DE2623044A1

DE2623044A1 - Formling, und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2623044A1
Application number: DE19762623044
Authority: DE
Inventors: Fernand Jacques Levy
Original assignee: Dassault Aviation SA
Current assignee: Dassault Aviation SA
Priority date: 1975-05-26
Filing date: 1976-05-22
Publication date: 1977-06-08
Also published as: GB1541728A; US4103055A; FR2312369B1; FR2312369A1; NL7605534A; DE2623044C2

Description

PATENTANWALT RAlBLE TELEFON (0711) 25332Q D/\T·— ΜΤΛ Μ\Λ/ Λ Ι ~Γ

STUTTGART 1 TELEGRAMME: „3Ξ^Γν>Τ 3TUTTCART 1"7Al i__l\MMlNVVMLI

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(nahe kunstakade.m!= killESBerg, LANDESGIROKASSE STUTTGART 2 915 076 LJlMLrllNlCu. HANo IxAIBLE

Stuttgart, den 18. Mai 1976 Anlage zur anwaltsakte: A62 32D1

Patentanmeldung

AVIONS MARCEL BASSAULiD-BREGUET AVIATION 27» rue du Professeur Pauchet

F - 92420 VAUGRESSON

Formling, und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Formling, welcher aufgebaut ist aus übereinander angeordneten Schichten von Fasern bzw· Fäden, wobei die Orientierung der Fasern bzw. Fäden von Schicht zu Schicht unterschiedlich ist.

Ein solcher Formling kann die Form von ebenen Platten oder Tafeln haben, kann aber ebenso auch je nach den Erfordernissen gekrümmt sein, und er wird hauptsächlich dazu verwendet, poröse Wände oder Wandbekleidungen zu bilden. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Formlinge dieser Art·

Bei bestimmten Anwendungsfällen wird das Problem gestellt, Wände oder Wandbekleidungen zu erstellen, welche eine bestimmte Porosität mit offenen Poren haben, d· h« mit Poren, welche den Formling ganz durchdringen, so daß dieser durchlässig ist.

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Dies ist insbesondere der Fall bei Luftfahrzeugen in verschiedenen Bereichen der Flügelzellen oder des Rumpfs, der Wände der Lufteinlässe der Motoren, der Wände von Windkanälen und Gebläsen, der rotierenden oder stationären Teile von Gebläsen, etc.

Die Porosität dieser Wände ermöglicht es, die Grenzschicht abzusaugen und so zur Dämpfung von Druckschwankungen und zur Verbesserung der Aufnahme der Stoßwelle im Bereich dieser Wände beizutragen, und ferner den Wirkungsgrad zu erhöhen.

Eine der Aufgaben der Erfindung wird deshalb darin gesehen, Formlinge in Gestalt von ebenen oder gekrümmten Strukturen, z. B. Platten oder Tafeln, zu schaffen, welche man gegebenenfalls nebeneinander anordnen kann, um eine durchgehende Wand zu schaffen, wobei diese Formlinge eine mit einer gewissen Präzision vorherbestimmbare Porosität haben sollen und dabei eine gute mechanische Widerstandsfähigkeit bei geringem Gewicht aufweisen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch die im Anspruch 9 angegebenen Maßnahmen.

Nach dem derzeitigen Stand der Technik kann man Fäden bzw. Fasern aus Bor industriell herstellen. Diese Fäden haben im allgemeinen einen Kern bzw, eine Ader aus Wolfram, doch kann dieser Kern auch aus Glas, Kohlenstoff oder anderen Werkstoffen bestehen; dieser Kern bzw. Ader wird in einem physikalisch-chemischen Prozeß mit einer Borschicht überzogen.

Solche Bordrähte haben eine sehr hohe Zugfestigkeit bei einem gleichfalls sehr hohem Ε-Modul, welcher höher ist als der von Stahl.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist gemäß dem Hauptanspruch, zur Herstellung von porösen Formungen Borfäden zu verwenden, welche zuvor in die Form von flachen Bahnen gebracht worden sind, in denen die Borfäden praktisch in einer Ebene liegen und durch Verweben mit Textilfaden aus Kunststoff, Glasfasern oder dergleichen parallel zueinander gehalten werden. Man verwebt also zuerst die Borfäden zu einer Gewebebahn mit vorgegebenen Eigenschaften, und stellt dann hieraus in ganz spezifischer Weise die porösen Formlinge her,

