DE102013114574A1

DE102013114574A1 - Trennfolie sowie Verfahren

Info

Publication number: DE102013114574A1
Application number: DE102013114574.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Malke; Rainer Schildt
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: DE102013114574B4; US10543670B2; US20150174878A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trennfolie mit einer Antihaftschicht, um eine adhäsive Verbindung zwischen einer im Bereich einer Fügezone eines ersten Bauteils aufgebrachten, thermisch aushärtbaren Ausgleichsmasse und einer Fügezone eines mit dem ersten Bauteil zusammen zu fügenden zweiten Bauteils zu verhindern. Erfindungsgemäß ist die Antihaftschicht zumindest bereichsweise mit einer Heizschicht versehen. Infolge der aktiv elektrisch beheizbaren Heizschicht der Trennfolie, die integral zur Trennfolie ausgestaltet ist, lässt sich Prozesszeit zum Fügen von zwei toleranzbehafteten Bauteilen unter Verwendung einer thermisch aushärtbaren Ausgleichsmasse (s. g. "liquid shimming") im Vergleich zur hergebrachten Vorgehensweise um mindestens 40 % abkürzen.

Description

Die Erfindung betrifft zunächst eine Trennfolie mit einer Antihaftschicht, um eine adhäsive Verbindung zwischen einer im Bereich einer Fügezone eines ersten Bauteils aufgebrachten, thermisch aushärtbaren Ausgleichsmasse und einer Fügezone eines mit dem ersten Bauteil zusammen zu fügenden zweiten Bauteils zu verhindern. Darüber hinaus hat die Erfindung ein Verfahren zum Fügen von zwei toleranzbehafteten Bauteilen zum Gegenstand.
Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen, wie z. B. Carbon Fibre Reinforced Plastic ("CFRP"), glasfaserverstärkte Kunststoffe ("GFK"), mit Aramid^®-Fasern armierte Kunststoffe oder dergleichen weisen im Allgemeinen fertigungstechnisch unvermeidbare Toleranzen auf, die z. B. durch unkalkulierbare Maßänderungen während des Aushärteprozesses der Bauteile entstehen können. Aus diesem Grund müssen vor dem Zusammenfügen derartiger Bauteile Maßnahmen zum Toleranzausgleich ergriffen werden. Für den Fall, dass die Bauteile ohne eine vorherige Reduktion des Spaltmaßes im Fügebereich auf ein noch zulässiges Maß auf Spannung zusammen gefügt werden, kann es zu einer unvorhersehbaren Reduzierung der Lebensdauer kommen, was in Luftfahrtanwendungen nicht tolerabel ist. Diese Lebensdauerverringerung wird in kohlefaserverstärkten Kunststoffteilen vor allem durch Delaminationen aufgrund innerer mechanischer Spannungen und in metallischen Bauteilen durch eine Spannungsrissbildung, eine Spannungsrisskorrosion und/oder Ermüdungserscheinungen (s. g. "Fatigue") hervorgerufen.
Der somit für eine spannungsfreie Montage zwingend notwendige Toleranzausgleich kann z. B. durch das Vorsehen von festen Zulagen oder das Einbringen einer anfänglich flüssigen, jedoch aushärtbaren Ausgleichsmasse in den Fügebereich zwischen den zu fügenden Bauteilen erfolgen (s. g. "liquid shimming").
Da bei Luftfahrtanwendungen (strukturelle) Klebeverbindungen zwischen lasttragenden Bauteilen der Struktur des Luftfahrzeugs nicht zulässig sind, muss ein Verkleben der Bauteile mit der Ausgleichsmasse zuverlässig verhindert werden. Zu diesem Zweck wird auf mindestens eine Fügezone eines Bauteils eine Trennfolie aufgebracht. Trennfolien weisen üblicherweise eine Antihaftschicht aus Polytetrafluorethylen ("Teflon^®", PTFE) auf, die einseitig mit einem Glasfasergewebe zur Verstärkung kaschiert ist. Das Glasfasergewebe kann seinerseits mit einer Klebeschicht versehen sein, die dann ihrerseits zur Optimierung der Handhabbarkeit mit einer abziehbaren Trägerfolie belegt ist. Durch die Trennfolie ist die Fügezone gegenüber der Ausgleichsmasse in klebetechnischer Hinsicht zuverlässig isoliert, so dass keine nennenswerte adhäsive Haftung auftritt und sich die Bauteile nach dem vollzogenen Aushärtevorgang der Ausgleichsmasse leicht wieder voneinander trennen lassen.
