DE3147228A1 - Laminat aus faserverstaerkten werkstoffen sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Laminat aus faserverstaerkten werkstoffen sowie verfahren zu dessen herstellung

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Description

  • ergibt. Wird dieses Laminat mit einem Bindemittel imprägniert,
  • z.B. durch eine sogenannte Vaicuum-Injektion, und anschließend in der gewünschten Form verpreßt und ausgehärtet, so erhält man einen Werkstoff, der in allen drei Richtungen X, Y und Z hochbelastbar ist. Die Ausrichtung der Verstärkungsfäden bzw.
  • Verstärkungsfasern in Z-Richtung wird auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestellt. So ist es möglich, diese Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfäden direkt in Z-Richtung, d.h. senkrecht zu der Ebene der Laminatschichten in das Laminat ein zu bringen. Je nach Dichte dieser Verstärkungsfasern in Z-Richtung können entsprechend hohe Kräfte auch in dieser Richtung sicher aufgenommen werden. In vielen Anwendungsfällen wird es jedoch günstig sein, die Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfäden in Richtungen von +450 und 450 in bezug zu den Ebenen der einzelnen Laminatschichten auszurichten. Eine solche Laminatverstärkung wird insbesondere dann gewählt, wenn das aus dem Laminat herzustellende Bauteil hohen Biegebeanspruchungen ausgesetzt wird, wie dieses z.B. für den obigen Fall einer Blattfeder erwähnt ist. Bei den Biegebelastungen werden die in dem Laminat zwischen den einzelnen Laminatschichten in der Matrix entstehenden Schubspannungen zwischen benachbarten Laminatschichten nicht mehr wie bisher über die Oberfläche der Laminatschichten in das Bindemittel und aus diesem in die benachbarte Laminatschicht übergeleitet; bei entsprechender Orientierung der Verstärkungsfäden bzw. Verstärkungsfasern kann ein gewünschter Anteil dieser Schubspannungen durch die Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfäden aufgenommen und über diese zwischen den einzelnen Gewebe- oder Faserlagen des Laminates geleitet werden. Es ist einleuchtend, daß mit einem derart verstärkten Laminat die bei Biegebelastungen auftretenden Schubspannungen innerhalb der Verbundmatrix besser beherrscht werden können als mit herkömmlich aufgebauten Laminaten.
  • Durch die dreidimensionale Fasermatrix innerhalb eines erfindungsgemäßen Laminates können Bauteile in der Form freier gestaltet werden; Probleme hinsichtlich mechanischer Stabilität werden insgesamt verringert.
  • Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher e#utert. In dieser stellen dar: Figur 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines Laminats gemäß der Erfindung aus mehreren übereinander gelegten Gewebe- bzw. Faserlagen und in Dicken richtung eingebrachten Verstärkungsfäden; Figuren 2a und 2b eine Teilaufsicht bzw. einen Teilquerschnitt durch einen Rotorkopf eines Hubschraubers, der mit Laminaten gemäß der Erfindung hergestellt ist.
  • In Figur 1 ist nicht maßstabsgerecht ein Querschnitt durch einen Teil eines Laminates 1 dargestellt. Dieses Laminat weist in diesem Fall vier Lagen Liff L2, L3 und L4 aus einem Gewebe-oder Fasermaterial auf. Die Art dieser Lagen richtet sich nach dem jeweiligen Anwendungsfall. So können z.B. die beiden Decklagen L1 und L4 aus Gewebematerial sein, wobei die Gewebefäden im Winkel von 900 zueinander ausgerichtet sind. Die Lagen L2 und L3 sind z.B. Lagen aus unidirektionalen Fasern.
  • Das Material dieser Lagen richtet sich ebenfalls nach dem Anwendungsfall und besteht z e Be aus Glas, Kohle, Aramid oder dergleichen.
  • Die einzelnen Lagen z.B.inForm von Matten oder einem zu fertigenden Bauteil angepaßten Zuschnittenwerden übereinander gelegt. An- schließend wird diese Schichtanordnung mit Verstärkungsfäden 2 versehen. Diese Verstärkungsfäden , z.B. Glas- oder Aramidfäden, verlaufen in Z-Richtung, d.h. in Dickenrichtung der Schichtanordnung, wobei ein Fadensatz einen Winkel von +450, der andere Fadensatz einen Winkel von -450 gegen die Z-Richtung einnimmt. Diese Verstärkungsfäden können mit einer Art Nähmaschine in die Schichtanordnung eingebracht werden. Die derart verstärkte Schichtanordnung wird dann z.B. in eine hier nicht dargestellte Bauteilform gelegt und anschließend mit einem vernetzenden Bindemittel imprägniert, z.B. durch Vakuum-Injektion. Dieses, durch die Vernetzung eine Matrix ausbildende Bindemittel ist in Figur 1 nur schematisch in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Lagen angedeutet und mit 3 bezeichnet. Dies ist lediglich beispielhaft: tatsächlich liegen die einzelnen Lagen L1 bis L4 direkt aufeinander, das Bindemittel 3 erstreckt sich durch die gesamte Schichtanordnung. Das Laminat weist im Endzustand etwa 60 Volumen-% Fasern und 40 Volumen-% Bindemittel auf.
  • Nach Verpressen und Aushärten des Laminats ist das damit hergestellte Bauteil gebrauchsfertig.
  • In den Figuren 2a und 2b ist ein Teil eines Mittelstückes 4 für einen Rotorkopf eines Hubschraubers dargestellt. Dieses Mittelstück hat die Form eines Kreuzes, dessen Schenkel durch konkave Übergänge miteinander verbunden sind. An den Enden der einzelnen Kreuz schenkel sind durchgehende Löcher 5 vorgesehen, in die hier nicht dargestellte Bolzen des Rotorkopfes eingreifen, an denen die Rotorblätter des Hubschraubers angelenkt sind. Die einzelnen Schenkel des Mittelstückes 4 verjüngen sich in Richtung auf deren Enden, in denen die Aufnahmelöcher 5 vorgesehen sind. Im Zentrum des Kreuzes ist ein Mittelloch 6 vorgesehen.
  • Das Mittelstück 4 des Rotorkopfes wird aus einem Laminat 1 aus faserverstärkten Werkstoffen hergestellt, wie zu Figur 1 beschrieben. Demgemäß wird zunächst eine Schichtanordnung aus einzelnen Lagen L11 bis L'n aufgebaut, und zwar in diesem Falle abwechselnd aus Gewebe lagen und Lagen aus unidirektio nalen Fasern. Die Deckschichten L'1 und L'n sind hierbei Gewebelagen, während die Lagen L'2 , L'4, .... L'2i unidirektionale Faserlagen in Form von Schlaufenelementen sind, die um die Löcher 5 des Kreuzes herum geführt sind. Der Verlauf dieser unidirektionalen Lagen ist in Figur 2a schematisch durch 7 angedeutet.
  • Diese fertige Schichtanordnung, bei der die einzelnen Lagen im wesentlichen in X- und Y-Richtung verlaufen, werden nun mit Verstärkungsfäden 2 "vernäht", wobei diese Ve:stärkungsfäden wiederum in Dicken-d.h. in Z-Richtung verlaufen und in Winkeinvon 9450 und 450 gegen diese Z-Richtung ausgerichtet sind. Die Verstärkungsfäden 2 sind in den Figuren 2a und 2b nur schematisch und über einen Teil des Mittelstückes dargestellt Anschließend kann das gesamte Mittelstück 4 in "einem SchuB" mit dem bereits erwähnten Injektionsverfahren mit Bindemittel imprägniert werden. Nach Aushärten ist das Mittelstück gebrauchsfertig.
  • Im übrigen ist es nicht notwendig, den gesamten Bereich des Mittelstückes mit Verstärkungsfäden zu versehen. Vielmehr ist es ausreichend, das Mittelstück lediglich in den kritischen Spannungebereichen zu verstärken. Durch die Verstärkungsfäden wird jedoch in beiden Fällen über das gesamte Mittelstück ein gesichertes Spannungsniveau erzielt, so daß die bei dem Betrieb des Mittelstücks auftretenden Spannungen sehr gut beherrscht werden können Leerseite

