DE69319469T2

DE69319469T2 - Verfahren zur Herstellung eines Gitterrostes

Info

Publication number: DE69319469T2
Application number: DE69319469T
Authority: DE
Inventors: Fumio C/O Nikkiso Company Ltd. Shizuoka-Ken Kida; Tetsuo C/O Nikkiso Company Ltd. Shizuoka-Ken Yoshinaga
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1993-02-01
Publication date: 1999-04-15
Anticipated expiration: 2013-02-02
Also published as: DE69319469D1; EP0560038B1; KR100253625B1; JPH05269873A; KR930016233A; EP0560038A1; JP2804412B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturelements in Form eines Gitters und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturelements in Form eines Gitters, das so gestaltet ist, daß es in einer automatischen Vorrichtung mit einem hohen Wirkungsgrad und in einer hohen Ausbeute hergestellt werden kann, während das Strukturelement bisher nur manuell herstellbar war.
Bisher wurde ein gitterförmiges Strukturelement mit vertikalen Abschnitten oder sich in Längsrichtung erstreckenden Strukturelement-Abschnitten und horizontalen Abschnitten oder sich in Querrichtung erstreckenden Strukturelement-Abschnitten in großem Umfange auf dem Gebiet der Architektur und auf anderen Anwendungsgebieten als Strukturelement verwendet, das ein hohes Maß von physikalischer Festigkeit aufweisen muß.
Gitterförmige Strukturelemente wurden bisher manuell hergestellt. Das heißt mit anderen Worten, daß, wie in Fig. 7 dargestellt, ein Prepreg 22 in Form einer Folie (Platte), die flexibel, haftfähig und härtbar ist, zuerst hergestellt wird durch Imprägnieren eines Gewebes aus Kohlenstoffasern oder Graphitfasern mit einem härbaren Material und dann das resultierende härtbare Material einer Prepolymerisation unterworfen wird.
Wie in Fig. 7 dargestellt, wird ein Abziehpapier auf beiden Seiten des Prepregs 22 so befestigt, daß eine Folie (Platte) des Prepregs 22 nicht an einer anderen Folie (Platte) des Prepregs 22 haftet, wenn während der Lagerung und während des Transports eine Folie (Platte) des Prepregs 22 auf eine andere Folie desselben gelegt wird. Dann wird das Prepreg 22 mit dem daran befestigten Abziehpapier 23 zugeschnitten, wodurch beispielsweise eine vertikale Platte 22a, eine horizontale Platte 22b, die so angeordnet ist, daß sie zwischen vertikalen Platten 22a liegt, und eine horizontale Platte 22c mit einem Flansch an jedem Ende derselben gebildet werden. Nachdem die Abziehpapiere 23 entfernt worden sind, wird eine Vielzahl der vertikalen Platten 22a übereinandergelegt und die übereinandergelegten vertikalen Platten 22a werden aufrecht hingestellt, um ihre Breitseiten vertikal auszurichten. Die aufgerichteten vertikalen Platten 22a werden dann parallel zueinander ausgerichtet. In diesem Fall werden die vertikalen Platten und die horizontalen Platten ausgerichtet, indem man sie in Formen einpaßt, die Rillen (Nuten) in Form eines Gitters aufweisen.
Jede der horizontalen Platten 22b wird zwischen die vertikalen Platten 22a gelegt und zwei Lagen der horizontalen Platten 22c mit Flanschen werden in einen Zwischenraum zwischen den vertikalen Platten 22a so eingesetzt, daß sie beiderseits der horizontalen Platten 22b angeordnet sind, und um so zu bewirken, daß die Außenseiten jedes der Flansche der horizontalen Platte 22c an der Innenseite jeder vertikalen Platte 22a anliegt, um die horizontale Platte 22b an der vertikalen Platte 22a zu fixieren. Ein Vorläufer des gitterförmigen Strukturelements, wie er in Fig. 8 dargestellt ist, kann auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellt werden. Der Vorläufer des gitterförmigen Strukturelements wird dann bei einem vorgegebenen Druck erhitzt und bis zu einem Zustand ausgehärtet, in dem er in die Form eingesetzt wird, wodurch das Strukturelement in Form eines Gitters gebildet wird.
In WO 90107424 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturelements in Form eines Gitters beschrieben, bei dem ein Tow-Prepreg, hergestellt durch Imprägnieren eines Tow-Garns aus einer Endlos-Faser zusammen mit einem härtbaren Material in eine gitterförmige Rille (Nut) eingefüllt wird, die in der Form vorgesehen ist; und die Tow-Prepregs bei einem erhöhten Druck erhitzt werden, um dadurch die Tow-Prepregs zu integrieren.
In US-A-4 137 354 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer faserverstärkten Gitterstruktur beschrieben, das die Stufen umfaßt: Einlegen eines Filaments, das mit einem Harz imprägniert worden ist, in eine aus einem elastischen Material hergestellte Form, die Rillen (Nuten) aufweist, und Erhitzen der Form bei einem erhöhten Druck, um die imprägnierten Filamente zu integrieren.
Es sei darauf hingewiesen, daß die vorstehend beschriebenen Arbeitsgänge bisher manuell durchgeführt wurden. Eine solche manuelle Arbeitsweise kann jedoch eine Vielzahl von Störungen verursachen: beispielsweise kann das Abziehen des Papiers von einem Prepreg vergessen werden; das Prepreg kann ungenau zugeschnitten werden; es kann die falsche Anzahl von vertikalen Platten oder horizontalen Platten aufeinandergelegt werden; es kann eine falsche Kombination von vertikalen Platten oder horizontalen Platten verwendet werden und es kann eine Abweichung in bezug auf die Position der Anordnung einer horizontalen Platte zwischen vertikalen Platten vorliegen. Diese Störungen können zu fehlerhaften Produkten in einer hohen Rate führen, wodurch die Ausbeute an akzeptablen Produkten vermindert wird. Außerdem kann bei der konventionellen Arbeitsweise der Nachteil auftreten, daß eine große Anzahl von Prepreg-Schnitzeln (Abfällen) beim Zuschneiden der Prepregs gebildet wird. Ferner tritt bei der konventionellen Arbeitsweise der Nachteil auf, daß eine längere Zeitspanne zur Vervollständigung der Herstellung von gitterförmigen Strukturelementen erforderlich ist, weil die gitterförmigen Strukturelemente manuell hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde auf der Basis der vorstehend geschilderten Umstände gefunden. Das heißt mit anderen Worten, Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturelements in Form eines Gitters bereitzustellen, bei dem keine Prepreg-Schnitzel (Abfälle) auftreten, das schnell und zuverlässig bei der Produktion ist und bei dem eine hohe Ausbeute an akzeptablen Produkten erhalten wird.
Es wurde überraschend gefunden, daß das obengenannte Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann mit einem Verfahren zur Herstellung eines Strukturelements in Form eines Gitters, das die Stufen umfaßt:
a) Füllen einer gitterförmigen Rille (Nut), die in einer Form vorgesehen ist, mit einem Verbund-Filament-Garn oder einem Tow-Prepreg, das hergestellt worden ist durch Imprägnieren eines Tow-Garns aus einer Endlos-Faser mit einem härtbaren Material, wobei eine Vielzahl von Schichten aus dem Tow- Prepreg stapelförmig aufeinandergelegt werden, und
b) Erhitzen der Form bei einem erhöhten Druck, um den Inhalt der Rille (Nut) zu dem Strukturelement in Form des Gitters zu integrieren, wobei dieses Verfahren dadurch charakterisiert ist, daß
c) eine Öffnung der Form mit einem Abdeckelement abgedeckt wird, während der Druck in der Form nach Beendigung des Auffüllens in der Stufe (a) und vor dem Erhitzen in der Stufe (b) vermindert wird.