Durch die Anhebung der Umgebungstemperatur, die Verbringung der Bauteile in einen Ofen, einen Autoklaven oder den Einsatz von Infrarotstrahlern, Heizmatten oder Mikrowellenstrahlern lässt sich eine Beschleunigung des Aushärtevorgangs der Ausgleichsmasse erreichen. Doch eine solche Vorgehensweise erfordert aufgrund der indirekten Wirkungsweise dieser Wärmequellen einen unverhältnismäßig hohen Energieeinsatz und eine unvertretbare Erhöhung des Fertigungsaufwandes durch die Notwendigkeit zusätzlicher Produktionshilfsmittel, wie z. B. Gestellen, Halterungen, Klemmvorrichtungen oder Gerüsten.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Fügezeiten von toleranzbehafteten Bauteilen, die unter Verwendung einer aushärtbaren Ausgleichsmasse zur Spaltmaßreduktion gefügt werden sollen, möglichst effektiv zu minimieren.
Diese Aufgabe wird zunächst durch eine Trennfolie mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass die Antihaftschicht zumindest bereichsweise mit einer Heizschicht versehen ist, kann die zum Toleranzausgleich zwischen den Bauteilen eingesetzte Ausgleichsmasse beschleunigt ausgehärtet werden, wodurch sich die Fertigungsdurchlaufzeiten bei einer gleichzeitigen Verringerung des Energieeinsatzes aufgrund der lokalen Heizwirkung erheblich verringern lassen. Bei den unter Einsatz der erfindungsgemäßen Trennfolie zusammen zu fügenden Bauteilen handelt es sich bevorzugt um Bauteile aus kohlefaserverstärkten Kunstoffen und/oder metallischen Werkstoffen wie z. B. Aluminium, Aluminiumlegierungen, Titan oder Titanlegierungen. Als aushärtbare Kunststoffmasse kommen vorzugsweise thermisch aushärtbare duroplastische Kunststoffe, wie zum Beispiel Henkel^® EA9394 und Hexcel^® Redux 870 zum Einsatz, deren physikalische Eigenschaften mit denen von üblichen Zwei-Komponenten-Klebstoffen auf Epoxidharz-Basis vergleichbar sind.
Nach Maßgabe einer vorteilhaften Weiterbildung der Trennfolie ist vorgesehen, dass die Heizschicht auf einer von der Antihaftschicht weggerichteten Unterseite zumindest bereichsweise mit einer Klebeschicht versehen ist. Hierdurch ist eine besonders zuverlässige Lagefixierung der Trennfolie auf dem ersten Bauteil gegeben, so dass diese beim Zusammenpassen der Bauteile nicht ihre Lage verändern kann. Die Klebeschicht kann mit jeder hinreichend adhäsiv wirkenden, filmartigen Schicht gebildet sein. Darüber hinaus kann die Klebeschicht z. B. auch mit einer "klebfähigen Nanobeschichtung" realisiert sein.
Eine weitere günstige Ausgestaltung der Trennfolie sieht vor, dass die Klebeschicht zumindest bereichsweise mit einer abziehbaren Tragschicht versehen ist. Infolge der Tragschicht wird die Handhabung der Trennfolie erleichtert, da ein unerwünschtes Ankleben derselben an anderen Bauteilen und außerhalb der Fügezonen vermieden wird. Darüber hinaus wird die Zugfestigkeit der Trennfolie erhöht, um ein Einreißen derselben bei der Anwendung möglichst zu vermeiden.
