenzfläche
zwischen dem Laminat 1 und der Bauteilform 2 der
Grenzfläche
zwischen dem Laminat 1 und der Kontaktschicht 30 gegenüberliegt.
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Die Folie 10 erstreckt sich
im Randbereich 3 der Mehrschichtfolie weiter als die Schaumschicht 20 und
die Kontaktschicht 30. Auf diese Weise ist es möglich, wie
in der in 1 dargestellten
Anordnung gezeigt, die Folie 10 so umzuschlagen, dass ein
Abschnitt 11 der Folie die Seitenflächen der Schaumschicht 20,
der Kontaktschicht 30 und des Laminats 1 im Bereich 3 abdeckt
und ein Folienabschnitt 12 gasdicht an der Bauteilform
befestigt werden kann. Auf diese Weise wird zwischen der Folie 10,
dem überlappenden
Abschnitt 11 und dem an der Bauteilform befestigten Abschnitt 12 der
Folie 10 und der Bauteilform 2 ein gasdicht gegen
die Umgebung abgedichteter Zwischenraum ausgebildet, in welchem die
Schaumschicht 20, die Kontaktschicht 30 und das Laminat 1 angeordnet
sind.
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Die Mehrschichtfolie der 2 weist ebenfalls eine Kontaktschicht 130 und
eine Schaumschicht 120 auf, welche die gleichen Eigenschaften wie
die entsprechenden Schichten 30, 20 der 1 haben. Die Folie 110 der
Mehrschichtfolie in 2 erstreckt
sich im Randbereich nicht weiter als die Schaumschicht 120 bzw.
die Kontaktschicht 130, sondern hat die gleichen Längsabmessungen
wie diese beiden Schichten. Die gasdichte Abdichtung der Seitenflächen im
Bereich 3 der Schaumschicht 120, der Kontaktschicht 130 und
des Laminats 1 wird durch Aufbringen eines Dichtungsbandes 140 erreicht.
Das Dichtungsband 140 wird hierzu mit einem ersten Dichtungsbandabschnitt 141 gasdicht
mit der Folie 110 verbunden. Ausgehend von diesem ersten Dichtungsbandabschnitt 141 deckt
das Dichtungsband mit seinem Mittelbereich 142 die Querschnittsseitenflächen der
Schaumschicht 120, der Kontaktfläche 130 und des Laminats 1 ab
und ist anschließend
an diesen Mittelabschnitt 142 in einem zweiten Dichtungsbandabschnitt 143 gasdicht
mit der Bauteilform 2 verbunden.
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3 zeigt
eine Mehrschichtfolie, welche eine Folie 210 umfasst, die
hinsichtlich ihrer Eigenschaften mit der Folie 10 der 1 vergleichbar ist. Mit
der Folie 210 ist eine Schaumschicht verbunden, welche
aus zwei Teilschaumschichten 221, 222 aufgebaut
ist. Die zwei Teilschaumschichten 221, 222 sind
als offenzelliger, monomodaler Schaum ausgeführt. Die erste Teilschaumschicht 221 weist
Zellen mit einem größeren Porendurchmesser
auf als die zweite Teilschaumschicht 222. Die Anzahl der
Poren pro Volumeneinheit ist in der ersten Teilschaumschicht 221 geringer
als in der zweiten Teilschaumschicht 222. Die erste Teilschaumschicht 221 kann daher
auch dann, wenn sie durch mechanische, hydraulische, pneumatische
oder andere Einflüsse stark
komprimiert wird, einen Durchfluss von Gasen und Flüssigkeiten
durch die Poren und die sie verbindenden Kanäle gewährleisten. Die zweite Teil schaumschicht 222 ist
durch ihren feinzelligen Aufbau in der Lage, sich sehr exakt und
präzise
an kleine Detailstrukturen des Laminats 1 anzulegen. Die
zweite Teilschaumschicht 222 ist flächig mit der ersten Teilschaumschicht 221 verbunden
in solcher Art, dass ein Durchfluss von Gasen und Flüssigkeiten durch
die Grenzfläche
zwischen den beiden Teilschaumschichten möglich ist.
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An der zweiten Teilschaumschicht 222 ist, gegenüberliegend
zu ihrer Grenzfläche
zu der ersten Teilschaumschicht 221, eine Kontaktschicht 230 befestigt,
deren Eigenschaften identisch sind mit denjenigen der Kontaktschicht 30 der 1.
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Die in 4 dargestellte
Mehrschichtfolie weist, ebenso wie die vorangegangenen Mehrschichtfolien,
eine Dichtungsfolie 310 auf, deren Eigenschaften vergleichbar
sind mit der Dichtungsfolie 10 der 1. An der Dichtungsfolie 310 ist
eine Schaumschicht 320 flächig befestigt. Die Schaumschicht 320 besteht
aus einem Integralschaum. Dabei ist der Integralschaum der Schaumschicht 320 so ausgeführt, dass
die Porengröße sich
ausgehend von der Grenzfläche
zwischen der Schaumschicht 320 und der Dichtungsfolie 310 hin
zu der Grenzfläche
zwischen der Schaumschicht 320 und der Kontaktschicht 330 kontinuierlich
verringert und sich gleichzeitig die Porenanzahl pro Volumeneinheit
kontinuierlich erhöht.
