DE4244692C1 - Verfahren zur Herstellung von hohlförmigen Kunststofformteilen aus Faserverbundwerkstoffen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von hohlförmigen Kunststofformteilen aus Faserverbundwerkstoffen

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Description

Die Erfindung betrifft ein verfahren zur Herstellung von hohlförmigen Kunststoffteilen aus Faserverbundwerkstoffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Herstellung von Kunststoffteilen aus Faserverbund­ werkstoffen, z. B. aus Aramid-, Kohle-, oder Glasfasern sind Handlaminierverfahren bekannt, bei denen das Laminat in eine Form eingelegt wird, die als Positiv- oder Negativform ausgeführt sein kann, wobei nach dem Ein­ bringen des Harzes dessen Verteilung und die Tränkung der Gewebe manuell mit Spachtel, Roller oder Pinsel erfolgt.
Das Handlaminierverfahren kann zwecks besserer Entlüftung des Laminats und besserer Ausfüllung enger Radien unter Vakuum erfolgen. Dabei ist vorgesehen, daß das Laminat mit einer Abdeckfolie versehen wird, die gegenüber der Form abgedichtet ist, damit zwischen Abdeckfolie und Form ein Vakuum entstehen kann.
Zur Verstärkung des Anpreßdrucks des Laminats gegen die Form, kann die Form in einem Autoklaven angeordnet sein und die Aushärtung unter einem Druck bis zu 6 bar und ggf. bei einer Temperatur von bis zu 200°C erfolgen.
Bei hohlförmigen Kunststoffteilen ist es bekannt, die Hohlformen aus zwei oder mehreren Formteilen zusammen­ zusetzen und zu verkleben. Dies hat den Nachteil, daß die Festigkeit des Hohlkörpers auf diese Weise entscheidend an den Nahtstellen geschwächt ist, so daß derartige Teile bei hohen Festigkeitsanforderungen, z. B. Fahrradrahmen, Fahrradgabeln, Flügeln von Windkraftanlagen, usw., aus Festigkeitsgründen nicht geeignet sind.
Es ist auch bekannt, hohlförmige Kunststofformteile mit einem in dem Kunststoffteil verbleibenden Schaumkern herzustellen. Derartige Kunststoffhohlteile haben den Nachteil, ein höheres Gewicht aufzuweisen, wobei der in dem Hohlteil verbleibende Kern die Festigkeit des Kunst­ stoffteils ebenfalls beeinträchtigen kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Oberfläche nicht in der gewünschten Oberflächenqualität hergestellt werden kann und infolgedessen aufwendig nachbearbeitet werden muß.
Aus der DE OS 17 29 060 ist bekannt, auf einen aufblasbaren Dorn mit Kunstharz imprägniertes Fasermaterial aufzubringen, diesen belegten Dorn in eine teilbare Außenform einzubringen und aufzublasen, wobei das Fasermaterial gegen die Innenfläche der Form gepreßt wird, dann das Harz auszuhärten und schließlich den aufblasbaren Dorn nach seiner Druckentlastung über eine Öffnung im fertigen Gegenstand zu entfernen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von hohlförmigen Kunststofformteilen aus Faserverbundwerkstoffen anzugeben, bei dem eine höhere Festigkeit des Kunststofformteils bei geringerem Gewicht und bei verbesserter Oberflächenqualität erzielt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des An­ spruchs 1.
Gemäß der Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte vorgesehen:
Es wird zunächst ein gegenüber dem Endprodukt um die Wandstärke des Kunststofformteils verkleinerter Kern hergestellt, auf dem zunächst eine dünne Stützform aus mindestens einer Laminatschicht hergestellt wird. Nach dem Aushärten der dünnwandigen Stützform wird diese zwecks Entnahme des Kerns aufgetrennt und anstelle des Kerns ein aufblasbarer Schlauch in die Stützform ein­ gesetzt. Der Schlauch wird bis zum Anliegen an die Stützform aufgepumpt. Anschließend wird die gewünschte Anzahl von Laminatschichten auf die Stützform aufgetragen und das noch nicht ausgehärtete Laminat in die mehrtei­ lige Negativform eingelegt. Nunmehr wird der Schlauch in der Stützform auf einen erhöhten Innendruck aufgepumpt, wodurch das Laminat über die Stützform mit hohem Druck gegen die Negativform angepreßt wird. Nach dem Aushärten des Laminats wird der Schlauch nach Druckentlastung über eine Öffnung des Kunststofformteils entfernt.
Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für röhrenför­ mige Kunststofformteile. Aufgrund des von innen gegen die Negativform erzeugbaren Druck auf die Laminatschicht, läßt sich eine glatte Außenoberfläche erzielen, die nur einer geringen Nachbearbeitung bedarf.
Das Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Druckbeaufschlagung des hohlförmigen Kunststofformteils von innen während des Aushärtevorgangs, wobei eine glatte Außenoberfläche erzielt wird, die nur noch eine geringe Nachbearbeitung erfordert, wobei kein bleibender Kern im Inneren des Kunststofformteils verbleibt. Aufgrund des hohen von innen aufgebrachten Drucks werden überschüssi­ ges Harzmaterial sowie Luftblasen aus dem Laminat herausgedrückt, wobei das Kunstharz in ggf. in der Negativform vorgesehene Harzkanäle entweichen kann. Die Ausscheidung von Luftblasen und überschüssigem Kunstharz im Laminat haben nicht nur die Verbesserung der Ober­ flächenqualität sondern auch eine Festigkeitserhöhung des Kunststofformteils zur Folge.
