DE3138312A1

DE3138312A1 - "verfahren zur herstellung von faserverstaerkten gegenstaenden"

Info

Publication number: DE3138312A1
Application number: DE19813138312
Authority: DE
Inventors: Harry Augustus 01106 Longmeadow Mass. Nutter
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1980-10-02
Filing date: 1981-09-25
Publication date: 1982-06-16
Anticipated expiration: 2001-09-26
Also published as: GB2084507A; BR8105757A; JPS5795414A; CA1173639A; JPH0242658B2; GB2084507B; FR2491391B1; DE3138312C2; FR2491391A1

Description

PATENTANWALT

DR. RICHARD KNEISSL Widenmayerstr.

D-8000 MÜNCHEN Tel. 089/295125

25. Sept. 19 DE

United Technologies Gorporation, Hartford, Ct./V.St.A.

Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Gegenständen

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen, bei denen ein faserverstärkter Kunststoff mit Metall verbunden ist. Die Erfindung bezieht sich insbesondere aber nicht ausschließlich auf ein verbessertes Verfahren zur Herstel- IQ lung eines Luftflügels.

Es gibt eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von verschiedenen Gegenständen aus faserverstärktem Kunststoff. Gegenstände aus faserverstärktem Kunststoff können Kostenvorteile gegenüber ähnlichen vollständig aus Metall hergestellten Gegenständen zeigen, weil nämlich eine verringerte Anzahl von Teilen erforderlich ist, was Arbeitseinsparung bedeuten kann. Die Herstellung eines Gegenstandes mit weniger Teilen hat ihren Grund darin, daß eine große Reihe von komplizierten Formen möglich ist, wenn Gegenstände aus faserverstärkten Kunststoffen hergestellt werden. Wenn jedoch die Gegenstände Metallteile aufweisen, dann sind weitere Bindeoperationen nötig, um starke Bindungen zwischen dem faserverstärkten Kunststoff und dem Metall zu erzeugen. Dabei ist im allgemeinen das direkte Ausformen oder Laminieren auf dem Metallteil schwierig. Es wurden zwar Grundierungen zum Beschichten des Metalls entwickelt, aber die resultierende Bindung mit einem Laminierungsharz ist bei gewissen T.ypen von Bauteilen im allgemeinen nicht ausreichend.

Beispielsweise ist in der US-PS 3 3 21 019 die Herstellung einer glasfaserverstärkten Schaufel für die Verwendung bei Hubschraubern beschrieben, wobei die Schaufel eine bestimmte Würzelkonstruktion aus verstärktem Kunststoff aufweist. Insbesondere besitzt diese Schaufelwurzelkonstruktion alternierende Schichten aus Aluminium-

verstärkungsplatten und aus mit Kunststoff imprägniertem Glasfasertuch. Eine geeignete Grundierung wird zwisehen einer jeden Metallplatte und einer jeden Schicht aus Glasfasertuch angeordnet, um eine Metalloxidation zu verhindern und um die Haftung zwischen den Metallplatten und dem mit Kunststoff imprägnierten Glasfasertuch zu verbessern. Diese Grundierungen besitzen typischerweise die Form von Beschichtungen mit einer Dicke von weniger als 25,4 oder 50,8 μπι. Die alternierenden Metall- und Glasfaserschichten werden auf einem Holm angeordnet und dann mittels eines Klebstoffs miteinander verbunden, wobei ein Vakuumeinspritzverfahren verwendet wird, bei welchem der flüssige Kunststoff das Glasfasertuch imprägniert und die Form auffüllt. Das erhaltene Teil besitzt eine ausreichende Festigkeit und einen ausreichenden Zusammenhalt für die vorgesehene Verwendung, d. h. eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen- über Scherspannungen, die durch Bolzen hervorgerufen werden, welche die Hubschrauberschaufel mit der zentralen Nabe verbinden. Jedoch kann die Bindung zwischen den alternierenden Metallplatten und Glasfaserschichten für andere Anwendungen nicht den gewünschten Grad von Festigkeit und Zusammenhalt aufweisen.