Beidem vorstehend beschriebenen Verfahren kann ein gitterförmiges Strukturelement erhalten werden, das keine Hohlräume im Innern aufweist, während andererseits die nach den Verfahren des Standes der Technik hergestellten Elemente eine beträchtliche Menge von Hohlräumen im Innern aufweisen. Wie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt, wird durch diese Hohlräume die Festigkeit der gitterförmigen Strukturelemente beträchtlich herabgesetzt.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein härtbares Material in die Form eingeführt, während der Druck in der Form herabgesetzt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren die Modifizierung der Stufe (a) durch Einbringen einer Endlos-Faser in die gitterförmige Rille (Nut), die in einer Form vorgesehen ist, wobei eine Vielzahl von Schichten aus der Endlos-Faser stapelförmig aufeinander angeordnet werden, dann eine Öffnung der Form mit einem Abdeck- Element abgedeckt wird und die gitterförmige Rille (Nut) mit einem härtbaren Material gefüllt wird, während der Druck in der Form vermindert wird.
Die erfindungsgemäß verwendete Form ist vorzugsweise aus einem Material mit Kautschukelastizität hergestellt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt die gitterförmige Rille (Nut) einen Längsrillen-Abschnitt zum Formen eines longitudinalen Strukturelements und einen Querrillen-Abschnitt zum Formen eines transversalen Strukturelements.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine faserhaltige Prepreg-Folie (Platte), deren Fasern in einer Richtung ausgerichtet sind, oder eine ein Gewebe enthaltende Prepreg-Folie (Platte) an mindestens einer Innenwandseite der gitterförmigen Rille (Nut) so befestigt, daß die Fasern des Gewebes in einer Richtung angeordnet sind, die verschieden ist von der Richtung des Verbund-Filamentgarns, des Tow-Garns oder der Endlos-Faser.
Die Prepreg-Folie (Platte) ist vorzugsweise in einem Querrillenabschnitt der gitterförmigen Rille angeordnet zum Formen eines transversalen Strukturelements.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren die Stufen:
Befestigen einer faserhaltigen Prepreg-Folie (Platte), deren Fasern in einer Richtung ausgerichtet sind, oder einer ein Gewebe enthaltenden Prepreg-Folie (Platte) an einem Strukturelement-Abschnitt des gitterförmigen Strukturelements, das nach einem Verfahren, wie es vorstehend beschrieben worden ist, hergestellt worden ist, so daß die Fasern des Gewebes in einer Richtung angeordnet sind, die verschieden ist von der Richtung des Verbund- Filamentgarns, des Tow-Garns oder der Endlos-Faser; und
das Erhitzen der Prepreg-Folie (Platte), um sie mit dem gitterförmigen Strukturelement zu integrieren.
Weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
Fig. 1 zeigt eine partiell weggeschnittene perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine Form, die erfindungsgemäß verwendet werden kann.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für ein Verfahren zur Anordnung von Tow-Prepregs in einer Rille (Nut) der Form nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschreibt.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anordnung der Tow-Prepregs in einer Rille (Nut) der Form nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschreibt.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung, die ein anderes Beispiel für ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anordnung oder Einführung der Tow- Prepregs in einer Rille (Nut) der Form nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschreibt.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, die ein anderes Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturelements in Form eines Gitters beschreibt.
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, die ein weiteres Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturelements in Form eines Gitters beschreibt.
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Prepreg in Form einer Folie (Platte), die üblicherweise zur Herstellung eines gitterförmigen Strukturelements verwendet wird, und Platten für Strukturelement-Abschnitte desselben zeigt, die aus dem Prepreg in Form einer Folie (Platte) ausgeschnitten worden sind.
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für ein gitterförmiges Strukturelement zeigt, das durch Verbinden der Strukturelement- Abschnitte, die aus dem Prepreg in Form einer Folie (Platte) ausgeschnitten worden sind, die üblicherweise für die Herstellung des Strukturelements in Form des Gitters verwendet wird, hergestellt worden ist.
In den Zeichnungen stehen die Bezugsziffern für die nachstehend angegebenen Elemente und Teile.

Bezugsziffer Elemente und Teile

1 Form
2 Rille (Nut)
2a Querrille
2b Längsrille
3 Tow-Garn des Prepregs
4 Einrichtung zum Befestigen oder Festklemmen des Endabschnittes eines Tow-Garns des Prepregs
5 erste Kleimm-Einrichtung
6 erste Schneide-Einrichtung
7 Trägerelement
8 Arm-Element
9 zweite Klemm-Einrichtung
10 Spann-Einrichtung zum Befestigen
eines Tow-Garns des Prepregs
11 dritte Klemm-Einrichtung
12 vierte Klemm-Einrichtung
14 Führungswalze
15 Kreuzsspule
16 Tow-Prepreg-Führungseinrichtung
30A, 30B, 30C, 30D Prepreg in Form einer Folie (Platte)
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die erfindungsgemäß zu verwendende Form 1 mit Rillen (Nuten) 2 in Form eines Gitters ausgestattet. Die Tiefe jeder der Rillen (Nuten) 2 und die Quer- und Längsabstände zwischen der Rille (Nut) 2 und der benachbarten Rille (Nut) 2 können in geeigneter Weise festgelegt werden auf der Basis der Art des gitterförmigen Strukturelements, das hergestellt werden soll. Das heißt mit anderen Worten, es können verschiedene Dimensionen der Rille 2 des gitterförmigen Strukturelements auf der Basis der Festlegung der Quer- und Längs-Dimensionen und der Dicke der vertikalen Bahn (ein longitudinaler Strukturelement-Abschnitt) und der horizontalen Bahn (ein transversaler Strukturelement-Abschnitt), der Anzahl der vertikalen Bahnen, der Anzahl der horizontalen Bahnen, des Abstandes zwischen den vertikalen Bahnen und der benachbarten vertikalen Bahn und des Abstandes zwischen der horizontalen Bahn und der benachbarten horizontalen Bahn festgelegt werden.
Es sei darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße gitterförmige Strukturelement nicht auf ein solches beschränkt ist, bei dem die vertikale Bahn in einer Position senkrecht zur horizontalen Bahn angeordnet ist, und daß das erfindungsgemäße gitterförmige Strukturelement auch ein solches gitterförmiges Strukturelement umfaßt, bei dem das gitterförmige Strukturelement in der Weise angeordnet ist, daß die horizontale Bahn die vertikale Bahn unter einem beliebigen Winkel, der von einem rechten Winkel verschieden ist, überkreuzt. Deshalb kann die Rille (Nut) so gestaltet sein, daß sich die horizontale Bahn mit der vertikalen Bahn unter irgendeinem anderen beliebigen Winkel sowie auch unter einem rechten Winkel überkreuzt.
Es sei ferner darauf hingewiesen, daß das gitterförmige Strukturelement nicht beschränkt ist auf eine Struktur, bei der die vertikalen Bahnen und die horizontalen Bahnen stets in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind, und daß einige der vertikalen Bahnen oder der horizontalen Bahnen für das gitterförmige Strukturelement in unterschiedlichen Abständen angeordnet sein können entsprechend der Verwendung des gitterförmigen Strukturelements, obgleich die übrigen vertikalen Bahnen oder horizontalen Bahnen in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind. Die Form 1, die zur Herstellung eines solchen gitterförmigen Strukturelements verwendet werden soll, kann somit in der Weise hergestellt werden, daß die entsprechenden Querrillen oder Längsrillen in unterschiedlichen Abständen voneinander angeordnet sind, während der Rest der Quer- oder Längsrillen in gleichen Abständen voneinander angeordnet ist.
