DE102006033011A1

DE102006033011A1 - Fan wheel, for an axial tunnel ventilation/extraction fan, has one-piece non-stick fan vanes of a carbon fiber reinforced plastics woven bonded to an inlay

Info

Publication number: DE102006033011A1
Application number: DE200610033011
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. Heiser; Martin Dipl.-Ing. Kresse; Andreas Dipl.-Ing. Petzoldt (FH); Michael Dipl.-Kaufm. Kresse
Original assignee: Dynamic Compounds & Co KG GmbH
Current assignee: Dynamic Compounds & Co KG GmbH
Priority date: 2006-07-17
Filing date: 2006-07-17
Publication date: 2008-01-24

Abstract

The fan wheel for an axial fan, especially for a tunnel ventilation and extractor fan, has one-piece and non-stick fan vanes of a carbon fiber reinforced plastics woven material, together with ceramics. A blown inlay (3) is covered by the woven carbon fiber reinforced plastics, to be subjected to an overpressure for bonding and hardening within a microwave oven (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken aus Faserverbundwerkstoffen, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK).The The invention relates to a method for the production of three-dimensional workpieces made of fiber composite materials, in particular carbon fiber reinforced plastic (CFRP).

In den letzten Jahren hat die Herstellung von Werkstücken aus innovativen High-Tech-Kunststoffen verstärkt zugenommen. Dabei ersetzen in der Luft- und Raumfahrt, aber auch im Sportbereich, Verbundwerkstoffe zunehmend metallische Werkstoffe. Der Vorteil dieser Werkstoffe besteht in ihrem deutlich reduzierten Gewicht. Das eingesparte Gewicht senkt Energiekosten.In the last few years has made the production of workpieces innovative high-tech plastics increased. Replace it in aerospace, but also in sports, composites increasingly metallic materials. The advantage of these materials consists in their significantly reduced weight. The saved weight lowers Energy costs.

Üblicherweise werden derartige Kohlenstofffaser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe in Autoklaven hergestellt. In diesen Autoklaven werden üblicherweise Drücke von bis zu 10 bar und Temperaturen von bis zu 400°C erzeugt. Die Druckbeaufschlagung erfolgt mittels Kompressoren. Oft werden auch Druckspeicher verwandt, um bei kleineren Kompressionen bedarfsweise ausreichend Druckluft bereitstellen zu können.Usually Such carbon fiber-plastic composites are produced in autoclaves. In these autoclave are usually pressures of up to 10 bar and temperatures of up to 400 ° C generated. The pressurization takes place by means of compressors. Often also used pressure accumulator to demand for smaller compressions to provide sufficient compressed air.

Der hohe Druck im Inneren des Autoklaven wird genutzt, um die einzelnen Laminatschichten der Verbundstoffe zu verpressen. Meistens wird das Bauteil zusätzlich, etwa mittels eines Vakuumsacks, im Autoklaven evakuiert, um überschüssige Luft aus dem Verbund zu entfernen. Das Kunstharz im Faserverbund-Bauteil, bei dem es sich zumeist um Epoxid-Harze handelt, wird dann bei hoher Temperatur, etwa 100–250°C, über mehrere Stunden ausgehärtet. Allerdings sind die hohen Anschaffungskosten der Autoklaven sowie die erheblichen Energiekosten für den Betrieb eines Autoklaven auch ein erheblicher Fertigungsnachteil, so dass diese Technik bisher nur im Bereich der Hochtechnologie, also für Zwecke der Luft- und Raumfahrt oder des Motorsports zum Einsatz kommt bzw. bei extrem hochpreisigen Produkten, wie etwa bei Spitzen-Fahrrädern des Hochpreis-Bereichs.Of the high pressure inside the autoclave is utilized to the individual To laminate laminate layers of the composites. Mostly will the component additionally, for example by means of a vacuum bag, evacuated in an autoclave to excess air to be removed from the composite. The synthetic resin in the fiber composite component, which are mostly epoxy resins, is then at high Temperature, about 100-250 ° C, over several Hardened for hours. However, the high initial cost of the autoclave as well the significant energy costs for the operation of an autoclave also a significant manufacturing disadvantage, so far this technique has only been used in high-tech, So for Aerospace or motorsport purposes comes or in extremely high-priced products, such as top-of-the-range bicycles High-price range.