Im Fall einer günstigen Fortentwicklung ist vorgesehen, dass die Heizschicht mit dünnen Strängen, insbesondere mit Drähten, und/oder mit dünnschichtigen Flächengebilden aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist. Hierdurch stellt die Heizschicht im Ergebnis einen ohmschen Widerstand dar. Die beim Stromdurchgang freiwerdende Verlustwärme bewirkt eine definierte Temperaturerhöhung bzw. Erhitzung der Heizschicht. Der Begriff "Strang" definiert im Zusammenhang mit dieser Beschreibung ein langgestrecktes, im Wesentlichen zylindrisches lineares, drahtähnliches Objekt mit einem Durchmesser von weniger als 50 µm. Die Stränge bzw. die Drähte können mit einem beliebigen metallischen Werkstoff und/oder mit polymeren Materialien und/oder mit leitfähigen Oxiden gebildet sein. Dasselbe gilt für die Flächengebilde.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung bilden die Stränge insbesondere ein Gewebe, ein Gelege, ein Gewirk oder ein Gestrick. Hierdurch kann ein Flächenwiderstand mit einem definierten ohmschen Widerstand geschaffen werden, der eine über seine Oberfläche hinweg gleichmäßige Wärmeabgabe und damit eine optimale beschleunigte Aushärtung der Ausgleichsmasse erlaubt.
Bei einer weiteren günstigen Fortbildung der Trennfolie sind die Stränge und/oder die Flächengebilde mit Kupfer, Aluminium, Kohlenstoff, Leitkunststoff und/oder mit leitfähigen Oxiden gebildet. Hierdurch können die physikalischen Eigenschaften der Heizschicht auf einfache Art und Weise unterschiedlichen Anforderungen der Ausgleichsmasse, wie z. B. einer maximal zulässigen Aushärtetemperatur, angepasst werden. Darüber hinaus lässt sich der Fertigungsprozess der elektrisch beheizbaren Trennfolie durch eine geeignete Materialwahl optimieren.
Bevorzugt weist die Heizschicht mindestens zwei elektrisch leitfähige Kontaktzonen zum elektrischen Anschluss einer Stromversorgung auf. Hierdurch ist ein einfacher elektrischer Anschluss der Heizschicht an eine externe Stromquelle realisierbar. Beispielsweise können aus der Messtechnik bekannte Klemmen, wie z. B. Krokodilklemmen, oder dergleichen zur verlässlichen elektrischen Anbindung der Stromversorgung an die Kontaktzonen eingesetzt werden. Zur Vergleichmäßigung der Wärmeabgabe können bei großflächigen Trennfolien mehr als zwei Kontaktzonen vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist die Heizschicht durch das Bestromen mittels der elektrischen Stromversorgung zum beschleunigten Aushärten der Ausgleichsmasse erhitzbar. Hierdurch können die zum Fügen von toleranzbehafteten Bauteilen aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen notwendigen Prozesszeiten zur Spaltmaßreduktion um mindestens 40 % im Vergleich zur hergebrachten Aushärtung der Ausgleichsmasse verkürzt werden. Darüber hinaus kann die Stromversorgung so ausgebildet sein, dass die Stromstärke des durch die beheizbare Trennfolie fließenden Stroms zeitlich variabel ist, um z. B. spezielle Temperaturverlaufskurven zur weiteren Optimierung des Aushärteprozesses zu generieren. Hiermit steht neben der im Zuge der Herstellung der Trennfolie erfolgenden Festlegung des ohmschen Widerstandes der Heizschicht durch Materialwahl und Geometrie ein weiterer, leicht nachträglich zu modifizierender Parameter zur Beeinflussung der thermischen Eigenschaften der Heiztrennfolie zur Verfügung.
Bevorzugt ist die Antihaftschicht mit Polytetrafluorethylen und/oder mit einem anderen Antihaftkunststoff gebildet. Hierdurch wird ein Anhaften der Ausgleichsmasse an der Trennfolie weitestgehend verhindert. Zudem lässt sich z. B. eine mit einem Kupferdrahtgewebe aufgebaute Heizschicht leicht mit einer PTFE-Folie zur Schaffung der Antihaftschicht kaschieren.
Vorzugsweise beträgt eine Materialstärke der Trennfolie zwischen 100 µm und 300 µm. Aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Materialstärke hat die Trennfolie keinen nennenswerten Einfluss auf die Passung zwischen den Bauteilen und kann vor dem endgültigen Fügevorgang ohne eine Beeinträchtigung der erzielten Passung problemlos entfernt werden.
