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ERFINDUNGSGEBIET
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Diese Erfindung betrifft faserverstärkte Verbundstrukturen
und im Spezielleren Verstärkungsteile
für solche
Verbundstrukturen.
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In vergleichsweise junger Vergangenheit
haben faserverstärkte
Verbundteile zuvor aus Konstruktionsmetallen, wie z. B. Stahl, Aluminium
und Ähnlichem,
hergestellte Teile und Komponenten ersetzt. Dies trifft insbesondere
in der Flugzeugindustrie zu, wo erkannt wird, dass die verstärkten Verbundkomponenten
zumindest das gleiche Ausmaß an
Stärke und
struktureller Integrität
wie herkömmliche
Materialien, und dies oftmals mit signifikant geringerem Gewicht
und geringen Kosten, bereitstellen können. Viele der verstärkten Komponenten
werden mit verstärktem
Gewebe hergestellt, welches letztendlich in eine gewünschte Gestalt
geformt, mit einem aushärtbarem
Harz imprägniert
und ausgehärtet
wird, um eine steife Struktur zu bilden.
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Die Vorteile, die durch ein Einstechen,
wie z. B. ein Einstechen von Schleifen durch faserverstärkte Verbundkomponenten
zum Verstärken
von zwei aneinander anliegenden Komponenten in einer gesicherten
Position und zum Widerstehen von Ablösungs- und Abschälungskräften, erreicht
werden, sind wohlbekannt. Siehe z. B. das U.S.-Patent Nr. 4,256,790
von Lackman, et al., welches das Nähen von einer Serie von Einstichen
durch die Dicke von Platten, während
diese in einem gestaffelten Zustand sind, lehrt, was es ermöglicht,
die zwei Platten so wie zusammengesetzt gemeinsam auszuheilen und
eine feste verstärkte
Verbundstruktur zu bilden. Das U.S.-Patent Nr. 4,206,895 von Olez
offenbart ebenfalls das Verstärken
einer Verbindung in einer verbundenen Faserstruktur von zwei oder
mehr faserverstärkten
Komponenten durch die Verwendung von Strängen hoher Stärke, welche
durch die Verbindung hindurch eingebracht werden.
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Eine dreidimensionale Verstärkung in
einem engen begrenzten Bereich, wie z. B. zwischen Versteifungen
und Zwischenwänden
einer versteiften Hüllenstruktur,
ist schwierig und in vielen Fällen
mit herkömmlichen
Einstechmaschinen so gut wie unmöglich.
Die Verwendung von Einstechen, wie z. B. in dem Olez-Patent Nr.
4,206,895 und in dem Patent von Lackman, et al. mit der Nr. 4,256,790
gezeigt, hat Schadenstoleranzen und Widerstandsfähigkeit gegenüber Ablösungs-,
Abschälungs- und Abreiß-Zugbelastungen
verbessert. Darüber
hinaus wurde entdeckt, dass dieses dreidimensionale Einstechen wirksam
bei der Reduzierung von ebenen Scherungen in laminierten Strukturen
ist.
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Aufgrund der Größe und Konstruktion von herkömmlichen
Einstechmaschinen beschränkt
jedoch die Lage und die Gesamtgröße der Spulen (oder
Kettelvorrichtungen, welche beim Ketteneinstechen verwendet werden)
deutlich den Bereich, in welchem ein Einstechen bewerkstelligt werden
kann. Demzufolge ist in vielen Bereichen, wo dreidimensionale Verstärkung wünschenswert
wäre, aufgrund
der Schwierigkeit, wenn nicht Unmöglichkeit, die Einstechmaschinen
in begrenzten und eingeengten Bereichen zu betreiben, herkömmliches
automatisches Einstechen keine Alternative.
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Tufting ist ebenfalls als ein Mittel
zur dreidimensionalen Verstärkung
in begrenzten und eingeengten Bereichen in Betracht gezogen worden.
Tufting ist jedoch dadurch limitiert, dass es nicht die Verdichtung
der trockenen Faservorformen, welche durch herkömmliches, nicht getuftetes
Einstechen erreicht wird, bewahrt.