Außerdem sei darauf hingewiesen, daß die Gitterebene der vertikalen Bahnen oder der horizontalen Bahnen nicht notwendigerweise so angeordnet ist, daß sie vertikal ist und daß jede der Seiten der vertikalen Bahn oder der horizontalen Bahn nicht notwendigerweise eben (flach) ist. Beispielsweise kann die horizontale Bahn so angeordnet sein, daß sie bis zu einem gewissen Grade gegenüber der Ebene des Gitters (d.h. in Richtung der Dicke der horizontalen Bahn) schräg (geneigt) ist oder daß sie bis zu einem gewissen Grade in Rich tung der Dicke der horizontalen Bahn gekrümmt ist oder daß sie in ihrer Dicke gegenüber den vertikalen Positionen der horizontalen Bahn variiert, solange diese Anordnung für den Strukturelement-Abschnitt die Einführung des Tow- Garns des Prepregs nicht in nachteiliger Weise beeinflußt.
Das Material für die Form 1 ist nicht beschränkt auf ein spezielles Material, solange es gegen hohe Temperatur und hohen Druck beständig ist, wie sie in der nachfolgenden Stufe angewendet werden, und solange es leicht mit den Rillen (Nuten) 2 ausgestattet werden kann. Als ein derartiges Material können beispielsweise genannt werden ein Material, das eine Kautschukelastizität aufweist, ein Metall, ein hartes Harz, ein Holzmaterial und ein gesinterter Keramik-Formkörper. Es sei darauf hingewiesen, daß, unabhängig davon, welches Material verwendet wird, zweckmäßig ein solches Material ausgewählt werden sollte, das einen ausreichenden Grad der Wärmebeständigkeit aufweist, um gegenüber der Wärme beständig zu sein, die in der nachfolgenden Stufe angewendet wird, oder das nicht aufquillt oder erodiert mit dem ungehärteten härtbaren Material oder mit dem geschmolzenen härtbaren Material, wenn dafür gesorgt wird, daß das härtbare Material während der Erhitzung in der nachfolgenden Stufe schmilzt.
Erfindungsgemäß kann zweckmäßig ein Material mit einer Kautschukelastizität verwendet werden. Die Verwendung eines solchen Materials bietet die Vorteile, daß dann, wenn die Form 1 aus dem Material mit Kautschukelastizität hergestellt wird, das gitterförmige Strukturelement leicht aus der Form 1 entnommen werden kann, wenn das härtbare Material zur Aushärtung abgebunden hat, und daß das Produkt feiner und dichter gemacht werden kann durch Einwirkenlassen eines erhöhten Druckes, indem man Gebrauch macht von den starken thermischen Expansions-Eigenschaften des Materials mit Kautschukelastizität. Als Material, das eine Kautschukelastizität aufweist, können in geeigneter Weise beispielsweise genannt werden ein solches mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur und das Material kann ausgewählt werden durch Wahl der geeigneten Bedingungen, beispielsweise der Molekularge wichte, aus den Materialien, welche die gleiche dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweisen, wie z.B. Silicon-Kautschuk, Polyurethan-Kautschuk, BUNA- Kautschuk, BS-Kautschuk und Fluor-Kautschuk.
Die Form 1 mit den darin erzeugten Rillen (Nuten) 2 kann hergestellt werden durch Ausschneiden der gitterförmigen Rillen (Nuten) 2 beispielsweise aus einem ebenen Material oder durch Gießen eines Materials in eine Mutterform, die aus einem Metall oder dgl. für das gitterförmige Strukturelement hergestellt worden ist, und Erstarrenlassen des Materials in der Form 1. Außerdem kann die Form 1 mit den darin erzeugten Rillen (Nuten) 2 hergestellt werden durch rechtwinklige Anordnung von hexaedrischen Blöcken und/oder kubischen Blöcken in vorgegebenen Abständen auf einer flachen (ebenen) Platte, so daß sie der festgelegten Breite der Rille 2 entspricht, und Fixieren derselben darauf. Zusammenfassend kann die Form 1 hergestellt werden nach irgendeinem beliebigen Verfahren, solange die Form 1 gegebenenfalls zusammen mit Rillen (Nuten) 2 darin in Form eines Gitters vorliegt.
Außerdem kann die Form 1 mit einer darin angeordneten Heizeinrichtung ausgestattet sein. Bei dieser Ausführungsform für die Form 1 kann das gitterförmige Strukturelement zweckmäßig hergestellt werden durch vorherige Erhöhung der Temperatur der Form 1, wenn ein thermoplastisches Harz als härtbares Material in dem Tow-Garn des Prepregs verwendet wird, die Fasern in dem Verbund-Filamentgarn aus dem härtbaren Material bestehen oder das härtbare Material in die Rillen (Nuten) 2 eingeführt wird.
Als härtbares Material kann irgendein beliebiges härtbares Material verwendet werden, das in der Lage ist, als Matrix für die Endlos-Fasern in dem gitterförmigen Strukturelement zu fungieren, und es können beispielsweise genannt werden ein wärmehärtbares Harz, ein thermoplastisches Harz und ein Material, das beim Erhitzen ein Keramikmaterial bilden kann.
Das wärmehärtbare Harz kann beispielsweise umfassen ein Epoxyharz, ein Polyurethanharz, ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Phenolharz, ein Xylolharz, ein Diallylphthalatharz, ein Anilinharz, ein Furanharz und Polybismaleimid. Außerdem sei darauf hingewiesen, daß die Kategorie des erfindungsgemäß verwendeten wärmehärtbaren Harzes auch eine Kombination aus einem härtbaren Prepolymer und einem Härter, beispielsweise eine Kombination aus einem Diallylphthalat-Prepolymer und einem Peroxid-Katalysator, umfassen kann.
Als thermoplastische Harze können beispielsweise genannt werden ein Polyolefin wie Polyethylen, Polypropylen und Polybuten, ein Polyester, Polysulfon, Polyetheretherketon (PEEK), ein aromatischer Polyether, Polyamid und Polyimid.
Außerdem kann das Material, das durch Erhitzen ein Keramikmaterial bilden kann, beispielsweise ein Tetraalkoxyalkylsilan umfassen.
Die Endlos-Fasern sind nicht auf spezielle Fasern beschränkt, solange sie zur mechanischen Festigkeit des gitterförmigen Strukturelements zusammen mit der Matrix in dem gitterförmigen Strukturelement beitragen können. Als Endlos-Fasern können beispielsweise genannt werden Kohlenstoffasern, Graphitfasern, Glasfasern, Keramikfasern und Superpolyethylenfasern.
Wenn ein Leimungsmittel (Schlichte) oder dgl. an den Tow-Garnen aus Endlos-Fasern haftet, ist es erwünscht, daß die Fremdmaterialien, beispielsweise das Leimungsmittel und dgl., durch Waschen oder durch Anwendung anderer Verfahren vorher entfernt werden. Es ist ferner bevorzugt, daß die Tow-Garne aus Endlos-Fasern nicht getwistet (verdrillt) sind. Selbst wenn sie getwistet sind, ist es jedoch erwünscht, daß die Anzahl der Twists weniger als 20 Twists pro m der Endlos-Faser beträgt. Wenn die Filamente des Tow-Garns aus Endlos-Fasern miteinander verbunden sind, ist es auch erwünscht, daß die Bindung zwischen ihren Filamenten enttwistet ist. Die Verfahren zum Enttwi sten der gebundenen Filamente des Tow-Garns aus Endlos-Fasern können aus irgendwelchen konventionellen Verfahren ausgewählt werden, beispielsweise einem Verfahren zum Blasen eines Jet-Stroms auf die Endlos-Fasern, ohne daß sie dadurch beschädigt werden.