Darüber hinaus wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren nach Maßgabe des Patentanspruchs 11 gelöst, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst:

a) Ausbringen einer Ausgleichsmasse im Bereich einer Fügezone des ersten Bauteils zur Spaltmaßreduktion zwischen den toleranzbehafteten Bauteilen,
b) Aufbringen einer beheizbaren Trennfolie, insbesondere der elektrisch beheizbaren Trennfolie nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, im Bereich einer Fügezone des zweiten Bauteils,
c) Verbringen der Bauteile in eine beabsichtigte Fügeposition, und
d) beschleunigtes Aushärten der Ausgleichsmasse mittels der beheizbaren Trennfolie.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung der elektrisch beheizbaren Trennfolie ist eine signifikante Verkürzung der Prozesszeiten beim Zusammenfügen von insbesondere aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen hergestellten und toleranzbehafteten Bauteilen möglich.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Trennfolie entfernt und die Bauteile mit Hilfe von mindestens einem Verbindungsmittel endgültig zusammengefügt werden. Hierdurch wird eine endgültige, dauerhafte und mechanisch hochfeste Verbindung der Bauteile erreicht, die insbesondere für lasttragende Strukturfügungen im Luftfahrzeugbau Anwendung finden kann. Nach dem bevorzugt vollständigen und rückstandslosen Entfernen der Trennfolie können sich weitere optionale Verfahrensschritte, wie z. B. Schleif-, Polier-, Bohr-, Reinigungs- und Ausrichtvorgänge, anschließen.
In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer druckdichten Fügung zwischen zwei Bauteilen unter Verwendung einer aushärtbaren Ausgleichsmasse zum Toleranzausgleich,
2 eine schematische Querschnittsdarstellung von zwei unter Einsatz einer Ausgleichsmasse und einer erfindungsgemäßen Trennfolie gefügten Bauteilen,
3 eine prinzipielle Querschnittsdarstellung der elektrisch heizbaren Trennfolie von 2, und
4 eine Draufsicht auf die Trennfolie gemäß der Schnittlinie IV-IV von 3.
In der Zeichnung weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselbe Bezugsziffer auf.
Die 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer druckdichten Fügung zwischen zwei Bauteilen unter Verwendung einer aushärtbaren Ausgleichsmasse zum Toleranzausgleich, wie sie im Luftfahrzeugbau verbreitet anzutreffen ist.
Ein erstes Bauteil 10 und ein zweites Bauteil 12 verfügen jeweils über eine Fügezone 14, 16, die aufeinander zugerichtet sind und parallel beabstandet zueinander verlaufen. Der notwendige vertikale Toleranzausgleich zwischen den beiden Bauteilen 10, 12 erfolgt durch eine hier lediglich exemplarisch im Bereich der Fügezone 14 des ersten Bauteils 10 aufgebrachte, aushärtbare Ausgleichsmasse 18. Alternativ kann die aushärtbare Ausgleichsmasse 18 auch im Bereich der Fügezone 16 des zweiten Bauteils 12 aufgetragen sein. Eine optionale, druckfeste Abdichtung zwischen den Bauteilen 10, 12 erfolgt mittels einer bevorzugt dauerelastisch aushärtenden Dichtmasse 20. Die solchermaßen zueinander positionierten Bauteile 10, 12 werden mit strukturellen Verbindungsmitteln 24, 26, wie z. B. Bolzen, Nieten oder Klemmen, zu einer mechanisch hochfesten, dauerhaften strukturellen Fügung 28 vervollständigt.
Die Bauteile 10, 12 können mit kohlefaserverstärkten Kunststoffen und/oder mit metallischen Werkstoffen, wie zum Beispiel Aluminium, Titan oder dergleichen, gebildet sein. Bei der Ausgleichsmasse 18 handelt es sich bevorzugt um einen thermisch aushärtbaren duroplastischen Kunststoff bzw. einen Zwei-Komponenten-Klebstoff, wie z. B. Henkel^® EA9394 oder Hexcel^® Redux 870. Die Ausgleichsmasse verfügt anfänglich über eine flüssig- bis zäh-viskose Konsistenz und erreicht nach dem Aushärtevorgang einen festen Zustand. Als Dichtmasse können z. B. dauerelastisch aushärtende Polyurethane auf Zwei-Komponenten-Basis verwendet werden.
2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung von zwei unter Verwendung von einer Ausgleichsmasse und der erfindungsgemäßen Trennfolie gefügten Bauteile.