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Heften wird, obwohl es einige Vorteile
aufweist, üblicherweise
mit aus Metall gebildeten Heftklammern durchgeführt, und Metall kann in bestimmten
Fällen
nicht akzeptabel sein. Als ein einfaches Beispiel sind Metallkomponenten
elektrisch leitfähig, und
elektrische Leitfähigkeit
kann in bestimmten Anwendungen unerwünscht sein. Effektive thermoplastische
Heftklammern sind noch nicht verfügbar. Es hat Versuche gegeben,
einzelne Stifte aus Kohlenstofffasern und einem thermoplastischen
Harz, welche extrudiert werden, herzustellen. Diese Stifte sind jedoch
sehr kostspielig herzustellen und darüber hinaus sind sie bei ihrer
Anbringung arbeitsaufwändig, obwohl
sie die gewünschten
Eigenschaften der Komponenten, in welchen sie verwendet werden,
verbessern können.
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Das U.S.-Patent Nr. 4,528,051 von
Heinze, et al. offenbart ein Verfahren zum Festigen von faserverstärkten Komponenten,
welches eine Vielzahl von Stiften aus metallischem oder synthetischem
Material, die in die Schichten von Fasern und Harz von aneinander
grenzenden strukturellen Komponenten getrieben werden, verwendet.
Das Harz wird dann mit den an Ort und Stelle befindlichen Stiften
ausgehärtet,
um die Festigkeit der Konstruktionskomponenten zu verbessern und
um das Abschälen
einer Schicht von einer angrenzenden Schicht zu verhindern. Bei bestimmten
Ausführungsbeispielen
sind die Stifte flexibel und aus einem Kevlar®-Strang gebildet.
Ein Einstechmechanismus oder eine Nähmaschine wird verwendet, um
die Stränge
einzusetzen. Als solche leiden diese Ausführungsbeispiele unter dem oben
genannten Nachteil, nämlich
dass der Einstechvorgang nicht in begrenzten und eingeengten Bereichen durchgeführt werden
kann.
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Andere Ausführungsbeispiele des Heinze-Patents
verwenden steife Metallstifte, welche in einen Stiftträger in der
Form eines Gurts oder Gewebes eingesetzt sind. Das Gewebe kann an
eine der faserverstärkten
Verbundkomponenten gebunden werden, nachdem die Metallstifte eingesetzt
worden sind. Die Verwendung von leitfähigen Metallkomponenten kann
jedoch wie oben erwähnt
nachteilig sein.
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Zusätzlich kann die hochflexible
Natur des Gewebes den Prozess des Einsetzens der Stifte, solange
sie nicht unter Verwendung des erläuterten Rollenapparats appliziert
werden, mühsam
und handarbeitsintensiv machen.
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Die US-A-5 589 015 offenbart ein
Verfahren zur Befestigung eines Paares von Werkstücken aneinander,
wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Positionieren eines ersten
Werkstücks;
Positionieren eines zweiten Werkstücks, so dass eine erste Seitenfläche des
zweiten Werkstücks
in flächigem
Kontakt mit dem ersten Werkstück
ist und eine gegenüberliegende
zweite Seitenfläche
davon um die Dicke des zweiten Werkstücks entfernt angeordnet ist;
Positionieren eines Verstärkungsteils,
welches ein Verbindungsteil und eine Vielzahl von damit verbundenen aus
einem gehärteten
faserverstärkenden
Strang gebildeten Stiften aufweist, benachbart zu der zweiten Seitenfläche des
zweiten Werkstücks;
Drücken
der freien Enden des Verstärkungsteils
durch das zweite Werkstück
hindurch und in das erste Werkstück
hinein, so dass das zweite Werkstück an dem ersten Werkstück befestigt
wird.
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Folglich bestand ein Bedarf für ein Verstärkungsteil,
welches verwendet werden kann, um in begrenzten und eingeengten
Bereichen zwei oder mehr verstärkte
Komponenten aneinander zu befestigen. Genauer gesagt bestand ein
Bedarf für
ein Verstärkungsteil,
welches zum Befestigen von Zwischenwänden und Versteifungen („T"-Versteifungen in
0°, 90° oder anderen
Orientierungen relativ zueinander) an einer verstärkten Kunststoffhülle, insbesondere
in begrenzten und eingeengten Räumen.