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Ein anderes wichtiges Merkmal der Erfindung ist, daß eine geeignete Anzahl von Bahnen vorzugsweise so übereinander angeordnet wird, daß sich die Fäden jeweils unter einem bestimmten Winkel kreuzen, und daß die Bahnen durch Verkleben der Borfäden an ihren Kreuzungspunkten aneinander festgehalten werden, beispielsweise mittels eines Kunstharzklebers. Dadurch, daß die Verklebung im wesentlichen nur an den Kreuzungspunkten erfolgt, bilden die Borfäden eine Art Hohlgitterwerk, durch dessen Hohlräume hindurch z. B. eine Grenzschichtabsaugung möglich ist. Dieses Hohlgitterwerk hat dabei eine ausgezeichnete mechanische Stabilität bei geringem Gewicht,

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispiel. Es zeigt

Ab
Pig. 1 einen /schnitt einer im wesentlichen zweidimensionalen Struktur in Form einer Bahn aus Borfäden, welche durch Weben erzeugt werden kann,

Fig. 2 einen Abschnitt der Bahn nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3, 4 und 5 die Herstellung eines erfindungsgemäßen porösen Formlinge, welcher bei diesem vereinfachten Beispiel zusammengesetzt ist aus drei übereinander angeordneten Bahnen aus Borfäden,

Fig. 6 den als Endprodukt erhaltenen Formling, wobei ein Seil der Schichten jeweils weggeschnitten ist, um den Aufbau des Formlinge deutlich zu zeigen,

Fig. 7 einen Schnitt durch eine Preßvorrichtung; dieser Schnitt zeigt die Endphase der Herstellung eines porösen Formlinge, und

Fig, 8 eine schematische, stark vergrößerte Darstellung, welche zeigt, wie die Borfäden von drei übereinanderliegenden Bahnen aneinander befestigt sind.

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Die Pig. 1 und 2 zeigen einen Ausschnitt aus einem Gewebe bzw. einer Bahn aus Borfäden 1, welche parallel zueinander angeordnet sind (die Borfäden 1 verlaufen in Pig. 1 in vertikaler Richtung) und welche ohne irgendeine Umhüllung oder Kleben in diesem Zustand gehalten werden durch synthetische Päden 2, z. B, aus Polyester oder Glas, wobei die Päden 2 senkrecht zu den Borfäden 1 verlaufen. Die Päden haben voneinander einen bestimmten Abstand in der Größenordnung von einigen Millimetern, während zwischen den Borfäden ein kleinerer Abstand liegt, welcher einer der bestimmenden Paktoren für die Eigenschaften, insbesondere die Porosität, des durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Endprodukts ist.

Beiderseits der Bahn sind die Päden 2 einige Millimeter verlängert, und die Verlängerungen sind verwebt mit Päden 3 aus Kunststoff oder aus Glas, z. B. mit Polyesterfäden, welche parallel zu den Borfäden verlaufen, um beiderseits derselben Sicherheitsränder zu bilden, welche in erfindungsgemäßer Weise die Borfäden daran hindern, sich zu trennen; diese Sicherheitsränder kann man vor der Verwendung der Bahn abschneiden.

Zur Herstellung solcher Bahnen auf einem Webstuhl ist es zweckmäßig und vorteilhaft, die Päden 2 als Kettfaden und die Borfäden als Schußfäden zu verwenden, so daß man mit einer einzigen Spule von Borfäden eine Bahn von beliebiger Länge weben kann, deren Breite nur durch die Breite des Webstuhls begrenzt ist, (in Pig. 1 ist die horizontale Dimension die Länge der Bahn, und die Breite ist die vertikale Dimension,)

Aus einer solchen Bahn kann man mittels geeigneter Werkzeuge Stücke mit den gewünschten Maßen und Pormen ausschneiden.

Um nun einen erfindungsgemäßen porösen Formling herzustellen, geht man z. B, wie folgt vor, wobei angenommen wird, daß drei Bahnen verwendet werden. (Diese Zahl reicht im allgemeinen nicht aus; sie wurde aber gewählt, um dem Fachmann die Grundprinzipien der Erfindung an einem einfachen Beispiel leicht erläutern und die Erfindung verständlich machen zu können.)

