DE10302594A1 - Verfahren zur Vorbereitung von Oberflächen kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung von Oberflächen kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen von Fluggeräten durch abrasiven Abtrag der Oberfläche. Um die Gefahr der Durchtrennung von Fasern beim Schleifen zu verringern, aber gleichzeitig eine höhere Festigkeit der Klebung bei geringerer Nacharbeit zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der Abtrag durch Strahlen mittels eines in getrockneter Luft verteilten Strahlmittels erfolgt. Als Strahlmittel wird ein scharfkantiges Korundkorn, vorzugsweise in einem Korngrößenbereich zwischen 0 und 90 mum, verwendet.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung von Kunststoffoberflächen, vorzugsweise von Oberflächen kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe, für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen, insbesondere zu Tragflächen von Fluggeräten, durch abrasiven Abtrag der Oberfläche.
- Derartig vorbereitete Oberflächen werden im modernen Flugzeugbau benötigt, um durch die Verarbeitung kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe noch leichtere Strukturen bauen zu können. Beispielsweise müssen die Klebeflächen der Ober- und Unterschale von Tragflächen sorgfältig vorbehandelt werden, bevor sie zum fertigen Flügel verklebt werden. Dabei sind zwischen den Schalen auch Spanten und Stringer einzulaminieren.
- Die im Betrieb extrem belasteten Strukturteile dürfen nicht versagen. Erfahrungsgemäß sind Klebestellen jedoch häufig, aufgrund von Fehlstellen geringerer Festigkeit als der Grundwerkstoff, Ursache für eine nicht zu tolerierende Schwächung des Strukturteils.
- Zur Vermeidung solcher Fehlstellen werden die für die Weiterverarbeitung durch Kleben vorgesehenen Oberflächen zunächst geschliffen und aufwendige Qualitätssicherungsmaßnahmen getroffen, um das Schleifergebnis zu kontrollieren.
- Beim Schleifen laminierter rauer Oberflächen besteht die Gefahr, daß die festigkeitsbestimmenden Fasern durch den Schleifprozess verletzt werden. Hierfür sind optische Kontrollen erforderlich, da durchgeschliftene Fasern unzulässig sind. Zusätzlich wird eine Messung des Oberflächenwiderstandes vorgenommen.
- Zur Ermittlung verunreinigter Stellen wird ein Waterbreak-Test durchgeführt, der die unterschiedliche Oberflächenspannung geschliffener und verunreinigter Flächen nutzt, um eine Aussage über die Qualität des Schleifergebnisses u treffen. Dabei wird die Klebefläche mit entionisiertem Wasser vollständig benetzt. Anschließend wird die Fläche senkrecht gestellt, damit das Wasser abfließen kann. Bei gut gereinigter Oberfläche fließt das Wasser gleichmäßig ab. An verschmutzten Stellen bilden sich Wasserperlen. Solche Stellen müssen nachgeschliffen werden. Zur Entfernung des Wassers bzw. einer Restfeuchtigkeit müssen die Teile noch im Ofen getrocknet werden.
- Schon bei der Konstruktion der Strukturteile ist der für diese Bearbeitungsschritte notwendige Platzbedarf der Schleifmaschinen zu berücksichtigen. Besonders im Innenraum des Flügels ist die Erreichbarkeit enger sackartiger Räume mit der Schleifmaschine nur unter Schwierigkeiten gegeben.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vorbereitung von Kunststoffoberflächen, vorzugsweise von Oberflächen kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe, für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen, insbesondere zu Tragflächen von Fluggeräten, durch abrasiven Abtrag der Oberfläche vorzuschlagen, das die Gefahr der Durchtrennung von Fasern verringert aber gleichzeitig eine höhere Festigkeit der Klebung bei geringerer Nacharbeit ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß der Abtrag durch Strahlen der Oberfläche mittels eines in einem gasförmigen Fluid verteilten Strahlmittels erfolgt. Misst man die Zeit, die benötigt wird, um die Oberfläche üblicherweise bis auf die Faser abzutragen, d. h. zu zerstören, so reicht überraschender Weise etwa der zehnte Teil dieser Zeit, um eine für die Klebung ausreichende Behandlung der Oberfläche zu erzielen. Die Qualität dieser Oberfläche übertrifft sogar die einer geschliffenen Oberfläche. Bei Bruchversuchen versagen die Bauteile nicht an der Klebestelle, sondern im Grundwerkstoff, was die Belastbarkeit der geklebten Strukturteile vorteilhaft erhöht.
