DE2746173A1

DE2746173A1 - Vorrichtung zur herstellung von bauteilen aus faserverstaerkten kunststoffen

Info

Publication number: DE2746173A1
Application number: DE19772746173
Authority: DE
Inventors: Karl Hutterer
Original assignee: Dornier GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1977-10-14
Filing date: 1977-10-14
Publication date: 1979-04-19
Also published as: FR2405803A1; DE2746173C3; FR2405803B1; DE2746173B2; GB2006092B; GB2006092A

Description

DORNIER GMBH
7990 Friedrichshafen

Reg. 2431

Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen, mit Formteilen zur Auflage des Laminats im Positivverfahren und mit Negativformteilen, in Verbindung mit einer Einrichtung zur Erzielung einer Druckwirkung auf die Negativformteile bzw. das Laminat.

Die immer höher gestellten Anforderungen an Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen hinsichtlich der erzielbaren Widerstandsfähigkeit gegen auftretende Belastungen und auch hinsichtlich der Gute der Oberflächen und der Gleichmäßigkeit der Wandstärken, sowie der Herstellungskosten, lassen sich durch in Art und Weise herkömmliche Fertigung und die dabei eingesetzten Vorrichtungen nicht fehlerfrei erfüllen bzw. verursachen erhebliche Kosten. Dies trifft insbesondere auf Fertigungsweisen mit Verwendung von sogenannten "Vorimprägnaten" für das Laminat zu.

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Auch bei Anwendung verbesserter Technologien bei den Herstellungsverfahren hat sich gezeigt, daß an scharfkantigen Übergängen und scharfkantigen Konturenänderungen bzw. Konturenverläufen die Gewähr fUr einen lunkerfreien Laminataufbau nicht gegeben ist.

Aus derartigen Fehlern im Laminataufbau ergeben sich Nachteile in Bezug auf die vorgeschriebenen Festigkeitseigenschaften und die geforderte Oberflächengute der Bauteile. Die fehlerhaften Bauteile müssen, wenn sie nicht als Ausschuß gelten, zumindest nachgebessert werden. Die Nachbehandlung der Bauteile ist besonders zeitraubend und damit teuer. Auch ist der Fertigungsfluß infolge der Nacharbeit bei Serienfertigung empfindlich gestört. Es hat sich ferner gezeigt, daß die Fehler, d.h. Lunkerbildung oder ähnliches, sowohl bei Bauteilen die im Negativverfahren als auch bei solchen die im Positivverfahren hergestellt sind auftreten.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Ausbildung von Lunkerstellen bei der Herstellung von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere unter Verwendung von Vorimprägnaten, sogenannten pre pregs, durch eine besondere Ausbildung der verwendeten Bauvorrichtung zu vermeiden. Die Vorrichtung soll gegenüber dem bisher Üblichen weniger aufwendig und billiger sein. Außerdem soll die Herstellung der Bauteile eine wesentliche Kostenersparnis durch die Vermeidung von Nachbehandlungen und Ausschuß erbringen.

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Die gestellte Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Bauteilinnenform (Positivform) durch von einem oder mehreren aus starrem Werkstoff bestehenden Stutzkörpern getragenen, flexiblen Auflagekörpern fUr die Positivauflage des Laminats gebildet ist und daß der Trennspalt zwischen den Stutzkörpern und den flexiblen Auflagekörpern Über Zufuhrungen unter der Druckwirkung der Druckerzeugungseinrichtung steht.

Bei einer so ausgebildeten Vorrichtung wirkt innerhalb eines Autoklaven oder einer anderen Druckerzeugungseinrichtung der Druck auf das Laminat fUr das herzustellende Bauteil, sowohl von innen als auch von außen allseitig und exakt in gleicher Höhe, auch bei höheren Aushärtetemperaturen ein, so daß ein Druckausgleich zwischen innen und außen in Bezug auf das Bauteil geschaffen ist. Vorteil dabei ist, daß das Laminat zunächst vom elastischen Auflagekörper her nach außen gegen die unverrückbar auf einer starren Grundplatte befestigten bzw. sich an Anschlägen an der Grundplatte abstutzenden, formtreuen Negativformschale während des Aushärteprozesses angepreßt wird. Der Druck wirkt dabei nach erfolgter Anlage des Laminats an den Negativformschalen einerseits auf die Formschalen von außen und andererseits exakt in gleicher Druckhöhe von innen Über die Druckkammern und Durchlässe auf den elastischen Auflagekörper und damit auf das Laminat ein. Da die Druckverhältnisse von außen und innen exakt die gleichen sind, können fUr die Negativformschalen, im Gegensatz zu den bisher Üblichen Metall-

