DE202010014376U1 - Three-dimensional composite material and arrangement - Google Patents
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Abstract
Verbundwerkstoff mit: einer dreidimensionalen Schwl oder schwammartigen Material, und einem Verbindungsmaterial (14), das die Schwammstruktur bindet und/oder stabilisiert.Composite material with: a three-dimensional sponge or sponge-like material, and a connecting material (14) that binds and / or stabilizes the sponge structure.
Description
Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff, insbesondere einen Faserverbundwerkstoff mit dreidimensionaler Struktur sowie eine Anordnung unter dessen Verwendung.The invention relates to a composite material, in particular a fiber composite material with a three-dimensional structure and an arrangement with its use.
In der Kunststoff-Schalentechnik kann zur Aussteifung oder Erhöhung der Druckfestigkeit eine Innenfüllung vor dem Zusammenfügen der Halbschalen eingefügt werden. Als Schalenelemente kommen z. B. GFK-Schalen zum Einsatz. Diese werden mit leichten Stützteilen von der Innenseite her druckfester gestaltet. Die Stützteile müssen somit der Form der Schale angeglichen und eingepasst werden. Diese Anpassung der Stützteile erfolgt zumeist durch CNC-Fräsen von Rohlingen, wie z. B. Schaumteilen aus Styropor oder Styrodur, was sehr aufwendig ist. Insbesondere Reparaturen an Kunststoffteilen in Schalentechnik sind damit sehr schwierig, da passende Stützteile meist nicht nachträglich eingefügt werden können. Werden andererseits Hohlräume mit flüssigem, selbstexpandierendem Schaumstoff ausgespritzt, besteht die Gefahr, dass der im Detail nicht kontrollierbare Druckaufbau während der Expansion des Schaums zur Deformation der Schalenteile führt. Daneben sind die Spritzschäume in der Regel auch nicht dauerbeständig, insbesondere wenn diese Temperaturschwankungen unterliegen.In plastic shell technology can be inserted to reinforce or increase the compressive strength of an inner filling before joining the half-shells. As shell elements come z. B. GRP shells used. These are designed with lightweight support parts from the inside more pressure resistant. The support parts must therefore be adapted to the shape of the shell and fitted. This adaptation of the support parts is usually done by CNC milling of blanks, such. As foam parts of Styrofoam or Styrodur, which is very expensive. In particular, repairs to plastic parts in shell technology are thus very difficult because matching support parts usually can not be added later. On the other hand, if cavities are sprayed with liquid, self-expanding foam, there is a risk that the pressure build-up which can not be controlled in detail during the expansion of the foam leads to the deformation of the shell parts. In addition, the spray foams are usually not durable, especially if they are subject to temperature changes.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Verbundwerkstoff und eine Anordnung mit dem Verbundwerkstoff, mit denen eine leichte und stabile Stützstruktur bereitgestellt werden. Insbesondere wird ein Faserverbundwerkstoff zur Verstärkung oder Verbindung von Strukturelementen vorgesehen.It is an object of the invention to provide a composite material and an assembly with the composite material which provide a lightweight and stable support structure. In particular, a fiber composite material is provided for reinforcement or connection of structural elements.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 10 bzw. 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved with the features of
Bei den bisherigen Einsatzgebieten von Faserverbundwerkstoffen werden diese beispielsweise in Form von flächigen GFK Werkstoffen als dünnes Material unter weitgehendem Ausschluss von Lufteinschlüssen zur Oberflächengestaltung verwendet oder es werden dreidimensionale Verbundwerkstoffe zur Erstellung von dreidimensionalen Tragstrukturen vorgesehen, wie beispielsweise faserverstärkter Beton oder gesintertes Metall unter Einschluss von im Material verteilten Fasern. Im Fall der GFK Fasermatten wird eine stabile Flächenstruktur erzeugt, die jedoch bei großen Flächengebilden intern eine Stützstruktur benötigt. Im Fall des faserverstärkten Vollmaterials ist die dreidimensionale Struktur an sich zwar besonders stabil, aber mit hohem Eigengewicht verbunden.In the previous fields of application of fiber composites, these are used, for example in the form of sheet-like GRP materials as a thin material with extensive exclusion of air bubbles for surface design or there are provided three-dimensional composite materials for creating three-dimensional support structures, such as fiber reinforced concrete or sintered metal including in the material distributed fibers. In the case of GRP fiber mats, a stable surface structure is produced, which, however, requires a support structure internally for large fabrics. In the case of the fiber-reinforced solid material, the three-dimensional structure is in itself particularly stable, but connected with high weight.
Gemäß Anspruch 1 wird ein Verbundwerkstoff vorgesehen, dessen Grundmaterial eine Schwammstruktur ist. Die Stabilisierung der Struktur des Schwammmaterials erfolgt mittels eines Verbindungsmaterials. Das Verbindungsmaterial stellt die in der GFK-Technik als ”Matrix” bezeichnete Komponente dar, die die an sich elastische Grundstruktur aus Schwammmaterial durch das miteinander Verkleben von nebeneinander liegenden Schwammmaterialstrukturen und durch Oberflächenarmierung versteift und dadurch formstabil macht.According to
Die dreidimensionale Schwammstruktur ist vorzugsweise ein Schwammmaterial oder ein schwammartiges Material, wie beispielsweise Naturschwamm oder aus Kunststoff hergestelltes Schwammmaterial. Die Schwammstruktur ist vorzugsweise vor Anwendung des Verbindungsmaterials elastisch und weißt einen hohen Anteil an Hohlräumen auf, sodass die Schwammstruktur bei großem Volumen eine geringe Eigenmasse aufweist. Das Verbindungsmaterial ist innerhalb der Schwammstruktur verteilt und überzieht vorzugsweise gleichmäßig die äußeren und inneren Oberflächen der Schwammstruktur. Das Verbindungsmaterial kann ganz oder teilweise in das Material, das die Schwammstruktur ausbildet, eindringen und dieses durchtränken. Vorzugsweise wird oder ist jedoch die Oberfläche der Schwammstruktur mit dem Verbindungsmaterial beschichtet. Damit bildet das Verbindungsmaterial ein ”Stützkorsett” für die Schwammstrukturen aus.The three-dimensional sponge structure is preferably a sponge material or a spongy material, such as natural sponge or sponge material made of plastic. The sponge structure is preferably elastic prior to application of the bonding material and has a high proportion of voids, so that the sponge structure has a low intrinsic mass at high volume. The bonding material is distributed within the sponge structure and preferably uniformly coats the outer and inner surfaces of the sponge structure. The bonding material may penetrate, in whole or in part, into and impregnate the material forming the sponge structure. Preferably, however, the surface of the sponge structure is or is coated with the bonding material. Thus, the connecting material forms a "support corset" for the sponge structures.