Auf diese Weise wird in dem Integralschaum der Schaumschicht 320 ein
gleichmäßiger Übergang
von einem großporigen
Schaum mit wenigen Poren pro Volumeneinheit zu einem feinporigen
Schaum mit vielen Poren pro Volumeneinheit erreicht. Der Integralschaum
weist daher in verbesserter Weise die Eigenschaften der aus zwei
Teilschicht-Schäumen
aufgebauten Schaumschicht 221, 222 der 3 auf und ist einerseits
in der Lage auch bei starker Kompression Gase und Flüssigkeiten
zu leiten und zu speichern und kann sich andererseits sehr exakt
und präzise
an kleine Detailstrukturen des Laminats 1 anlegen.
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Die in 5 dargestellte
Mehrschichtfolie weist eine Dichtungsfolie 410 und eine
Schaumschicht 420 auf, die vergleichbar sind mit der Dichtungsfolie 10 und
der Schaumschicht 20 der 1. An
der Schaumschicht 420 ist gegenü berliegend zur Dichtungsfolie 410 eine
Kontaktschicht 430 flächig befestigt.
Die Kontaktschicht 430 ist gas- und harzdurchlässig und
ist auf ihrer der Schaumschicht 420 gegenüberliegenden
Fläche
mit einer Abreißgewebeschicht 440 flächig verbunden.
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Die Abreißgewebeschicht 440 ist
so ausgebildet, dass sie durchlässig
ist für
das aus dem Laminat 1 austretende Harz, von diesem Harz
durchtränkt wird
und auf diese Weise fest mit dem Laminat 1 verklebt wird,
wenn das Harz aushärtet.
Bei Entfernen der Mehrschichtfolie nach Aushärten des Harzes erfolgt eine
Trennung in der Grenzfläche
zwischen der Kontaktschicht 430 und der Abreißgewebeschicht 440 und
die Abreißgewebeschicht 440 verbleibt
fest verklebt auf dem Laminat 1 und bildet die Oberflächenschicht
dieses Laminats.
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Die Abreißgewebeschicht 440 könnte jedoch auch
direkt mit der Schaumschicht 420 verbunden sein. In diesem
Falle ist keine Kontaktschicht vorhanden und die Trennung würde zwischen
der Abreißgewebeschicht 440 und
der Schaumschicht 420 erfolgen.
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6 zeigt
einen gegenüber 5 vereinfachten Aufbau der
Mehrschichtfolie. Die Mehrschichtfolie der 6 weist eine Dichtungsfolie 510 und
eine Schaumschicht 520 auf, welche in ihren Eigenschaften
der Dichtungsfolie 10 und der Schaumschicht 20 der 1 gleicht.
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Auf der der Dichtungsfolie 510 gegenüberliegenden
Fläche
der Schaumschicht 520 ist eine Abreißgewebeschicht 541, 542 befestigt,
welche aus einer ersten Teilgewebeschicht 541 und einer
zweiten Teilgewebeschicht 542 besteht. Die Mehrschichtfolie der 6 ist, wie zuvor beschrieben,
auf ein Laminat 1, welches auf einer Bauteilform 2 aufgebaut
ist, aufgelegt. Wird die Mehrschichtfolie der 6 nach Aushärten des Harzes des Laminats 1 von
dem Laminat abgenommen, so verbleibt die zweite Teilgewebeschicht 542 fest
verklebt auf dem Laminat 1, wohingegen die erste Teilgewebeschicht 541 an
der Schaumschicht 520 verbleibt. Zu diesem Zweck ist die
Grenzfläche
zwi schen den Teilgewebeschichten 541, 542 so ausgebildet,
dass die Haftung zwischen diesen beiden Teilgewebeschichten geringer
ist als die Haftung der Teilgewebeschicht 542 an dem Laminat
und als die Haftung zwischen der Teilgewebeschicht 541 und
der Schaumschicht 520.
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Die Mehrschichtfolie der 3 bis 6 ist in gleicher Weise wie in 1 und 2 auf ein Laminat 1, welches
auf eine Bauteilform 2 aufgebaut ist, aufgelegt. Die Abdichtung
der Querschnittseitenflächen der
Mehrschichtfolienschichten und des Laminats 1 und die gasdichte
Verbindung mit der Bauteilform 2 kann wiederum in gleicher
Weise wie in 1 oder 2 durch einen überstehenden
Abschnitt der Folie 210, 310, 410 bzw. 510 oder
durch ein Abdichtband erreicht werden.
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Die vorgenannten Schichtaufbauten
der Mehrschichtfolie können
in beliebiger Weise, angepasst an bestimmte Anwendungszwecke, miteinander
kombiniert werden. Insbesondere kann eine aus zwei oder mehr Teilschichten
bestehende Schaumschicht oder eine aus einem Integralschaum aufgebaute
Schaumschicht mit einer Abreißgewebeschicht gemäß 5 oder 6 kombiniert werden.