Üblicherweise werden im Bereich großflächiger und wenig gekrümmter Bauteile, wie etwa im Flugzeugbereich, mit Harz imprägnierte Carbonfaser-Bänder so genannte „Prepregs" eingesetzt. Vor dem Aushärten durch Druck und Hitze im Autoklaven, mithin dem besagten Hochdruckofen, werden sie mittels rechnergesteuerter Tape-Legemaschinen in die spätere Form gebracht.Usually be in the area of large and little curved Components, such as in the aircraft sector, impregnated with resin Carbon fiber tapes used so-called "prepregs" Harden by pressure and heat in the autoclave, thus the said high-pressure furnace, They are using computer-controlled tape-laying machines in the latter Brought form.

Für stärker gekrümmte oder komplexere Strukturen werden derzeit andere Herstellungsmethoden überprüft. So werden beispielsweise Bauteile aus CFK-Gewebe zunächst in einem trockenen Zustand in die gewünschte Form gebracht und das vorstehend erwähnte Harz erst danach in das Gewebe eingearbeitet. So werden beispielsweise bei der Herstellung der Airbus-Druckkalotte multiaxiale Carbonfaser-Gelege anstelle der erwähnten Prepregs eingesetzt. Zur Verbindung der genannten Gelege-Bahnen werden maschinell Nähte gefertigt. Zur Erhöhung der Festigkeit können mehrere der auf diese Weise gefertigten Teppiche übereinandergelegt und wiederum im Autoklaven unter Hitze und Vakuum ausgehärtet werden.For more curved or More complex structures are currently being reviewed for other manufacturing methods. So be For example, components made of CFRP fabric initially in a dry state in the desired Form brought and the above-mentioned resin only then in the Fabric incorporated. For example, in the production the Airbus pressure dome uses multiaxial carbon fiber scrim instead the mentioned Used prepregs. To connect the said scrim trains are Machine seams manufactured. To increase the strength can several of the carpets made in this way superimposed and again cured in an autoclave under heat and vacuum.

Um insbesondere die beträchtlichen Kosten für den Betrieb eines Autoklaven zu sparen, wird darüber hinaus in letzter Zeit mit Mikrowellenöfen experimentiert. Zwar kann über die genannten Mikrowellenöfen die gewünschte Temperatur vergleichsweise kostengünstig erzeugt werden. Bis dato ist es aber nicht bekannt, derartige Mikrowellenöfen auch als Hochdrucköfen auszubilden. Der Einsatz derartiger Hochdrucköfen ist aber der Garant für hochpräzise Oberflächen, die extrem formtreu und glatt, also ohne Blasenbildung, gefertigt sind.Around especially the considerable ones costs for In addition, saving the operation of an autoclave is lately with microwave ovens experimented. Although can over the said microwave ovens the desired Temperature can be generated comparatively inexpensive. To date However, it is not known to form such microwave ovens as high-pressure furnaces. The use of such high-pressure furnaces but is the guarantor for high-precision surfaces that extremely true to form and smooth, so without blistering, are made.

Eine weitere Herausforderung bei der Fertigung von dreidimensionalen Werkstücken unter Einsatz von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff ist es, diese Werkzeuge unter Belassung eines Hohlraumes auszubilden. Ein Interesse an solchen Werkstücken besteht schon aus Gewichts- und Kostengründen. Es wird daher teilweise mit verschiedenen Armierungstechniken gearbeitet, also mit Techniken, bei denen Versteifungen oder Verstärkungselemente in das entsprechende carbonfaserverstärkte Werkstück eingearbeitet werden.A further challenge in the production of three-dimensional workpieces using carbon fiber reinforced plastic, it is this Form tools while leaving a cavity. An interest on such workpieces exists already for weight and cost reasons. It therefore becomes partial worked with different reinforcement techniques, so with techniques which stiffeners or reinforcing elements in the corresponding carbon fiber reinforced workpiece are incorporated.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neues und vor allem kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken, zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Verfahren gemäß Hauptanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Hauptanspruchs ergeben sich gemäß den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 13.outgoing From this prior art, the invention is based on the object a new and, above all, inexpensive Process for the production of three-dimensional workpieces, too create. The solution This object is achieved by a method according to the main claim. advantageous Embodiments of the main claim will become apparent according to the features the claims 2 to 13.

Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht nun darin, dass zunächst ein Hohlkammer-Blasteil aus einem geeigneten Thermoplast als Inlay zur Herstellung des gewünschten dreidimensionalen Werkstücks gefertigt wird. Dabei hat der Blasling zumindest annähernd die Form des zu fertigenden Werkstücks. Der Blasling wird anschließend, in an sich bekannter Weise, mit einem je nach zu fertigendem Werkstück geeigneten CFK-Gewebe beschickt und anschließend mitsamt dem integriertem Blasling als Inlay unter Einsatz von Hitze und Druck, in ebenfalls an sich bekannter Weise, ausgehärtet.The Particularity of the method according to the invention is now that first a hollow-chamber blown part made of a suitable thermoplastic as an inlay for producing the desired three-dimensional workpiece is manufactured. The Blasling has at least approximately the Shape of the workpiece to be produced. The Blasling is subsequently, in a conventional manner, with a suitable depending on the workpiece to be manufactured CFRP fabric and then fed together with the integrated Blasling as an inlay using heat and pressure, in as well in a known manner, cured.