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-sr- I

Es wird ferner "bei diesem Beispiel angenommen, daß ebene, rechteckförmige-Teile hergestellt werden sollen. Die Herstellung von Teilen anderer Form und Gestalt ergibt sich dann für den Fachmann ohne weiteres aus dieser Darstellung.

Man schneidet aus einer Bahn ein erstes rechteckförmiges Stück aus, wie es in Pig. 3 dargestellt ist. Es hat die Abmessungen des gewünschten Endprodukts und ist so geschnitten, daß die Borfäden 1 parallel zu den Längsseiten des Rechtecks verlaufen, wie das Pig, klar zeigt.

Dann bestreicht man mittels eines Haarpinsels dieses Stück leicht mit einem flüssigen Epoxiharz. Hierbei verwendet man nur das Minimum an Epoxiharz, das gerade erforderlich ist, um die Borfäden mit einem dünnen Harzfilm zu überziehen, und man preßt die so behandelte Schicht dann einige Minuten lang zwischen absorbierende Schichten, z. B. Glasfasergewebe, Löschpapier oder dergleichen, um überschüssiges Harz abzusaugen, so daß das Harz nur in Form eines dünnen Films auf den einzelnen Borfäden zurückbleibt. Dieser Absaugvorgang wird im folgenden · auch als Abtrocknen bezeichnet.

Ferner schneidet man aus der beschriebenen Borfäden-Bahn die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Stücke aus, welche dieselbe Form und dieselben Maße haben wie das Stück nach Fig. 31 wobei aber der Schnitt erfindungsgemäß anders orientiert ist, und zwar so, daß wenn die Längsseiten der drei Rechtecke parallel zueinander liegen, die Borfäden des Stücks nach Fig. 4 einen Winkel von +45° mit denen des Stücks nach Fig. 3 bilden, und daß die Fäden des Stücks nach Fig. einen Winkel von -45° mit denen des Stücks nach Fig. 3 bilden, wie das die Zeichnungen klar zeigen.

Die beiden Zuschnitte gemäß Fig· 4 und 5 werden dann in derselben Weise leicht mit demselben flüssigen Epoxiharz bestrichen, wie das bei Fig. 3 beschrieben wurde.

Dann legt man die drei Zuschnitte in folgender Reihenfolge aufeinander: Zuschnitt nach Fig. 5: -45°# Zuschnitt nach Fig. 3: O⁰. Zuschnitt nach Fig. 4» +45°. Dies ist in Fig. 6 anhand der Schnitte klar erkennbar.

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Hat man die drei Zuschnitte so übereinandergelegt, so legt man sie sandwichartig zwischen zwei Schichten eines perforierten Kunststoff-Trennfilms, welche Schichten ihrerseits jeweils von einer Schicht aus einem absorbierenden Gewebe Überdeckt sind. Die gesamte so gebildete Sandwichanordnung wird dann, wie in Fig. 7 dargestellt, auf eine starre Form 5 gelegt, welche die Form hat, die man dem Element geben will. Bei Fig. 7 ist dies eine flache Form; naturgemäß sind aber in gleicher Weise beliebige andere Formen herstellbar, z. B. gekrümmte Formen, wie das der Fachmann ohne weiteres erkennt.

Man erkennt auch in Fig. 7 die absorbierenden Schichten 6, 7 und die Schichten 8 aus Borfäden, welche mit dem perforierten Trennfilm bedeckt sind.

Gemäß Fig. 7 wird dann die ganze Anordnung überdeckt mit einer Platte 9 aus nachgiebigem Werkstoff, welche größere Abmessungen hat als das Sandwichpaket 6, 7» 8 und folglich seitlich über dieses hinausragt. Die Platte 9 liegt auf einem elastischen Dichtring 10 auf, welcher das Sandwichpaket 6, 7» 8 umgibt.

Die Form 5 ist mit einem Anschluß 11 versehen, an den man eine Vakuumpumpe anschließen kann, wobei dann die Platte 9 das Sandwichpaket 6, 7» 8 und den Dichtring 10 zusammenpreßt. Dabei genügt ein Druck von 0,8 kp/cm , d. h. es ist kein hohes Vakuum erforderlich.

Dieses Vakuum hält man während der Zeit aufrecht, die zur Polymerisation des Harzes erforderlich ist, wobei man gegebenenfalls die Anordnung auch in eine Wärmekammer einbringen kann, wenn es sich um ein wärmepolymerisierbares Kunstharz handelt.