Zwei zu fügende Bauteile 30, 32 weisen jeweils eine Fügezone 34, 36 auf, die wiederum parallel beabstandet zueinander verlaufen und zueinander ausgerichtet sind. Im Bereich der Fügezone 36 des zweiten Bauteils 32 ist eine erfindungsgemäße, elektrisch beheizbare Trennfolie 38 aufgebracht. Der notwendige Toleranzausgleich zwischen den beiden Bauteilen 30, 32 erfolgt mittels einer thermisch aushärtbaren Ausgleichsmasse 40, wobei durch die Trennfolie 38 das unerwünschte Verkleben der Bauteile 30, 32 zuverlässig verhindert wird. Um dies zu erreichen, weist die Trennfolie 38 eine – hier zeichnerisch lediglich mit erhöhter Linienstärke angedeutete – dünne Antihaftschicht 42 aus einem antihaftenden Kunststoff, wie z. B. Polytetrafluorethylen (Teflon^®, PTFE) auf.
Durch das Bestromen einer hinreichend elektrisch leitfähigen Heizschicht 44 der Trennfolie 38 mittels einer hier gleichfalls nicht dargestellten Stromquelle, wird diese aufgrund der ohmschen Verlustwärme erhitzt, wodurch der Aushärtevorgang der Ausgleichsmasse 40 beträchtlich beschleunigt bzw. um mindestens 40 % gegenüber einer konventionellen Aushärtung bei Raumtemperatur verkürzt wird. Dementsprechend verkürzen sich die Fügezeiten von CFRP-Bauteilen erheblich.
Die im Wesentlichen einen rein ohmschen Flächenwiderstand darstellende Heizschicht 44 kann mit einer beliebigen räumlichen Anordnung von elektrisch leitfähigen Elementen, wie z. B. strangförmigen Objekten, insbesondere Drähten, dünnen Folien, Folienstreifen oder Lochrasterfolien gebildet sein. Denkbar sind weiterhin in Längsrichtung und/oder Querrichtung expandierte geschlitzte Folien aus einem hinreichend elektrisch leitfähigen Material oder perforierte Metallfolien mit geringer Materialstärke. Die leitfähigen Elemente der Heizschicht 44 können z. B. mit Kupfer, Aluminium, Zinn, Kohlefasern, Leitkunststoffen und/oder dünnen leitfähigen Oxiden in einer beliebigen Kombination aufgebaut sein und kontaktieren sich jeweils untereinander zu einem ganzheitlich wirkenden ohmschen Flächenwiderstand. Unter Umständen ist eine geeignete Lagefixierung der elektrischen Elemente nach dem Erreichen einer vollständigen Kontaktierung untereinander vonnöten. Dies kann z. B. durch einen Sprühkleber oder ein anderes Adhäsionsmittel erfolgen. Die Heizschicht kann auch mit mindestens einem mäandrierend verlegten Draht, einem Drahtgeflecht, einem Drahtgelege, einem Drahtgewirk oder einem Drahtgestrick aus den vorstehend erwähnten Werkstoffen und/oder in Kombination mit leitfähigen Flächengebilden aufgebaut sein. Die Heizschicht 44 kann auf die Antihaftsicht 42 aufkaschiert, auflaminiert oder zumindest teilweise mit dieser verschmolzen sein.
Mit Hilfe von zwei Verbindungsmitteln 46, 48 werden die zueinander ausgerichteten Bauteile 30, 32 wiederum zu einer mechanisch hochfesten, dauerhaften Fügung 50 verbunden. Die Trennfolie 38 wird vorzugsweise vor dem endgültigen Zusammenfügen der Bauteile 30, 32 restlos entfernt. Optional kann eine hier nicht dargestellte Dichtmasse zur Erzielung einer zusätzlich hermetisch druckdichten Fügung 50 zwischen den Bauteilen 30, 32 vorgesehen sein.
Die 3 illustriert eine prinzipielle Querschnittsdarstellung der elektrisch heizbaren Trennfolie von 2.