Claims (8)

  1. Laminat aus faserverstärkten Werkstoffen sowie Verfahren zu dessen Herstellung P a t e n t a n s p r ü c h e I0 Laminat aus faserverstärkten Werkstoffen, bestehend aus mehreren ubereinander geschichteten Lagen aus Faser bzw.
    Gewebematerial, die mit einem aushärtbaren vernetzenden Bindemittel miteinander verbunden sind, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die übereinander ge -schichteten Lagen (t) mit Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfäden (2) in Dickenrichtung (Z-Richtung) des Laminates (1) versehen sind.
  2. 2. Laminat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfäden (2) in Winkeln von ca. + 450 zur Ebene (X,Y) der Lagen (L) verlaufen.
  3. 3. Laminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfäden (2) einen Teil der Lagen oder sämtliche Lagen (L) des Laminates durchdringen.
  4. 4. Verfahren zum Herstellen von Laminaten aus faserverstärkten Werkstoffen, wobei die Laminate aus mehreren übereinander geschichteten Lagen aus Faser- bzw. Gewebematerial zusammengesetzt und mit einem vernetzenden Bindemittel imprägniert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander geschichteten Lagen des Laminats zusätzlich mit Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfäden in Dickenrichtung des Laminates verstärkt werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfäden in Winkeln von ca. + 450 zur Ebene der Lagen angeordnet werden.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfäden durch einen Teil der Lagen oder durch sämtliche Lagen des Laminates hindurchgeführt.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfäden lediglich in kritischen Spannungsbereichen des Laminates angeordnet werden.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander gelegten Lagen des Laminats vor der Imprägnierung mit den Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfäden vernäht werden.
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