Solch ein Verstärkungsteil
würde vorzugsweise
nichtleitend sein und in der Lage sein, recht einfach in der verstärkten Verbundstruktur
integriert werden zu können.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung beinhaltet
ein Verstärkungsteil
gemäß Anspruch
1, ein Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungsteils gemäß Anspruch 9
und ein Verfahren zur Befestigung eines Paares von Werkstücken aneinander
gemäß Anspruch
20. Wie zuvor angedeutet, ist die Erfindung erfolgreich beim eigentlichen
Befestigen von zwei oder mehr verstärkten Verbundteilen aneinander.
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Sehr häufig ist es nötig, Komponenten,
wie z. B. Zwischenwände
oder Versteifungen, an Vorformen, d. h. verstärkten Verbundteilen, welche
in einem trockenen eingestochenen nahezu netzförmigen Faservorformzustand
sind oder vorimprägniert sein
können,
aber welche noch nicht in einen endgültigen oder C-Zustand ausgehärtet sind,
zu befestigen.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst
das Verfahren ein Bereitstellen eines zentralen Trägerkörpers, welcher
von dem Verstärkungsteil entfernbar
ist, wenn das letztere in dem Trägerkörper ausgebildet
ist. Das Verfahren umfasst ein Einstechen einer Vielzahl von faserverstärkenden
Strängen an
dicht voneinander beabstandeten Orten durch diesen entfernbaren
Trägerkörper hindurch.
In diesem Fall sind die Stränge
relativ gerade, wenn sie den Trägerkörper durchdringen.
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Das Verfahren umfasst außerdem das
physikalische Vernetzen eines der gemeinsamen Enden von jedem der
Stränge
mit einem Verbindungsteil. Mit anderen Worten werden die gemeinsamen
Enden von jedem der Stränge
bei dem Einstechvorgang in einer physikalischen Vernetzung aneinander
befestigt und bilden somit eine unterstützende offene Maschenstruktur.
Dieses Vernetzen der Stränge
bildet ein Gitter in der offenen Maschenstruktur, in welchem die
gemeinsamen Enden der Stränge
an dem Gitter befestigt sind, und die entgegengesetzten Enden freie
Enden der Stränge
sind, welche letztendlich mit Spitzen versehen werden, um in ein
Verstärkungsteil, wie
z. B. eine Vorform, eindringen zu können.
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Nachdem das Einstechen in den Trägerkörper abgeschlossen
ist, werden die durch den Trägerkörper geführten Stränge in einer
hiernach zu beschreibenden Weise gehärtet und bilden dadurch im Allgemeinen
gerade Stifte, welche miteinander durch das zuvor genannte Vernetzungsgitter
verbunden sind. Nachdem das Gitter mit den Stiften in dem Trägerkörper ausgebildet
ist, ist die Struktur oder das Gitter bereit, stabilisiert zu werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
das Verstärkungsteil
aus verstärkten
Verbundverstärkungssträngen gebildet,
wie z. B. Glas-, Kevlar®-, Kohlenstofffasersträngen, etc.
Sie sind jedoch nicht notwendigerweise anfänglich mit einer aushärtbaren Matrix,
wie z. B. einem Harz, imprägniert.
Nach Ausbildung in dem Trägerkörper können sie
dann mit einer aushärtbaren
Matrix imprägniert
werden und gehärtet
werden.
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Nachdem das Gitter mit den damit
einheitlich verbundenen Stiften gebildet ist, besteht ein vorteilhafter
Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
darin, eine geschärfte
Spitze an den freien Enden von jedem der Stifte bereitzustellen,
so dass sie in der Lage sind, in eine Vorform einzudringen. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wurde herausgefunden, dass wenn die freien Enden oder
zweiten Enden der Stifte in einem schrägen Winkel, z. B. 45°, bezüglich der Mittelachse
der Stifte geschliffen sind, das Eindringen in eine Vorform stark
verbessert wird.
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Der Trägerkörper wird dann entfernt. Das Entfernen
des Trägerkörpers kann
durch eine beliebige einer Anzahl von Maßnahmen vonstatten gehen. Bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
ist der Trägerkörper ein
Schaumträgerkörper, welcher
auflösbar
sein kann, entweder in einem polaren oder einem nichtpolaren flüssigen Lösungsmittel.
Daher kann nach einem Härten
des Verstärkungsteils
mit dem Trägerkörper an
Ort und Stelle das gesamte Verstärkungsteil
in die Flüssigkeit
eingeführt
werden, wo der Trägerkörper selbst
aufgelöst
wird.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann der Trägerkörper die
Form eines Schaummaterials annehmen, welches im Stande ist, in der
Gegenwart von Hitze schnell abgebaut und zersetzt zu werden. Somit
kann das Aushärten
des Harzes und Beseitigen des Trägerkörpers in
einem einzigen Arbeitsablauf vonstatten gehen, so dass praktisch
die Hitze das Schaummaterial zerstört, um dadurch ein Entfernen
desselben zu bewirken.