Nach dem Polymerisieren entformt man und nimmt dann die absorbierenden Schichten sowie den perforierten Irennfilm ab.

Das Endprodukt, also der poröse Formling, ist dann bei diesem Ausführungsbeispiel eine sehr harte Platte mit hoher Widerstandsfähigkeit sowohl gegen das Zusammendrücken und Stauchen wie gegen Biegung. Der Formling ist relativ leicht und hat eine gut definierte Porosität.

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Das Absaugen bzw. Entfernen allen überschüssigen Kunstharzes während der Herstellung, also das sogenannte Abtrocknen, hat dabei dazu geführt, daß solches Harz nur in den kleinen Kapillarintervallen zwischen den Borfäden der einzelnen Bahnen an ihren Kreuzungspunkten übriggeblieben ist.

Die Fäden der einzelnen Bahnen sind also miteinander an Zonen a, b verklebt, welche in Pig. 8 durch eine durchgehende schwarze Färbung gekennzeichnet sind. Infolge der guten Ausrichtung der Borfäden mit präzisen Abständen beim Ausgangsprodukt, nämlich der gewebten Bahn, und infolge der großen Härte dieser Fäden, welche sich beim Zusammendrücken nicht verformen, hat das Endprodukt von der einen Seite zur anderen Zwischenräume bestimmter Größe und mit ziemlich großer Genauigkeit und Regelmäßigkeit.

Die Größe und Anordnung dieser Zwischenräume ist eine Funktion des Durchmessers der Borfäden, der Anzahl von Borfäden pro Zentimeter (in Fig. 1 bezogen auf die Waagerechte), und schließlich der Zahl und des Kreuzungswinkels der übereinander angeordneten Schichten.

Von den auf dem Markt befindlichen Borfäden eignen sich die Fäden

um

mit einem Durchmesser von 100 ;im und 140 um besonders gut für die vorliegende Erfindung,

Die Zahl der Borfäden pro Zentimeter kann variieren. Es genügt, den Webstuhl in geeigneter Weise su regulieren, welcher verwendet wird, um die Bahn aus Bor fäden zu v/eben.

Man kann beispielsweise Bahnen herstellen, welche eine Anzahl von Borfäden pro Zentimeter aufweisen, die zwischen etwa 18 und etwa 40 liegt.

Ferner kann nach der Erfindung die Zahl der Schichten, welche kreuzweise zueinander liegen, 5» 7» 9, 11 oder 13 betragen. Diese Zahl wird man bevorzugt ungerade und größer als 3 wählen. Das Ausführungsbeispiel mit nur drei Schichten diente, wie bereits ausgeführt, der Erläuterung der Grundprinzipien der Erfindung.

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Die Porosität nimmt naturgemäß ab, wenn ina.n den einen, den anderen oder mehrere der folgenden Faktoren erhöht: Durchmesser der Borfäden; Zahl der Borfäden pro Zentinetor; Zahl der übereinanderliegenden und sich kreuzenden Schichten. Bei gleich großer Zahl der sieh kreuzenden Schichten kann auch die Orientierung der Borfäden eine Rolle spielen,

I:i folgenden werden zum besseren Verständnis der Erfindung noch zwei Beispiele angegeben:

BeisOJel 1:

!lan verwendet eine Bahn, deren Borfäden 1 einen Durchmesser von 140 anhaben und die 13 Borfäden pro Zentimeter hat. Aus dieser Bahn schneidet man neun rechteclzfönnige Zuschnitte aus, bei denen die Fäden wie folgt orientiert sind:

1.	Element:	0^w
2.	Element:	45°
3,	Element:	90°
4.	Element:	-45°
5.	Element:	0°
6.	Element:	»45°
7.	Element:	90°
8.	Element:	45°
9.	Element:	0°

Diese Elemente werden mit einem Epoxiharz leicht bestrichen, welches in zwei Stunden bei 1SO⁰C polymerisierbar ist, und sie werden in der vorstehend beschriebenen Weise abgetrocknet, d. h. das überschüssige Kunstharz wird entfernt. Dann werden sie übereinandergelegt und in der bei Fig. 7 beschriebenen Weise zwei Stunden lang bei 180⁰O gepreßt.