Das Verfahren zur Herstellung der Tow-Prepregs ist nicht auf ein spezielles Verfahren beschränkt und das Tow-Garn des Prepregs kann nach einer Reihe von Verfahren hergestellt werden, solange die Tow-Garne aus Endlos-Fasern mit dem härtbaren Material imprägniert sind. Die Prepregs können beispielsweise hergestellt werden durch Imprägnieren der Tow-Garne aus Endlos- Fasern mit einem ungehärteten Harz und anschließendes Aushärten des ungehärteten Harzes bis zu einem mittleren Grade. Dieses mäßig ausgehärtete Harz in dem Tow-Garn des Prepregs kann geschmolzen und damit integriert werden durch Erhitzen und anschließendes Aushärten unter Bildung einer Matrix aus dem härtbaren Material.
Das Tow-Prepreg, das die Tow-Garne aus Endlos-Fasern aufweist, die mit dem härtbaren Material imprägniert sind, liegt in einem solchen Zustand vor, daß die Tow-Garne in der Matrix des härtbaren Materials dispergiert und fixiert sind.
Die Querschnittsform des Tow-Garns des Prepregs ist nicht auf eine spezielle Form beschränkt und sie kann im allgemeinen kreisförmig, oval oder ebenrechteckig sein. Die Querschnittsform, die das Tow-Garn des Prepregs hat, kann in geeigneter Weise festgelegt werden auf der Basis der Dimension oder Größe des gitterförmigen Strukturelements. Außerdem kann das Verhältnis zwischen dem Gewicht der Endlos-Fasern und dem Gewicht des härtbaren Materials in dem Tow-Garn des Prepregs in geeigneter Weise festgelegt werden in Abhängigkeit von der mechanischen Festigkeit und anderen physikalischen Eigenschaften, die das resultierende gitterförmige Strukturelement aufweisen muß.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Verbund-Filamentgarn zusätzlich zu dem Tow-Garn des Prepregs verwendet werden.
Ein Verbund-Filamentgarn kann hergestellt werden durch Verspinnen der Tow- Garne aus Endlos-Fasern und der Endlos-Fasern aus dem thermoplastischen Harz. Als Endlos-Fasern und als thermoplastisches Harz können solche verwendet werden, wie sie vorstehend beschrieben worden sind. Das Verbund- Filamentgarn kann bewirken, daß sein thermoplastisches Harz beim Erhitzen und Integrieren schmilzt, so daß das thermoplastische Harz die Bildung der Matrix ermöglichen kann.
Der Faser-Durchmesser der Endlos-Fasern in dem Verbund-Filamentgarn kann in geeigneter Weise festgelegt werden auf der Basis der mechanischen Festigkeit und dgl., die das erfindungsgemäße gitterförmige Strukturelement aufweisen muß. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß das Verhältnis zwischen dem Gewicht der Endlos-Fasern und dem Gewicht des härtbaren Materials zweckmäßig festgelegt werden kann in Abhängigkeit von der mechanischen Festigkeit und anderen physikalischen Eigenschaften, die das gitterförmige Strukturelement aufweisen muß.
Das gitterförmige Strukturelement kann hergestellt werden unter Verwendung des Tow-Garns des Prepregs und der Form, welche die Rillen (Nuten) in Form des Gitters umfaßt, in der Weise, wie es nachstehend beschrieben wird.
Ein erstes Verfahren zur Herstellung des gitterförmigen Strukturelements wird nachstehend beschrieben.
Wie in Fig. 2 dargestellt, wird ein Tow-Garn des Prepregs 3 in alle die zahlreichen Querrillen 2a gelegt, die in der Form 1 erzeugt worden sind, wie in Fig. 1 gezeigt, und man läßt es sich am Boden der Rillen 2a absetzen. Danach wird das Tow-Garn des Prepregs 3 in alle die zahlreichen Längsrillen 2b gelegt, die in der Form 1 erzeugt worden sind, wodurch bewirkt wird, daß das Tow-Garn der Prepregs 3, das in den Längsrillen 2b plaziert worden ist, sich mit dem Tow-Garn der Prepregs 3, das in den Querrillen 2a plaziert worden ist, an den Kreuzungen der gitterförmigen Rillen (Nuten) 2 überkreuzt. Dann wird das Tow-Garn des Prepregs 3 in alle Querrillen 2a gelegt, um es dadurch über dem Tow-Garn des Prepregs 3 anzuordnen, das in der vorhergehenden Stufe eingeführt worden ist, woran sich das Einführen des Tow-Garns des Prepregs 3 in alle Längsrillen 2b anschließt, um es dadurch auf das Tow-Garn des Prepregs 3, das in der vorhergehenden Stufe eingeführt worden ist, zu legen.
Durch alternierendes Wiederholen der Verfahren zum Einführen (Plazieren) des Tow-Garns des Prepregs 3 in alle Querrillen 2a und in alle Längsrillen 2b werden die Tow-Garne des Prepregs 3 sowohl in die Querrillen 2a als auch in die Längsrillen 2b in Richtung der Tiefe der Form 1 eingefüllt. Um die Tow- Garne des Prepregs 3 sowohl in die Querrillen 2a als auch in die Längsrillen 2b in dichter Weise einzufüllen, kann ein Druck ausübendes Element, das in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, in die Quer- und Längsrillen 2a und 2b eingeführt werden und es kann so betätigt werden, daß es das Tow-Garn der Prepregs 3 an den Boden der Quer- und Längsrillen 2a und 2b preßt, wenn immer das Tow-Garn des Prepregs 3 eingefüllt wird oder nachdem eine Vielzahl der Tow-Garne des Prepregs 3 eingefüllt worden sind.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Art der Anordnung der Tow-Garne des Prepregs 3 in den Quer- und Längsrillen 2a und 2b nicht auf die vorstehend beschriebene beschränkt ist. So sind beispielsweise die zahlreichen Querrillen 2a, die in der Form 1 erzeugt worden sind, mit Bezugsziffern von einer anderen Seite der Form 1 her versehen und die zahlreichen Längsrillen 2a, die darin erzeugt worden sind, sind ebenfalls mit Bezugsziffern von einer entsprechenden Seite der Form 1 her versehen. Dann wird das Tow-Garn des Prepregs 3 in alle geradzahligen Querrillen 2a und danach in gleicher Weise in alle geradzahligen Längsrillen 2b gelegt. Anschließend wird das Tow-Garn des Prepregs 3 in alle ungeradzahligen Querrillen 2a und danach in gleicher Weise in alle ungeradzahligen Längsrillen 2b gelegt. Dieser Arbeitsgang wird dann alternierend wiederholt, so daß das Tow-Garn des Prepregs 3 in alle Quer- und Längsrillen 2a und 2b eingefüllt werden kann.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Reihenfolge des Einführens des Tow- Garns des Prepregs 3 in die Quer- und Längsrillen 2a und 2b nicht auf eine spezielle Reihenfolge beschränkt und beliebig ist.
Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die Anzahl der Tow-Garne des Prepregs 3, die in jede der Quer- und Längsrillen 2a und 2b eingefüllt werden sollen, nicht auf die Zahl 1 beschränkt ist. Es können zwei oder mehr Tow- Garne des Prepregs 3 in jede der Quer- und Längsrillen 2a und 2b eingefüllt werden entsprechend der Dicke der vertikalen Bahn und der horizontalen Bahn in dem gitterförmigen Strukturelement und der Querschnittsform des Tow-Garns des Prepregs 3. In der Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 4 die Einrichtungen zum Festhalten oder Festklemmen der Endabschnitte des Tow- Garns des Prepregs 3.