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druckschalen, die wesentlich billigeren, aus faserverstärktem Kunststoff gebildeten Formschalen Verwendung finden. Der hohle, aus gummielastischem Werkstoff gebildete Auflagekörper läßt sich im Gießverfahren aus Silikonkautschuk herstellen und ersetzt die teueren Positivformen aus Metall, die auf Präzissionswerkzeugmaschinen bearbeitet werden mUssen. Der Stutzkörper fUr die Aufnahme des Auflagekörpers kann grob zugeschnitten werden und beispielsweise aus minderwertigeren Werkstoffen bestehen. Die Vorrichtung gestattet auch die Herstellung von Bauteilen mit Verstärkungsteilen im Sandwichaufbau in Verbindung

mit dem Laminat. Die Sandwichelemente können hierbei auf relativ einfache Weise in Vertiefungen im flexiblen Auflagekörper eingelegt und mit verarbeitet werden. Da die Sandwichverstärkungen durch den elastischen Auflagekörper von innen nach außen gegen das Laminat gedruckt werden, wird eine gleichmäßige, Lunkerbildungen vermeidende Anlage der Sandwichbauteile am Laminat erzielt. Ein genaues Anschrängen der Außenkanten der Sandwichbauteile, wie es bisher notwendig war, kann entfallen. Der mittels der Vorrichtung erzielte Druckausgleich vermeidet auch ein Zusammendrucken der Sandwichwaben.

Infolge dessen, daß sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der z.B. in einem Autoklaven herrschende Druck von innen nach außen aufbaut, d. h. sich die Druckverhältnisse von innen nach außen formgebend auf das Laminat auswirken, wird sowohl innen als auch außen eine äusserst glatte, porenfreie Oberfläche fUr das Bauteil erzielt. Die Bau-

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teildicke kann ebenso, wie bei bisher üblichen Arbeitsverfahren, frei durch die Wahl der Anzahl der Lagen für das Laminat bestimmt werden. Die Wandstärken des Bauteiles sind mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf genau vorbestimmte Maße einstellbar.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung

dargestellt.

Fig. 1 zeigt die Vorrichtung in Verbindung mit dem herzustellenden Bauteil in einem Längsschnitt,

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung in Verbindung mit dem herzustellenden Bauteil in einem Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. in verkleinertem Maßstab, die

Fig. 3 und 4 zeigen in schematischer Darstellung, quergeschnitten

den Abschnitt eines Bauteiles mit einer gewölbten Kontur, wobei gemäß Fig. 3 die Verstärkungslaminate auf Stoß und in Fig. 4 die Verstärkungslaminate jeweils abwechselnd von einer zur anderen Seite überlappt aufeinander aufgelegt sind.

In der Zeichnung ist im gezeigten Ausführungsbeispiel die erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einer Randkappe für ein Luftfahrzeug als herzustellendes Bauteil dargestellt.

Die Vorrichtung weist eine Grundplatte 1 auf, in deren Oberseite 2 eine Ausnehmung 3 eingearbeitet ist. Durch diese Ausnehmung 3 ist

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eine ebene Bodenfläche 4 gebildet, auf die ein später noch näher beschriebener, aus gummielastischem Werkstoff gebildeter Auflagekörper 18, in Verbindung mit einem Stutzkörper 10, aufgesetzt ist. Der Auflagekörper 18 zentriert sich dabei seitlich an der von der Bodenfläche 4 ausgehend nach außen geneigten Seitenfläche 5 der Ausnehmung 3. Die Grundplatte 1 weist an ihrer Oberseite 2, Bohrungen 6 für die Aufnahme von Anschlagstiften 7 auf, die in Langlöcher 34 in Flanschteilen 36 bzw. 37 von später noch näher beschriebenen Negativformschalenhälften 32 bzw. 33 eingreifen.

An der Grundplatte 1 sind ferner Fußteile 9 befestigt, die zum Einsetzen der Vorrichtung in einen Autoklaven 52 dienen und die Grundplattenunterseite 2* in einem Abstand von der Autoklavenbodenflache halten. In die Grundplatte 1 sind Durchbrechungen 8 eingearbeitet, über die eine freie Ausbreitung des im Autoklaven 52 herrschenden Druckes in zentralen Kammern 11 und Durchgängen 12 des auf die Grundplattenoberseite 2 aufgesetzten, starren, aus metallischem Werkstoff gebildeten Stützkörpers 10 stattfinden kann. Die mit den Kammern 11 in Verbindung stehenden Durchgänge 12 führen zur Außenfläche 13 des Stützkörpers 10 bzw. zum Trennspalt 13' zwischen Stützkörper 10 und Auflagekörper 18. Der Stützkörper 10 ist mittels seiner Grundfläche auf die Bodenfläche 4 der Grundplatte 1 aufgesetzt und mit dieser auswechselbar verschraubt.