- Eine Verschmutzung der mechanisch gereinigten Oberfläche durch das Fluid wird mit Vorteil dadurch vermieden, daß das gasförmige Fluid getrocknete und entölte Luft ist.
- Besonders haltbare Verklebungen wurden erzielt, wenn als Strahlmittel ein scharfkantiges Korundkorn, vorzugsweise in einem Korngrößenbereich zwischen 0 und 90 μm, insbesondere zwischen 17 und 62 μm, verwendet wird.
- Ein vorteilhaft gleichmäßiges Arbeitsergebnis lässt sich dadurch erreichen, das Strahlmittel mittels eines Niederdruckstrahls, vorzugsweise aus einem Druckkessel mit weniger als 2,5 bar, auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht wird.
- Demselben Zweck dient die Maßnahme, daß das Strahlmittel mittels einer Wirbelstrahldüse auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht wird. Der umlaufende Strahl der Wirbelstrahldüse verhindert die Bildung nachteiliger sogenannter Hot Spots.
- Es reicht vorteilhaft eine optische Kontrolle des Arbeitsergebnisses aus, um eine ausreichende Qualität der Oberfläche sicherzustellen. Die Behandlung mit dem Strahlmittel solange erfolgt, bis eine fast wolkenfreie matte behandelte Oberfläche erreicht ist. Diese Qualität wird vorteilhaft entsprechend in Anlehnung an die DIN EN ISO 12944-4 SA 2,5 über das Arbeitergebnis definiert. Aufwendige Waterbreak-Tests mit Trocknungsschritten in aufwendigen weil großen Öfen können entfallen.
- Zur Nachbearbeiten der behandelten Oberfläche reicht es überraschend aus, wenn die behandelte Oberfläche zur Entfernung des Strahlmittels mit getrockneter und ölfreier Druckluft abgeblasen wird. Noch etwaig in die Oberfläche tiefer eingebrachte einzelne Körner des Strahlmittels wirken überraschender Weise nicht nachteilig.
- Für die Qualitätssicherung ist ausreichend, daß eine Qualitätskontrolle der behandelten Oberfläche durch Messung eines Oberflächenwiderstandes und/oder durch optische Kontrolle anhand einer Vergleichsprobe erfolgt.
- Die Reproduzierbarkeit des Arbeitsergebnisses wird noch zusätzlich verbessert, wenn die Behandlung in einer klimatisierten, vorzugsweise zugluftfreier, Umgebung erfolgt.
- Vor dem Transport der behandelten Teile zur Weiterverarbeitung ist vorgesehen, daß die Oberfläche für einen Transport vakuumverpackt wird. Eine solche Verpackung reicht bereits aus, um den erfindungsgemäßen Arbeitsgang aus der staubempfindlichen Bauteilmontage nach außen Zulieferern zu übertragen.
- Die statistische Stabilität des Arbeitsergebnisses mit seinen qualitativen Vorteilen wird noch verbessert, wenn das Strahlmittel nicht im Kreis geführt wird. Bei der sonst in der Strahltechnik üblichen Aufbereitung des Strahlmittels kann nicht ausgeschlossen werden, daß abgetragene Teilchen des Grundwerkstoffes im Strahlmittel verbleiben. Die Aufbereitung mittels Magnetabscheidern ist bei den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnden Kunststoffen nicht möglich, da sie unmagnetisch sind. Sie müssen deshalb mittels Windsichten oder durch Flotation aufgearbeitet werden. Der Verzicht auf eine Aufbereitung erspart auch diese Verfahrensschritte.
- Die Aufgabe wird auch durch ein Halbzeug, vorzugsweise aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, mit einer für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen, insbesondere zu Tragflächen von Fluggeräten, vorbereiteten Kunststoffoberfläche gelöst, bei dem die Oberfläche durch eine Behandlung nach einem oder mehreren der vorstehenden Verfahrensansprüche mittels eines in einem Strahl eines in einem gasförmigen Fluid verteilten Strahlmittels geformt ist.