Das Tow-Garn des Prepregs 3 kann in die Rillen 2 eingefüllt werden mit Hilfe beispielsweise einer transversalen Plazierungs-Einrichtung, um die Tow- Garne des Prepregs in der transversalen Richtung zu plazieren, wie in der Fig. 3 dargestellt.
Wie in der Fig. 3 gezeigt, ist die transversale Plazierungs-Einrichtung mit einer ersten Klemm-Einrichtung 5 zum Befestigen des Tow-Prepregs 3 beispielsweise mittels einer Klammer auf jeder der beiden Seiten der Form 1 ausgestattet, die auf einem horizontal beweglichen Tisch und in einer Position, die jeder der Querrillen 2 entspricht, angeordnet ist. Auf der Außenseite eines Paares von ersten Klemmeinrichtungen 5 ist ein Paar von ersten Schneide-Einrichtungen 6 zum Zu(Ab)schneiden des Tow-Garns des Prepregs 3 angeordnet.
Andererseits ist die Spann-Einrichtung 10 zum Spannen des Tow-Garns des Prepregs, bestehend aus einem sich horizontalerstreckenden Trägerelement 7, das an seinen beiden Enden mit Armelementen 8 versehen ist, die sich vertikal nach unten erstrecken, wobei jedes der Armelemente 8 an seinem unteren Ende mit einer zweiten Klemmeinrichtung 9 zum Festklemmen des Tow- Garns des Prepregs 3 versehen ist, so angeordnet, daß sie in vertikaler Richtung in bezug auf die Form 1 beweglich ist, daß sie durch horizontales Bewegen derselben aus der Form 1 herausgenommen werden kann, und vertikal in der Position beweglich ist, in der die Spanneinrichtung 10 aus der Form 1 herausgenommen wird. In diesem Fall kann zur Festlegung der optimalen unteren Position der Spanneinrichtung 10, die zum Plazieren des Tow-Garns des Prepregs 3 geeignet ist, d.h. des unteren Totpunkts, die Spanneinrichtung 10 zum Spannen des Tow-Garns des Prepregs 3 vorzugsweise in ihrer optionalen Position mit einer Rillenfühler-Einrichtung zum Fühlen einer Rille ausgestattet sein.
Auf der Seite der Form 1 in der Position, in der die Spanneinrichtung 10 aus der Form 1 herausgenommen ist, ist ein Paar von dritten Klemmeinrichtungen 11 zum Festklemmen des Tow-Garns des Prepregs 3 in einem Abstand angeordnet, der breiter ist als der Abstand zwischen den Armelementen 8. Im Innern jedes Paares der dritten Klemmeinrichtung 11 und in den Positionen, in denen sie einander gegenüberliegen, ist ein Paar von zweiten Schneideeinrichtungen 12 in Positionen angeordnet, die näher bei der entsprechenden dritten Klemmeinrichtung 11 liegen. Außerdem ist eine vierte Klemmeinrichtung 13 in einer Reihe in bezug auf und benachbart zu der dritten Klemmeinrichtung 11 angeordnet. In der Nähe der dritten Klemmeinrichtung 11 sind einige Führungswalzen 14 angeordnet, wodurch die Tow-Garne des Prepregs 3 von der Kreuzspule 15 des aufgerollten Tow-Garns des Prepregs 3 zugeführt werden können.
Oberhalb der dritten Klemmeinrichtung 11 und der vierten Klemmeinrichtung 13 ist eine Tow-Prepreg-Führungseinrichtung 16 zum Führen des Tow-Garns des Prepregs 3 so angeordnet, daß sie in horizontaler und vertikaler Richtung beweglich ist. Die Tow-Prepreg-Führungseinrichtung 16 ist so angeordnet, daß sie den Endabschnitt des Tow-Garns des Prepregs 3 festhält und ermöglicht, daß die dritte Klemmeinrichtung 11, die in einer Position näher bei der Form 1 angeordnet ist, außerhalb des Paares der dritten Klemmeinrichtung 11 den Endabschnitt des Tow-Garns des Prepregs 3 festklemmt.
Die transversale Plazierungs-Einrichtung zum Plazieren des Tow-Garns des Prepregs 3 in den Querrillen 2a, die in der Form 1 erzeugt worden sind, wurde vorstehend beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, daß eine longitudinale Plazierungs-Einrichtung zum Plazieren des Tow-Garns des Prepregs 3 in die Längsrillen 2b, die in der Form 1 vorgesehen sind, im wesentlichen die gleiche Struktur hat wie die transversale Plazierungs-Einrichtung, so daß sich in der vorliegenden Beschreibung zur Verkürzung der Erläuterung eine Beschreibung der longitudinalen Plazierungs-Einrichtung erübrigt.
Das Tow-Garn des Prepregs 3 kann in die Querrillen 2a mittels der transversalen Plazierungs-Einrichtung auf die nachstehend beschriebe Weise eingeführt werden.
Das heißt mit anderen Worten, ein Ausgangszustand wird in der Weise festgelegt, daß der Endabschnitt des Tow-Garns des Prepregs 3 von der Kreuzspule 15 des Tow-Garns des Prepregs 3 abgezogen und mit der vierten Klemmeinrichtung 13 und der dritten Klemmeinrichtung 11 durch die Führungswalzen 14 festgeklemmt wird.
Dann wird die Tow-Prepreg-Führungseinrichtung 16 abgesenkt und sie klemmt den Endabschnitt des Tow-Garns des Prepregs 3 ein, das mit der dritten Klemm-Einrichtung 11 und mit der vierten Klemm-Einrichtung 13 gestreckt und gespannt worden ist, woran sich das Entspannen des eingeklemmten Zustands des Tow-Garns des Prepregs 3 anschließt, wobei das Tow-Garn des Prepregs 3 mit der dritten Klemm-Einrichtung 11 und der vierten Klemm- Einrichtung 13 eingeklemmt wird. Anschließend wird die Tow-Prepreg- Führungseinrichtung 16 angehoben und dann in horizontaler Richtung bewegt, woran sich die Zuführung des Tow-Garns des Prepregs 3 von der Kreuzspule 15 anschließt, und dann läßt man den End-Abschnitt des Tow-Garns des Prepregs 3 festklemmen mit der dritten Klemm-Einrichtung 11, die in einer Position näher bei der Form 1 angeordnet ist, und der dazwischenliegende Abschnitt des Tow-Prepregs 3 wird mit der dritten Klemm-Einrichtung 11 festgeklemmt, die in einer Position weiter entfernt von der Form 1 angeordnet ist. Das Tow-Garn des Prepregs 3 wird mit einem Paar der dritten Klemm- Einrichtungen 11 in diesem Zustand gespannt, wie vorstehend beschrieben.
Danach wird die Tow-Prepreg-Spann-Einrichtung 10 abgesenkt und mit der zweiten Klemmeinrichtung 9, die am unteren Ende des Armelements 8 angeordnet ist, klemmt man das Tow-Garn des Prepregs 3 ein, das zwischen dem Paar der dritten Klemm-Einrichtungen 11 eingespannt ist, woran sich das Zuschneiden des Tow-Garns des Prepregs 3 mit der zweiten Schneide- Einrichtung 12 anschließt, und dann spannt man das Tow-Garn des Prepregs 3 und hängt es zwischen dem Paar der zweiten Klemmeinrichtungen 9 auf. Dann wird die Tow-Prepreg-Spanneinrichtung 10 in den Zustand angehoben, in dem das Tow-Garn des Prepregs 3 zwischen den zweiten Klemmeinrichtungen 9 herunterhängt, und dann wird es in horizontaler Richtung nach oben bewegt bis zu der Position oberhalb der Form 1. Dann wird die Tow-Prepreg- Spanneinrichtung 10 nach unten in Richtung auf die Form 1 bewegt. Wenn das Tow-Garn des Prepregs 3, das mit der Tow-Prepreg-Spanneinrichtung 10 gespannt ist, den Boden der Querrillen 2a der Form 1 erreicht hat, wird die Betätigung der Tow-Prepreg-Spanneinrichtung 10 beendet, danach klemmt man das Tow-Garn des Prepregs 3 mit der ersten Kleimmeinrichtung 5 ein und man betätigt die erste Schneide-Einrichtung 6, um das Tow-Garn des Prepregs 3, das mit der ersten Klemmeinrichtung 5 eingeklemmt worden ist, abzuschneiden.