Das Verbindungsmaterial ist ein Kunststoffmaterial wie beispielsweise ein aushärtender Klebstoff oder ein Kunstharz. Beispielsweise ein Harzmaterial wie Polyesterharz oder Epoxidharz. Beispielsweise ist das Verbindungsmaterial ein mit einem Härter ausgehärtetes Harzmaterial oder weist dieses auf. Vorzugsweise wird das Kunststoffmaterial im flüssigen Zustand aufgebracht bzw. appliziert (siehe Herstellungsverfahren unten) und aus einem Zweikomponenten-Material hergestellt, wie beispielsweise aus einem Binder und einem Härter. Beispielsweise ist das Verbindungsmaterial ein mittels eines Härters ausgehärtetes Harzmaterial. Im Verbindungsmaterial können neben dem aushärtenden Material auch Füllstoffe und dergleichen vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die Schwammstruktur chemisch beständig gegenüber dem Verbindungsmaterial. Alternativ kann aber auch das Verbindungsmaterial mit der Schwammstruktur eine chemische Bindung eingehen, beispielsweise durch Polymerisierung. Dabei wird beispielsweise die ursprünglich elastische Schwammstruktur durch die chemische Verbindung mit dem Verbindungsmaterial starr oder in Ihrer Elastizität reduziert, sodass die Schwammstruktur selbst ebenfalls zur statischen Stabilisierung beiträgt.The bonding material is a plastic material such as a thermosetting adhesive or a synthetic resin. For example, a resin material such as polyester resin or epoxy resin. For example, the bonding material is or has a resin material cured with a hardener. Preferably, the plastic material is applied in the liquid state or applied (see manufacturing method below) and made of a two-component material, such as a binder and a hardener. For example, the bonding material is a cured by a hardener resin material. In the connecting material, fillers and the like may be provided in addition to the curing material. Preferably, the sponge structure is chemically resistant to the bonding material. Alternatively, however, the connecting material with the sponge structure can enter into a chemical bond, for example by polymerization. In this case, for example, the originally elastic sponge structure is reduced by the chemical compound with the bonding material rigid or in their elasticity, so that the sponge structure itself also contributes to the static stabilization.
Vorzugsweise beträgt der Gewichtsanteil des Verbindungsmaterials (z. B. nach dem Abbinden) am Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs zumindest 5%, 10%, 15%, 20%, 25% oder zumindest 30%. Vorzugsweise ist der Gewichtsanteil des Verbindungsmaterials am Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs maximal 60%, 50%, 45% oder 35%.Preferably, the proportion by weight of the connecting material (eg after setting) is at least equal to the total weight of the composite material 5%, 10%, 15%, 20%, 25% or at least 30%. Preferably, the proportion by weight of the bonding material in the total weight of the composite is at most 60%, 50%, 45% or 35%.
Zur Erreichung der Leichtgewichtigkeit des Verbundwerkstoffes beträgt der Volumenanteil der Hohlräume am Gesamtvolumen des Verbundwerkstoffs (entweder bezüglich des ursprünglichen Volumens der Schwammstruktur oder bezüglich der ausgehärteten Form des Verbundwerkstoffs) zumindest 30%, 40%, 50%, 60%, 70% oder 80%.To achieve the lightweight nature of the composite, the volume fraction of the voids in the total volume of the composite (either in terms of the original volume of the sponge structure or the cured form of the composite) is at least 30%, 40%, 50%, 60%, 70% or 80%.
Das Aushärten des aushärtbaren Verbindungsmaterials erfolgt neben dem Aushärten des zunächst flüssigen Verbindungsmaterials durch Mischen eines Binders und eines Härters. Alternativ oder zusätzlich kommt ein zunächst flüssiges Ausgangsmaterial zum Einsatz, das durch Reaktion mit einem Gas (Luftsauerstoff) oder durch Reaktion mit Feuchtigkeit oder Luftfeuchtigkeit aushärtet oder unter Bestrahlung mit UV-Licht aushärtet.The curing of the curable bonding material takes place in addition to the curing of the initially liquid bonding material by mixing a binder and a hardener. Alternatively or additionally, an initially liquid starting material is used, which hardens by reaction with a gas (atmospheric oxygen) or by reaction with moisture or atmospheric moisture or cures under irradiation with UV light.
Ganz besonders vorteilhaft ist der Verbundwerkstoff ein Faserverbundwerkstoff, bei dem die Schwammstruktur in ihrem Inneren mittels in der Schwammstruktur verteilten Fasern stabilisiert wird oder ist. Die Stabilisierung der Verbundstruktur mittels des Verbindungsmaterials erfolgt zusätzlich dadurch, dass das Verbindungsmaterial die Fasern an die Schwammstruktur bindet. Das ”Stützkorsett” mittels des Verbindungsmaterials ergibt sich dann für die Fasern, für die Schwammstruktur und die Verbindung zwischen Fasern und Schwammstruktur.The composite material is very particularly advantageously a fiber composite material in which the sponge structure is or is stabilized in its interior by means of fibers distributed in the sponge structure. The stabilization of the composite structure by means of the bonding material is additionally effected by the bonding material binding the fibers to the sponge structure. The "support corset" by means of the bonding material then results for the fibers, for the sponge structure and the connection between fibers and sponge structure.
Als Fasermaterial können eine oder mehrere der folgenden Faserarten zum Einsatz kommen: Metallfasern, Kohlefasern, Stein(-wolle-)fasern, Glasfasern, Kunststofffasern, Keramikfasern oder auch biologische Fasern, wie Holzfasern, Holzwolle oder dergleichen. Innerhalb der Schwammstruktur können die Fasern als Faserbündel oder Faserstränge vorliegen oder als Einzelfasern oder eine Kombination von Einzelfasern und Fasersträngen bzw. -bündel. Vorzugsweise werden die Fasern als Langfasern und/oder Endlosfasern eingesetzt. Z. B. sind Langfasern von mindestens 5 mm Länge und/oder Endlosfasern mit einer Länge von mehr als 5 cm vorgesehen. Vorzugsweise werden Fasern unterschiedlicher Länge verwendet, beispielsweise Fasern, deren Länge eine Streuung um einen Mittelwert aufweisen.As the fiber material, one or more of the following types of fibers may be used: metal fibers, carbon fibers, stone (wool) fibers, glass fibers, plastic fibers, ceramic fibers or even biological fibers such as wood fibers, wood wool or the like. Within the sponge structure, the fibers can be in the form of fiber bundles or fiber strands or as individual fibers or a combination of individual fibers and fiber strands or bundles. Preferably, the fibers are used as long fibers and / or continuous fibers. For example, long fibers of at least 5 mm in length and / or continuous fibers with a length of more than 5 cm are provided. Preferably, fibers of different lengths are used, for example, fibers whose length is scattered about an average.