Die Verwendung eines Blaslings als Inlay bietet bei der Herstellung eines derartigen dreidimensionalen Werkstücks aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff sowohl bei der Fertigung, als auch bei dem zu verwendenden Aushärteverfahren diverse noch zu erörternde Vorteile.The use of a bladder as an inlay provides in the manufacture of such a three-dimensional workpiece from carbon fiber reinforced In addition, in plastic as well as in the curing process to be used, various advantages still to be discussed.

Es hat sich darüber hinaus als vorteilhaft erwiesen, wenn der als Inlay vorgesehene Blasling zwar druckfest und mechanisch belastbar aber gleichwohl plastisch verformbar ausgebildet ist. Dies hat zunächst den Vorteil, dass der Blasling in der Phase des Aushärtens druckbeaufschlagt werden kann, wobei zur besseren Verpressung des Blaslings mit dem CFK-Gewebe es vorteilhaft ist, wenn der Blasling in Folge der Druckbeaufschlagung ausgedehnt, also plastisch verformbar ist. Trotz dieser bestimmungsgemäßen Verformbarkeit soll der Blasling aber gleichwohl ausreichend mechanisch fest sein, um mit an sich bekannten Verfahren entweder von Hand oder mit entsprechenden Automaten mit dem CFK-Gewebe maschinell beschickt zu werden.It has about it proven to be advantageous when the intended as an inlay Blasling Although pressure-resistant and mechanically strong but nevertheless is formed plastically deformable. This has the first Advantage that the bladder can be pressurized in the curing phase, wherein for better compression of the Blaslings with the CFRP tissue it is advantageous if the Blasling as a result of the pressurization extended, so plastically deformable. Despite this intended deformability However, the Blasling should nevertheless be sufficiently strong mechanically to by methods known per se either by hand or with appropriate Automat machines to be fed with the CFRP fabric.

In konkreter Ausgestaltung kann der Blasling hierzu aus Polyamid gefertigt sein, wobei die Stärke des Polyamids in Abhängigkeit von den gewählten Belastungen, der Größe des zu fertigenden Werkstücks und den insofern zu beachtenden Drücken und Temperaturen gewählt ist. Ein übliches Berechnungsverfahren für die Wandstärke des Blaslings, also der Dicke des Polyamid-Werkstoffs bzw. der insoweit einzusetzenden Schichten, ist die Methode der finiten Elemente oder die klassische Laminat-Theorie oder eben andere geeignete Berechnungsverfahren.In concrete embodiment, the Blasling this made of polyamide be the strength of the Polyamide dependent from the chosen loads, the size of the finished workpiece and the pressures and temperatures to be considered in this respect is selected. A common one Calculation method for the wall thickness Blaslings, so the thickness of the polyamide material or the extent layers to be used is the finite element method or the classical laminate theory or other suitable calculation methods.

Sobald der Blasling, wie vorstehend beschrieben, gefertigt ist, wird er in an sich bekannter Weise mit einem CFK-Gewebe beschickt und dann in einem geschlossenen Raum bestimmungsgemäß Hitze und/oder Druck ausgesetzt und somit das CFK-Gewebe mit dem als Inlay dienenden Blasling zur Ausbildung eines homogenen dreidimensionalen Werkstücks verpresst.As soon as the Blasling, as described above, it is made fed in a conventional manner with a CFRP fabric and then in a closed Room as intended heat and / or pressure and thus the CFRP fabric with the inlay serving Blasling pressed to form a homogeneous three-dimensional workpiece.

Als geschlossener Raum kommen wahlweise ein Autoklav oder ein Mikrowellenofen in Betracht. Im Autoklaven kann im Unterschied zum Mikrowellenofen, wie bereits erwähnt wurde, zusätzlich mit Überdruck auf das zu fertigende Werkstück eingewirkt werden.When closed room come either an autoclave or a microwave oven into consideration. In the autoclave, unlike the microwave oven, As already mentioned was, in addition with overpressure on the workpiece to be produced be acted.

Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch in beiden Fällen möglich, den Blasling innerhalb des geschlossenen Raumes mittels einer geeigneten Füllung mit einem Überdruck zu beaufschlagen, so dass der Blasling infolge seiner plastischen Verformbarkeit an das den Blasling umgreifende CFK-Gewebe angepresst wird. Diese Möglichkeit führt zu drastisch verbesserten Verbundeigenschaften des Werkstücks.alternative or additionally It is, however, in both cases possible, the Blasling within the closed space by means of a suitable filling with an overpressure to act on, so that the Blasling due to its plastic Deformability pressed against the Blasling embracing CFRP fabric becomes. This possibility leads to drastically improved composite properties of the workpiece.

Hierzu hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn an den Blasling ein zu einem späteren Zeitpunkt entfernbarer Druckstutzen angeformt ist, an den bedarfsweise ein Kompressor angeschlossen werden kann.For this It has proved to be advantageous if a to the Blasling a later one Time removable pressure port is formed, if necessary a compressor can be connected.

Ergänzend kann der von dem CFK-Gewebe umschlossene Blasling innerhalb des geschlossenen Raumes in einem Vakuumsack aufgenommen werden, aus dem dann zur Erzeugung eines Unterdrucks die Luft evakuiert wird, um hierdurch das CFK-Gewebe an den Blasling außenwandig anzupressen, etwaige Luft zwischen Blasling und CFK-Gewebe zu entfernen und überdies für eine gute Durchdringung der Schichten des CFK-Gewebes mit dem Epoxid-Harz zu sorgen.In addition can the bladder enclosed within the CFRP tissue within the closed space be taken in a vacuum bag, then from the generation a vacuum, the air is evacuated to thereby the CFRP fabric to the Blasling außenwandig Press to remove any air between the Blasling and CFK fabric and moreover for one good penetration of the layers of CFRP fabric with the epoxy resin.

Für den Fall, dass als geschlossener Raum ein Autoklav eingesetzt wird, hat es sich bewährt, den Blasling im Autoklaven mit einem Druck mit bis zu 12 bar und Temperaturen von bis zu 450°C mit dem den Blasling umgebenden CFK-Gewebe zu verbinden und den Verbundwerkstoff entsprechend auszuhärten.In the case, It has, that as an enclosed space an autoclave is used proven, the bladder in autoclave with a pressure of up to 12 bar and Temperatures of up to 450 ° C to connect with the CFRP fabric surrounding the bladder and the composite material cure accordingly.

In alternativer Ausgestaltung des Verfahrens kann der mit einem CFK-Gewebe beschickte Blasling allerdings auch in einen von zwei Halbzeugen zusammengesetzten Formling eingelegt werden und dann mitsamt dieses Formlings in einen Mikrowellenofen eingebracht werden, wobei dann mittels des Mikrowellenofens die erforderliche Hitzebehandlung vorgenommen wird.In Alternative embodiment of the method may be with a CFRP fabric but fed Blasling in one of two semi-finished products assembled molding and then together with this Molded are introduced into a microwave oven, in which case made the required heat treatment by means of the microwave oven becomes.

Die ggf. erforderliche, ergänzende Druckbehandlung innerhalb des Mikrowellenofens kann dadurch erfolgen, dass zunächst der Blasling, wie vorstehend erwähnt, mit einem Überdruck beaufschlagt wird und überdies der in den Mikrowellenofen eingebrachte Formling in einem Vakuumsack angeordnet ist, wobei an diesen Vakuumsack eine außerhalb des Mikrowellenofens angeordnete Vakuumpumpe angeschlossen wird, und somit ein Unterdruck aufgebracht wird. Auch bei dieser Methode wird in der vorstehend beschriebenen Weise der als Inlay dienende Blasling mit dem CFK-Gewebe verpresst.The if necessary, supplementary Pressure treatment inside the microwave oven can be done by that first the Blasling, as mentioned above, with an overpressure is charged and moreover the introduced into the microwave oven molding in a vacuum bag is arranged, with an external to this vacuum bag connected to the microwave oven vacuum pump is connected, and thus a negative pressure is applied. Also with this method In the manner described above, the bladder serving as the inlay is used pressed with the CFRP fabric.

Die vorstehend bereits erwähnte mechanische Festigkeit des Blaslings erlaubt es, dass der Blasling vor der erwähnten Hitze- und/oder Druckbehandlung mit Carbon-Rovings derart beschickt wird, dass dieser mit den genannten Carbon-Endlos-Fasern umwoben oder umflochten wird. Hierzu können sowohl manuelle Verfahren wie maschinelle Verfahren zum Einsatz kommen.The already mentioned above mechanical strength of the Blaslings allows the Blasling before the mentioned Heat and / or pressure treatment with carbon rovings so charged is that this woven or braided with said carbon endless fibers becomes. This can be done both Manual procedures such as mechanical methods are used.

Mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens können beispielsweise auch Lüfterflügel, wie sie zur Tunnelbe- und -Entlüftung eingesetzt werden, aber auch Turbinenschaufeln hergestellt werden.through of the method described above, for example, fan blades, as they for tunnel ventilation and de-aeration be used, but also turbine blades are produced.

Das Verfahren wird nachstehend anhand eines in der Beschreibung nur schematisch dargestellten Beispiels näher erläutert:The Method will be described below with reference to one in the description only schematically illustrated example:

Es zeigenShow it

1: eine Hohlschaufel eines Lüfters oder einer Turbine im Querschnitt, 1 : a hollow blade of a fan or a turbine in cross-section,

2: einen Mikrowellenofen mit integriertem Formling zur Aushärtung der Hohlschaufel in einer Prinzipskizze, 2 : a microwave oven with integrated molding for curing the hollow blade in a schematic diagram,

3: ein Unterteil und ein Oberteil des Formlings jeweils in einer Draufsicht, 3 : a lower part and a top part of the molding, each in a plan view,

4: eine Detailansicht zur Verbindung zwischen einem Inlay und der das Inlay umgebenden Beschickung mit einem CFK-Gewebe in einer Prinzipskizze, 4 : a detailed view of the connection between an inlay and the feed surrounding the inlay with a CFRP fabric in a schematic diagram,

5: einen Blasling mit einer Beschickung aus Carbon-Rovings in einer Draufsicht und 5 : a blower with a charge of carbon rovings in a top view and

6: eine weitere Prinzipskizze zur Aushärtung des Werkstücks in einem Mikrowellenofen unter Verwendung eines Vakuumsacks. 6 : Another schematic diagram for curing the workpiece in a microwave oven using a vacuum bag.

1 zeigt beispielhaft ein dreidimensionales Werkstück 1 mit einem Hohlkörper 2 im Querschnitt. Vorliegend handelt es sich um eine aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) gefertigte Hohlschaufel mit einem Inlay 3. Das Inlay 3 ist duktil ausgebildet und in seinen Abmessungen etwas kleiner ausgestaltet als der Flügel selbst. Die Außenhaut 4 des Flügels ist aus dem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff nach dem im Folgenden zu erläuternden Verfahren hergestellt. 1 shows an example of a three-dimensional workpiece 1 with a hollow body 2 in cross section. In the present case, it is a hollow blade made of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) with an inlay 3 , The inlay 3 is ductile and somewhat smaller in size than the wing itself. The outer skin 4 the blade is made of the carbon fiber reinforced plastic according to the method to be explained below.

Gemäß der Darstellung in 2 können derartige Werkstücke mittels zweier Halbschalen hergestellt werden, die einen Formling 5 ausbilden. Der Formling 5 besteht aus einem Unterteil 6 und einem Oberteil 7 und kann aus demselben Material bestehen wie das Werkstück selbst. Bei der Gestaltung des Werkzeugs bringt dies den Vorteil, dass Werkzeug und Werkstück identische Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. In den genannten Formling 5 eingelegt ist als geschlossener Hohlkörper ein Blasling zur Ausbildung des späteren Inlays 3. Der Blasling wird mit einem CFK-Gewebe beschickt und der solcherart vorbereitete Blasling in den Formling 5 eingelegt und in einen Mikrowellenofen 8 zur Hitzebehandlung eingebracht. Ein derartiger Blasling kann in an sich bekannter Weise aus Polyamid gefertigt werden. Die Bemessung der Wandstärke des Blaslings erfolgt in Abhängigkeit von dem zu fertigenden Werkstück 1, dessen Beanspruchung und des zur Fertigung vorgesehenen Herstellungsverfahrens.As shown in 2 Such workpieces can be made by means of two half-shells, which form a molding 5 form. The molding 5 consists of a lower part 6 and a top 7 and may consist of the same material as the workpiece itself. In the design of the tool, this has the advantage that the tool and the workpiece have identical thermal expansion coefficients. In the mentioned molding 5 is inserted as a closed hollow body a Blasling for the formation of the later inlay 3 , The Blasling is fed with a CFRP fabric and the thus prepared Blasling in the molding 5 inserted and placed in a microwave oven 8th introduced for heat treatment. Such a Blasling can be made in a conventional manner of polyamide. The dimensioning of the wall thickness of the Blaslings takes place in dependence on the workpiece to be manufactured 1 , its stress and the manufacturing process envisaged for production.

