Sandwichbauteil

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines

Sandwichbauteils und ein nach dem Verfahren hergestelltes Sandwichbauteil, wobei sich das Sandwichbauteil durch einen sehr guten Schichtverbund und damit auch durch sehr gute mechanische Eigenschaften auszeichnet.

Sandwichbauteile, die in Leichtbaukonstruktionen eingesetzt "werden, umfassen üblicherweise einen Schaumkern, der zwischen zwei Decklagen angeordnet ist. Die Decklagen können dabei aus Faserverbundkunststoffen, aus Metallen oder anderen Materialien gebildet sein. Die Hersteilung von Sandwichbauteilen mit Deckiagen aus Faserverbu ndku nststoff en (FVK) kann beispielsweise durch einen Infusionsprozess mit niedrigem Druckniveau oder mit hohem Druckniveau (RTM- Verfahren) erfolgen, wobei der Schaumkern mit dem Material der Decklagen umspritzt wird. Nachteilig an derartigen Herstellprozessen ist, dass die

Schaumwerkstoffe unter den meist hohen Forminnendrücken der eingesetzten Werkzeuge verpresst werden, jedoch nicht die notwendige Festigkeit besitzen, um dem Pressdruck zu widerstehen. Hierdurch und auch durch unzureichendes Verpressen, kann es zu Fehlstellen und Defekten in der Sandwichstruktur kommen, die die mechanischen Eigenschaften des Sandwichbauteils nachteilig beeinflussen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Sandwichbauteils, das eine erste Decklage und eine Schaumlage umfasst, anzugeben, in dam Fehlstellen und Defekte in der Schaumlage und auch Fehlstellen im Schichtverbund zwischen der ersten Decklage und der Schaumlage und damit auch im Sandwichbauteil selbst, reduziert bzw. vermieden werden. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Sandwichbauteil mit verbesserten mechanischen Eigenschaften bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Sandwichbauteils gelöst. Hierbei umfasst das herzustellende Sandwichbauteil eine erste Decklage und eine Schaumlage. Die erste Decklage und die

Schaumlage werden durch das Verfahren gleichförmig, stabil und defektfrei, verbunden.

In einem ersten Verfahrensschritt wird hierzu eine Soflform der Schaumlage festgelegt. Unter der Sollform der Schaumlage wird eine.Form der Schaumlage verstanden, die auch im final hergestellten Sandwichbautei! vorzufinden sein so!!. Die Abmessungen der Sollform der Schaumlage entsprechen also denjenigen Abmessungen der Schaumlage im fertigen Sandwichbauteil. Hierbei kann die Schaumlage je nach herzustellendem Sandwichbauteil unterschiedliche Formen aufweisen. Auch kann die Dicke der Schaumlage, die in Stapelrichtung der Schaumlage und der ersten Decklage gemessen wird, in verschiedenen

Bereichen unterschiedlich sein. Die Sollform der Schaumlage kann dabei in physischer Form oder aber lediglich in Form von elektronischen Daten, beispielsweise mittels eines CAD- Verfahrens, erzeugt werden.

Sodann wird ein dreidimensionales Abbild der Schaumlage erstellt, indem eine Schichtdicke der Sollform der Schaumlage in mindestens einem Bereich der Sollform in Schichtdickenrichtung erhöht wird. Die Schaumlage wird somit in mindestens einem Bereich aufgedickt. Mit anderen Worten wird durch diesen Schritt eine aufgedickte Schaumlage erzeugt. Das Aufdicken kann in lokal · begrenzten Bereichen oder aber über die gesamte Schaumlage hinweg ausgeführt werden. Insbesondere wird das Aufdicken an gekrümmten Bereichen der Schaumlage ausgeführt. Auch das dreidimensionale Abbild der Schaumlage kann in physischer Form oder aber lediglich in Form von elektronischen Daten, beispielsweise mittels eines CAD-Verfahrens, erstellt werden.

Des Weiteren erfolgt ein Hersteilen der aufgedickten Schaumlage auf Basis des dreidimensionalen Abbildes. Die aufgedickte Schaumlage zeichnet sich im Vergleich zu der Schaumlage im Fertigprodukt des Sandwichbauteils durch mindestens einen Bereich aus, dessen Schichtdicke im Vergleich zur

Schichtdicke der Sollform der Schaumlage erhöht ist.

