DE10148950C2 - CFK-Struktur mit Krafteinleitungselementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine CFK-Struktur mit Krafteinleitungselementen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Um an Faserverbundbauteilen zusätzliche Strukturen aus FVK oder anderen Materialien anzubinden, werden diese häufig geklebt oder mit Hilfe von Schrauben oder Nieten befestigt. Nachteil dieser bekannten Techniken ist entweder eine Schwächung des Materials der Bauteile bei der Verwendung von Schrauben oder Nieten oder eine mangelnde Formschlüssigkeit der Verbindungen bei der Verwendung der Klebetechnik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde gekrümmte oder ebene CFK-Strukturen mit Krafteinleitungselementen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Lösung basiert darauf, dass die Krafteinleitungselemente aus einem oder mehreren Kohlenfasergeflechtsschläuchen hergestellt sind. Die Geflechtschläuche sind an einem Ende zu einem Flansch aufgeweitet. Mit diesem Flansch sind die Krafteinleitungselemente zwischen Multiaxialgelegen der CFK-Struktur formschlüssig eingebunden. Das Einfügen der Krafteinleitungselmente zwischen die Multiaxialgelege erfolgt beim Herstellen der Preform der CFK-Struktur.

Durch die Verwendung von Kohlenfasergeflechtsschläuchen sind die Krafteinleitungselemente mit geringem Aufwand an Zeit und Werkzeugen herstellbar. Die Flexibilität der Geflechtsschläuche ermöglicht vorteilhaft eine Einbindung von Krafteinleitungselementen in komplex geformten CFK-Strukturen. Gegenüber einer Anbindung von Krafteinleitungselementen durch ein nachträgliches Aufkleben der Elemente auf die Oberfläche der CFK-Struktur bietet die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, dass ein Prozessschritt weniger benötigt wird, da die Krafteinleitungselemente erfindungsgemäß mit dem Herstellen der Preform in die CFK-Struktur integriert werden. Ein weiterer Vorteil gegenüber aufgeklebten Krafteinleitungselementen besteht darin, dass mit den erfindungsgemäßen Krafteinleitungselementen größere Kräfte in die CFK-Struktur übertragen werden können.

Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer CFK-Struktur mit einem erfindungsgemäßen Krafteinleitungselement;

Fig. 2 zeigt das Aufbauprinzip der Preform für eine CFK-Struktur mit erfindungsgemäßen Krafteinleitungselementen; und

Fig. 3 zeigt den Aufbau der Preform im Stadium der auf die Stützkörper 10 aufgeschobenen und an ihrem aufliegenden Ende jeweils zu einem Flansch 8 ausgeformten Kohlenfasergeflechtsschläuche.

Die in Fig. 1 ausschnittsweise gezeigte CFK-Struktur 1 ist mit vier aufeinanderliegenden Multiaxialgelegen 2, 3, 4, 5 aufgebaut. Ein an dieser Stelle in die CFK-Struktur 1 integriertes Krafteinleitungselement 6 ist beispielsweise als ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt und begrenzter Länge ausgebildet. Es besteht aus einem Kohlenfasergeflechtsschlauch 7. Der im Ausführungsbeispiel gezeigte einlagige Aufbau des Krafteinleitungselements 6 kann je nach erforderlicher Wandstärke durch einen mehrlagigen Aufbau ersetzt sein, in dem zwei oder mehrere Kohlenfasergeflechtsschläuche 7 übereinander gezogen sind.

Das Krafteinleitungselement 6 weist an seinem in die CFK-Struktur intergiertem Ende einen angeformten Flansch 8 auf. Mit dem Flansch 8 ist das Krafteinleitungselement 6 zwischen den inneren Multiaxialgelegen 3 und 4 gehalten.

Alternativ zu dem vorangehend gezeigten Krafteinleitungselement 6 können mit den Geflechtsschläuchen auch andere als kreisförmige Rohrquerschnitte realisiert werden, da die Geflechtsschläuche sehr flexibel sind; z. B. Hohlprofile mit rechteckförmigem Querschnitt.

Auch lassen sich in einer CFK-Struktur auf diese Weise bei Bedarf auch mehrere Krafteinleitungselemente 6 integrieren. In die nachfolgend zu Fig. 2 beschriebene CFK- Struktur sind beispielsweise zwei Krafteinleitungselemente 6 integriert. Anstelle des voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels kann bei Bedarf die CFK-Struktur aus mehr oder aus weniger als vier Multiaxialgelegen - auch eine ungerade Anzahl ist möglich - aufgebaut sein, wobei mindestens zwei Gelege verwendet werden müssen, zwischen denen der Flansch des Krafteinleitungselements eingefügt ist.

Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Preform für eine CFK-Struktur mit erfindungsgemäßen Krafteinleitungselementen. Der Aufbau der Preform erfolgt auf einer Legevorrichtung 9, die beispielsweise zwei hervorstehende, zylinderförmige Stützkörper 10 zur erfindungsgemäßen Ausbildung von zwei Krafteinleitungselementen aufweist. Der Querschnitt der zylinderförmigen Stützkörper 10 ist auf den inneren Querschnitt des jeweiligen rohr- oder profilförmigen Krafteinleitungselements abgestimmt.

In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Multiaxialgelege 2 und 3 unterhalb des Flansches 8 der Krafteitungselemente 6 und zwei Multiaxialgelege 4 und S oberhalb davon vorge sehen. In die Multiaxialgelege 2 bis 5 sind an den für die Krafteinleitungselemente vorgesehenen Positionen jeweils zwei kreisförmige Öffnungen 11 eingeschnitten.

Die Durchmesser der Öffnungen 11 sind an den unteren Multiaxialgelegen beispielsweise auf die Durchmesser der Stützkörper 10 abgestimmt, so dass diese gerade durch die Öff­ nungen hindurchtreten können. Die Durchmesser der oberen Öffnungen 11 sind beispielsweise auf den äußeren Durchmesser des oder der übereinandergezogenen Kohlenfasergeflechtsschläuche 7 abgestimmt. Abweichend davon können die Durchmesser der Öffnungen 11 auch etwas größer ausgebildet sein, so lange dabei die Flansche 8 der Krafteinleitungselemente 6 noch ausreichend zwischen den Multiaxialgelegen gehalten sind.

Fig. 3 zeigt den Aufbau der Preform im Stadium der auf die Stützkörper 10 aufgeschobenen und an ihrem aufliegenden Ende jeweils zu einem Flansch 8 ausgeformten Geflechts­ schläuchen. Die unteren Multiaxialgelege 2 und 3 sind in diesem Stadium auf die Legevorrichtung 9 gelegt und die Geflechtsschläuche 7 sind über die durch die Öffnungen 11 der Multiaxialgelege 2 und 3 hindurchtretenden Stützkörper 10 geschoben. Beim Aufschieben der flexiblen Geflechtsschläuche 7 wird durch ein Aufbringen von ausreichend Schub das untere Ende eines Geflechtsschlauchs 7 aufgeweitet und nach außen umgelenkt, so dass sich jeweils der Flansch 8 ausbildet.

Dabei kann vor dem Aufweiten des Flansches der Kohlenfasergeflechtsschlauch 7 hilfsweise mit einem Schlauchbinder oder einem Abreißgewebeband zusammengehalten sein, so dass sich nur der spätere Flanschbereich beim Aufschieben aufweiten kann.

Anschließend werden die beiden oberen Multiaxialgelege 4 und 5 mit ihren Öffnungen 11 über die aufgeschobenen Geflechtsschläuche 7 aufgelegt und die Preform in üblicher Weise mit Harz getränkt und zur CFK-Struktur 1 ausgehärtet.

Claims (3)

1. CFK-Struktur mit einem oder mehreren Krafteinleitungselementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitungselemente (6) rohrförmig oder als Hohlprofil mit einem vom Ring abweichenden Profilquerschnitt ausgebildet sind, dass die Krafteinleitungselemente (6) jeweils aus einem oder mehreren übereinandergeschobenen Kohlenfasergeflechtsschläuchen (7) hergestellt sind, dass die Kohlenfasergeflechts­ schläuche (7) jeweils an einem Ende zu einem Flansch (8) aufgeweitet sind mit dem sie beim Herstellen der Preform für die CFK-Struktur (1) zwischen zwei Multiaxialgelegen (2, 3, 4 und 5) in die CFK-Struktur (1) eingefügt und nach dem Tränken und Aushärten der Struktur formschlüssig in der CFK-Struktur gehalten sind.

2. CFK-Struktur nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitungselemente (6) mit ihrem Flansch (8) in einer CFK-Struktur mit mehr als zwei Multiaxialgelegen (2, 3, 4 und 5) zwischen den zu innerst angeordneten beiden Multiaxialgelegen (3 und 4) eingefügt sind.

3. CFK-Struktur nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitungselemente (6) mit ihrem Flansch (8) in einer CFK-Struktur mit mehr als zwei Multiaxialgelegen (2, 3, 4 und 5) zwischen zwei Multiaxialgelegen (2 und 3 oder 4 und 5) eingefügt sind, von denen mindestens ein Multiaxialgelege (2 oder 5) zu einem weiter aussen liegenden Multiaxialgelege gehört.