Vorteilhaft ist der Blasling 9 gemäß der Darstellung in 3 mit einem Druckstutzen versehen, um über ein externes Druckaggregat 10 den Blasling 9 mit einem entsprechenden Überdruck beaufschlagen zu können. Dabei kann mittels des Druckaggregats 11 ein geeignetes Gas, im einfachsten Fall Luft, ggf. auch Öl oder andere Medien, in den Blasling 9 eingepresst werden. Üblicherweise wird der Blasling 9 mit Drücken von bis zu 12 bar beaufschlagt. Gleichzeitig ist der Blasling 9 im vorliegenden Beispiel mit so genannten „Prepregs", also mit harzimprägnierten Carbonfaser-Bändern, umwickelt.Advantageous is the Blasling 9 as shown in 3 provided with a discharge nozzle to an external pressure unit 10 the Blasling 9 to be able to apply an appropriate overpressure. It can by means of the pressure unit 11 a suitable gas, in the simplest case air, possibly also oil or other media, in the Blasling 9 be pressed. Usually, the Blasling 9 subjected to pressures of up to 12 bar. At the same time is the Blasling 9 wrapped in the present example with so-called "prepregs", ie with resin-impregnated carbon fiber tapes.

Ein solcherart mit einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff-Gewebe beschickter Blasling 9 wird dann in den zweiteiligen Formling 5 bestehend aus einer unteren und einer oberen Halbschale 6 und 7 eingelegt, wie in 3 gezeigt.Such with a carbon fiber reinforced plastic fabric loaded Blasling 9 is then in the two-piece molding 5 consisting of a lower and an upper half shell 6 and 7 inserted as in 3 shown.

In dem Mikrowellenofen 8, der anstelle eines Hochdruckofens, eines so genannten „Autoklaven", im vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommt, wird der entsprechend mit einem CFK-Gewebe beschickte Blasling 9 innerhalb des Formlings mit einer Temperatur von bis zu 250°C beaufschlagt. Darüber hinaus wird der Blasling 9 mit einem Überdruck von bis zu 12 bar beaufschlagt, wobei sich in Folge der Druckbeaufschlagung das Polyamid ausdehnt und so mit dem CFK-Gewebe verpresst wird. Zusätzlich vereinigt die Wärme des Mikrowellenofens 8 die Fasern und das Harz des Carbonverbundes.In the microwave oven 8th , which is used in the present embodiment instead of a high-pressure furnace, a so-called "autoclave", is the corresponding Blasling charged with a CFRP fabric 9 within the molding subjected to a temperature of up to 250 ° C. In addition, the Blasling 9 subjected to an overpressure of up to 12 bar, which expands as a result of the pressurization of the polyamide and is thus pressed with the CFRP fabric. In addition, the heat of the microwave oven unites 8th the fibers and the resin of the carbon composite.

Gemäß der Darstellung in 4 wirkt somit inwendig ein Innendruck 12 auf den Blasling 9, der sich infolge dessen ausdehnt, während sich gleichzeitig unter dem Wärmeeinfluss die Kohlenstofffasern erwärmen und sich somit an dem Gewebe anlagern.As shown in 4 Thus, an internal pressure acts internally 12 on the Blasling 9 which expands as a result, while at the same time heat the carbon fibers under the influence of heat and thus accumulate on the tissue.

Alternativ zu den vorstehend genannten Prepregs 11 können gemäß 5 auch Carbon-Rovings maschinell oder manuell um den Blasling 9 gewickelt werden und somit einen mit einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff beschickten Blasling 9 ausbilden, der dann ebenfalls unter Druck und Wärme zu dem gewünschten Werkstück verpresst und ausgehärtet wird.Alternatively to the prepregs mentioned above 11 can according to 5 also carbon rovings by machine or manually around the Blasling 9 be wound and thus a loaded with a carbon fiber reinforced plastic Blasling 9 form, which is then also pressed under pressure and heat to the desired workpiece and cured.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens kann der im Mikrowellenofen 8 eingebrachte Formling 5 zusätzlich von einem Vakuumsack 14 umschlossen werden. Aus diesem Vakuumsack 14 wird dann mittels einer entsprechenden Vakuumpumpe 16 die Luft evakuiert, mithin ein Unterdruck erzeugt, der neben dem Anpressdruck des druckbeaufschlagten Blaslings 9 dafür sorgt, dass in Folge des Unterdrucks das den Blasling 9 umgebende CFK-Gewebe auf den Blasling 9 gepresst wird und insbesondere etwa im Gewebe eingeschlossene Luftblasen evakuiert werden. Infolge des Unterdrucks wird darüber hinaus das zur Verbindung eingesetzte Epoxid-Harz mit dem Gewebe verpresst. Das überschüssige Harz kann auslaufen so dass ein optimales Faser-Matrix-Verhältnis entsteht, was eine besonders hochwertige Oberfläche mit sich bringt. Wie ebenfalls in 6 ersichtlich, kann diese unbeschadet des in den Formling 5 aufgenommenen Blaslings gleichzeitig inwendig mit einem Überdruck beaufschlagt werden. Aus diesem Grund weist der Formling 5 einen entsprechenden Anschlussstutzen 15 für einen Druckschlauch auf.In a further embodiment of the method can in the microwave oven 8th introduced molding 5 additionally from a vacuum bag 14 be enclosed. Out of this vacuum bag 14 is then by means of a corresponding vacuum pump 16 evacuated the air, thus generating a negative pressure, in addition to the contact pressure of the pressurized Blaslings 9 ensures that as a result of the negative pressure that the Blasling 9 surrounding CFRP fabric on the Blasling 9 is pressed and in particular evacuated about trapped in the tissue air bubbles. As a result of the negative pressure is over hi nosed the epoxy resin used for the compound with the tissue. The excess resin may leak to give an optimum fiber-to-matrix ratio, resulting in a particularly high surface area. Like also in 6 Obviously, this can be unscathed in the molding 5 recorded Blaslings simultaneously be applied internally with an overpressure. For this reason, the molded article 5 a corresponding connection piece 15 for a pressure hose.