In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt ein Verbinden der aufgedickten Schaumlage mit der ersten Decklage derart, dass in dem Sandwichbauteil die Schaumlage mit der festgelegten Sollform ausgebildet wird. Dies bedeutet, dass während des Prozesses des Verbindens der ersten Decklage mit der aufgedickten Schaumlage die Schichtdicke der Schaumlage wieder reduziert wird, und zwar in einem solchen Maße, dass diejenigen Abmessungen in der Schaumlage des Sandwichbauteils erzielt werden, die auch schon die Soilform der Schaumlage definiert haben. Dies kann beispielsweise durch einen

Pressprozess ausgeführt werden, durch den auch die Schaumlage und die erste Decklage in Kontakt gelangen, so dass Fehlstellen, also insbesondere eine mangelnde Verbindungsbildung zwischen der ersten Decklage und der

Schaumlage, und Defekte im Sandwichbauteil reduziert bzw. sogar verhindert werden, und ohne dass die Abmessungen der Schaum läge im Sandwichbauteil im Vergleich zu Ihrer Soliform beeinträchtigt werden. Somit kann das

Sandwichbauteil passgenau und selbst in Serienfertigung mit hoher ma Blicher Präzision hergestellt werden. Zwischen der Decklage und der Schaumlage wird eine sehr gute, stabile und gleichförmige Verbindung erhalten. Das Verfahren ist dabei einfach und ohne hohen technischen Aufwand umsetzbar.

Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und

Ausgestaltungen der Erfindung.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Festlegen einer Sollform der Schaumlage ein Herstellen der Soliform der Schaumlage, wodurch die Sollform der Schaumlage in physischer Form erhalten wird. Anhand der tatsächlich hergestellten Sollform der Schaumlage ist es einfacher möglich einen geeigneten Prozentsatz für die Aufdickung bzw. eine ausreichende

Schichtdickenerhöhung zu ermitteln, da z.B. das Verhalten der Schaumlage unter Druck bzw. mechanischer Belastung so besser eingeschätzt und ermittelt werden kann. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Schritt des Erstellens des dreidimensionalen Abbildes der herzustellenden Schaumlage nachfolgende Schritte umfasst:

Ein Schritt ist hierbei durch ein Erzeugen eines Rasters auf einer Oberfläche der Soliform der Schaumlage und ein weiterer durch ein Erzeugen von Vektoren senkrecht zu einer Rasteroberfläche des Rasters charakterisiert, wobei eine Länge der Vektoren einer Schichtdickenerhöhung der Sollform entspricht. Unter dem gemäß dieser Ausführungsform zu erzeugenden Raster wird eine

Hilfskonstruktion verstanden, eine Art Oberflächenskalierung, also Rasierung einer Oberfläche der Sbllform der Schaumlage. Die Oberfläche der Sollform der Schaumlage wird also in kleinere Untersegmente unterteilt. Dies erfolgt in der Regel nicht physisch sondern elektronisch, beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Computerprogrammes.

An vordefinierten Punkten der rasterartigen Hilfskonstruktion, beispielsweise an Kreuzungspunkten von Linien im Raster, werden nun senkrecht zur Oberfläche des Rasters Vektoren gesetzt. Es wird ein sogenanntes Vektorset erhalten. Je mehr Vektoren gesetzt werden, desto genauer kann die Oberfläche der Sollform der Schaumlage nachgebildet und in eine dreidimensionale, auf gedickte Abbildung der Schaumlage umgebildet werden.

Basierend auf dem Vektorset wird nun eine Offsetschicht gesetzt, die für eine Kompensierung der Schichtdicke der Schaumlage durch Kompaktierung während des Herstellprozesses des Sandwichbauteils zur Verfügung steht. Je größer die Länge der Vektoren gewählt wird, desto mehr Schichtdicke der aufgedickten Schaumlage steht zur Kompensierung der Kompaktierung der Schaumlage zur Verfügung. Die Länge der Vektoren ist damit ein Maß für die

Schichtdickenerhöhung und damit die Aufdickung der Sollform der Schaumlage. Durch diese Verfahrensführung können besonders kompressionsanfällige Bereiche der Schaumlage besonders stark aufgedickt werden und zudem die genaue Kontur der herzustellenden Schaumlage maßstabsgetreu nachgebildet werden, wobei oberflächenkritische Bereiche gesondert berücksichtigt werden können. Hierdurch können besonders gut Fehlstellen und mangelnde Verbindungsbildung zwischen der ersten Decklage und der Schaumlage im Sandwichbauteil verhindert werden.