Die Porosität des so erhaltenen Formlinge v/ird gemessen (in Bayl), · indem man mit ihm einen Luftstrom sperrt, der in einem Kanal 10 ia/sec strömt. Dabei ermittelt man eine Größe von 22 Bayl*

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Beispiel 2;

Man verwendet neun kreuzweise angeordnete Schichten, genau wie "beim Beispiel 1, ferner dasselbe Harz und denselben Preßvorgang, schneidet aber die Zuschnitte aus einer Bahn, welche pro Zentimeter 40 Borfäden mit einem Durchmesser von 100 um hat. Hierbei ermittelt man eine Porosität von 50 Rayl.

Naturgemäß dienen die vorstehenden, bevorzugten Beispiele nur der Erläuterung und beschränken die Erfindung nicht. Zum Beispiel könnte man fünf Schichten von Borfadengewebe mit einer Orientierung von +30°, -30°, 0°, +60° und -60° verwenden. Auch sonst sind im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich, insbesondere natürlich die Substitution von technischen Äquivalenten.

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Claims

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BIRKENWALDSTRASSE 213 POSTSCHECK STUTTGART 74400-708 Γ~ΜΟΙ |ΜΛ LJAMO

(nahe kunstakademie/killesberG) LANDESGIROKASSE STUTTGART 2 915 076 LJI^LH I N Vd. MAlNO

is. Mai 1976

ANWALTS AKTE: j^ß 2 · 3 2D1

AVIONS MARGEL MSSAUIiI-BREGrtJED AVIAiDIOlI
F - 92420 VAUGRESSOH

Ansprüche

Formling, welcher aufgebaut ist aus übereinander angeordneten Schichten von Fasern bzw. Fäden, wobei die Orientierung der Fasern bzw. Fäden von Schicht zu Schicht unterschiedlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß für einen porösen Formling von ebener oder gekrümmter Form die Fasern als Borfäden (1) ausgebildet sind, welche in den einzelnen Schichten jeweils durch kreuzweise Anordnung mit andersartigen Fäden, z. B. Kunststofffaden (2), parallel gehalten Bind, und daß die Borfäden benachbarter Schichten an ihren Kreuzungspunkten (a, b), vorzugsweise mittels eines Kunstharzes, miteinander verklebt sind.
2. Formling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Borfäden (1) zweier aufeinanderfolgender Schichten jeweils einen Winkel miteinander einschließen, so daß sich die Borfäden von zwei gegeneinander anliegenden Schichten kreuzen.
3. Formling nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Orientierungswinkel der Borfäden (1) der übereinanderliegenden Schichten in einer regelmäßigen Folge ändern.
4. Formling nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeländerung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schichten jeweils etwa im Bereich von 25 bis 50° liegt.

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5. Formling nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Schichten ungerade ist.
6. Formling nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Schichten in einem Bereich von 5 "bis 13 liegt.
7. Formling nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten eine Anzahl von Borfäden pro Zentimeter aufweisen, welche in dem Bereich zwischen ungefähr 18 und ungefähr 40 liegt.
8. Formling nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Borfäden (1) im Bereich von 70·· «200 um, vorzugsweise zwischen 100 und 140 um, liegt.
9. Verfahren zur Herstellung eines porösen Formlinge nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine oder mehrere Bahnen aus Borfäden verwendet, in denen die Borfäden in einer Ebene, parallel zueinander und mit einem vorgegebenen Abstand gehalten sind, vorzugsweise durch Verweben mit Fäden aus einem anderen Werkstoff, welche Fäden durch größere Abstände getrennt sind als die Borfäden, daß man aus dieser Bahn bzw. diesen Bahnen Zuschnitte derselben Form ausschneidet, deren Borfäden aber verschieden orientiert sind, und daß man diese Zuschnitte, nachdem man sie übereinandergelegt hat, durch Verkleben ihrer Borfäden miteinander verbindet, vorzugsweise mittels eines polymerisierbaren Kunstharzes.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten vor dem Übereinanderlegen mit einem flüssigen polymerisierbaren Kunstharz bestrichen und dann so abgetrocknet werden, daß Kunstharz nur in Form eines dünnen Films auf den einzelnen Borfäden zurückbleibt.
11· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinandergelegten Schichten zwischen absorbierenden Elementen zusammengepreßt werden.

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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß "bei heißpolymerisierbaren Kunstharzen das Zusammenpressen bei Wärme vorgenommen wird.
13. Verwendung eines porösen Pormlings nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche zur Grenzschichtabsaugung bei Luftfahrzeugen oder an rotierenden oder stationären Teilen von Gebläsen.