Danach wird das Tow-Garn des Prepregs 3 in den Querrillen 2a in der vorstehend beschriebenen Weise plaziert. Anschließend wird die Tow-Prepreg- Spanneinrichtung 10 angehoben, dann in horizontaler Richtung bewegt und in die Position zurückgeführt, in der die Tow-Prepreg-Spanneinrichtung 10 aus der Form 1 abgezogen wird. Dann wird die Form 1 zusammen mit dem Tow- Garn des Prepregs 3, das in ihren Querrillen 2a angeordnet ist, horizontal in eine Position bewegt, in der das Tow-Garn des Prepregs 3 in der Querrille 2a benachbart zu der Querrille 2a, in der das Tow-Garn des Prepregs 3 bereits plaziert worden ist, plaziert wird. In diesem Fall kann vorzugsweise eine Rillenfühler-Einrichtung zum Fühlen der Querrille 2a in irgendeiner geeigneten Position vorgesehen sein, um die Verschiebung der Form 1 zu kontrollieren.
Die Wiederholung der Arbeitsgänge, die auf die vorstehend beschriebene Weise durchgeführt werden, erlaubt es, die Tow-Garne des Prepregs 3 in allen Querrillen 2a zu plazieren. Es sei darauf hingewiesen, daß die Tow-Garne des Prepregs 3 in den Längsrillen 2b im wesentlichen nach den gleichen Arbeitsgängen wie vorstehend beschrieben mit der longitudinalen Plazierungs- Einrichtung eingeführt werden können, die im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die transversale Plazierungs-Einrichtung hat.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die automatischen Plazierungs-Einrichtungen nicht auf die transversalen und longitudinalen Plazierungs-Einrichtungen zum Plazieren der Tow-Garne des Prepregs 3 in den Querrillen 2a und den Längsrillen 2b wie vorstehend beschrieben beschränkt sind und daß das Tow-Garn des Prepregs 3 in den Rillen 2 der Form 1 mit einer automatischen Plazierungs-Einrichtung eingeführt werden kann, wie nachstehend beschrieben.
Wie in der Fig. 4 dargestellt, ist die automatische Plazierungs-Einrichtung mit einem drehbaren Tisch 17 und einer Tow-Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 ausgestattet. Der drehbare Tisch 17 ist so angeordnet, daß er sowohl im Uhrzeigersinne als auch im Gegenuhrzeigersinne rotierbar und in horizontal transversaler Richtung und in horizontal longitudinaler Richtung beweglich ist. Auf der oberen Oberfläche des drehbaren Tisches 17 sind angeordnet eine Fixier-Einrichtung (nicht dargestellt) zum Festhalten der Form 1 mit den gitter förmigen Rillen 2, eine Vielzahl von ersten Führungsstiften 19, die aufrecht stehend in jeder Position außerhalb, jedoch benachbart zu der Rille 2 und zwischen der Rille 2, und der benachbarten Rille 2, angeordnet sind eine Vielzahl von zweiten Führungsstiften 20, die aufrecht stehend zum Einführen des Tow- Garn des Prepregs 3, das in der Querrille 2a angeordnet ist, in die Längsrille 2b angeordnet sind und eine Klemmeinrichtung 21 zum Festklemmen des End- Abschnitts des Tow-Garn des Prepregs 3, das in der am weitesten entfernten Position, d.h. in der gegenüberliegenden Position zu der Position, in der die Plazierung des Tow-Garns des Prepregs 3 von der Querrille 2a in die Längsrille 2b geändert wird.
Es sei darauf hingewiesen, daß für den Fall, daß die Abstände zwischen allen Rillen 2 nicht gleich sind, eine Positions-Einstellungs-Einrichtung zur Einstellung der Positionen der ersten Führungsstifte 19 zweckmäßig vorgesehen sein kann, damit die ersten Führungsstifte 19 variabel angeordnet werden können entsprechend den Abständen der Rillen 2.
Die Tow-Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 ist so angeordnet, daß sie sowohl in horizontaler Richtung als auch in vertikaler Richtung beweglich ist und das Tow-Garn des Prepregs 3 an seinem End-Abschnitt mit einer konstanten Spannung zuführt.
Das Tow-Garn des Prepregs 3 kann mittels der automatischen Plazierungs- Einrichtung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, in der Weise in den Rillen 2 plaziert und in diese eingefüllt werden, wie es nachstehend beschrieben wird. Das heißt mit anderen Worten, die Tow-Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 wird horizontal bewegt und das Tow-Garn des Prepregs 3 wird von der Tow- Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 zugeführt, um dadurch das Tow-Garn des Prepregs 3 in die erste Querrille 2a einzuführen und einzufüllen, die beispielsweise an dem obersten End-Abschnitt der Querrillen 2a angeordnet ist.
Dann wird die Zuführung des Tow-Garns des Prepregs 3 mittels der Tow- Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 gestoppt und die horizontale Bewertung der Tow-Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 wird ebenfalls vorübergehend gestoppt. Danach wird der Drehtisch 17 horizontal bewegt in einem Abstand, der dem Abstand zwischen der ersten Querrille 2a und der benachbarten (zweiten) Querrille 2a entspricht, wodurch die Tow-Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 in einer Position angeordnet werden kann, die der zweiten Querrille 2a entspricht. Anschließend wird die Tow-Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 in horizontaler Richtung entlang und parallel zu der zweiten Querrille 2a bewegt, wodurch das Tow-Garn des Prepregs 3 in der zweiten Querrille 2a plaziert wird. Wenn das Tow-Garn des Prepregs 3 in der zweiten Querrille 2a plaziert worden ist, wird die Tow-Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 in der Position außerhalb der Form 1 gestoppt, die dem Ende der zweiten Querrille 2a entspricht, und der Drehtisch 17 wird dann horizontal in dem Abstand bewegt, der dem Abstand zwischen der zweiten Querrille 2a und der benachbarten (dritten) Querrille 2a entspricht, wodurch die Tow-Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 in der dritten Querrille 2a angeordnet werden kann, und danach wird das Tow- Garn des Prepregs 3 in der dritten Querrille 2a plaziert, während die Tow- Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 in horizontaler Richtung entlang und parallel zu der dritten Querrille 2a bewegt wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Position des Drehtisches 17 so eingestellt, daß sie auf die Tow-Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 in der Position ausgerichtet ist, die sich in horizontaler Richtung parallel zu der Querrille 2a erstreckt, um das Tow-Garn des Prepregs 3 in der entsprechenden Querrille 2a zu plazieren, und das Tow-Garn des Prepregs 3, das von der Tow-Prepreg- Zuführungseinrichtung 18 zugeführt wird, wird in der entsprechenden Querrille 2a plaziert durch die horizontale Bewegung der Tow-Prepreg-Zuführungs- Einrichtung 18. Nachdem die Plazierung des Tow-Garns des Prepregs 3 in der Querrille 2a beendet worden ist, wird die Tow-Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 in die Position bewegt, die sich in der horizontalen Richtung parallel zu der benachbarten Querrille 2a erstreckt, durch die horizontale Bewegung des Drehtisches 17, wodurch das Tow-Garn des Prepregs 3 in der entsprechenden Querrille 2a plaziert wird. Durch Wiederholung der Arbeitsgänge auf die vorstehend beschriebene Weise wird das Tow-Garn des Prepregs 3 in allen Querrillen 2a plaziert.
