DE102004062064A1 - Verfahren zur Herstellung und Reparatur von Faserverbund-Metallkompositanteilen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung und Reparatur von Faserverbund-Metallkompositanteilen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Reparatur von Faserverbund- und Metallkompositbauteilen (8), insbesondere Flugzeugbauteilen, mittels Klebe- und Laminiertechnik. DOLLAR A Dabei wird das Bauteil (8) mit mehreren Heizmatten (5) versehen. Jeder Heizmatte (5) ist ein separater Regelungs-Messfühler (7) zugeordnet. Jede Heizmatte (5) wird mittels einer Mess- und Regeleinheit (2) mit entsprechender Hardware und auf eine geregelte Beheizung und damit auf eine gleichmäßige Wärmelandschaft abgestimmte Software versorgt, so dass die zur Einhaltung der vorgegebenen Temperatur-Zeit-Parameter benötigte Energie zugeführt werden kann, Fig. 1.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Reparatur von Faserverbund- und Metallkompositbauteilen mittels Laminier- bzw. Klebetechnik unter Einsatz von geregelten Heizmatten und einer Unterdruckabdeckung (Vakuumfolie) mit einer Hot Bonder Steuereinheit.
  • Bei den Hot Bondern handelt es sich um mit Steuerungen und Reglern versehene Vorrichtungen für den Betrieb von elektrischen Wärmequellen wie Heizmatten, Wärmelampen und anderen Wärmequellen sowie druck- bzw. vakuumbeaufschlagten Abdeckungen.
  • Mit den herkömmlichen Hot Bondern können wohl mehrere Heizquellen gleichzeitig betrieben werden, jedoch verfügen sie nur über einen einzigen am Bauteil angeordneten Temperaturregelfühler, mit dem alle im Einsatz befindlichen Wärmequellen erfasst und geregelt werden.
  • An der Position dieses am Bauteil angeordneten Fühlers wird daher nur in der eng begrenzten Zone die vorgegebene Temperatur erreicht und gehalten. In den benachbarten Bereichen dagegen kommt es bei komplexen Formen und/oder unterschiedlichen Materialien bzw. Materialstärken zu Unter- oder Überschreitungen der vorgegebenen Temperatur. Diese Temperaturschwankungen sind – insbesondere an Bauteilen der Luft- und Raumfahrt – nicht zulässig. Sie müssen nach dem gegenwärtigen Stand der Technik manuell durch Kühlung oder Wärmeisolierung ausgeglichen werden. Bezüglich der Güte des kühlenden bzw. wärmeisolierenden Heizausgleiches ist dies personalabhängig, d.h. vom Ausbildungsgrad und der momentanen Verfassung oder Befindlichkeit des mit der Aufgabe betrauten Mitarbeiters abhängig. Im Hinblick auf den Verwendungszweck, z.B. der Durchführung einer Vor-Ort-Reparatur an Flugzeugen, muss eine enge Parametertoleranz der Bearbeitung eingehalten werden, da hier eine höchste Betriebssicherheit erforderlich ist.
  • Nach der DE 69620016 T2 ist ein Reparatursystem für Verbundmaterial mit Klammern insbesondere bei der Anwendung an Flugzeugteilen bekannt, welches aber nur Fertigungsschritte betrifft, die keiner mit der Fertigung einhergehenden Kontrolle unterliegen
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung und Reparatur von Faserverbund- und Metallkompositteilen zu entwickeln, das in Bezug auf die angewandte Klebe- und Laminiertechnik höchsten Sicherheitsansprüchen genügt.
  • Dies wird dadurch erreicht, dass das Bauteil in Abhängigkeit von seiner Form, seinen Abmessungen, seines Materials und seiner Materialstärke mit mehreren Heizmatten versehen wird. Jeder Heizmatte ist ein separater Temperaturregelfühler und ein oder mehrere Temperaturkontrollfühler zugeordnet. Unabhängig von den anderen am Bauteil angeordneten Heizmatten wird jeder Bauteilbereich mit der zur Einhaltung der vorgegebenen Temperaturparameter nötigen elektrischen Energie beaufschlagt.