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Mit 18 ist der bereits erwähnte, aus gummielastischem Werkstoff gebildete Auflagekö'rper bezeichnet, der mit seiner Innenauflage fläche 19 an der Außenfläche 13 des Stützkörpers 10 passend aufliegt. Die Außenauflageflache 20 des Auflagekörpers 18 bzw. dessen Außenkontur entspricht der Innenseite 25 des herzustellenden Bauteiles 26. Mit 21 sind Vertiefungen oder sogenannte Felder an der Außenseite des Auflagekörpers 18 vorgesehen, die für die Einlage von Sandwichteilen 38 zur Verstärkung des Laminats dienen. Ferner besitzt der Auflagekörper 18 ringsum ein Flanschteil 22 für die Auflage auf der Grundplatte 1 unter Vermittlung einer hier nicht dargestellten Dichtung. Der Auflagekörper 18 wird z.B. in einer einfach herzustellenden Form gegossen. Als Gießform kann z.B. auch die beschriebene Vorrichtung verwendet werden, wenn anstelle des späteren Bauteils 26 eine Bauteilattrappe eingesetzt und der zwischen Bauteilattrappe und den nachfolgend beschriebenen Formschalenhälften 32 bzw. 33 bestehende Zwischenraum mit gummielastischem Material ausgefüllt wird. Der Auflagekörper 18 ist für eine Vielzahl herzustellender, gleicher Bauteile 26 geeignet.

Es sind fUr die Vorrichtung zwei Negativformschalenhälften bzw. -druckschalenhälften 32 bzw. 33 vorgesehen, deren Innenfläche 35 der Außenkontur bzw. der Außenseite 27 des Bauteiles 26 entspricht. Die Formschalenhälften 32 bzw. 33 weisen Flanschteile 36 bzw. 37 für die Auflage auf der Oberseite 2 der Grundplatte 1 und in diesen Flanschteilen die bereits früher erwähnten Langlöcher 34 fUr die Abstützung an den

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Anschlagstiften 7 in der Grundplatte 1 auf. Die Schalen 32 bzw. 33 werden von außen her vom Druck im Autoklaven beaufschlagt.

Über die Schalen 32 bzw. 33 ist, wie allgemein bekannt, eine Vakuumfolie 41 gelegt, die mittels einer Dichtmasse bzw. eines Dichtstreifens 42 auf der Grundplattenoberseite 2 dichtend anliegt. Der Raum 43 zwischen der Folie 41 und der Vorrichtung, d. h. den Schalen 32 bzw. 33, ist Über eine ringsumlaufende Nut 45 in der Grundplattenoberseite 2, daran anschließende Bohrungen 46 und Über einen Saugleitungsanschluß 47 an eine Einrichtung zur Herstellung eines Vakuums zwischen der Folie 41 und den Formschalen 32 bzw. 33 angeschlossen. Die Nut 45 ist durch eine Abdeckplatte 48 mit einer Perforation gegen die Folie 41 hin abgedeckt.

Die vorangehend beschriebene Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung arbeitet in der nachfolgend beschriebenen Weise.

Die Grundplatte 1 trägt, wie bereits beschrieben, den Stützkörper 10, über den der gummielastische Auflagekörper 18 gestülpt ist. Auf die Außenauflagefläche 20 des Auflagekörpers 18 wird aus Verstärkungsfasern und Kunstharz das Laminat errichtet, beispielsweise mittels des allgemein bekannten Handauflegeverfahrens. Im Anschluß daran werden die beiden, die Negativform bildenden Formschalenhälften 32 und 33 auf die Grundplatte 1 aufgesetzt und über diese Schalen sowie die Grundplattenoberseite 2 die Vakuumfolie 41 gelegt.

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Über die Nut 45, die Bohrungen 46 sowie den Saugleitungsanschluß 47 wird ein Vakuum zwischen der Vakuumfolie 41 und den Formschalenhälften 32 und 33 gebildet. Die Vorrichtung wird nunmehr in den Autoklaven 52 eingesetzt, und zwar so, daß die Unterseite 2* der Grundplatte 1 mittels der Fußteile 9 in einem Abstand zur Autoklavengrundfläche steht. Nach Abschließen des Autoklaven 52 und Aufbau des Druckes, bilden sich Über die Vakuumfolie 41 und die Formschalenhälften 32 und von außen und über die Durchbrechungen 8,die zentralen Kammern 11 im Stutzkörper 10, sowie die von dieser nach außen fuhrenden Durchgänge 12 exakt die gleichen Druckverhältnisse aus. Dies bedeutet, daß sich der Druck im Autoklaven Über den gummielastischen Auflagekörper 18 von innen nach außen gegen die stabilen Formschalenhälften 32 bzw. 33, die an einer Bewegung nach außen durch die Anschlagstifte 7 nach einem bestimmten, zugelassenen Verstellweg gehindert sind, auf das Laminat auswirkt.