Danach wird der Drehtisch 17 um 90º gedreht und dann horizontal bewegt, damit die Tow-Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 in der Position vorliegen kann, die der Längsrille 2b entspricht, die an der Stirnseite der Rillen 2 angeordnet ist. Wenn sich der Drehtisch 17 dreht, wird das Tow-Garn des Prepregs 3, das von der Tow-Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 abgezogen wird, um die Vielzahl von zweiten Führungsstiften 20 herumgewickelt, wodurch es möglich ist, die Richtung der Plazierung des Tow-Garns des Prepregs 3 aus der transversalen Richtung in die longitudinale Richtung zu ändern, wie in Fig. 4 dargestellt. Dann beginnt die Tow-Prepreg-Zuführungseinrichtung 18 sich in horizontaler Richtung entlang und parallel zu der (ersten) Längsrille 2b am seitlichen Ende zu bewegen. Das Tow-Garn des Prepregs 3 wird in jeder der Längsrillen 2b auf praktisch die gleiche Weise plaziert und eingefüllt, wie es in den Querrillen 2a bereits plaziert worden ist.
Nachdem eine erste Stufe der Plazierung des Tow-Garns des Prepregs 3 sowohl in den Querrillen 2a als auch in den Längsrillen 2b auf die vorstehend beschriebene Weise beendet worden ist, beginnt eine zweite Stufe der Plazierung des Tow-Garns des Prepregs 3 sowohl in den Querrillen 2a als auch in den Längsrillen 2b auf praktisch die gleiche Weise wie in der ersten Plazierungsstufe beschrieben.
Es sei darauf hingewiesen, daß das Tow-Garn des Prepregs 3 mit dem Druckelement nach unten gedrückt werden kann, wenn das Tow-Garn des Prepregs 3 in die Querrillen 2a und in die Längsrillen 2b eingefüllt worden ist oder wenn einige wenige oder mehrere Stufen der Plazierung des Tow-Garns des Prepregs 3 beendet worden sind. Durch Wiederholung der Plazierung des Tow-Garns des Prepregs 3 können alle Querrillen 2a und Längsrillen 2b mit den Tow-Garnen des Prepregs 3 gefüllt werden. Wenn die Plazierung des Tow-Garns des Prepregs 3 beendet ist, stehen die Tow-Garne des Prepregs 3 in Form einer Schleife über die Seiten der Form 1 über, so daß sie mit einer geeigneten Einrichtung abgeschnitten werden können.
Nachdem die Tow-Garne des Prepregs 3 in die gitterförmigen Rillen 2 der Form 1 eingefüllt worden sind, werden sie bei erhöhtem Druck erhitzt, während sie in den Rillen 2 der Form 1 an Ort und Stelle festgehalten werden, wodurch die Tow-Garne des Prepregs 3 miteinander integriert werden. Vor dem Erhitzen werden die Öffnungen an der oberen Oberseite der Form 1 mit einem geeigneten Abdeck-Element abgedeckt. Je nach Bedarf wird beispielsweise die gesamte obere Oberfläche der Form 1 mit einer Folie oder einem Film aus einem Kunststoff-Material abgedeckt, während der Druck vermindert wird. Die Erhitzungs-Temperatur kann gegebenenfalls so eingestellt werden, daß das härtbare Material fließfähig wird und dann aushärtet. Der beim Erhitzen anzuwendende Druck kann in geeigneter Weise so festgelegt werden, daß eine schnelle Integration der Tow-Garne des Prepregs 3 miteinander möglich ist. Das Erhitzen unter erhöhtem Druck kann gegebenenfalls in einem Autoklaven oder dgl. durchgeführt werden.
Nach dem Erhitzen bei erhöhtem Druck wird das resultierende gitterförmige Strukturelement aus der Form 1 entnommen.
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des gitterförmigen Strukturelements unter Verwendung des Tow-Garns des Prepregs und der Form mit Rillen (Nuten) in Form eines Gitters beschrieben.
Bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Tow-Garn des Prepregs in den gitterförmigen Rillen (Nuten) der Form auf praktisch die gleiche Weise plaziert wie bei der ersten Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Die oberen Öffnungen der Rillen (Nuten) werden mit geeigneten Einrichtungen abgedeckt; beispielsweise wird die gesamte obere Oberfläche der Form mit einer Folie oder einem Film abgedeckt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Form 1 vorher mit Einlässen zur Einführung des härtbaren Materials in die Rillen von außerhalb der Form ausgestattet worden ist. Wenn das härtbare Material durch die Einlässe in die Rillen (Nuten) eingeführt wird, werden die Zwischenräume zwischen den Tow- Garnen des Prepregs und der gesamte Innenraum der Rillen (Nuten) mit dem härtbaren Material ausgefüllt. Es sei darauf hingewiesen, daß das härtbare Material durch Verminderung des Druckes in den Rillen (Nuten) mit einer geeigneten Abzugs-Einrichtung während der Einführung des härtbaren Materials wirksam in die Rillen (Nuten) und die Zwischenräume zwischen den Tow- Garnen des Prepregs eingefüllt werden kann. Nachdem das härtbare Material eingefüllt worden ist, wird die Form bei erhöhtem Druck erhitzt, während die Öffnungen der Rillen (Nuten) bedeckt gehalten werden, wodurch die Tow- Garne des Prepregs und das härtbare Material aushärten und das Strukturelement in Form eines Gitters gebildet wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine weitere Ausführungsform angewendet werden auf die nachstehend beschriebene Weise, obgleich diese Ausführungsform auch auf die erste und zweite Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des gitterförmigen Strukturelements angewendet werden kann unter Verwendung des Tow-Garns des Prepregs und der Form mit den darin vorgesehenen gitterförmigen Rillen (Nuten).
Insbesondere wird ein Prepreg in Form einer Folie (Platte), das in einer Richtung angeordnete Fasern aufweist, oder ein Prepreg in Form einer Folie (Platte), das ein Gewebe enthält, vorher an einer Innenwandseite oder an beiden Innenwandseiten der Rille (Nut) befestigt, um so die zu orientierenden Fasern in Richtung der Dicke der Rille (Nut) anzuordnen.
Wie in Fig. 5 dargestellt, kann das Prepreg in Form einer Folie (Platte) in der Weise plaziert werden, daß eine Innenwand-Oberfläche der Rille (Nut) 2, eine Boden-Innenwand-Oberfläche derselben und die gegenüberliegende Innenwand-Oberfläche derselben mit einem Prepreg 30A bedeckt sind; daß eine Innenwand-Oberfläche der Rille (Nut) 2, eine Boden-Innenwand-Oberfläche derselben und ein Abschnitt der gegenüberliegenden Innenwand-Oberfläche derselben mit einem Prepreg 30B bedeckt sind und daß eine Innenwand- Oberfläche der Rille (Nut) 2 mit einem Prepreg 30C bedeckt ist. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform wird das Tow-Garn des Prepregs 3 dann in die Rillen (Nuten) 2 eingefüllt, in denen das Prepreg in Form einer Folie (Platte) vorher auf die vorstehend beschriebene Weise befestigt worden ist.
Dann kann das gitterförmige Strukturelement nach der ersten oder der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden.
