DE10018177A1

DE10018177A1 - Repair method for damaged hollow fiber composite components involves removal of core parts in undamaged and replacement parts, joining both parts and filling with casting material

Info

Publication number: DE10018177A1
Application number: DE2000118177
Authority: DE
Inventors: Christian Lermer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2001-10-25
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: DE10018177B4

Abstract

The damaged component section is removed from the undamaged part(12) of a component(2). An identical replacement part(16) is made with a inner chamber(18) exposed to the cut face and the core of the undamaged part is also removed along the cut surface to create a similar outwardly exposed chamber(14). The replacement part is then fitted into the space left by the damaged section and the hollow chamber(24) formed by the two smaller chambers is filled with casting material.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Reparaturverfahren für beschädigte Faser verbund-Hohlbauteile.The invention relates to a repair method for damaged fiber composite hollow components.

Es ist bekannt, beschädigte Faserverbundbauteile als Ganzes gegen ein baugleiches Ersatzteil auszutauschen. Dies ist vor allem bei komplexen und/oder ausgedehnten Faserverbundstrukturen, etwa einer Kraftfahrzeug- Bodengruppe in Integralbauweise, eine sehr Zeit- und kostenintensive Repara turmethode.It is known to damage damaged fiber composite components as a whole identical spare part to be replaced. This is especially true with complex ones and / or extensive fiber composite structures, such as a motor vehicle Floor assembly in integral construction, a very time and cost-intensive repair tower method.

Ferner ist es bekannt, den geschädigten Bauteilabschnitt im eingebauten Zu stand durch Anschäften oder Aufdoppeln von Faserverbundlaminat zu repa rieren. Eine solches Verfahren ist nur anwendbar, wenn der Schadensbereich für einen Laminat-Neuaufbau von außen ausreichend frei zugänglich ist, und darüber hinaus ebenfalls mit einem hohen Arbeitszeit- und somit Kosten aufwand verbunden. Hinzu kommt, dass bei einer Laminat-Aufdoppelung die ursprüngliche Außengeometrie des Bauteils und bei einem Anschäften zumeist die geforderte Festigkeit der Faserverbundstruktur verloren geht.Furthermore, it is known to close the damaged component section became repa by buying or doubling fiber composite laminate rieren. Such a procedure is only applicable if the area of damage is sufficiently freely accessible from the outside for a new laminate construction, and in addition also with a high working time and thus costs expense connected. In addition, with a laminate doubling the original external geometry of the component and mostly when it is screwed up the required strength of the fiber composite structure is lost.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass selbst ausgedehnte und/oder geometrisch komplexe Faserverbund-Hohlbauteile unter Erhalt der geforderten mechanischen Eigen schaften und der ursprünglichen Bauteilgeometrie auf einfache Weise und mit geringem Kostenaufwand zu reparieren sind.The object of the invention is so the method of the type mentioned to design that even extensive and / or geometrically complex fiber composite hollow components while maintaining the required mechanical properties and the original component geometry in a simple way and with can be repaired at low cost.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 gekenn zeichnete Reparaturverfahren gelöst.This object is characterized by the in claim 1 signed repair procedures solved.