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Das erfindungsgemäße Verstärkungsteil ist in der Hinsicht
effektiv, dass es in einem eng begrenzten Bereich, wo ein Platz,
um das durch eine herkömmliche
Einstechmaschine erzielte Einstechen zu erreichen, nicht verfügbar ist,
verwendet werden kann. Obwohl das dreidimensionale Einstechen hocheffektiv
ist, wurde herausgefunden, dass bei Verwendung einer dreidimensionalen
Verstärkung des
wie gemäß dieser
Erfindung vorgesehenen Typs ein hervorragender Einfluss auf Schadenstoleranz und
Ablösung
besteht. Es wurde herausgefunden, dass eine wesentliche Verbesserung
von Abschälkraftwiderstandsfähigkeit,
Abreißzugeigenschaften und
ebenen Scherungseigenschaften besteht. Darüber hinaus sind durch Verwenden
dieser Verstärkungsteile
die erhaltenen Eigenschaften denen mit herkömmlichem Einstechen erhaltenen ähnlich.
Die gesamte verstärkte
Struktur kann dann mit Harz imprägniert
werden und durch herkömmliche
Verfahren ausgehärtet
werden, um die erwünschten
mechanischen Eigenschaften zu entwickeln.
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Diese Erfindung besitzt viele weitere
Vorteile und hat weitere Zwecke, welche durch Betrachtung ihrer
Ausführungsformen
besser verdeutlicht werden können.
Eine der Ausführungsformen
des Verfahrens und eine des eigentlichen Verstärkungsteils wird näher in den
beigefügten
Zeichnungen dargestellt und in der folgenden detaillierten Beschreibung
beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass diese beigefügten Zeichnungen
und diese detaillierte Beschreibung nur zu Zwecken der Darstellung
der allgemeinen Prinzipien der Erfindung dargelegt sind und nicht
in einem einschränkenden
Sinn zu verstehen sind.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Nachdem somit die Erfindung im Allgemeinen
beschrieben worden ist, wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen,
in welchen:
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1 eine
perspektivische Ansicht ist, welche die Bildung eines erfindungsgemäßen Verstärkungsteils
in einem entfernbaren Trägerkörper zeigt;
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2 eine
Seitenansicht des Verstärkungsteils
ist, welches in einem Trägerkörper ausgebildet ist
und Nadelstränge
und Spulenstränge
umfasst;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Paares von gegenüberliegenden vollständig ausgebildeten
erfindungsgemäßen Verstärkungsteilen
ist;
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4 eine
vergrößerte schematische
perspektivische Ansicht ist, welche das Befestigen von zwei Komponenten
mit erfindungsgemäßen Verstärkungsteilen
zeigt;
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5 eine
Seitenansicht eines Schleifwerkzeugs zum Abschneiden der freien
Enden der Stifte, welche einen Teil der erfindungsgemäßen Verstärkungsteile
bilden, ist; und
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6 eine
fragmentarische schematische perspektivische Ansicht ist, welche
die erfindungsgemäße Verwendung
von Verstärkungsteilen
zum Befestigen von Versteifungen und Zwischenwänden an einer Hüllenstruktur
zeigt; und
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7 ein
Flussdiagramm ist, welches die an dem erfindungsgemäßen Verfahren
beteiligten Schritte zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Detaillierter und durch Bezugszeichen
auf die Zeichnungen Bezug nehmend, welche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellen, zeigen 1, 2 und 7 ein Verfahren zur Herstellung
eines erfindungsgemäßen verstärkten Kunststoffverbundverstärkungsteils.