Die Fasern können in der Schwammstruktur auch als vliesartiges oder wollknäuelartiges Material vorliegen. Und/oder zumindest ein Teil der Fasern verlaufen in der Schwammstruktur spiral- oder helixförmig. Zur Ausbildung einer solchen Faserverteilung kann beispielsweise eine (sehr lose) Flies- oder Wollknäuelstruktur aus Fasern mit einem Schaumstruktur-ausbildenden Material umschäumt werden.The fibers may also be present in the sponge structure as a nonwoven or wool ball-like material. And / or at least a part of the fibers run in the sponge structure spiral or helical. To form such a fiber distribution, for example, a (very loose) fleece or wool ball structure made of fibers with a foam-structure-forming material can be foamed.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung haben die Fasern (im Folgenden wird auch bezüglich Faserbündeln oder Fasersträngen von ”Faser” gesprochen) in der Schwammstruktur eine Vorzugsrichtung. Vorzugsrichtung bedeutet hier, dass die Faserrichtungen der Fasern innerhalb der Schwammstruktur nicht statistisch gleichmäßig in alle Raumrichtungen verteilt sind, sondern dass statistisch gesehen bestimmte Vorzugsrichtungen vorhanden sind, in deren Richtung mehr Fasern ausgerichtet sind als in den anderen Raumrichtungen der Schwammstruktur. Eine ”Faserrichtung” bedeutet hier nicht, dass die Fasern linear ausgerichtet sind oder sein müssen, sondern dass die Fasern unter Berücksichtigung der Krümmung oder der Krümmungen der Einzelfaser eine gemittelte Faserrichtung haben, die längs der Faserlängsachse gemittelt ist. Eine Vorzugsrichtung liegt beispielsweise vor, wenn die Faserachsen von mehr als 10%, 30%, 40%, 50%, 60% oder 70% aller Fasern in der Schwammstruktur innerhalb eines Winkels von ±30° zu einer Raumrichtung der Schwammstruktur (die Vorzugsrichtung) ausgerichtet sind. Vorzugsweise innerhalb eines Winkels von ±20°, ±15° oder ±10° zur Raumrichtung in der Schwammstruktur ausgerichtet sind.According to an advantageous embodiment, the fibers (hereinafter also referred to as fiber bundles or fiber strands of "fiber") in the sponge structure a preferred direction. Preferred direction here means that the fiber directions of the fibers within the sponge structure are not distributed statistically uniformly in all spatial directions, but that statistically certain preferred directions are present in the direction of more fibers are aligned than in the other spatial directions of the sponge structure. As used herein, a "fiber direction" does not mean that the fibers are or must be linearly oriented, but that the fibers have an average fiber direction averaged along the fiber longitudinal axis, taking into account the curvature or curvatures of the single fiber. A preferred direction is, for example, when the fiber axes of more than 10%, 30%, 40%, 50%, 60% or 70% of all fibers in the sponge structure within an angle of ± 30 ° to a spatial direction of the sponge structure (the preferred direction) are aligned. Preferably aligned within an angle of ± 20 °, ± 15 ° or ± 10 ° to the spatial direction in the sponge structure.
Neben dem Vorsehen einer Vorzugsrichtung der Ausrichtung der Fasern können natürlich auch weitere bzw. mehrere Vorzugsrichtungen in der Schwammstruktur vorgesehen werden oder sein, sodass mehrere Achsen der Hauptbelastbarkeit des Faserverbundwerkstoffs gegeben sind. Beispielsweise können zwei sich kreuzende Vorzugsrichtungen vorgesehen sein. Alternativ kann auch eine Vorzugsebene vorgesehen werden, wobei dann in der Vorzugsebene mehr Fasern ausgerichtet sind bzw. mehr Fasern ihre Faserlängsachse parallel oder in einem vorgegebenen Winkelbereich relativ zur Vorzugsebene liegen als in den anderen Raumrichtungen.In addition to providing a preferred direction of alignment of the fibers, of course, further or more preferred directions can be provided in the sponge structure or be, so that several axes of the main load capacity of the fiber composite material are given. For example, two intersecting preferred directions can be provided. Alternatively, a preferred plane can also be provided, in which case more fibers are aligned in the preferred plane or more fibers lie their fiber longitudinal axis parallel or in a predetermined angular range relative to the preferred plane than in the other spatial directions.
Vorteilhaft ist der Gewichtsanteil der Fasern am Gesamtgewicht des Faserverbundwerkstoffs zumindest 3%, 5%, 10%, 15% oder 20%. Vorzugsweise ist der Gewichtsanteil der Fasern am Gesamtgewicht des Faserverbundwerkstoffs maximal 70%, 60%, 50%, 40% oder 30%.Advantageously, the weight fraction of the fibers in the total weight of the fiber composite material is at least 3%, 5%, 10%, 15% or 20%. Preferably, the weight fraction of the fibers in the total weight of the fiber composite material is at most 70%, 60%, 50%, 40% or 30%.
In Kombination ergeben die Gewichtsanteile der Schwammstruktur, der Fasern (falls vorhanden) und des Verbindungsmaterials zusammen 100%. Werden daneben weitere Bestandteile in den (Faser-)Verbundwerkstoff eingebunden, so ergibt sich das Gesamtgewicht einschließlich der weiteren Bestandteile zu 100%.In combination, the weight proportions of the sponge structure, the fibers (if any) and the bonding material together add up to 100%. If, in addition, further constituents are incorporated into the (fiber) composite material, the total weight, including the other constituents, is 100%.
Die obigen Materialangaben, Materialeigenschaften und/oder Maßangaben bezüglich des (Faser-)Verbundwerkstoffs gelten entsprechend für die Zusammensetzung der Bestandteile beim Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffs bzw. für die Verwendung oder Anordnung aus einem (Faser-)Verbundwerkstoff mit Schalenelementen. Soweit zutreffend, beziehen sich die Maßangaben (Gewichtsanteil und/oder Volumenanteil) bzw. die Materialzusammensetzung auf die ausgehärtete Struktur des Verbundwerkstoffs oder auf die Ausgangsmaterialien des Verbundwerkstoffs.The above material specifications, material properties and / or dimensions with respect to the (fiber) composite material shall apply mutatis mutandis to the composition of the constituents in the process for producing the composite material or for the Use or arrangement of a (fiber) composite material with shell elements. If applicable, the dimensions (weight fraction and / or volume fraction) or the composition of the material refer to the cured structure of the composite material or to the starting materials of the composite material.
Gemäß einer Ausgestaltung ist zumindest ein Teil der Oberfläche der Schwammstruktur mit einer flächigen Auflage belegt. Beispielsweise mit einem Gelege, einer textilen Flächenstruktur oder einer Gewebematte. Die flächige Auflage ist vor dem Aushärten, also vor dem Abbinden, des Verbindungsmaterials elastisch und wird ebenfalls mit dem Verbindungsmaterial getränkt. Das Herstellungsverfahren kann somit als ”Naß-in-Naß-Verfahren” bezeichnet werden. Nach dem Aushärten ist die flächige Auflage ebenfalls durch das Verbindungsmaterial gebunden und/oder stabilisiert. Dadurch wird eine zusätzliche Oberflächenstabilisierung und/oder eine Oberflächenvergütung erreicht. Letzteres dadurch, dass die flächige Auflage vorzugsweise kleiner Oberflächenöffnungen aufweist als eine Schnittfläche der Schwammstruktur. Vorzugsweise ist die mit dem Verbindungsmaterial ausgehärtete flächige Auflage glatt oder im Wesentlichen glatt – zumindest im Vergleich zu einer ausgehärteten Oberfläche der Schwammstruktur, die nicht mit der flächigen Auflage belegt ist. Eine solche Verbindung von Schwammstruktur mit flächiger Auflage ist eine Alternative zu der unten beschriebenen Anordnung, bei der die Schwammstruktur vor dem Aushärten zwischen vorgefertigte (und teilstabile) Schalenelemente aufgenommen wird.According to one embodiment, at least part of the surface of the sponge structure is covered with a flat overlay. For example, with a scrim, a textile surface structure or a fabric mat. The flat support is elastic before curing, ie before setting, the connecting material and is also soaked with the bonding material. The production process may thus be referred to as a "wet-in-wet process". After curing, the flat support is also bound and / or stabilized by the bonding material. As a result, an additional surface stabilization and / or a surface finish is achieved. The latter in that the flat support preferably has smaller surface openings than a sectional surface of the sponge structure. Preferably, the surface contact hardened with the compound material is smooth or substantially smooth - at least in comparison to a hardened surface of the sponge structure, which is not covered with the flat support. Such a compound sponge structure connection is an alternative to the arrangement described below in which the sponge structure is received between pre-formed (and semi-stable) shell elements prior to curing.