Fehlstellen in der Verbindungsbildung zwischen der Schaumlage und der ersten Decklage können ferner Insbesondere durch die vorteilhafte Weiterbildung reduziert werden, in der das Raster in Bereichen der Sollform der Schaumlage mit größerer Krümmung enger ist als das Raster in Bereichen der Sollform der Schaumlage mit geringerer Krümmung. Hierdurch werden auch die Konturen der herzustellenden Schaumlage mit den Abmessungen der Sollform der

Schaumlage optimiert nachgebildet, so dass im Sandwichbauteil die Schaumlage mit exakt den gewünschten Abmessungen, wie sie schon durch die Sollform der Schaumlage festgelegt wurden, erhalten wird.

Die Schichtdickenerhöhung wird in einem Bereich vorzugsweise so gewählt, dass sie 2 bis 12% und insbesondere 5 bis 10%, jeweils bezogen auf die Schichtdicke der Sollform ^' der Schaumlage, beträgt. Dies ist von Vorteil, da für die meisten Schäume bis zu einer Stauchung von 12% und insbesondere von bis zu 10%, das Verhältnis von Druck und Stauchung relativ linear verläuft. Somit kann beim Verbinden der aufgedickten Schaumlage mit der ersten Decklage ein relativ konstantes Druckniveau erreicht werden.

Das Verfahren zur Herstellung der aufgedickten Schaumlage ist im Einzelnen nicht beschränkt. Vorteilhaft im Lichte einer sehr guten Serienfertigung sind ein Schäumen der aufgedickten Schaumlage in einem Schäumwerkzeug oder ein Thermoformen der aufgedickten Schaumlage. Daneben kann die aufgedickten Schaumlage auch durch Fräsen hergestellt werden. Das Thermoformen ist hierbei aufgrund der sehr guten Umsetzbarkeit und hohen Taktuhg, sowie auch aufgrund der präzise und homogen herstellbaren Schäume besonders gut geeignet.

Das Verbinden der aufgedickten Schaumlage mit der ersten Decklage wird vorteilhaft durch Bilden einer stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung ausgeführt. Eine formschlüssige Verbindung hat sich insbesondere bei offenporigen Schäumen als vorteilhaft herausgestellt, da insbesondere bei Verwendung einer Matrixmaterial haltigen ersten Decklage das Matrixmaterial in die Poren eindringen und somit die erste Decklage dauerhaft stabil mit der Schaumlage verbinden kann. Stoff schlüssige Verbindungen werden vorzugsweise durch Adhäsion zwischen der ersten Decklage und der

Schaumlage erzielt. Verwendet die erste Decklage beispielsweise ein thermoplastisches oder duroplastisches Matrixmaterial, wird hierdurch z.B. eine sehr gute Adhäsion vermittelt, und die erste Decklage haftet aufgrund der Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung sehr gut an der Schaumlage.

Da sich adhäsive Kräfte entlang der gesamten Verbindungsfläche zwischen der Schaumlage und der ersten Decklage ausbilden, und somit eine besonders stabile Verbindungsbildung zwischen diesen Schichten gefördert wird, wird das Verbinden der aufgedickten Schaumlage mit der ersten Decklage insbesondere durch Bilden einer adhäsiven Verbindung zwischen der aufgedickten

Schaumlage und der ersten Decklage ausgeführt.

Zur Erhöhung der Stabilität des Sandwichbauteils kann das Verfahren vorteilhaft einen Schritt des Verbindens der aufgedickten Schaumlage mit einer zweiten Decklage umfassen. Die zweite Decklage kann identisch zur ersten Decklage ausgebildet sein. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Vielmehr kann die zweite Decklage insbesondere im Hinblick auf die gewünschte mechanische Stabilität des Sandwichbauteils ausgewählt werden. Das Verbinden der zweiten Decklage mit der aufgedickten Schaumlage erfolgt derart, dass die auf gedickte Schaumlage zwischen der ersten Decklage und der zweiten Decklage zu liegen kommt. Der Schichtaufbau im Sandwichbauteil ist demnach: erste

Decklage/Schaumlage/zweite Decklage.