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Jetzt Bezug nehmend auf 1, ist erkennbar, dass ein
Trägerkörper, bei
welchem es sich um einen entfernbaren Trägerkörper, wie z. B. einen Schaumträgerkörper 10,
handelt, bereitgestellt ist. Unter Verwendung von herkömmlichen
Einstechtechniken mit einer herkömmlichen
Einstechmaschine (nicht gezeigt) wird der Schaumträgerkörper 10 mit
stiftbildenden Strängen 12 versehen,
welche sich von der oberen Endfläche
des Trägerkörpers zu
dessen unterer Endfläche
erstrecken. Diese stiftbildenden Stränge haben eine Länge, welche
gleich der Dicke des Schaumträgerkörpers ist, üblicherweise
zwischen 0,64 cm und 2,54 cm. Hinsichtlich einer Einstichdichte
können
die Einstechfasern einen Abstand von ungefähr 0,32 cm mit einer Schrittweite
von 0,51 cm (1/5 Zoll) aufweisen. Als solche weist jede Reihe acht
Einstiche pro 2,54 cm (Zoll) auf und es sind fünf Einstichreihen pro 2,54
cm (Zoll) vorhanden. Wenn das Einstechen um 90° rotiert wird und dasselbe Einstichmuster
wiederholt wird, gewährleistet
dies eine Gesamteinstichdichte von 80 Durchdringungen pro Quadratzoll.
Es versteht sich jedoch, dass die Dichte der Einstiche variieren
kann.
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Zuerst werden einzelne Spalten von
Einstichen gebildet, das heißt
von einer Querseite zu der entgegengesetzten Querseite des Schaumträgerkörpers. Danach wird
der Schaumträgerkörper um
90° rotiert
und das Einstechen geht von einer longitudinalen Seite zu der entgegengesetzten
longitudinalen Seite vonstatten. Dies erzeugt ein Gitter von Einstichen
in einer im Allgemeinen quadratischen oder rechteckigen Anordnung.
Es ist jedoch nicht notwendig, dass das erfindungsgemäße Verstärkungsteil aus
einer Anordnung von Reihen und Spalten gebildet ist, sondern es
kann für
bestimmte Anwendungen einfach aus einer einzelnen Reihe gebildet
sein.
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Mit Hinweis auf 1 und 2 der
Zeichnungen ist erkennbar, dass wenn die Fasern imprägniert und
ausgehärtet
werden, jeder der Stränge
einen vertikalen Stift 12 bildet, welcher sich durch den Schaumträgerkörper 10 hindurch
erstreckt. Jeder der Einstiche bildet wie gezeigt an den oberen
Enden ein Verbindungsteil 16 aus dem Nadelstrang aus. Diese erstrecken
sich zwischen und verbinden jeden der einzelnen stiftbildenden Stränge 12,
welche wie hiernach beschrieben im Ergebnis relativ steife Stifte
bilden. An ihren unteren Enden werden Spulenstränge ausgebildet, welche ebenfalls
anfänglich
jedes der einzelnen stiftbildenden Strangelemente 12 auf
der Unterseite des Schaumträgerkörpers 10 verbinden können. Das
gezeigte Beispiel betrifft einen Zweistrangstich, welcher einen
oberen Durchdringungsnadelstrang und einen unteren Sperrstrang beinhaltet, welche
durch eine Standard „Sperr"-Stich-Nähtechnik bereitgestellt werden.
Falls erwünscht
kann eine Einzelstrangeinstechmaschine verwendet werden, um das
Gitter aus einem einzelnen Strang zu bilden.
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In Kombination bilden alle die Verbindungsteilstränge 16 ein
Verstärkungsteil 20 in
Form einer physikalisch vernetzten Gitterstruktur für jeden
der Stifte 12 und verbinden jeden der Stifte in dieser
gitterartigen Anordnung. In dieser Hinsicht ist das Verstärkungsteil 20 eine
offene Maschenstruktur, so dass jeder der Stifte 12 einheitlich
mit Verbindungsteilen 16 ausgebildet ist und sich von diesen
ausgehend nach Außen
in einem Winkel von ungefähr
90° zu diesen
erstreckt.
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Die Stränge sind vorzugsweise aus einem beliebigen
geeigneten Fasermaterial des Typs, welcher in verstärkten Kunststoffverbunden
verwendet wird, und beinhalten z. B. Glasfasern, Kohlenstoff und Ähnliches.
Der Strang kann außerdem
aus Werg unterschiedlicher Stärke
bestehen. Einige der anderen Stränge,
welche verwendet werden können,
beinhalten Kevlar, Dacron und Nylon. Die Verbundgarne in dem Trockenfaserzustand
sind ausreichend flexibel, um durch den Trägerkörper genäht zu werden. Dieselben Stränge, imprägniert mit
einem trockenen, flexiblen „B"-Stufe Harz, welches
mit dem in dem endgültigen
Laminat verwendeten Harz kompatibel ist, kann ebenfalls verwendet
werden, um das Gitter zu bilden.