Bei der Herstellung der Schwammstruktur mit der flächigen Auflage auf der (Teil-)Oberfläche der Schwammstruktur wird vorzugsweise eine formgebende Schale und/oder Fläche auf die Oberfläche des mit dem flüssigen Verbindungsmaterials getränkten Schwammstruktur mit der flächigen Auflage aufgelegt oder aufgepresst. Vorzugsweise erfolgt zumindest teilweise die Formgebung (siehe unten), indem die Schwammstruktur mit der flächigen Auflage zwischen der oder den formgebenden Schalen und/oder Flächen komprimiert wird. Der Grad der Kompression beträgt in Kompressionsrichtung beispielsweise und vorzugsweise im Mittel 1 bis 10%, vorzugsweise 3 bis 8%, weiter bevorzugt 3 bis 5%. Vorzugsweise sind die formgebenden Schalen und/oder Flächen mit einem Antihaftmittel beschichtet, das ein Ankleben der Schwammstruktur und/oder der flächigen Auflage an der oder den Schalen und/oder Flächen verhindert. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass zumindest vorgegebene Schalen ebenfalls mittels des Verbindungsmaterials verbunden und so Teil der Schwammstruktur mit der flächigen Auflage wird. Dabei kann die flächige Auflage ganz oder teilweise zwischen der oder den Schalen(-elementen) und der Schwammstruktur angeordnet sein.In the preparation of the sponge structure with the flat support on the (partial) surface of the sponge structure preferably a shaping shell and / or surface is placed or pressed onto the surface of the impregnated with the liquid bonding material sponge structure with the flat support. The shaping preferably takes place at least partially (see below), in that the sponge structure is compressed with the flat support between the molding shell (s) and / or surfaces. The degree of compression in the compression direction is, for example, and preferably on average 1 to 10%, preferably 3 to 8%, more preferably 3 to 5%. Preferably, the forming shells and / or surfaces are coated with an anti-adhesive agent, which prevents sticking of the sponge structure and / or the flat support on the tray or shells and / or surfaces. However, it can also be provided that at least predetermined shells are also connected by means of the connecting material and thus become part of the sponge structure with the flat support. In this case, the flat support can be arranged wholly or partly between the shell or elements and the sponge structure.
Bei einem beispielhaften Verfahren zur Herstellung einer (vorzugsweise faser-) verstärkten Schwammstruktur wird ein flüssiges Verbindungsmaterial in eine Schwammstruktur eingebracht. Beschaffenheit der Schwammstruktur (und der Fasern) sind oben bereits angegeben und treffen für das Verfahren im Einzelnen oder in jeder beliebigen Kombination entsprechend zu. Das flüssige Verbindungsmaterial härtet nach dem Tränken der Schwammstruktur aus und versteift so die Verbindungsstellen und/oder Oberflächen der Schwammstruktur, sodass die gesamt Schwammstruktur versteift und zum Aussteifen eines Hohlraums dient bzw. geeignet ist. Wie oben erwähnt, kann das Verbindungsmaterial ein gemischtes Mehrkomponentenmaterial sein, das selbst aushärtend ist und/oder ein flüssiges Verbindungsmaterial, das durch Reaktion mit einem Gas (Luft) bzw. mit Wasser (Luftfeuchtigkeit) aushärtet oder unter UV-Bestrahlung aushärtet.In an exemplary method of making a (preferably fiber) reinforced sponge structure, a liquid bonding material is introduced into a sponge structure. The nature of the sponge structure (and fibers) are already given above and apply to the process individually or in any combination. The liquid bonding material cures after impregnation of the sponge structure and thus stiffens the joints and / or surfaces of the sponge structure, so that the entire sponge structure stiffened and used to stiffen a cavity or is suitable. As mentioned above, the bonding material may be a mixed multi-component material that is self-hardening and / or a liquid bonding material that cures or cures under UV irradiation by reaction with a gas (air) or water (atmospheric moisture).
Beispielsweise ist die Schwammstruktur vor dem Aushärten des Verbindungsmaterials eine elastische Struktur, die sich komprimieren lässt bzw. die zum Komprimieren des Volumens der Schwammstruktur durch eine Behandlung elastisch wird und sich anschließend wieder in die ursprüngliche oder nahezu in die ursprüngliche Form zurückbildet, nachdem der Kompressionsdruck von der Schwammstruktur genommen wurde.For example, prior to curing of the bonding material, the sponge structure is an elastic structure that compresses or becomes elastic to compress the volume of the sponge structure by treatment and then reverts back to its original or near-original shape after the compression pressure of the sponge structure was taken.
Beim oder nach dem Tränken der Schwammstruktur mit dem flüssigen Verbindungsmaterial wird zumindest ein Teil des Verbindungsmaterials aus dem Schwamm wieder ausgepresst und vorzugsweise weiter verwertet oder nochmals in die Schwammstruktur eingepresst. Beispielsweise wird die Schwammstruktur in ein Bad mit dem Verbindungsmaterial eingelegt und dort zur Beseitigung der Luft aus dem Schwammmaterial zusammengepresst und wieder entspannt. Nachdem so der Schwamm einen Großteil des Verbindungsmaterials auch in die Poren eingesaugt hat, wird das flüssige Verbindungsmaterial zum großen Teilen wieder aus den Poren entfernt, um den hohen Volumenanteil der (gas- oder luftgefüllten) Hohlräume an der Schwammstruktur zumindest teilweise wiederherzustellen. Vorzugsweise wird das flüssige Verbindungsmaterial wieder soweit aus der Schwammstruktur herausgepresst, dass nur noch eine dünne Oberflächenschicht auf der Schwammstruktur (so vorhanden, auf den Fasern) und im Bereich der Verbindungsstellen zwischen den Schwammstrukturen haften bleibt. Das Tränken und Entfernen des flüssigen Verbindungsmaterials kann beispielsweise durch ein- oder mehrfaches Walken der Schwammstruktur erfolgen.During or after soaking the sponge structure with the liquid bonding material, at least a portion of the bonding material is again squeezed out of the sponge and preferably further utilized or re-pressed into the sponge structure. For example, the sponge structure is placed in a bath with the connecting material and compressed there to eliminate the air from the sponge material and relaxed again. After so sponge has sucked a large part of the connecting material in the pores, the liquid connecting material is largely removed from the pores again to at least partially restore the high volume fraction of the (gas- or air-filled) cavities on the sponge structure. Preferably, the liquid bonding material is pressed out of the sponge structure again so far that only a thin surface layer remains adhering to the sponge structure (if present on the fibers) and in the region of the connection points between the sponge structures. The impregnation and removal of the liquid connecting material can be carried out, for example, by single or multiple stroking of the sponge structure.
