Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hohlförmigen Kunststoffteilen aus Faserverbundwerk¬ stoffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Herstellung von Kunstεtoffteilen aus Faεerverbund- werkstoffen, z.B. aus Ara id-, Kohle-, oder Glasfasern sind Handlaminierverf hren bekannt, bei denen das Lami¬ nat 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 Entlüf¬ tung des Laminats und besserer Ausfüllung enger Radien unter Vakuum erfolgen. Dabei ist vorgesehen, daß das Laminat mit einer Abdeckfolie versehen wird, die gegen¬ über der Form abgedichtet ist, damit zwischen Abdeck¬ folie und Form ein Vakuum entstehen kann.

_Z ur Verstärkung des Anpreßdrucks des Laminats gegen die _F orm, 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 ent¬ scheidend an den Nahtstellen geschwächt ist, so daß derartige Teile bei hohen Festigkeitsanforderungen, z.B. Fahrradrahmen, Fahrradgabeln, Flügeln von Wind¬ kraftanlagen, u.s.w. , aus Festigkeitsgründen nicht ge¬ eignet 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 Kunststoffteils ebenfalls beeinträchtigen kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Oberfläche nicht in der gewünschten Oberflächenqualität herge¬ stellt werden kann und infolgedessen aufwendig nachbe¬ arbeitet werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von hohlförmigen Kunststofformteilen aus Faεerverbundwerkstoffen anzugeben, bei dem eine höhere Festigkeit des Kunststofformteils bei geringerem Gewicht und bei verbesserter Oberflächengualität er¬ zielt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale der An¬ sprüche 1 bzw. 5.

Gemäß einer ersten Lösung dieser Aufgabe sind erfindungs¬ gemäß folgende Verfahrensschritte vorgesehen:

Zunächst wird ein Kern aus einem luftdurchlässigen auf¬ lösbaren Material gebildet, das gleichwohl eine aus¬ reichende Festigkeit im ausgehärteten Zustand aufweist, um die Herstellung eines Kernmodels zu ermöglichen. Auf diesem porösem Kern wird dann eine flexible Sperr¬ schicht aufgetragen, die für ein gasförmiges Druck¬ medium, z.B. Luft undurchlässig ist. Der Kern wird da¬ bei um das Maß der noch aufzubringenden Laminatschichten und die Dicke der flexiblen Sperrschicht relativ zu den Fertigmaßen des Endprodukts verkleinert hergestellt.

Auf den mit der Sperrschicht beschichteten Kern, wird die gewünschte Anzahl von Laminatschichten aufgetragen und das auf diese Weise gebildete Vorprodukt in die mehrteilige Negativform eingelegt. An den ggf. mehreren Öffnungen des Kunststofformteils muß die Sperrschicht gegen die Negativform abgedichtet werden. Anschließend wird entweder mit Vakuum und/oder mit Hilfe der Auto¬ klavtechnik ein relativer Überdruck auf der dem Kern zugewandten Seite der Sperrschicht aufgebracht, wodurch die Sperrschicht von dem Kern abgelöst wird und gegen das Laminat angepreßt wird. Nach dem Aushärten des Vor¬ produkts wird der Kern aufgelöst und anschließend die Sperrschicht über die mindestens eine Öffnung des End¬ produkts entfernt.

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 bleiben¬ der Kern im Inneren des Kunststofformteils verbleibt.

Aufgrund des hohen von innen aufgebrachten Drucks wer¬ den überschüssiges Harzmaterial sowie Luftblasen aus dem Laminat herausgedrückt, wobei das Kunstharz in ggf. in der Negativform vorgesehene Harzkanäle entweichen kann. Die Ausscheidung von Luftblasen und überschüssi¬ gem Kunstharz im Laminat haben nicht nur die Verbesse¬ rung der Oberflächenqualität sondern auch eine Festig¬ keitserhöhung des Kunststofformteils zur Folge.

Da das Kunststofformteil einteilig hergestellt wird, liegen auch keine äußeren Nähte vor, die die Festigkeit des Kunststofformteils beeinträchtigen könnten.

Vorzugsweise wird als Sperrschicht ein Flüssigsilikon verwendet. Eine solche Sperrschicht aus Flüssigsilikon läßt sich in einfacher Weise auf den Kern mit hoher Formgenauigkeit auftragen, wobei die Sperrschicht druckdicht ist.

Für den Kern kann eine mit feuchtem Sägemehl versetzte Gipsmischung verwendet werden. Während der Gips beim abbinden wächst, schwindet das feuchte Sägemehl, wo¬ durch die gewünschte Porosität der Gipsmischung herge¬ stellt werden kann, so daß ein gasdurchlässiger Kern herstellbar ist. Die Gipsmischung ist wasserlöslich.

Das Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise die Herstellung komplizierter hohlför iger Kunststoffor - teile, z.B. einteilige Speichenräder für Rennsport¬ fahrräder.

Gemäß einer zweiten Lösung 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 aufge¬ tragen und das noch nicht ausgehärtete Laminat in die mehrteilige 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 Druck¬ entlastung 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 Laminat¬ schicht, läßt sich eine glatte Außenoberfläche erzielen, die nur einer geringen Nachbearbeitung bedarf. Außerdem werden die weiteren bereits in Verbindung mit dem ersten Verfahren genannten Vorteile bezüglich Luftblasen und Kunstharzausscheidungen erzielt. 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 Kunststoffor teilen aus Faserverbundwerk¬ stoffen reduziert werden kann und gleichzeitig deren Festigkeit erhöht werden kann.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeiεpiele der Erfindung näher erläutert:

Es zeigen

Fig. 1 eine schematiεche Darεtellung deε Kunststofform¬ teils in einer Negativform nach einem ersten Verfahren,

Fig. 2 ein Kunststofformteil in einer Negativform nach einem zweiten Verfahren, und

Fig. 3 eine Seitenansicht der Negativform gemäß Fig.2.