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Bei dem Herstellungsprozess der verstärkten Kunststoffverbundverstärkungsteile
wird die gemäß 2 erhaltene Struktur daraufhin
mit einem geeigneten hitzefestigenden Harz imprägniert. Wiederum können beliebige
der üblicherweise
bei verstärkten
Kunststoffverbunden verwendeten Harze zu diesem Zweck verwendet
werden.
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Ein Aushärten der harzimprägnierten Strangeinstiche
kann daraufhin durch einen beliebigen herkömmlichen Aushärtungsmechanismus
vonstatten gehen. Für
die meisten Harze ist es typisch, dass die Harze, wenn sie aufgeheizt
werden, in eine C-Stufe
aushärten,
in welcher der Verbund in einem steifen Zustand ist. In diesem Zustand
werden die Stränge 12 zu
relativ steifen Stiften.
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Nach der Ausbildung eines relativ
steifen Verstärkungsteils 20,
welches nach wie vor in den Schaumträgerkörper 10 eingebettet
ist, werden die Spulenstränge 18 effektiv
entfernt und die Enden der Stifte 12 werden mit einem Werkzeug 30 des
in 5 gezeigten Typs
geschliffen. In diesem Fall ist erkennbar, dass das Werkzeug 30 einen
länglichen
Schaft oder Griff 32 aufweist und mit einer Vielzahl von
spitz zulaufenden Schleifköpfen 34 mit
geschärften
kreisförmigen
Kanten, welche in diesem Fall einen Abstand von 0,32 cm aufweisen,
versehen ist. Wenn diese Schleifköpfe 34 an den unteren
Enden der Einstiche 12 schleifen, gewährleisten sie ein spitz zulaufendes
Ende und vorzugsweise einen mit 45° ± 30° angewinkelten Schnitt an den
Enden von jedem der Stifte 12 bezüglich der Mittelachse des Stiftes 12. Dies
ermöglicht
es jedem Stift 12, zufriedenstellend und einfach mit minimalem
strukturellem Faserschaden an der Vorform in eine Vorform einzudringen. Darüber hinaus
ist der Abstand der verschiedenen Stifte von 0,32 cm genau und ein
Werkzeug 30 schärft
alle Stifte in einem Arbeitsgang.
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An diesem Punkt des Prozesses wird
der Trägerkörper 10 entfernt,
um ein Verstärkungsteil
der in 3 und 4 gezeigten Art zu erhalten.
In diesem Fall ist erkennbar, dass das Verstärkungsteil 20 die Gitterstruktur
umfasst, welche sich davon nach außen erstreckend die einzelnen
Stifte 12 aufweist. Darüber
hinaus ist jedes der freien Enden 36 der Stifte 12 spitz
zulaufend. Das Verstärkungsteil 20 ist
wie zuvor erwähnt
eine offene Maschengitterstruktur und ermöglicht eine gewisse Flexibilität, indem
den Stiften ermöglicht
wird, sich Unregelmäßigkeiten
in der Oberflächenkontur
der verstärkten
Kunststoffvorform, in welche die Stifte eingesetzt werden sollen, anzupassen.
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Der Schaum, welcher für den Trägerkörper 10 verwendet
wird, ist vorzugsweise ein Polystyrol-Schaum. Bei diesem Material
können
Lösungsmittel
verwendet werden, um den Schaum aufzulösen oder kann andererseits
Hitze verwendet werden, um den Schaum abzubauen und wirksam zu zerstören. In ähnlicher
Weise könnte
ein aus Wachs mit einer hohen Schmelztemperatur (wie z. B. 177°C (350°F)) hergestellter
Trägerkörper verwendet
werden. Das Harz in dem Verstärkungsteil 20 wird
bei ungefähr
121–149°C (250–300°F) ausgehärtet, und daher
kann der Wachsträgerkörper von
dem Verstärkungsteil
abgeschmolzen werden, nachdem das Verstärkungsteil zumindest teilweise
ausgehärtet
worden ist. Jegliches verbleibendes Wachs kann mit einer Entfettungseinheit
entfernt werden. Weitere geeignete Trägerkörpermaterialien beinhalten
flüssigkeitslösliche Komponenten,
wie z. B. einen wasserlöslichen
steifen Schaum oder weiches Gips.