  • Derart wird der Fertigungs- bzw. Reparaturprozess geregelt, so dass die Aushärteparameter, d.h. die Laminier- bzw. Klebeparameter eingehalten werden. Dies verhindert neben unzureichenden Festigkeits- und Dehnkennwerten zusätzliche schädliche Materialspannungen und daraus folgende Mikrorisse, wie sie durch fertigungsbedingte Zonen unterschiedlicher, d.h. schädlicher Wärmepotentiale auftreten können (Unterhärtung bzw. Überhärtung).
  • Auf diese Weise werden vorgegebene Ausfallmöglichkeiten vermieden. Verallgemeinernd kann somit festgestellt werden, dass das erfinderische Verfahren nunmehr Schäden ausschließt, die Verlust von Mensch und Material umfassen, insbesondere auch deshalb, weil die Herstellungs- und Reparaturvorgänge mit herkömmlichen Hot Bondern weitgehend an die persönliche Qualität des Mitarbeiters gekoppelt sind.
  • Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung wird mittels des Hot Bonders die graphische Darstellung der Ist-Temperatur im jeweiligen Rampen-Toleranz-Diagramm mit den zulässigen höchsten und tiefsten Temperatur-Zeitparametern dokumentiert. Die graphische Darstellung erlaubt die Beobachtung der Arbeitsparameter, wodurch die Qualität der Arbeit kontrolliert und dementsprechend gesichert wird. Beim Überschreiten der vorgegebenen Toleranzwerte wird ein akustischer und/oder optischer Alarm ausgelöst.
  • Im Hinblick auf die vorrichtungsgemäße Gestaltung der Erfindung weist die komplette Anlage folgende Teile auf: Programmeingabe mit Bildschirm, Hot Bonder-Steuerungseinheit, Drucker, Vakuumfolie, Heizelemente, Messfühler zur Kontrolle, Messfühler zur Regelung, Bauteil bzw. Reparaturstelle, Mess- und Regelverteiler und Heizungsverteiler.
  • Diese Zusammenstellung ist dahingehend besonders sinnvoll, da die Anordnung der bezeichneten Teile die Qualität des Arbeitsvorganges und die Erhöhung der Sicherheit sowie die Verbesserung des Gesamtarbeitsergebnisses gewährleistet. Die Zusammenstellung der Teile erlaubt wegen der dadurch möglichen Beweglichkeit einen Einsatz im Herstellungs- und Reparaturbetrieb, wie auch vor Ort am Gesamtobjekt z.B. Flugzeug am Landeplatz. Derart kann kurzfristig entschieden werden, ob im Reparaturfall das Bauteil zur Werkstatt eingeliefert wird, oder direkt ohne Ausbau, am Flugzeug bearbeitet werden kann.
    •
  • Die Erfindung ist anhand eines Beispiels dargestellt.
  • Es zeigen:
  • 1: Eine schematische Darstellung des Hot Bonders mit seinen Zubehörteilen
  • 2: Eine schematische Darstellung der Anzeigegraphik auf dem Bildschirm bzw. des dementsprechenden Kontroll-Dokuments aus dem Drucker
  • Nach 1 werden die erforderlichen Daten für die Arbeitsparameter über die Programmeingabe mit dem Bildschirm 1 eingegeben und an die Hot Bonder-Steuerungseinheit 2 weitergegeben. Das in der Hot Bonder-Steuerungseinheit enthaltene Computer-Programm überwacht, misst und steuert den Vakuumdruck unter der Vakuumfolie 4, die mit dem Mess- und Regelverteiler 9 verbunden ist. Desgleichen wird für jedes Heizelement 5 durch die Regelungs-Messfühler 7 und die Kontroll-Messfühler 6 über den Mess- und Regelverteiler 9 der Tempe raturparameter erfasst und gesteuert, wobei der Heizungsverteiler 10 für die Einhaltung der erforderlichen Heizungsenergie von der Hot Bonder-Steuerungseinheit angesteuert wird. Dementsprechend werden an jedem Ort der Reparaturstelle 8, an dem sich ein Heizelement 5 befindet, die Temperatur-Zeit- und die Druck-Zeit-Parameter eingehalten. Die Anordnung der Teile erfolgt derart, dass die Heizelemente 5, die Kontroll-Messfühler 6 und die Regel-Messfühler 7 lagenförmig auf die Reparatur-Stelle 8 gelegt werden und mit der Vakuum-Folie 4 luftdicht überdeckt werden. Die Arbeitsparameter können mittels Drucker 3 als Arbeitsprotokoll dokumentiert werden.