Figur 1 zeigt schematisch die Negativform 1 aus einem Unterteil 2 und einem Oberteil 3, die gegeneinander mit einem Dichtungsring 4 abgedichtet sind. In der Negativ¬ form 1 befindet sich ein Kunststofformteil 6, daß gegen die Innenwandungen des Unterteils 2 und Oberteils 3 der Negativform anliegt und dort aushärtet, wobei über eine flexible Sperrschicht 8 Druck auf das vorgeformte Laminat 10 des Kunststofformteils 6 ausgeübt wird.

Die flexible Sperrschicht 8 besteht vorzugsweise aus einer Silikonschicht, die flüssig auf einen Kern 12 aufgetragen wird und dort zu einer gasdichten hoch¬ elastischen bis 300 % dehnbaren Schicht abbindet.

Der Kern 12 entspricht in seinen Außenkonturen dem Kunstεtofformteil, ist aber hinsichtlich der Fertigmaße des Kunststofformteils um die Schichtstärke des Lami¬ nats 10 und der Dicke der Sperrschicht 8 reduziert. Der Kern 12 besteht aus einem gasdurchlässigen porösen Ma¬ terial, das einerseitε eine auεreichende Festigkeit und Modellierfähigkeit aufweist und andererseits auflösbar

ist. Bewährt hat εich als Kernmaterial eine Mischung aus Gips und Sägemehl, wobei das Sägemehl auεreichend gewässert sein soll, damit die Holzpartikel aufquellen. Während der Gips beim Abbinden im Volumen zunimmt, ver¬ kleinern sich die Sägemehlpartikel beim Trocknen, so daß eine ausreichende Poröεität entεteht, die daε Kern¬ material gasdurchläsεig macht.

Ein Anteil von ca. 30 bis 40 % Sägemehl hat sich zur Herstellung von Kernen bewährt.

Die Sperrschicht 8 muß gegen die Form abgedichtet sein, damit ein Druckunterschied zwischen der Negativform 1 und der Sperrschicht 8 entstehen kann. Es ist zweck¬ mäßig an Öffnungen 14 des Kunεtstofformteils 6 hohl- zylindrische Ansätze 16 der Negativform vorzusehen, um die Sperrschicht 8 um das hohlzylindrische Ende dieser Ansätze 16 umzustülpen, wodurch eine einwandfreie Ab¬ dichtung der Sperrschicht 8 gegen die Negativform 1 möglich ist.

Der Druckunterschied zwischen Sperrschicht und Negativ¬ form kann beispielsweise über einem Vakuum in an sich bekannter Weise erzeugt werden, wozu bei dem Auεfüh- rungsbeispiel der Fig. 1 im Unterteil 2 der Negativform 1 ein Vakuumanschluß 18 vorgesehen ist. Der Unterdruck in der Negativform 1 bewirkt ein starkes Anpressen der flexiblen Sperrschicht 8 gegen das Laminat 10, 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.

Zur Verstärkung des auf das Laminat 10 ausgeübten Druckε, iεt eε in ebenfallε an sich bekannter Weise möglich, die Negativform 1 in einem Autoklaven 20 anzu¬ ordnen, in dem ein Druck von bis zu 6 bar erzeugt wer¬ den kann, der ggf. noch zusätzlich über ein Vakuum ver¬ stärkt werden kann. Im Autoklav 20 können auch bei Ein¬ satz von warmaushärtbaren Kunstharzen Temperaturen bis zu 200 °C erzeugt werden.

Figur 2 zeigt eine Negativform mit einem Kunststofform- teil 6, das nach dem zweiten Verfahren hergestellt wird. Die Negativform 1 ist zweiteilig und besteht aus einem Unterteil 2 und einem Oberteil 3. Das Oberteil 3 ist in die Figur 2 teilweise weggebrochen dargestellt, so daß das in dem Unterteil 2 der Negativform 1 liegen¬ de Kunststofformteil 6 ersichtlich ist, das seinerseits gebrochen dargestellt ist, um eine die Innenkontur des Kunststofformteils bildende Stützform 22 und einen ge¬ gen die Stützform aufpumpbaren Luftschlauch 24 zu zei¬ gen. Der Luftεchlauch ist über ein Luftventil 26 von außen aufpumpbar, daε durch eine Öffnung 14 der Negativ¬ form 1 nach außen geführt ist.

Die Stützform 22 wird vorzugεweise 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 dünnwan¬ dige Stützform 22 wird nach dem Aushärten des Laminats 10 aufgeschnitten, um den Kern zu entfernen und an desεen Stelle den Luftschlauch 24 einzuεetzen. 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 Wand-

stärke des Kunststofformteils 6 aufgetragen, wobei vor¬ zugsweise strumpfartige Gewebe aus Kohle-, Aramid-, oder Glasmaterial eingesetzt werden.

Anschließend wird das Kunstεtofformteil in die Form eingelegt und der Luftschlauch auf einen Innendruck von ca. 1,5 bis 3 bar, vorzugεweiεe ca. 2 bar aufgepumpt, wodurch daε Laminat 10 gegen die Negativform 1 ange¬ preßt wird. Beim Aushärten des Laminats verbindet sich die Stützform 22 mit den weiteren Schichten des Lami- natε und bildet eine einheitliche Wandung deε Kunst¬ εtofformteilε.

Nach dem Auεhärten deε 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 ver¬ bleibt.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Aushärten unter Vakuum erfolgen und/oder in einem Autoklaven.