Die Trennfolie 38 umfasst die Heizschicht 44, die einseitig mit der Antihaftschicht 42 versehen ist. Die Antihaftsicht 42 bildet das Interface zur lediglich mit einer punktierten Linie angedeuteten Ausgleichsmasse 40. Auf einer von der Antihaftschicht 42 weggerichteten Unterseite 60 der Heizschicht 44 ist hier exemplarisch eine optionale Klebeschicht 62 vorgesehen, die mit einer gleichfalls optionalen, abziehbaren Tragschicht 64 bzw. einer Abdeckschicht versehen ist. Die Klebeschicht 62 erleichtert die Lagefixierung der Trennfolie 38 auf dem zu schützenden Bauteil, während die Tragschicht 64 vor allem die Handhabung der Trennfolie 38 vor dem Abziehen von der Klebeschicht 62 vereinfacht.
Darüber hinaus kann die Klebeschicht 62 auf der Unterseite 60 z. B. auch mit einer "klebfähigen Nanobeschichtung" zur temporären Lagefixierung gebildet sein. Derartige Nanobeschichtungen finden z. B. für Antirutschmatten in Kraft- und Luftfahrzeugen verbreitet Anwendung. Eine klebfähige Nanobeschichtung würde darüber hinaus die Wiederverwendbarkeit der Folie ermöglichen, was im Vergleich zu hergebrachten Trennfolien eine erhebliche Einsparung von Ressourcen und eine damit einhergehende Materialkostenreduzierung bedeutet.
Sowohl die Klebeschicht 62 als auch die Tragschicht 64 sind für die Hauptfunktionalität der Trennfolie 38 nicht zwingend notwendig, da diese auch einfach auf einem Bauteil abgelegt werden kann. Eine Materialstärke 66 der Trennfolie beträgt einschließlich der Klebeschicht 62 sowie der Tragschicht 64 zwischen 100 und 300 µm, so dass die Trennfolie 38 zumindest unter Gewichtsgesichtspunkten ggfls. auch zwischen den endgültig gefügten Bauteilen verbleiben könnte.
4 zeigt eine Draufsicht auf die Trennfolie gemäß der Schnittlinie IV-IV von 3.
Die Trennfolie 38 liegt auf der auf das Bauteil 30 aufgetragenen Ausgleichsmasse 40 auf (vgl. 2). Im Bereich von zwei Querkanten 70, 72 der Heizschicht 44 der Trennfolie 38 sind elektrisch gut leitfähige, niederohmige rechteckförmige Kontaktzonen 74, 76 ausgebildet, die hier lediglich exemplarisch quer zu einer Längserstreckung des Bauteils 30 verlaufen. Die beiden Kontaktzonen 74, 76 sind bevorzugt mit Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet. Die Kontaktzonen 74, 76 sind elektrisch leitend mit der Heizschicht 44 der Trennfolie 38 verbunden, z. B. mit dieser verlötet. Der elektrische Anschluss einer externen Stromversorgung 78 erfolgt über mindestens zwei Leitungen 80, 82, die beispielsweise mit Hilfe von Klemmen, wie z. B. Krokodilklemmen, während des Aushärteprozesses der Ausgleichsmasse mit den Kontaktzonen 74, 76 elektrisch leitend verbunden sind. Durch das Bestromen der Heizschicht 44 mittels der Stromversorgung 80 wird die Heizschicht 44 bis auf eine Temperatur ϑ, die erheblich über der normalen Raumtemperatur liegt, aufgeheizt, was zu einer erheblichen Beschleunigung des Aushärtevorgangs der Ausgleichsmasse und damit einhergehend zu einer beträchtlichen Verkürzung des gesamten Fügeprozesses führt. Hierbei liegt eine Spannung U zwischen den Kontaktzonen 74, 76 an, die zu einem Stromfluss I durch die Leitungen 80, 82 und die Heizschicht 44 einschließlich der Kontaktzonen 74, 76 führt. Die Heizschicht 44 kann durch einen Stromfluss I in geeigneter Höhe bis auf eine Temperatur ϑ von bis 100 °C elektrisch aufgeheizt werden. Bevorzugt werden für die Temperatur ϑ Werte zwischen ca. 50 °C und 80° C eingestellt.