Infolge der nachgiebigen Außenauflagefläche 20 des gummielastischen Auflagekörpers 18 wirkt ein gleichmäßiger Druck auf das Laminat ein und drückt dieses gegen die Formschalenhälften 32 und 33, wodurch sich eine völlig glatte, poren- und lunkerfreie Innen- und Außenfläche 25 bzw. 27 des Bauteiles 26 herstellen läßt.

Infolge der Flanschteile 22 am gummielastischen Auflagekörper 18, die in die Ausnehmung 3 an der Grundplatte 1 eingesetzt sind und die

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Flanschteile 36 bzw. 37 der Formschalenhälften 32 und 33 wird erreicht, daß sich der Autoklavendruck nicht zwischen den Formschalenhälften 32 bzw. 33 und dem Laminat aufzubauen vermag. Die Flanschteile 22 des gummielastischen Auflagekörpers 18 sind dazu um einen bestimmten Betrag stärker bemessen als die Tiefe der zugehörigen Ausnehmung in der Grundplatte 1.

Wie die Fig. 3 und 4 erkennen lassen, ist es mittels der beschriebenen Vorrichtung möglich, einen Lagenaufbau fUr das Laminat - wie bisher im Negativverfahren nicht möglich - mittels geteilter Formschalen vorzunehmen.

Gemäß Fig. 4 ist gezeigt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch einen Lagenaufbau wie bisher nach dem sogenannten Positivverfahren erlaubt. Die Vorrichtung ist somit fUr alle Herstellungsverfahren in gleicher Weise gut geeignet. Insbesondere hohle Bauteile, die innen nur geringe Abmessungen aufweisen oder spitz zulaufen, können mittels der beschriebenen Vorrichtung, auch bei Verwendung von "Vorimprägnaten" einwandfrei hergestellt werden.

^_ 909816/0357 7. Okt. V.

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L e e r s e i t e

Claims

Friedrichshafen Reg. 2431 Patentansprüche :

1.!Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen, mit Formteilen zur Auflage des Laminats im Positivverfahren und mit Negativformteilen, in Verbindung mit einer Einrichtung zur Erzielung einer Druckeinwirkung auf die Negativformteile bzw. das Laminat, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteilinnenform (Positivform) durch von einem oder mehreren aus starrem Werkstoff bestehenden Stützkörpem(lO) getragenen, flexiblen Auflagekörpern (18) für die Positivauflage des Laminats (26) gebildet ist und daß der Trennspalt (13') zwischen den Stützkörpern (10) und den flexiblen Auflagekörpem (18) über Zuführungen (8, 11, 12) unter der Druckwirkung der Druckerzeugungseinrichtung (52) steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennspalt (13') zwischen Stützkörper (10) und Positivformteil (18) und die Vorrichtungsaußenseite exakt vom gleichen Druck beaufschlagt sind (Autoklavdruck).

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundplatte Q) für das gegeneinander abdichtende Aufsetzen des Stützkörpers (10) mit dem Auflagekörper (18) und der Außenformschale (Negativformteil) (32, 33) vorgesehen ist und daß die Grundplatte Q) Durchbrechungen (8) aufweist für die Ausbildung des Umgebungsdruckes im Trennspalt (13¹)·

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (1O) eine oder mehrere an die Durchbrechungen (8) der Grundplatte Q) angeschlossene, zentrale Kammern.bzw. Bohrungen Qi) und von diesen nach außen führende, in den Trennspalt (13*) mündende Durchgänge (12) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Auflagekörper (18) aus gummielastischem Werkstoff gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß von der Außenauflagefläche (20) des Auflagekörpers (18) vertiefte Felder (21) für die Einlage von Verstärkungsteilen (38) gebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflagekörper (18) aus einem mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium gefüllten Formbehälter mit flexiblen Wänden besteht.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Negativform aus mindestens zwei zusammensetzbaren Außenformschalen (32, 33) besteht.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenformschalen (32, 33) in an sich bekannter Weise ringsum von einer an der Grundplattenoberseite (2) abdichtend anliegenden Folie (41) fUr die Bildung eines Vakuums Überspannt sind.

7. Okt\ 1977

Be/ke J^ 909816/0357