Erfindungsgemäß wird durch Austrennen eines auf den Schadensbereich be grenzten und Einfügen eines zu diesem baugleich vorgefertigten, neuen Bau teilabschnitts in Kombination mit der beanspruchten, lastfesten Verkoppelung über ein in der Einbaulage der Bauteilabschnitte in den Hohlquerschnitt einge gossenes Verbindungsstück der erforderliche Reparaturaufwand wesentlich verringert, zum einen weil nicht die gesamte Faserverbundstruktur, sondern nur der geschädigte Teil erneuert werden muss und zum anderen weil ein um ständlicher und zeitraubender Laminat-Neuaufbau in der Einbauposition der Faserverbundstruktur entfällt, so dass auch geometrisch komplexe Bauteile im Schadensfall selbst bei beschränkter Zugänglichkeit auf einfache Weise aus gebessert werden können, mit dem weiteren, wesentlichen Effekt, dass sowohl die ursprüngliche Außenkontur als auch - bei entsprechend gewählter Materialbeschaffenheit der Gießmasse - die geforderten mechanischen Eigenschaften des Faserverbundbauteils in vollem Umfang erhalten bleiben.According to the invention, by removing one of the damage areas delimited and inserted a new building that was prefabricated with the same construction section in combination with the stressed, load-resistant coupling inserted into the hollow cross section in the installed position of the component sections poured connector the required repair effort essential reduced, on the one hand because not the entire fiber composite structure, but only the damaged part has to be replaced and secondly because one um constant and time-consuming laminate rebuild in the installation position of the Fiber composite structure is eliminated, so that even geometrically complex components in the Damage event in a simple manner even with limited accessibility can be improved, with the further, essential effect that both the original outer contour as well - if selected accordingly Material properties of the casting compound - the required mechanical Properties of the fiber composite component are retained in full.

Als besonders faserverbundgerechtes und leicht vergießbares Gussmaterial mit einer guten Anbindung zur angrenzenden Faserverbundstruktur hat sich, wie nach Anspruch 2 bevorzugt, ein faserverstärkter Kunststoff erwiesen, und zwar nach Anspruch 3 zweckmäßigerweise ein Polyurethansystem, welches aus Gründen eines Überhitzungsschutzes des angrenzenden Faserverbund materials vorzugsweise schwach exotherm ausreagiert. As a particularly fiber-compatible and easily castable casting material with a good connection to the adjacent fiber composite structure, as preferred according to claim 2, proven a fiber reinforced plastic, and although according to claim 3 expediently a polyurethane system which for reasons of overheating protection of the adjacent fiber composite materials preferably reacted slightly exothermic.

In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden Faserverbund- Hohlbauteile mit einem spezifisch leichten Innenkern, insbesondere Sandwich- Bauteile mit einem Schaumstoffkern, nach Anspruch 4 in der Weise für den Gussvorgang vorbereitet, dass der Innenkern auf einer dem Gussbereich entsprechenden Länge zurückgesetzt wird, während Hohlbauteile ohne Innen kern gemäß Anspruch 5 zweckmäßigerweise mit einer den Gussbereich begrenzenden, gießmassendichten Zwischenwand versehen werden, welche nach Anspruch 6 vorzugsweise durch Einspritzen eines Expansionsschaums in den Hohlquerschnitt gebildet wird.In a further advantageous embodiment of the invention, fiber composite Hollow components with a specifically light inner core, especially sandwich Components with a foam core, according to claim 4 in such a way for Casting process prepared that the inner core on one of the casting area corresponding length is reset, while hollow components without an interior Core according to claim 5 expediently with a casting area limiting, pouring-tight partition are provided, which according to claim 6, preferably by injecting an expansion foam into the hollow cross section is formed.

Nach Anspruch 7 wird in besonders bevorzugter Weise ein vorgefertigter Hohl körper in Form einer balgartigen Faserstruktur vor dem Zusammenfügen der Bauteilabschnitte in einem der Hohlräume fixiert und nach dem Einfügen des Ersatzteils in den anderen Hohlraum ausgefahren und beim anschließenden Gussvorgang in das Gussmaterial eingeschlossen, wobei der Faserbalg im In neren entweder aus Gründen einer Gewichtsverringerung vom Gießmaterial freigehalten, oder aber im Hinblick auf eine erhöhte mechanische Festigkeit der Gießverbindung mitausgegossen wird.According to claim 7 is a prefabricated hollow in a particularly preferred manner body in the form of a bellows-like fiber structure before the assembly of the Component sections fixed in one of the cavities and after inserting the Spare part extended into the other cavity and at the subsequent one Casting process included in the casting material, with the fiber bellows in neren either for reasons of weight reduction of the casting material kept clear, or with a view to increased mechanical strength the casting connection is also poured out.