Im Weiteren soll der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Fügen von zwei toleranzbehafteten Bauteilen näher erläutert werden:
In dem Verfahrensschritt a) erfolgt zunächst das Ausbringen einer geeigneten Ausgleichsmasse im Bereich einer Fügezone des ersten Bauteils, um die infolge von Fertigungstoleranzen unvermeidlichen Spaltmaße zu reduzieren. Hierbei ist unter Umständen erforderlich, überschüssige Ausgleichsmasse möglichst weitgehend zu entfernen, um eine unkontrollierte Verteilung der Ausgleichsmasse durch Herausquetschen beim Zusammenpassen der zu fügenden Bauteile zu vermeiden. Darüber hinaus erschwert das Auftragen einer zu großen Menge von Ausgleichsmasse die Spaltmaßreduktion beträchtlich, da dann beim Zusammenpassen der Bauteile ein größeres Volumen als zur Spaltmaßreduktion notwendig wäre verdrängt werden muss. Danach wird in einem Verfahrensschritt b) die erfindungsgemäß elektrisch beheizbare Trennfolie in einer Fügezone des zweiten Bauteils aufgebracht. Im Verfahrensschritt c) werden die beiden zu fügenden Bauteile bis zum Erreichen der beabsichtigten Fügeposition unter gleichzeitiger Minimierung des Spaltmaßes in Fügezone zueinander ausgerichtet bzw. positioniert.
Abschließend erfolgt – nach dem Erreichen der endgültigen Fügeposition im Verfahrensschritt c) – in dem Verfahrensschritt d) das beschleunigte Aushärten der Ausgleichsmasse durch Bestromen der Heizschicht der Trennfolie mit Hilfe der externen Stromversorgung. Zu diesem Zweck wird eine Spannung U an der externen Stromversorgung eingestellt, die zu einem für die gewünschte Heizleistung der Heizschicht 44 ausreichenden Stromfluss I führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet aufgrund des Einsatzes der aktiv beheizbaren Trennfolie eine signifikante Verkürzung der Prozesszeiten bei der Montage von toleranzbehafteten Bauteilen, insbesondere von CFRP-Bauteilen und/oder metallischen Bauteilen, um mindestens 40 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Fügeprozessen mit Spaltmaßreduktion.
Nach der im Verfahrensschritt d) vollzogenen Aushärtung der Ausgleichsmasse wird die Trennfolie in der Regel rückstandslos entfernt. Abschließend können die beiden Bauteile durch geeignete Verbindungsmittel, wie beispielsweise Bolzen, Nieten oder Klemmen, endgültig zusammen gefügt werden.
Vorab können noch weitere Verfahrensschritte, wie z. B. Schleifen, Entgraten, Polieren und Reinigen der Ausgleichsmasse und der von dieser nicht bedeckten Fügezonen der Bauteile erfolgen. Erforderlichenfalls muss noch überschüssige Ausgleichsmasse aus dem Fügebereich zwischen den Bauteilen entfernt und die mittels der Ausgleichsmasse erzielte Passung bei korrekt zueinander ausgerichteten Bauteilen kontrolliert werden.
Weiterhin müssen vor dem Einbringen der ggfls. für die eingesetzten Befestigungsmittel notwendigen Bohrungen die zu fügenden Bauteile in der Regel präzise zueinander positioniert bzw. ausgerichtet werden.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäß elektrisch beheizbare Trennfolie auch außerhalb des Fügeprozesses von CFRP-Bauteilen im Zusammenhang mit einer Vielzahl von anderen Applikationsszenarien, wie z. B. Laminierprozessen von CFRP-Bauteilen, Klebeprozessen von CFRP-Bauteilen sowie bei der Herstellung von CFRP-Bauteilen mittels des bekannten Tailored-Fibre-Placement-Verfahrens ("TFP-Prozess") in vorteilhafter Weise eingesetzt werden.
Die Erfindung betrifft eine Trennfolie mit einer Antihaftschicht, um eine adhäsive Verbindung zwischen einer im Bereich einer Fügezone eines ersten Bauteils aufgebrachten, thermisch aushärtbaren Ausgleichsmasse und einer Fügezone eines mit dem ersten Bauteil zusammen zu fügenden zweiten Bauteils zu verhindern. Erfindungsgemäß ist die Antihaftschicht zumindest bereichsweise mit einer Heizschicht versehen. Infolge der aktiv elektrisch beheizbaren Heizschicht der Trennfolie, die integral zur Trennfolie ausgestaltet ist, lässt sich Prozesszeit zum Fügen von zwei toleranzbehafteten Bauteilen unter Verwendung einer thermisch aushärtbaren Ausgleichsmasse (s. g. "liquid shimming") im Vergleich zur hergebrachten Vorgehensweise um mindestens 40 % abkürzen.