Zur Verbesserung der Biegesteifigkeit und der Zugfestigkeit ist es von Vorteil, wenn die erste Decklage ein Faserverbundmaterial, beispielsweise einen Glasfaserverbundkunststoff oder einen Kohlefaserverbundkunststoff, umfasst. Die zweite Decklage kann analog ausgebildet sein und ebenfalls ein

Faserverbundmaterial aufweisen. So werden die hierdurch eingetragenen mechanischen Eigenschaften weiter verbessert. Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch ein Sandwichbauteil beschrieben, das durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellt ist. Das

Sandwichbauteil zeichnet sich durch sehr gute mechanische Eigenschaften aus, da insbesondere eine Verbindung zwischen der ersten Decklage und der Schaumlage ohne Fehlstellen und Defekte, jedoch mit einer sehr guten und stabilen Verbindungsbildung zwischen der Schaumlage und der ersten Decklage ausgebildet ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Figur. Es zeigt:

Figur 1 eine schematisierte Ansicht von Verfahrensschritten zur

Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines

Sandwichbauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Die vorliegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels im Detail erläutert. In der Figur sind nur die erfindungswesentlichen Details dargestellt. Alle übrigen Details sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen.

Figur 1 veranschaulicht im Detail Verfahrensschritte zur Herstellung eines

Sandwichbauteils 10. Das Sandwichbauteil 10 umfasst beispielhaft eine

Schaumlage 13 sowie eine erste Decklage 12. Eine oder mehrere weitere Decklagen, beispielsweise auf einer der ersten Decklage 12 gegenüberliegenden Seite, können vorgesehen sein. Hierdurch würde die Schaumlage 13 zwischen zwei Decklagen angeordnet werden.

Zunächst wird eine Sollform der Schaumlage 1 festgelegt. Die Sollform der Schaumlage 1 entspricht hierbei in Form und Abmessungen der Schaumlage 13, wie sie auch im herzustellenden Sandwichbauteil 10 vorhanden ist. Die Sollform der Schaumlage 1 ist hier im Schnitt dargestellt und weist einen Bereich mit größerer Krümmung 4 auf, der zwischen zwei Bereichen mit geringerer

Krümmung 5, also im Wesentlichen zwei geraden, den Bereich mit größerer Krümmung 4 flankierende Bereichen, angeordnet ist. Die Sollform der

Schaumlage 1 hat eine Schichtdicke S. In Verfahrensschritt A wird ein dreidimensionales Abbild der Schaumlage 2 erstellt. Das dreidimensionale Abbild der Schaumlage 2 ist seitlich von oben gezeigt, um die Oberfläche des Abbildes der Schaumlage 2 besser darzustellen. Das Abbild der Schaumlage 2 kann zum Beispiel physisch hergestellt oder mittels eines CAD-Verfahrens oder anderweitigen Computerprogramms in Form elektronischer Daten erzeugt werden.

Zur Erstellung des dreidimensionalen Abbildes der Schaumlage 2 wird eine Schichtdicke der Sollform der Schaumlage 2 in mindestens einem Bereich der Sollform 2 in Schichtdickenrichtung erhöht. Hierzu wird auf einer Oberfläche der Sollform der Schaum läge 1 ein Raster 3 erzeugt. Dies kann ebenfalls insbesondere mittels eines Computerprogrammes erfolgen. Hierdurch wird die Oberfläche der Sollform der Schaumlage 1 bzw. die Oberfläche des Abbildes der Schaumlage 2 gerastert und skaliert und zeigt beispielhaft ein Netz mit orthogonal zueinander angeordneten Linien 7, die sich an Kreuzungspunkten 8 kreuzen.

An jedem Kreuzungspunkt 8 wird nun ein Vektor V erzeugt, der senkrecht zu einer Rasteroberfläche 6 des Rasters 3 angeordnet ist, was durch den rechten Winkel angedeutet ist. Es wird ein Vektorfeld erhalten in dem jeder Vektor V dieselbe Länge A aufweist. Die Länge A der Vektoren V entspricht hierbei einer Schichtdickenerhöhung 9 der Sollform 1 , was in Verfahrensschritt B gut

ersichtlich ist.