  • Nach 2 werden die grafischen Darstellungen der Ist-Temperaturen in den jeweiligen Rampen-Toleranzdiagrammen gezeigt, die für die Heizmatten zutreffen. Für jede Matte gilt ein Ist-Temperatur- und ein Soll-Temperatur-Diagramm, das je nach den erforderlichen Arbeitstemperaturen beispielsweise als Rampendiagramm mit dem oberen und dem unteren Toleranzgrenzbereich dargestellt ist. Innerhalb dieser Temperatur-Zeit-Grenzkurven ist der Verlauf des Soll-Temperaturwertes bzw. des Ist-Temperaturwertes zeitlich verlaufend dargestellt. Ein Über- bzw. Unterschreiten der Temperatur-Zeit-Grenzkurven löst ein Alarmsignal aus; diese Art der Darstellung erlaubt die ständige Beobachtung des Verlaufs der Temperaturdaten auf einem Bildschirm und letztlich die Ausgabe als Arbeitsprotokoll auf einem Drucker.
    • 1
    Programmeingabeeinheit mit Bildschirm
    2
    Hot Bonder-Steuerungseinheit
    3
    Drucker
    4
    Vakuumfolie
    5
    Heizmatte (Heizelemente)
    6
    Kontroll-Messfühler
    7
    Regelungs-Messfühler
    8
    Bauteil bzw. Reparaturstelle
    9
    Mess- und Regelverteiler
    10
    Heizungsverteiler

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung und Reparatur von Faserverbund- und Metallkompositbauteilen, insbesondere Flugzeugbauteile, mittels Klebe- und Laminiertechnik unter Einsatz von Hot Bonder-Steuerungseinheiten, also Vorrichtungen für die Verwendung von geregeltem Unterdruck und geregelten elektrischen Wärmequellen wie Wärmematten, Wärmelampen und dergleichen, wobei auch mehrere Wärmequellen gleichzeitig über einen einzigen am Bauteil angeordneten Temperaturmessfühler betrieben werden können, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (8) in Abhängigkeit von seiner Form, seinen Abmessungen, seines Materials und seiner Materialstärke mit mehreren Heizmatten (5) versehen wird und jeder Heizmatte (5) ein separater Kontroll-Messfühler (6) zugeordnet ist, wobei jede Heizmatte (5), unabhängig von den anderen am Bauteil (8) angeordneten Heizmatten (5), mittels einer Hot Bonder-Steuerungseinheit (2) mit entsprechender Hardware und einer auf eine gleichmäßige Beheizung und damit auf eine gleichmäßige Wärmelandschaft abgestimmte Software versorgt und mit der zur Einhaltung der vorgegebenen Temperatur-Zeit-Parameter nötigen Energie beaufschlagt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hot Bonder-Steuerungseinheit die grafische Darstellung der Ist-Temperaturen in den jeweiligen Rampen-Toleranzdiagrammen mit den zulässigen höchsten und tiefsten Temperatur-Zeitparametern dokumentiert.
  3. Vorrichtung nach den Verfahrensansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die komplette Einheit die nachfolgenden, in einem Schema dargestellten Teile, aufweist: Programmeingabe mit Bildschirm (1), Hot Bonder-Steuerungseinheit (2), Drucker (3), Vakuumfolie (4), Heizelemente bzw. Heizmatten (5), Kontroll-Messfühler (6), Regel-Messfühler (7), Bauteil bzw. Reparaturstelle (8), Mess- und Regelverteiler (9), Heizungsverteiler (10)
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die komplette Einheit beweglich ist und sowohl im Herstellungs- oder Reparaturbetrieb wie auch vor Ort am gesamten Objekt z.B. Flugzeug einsetzbar ist.
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