Bezugszeichenliste

10: erstes Bauteil
12: zweites Bauteil
14: Fügezone (erstes Bauteil)
16: Fügezone (zweites Bauteil)
18: Ausgleichsmasse
20: Dichtmasse
24: Verbindungsmittel
26: Verbindungsmittel
30: erstes Bauteil
32: zweites Bauteil
34: Fügezone (erstes Bauteil)
36: Fügezone (zweites Bauteil)
38: Trennfolie
40: Ausgleichsmasse (Shim)
42: Antihaftschicht (Trennfolie)
44: Heizschicht (Trennfolie)
46: Verbindungsmittel
48: Verbindungsmittel
50: Fügung (Bauteile)
60: Unterseite (Heizschicht)
62: Klebeschicht
64: Tragschicht
66: Materialstärke (Trennfolie)
70: Querkante
72: Querkante
74: Kontaktzone
76: Kontaktzone
78: Stromversorgung
80: Leitung
82: Leitung

Claims

Trennfolie (38) mit einer Antihaftschicht (42), um eine adhäsive Verbindung zwischen einer im Bereich einer Fügezone (14, 34) eines ersten Bauteils (10, 30) aufgebrachten, thermisch aushärtbaren Ausgleichsmasse (18, 40) und einer Fügezone (16, 36) eines mit dem ersten Bauteil (10, 30) zusammen zu fügenden zweiten Bauteils (12, 32) zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass die Antihaftschicht (42) zumindest bereichsweise mit einer Heizschicht (44) versehen ist.
Trennfolie (38) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschicht (44) auf einer von der Antihaftschicht (42) weggerichteten Unterseite (60) zumindest bereichsweise mit einer Klebeschicht (62) versehen ist.
Trennfolie (38) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeschicht (62) zumindest bereichsweise mit einer abziehbaren Tragschicht (64) versehen ist.
Trennfolie (38) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschicht (44) mit dünnen Strängen, insbesondere mit Drähten, und/oder mit dünnschichtigen Flächengebilden aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist.
Trennfolie (38) nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge insbesondere ein Gewebe, ein Gelege, ein Gewirk oder ein Gestrick bilden.
Trennfolie (38) nach Patentanspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge und/oder die Flächengebilde mit Kupfer, Aluminium, Kohlenstoff, Leitkunststoff und/oder mit leitfähigen Oxiden gebildet sind.
Trennfolie (38) nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschicht (44) mindestens zwei elektrisch leitfähige Kontaktzonen (74, 76) zum elektrischen Anschluss einer Stromversorgung (78) aufweist.
Trennfolie (38) nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschicht (44) durch Bestromen mittels der elektrischen Stromversorgung (78) zum beschleunigten Aushärten der Ausgleichsmasse (18, 40) erhitzbar ist.
Trennfolie (38) nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antihaftschicht (42) mit Polytetrafluorethylen oder mit einem anderen Antihaftkunststoff gebildet ist.
Trennfolie (38) nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialstärke (66) der Trennfolie (38) zwischen 100 µm und 300 µm beträgt.
Verfahren zum Fügen von zwei toleranzbehafteten Bauteilen (10, 12, 30, 32) umfassend die folgenden Schritte: a) Ausbringen einer Ausgleichsmasse (18, 40) im Bereich einer Fügezone (14, 34) des ersten Bauteils (10, 30) zur Spaltmaßreduktion zwischen den toleranzbehafteten Bauteilen (10, 12, 30, 32) b) Aufbringen einer beheizbaren Trennfolie, insbesondere der elektrisch beheizbaren Trennfolie (38) nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, im Bereich einer Fügezone (16, 36) des zweiten Bauteils (12, 32), c) Verbringen der Bauteile (10, 12, 30, 32) in eine beabsichtigte Fügeposition, und d) beschleunigtes Aushärten der Ausgleichsmasse (18, 40) mittels der beheizbaren Trennfolie (38).
Verfahren nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfolie (38) entfernt und die Bauteile (10, 12, 30, 32) mit Hilfe von mindestens einem Verbindungsmittel (24, 26, 46, 48) endgültig zusammengefügt werden.