Um die Anbindung zwischen dem vorhandenen, unversehrten und dem neu eingefügten Bauteilabschnitt weiter zu verbessern, empfiehlt es sich schließlich nach Anspruch 8, die Trennfläche zwischen den beiden Abschnitten zickzack förmig oder schräg zur Längenerstreckung des Faserverbundbauteils auszubilden.To connect between the existing, intact and the new it is recommended to improve the inserted component section further according to claim 8, the interface between the two sections zigzag shaped or oblique to the length of the fiber composite component to train.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, beispielsweise Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Diese zeigen in stark schematisierter Darstellung in Further features of the invention result from the following, for example description in connection with the drawings. This show in a highly schematic representation in

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines Faserverbund- Hohlbauteils in Form eines Sandwichbauteils im beschä digten Zustand; Figure 1 is a partial perspective view of a fiber composite hollow component in the form of a sandwich component in the damaged state.

Fig. 2 einen Schnitt des Sandwichbauteils gemäß Fig. 1 nach dem Einfügen, aber vor dem Vergießen eines Ersatzteils; FIG. 2 shows a section of the sandwich component according to FIG. 1 after insertion, but before the casting of a spare part;

Fig. 3 das Sandwichbauteil nach Fig. 1 im reparierten Zustand; Fig. 3 the sandwich component of Figure 1 in the repaired state.

Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht eines Faserverbund- Hohlprofils im beschädigten Zustand; Fig. 4 is a partial perspective view of a fiber composite hollow profile in the damaged state;

Fig. 5 einen Schnitt des Faserverbund-Hohlprofils gemäß Fig. 4 nach dem Abtrennen des beschädigten und vor dem Ein fügen eines diesen ersetzenden, neuen Bauteilabschnitts; FIG. 5 shows a section of the fiber composite hollow profile according to FIG. 4 after the damaged and before inserting a new component section replacing it;

Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Darstellung nach dem Zu sammenfügen der beiden Bauteilabschnitte; und FIG. 6 shows a representation corresponding to FIG. 5 after joining the two component sections; and

Fig. 7 einen Schnitt des Faserverbund-Hohlprofils nach Fig. 4 im reparierten Zustand. Fig. 7 shows a section of the fiber composite hollow profile according to Fig. 4 in the repaired state.

Das in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Faserverbund-Sandwichbauteil 2, bestehend aus einem Schaumstoffkern 4 zwischen einer oberen und einer unteren Deck schicht 6, 8 aus einem Faserverbundlaminat mit einem - in Fig. 1 durch eine Kreuzschraffur angedeuteten - quasi-isotropen Faserlagenaufbau, ist in einem Bereich A z. B. unfallbedingt geschädigt und reparaturbedürftig. The fiber composite sandwich component 2 shown in FIGS. 1 to 3, consisting of a foam core 4 between an upper and a lower cover layer 6 , 8 made of a fiber composite laminate with a quasi-isotropic fiber layer structure - indicated in FIG. 1 by cross hatching, is in an area A z. B. damaged as a result of an accident and in need of repair.