Das Raster 3 ist in Bereichen der Sollform der Schaumlage 1 mit größerer

Krümmung 4 enger als das Raster in Bereichen der Sollform der Schaumlage 2 mit geringerer Krümmung 5. Hierdurch kann die Oberfläche der Soilform der Schaumlage 2 durch das Vektorfeld genauer abgebildet werden.

In Verfahrensschritt C wird auf Basis des dreidimensionalen Abbildes 2 der Schaumlage, die das Vektorfeld umfasst, eine gegenüber der Sollform der Schaumlage 1 aufgedickten Schaumlage 1 1 in physischer Form hergestellt. Diese hat eine G esamtschichtd icke von S+A, also eine Gesamtschichtdicke, die sich aus der Schichtdicke S der Sollform der Schaumlage 1 und der Länge der Vektoren A, die der Schichtdickenerhöhung 9 entspricht, ergibt. Die aufgedickte Schaumlage 11 kann einstückig hergestellt werden oder aber durch eine separate Schaumlage, die lediglich der Schichtdickenerhöhung 9 entspricht, gebildet sein, die dann z.B. auf der Sollform der Schaumlage 1 angeordnet wird, sofern diese in physischer Form vorliegt.

Die Schichtdickenerhöhung 9 liegt hierbei insbesondere in einem Bereich von 2 bis 12% und insbesondere von 5 bis 10%, jeweils bezogen auf die Schichtdicke (S) der Sollform der Schaumlage (1).

In Verfahrensschritt D erfolgt ein Verbinden der aufgedickten Schaumlage 11 mit der ersten Decklage 12 derart, dass in dem Sandwichbauteil 10 eine

Schaumlage 13 mit Form und Abmessungen der festgelegten Sollform der Schaumlage 1 ausgebildet wird. Dies kann beispielsweise mittels eines RTM- Verfahrens ausgeführt werden, bei dem sowohl die erste Decklage 12 .

aufgebracht als auch das Sandwichbauteil 10 unter Druck und ggf.

Temperatureinwirkung geformt wird. Hierbei wird durch den angewandten Druck eine Schichtdicke der aufgedickten Schaum läge 1 1 erneut reduziert, und zwar in so einem Maße, dass die Schichtdicke S der Schaumlage 13 im Sandwichbauteil 10 der Schichtdicke S in der Sollform der Schaumlage 1 entspricht.

Insbesondere wird das Verbinden der aufgedickten Schaumlage 11 mit der ersten Decklage 12 durch Bilden einer adhäsiven Verbindung zwischen der aufgedickten Schaumlage 11 und der ersten Decklage 12 ausgeführt. Dies ist insbesondere durch Anwendung eines RT -Verfahrens in der Herstellung des Sandwichbauteils möglich, z.B. indem die zweite Decklage 12 aus einem

Faserverbundkunststoff erzeugt wird, der ein härtbares Harzmaterial und ein Fasermaterial umfasst. Eine derart ausgebildete Decklage 12 kann sehr gut durch ein RTM- Verfahren hergestellt und auf einer Oberfläche der aufgedickten Schaumlage 1 erzeugt werden, wodurch sich eine stoff schlüssige und insbesondere bei offenporigen Schaumlagen auch eine formschlüssige

Verbindung ergibt.

Auf diese Weise wird ein Sandwichbauteil 10 hergestellt, in dem die Schaumfage 13 eine exakt vordefinierte Form, nämlich diejenige der Soilform der Schaumlage 1 , aufweist. Ferner sind zwischen der ersten Decklage 12 und der Schaumlage 13 keine Defekte oder Fehlstellen vorhanden. Die Verbindungsbildung zwischen der ersten Decklage 12 und der Schaumlage 13 ist fehlstellenfrei, so dass sich das Sandwichbauteil 10 durch sehr gute mechanische Eigenschaften

auszeichnet.

Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Irrt Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.

Bezugszeichenliste:

1 Soiiform der Schaumlage

2 dreidimensionales Abbild der Schaumlage

3 Raster

4 Bereich größerer Krümmung

5 Bereich geringerer Krümmung

6 Rasteroberfläche

7 Linie

8 Kreuzungspunkt

9 Schichtdickenerhöhung

10 Sand wichbauteil

1 1 aufgedickte Schaumlage

12 erste Decklage

13 Schaumlage

A Vektorlänge

S Schichtdicke

V Vektor