- Beispielsweise werden Prepregs im Druckstrahlverfahren erfindungsgemäß zum Verkleben z.B. mit Stringern auf Außenhäuten, Tiesverklebung, Rippen, Beschläge usw. vorbehandelt. Das Verfahren bewirkt einen geringen Materialabtrag, ohne das sich die Maßgenauigkeit des Bauteils beeinträchtigt wird. Es reinigt die Oberfläche durch einen mechanischen Abtrag der Oberfläche, der jedoch besonders vorteilhaft genau dosiert werden kann. Es besteht eine ca. 10-fache Sicherheit gegen Verletzung von Fasern des Kunststoffes. Die Strahlbehandlung wird trocken durchgeführt, wobei die Wirkung auf die Bauteiloberfläche wesentlich durch die Wahl des Strahlmittels bestimmt wird. Die Oberflächenrauhigkeit wird in erster Linie durch das Strahlmittel und den Druck bestimmt. Besonders gute Ergebnisse erzielte man bei Verwendung einer Wirbelstrahldüse der Typenbezeichnung Roto Soft Blast Mate Etc Roto Soft Strahldüsen DK 8,5/M, bei denen die Zuführung von Strahlmittel in Scalierung 2 cm Dosierventil eingestellt war. Die Speisung mit Druckluft erfolgte unter 2,5 bar bei Einsatz eines Druckstrahlkessels der Firma Blast Mate. Als Strahlmittel wurde Edelkorund weiß 0,07 bis 0 mm benutzt. Nachdem in Anlehnung an die DIN EN ISO 12944-4 SA 2,5 ein fast wolkenfreies Strahlbild erreicht wurde, erfolgte lediglich eine Entstaubung der Oberfläche mittels gereinigter Druckluft.
- Im Ergebnis übertraf die Qualität der so erzeugten Oberfläche die bisher durch Schleifen erzielten Qualitäten bei weitem.
Claims (12)
- Verfahren zur Vorbereitung von Kunststoffoberflächen, vorzugsweise von Oberflächen kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe, für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen, insbesondere zu Tragflächen von Fluggeräten, durch abrasiven Abtrag der Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtrag durch Strahlen mittels eines in einem gasförmigen Fluid verteilten Strahlmittels erfolgt.
- Verfahren zur Vorbereitung von Kunststoffoberflächen für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Fluid getrocknete und entölte Luft ist.
- Verfahren zur Vorbereitung von Kunststoffoberflächen für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlmittel ein scharfkantiges Korundkorn, vorzugsweise in einem Korngrößenbereich zwischen 0 und 90 μm, insbesondere zwischen 17 und 62 μm, verwendet wird.
- Verfahren zur Vorbereitung von Kunststoffoberflächen für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlmittel mittels eines Niederdruckstrahls, vorzugsweise aus einem Druckkessel mit weniger als 2,5 bar, auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht wird.
- Verfahren zur Vorbereitung von Kunststoffoberflächen für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlmittel mittels einer Wirbelstrahldüse auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht wird.
- Verfahren zur Vorbereitung von Kunststoffoberflächen für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Behandlung mit dem Strahlmittel solange erfolgt, bis eine fast wolkenfreie matte behandelte Oberfläche erreicht ist.
- Verfahren zur Vorbereitung von Kunststoffoberflächen für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die behandelte Oberfläche zur Entfernung des Strahlmittels mit getrockneter und ölfreier Druckluft abgeblasen wird.
- Verfahren zur Vorbereitung von Kunststoffoberflächen für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Qualitätskontrolle der behandelten Oberfläche durch Messung eines Oberflächenwiderstandes und/oder durch optische Kontrolle anhand einer Vergleichsprobe erfolgt.
- Verfahren zur Vorbereitung von Kunststoffoberflächen für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in einer klimatisierten, vorzugsweise zugluftfreier, Umgebung erfolgt.
- Verfahren zur Vorbereitung von Kunststoffoberflächen für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche für einen Transport vakuumverpackt wird.
- Verfahren zur Vorbereitung von Kunststoffoberflächen für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlmittel nicht im Kreis geführt wird.
- Halbzeug, vorzugsweise aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, mit einer für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen, insbesondere zu Tragflächen von Fluggeräten, vorbereiteten Kunststoffoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche durch eine Behandlung nach einem oder mehreren der vorstehenden Verfahrensansprüche mittels eines in einem Strahl eines in einem gasförmigen Fluid verteilten Strahlmittels geformt ist.
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