Vorteilhaft werden in die Schwammstruktur Fasern zur weiteren Stabilisierung eingebracht. Beschaffenheit der Schwammstruktur und der Fasern sind oben bereits angegeben und treffen für das Verfahren im Einzelnen oder in jeder beliebigen Kombination entsprechend zu.Advantageously, fibers are introduced into the sponge structure for further stabilization. Texture of sponge structure and fibers are already given above and are for the Procedure in detail or in any combination corresponding to.
Vorzugsweise nach dem Einbringen der Fasern (bzw. Faserbündel und/oder Faserstränge – siehe oben) wird die Schwammstruktur mittels eines flüssigen Verbindungsmaterials getränkt. Das flüssige Verbindungsmaterial härtet nach dem Tränken der Schwammstruktur aus und versteift so die Verbindungsstellen Faser/Schwammstruktur, sodass die gesamt Schwammstruktur versteift und zum Aussteifen eines Hohlraums dient bzw. geeignet ist.Preferably, after the introduction of the fibers (or fiber bundles and / or fiber strands - see above), the sponge structure is impregnated by means of a liquid bonding material. The liquid bonding material cures after soaking the sponge structure and thus stiffens the fiber / sponge structure junctions so that the overall sponge structure stiffens and serves to stiffen a cavity.
Vorzugsweise erfolgt das Einbringen der Fasern in die Schwammstruktur durch einen oder mehrere Verfahrensschritte. Die Fasern können in die Schwammstruktur eingewebt, eingeschossen oder eingeführt werden, oder die Fasern werden mit dem Ausgangsmaterial des Schwammmaterials umschäumt. Dabei können die Fasern aus unterschiedlichen Richtungen, beispielsweise statistisch in jede Raumrichtung gleichverteilt oder mit der oben oder den oben beschriebenen Vorzugsrichtungen bzw. -ebenen eingeführt werden. Bei der Variante, bei der Fasern umschäumt werden, werden die Fasern einen Hohlraum durchlaufend aufgespannt, wobei auch hier durch den Verlauf der aufgespannten Fasern verschieden Hauptrichtungen und dreidimensionale Verteilungen vorgegeben werden können. Beispielsweise wird ein Hohlraum durch Aufeinanderstapeln von einzelnen Rahmen gebildet, wobei bei jedem Rahmen die Fasern wie in einem Webrahmen gespannt sind – oder die Fasern verlaufen darin gitterförmig. Nach dem Aufschäumen kann dann das elastische Schwammstoffmaterial mit Fasern z. B. aus dem Hohlraum herausgedrückt oder geschnitten werden. Alternativ oder zusätzlich können die Fasern bereits bei der Ausbildung der Schwammstruktur beigegeben werden. Beispielsweise werden die Fasern in den Grundstoff der Schwammstruktur beigemischt und der Grundstoff dann zur Schwammstruktur mit den darin enthaltenen Fasern aufgebläht. Ebenfalls wie oben erwähnt, kann zumindest ein Teil der Fasern als spiral- oder helixfömige Fasern und/oder als loser Vlies- oder Wollknäuelverbund vorliegen, die oder der dann umschäumt werden bzw. wird. Wesentlich ist, dass vor Zugabe des Verbindungsmaterials die Schwammstruktur (mit oder ohne die Fasern) elastisch ist und bleibt. Die Versteifung oder Aushärtung erfolgt erst durch Beigabe und Aushärten des Verbindungsmaterials.The introduction of the fibers into the sponge structure preferably takes place by one or more method steps. The fibers may be woven, injected or introduced into the sponge structure, or the fibers are foamed with the stock material of the sponge material. In this case, the fibers can be uniformly distributed from different directions, for example statistically in each spatial direction, or introduced with the preferred directions or planes described above or above. In the variant in which fibers are foamed, the fibers are clamped through a cavity, wherein here as well different main directions and three-dimensional distributions can be predetermined by the course of the tensioned fibers. For example, a cavity is formed by stacking individual frames, with each frame tensioning the fibers as in a loom - or the fibers are latticed therein. After foaming, then the elastic sponge material with fibers z. B. pushed out of the cavity or cut. Alternatively or additionally, the fibers can already be added during the formation of the sponge structure. For example, the fibers are mixed in the base material of the sponge structure and the base material is then inflated to the sponge structure with the fibers contained therein. Also, as mentioned above, at least a portion of the fibers may be in the form of helical or helical fibers and / or as a loose nonwoven or ball of wool composite, which may or may not be foamed. It is essential that before adding the connecting material, the sponge structure (with or without the fibers) is elastic and remains. The stiffening or curing takes place only by adding and curing the connecting material.
Das Einschießen der Fasern kann beispielsweise durch Einschießen mittels Druckluft aus einem Nadelkanal in die Schwammstruktur oder durch elektrostatische Aufladung und Ausschießen der Faser durch den Kanal erfolgen.Firing of the fibers may be accomplished, for example, by injecting air from a needle channel into the sponge structure or by electrostatically charging and imparting the fiber through the channel.
Besonders vorteilhaft wird die Schwammstruktur bezüglich des mit der Schwammstruktur bzw. des mit dem (Faser-)Verbundwerkstoff zu füllenden Volumens auf Maß vorbearbeitet, z. B. durch Schneiden oder Fräsen. Besonders bevorzugt erfolgt die Bearbeitung auf Maß mit einem Übermaß, sodass gewährleistet ist, dass anschließend das zu füllende Volumen vollständig oder nahezu vollständig ausgefüllt ist. Vorzugsweise beträgt das Übermaß mindestens 2, 4, 6, 8 oder 10% des zu füllenden Volumens. Vorteilhaft ist die Bearbeitung auf Maß nur sehr grob und Maßabweichungen von ±1, 2, 3, 5 oder 7% einer Dimensionsrichtung sind gestattet. Da die Schwammstruktur sich leicht komprimieren lässt, ist es beispielsweise bei Schalenformteilen, deren durch die Schalenformteile gebildetes Innenvolumen mit der Schwammstruktur zu füllen ist, einfach, die Schwammstruktur mit Übermaß durch geringen Auflagedruck zu komprimieren. Nach dem Aushärten wird dann die komprimierte Form ohne Aufrechterhaltung des Anpressdrucks beibehalten, sodass die gewünschte Form der Schalenteile an deren Außenseite ohne besondere Vorkehrung erhalten bleibt.Particularly advantageously, the sponge structure with respect to the sponge structure or with the (fiber) composite material to be filled volume is pre-processed to measure, z. B. by cutting or milling. Particularly preferably, the machining is made to measure with an oversize, so that it is ensured that then the volume to be filled is completely or almost completely filled. Preferably, the excess is at least 2, 4, 6, 8 or 10% of the volume to be filled. Advantageously, the machining to measure only very roughly and deviations of ± 1, 2, 3, 5 or 7% of a dimension direction are permitted. For example, since the sponge structure is easy to compress, it is easy to compress the sponge structure excessively by a small contact pressure in shell moldings whose internal volume formed by the shell moldings is to be filled with the sponge structure. After curing, then the compressed shape is maintained without maintaining the contact pressure, so that the desired shape of the shell parts is retained on the outside without special precautions.