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Die Schaumschicht 20, 120, 221, 222, 320, 420 und 520 kann
als offenzelliger Schaum, als Vlies, als textiles Gewebe oder ähnliches
ausgeführt
sein.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass zunächst
in einem manuellen oder automatisierten Verfahren nacheinander und
alternierend mehrere Faser- und Harzschichten 1 auf eine
Bauteilform 2 aufgetragen werden. Hierauf folgend wird
eine abschließende
Harzschicht auf das so aufgebaute Laminat 1 aufgetragen.
Alternativ kann abschließend
zwecks Erzielung einer glatten Oberfläche eine Gelcoatschicht aufgetragen
werden.
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Nachdem auf solche Weise das Laminat
auf der Bauteilform aufgebaut wurde, wird unmittelbar auf das noch
flüssige
Harz eine Mehrschichtfolie gemäß einer der 1 bis 6 so auf die der Bauteilform gegenüberliegende
Oberfläche
des Laminats aufgelegt, dass die Schaumschicht, bzw. die Kontaktschicht
bzw. die Abreißgewebeschicht
flächig
auf der Oberfläche
des Laminats aufliegt. Hierauf folgend werden durch Abdichten mittels
eines überstehenden Teils
der Dichtungsfolie oder durch Abdichten mittels eines Dichtungsbandes
die Querschnittsseitenflächen
der Mehrschichtfolie und des Laminats abgedichtet und eine gasdichte
Verbindung zwischen der Dichtungsfolie und der Bauteilform hergestellt.
Auf diese Weise wird ein gasdichter Zwischenraum zwischen der Dichtungsfolie
und der Bauteilform hergestellt, in welchem die Schaumschicht, die
Kontaktschicht und gegebenenfalls die Abreißgewebeschicht der Mehrschichtfolie
und das Laminat 1 angeordnet sind.
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Hierauf folgend wird der Absaugvorgang
vorgenommen. Hierzu kann der gesamte Aufbau aus Laminat, Bauteilform
und Mehrschichtfolie in einen Autoklaven eingebracht und ein Druck
von beispielsweise bis zu 7 bar auf die Außenseite der Dichtungsfolie
aufgebracht werden. Um durch diese Druckeinwirkung eine Komprimierung
des Aufbaus aus Mehrschichtfolie und Laminat zu erzielen ist es
vorteilhaft, die Schaumschicht mittels einer Druckausgleichsleitung
mit dem Atmosphärendruck
oder einem geringeren Druck als dem im Autoklaven herrschenden Druck
zu verbinden. Diese Druckausgleichsverbindungsleitung wird vorzugsweise
in dem an die Dichtungsfolie grenzenden Bereich der Schaumschicht angelegt,
um auch bei Komprimierung der Schaumschicht in ihrem zu dem Laminat
weisenden Bereich noch eine Druckausgleichswirkung zu erzielen.
Insbesondere bei Verwendung von mehrschichtigen Schaumschichten
oder Schaumschichten aus Integralschaum ist es vorteilhaft, wenn
die Druckausgleichsleitung oder die mehreren Druckausgleichsleitungen
in dem der Grenzfläche
zum Laminat bzw. zur Kontaktschicht bzw. zur Abreißgewebeschicht
gegenüberliegenden
Bereich der Schaumschicht angeordnet sind.
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Zusätzlich kann, um die Verformbarkeit
der Mehrschichtfolie zu erhöhen
und die Aushärtung
des Harzes des Laminats 1 zu erreichen oder zu beschleunigen
in dem Autoklaven eine erhöhte
Temperatur, üblicherweise
etwa 180 °C, erzeugt
werden. Nach einer Einwirkdauer von ca. 2 Stunden ist das Harz ausgehärtet und
der Aufbau kann aus dem Autoklaven entnommen werden. Hierauf folgend
kann die Mehrschichtfolie von dem Laminat und das Laminat von der
Bauteilform abgenommen werden. Das Faserverbundbauteil ist hieraufhin
vorgefertigt und kann weiteren Fertigungschritten, beispielsweise
einer spanenden Bearbeitung oder einer Oberflächenbehandlung, zugeführt werden.
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Alternativ zur Aushärtung im
Autoklaven kann über
eine Vakuumleitung ein Vakuum an den Zwischenraum zwischen Dichtungsfolie
und Bauteilform angelegt werden. Die Verbindungsleitung zur Vakuumquelle
wird dabei in vorteilhafter Weise in der gleichen Art angeordnet
wie die zuvor beschriebene Druckausgleichsleitung, d.h. in dem Bereich
der Schaumschicht, der an die Dichtungsfolie grenzt.
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Nach Beendigung des Fertigungsverfahrens ist
die Mehrschichtfolie mit ausgehärtetem
Harz aus dem Laminat 1 durchtränkt und kann in der Regel nicht
wiederverwendet werden.