Es sei darauf hingewiesen, daß das nach dieser Ausführungsform des Verfahrens hergestellte gitterförmige Strukturelement so angeordnet ist, daß die Orientierungsrichtung der Fasern in dem Prepreg in Form der Folie (Platte) das vorher an der Innenwand-Oberfläche oder an den Innenwand-Oberflächen der Rillen (Nuten) befestigt worden ist, verschieden sind von der Orientierungsrichtung der danach in die Rillen (Nuten) eingefüllten Fasern. Daher ist das unter Verwendung des Prepregs in Form einer Folie (Platte) hergestellte gitterförmige Strukturelement mit einer verbesserten physikalischen Festigkeit in einem höheren Grade ausgestattet als das ohne Verwendung des Prepregs in Form einer Folie (Platte) hergestellte gitterförmige Strukturelement, wodurch das Auftreten von Rissen in der transversalen Richtung der Strukturelement- Abschnitte des gitterförmigen Strukturelements durch Schlageinwirkung oder dgl. verhindert wird.
Es sei ferner darauf hingewiesen, daß zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine Verstärkung des gitterförmigen Strukturelements, wie in Fig. 6 dargestellt, erzielt werden kann durch Befestigen eines Prepregs 30D, dessen Fasern in einer Richtung orientiert sind, oder welches ein Gewebe enthält, an einem Strukturelement-Abschnitt 31 des gitterförmigen Strukturelements, das unter Verwendung des Tow-Garns des Prepregs hergestellt worden ist, und durch Absitzenlassen des Prepregs 30D zum Aushärten durch Erhitzen, um dadurch das Prepreg 30D zum Aushärten mit dem Strukturelement-Abschnitt 31 zu integrieren.
Das Prepreg in Form einer Folie (Platte), die zur Erhöhung der Festigkeit des gitterförmigen Strukturelements, das ohne Verwendung des Prepregs in Form einer Folie (Platte) hergestellt worden ist, verwendet werden soll, kann aus dem gleichen wärmehärtbaren Harz oder aus Fasern der gleichen Endlos- Fasern wie diejenigen, wie sie zur Herstellung des Tow-Prepregs verwendet worden sind, hergestellt werden.
Es sei darauf hingewiesen, daß, obgleich die vorstehende Beschreibung das Verfahren zur Herstellung des gitterförmigen Strukturelements unter Verwendung des Tow-Garns des Prepregs betrifft, das gitterförmige Strukturelement auch hergestellt werden kann unter Verwendung eines Verbund-Filamentgarns anstelle des Tow-Garns des Prepregs auf praktisch die gleiche Weise wie für das Verfahren beschrieben, bei dem das Tow-Garn des Prepregs verwendet wird. Außerdem kann das gitterförmige Strukturelement auf praktisch die gleiche Weise wie für das Verfahren, bei dem das Tow-Garn des Prepregs verwendet wird, beschrieben, hergestellt werden durch Plazieren der Endlos- Fasern in den gitterförmigen Rillen (Nuten) der Formen, durch Auffüllen der Rillen (Nuten) mit dem härtbaren Material und anschließendes Erhitzen des härtbaren Materials bei erhöhtem Druck.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen gitterförmigen Strukturelements ergibt ein Strukturelement in Form eines Gitters, ohne daß manuelle Arbeitsgänge erforderlich sind. Mit diesem Verfahren können somit alle die verschiedenen Probleme gelöst werden, die mit den manuellen Arbeitsgängen zur Herstellung des gitterförmigen Strukturelements verbunden sind, wobei diese Probleme umfassen beispielsweise das versehentliche Nicht-Abziehen des Abziehpapiers von dem Prepreg in Form der Folie (Platte), das ungenaue Zuschneiden des Prepregs, die falsche Anzahl von zugeschnittenen vertikalen Platten oder horizontalen Platten zum Übereinanderlegen, eine falsche Kombination von vertikalen Platten oder horizontalen Platten, eine Abweichung von der richtigen Position des Einführens der horizontalen Platte zwischen die vertikalen Platten, das Auftreten einer großen Anzahl von Schnipseln (Abfällen) beim Zuschneiden des Prepregs in Form der Folie (Platte) und dgl. Noch wichtiger ist jedoch, daß das gitterförmige Strukturelement mit einer automatischen Vorrichtung hergestellt werden kann.
Aufgrund der vorstehenden Beschreibung können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gitterförmige Strukturelemente in einer höheren Ausbeute, innerhalb eines kürzeren Zeitraums und mit weniger Arbeitsaufwand hergestellt werden als nach den konventionellen Verfahren zur Herstellung der gitterförmigen Strukturelemente.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte gitterförmige Strukturelement kann wirksam verwendet werden beispielsweise als Gitter für Bremsraketen und für einen Brems-Düsenmotor.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Strukturelements in Form eines Gitters, das die folgenden Stufen umfaßt:

a) Füllen einer gitterförmigen Rille (Nut) (2), die in einer Form (1) vorgesehen ist, mit einem Verbund-Filament-Garn oder einem Tow-Prepreg (3), das hergestellt worden ist durch Imprägnieren eines Tow-Garns aus einer Endlos- Faser mit einem härtbaren Material, wobei eine Vielzahl von Schichten aus dem Tow-Prepreg (3) stapelförmig aufeinandergelegt werden, und

b) Erhitzen der Form (1) bei einem erhöhten Druck, um den Inhalt der Rille (Nut) (2) zu dem Strukturelement in Form des Gitters zu integrieren,

dadurch gekennzeichnet, daß

c) eine Öffnung der Form (1) mit einem Abdeckelement abgedeckt ist, während der Druck in der Form (1) nach Beendigung des Auffüllens in der Stufe (a) und vor dem Erhitzen in der Stufe (b) vermindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das umfaßt das Einführen eines härtbaren Materials in die Form (1), während der Druck in der Form vermindert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, das umfaßt die Modifizierung der Stufe (a) durch Einbringen einer Endlos-Faser in die gitterförmige Rille (2), die in einer Form (1) vorgesehen ist, wobei eine Vielzahl von Schichten aus der Endlos- Faser stapelförmig aufeinander angeordnet werden, dann eine Öffnung der Form (1) mit einem Abdeckelement abgedeckt wird und die gitterförmige Rille (2) mit einem härtbaren Material gefüllt wird, während der Druck in der Form (1) vermindert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Form (1) aus einem Material mit einer Kautschukelastizität hergestellt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die gitterförmige Rille (2) umfaßt einen Längsrillen-Abschnitt (2b) zum Formen eines longitudi nalen Strukturelements und einen Querrillen-Abschnitt (2a) zum Formen eines transversalen Strukturelements.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine faserhaltige Prepreg-Folie (30A-30C), deren Fasern in einer Richtung ausgerichtet sind, oder eine ein Gewebe enthaltende Prepreg-Folie (30A-30C) an mindestens einer Innenwandseite der gitterförmigen Rille (2) so befestigt wird, daß die Fasern des Gewebes in einer Richtung angeordnet sind, die verschieden ist von der Richtung des Verbund-Filamentgarns, des Tow-Garns oder der Endlos- Faser.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Prepreg-Folie (30A-30C) in einem transversalen Rillen-Abschnitt (2a) der gitterförmigen Rille (2) angeordnet ist zum Formen eines transversalen Strukturelements.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das die folgenden Stufen umfaßt:

Befestigen einer faserhaltigen Prepreg-Folie (30D), deren Fasern in einer Richtung ausgerichtet sind, oder einer ein Gewebe enthaltenden Prepreg-Folie (30D) an einem Strukturelement-Abschnitt des gitterförmigen Strukturelements, das nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt worden ist, so daß die Fasern des Gewebes in einer Richtung angeordnet sind, die verschieden ist von der Richtung des Verbund-Filamentgarns, des Tow-Garns oder der Endlos-Faser; und

Erhitzen der Prepreg-Folie (30D), um sie mit dem gitterförmigen Strukturelement zu integrieren.