Vorzugsweise erfolgt die Bearbeitung auf Maß (nach dem Einbringen der Fasern und) vor dem Tränken mit dem Verbindungsmaterial oder nach dem Tränken mit dem Verbindungsmaterial, insbesondere nach einem Teilaushärten des Verbindungsmaterials. Nach dem Teilaushärten ist die mit Verbindungsmaterial getränkte Schwammstruktur noch elastisch verformbar und kehrt in ihre Ursprungslage zurück, jedoch ist das teilweise ausgehärtete Material leichter auf Maßhaltigkeit bzw. auf das Übermaß zu bearbeiten.Preferably, the processing is done to measure (after the introduction of the fibers and) prior to impregnation with the bonding material or after impregnation with the bonding material, in particular after partial curing of the bonding material. After partial curing, the sponge structure impregnated with bonding material is still elastically deformable and returns to its original position, however, the partially cured material is easier to machine for dimensional stability or oversize.
Bei einer Ausgestaltung wird die mit dem Verbindungsmaterial getränkte Schwammstruktur in einer luftdichten Umhüllung teilevakuiert und/oder komprimiert. Die luftdichte Umhüllung kann dabei nach dem Tränken oder vor dem Tränken mit dem Verbindungsmaterial um die Schwammstruktur gelegt werden. Nach der Teilevakuierung und/oder Komprimierung ist das Volumen der Schwammstruktur in der Umhüllung reduziert und aufgrund der Luftdichtigkeit kann keine Luft zum Füllen der Poren der Schwammstruktur nachströmen. In diesem komprimierten Zustand kann die Schwammstruktur in der Umhüllung selbst durch kleine Öffnungen in einen relativ großen Hohlraum eingebracht werden, ohne dass das noch flüssige Verbindungsmaterial zur Verunreinigung führt oder mit Bedienpersonal in Kontakt kommt. Sobald die in der Umhüllung eingebrachte Schwammstruktur im Hohlraum ist, kann die Umhüllung entfernt oder mit Lüftungsöffnungen versehen werden, sodass sich die Schwammstruktur wieder ausdehnt und den Hohlraum vollständig ausfüllen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Schwammstruktur auch in einem komprimierten oder teilkomprimierten Zustand in einen zu füllenden Hohlraum eingebracht werden. Beispielsweise ist die Elastizität der Schwammstruktur nach dem Tränken (und gegebenenfalls Teilaushärten des Verbindungsmaterials) reduziert, sodass eine Wiederherstellung der expandierten Schwammstruktur aufgrund der eigenen elastischen Deformation der Schwammstruktur erst allmählich erfolgt und so die zunächst komprimierte, getränkte Schwammstruktur in den Hohlraum eingebracht wird und sich dort allmählich ausdehnt.In one embodiment, the impregnated with the bonding material sponge structure is partially evacuated and / or compressed in an airtight envelope. The airtight wrapper can be placed around the sponge structure after soaking or before soaking with the bonding material. After the partial evacuation and / or compression, the volume of the sponge structure in the enclosure is reduced and due to the air-tightness no air can flow in to fill the pores of the sponge structure. In this compressed state, the sponge structure in the enclosure itself can be introduced through small openings in a relatively large cavity, without the still liquid bonding material leads to contamination or comes into contact with operators. Once the sponge structure introduced into the enclosure is in the cavity, the enclosure may be removed or provided with vents so that the sponge structure expands again and completely fills the cavity. Alternatively or additionally, the sponge structure can also be introduced in a compressed or partially compressed state into a cavity to be filled. For example, the elasticity of the sponge structure after soaking (and optionally partial curing of the connecting material) is reduced, so that a recovery of the expanded sponge structure due to the own elastic deformation of the sponge structure takes place gradually and so the initially compressed, impregnated sponge structure is introduced into the cavity and there gradually expands.
Gemäß Anspruch 10 ist eine Anordnung vorgesehen, bei der der oben beschriebene (Faser-)Verbundwerkstoff einen in einem oder in mehreren Schalenelementen ausgebildeten Hohlraum ausfüllt. Eines oder mehrere der Schalenelemente kann (können) beispielsweise eine GFK Schale sein oder ein sonstiges Faserverbundwerkstoffteil oder ein flächiges Blechelement oder anderes Kunststoffelement, das im Inneren oder auf der Rückseite mittels des Verbundwerkstoffs zumindest gegen Druck stabilisiert wird. Vorzugsweise wird entlang der Kontaktfläche oder zumindest in Teilbereichen der Kontaktfläche zwischen Faserverbundwerkstoff und Schalenelement ebenfalls eine Verbindung hergestellt, vorzugsweise ist diese mittels des Verbindungsmaterials hergestellt oder wird mit diesem hergestellt, sodass der Verbundwerkstoff neben Druckkräften auch Schub- und Torsionskräfte zwischen Schalenelement und Verbundwerkstoff aufnehmen kann.According to claim 10, an arrangement is provided, wherein the above-described (fiber) composite material fills a formed in one or more shell elements cavity. One or more of the shell elements may be, for example, a GRP shell or another fiber composite part or a sheet-metal sheet element or other plastic element which is stabilized at least against pressure inside or on the back by means of the composite material. Preferably, a connection is also made along the contact surface or at least in partial areas of the contact surface between fiber composite material and shell element, preferably this is produced by means of the connecting material or is manufactured with this, so that the composite material can absorb thrust and torsional forces between shell element and composite material in addition to compressive forces.
Beispiele für Schalenelemente sind Flügelelemente oder Rotorblattelemente für den Flugzeugbau oder den Bau von Windkraftrotorblättern, deren Hohlraum mit dem leichtgewichtigen und hochstabilen Verbundwerkstoff ausgesteift wird oder ist. Wie oben erwähnt, kann durch Vorsehen von Vorzugsrichtung der Fasern eine Druck- oder Zugverstärkung in speziell vorgegebene Richtungen des Faserverbundwerkstoffs vorgesehen werden. Vorteilhaft kommt der Verbundwerkstoff mit oder ohne Fasern als Knautschzone beispielsweise im Automobilbereich zum Einsatz, wo er als Hinterfüllung hinter einer (Blech- oder Kunststoff-)Schale eingesetzt wird oder unmittelbar das Volumen und die (evtl. oberflächenvergütete) Außenseite der Knautschzone ausbildet.Examples of shell elements are wing elements or rotor blade elements for aircraft construction or construction of wind power rotor blades, the cavity of which is stiffened with the lightweight and highly stable composite material. As mentioned above, by providing preferential direction of the fibers, compression or tension reinforcement may be provided in specially predetermined directions of the fiber composite. Advantageously, the composite material with or without fibers is used as a crumple zone, for example in the automotive sector, where it is used as a backfill behind a (sheet metal or plastic) shell or directly forms the volume and the (possibly surface-treated) outside of the crumple zone.