Zu diesem Zweck wird aus dem Bauteil 2 ein den Schadensbereich A enthal tender Bauteilabschnitt 10 längs der Schnittfläche L herausgetrennt und der Schaumstoffkern 4 des unversehrten Bauteilabschnitts 12 von der Schnittfläche L aus ein Stück weit zurückgesetzt, so dass eine einseitig offene, auf der Rück seite vom Schaumstoffkern 4 begrenzte Innenkammer 14 entsteht (Fig. 2). An schließend wird in den freigeschnittenen Bereich des Bauteils 2 anstelle des Bauteilabschnitts 10 ein Ersatzteil 16 eingesetzt, welches mit den gleichen Abmessungen und in der gleichen Sandwich-Bauweise wie der geschädigte Bauteilabschnitt 10 vorgefertigt, jedoch korrespondierend zur Innenkammer 14 ebenfalls mit einer einseitig offenen, rundum verlaufenden Innenkammer 18 versehen ist. Das Ersatzteil 16 wird in der ursprünglichen Einbaulage des geschädigten Bauteilabschnitts 10 am Bauteil 2 fixiert, und die Trennfuge 20 wird durch ein Dichtband 22 verschlossen. Die aneinandergrenzenden Innenkammern 14, 18 bilden somit einen allseitig begrenzten Hohlraum 24, der, nachdem er zuvor mit Füll- und Entlüftungsöffnungen 26, 28 versehen wurde, mit einem Gussmaterial 30 (Fig. 3) in Form einer faserverstärkten Kunststoffmasse vollständig ausgefüllt wird. Aus Gründen eines Überhitzungs schutzes des den Gussbereich umschließenden Faserverbundlaminats wird für das Gussmaterial 30 ein schwach exotherm reagierendes Kunststoff-, insbesondere Polyurethansystem gewählt. Nach dem Konsolidieren bildet das Gussmaterial eine lastfeste Verbindung, durch die das Ersatzteil 16 als integraler Bestandteil und unter Erhalt der ursprünglichen Bauteilgeometrie in die Sandwichstruktur einbezogen wird.For this purpose, a component section 10 containing the damage area A is separated from the component 2 along the cut surface L and the foam core 4 of the intact component section 12 is set back a little from the cut surface L, so that a one-sided open, on the rear side of Foam core 4 limited inner chamber 14 is formed ( Fig. 2). At closing, a spare part 16 is used in the cut-out area of the component 2 instead of the component section 10 , which is prefabricated with the same dimensions and in the same sandwich construction as the damaged component section 10 , but corresponding to the inner chamber 14 also with an open on one side, all around extending inner chamber 18 is provided. The spare part 16 is fixed in the original installation position of the damaged component section 10 on the component 2 , and the parting line 20 is closed by a sealing tape 22 . The adjoining inner chambers 14 , 18 thus form a cavity 24 which is delimited on all sides and which, after having previously been provided with filling and venting openings 26 , 28 , is completely filled with a casting material 30 ( FIG. 3) in the form of a fiber-reinforced plastic compound. For reasons of overheating protection of the fiber composite laminate surrounding the casting area, a weakly exothermic plastic, in particular polyurethane, system is selected for the casting material 30 . After consolidation, the casting material forms a load-resistant connection, through which the spare part 16 is incorporated into the sandwich structure as an integral part and while maintaining the original component geometry.

Die Fig. 4 bis 7, wo die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Kom ponenten durch ein um 100 erhöhtes Bezugszeichen gekennzeichnet sind, beziehen sich auf ein Reparaturverfahren für ein im Querschnitt geschlossenes Faserverbund-Hohlprofil 102 mit durchgehend freiem Innenquerschnitt. Auch hier wieder wird der geschädigte Bauteilabschnitt 110 herausgetrennt, ein zu diesem baugleiches Ersatzteil 116 in der ursprünglichen Einbaulage des abgetrennten Bauteilabschnitts 110 an den unversehrten Profilabschnitt 112 angefügt, und anschließend werden beide Profilabschnitte 112, 116 durch Ausgießen eines den Trennfugenbereich 120 beidseitig übergreifenden, volu menbegrenzten Hohlraums 124 mit einem faserverstärkten Gussmaterial 130 lastfest miteinander verkoppelt. FIGS. 4 to 7, where the respective the first embodiment com ponents are characterized by an increased to 100 reference characters refer to a repair method for a closed cross-section fiber composite hollow profile 102 with a continuous free internal cross-section. Here, too, the damaged component section 110 is separated out, a spare part 116 of the same construction is added to the intact profile section 112 in the original installation position of the separated component section 110 , and then both profile sections 112 , 116 are limited by pouring a volume-limited overlapping the joint area 120 on both sides Cavity 124 with a fiber-reinforced casting material 130 coupled to each other in a load-resistant manner.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Hohlprofilteile 112, 116, da ohne Innenkern, zur rückseitigen Begrenzung der den Hohlraum 124 bildenden Innenkammern 114, 118 jeweils mit einer Zwischenwand 32, z. B. einem in den Hohlquerschnitt eingespritzten Expansionsschaum, versehen (Fig. 5), und die Schnittfläche L (Fig. 4) wird im Hinblick auf eine verbesserte Anbindung des Ersatzteils 116 schräg zur Profil-Längsrichtung ausgeführt.In this exemplary embodiment, the hollow profile parts 112 , 116 , since without an inner core, are each provided with an intermediate wall 32 , for example, to limit the rear side of the inner chambers 114 , 118 forming the cavity 124 . B. an injected into the hollow cross-section expansion foam, provided ( Fig. 5), and the cut surface L ( Fig. 4) is carried out with respect to an improved connection of the spare part 116 obliquely to the longitudinal direction of the profile.

