DE10146253C2 - Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre, bei dem die
Aushärtung oder Erstarrung eines aus einem Matrixmaterial sowie einer Verstärkungsfa
ser bestehenden Gemisches in einem formgebenden beheizbaren Werkzeug und mittels
eines druckbeaufschlagten Innenschlauches erfolgt.
Es sind eine Vielzahl von Fertigungsarten zur Herstellung faserverstärkter Rohre be
kannt. Die häufigste Methode zur Fertigung vorzugsweise rotationssymetrischer Rohre
ist die Naßwickeltechnik, bei der Verstärkungsfäden mit einer ummantelnden Harzbe
schichtung mittels eines Wickelautomaten über einen Kern gewickelt werden. Ein ähnli
ches Fertigungsprinzip wird bei der sogenannten Tapewickeltechnik angewandt. Neben
diesen vergleichsweise aufwendigen Fertigungstechniken ist es insbesondere bei der
Fertigung von Klimarohren für Verkehrsflugzeuge vom Typ: "Airbus" bereits bekannt,
faserverstärkte Rohre mit Hilfe abwickelbarer vorimprägnierter Glasfasergewebe, soge
nannter Prepregs, herzustellen. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Prepregs
entsprechend der vorgesehenen Rohrgeometrie zugeschnitten und in Halbschalenvor
richtungen eingelegt, in denen sie anschließend unter Vakuum ausgehärtet werden.
Alternativ dazu werden derartige Rohre, ebenfalls unter Verwendung von Prepregs, ge
mäß dem Verfahren der eingangs genannten Art mittels druckbeaufschlagter Silikon
schläuche in formgebenden Werkzeugen gefertigt. Bei dieser Bauweise mittels Halb
schalen wird das Prepreg mittels eines elastischen Schlauchs von innen an die Wandung
des vor diesem Vorgang zu schließenden Werkzeuges gepreßt und anschließend aus
gehärtet. Angewandt wird diese Technik vorwiegend für Rohre mit über die Rohrlänge
angenähert konstantem Querschnitt und ohne Verzweigungen.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs ge
nannten Art so auszubilden, daß auch komplexe Rohre mit mehreren Verzweigungen
einschließlich der Endmuffen in einem Schuß hergestellt werden können. Zugleich soll
der erforderliche Montageaufwand reduziert und ein Operieren mit Einzelteilen oder
Halbfertigprodukten vermieden werden. Schließlich soll insbesondere angesichts der
teilweise geringen Anwendungshäufigkeit solcher komplexer Rohre der Aufwand für das
zur Herstellung benötigte Werkzeug möglichst gering gehalten werden.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch ein
Verfahren gelöst, bei dem das Matrixmaterial pulverförmig auf die Innenwände des vor
geheizten Werkzeuges aufgebracht, das Verstärkungsmaterial anschließend in das
Werkzeug eingelegt und über den Schlauch fixiert wird, bei dem der Schlauch nach dem
Einbringen des Werkzeuges in einen Ofen mittels Luftdruckbeaufschlagung expandiert
wird und bei dem anschließend die Aushärtung oder Erstarrung erfolgt.
Die Erfindung besitzt dabei den Vorteil, daß durch die getrennte Zuführung von Matrix
und Verstärkungsfaser der kostenintensive Prepregprozeß umgangen wird und somit die
Werkstoffkosten deutlich reduziert werden können. Werden bei dem Verfahren nach der
Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform Gestricke eingesetzt, so entfällt
zudem der zeitaufwendige Zuschnitt der Gewebelagen. Außerdem werden die Belegung
der Vorrichtung sowie notwendigen Vor- und Nacharbeiten durch die Verwendung von
trockenem Material anstelle der bereits getränkten Gewebe wesentlich vereinfacht. Im
Gegensatz zur Lagerung von Prepregs ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wei
terhin keine Lagerung des Vormaterials im Kühlhaus erforderlich. Schließlich lassen sich
bedarfsgerechte Unterschiede im Harzgehalt realisieren. Beispielsweise kann mit einem
Harzüberschuß im Flanschbereich oder im Bereich der Anschlußmuffen gearbeitet wer
den, um auf einfache Weise die erforderlichen Übergänge und Anschlüsse zu erhalten.
Die formgebenden Werkzeuge können bei dem Verfahren nach der Erfindung als glasfa
serverstärkte Kunststofflaminate ausgeführt werden, die mittels Klammern oder Schnal
lenverschlüssen verschlossen werden. Neben ihren geringen Kosten weisen diese Werk
zeuge den Vorteil auf, daß sie so leicht sind, daß die Handhabung und das Schließen in
der Regel von Hand erfolgen können. Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht eine
problemlose integrale Fertigung von Muffen und Anschlußelementen in einem Arbeits
gang, so daß die Durchlaufzeiten erheblich verkürzt und die Teilesteuerung in der Pro
duktion wesentlich vereinfacht werden können.
Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert.
Die Figur zeigt dabei in perspektivischer Darstellung die für die Herstellung faserver
stärkter Rohre benötigten Werkzeuge. Im einzelnen sind dies zwei Halbschalen 1 und 2
als Komponenten einer mehrteiligen Vorrichtung, ein Silikonschlauch 3 sowie, als end
seitige Abschlüsse, zwei Flanschplatten 4 und 5.
Die beiden als formgebendes Werkzeug dienenden Halbschalen 1 und 2 sind als GFK-
Laminate ausgeführt und können mittels in der Figur nicht dargestellter Klammern oder
Schnallenverschlüsse für den Aushärtungsprozeß verschlossen werden. Die Beheizung
der Form erfolgt in einem Umluftofen. Zur besseren Zugänglichkeit sind alle Enden und
Abzweigungen werkzeugseitig mit abnehmbaren Flanschplatten 4 bzw. 5 versehen, wo
bei über einen Stutzen 6 die zum Aufblasen des Silikonschlauches 3 erforderliche Druck
luft zugeführt werden kann.
Zur Herstellung eines faserverstärkten Klimarohres werden die beiden Hälften 1 und 2
der Vorrichtung zunächst im Ofen erhitzt und anschließend mit einem Pulver aus einem
Thermoplast oder einem Duromer, das in einem definierten Temperaturspektrum ther
moplastisches Verhalten zeigt, bestreut. Durch eine Änderung seines Aggregatzustandes
haftet dieses Matrixmaterial an den Wänden des vorgeheizten Werkzeuges, sobald es
mit diesen in Kontakt kommt. Nachfolgend wird das Verstärkungsmaterial, im Fall des
hier beschriebenen Ausführungsbeispiels ein Gestrick, eingelegt und über den flexiblen
Silikonschlauch 3 fixiert. Anschließend wird die so beschickte Vorrichtung in den Ofen
eingebracht.
Mittels Luftdruckbeaufschlagung wird der Silikonschlauch 3 expandiert und drückt dabei
die Verstärkungsfasern in das Matrixmaterial, so daß die Fasergebilde mit dem Matrix
material getränkt werden. Im Falle eines thermoplastischen Matrixmaterials erfolgt nun
mehr eine Abkühlen der Vorrichtung, bei einer Verwendung von Duromeren ein Aufhei
zen auf die Härtetemperatur des Matrixmaterials. Nach erfolgter Aushärtung kann
schließlich das fertige Rohr entnommen werden.
Als Matrixwerkstoffe finden bei diesem Verfahren entweder Polyetherimid (PEI), Po
lyphenylsulfid (PPS), Polypropylen (PP), Polyamid (PA) oder Phenolharze mit thermo
plastischem Anteil Verwendung, letztere beispielsweise als Phenolharze, die bei Tempe
raturen zwischen 70 und 90°C thermoplastisches Verhalten zeigen. Als geeignete Ver
stärkungsfasern haben sich Glasfasern, Kohlenstoffasern, Aramidfasern sowie Naturfa
sern bewährt, die in Form von Gestricken, Geweben, Fasermatten, Gewirken oder Ge
flechten eingesetzt werden können.
Claims (15)
1. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre, bei dem die Aushärtung oder
Erstarrung eines aus einem Matrixmaterial sowie einer Verstärkungsfaser bestehen
den Gemisches in einem formgebenden beheizbaren Werkzeug und mittels eines
druckbeaufschlagten Innenschlauches erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das
Matrixmaterial pulverförmig auf die Innenwände des vorgeheizten Werkzeuges (1, 2)
aufgebracht, das Verstärkungsmaterial anschließend in das Werkzeug (1, 2) eingelegt
und über den Schlauch (3) fixiert wird, daß der Schlauch (3) nach dem Einbringen
des Werkzeuges (1, 2) in einen Ofen mittels Luftdruckbeaufschlagung expandiert wird
und daß anschließend die Aushärtung oder Erstarrung erfolgt.
2. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Matrixmaterial zumindest in einem
vorgebbaren Temperaturbereich thermoplastische Eigenschaften aufweist.
3. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus einem Thermoplast besteht.
4. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus einem Duromer besteht.
5. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus Polyetherimid (PEI) besteht.
6. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus Polyphenylsulfid (PPS) be
steht.
7. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus Polypropylen (PP) besteht.
8. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus Polyamid (PA) besteht.
9. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus Phenolharzen mit thermo
plastischem Anteil besteht.
10. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Phenolharz bei Temperaturen zwischen 70 und
90°C thermoplastisches Verhalten zeigt.
11. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern in Form von Gestricken ein
gesetzt werden.
12. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern in Form von Geweben, ein
gesetzt werden.
13. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern in Form von Fasermatten
eingesetzt werden.
14. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern in Form von Gewirken einge
setzt werden.
15. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern in Form von Geflechten
eingesetzt werden.
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