Beim Einsatz des oben beschriebenen Schwammstützstoffes löst die Erfindung das Problem der Stabilisierung einer Leichtstruktur mit Innenräumen, indem die Stützstoffe vorerst schwammartig flexibel und formbar sind, mit Kunstharz leicht vernetzt werden aber später aushärten und dann dauerhaft eine feste Form einnehmen. Der Schwammstützstoff wird vor dem Einbringen in den Hohlraum mit Harz getränkt, das überflüssige Harz wird dann aus dem Schwamm herausgepresst. Die Hohlräume des Schwammstützstoffs können sich dadurch wieder mit Luft füllen. Es verbleibt ein leicht mit Kunststoffharz vernetzter Schwammstützstoff mit geringem Gewicht. Vor dem Vernetzten mit etwas Übermaß grob zugeschnitten füllt dieser, nach dem Verpressen der Schalenteile und dem Aushärten, die Hohlräume vollständig und stabil aus. Schäumende Kunststoffe können dies zwar auch, erzeugen aber beim Aushärten einen nicht kontrollierbaren meist zu hohen Druck gegen die Schale, was dann meist zu Verformungen führt. Zudem ist es kaum möglich den schäumenden Kunstoffen strukturiert Verstärkungsmaterialien hinzuzufügen.When using the sponge support described above, the invention solves the problem of stabilizing a lightweight structure with interiors by the support materials are initially sponge-like flexible and malleable, are easily cross-linked with synthetic resin but later harden and then permanently take a solid form. The sponge support is impregnated with resin prior to introduction into the cavity, the excess resin is then extruded from the sponge. The cavities of the sponge support can thereby refill with air. There remains a slightly meshed with plastic resin sponge support with low weight. Before being cross-linked and roughly oversized, it then completely and stably fills the cavities after the shell parts have been pressed and hardened. Foaming plastics can indeed do this, but produce a not controllable usually too high pressure against the shell during curing, which then usually leads to deformation. In addition, it is hardly possible to structurally add reinforcing materials to the foaming plastics.
Durch die Vernetzung eines schwammartigen, porigen und saugfähigen Materials mit einem Kunstharz erhält man nach Aushärtung eine beliebige Form bei gleichbleibendem Gegendruck während der Aushärtungsphase. Hierbei muss sich der Schwammstützstoff mit Kunstharz vollsaugen. Das überflüssige Harz muss dann aus den Poren des Schwammstützstoffes gepresst werden. Die Poren des Schwammstützstoffes sind nun nur noch leicht vernetzt, die Poren vom Kunstharz umschlossen. Dies bildet beim Aushärten eine Kombination von innen weichen und außen harten Stützstoffbereichen im Schwammstützstoff, was zur Stabilität und Festigkeit des Materials führt.The crosslinking of a sponge-like, porous and absorbent material with a synthetic resin gives, after curing, an arbitrary shape with a constant counter-pressure during the curing phase. Here, the sponge support must be soaked with synthetic resin. The excess resin must then be pressed out of the pores of the sponge support. The pores of the sponge support are now only slightly cross-linked, the pores surrounded by the resin. This forms a combination of soft inside and outside hard support areas in the sponge support during curing, which leads to the stability and strength of the material.
Durch das feste Einweben von zusätzlichen vernetzbaren Verstärkungsmaterialien wie Glasfasern, Kohlefasern oder ähnlichem flexiblen Fasermaterial in das Schwammgewebe erhält man in Verbindung mit Kunstharzen sehr feste und leichte Stützstoffe. Dieses Schwammverbundmaterial kann wie vorweg beschrieben grob zugeschnitten und anschließend mit Kunstharz vernetzt in die zu füllenden Hohlräume eingelegt werden. Die Verstärkungsmaterialien werden bei diesem Vorgang ebenfalls mit Kunstharz getränkt. Das anschließende Auspressen des Kunstharzes lässt wieder Luft in die Poren des Schwammmaterials, was das Gewicht des Materials erheblich reduziert Beim Verpressen der Teile passt sich das Material an die Form an und härtet in dieser Position aus. Die eingewebten oder eingebrachten Verstärkungsmaterialien werden hierdurch fest eingebunden.The firm interweaving of additional crosslinkable reinforcing materials such as glass fibers, carbon fibers or similar flexible fiber material in the sponge fabric is obtained in conjunction with synthetic resins very solid and lightweight props. This sponge composite material can be coarsely cut as described above and then crosslinked with resin inserted into the cavities to be filled. The reinforcing materials are soaked in this process also with synthetic resin. The subsequent squeezing of the synthetic resin releases air back into the pores of the sponge material, which significantly reduces the weight of the material. When the parts are pressed, the material adapts to the shape and cures in this position. The woven or incorporated reinforcing materials are thereby firmly integrated.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Verbundwerkstoff oder ein Verbundwerkstoffprodukt als Halbzeug bereitgestellt, bei dem der Verbundwerkstoff oder das Verbundwerkstoffprodukt mit Fasern versetzt ist. Besonders vorteilhaft liegt das Halbzeug in Form von Blöcken, Stanen oder Platten vor. Im Bereich des Modellbaus, der Vorserienfertigung oder der Kleinserienfertigung kann mit dem Halbzeug eine einfache Weiterverarbeitung erfolgen, bei der die Fasern nicht mehr eingebracht werden müssen, sondern lediglich das zur Versteifung und Aushärtung notwendige Verbindungsmaterial. Dieses kann beispielsweise mit dem flüssigen Ausgangsmaterial des Verbindungsmaterials übergossen werden und dieses durch Durchwalken des Halbzeugs mit dem Verbindungsmaterial durchsetzt werden. Auch kann das Halbzeug vor der Durchtränkung unter Verwendung von bekannten Schneidemitteln zum Schneiden von Schwammstoffen oder Schaumstoffen in Form gebracht werden (Glühdrahtschneiden, Bandschneiden, Laserschneiden).In a particularly advantageous embodiment, a composite material or a composite product is provided as a semifinished product in which the composite material or the composite product is mixed with fibers. Particularly advantageously, the semifinished product is in the form of blocks, stems or plates. In the field of model making, pre-series or small series production can be done with the semi-finished simple processing, in which the fibers no longer need to be introduced, but only necessary for stiffening and curing compound material. This can be poured over, for example, with the liquid starting material of the connecting material and this be penetrated by Durchwalking the semifinished product with the bonding material. Also, the semi-finished product before the Impregnation using known cutting means for cutting sponges or foams are brought into shape (glow wire cutting, tape cutting, laser cutting).
Zur Erläuterung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Herstellung einer verstärkten Schwammstruktur beschrieben:
- v1. Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Schwammstruktur, mit den Schritten: Tränken einer Schwammstruktur (
3 ) mit einem flüssigen Verbindungsmaterial (14 ), und Aushärten des Verbindungsmaterials (14 ). - v2. Verfahren nach Version v1, wobei nach dem Tränken der Schwammstruktur (
3 ) mit dem flüssigen Verbindungsmaterial (14 ) zumindest ein Teil des Verbindungsmaterials aus der Schwammstruktur gepresst wird, insbesondere durch Walken der getränkten Schwammstruktur. - v3. Verfahren nach Version v1 oder v2, wobei die Schwammstruktur (
3 ) auf Maß bearbeitet wird, insbesondere mit einem Übermaß bezüglich eines mit der Schwammstruktur zu füllenden Volumens, insbesondere mit einemÜbermaß von mindestens 2%, 4%, 6%, 8% oder 10% bezüglich des Volumens. - v4. Verfahren nach Version v1, v2 oder v3, aufweisend: Einbringen von Fasern (
5a ,5b ,5c ) in die Schwammstruktur (3 ), insbesondere vor oder nach dem Tränken der Schwammstruktur. - v5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Versionen v1 bis v4, wobei das Einbringen der Fasern (
5a ,5b ,5c ) in die Schwammstruktur (3 ) erfolgt durch einen oder mehrere der folgenden Schritte: Einweben der Fasern in die Schwammstruktur; Einschießen der Fasern in die Schwammstruktur; Einführen der Fasern in die Schwammstruktur; Beigabe der Fasern bei der Ausbildung der Schwammstruktur; Aufspannen von Fasern durch einen Hohlraum oder Volumen verlaufend und Umschäumen der aufgespannten Fasern im Hohlraum oder Volumen mit einem die Schwammstruktur ausbildenden Ausgangsmaterial. - v6. Verfahren nach Version v5, wobei beim Einführen der Fasern in die Schwammstruktur zumindest ein Teil der Fasern als spiral- oder helixförmige Fasern eingeführt werden; wobei bei der Beigabe der Fasern bei der Ausbildung der Schwammstruktur zumindest ein Teil der Fasern als spiral- oder helixförmige Fasern vorliegen und/oder wobei zumindest ein Teil der Fasern als vliesartiges oder wollknäuelartiges Material vorliegen.