Ferner wird vor dem Einfügen des Ersatzteils 116 ein balgförmig zusammen gefalteter Hohlkörper 34 (Fig. 5) an der Zwischenwand 32 einer der Innenkam mern 114 oder 118 fixiert und im zusammengefügten Zustand der Profilteile 112, 116 z. B. mit Hilfe eines Zugbandes 36 in die andere Innenkammer 118 bzw. 114 ausgefahren (Fig. 6). Je nach den geforderten mechanischen Eigen schaften des Faserverbundprofils 102 besitzt der Hohlkörper 34 entweder eine Langfaserstruktur und wird beim Gießvorgang - wie in Fig. 7 gezeigt - mitaus gegossen, wodurch die Lastfestigkeit der Gussverbindung weiter erhöht wird, oder der Hohlkörper 34 ist gießmassendicht ausgebildet, so dass der Zentral bereich unausgefüllt bleibt und die Gussverbindung 130 gewichtssparender ausgebildet wird. Im übrigen ist das Reparaturverfahren nach den Fig. 4 bis 7 das gleiche wie nach dem ersten Ausführungsbeispiel.Furthermore, before inserting the spare part 116, a bellows-shaped folded hollow body 34 ( FIG. 5) on the intermediate wall 32 one of the inner chambers 114 or 118 is fixed and in the assembled state of the profile parts 112 , 116 z. B. extended with the help of a drawstring 36 in the other inner chamber 118 or 114 ( Fig. 6). Depending on the required mechanical properties properties of the fiber composite profile 102 of the hollow body 34 has either a long-fiber structure and is in the casting operation - as shown in Fig. 7 - exhibiting with molded, whereby the load strength of the casting compound is further increased, or the hollow body 34 is formed gießmassendicht, so that the central area remains unfilled and the cast connection 130 is designed to save weight. Otherwise, the repair method according to FIGS. 4 to 7 is the same as according to the first embodiment.

Claims

1. Repair procedure for damaged fiber composite hollow components, as characterized in that the damaged component section is separated from the undamaged, an identical replacement part for the damaged component section with an identical separating surface and a volume-limited inner chamber open to the separating surface, the undamaged component section with a likewise volume-limited inner chamber open to the separating surface and to which the spare part is attached in the original installation position of the separated component section and then the cavity formed jointly by both inner chambers is filled with a casting material that connects to the fiber composite structure during consolidation.

2. The method according to claim 1, characterized in that a fiber-reinforced plastic mass is poured in as the casting material.

3. The method according to claim 2, characterized in that as a casting material react weakly exothermic during consolidation of the polyurethane system is used.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized ge indicates that for the repair of hollow fiber composite components with a specific light inner core, especially foam-filled fiber composite Profiles or sandwich parts, the inner core of the spare part and the undamaged component section by one each before the casting process the length corresponding to the inner chamber is left out.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that for the repair of hollow fiber composite components without an inner core Inner chamber delimiting, pouring-tight partition wall in front of the Casting process is inserted into the hollow cross section.

6. The method according to claim 5, characterized in that the partition by one into the spare part or the undamaged injection molded expansion foam is formed.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized ge indicates that a prefabricated hollow body before assembly in one of the In fixed and after separating the dividing surfaces extensively extended on both sides into the other inner chamber and is enclosed by the casting material.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized ge indicates that the damaged component section along an oblique to the Längener stretching of the component-running cutting line is separated.