Vorstehend ist somit ein Verfahren beschrieben, das aufgrund der Verwendung eines vorzugsweise aus Polyamid gefertigten Blaslings 9 es erlaubt, unter Verzicht eines Autoklaven ein dreidimensionales Werkstück aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff mit einem entsprechenden Inlay 3 herzustellen, das höchsten Anforderungen bezüglich der Oberfläche des Werkstücks wie auch bezüglich der Festigkeit des Werkstücks genügt und deshalb beispielsweise als Turbinenschaufel oder Lüfterschaufel gemäß 1 eingesetzt werden kann. Aufgrund des möglichen Verzichts auf den Autoklaven ist die Herstellung in drastisch verkürzten Taktzeiten mit erheblich reduzierten Energiekosten möglich.Thus, a method has been described above which, due to the use of a bladder, preferably made of polyamide 9 it allows, waiving an autoclave, a three-dimensional workpiece made of carbon fiber reinforced plastic with a corresponding inlay 3 to meet the highest requirements with respect to the surface of the workpiece as well as with respect to the strength of the workpiece and therefore, for example, as a turbine blade or fan blade according to 1 can be used. Due to the possible omission of the autoclave, the production in drastically reduced cycle times with significantly reduced energy costs is possible.

11: Werkstückworkpiece
22: Hohlraumcavity
33: Inlayinlay
44: Außenhautshell
55: Formlingmolding
66: Unterteillower part
77: Oberteiltop
88th: Mikrowellenofenmicrowave oven
99: BlaslingBlasling
1010: Druckaggregatpressure unit
1111: Prepregsprepregs
1212: Innendruckinternal pressure
1313: Carbon-RovingCarbon roving
1414: Vakuumsackvacuum bag
1515: Anschlussstutzenspigot
1616: Vakuumpumpevacuum pump

Claims

Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken aus Faserverbundwerkstoffen, insbesondere aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK), bei dem folgende Schritte durchlaufen werden: – Fertigung eines Hohlkammer-Blasteils aus einem geeigneten Thermoplast, das im Wesentlichen die Form des zu fertigenden dreidimensionalen Werkstückes besitzt; – Beschickung des Hohlkammer-Blasteils mit einem CFK-Gewebe, insbesondere mit Prepregs (11) oder Carbonfaser-Gelegen; – Ausbildung eines Verbundfaserwerkstoffs zwischen dem CFK-Gewebe und dem Hohlkammer-Blasteil als Inlay (3) unter Einsatz von Hitze und Druck.Process for the production of three-dimensional workpieces of fiber composite materials, in particular of carbon fiber reinforced plastic (CFRP), in which the following steps are performed: - production of a hollow chamber blown part of a suitable thermoplastic, which has substantially the shape of the three-dimensional workpiece to be produced; Feeding the hollow-chamber blown part with a CFRP fabric, in particular with prepregs ( 11 ) or carbon fiber-laid; Formation of a composite fiber material between the CFRP fabric and the hollow-chamber blown part as inlay ( 3 ) using heat and pressure.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasling (9) druckfest, mechanisch fest, aber gleichwohl plastisch verformbar ausgebildet ist.A method according to claim 1, characterized in that the Blasling ( 9 ) pressure-resistant, mechanically strong, but nevertheless formed plastically deformable.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasling (9) aus Polyamid gefertigt ist, wobei die Stärke des Polyamids vorzugsweise nach der Methode der finiten Elemente und/oder der klassischen Laminat-Theorie berechnet ist.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the Blasling ( 9 ) is made of polyamide, wherein the thickness of the polyamide is preferably calculated by the method of finite elements and / or the classical laminate theory.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einem CFK-Gewebe beschickte Blasling (9) in einem geschlossenen Raum Hitze und/oder Druck ausgesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the Blasling loaded with a CFRP fabric ( 9 ) is exposed to heat and / or pressure in a closed room.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als geschlossener Raum ein Autoklav oder ein Mikrowellenofen (8) eingesetzt wird.A method according to claim 4, characterized in that as an enclosed space an autoclave or a microwave oven ( 8th ) is used.

Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasling (9) in dem geschlossenen Raum mittels einer geeigneten Füllung derart druckbeaufschlagt wird, dass der Blasling (9) von innen an das den Blasling (9) umgreifende CFK-Gewebe angepresst wird.A method according to claim 4 or 5, characterized in that the Blasling ( 9 ) is pressurized in the closed space by means of a suitable filling such that the Blasling ( 9 ) from the inside to the Blasling ( 9 ) is pressed around encompassing CFRP fabric.

Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Blasling (9) ein Druckstutzen zum Anschluss eines Kompressors angeformt ist.A method according to claim 6, characterized in that the Blasling ( 9 ) is formed a discharge nozzle for connecting a compressor.

Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem CFK-Gewebe beschickte Blasling (9) in dem geschlossenen Raum, vorzugsweise unter Verwendung eines den Blasling (9) umschließenden Vakuumsacks (14), außenwandig mit einem Unterdruck beaufschlagt wird, um hierdurch das CFK-Gewebe außenwandig an den Blasling (9) anzupressen.Method according to one of claims 4 to 7, characterized in that the blown with the CFRP fabric Blasling ( 9 ) in the closed space, preferably using a Blasling ( 9 ) enclosing vacuum bag ( 14 ), outside wall is subjected to a negative pressure to thereby the CFRP fabric outer wall of the Blasling ( 9 ) to press.

Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Raum als gasdicht verschlossener Druckbehälter, mithin als Autoklav ausgebildet ist und der mit einem CFK-Gewebe beschickte Blasling (9) im Autoklav einem Überdruck, von vorzugsweise bis zu 11 bar und Temperaturen von vorzugsweise bis zu 450°C ausgesetzt ist.Method according to one of claims 4 to 8, characterized in that the closed space is designed as a gas-tight sealed pressure vessel, thus as an autoclave, and the Blasling loaded with a CFRP fabric ( 9 ) is exposed in the autoclave to an overpressure of preferably up to 11 bar and temperatures of preferably up to 450 ° C.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einem CFK-Gewebe beschickte Blasling (9) in einen von zwei Halbzeugen zusammengesetzten Formling (5) eingelegt wird und innerhalb dieses Formlings (5) in einen Mikrowellenofen (8) eingebracht und ebendort einer Hitzebehandlung unterzogen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the Blasling loaded with a CFRP fabric ( 9 ) in a molded product of two semi-finished products ( 5 ) and within this molding ( 5 ) in a microwave oven ( 8th ) is introduced and there is subjected to a heat treatment.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasling (9) vor der Hitze- und/oder Druckbehandlung mit Carbon-Rovings (13) beschickt, vorzugsweise umwebt oder umflochten wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the Blasling ( 9 ) before heat and / or pressure treatment with carbon rovings ( 13 ), preferably umwebt or braided.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in einen Mikrowellenofen (8) eingebrachte Formling (5) mit dem darin aufgenommenen CFK-Gewebe-beschickten Blasling (9) in einen Vakuumsack (14) verbracht wird und dieser Vakuumsack (14), vorzugsweise mittels einer außerhalb des Mikrowellenofens (8) angeordneten Pumpe, evakuiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the in a microwave oven ( 8th ) introduced molding ( 5 ) with the CFRP tissue-loaded blister ( 9 ) in a vacuum bag ( 14 ) and this vacuum bag ( 14 ), preferably by means of an outside of the microwave oven ( 8th ) arranged pump, is evacuated.

Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels dieses Verfahrens Lüfterflügel, vorzugsweise zur Tunnelbe- und -Entlüftung oder Turbinen-Schaufeln hergestellt werden.Use of the method according to one of the preceding Claims, characterized in that by means of this method fan blades, preferably for tunnel ventilation and de-aeration or turbine blades are made.