- v7. Verfahren nach einem der Versionen v1 bis v6, wobei zumindest auf einem Teil der Oberfläche der mit dem Verbindungsmaterial getränkten Schwammstruktur eine flächige Auflage angeordnet wird, insbesondere ein Gelege, eine textile Flächenstruktur oder eine Gewebematte.
- v8. Verfahren nach Version v7, wobei die flächige Auflage vor dem Aushärten des Verbindungsmaterials (
14 ) auf die Oberfläche der Schwammstruktur (3 ) aufgelegt wird, wobei insbesondere die flächige Auflage vor oder nach dem Auflegen auf die Schwammstruktur mit dem flüssigen Verbindungsmaterial getränkt wird. - v9. Verfahren nach einem der Versionen v1 bis v8, wobei zumindest während eines Teils des Aushärtvorgangs der Schwammstruktur die Schwammstruktur zwischen formgebenden Schalen und/oder Flächen gehalten wird, insbesondere zwischen formgebenden Schalen und/oder Flächen, die eine Kompression der Schwammstruktur bewirken und/oder wobei insbesondere die flächigen Auflagen auf zumindest einem Teil der Oberfläche der Schwammstruktur aufgelegt wurde bevor die Schwammstruktur zwischen den formgebenden Schalen und/oder Flächen gehalten wird.
- v1. Process for producing a reinforced sponge structure, comprising the steps of: impregnating a sponge structure (
3 ) with a liquid compound material (14 ), and curing of the bonding material (14 ). - v2. Method according to version v1, wherein after the impregnation of the sponge structure (
3 ) with the liquid compound material (14 ) at least a portion of the bonding material is pressed out of the sponge structure, in particular by swaging the impregnated sponge structure. - v3. Method according to version v1 or v2, whereby the sponge structure (
3 ) is made to measure, in particular with an excess with respect to a volume to be filled with the sponge structure, in particular with an excess of at least 2%, 4%, 6%, 8% or 10% by volume. - v4. Method according to version v1, v2 or v3, comprising: introducing fibers (
5a .5b .5c ) into the sponge structure (3 ), in particular before or after soaking the sponge structure. - v5. Method according to one of the preceding versions v1 to v4, wherein the introduction of the fibers (
5a .5b .5c ) into the sponge structure (3 ) is accomplished by one or more of the following steps: weaving the fibers into the sponge structure; Injecting the fibers into the sponge structure; Introducing the fibers into the sponge structure; Addition of the fibers in the formation of the sponge structure; Stretching fibers through a cavity or volume extending and foaming the fibers spanned in the cavity or volume with a sponge structure forming the starting material. - v6. Method according to version v5, wherein when introducing the fibers into the sponge structure at least a part of the fibers are introduced as spiral or helical fibers; wherein when adding the fibers in the formation of the sponge structure at least a portion of the fibers are present as helical or helical fibers and / or wherein at least a portion of the fibers are present as non-woven or wollknäuelartiges material.
- v7. Method according to one of the versions v1 to v6, wherein at least on a part of the surface of the impregnated with the bonding material sponge structure, a flat support is arranged, in particular a scrim, a textile surface structure or a fabric mat.
- v8. Method according to version v7, wherein the flat support before hardening of the connecting material (
14 ) on the surface of the sponge structure (3 ) is placed, in particular, the flat support is soaked before or after placement on the sponge structure with the liquid compound material. - v9. Method according to one of the versions v1 to v8, wherein at least during a part of the curing process of the sponge structure, the sponge structure is held between forming shells and / or surfaces, in particular between forming shells and / or surfaces, which cause a compression of the sponge structure and / or in particular the planar supports were placed on at least part of the surface of the sponge structure before the sponge structure is held between the forming shells and / or surfaces.
Die Verwendung des Verbundwerkstoffs ist vorteilhaft wie folgt:
Verwendung des Verbundwerkstoffs oder eines Verbundwerkstoffprodukts wie zuvor beschrieben und in jeglicher Ausgestaltung zur Aus- oder Zwischenfüllung oder zumindest teilweisen Aus- oder Zwischenfüllung eines Hohlraums, einer Fuge, oder eines Zwischenraums zwischen Schalenelementen (
Use of the composite material or of a composite product as described above and in any configuration for filling or intermediate filling or at least partial filling or intermediate filling of a cavity, a joint, or a gap between shell elements (
Verwendung des Verbundwerkstoffs oder eines Verbundwerkstoffprodukts wie zuvor beschrieben und in jeglicher Ausgestaltung als Verbindungs- und/oder Füllmaterial zwischen einem oder mehreren Strukturelementen, in der Verbindungstechnik, als Außenverschalungsmaterial, als Außenversteifungsmaterial, als Puffermaterial oder als Knautschzonenmaterial.Use of the composite material or of a composite product as described above and in any configuration as a joining and / or filling material between one or more structural elements, in the joining technique, as an outer cladding material, as an outer reinforcing material, as a buffer material or as a crumple zone material.
Anhand von Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:With reference to figures, embodiments of the invention will be explained in more detail. Show it:
Bei der Ausrichtung der Elemente
Vorzugsweise ist auch die Oberfläche des Schwammstützstoffs
Der Schwammstützstoff
Am Faserinjektor
Mit oder ohne Fasern wird das Schwammband
Das Schwammband
Das mit Kunstharz getränkte Schwammband
Anstelle der (letzten) Expansion J kann auch das komprimierte Schwammband
Kurzzusammenfassung für die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- obere Flügelschaleupper wing shell
- 22
- untere Flügelschalelower wing shell
- 33
- SchwammstützstoffSponge proppant
- 5a, 5b, 5c5a, 5b, 5c
- Fasergruppefiber group
- 1010
- Behandlungseinheittreatment unit
- 1212
- Behältercontainer
- 1414
- Kunstharzresin
- 1616
- Schwammbandsponge band
- 1818
- FaserinjektorFaserinjektor
- 2020
- Faserkanalfiber channel
- 2222
- Kompressionswalzencompression rollers
- 2424
- Abstreifwalzenwiper rolls
- Ee
- Eintrittseiteentry page
- FF
- FaserdurchwirkungFiber effect
- GG
- Luftaustragair discharge
- HH
- Durchtränkungimpregnation
- II
- HarzaustragHarzaustrag
- JJ
- Expansion/AustrittseiteExpansion / exit side
- I, II, IIII, II, III
- Vorzugsrichtung der FaserausrichtungPreferred direction of the fiber orientation
Claims (13)
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2010
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