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Die Zugfestigkeit der ausgebildeten
Stifte ist mehr als 17237 Bar (250000 Psi). Im Vergleich dazu ist
die maximale Zugfestigkeit von jeglichem durch Spritzguss gefertigten
Stift oder Stab grob 2062–2752
Bar (30000 bis 40000 Psi). Somit ist die Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Abreißen
durch Zug, Ablösen
und Abschälen
hoch, wenn wie gemäß der vorliegenden
Erfindung ein orientierter faserverstärkender Strang verwendet wird.
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4 illustriert
eine Anordnung, in welcher zwei Verbundplattenwerkstücke 40 und 42 in
flächigem
Eingriff miteinander angeordnet sind und mittels eines oder zweier
Verstärkungsteile 20 der
gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugten Art verstärkt werden
können.
Somit und in diesem Fall sind die zwei Platten 40 und 42 Vorformen
und die Stifte auf jedem der gegenüberliegenden Verstärkungsteile 20 werden
in jede der Vorformen eingesetzt, um diese dadurch physikalisch
zusammenzuhalten. In dieser Hinsicht versteht es sich im Zusammenhang
mit der vorliegenden Erfindung, dass die Verstärkungsteile 20 im
Zusammenhang mit Vorformen hocheffektiv sind. Die Vorformwerkstücke 40, 42 können entweder
in einer nassen oder in einer trockenen Form vorliegen. Somit können sie
vorimprägniert
aber nicht ausgehärtet
sein, bis die Verstärkungsteile 20 an
Ort und Stelle positioniert worden sind. Darüber hinaus können sie
trocken sein und schließlich
imprägniert werden,
wenn die Verstärkungsteile 20 in
einer verstärkenden
Position angeordnet worden sind.
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6 zeigt
eine Anordnung, in welcher die Verstärkungsteile verwendet werden,
um die Längsträger 50 und
die Stegflansche 58 der Zwischenwände 52 zusammenzuhalten.
Diese Rahmenkonstruktion gewährleistet
somit eine Unterstützung
für eine Vortormplatte 54. 6 zeigt die Verwendung von
erfindungsgemäßen Verstärkungsteilen 20,
welche an einem Stegflansch 58 der Zwischenwand 52 und
in einen Steg 60 des entsprechenden Längsträgers 50 hinein befestigt
werden. Obwohl in 6 nicht
speziell gezeigt, könnten
zusätzliche
Verstärkungsteile verwendet
werden, um den Basisflansch 56 der Längsträger 50 an der Platte 54 zu
befestigen, so dass sich zusätzliche
lokalisierte Verstärkungseigenschaften
ergeben. Zusätzlich
können
die Verbindungen zwischen den verschiedenen Komponenten bis zu einem
praktikablen Ausmaß vor
der Anbringung der erfindungsgemäßen Verstärkungsteile 20 eingestochen
worden sein, um die entsprechenden Vorformen zu verfestigen.
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Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Verstärkungsteile 20 werden
die Stifte 12 in das relativ weiche Vorformmaterial eingesetzt
und dann werden alle Komponenten einer Aushärtung ausgesetzt, wie z. B.
durch Erhitzen. Wenn dies geschieht, bewirkt das in das Vorformwerkstück und in
oder um die Stifte und das Gitter des Verstärkungsteils herum imprägnierte
Harz ein Schmelzen oder Binden des Verstärkungsteils an die Vorform
und wird ein einheitlicher Teil der Struktur.
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7 zeigt
eine Gesamtschrittprozedur der Herstellung und des Einbaus des 3-D
Gitters in eine Vorform sowie der abschließenden Harzimprägnierung
und Aushärtung,
um die gewünschte
verbesserte schadenstolerante Struktur herzustellen. Somit ist ein
einzigartiges und neues Verfahren zur Herstellung und Anwendung
eines 3-D-gitterverstärkten Kunststoffverbundverstärkungsteils
dargestellt und beschrieben worden, welches dadurch alle der erstrebten
Zwecke und Vorteile erfüllt.
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Es versteht sich, dass Fachleuten
nach Erwägung
dieser Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen viele Änderungen,
Modifikationen, Variationen sowie andere Verwendungen und Anwendungen
ersichtlich sein werden.