Das Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise die Herstellung komplizierter hohlförmiger Kunststofform­ teile, z. B. einteilige Speichenräder für Rennsport­ fahrräder.
Da die Form einstückig hergestellt wird, entstehen keine äußeren Nähte, die die Festigkeit des Kunststofformteils beeinträchtigen. Auch bei diesem Verfahren verbleibt kein Kern in dem Kunststofformteil, so daß das Gewicht bei nahtlosen hohlförmigen Kunststofformteilen aus Faserver­ bundwerkstoffen reduziert werden kann und gleichzeitig deren Festigkeit erhöht werden kann.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:
Es zeigt
Fig. 1 ein Kunststofformteil in einer Negativform und
Fig. 2 eine Seitenansicht der Negativform gemäß Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine Negativform mit einem Kunststofform­ teil 6. Die Negativform 1 ist zweiteilig und besteht aus einem Unterteil 2 und einem Oberteil 3. Das Oberteil 3 ist in die Fig. 1 teilweise weggebrochen dargestellt, so daß das in dem Unterteil 2 der Negativform 1 liegende Kunststofformteil 6 ersichtlich ist, das seinerseits gebrochen dargestellt ist, um eine die Innenkontur des Kunststofformteils bildende Stützform 22 und einen gegen die Stützform 22 aufpumpbaren Luftschlauch 24 zu zeigen. Der Luftschlauch ist über ein Luftventil 26 von außen aufpumpbar, das durch eine Öffnung 14 der Negativform 1 nach außen geführt ist.
Die Stützform 22 wird vorzugsweise als einschichtiges Laminat auf einem nicht dargestellten Kern hergestellt, dessen Maße um die Laminatstärke des Kunststofformteils 6 gegenüber dem Fertigmaß des Kunststofformteils ver­ ringert ist. Die auf diese Weise hergestellte dünnwandige Stützform 22 wird nach dem Aushärten aufgeschnitten, um den Kern zu entfernen und an dessen Stelle den Luft­ schlauch 24 einzusetzen. Dann wird der Luftschlauch aufgepumpt bis er leicht gegen die Innenkontur der Stützform anliegt. Dann werden mehrere Laminatschichten entsprechend der gewünschten Schichtstärke des Laminats 10 bzw. der gewünschten Wandstärke des Kunststofform­ teils 6 aufgetragen, wobei vorzugsweise strumpfartige Gewebe aus Kohle-, Aramid-, oder Glasmaterial eingesetzt werden.
Anschließend wird das aus den ungehärteten Laminatschichten 10 bestehende Kunststofformteil in die Form 1 eingelegt und der Luftschlauch auf einen Innendruck von ca. 1,5 bis 3 bar, vorzugsweise ca. 2 bar aufgepumpt, wodurch das Laminat 10 gegen die Negativform 1 angepreßt wird, so daß in vorteilhafter Weise Luftblasen und überschüssiges Kunstharz aus dem Laminat 10 herausgepreßt werden. Die Negativform 1 kann zu diesem Zweck nicht dargestellte Harzkanäle aufweisen, die das überschüssige Kunstharz und ggf. die herausgepreßte Luft aufnehmen können. Beim Aushärten des Laminats verbindet sich die Stützform 22 mit den weiteren Schichten 10 des Laminats und bildet eine einheitliche Wandung des Kunststofformteils 6.
Nach dem Aushärten des Kunststofformteils kann der Luft­ schlauch 24 über die Durchtrittsöffnung 14 im Kunst­ stofformteil für das Luftventil entnommen werden, so daß kein Kern im Inneren des Kunststofformteils verbleibt.
Das Aushärten kann unter Vakuum erfolgen und/oder in einem Autoklaven.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von hohlförmigen Kunst­ stofformteilen aus Faserverbundwerkstoffen durch
  • - Herstellen eines gegenüber dem Kunststofformteil um die Laminatstärke verkleinerten Kerns,
  • - Auflaminieren einer dünnen Stützform aus mindestens einer Laminatschicht auf den Kern,
  • - Auftrennen der Stützform nach dem Aushärten der Laminatschicht zur Entnahme des Kerns,
  • - Einsetzen eines aufblasbaren Schlauchs in die Stützform anstelle des Kerns,
  • - Aufpumpen des Schlauchs bis zum Anliegen an die Stützform,
  • - Auftragen einer gewünschten Anzahl von Laminat schichten auf die Stützform,
  • - Einlegen der mit den Schichten des Kunststofformteils überlaminierten Stützform in eine mehrteilige Nega­ tivform,
  • - Aufpumpen des Schlauchs in der Stützform auf einen erhöhten Innendruck,
  • - Aushärten des Laminats zu dem Kunststofformteil unter Vakuum und/oder in einem Autoklaven,
  • - Entfernen des Schlauchs nach Druckentlastung über eine Öffnung des Kunststofformteils.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützform mehrteilig mit Trennfuge ausge­ bildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Innendruck des Schlauchs ca. 1,5 bis 3,0 bar, vorzugsweise ca. 2 bar beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststofformteil nahtlos laminiert wird.
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