Beispielsweise wurden bei"'normalen Flugzeugen mit feststehenden Flügeln Propellerschaufeln aus faserverstärktem Kunststoff während nahezu 20 Jahren verwendet. Diese Schaufeln besitzen im allgemeinen eine vorgeformte Hülse aus faserverstärktem Kunststoff, die fest mit einem inneren Metallholm verbunden ist, wobei gewisse Zwischenräume zwischen der Hülse und dem Holm vollständig mit einem Schaum aufgefüllt sind. Ein ausreichender Zusammenhalt zwischen der Glasfaserhülse und dem Metallholm wird durch die Verwendung gewisser Klebstoff erreicht, beispielsweise durch ein thermisch härtendes, nicht-flüch-

tiges modifiziertes Epoxyharz, wie ζ. B. AF111, das von der Minnesota Mining & Manufacturing Company hergestellt wird und welches als Film auf den Holm aufgebracht wird, bevor dieser mit der Glasfaserhülse verbunden wird. Solche Klebstoffe geben eine Bindefestigkeit,, die weit besser ist, als sie mit dem Grundierungen erreicht wird, die gemäß der erwähnten US-PS 3 321 019 verwendet werden. Sie ergeben deshalb eine Bindung zwischen Holm und Hülse für bauteile besonderer Art und Anwendungen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß diese seit langem .bekannte Praxis es erfordert, daß zunächst eine geformte Hülse aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt wird, worauf dann ein weiterer Bindevorgang erforderlich ist, bei dem die Hülse und der Holm miteinander verbunden werden.

Demgemäß ist es Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung verschiedener faserverstärkter Luftflügel, wie z. B. Propellerschaufeln, zu schaffen. Dabei soll der Herstellungsaufwand verringert werden, wobei die Festigkeitseigenschaften und die dimensionelle Gleichförmigkeit oder Reproduzierbarkeit des Produkts beibehalten oder sogar verbessert sein sollen.

Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Gegenständen geschaffen, die aus einem faserverstärktem Kunststoff bestehen, der mit einem Metallgegenstand verbunden ist. Die Oberfläche des Metallgegenstandes wird gemäß der Erfindung zunächst mit einem Klebstoff beschichtet, und zwar insbesondere mit einem . thermisch härtenden, nicht-flüchtigen, flüssigen modifizierten Epoxyklebstoff, der nach einer Vorhärtung verbesserte Bindeeigenschaften aufweist. Die Dicke des Klebstoffs kann von 127 bis 1016 um variieren, je nach dem, welche Dicke erforderlich ist, um dimensionelle

Abweichungen des Metalls auszugleichen. Der Klebstoff wird vorgehärtet, worauf eins oder mehrere Schichten von Verstärkungsfasern, wie z. B. ein Glasfasertüch, 5' auf die mit Klebstoff beschichtete Oberfläche des Metallgegenstandes aufgebracht werden. Die Fasern werden vorher oder nachher mit einem flüssigen Kunststoff imprägniert. Vorzugsweise wird der mit Fasern beschichtete Gegenstand in eine Form eingebracht, worauf ein flüssiger Kunststoff, wie z. B. ein synthetisches polymeres Material, beispielsweise ein thermisch härtendes. Harz, in die Form eingeführt wird, wobei die Faserschicht auf dem Gegenstand imprägniert wird. Im Anschluß an die Imprägnierung der Faserschicht wird das polymerisierbar^ Material in der Form ausgehärtet, um den Gegenstand mit der Gestalt dar Form herzustellen. Das Formen der Glasfasern mit dem mit Klebstoff beschichteten Metallgegenstand ergibt eine starke Bindung zwischen den Teilen und hat eine beträchtliche Verringerung des Arbeitsaufwands zur Folge, der bei einem zweiten Bindeverfahren erforderlich ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführ.ungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Luftflügeln, wie z. B. Propellerschaufeln, verwendet. Ein Propellerschaufelvorprodukt wird zunächst dadurch hergestellt, daß ein Metallholm mit dem erforderlichen Klebstoff beschichtet wird, wobei teilweise dimensionelle Abweichungen ausgeglichen werden, das Innere einer Vorproduktform lösbar mit dem Klebstoff beschichtet wird, der Holm in der Form angeordnet wird, der Klebstoff teilweise ausgehärtet wird, ein Schaummaterial eingeführt wird und schließlich der Schaum und der Klebstoff vorgehärtet werden, so daß der Schaum an bestimmten Teilen mit dem Holm verbunden wird

und ^eiⁿ SchaufelVorprodukt entsteht. Das Schaufelvorprodukt wird anschließend mit Verstärkungsfasern umhüllt, beispielsweise mit einem Glasfasertuch, und in eine endgültige Form eingebracht, in welche ein flüssiger Kunststoff, wie z. B. ein thermisch härtendes Harz, eingespritzt und dann ausgehärtet wird, wodurch die Herstellung der Schaufel beendet ist. Die mit Harz imprägnierten Glasfasern werden durch den Klebstoff mit dem Schaum bzw. mit dem Metallholm verbunden. Eine Metallschutzleiste, die ebenfalls auf ihrer inneren Oberfläche mit einem vorgehärteten Klebstoff beschichtet worden ist, kann auf die äußere Oberfläche der Glasfasern aufgebracht werden, bevor diese mit Harz imprägniert werden können. Dadurch wird diese Schutzleiste als integraler Teil in die fertige Schaufel eingebaut.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Propellerschaufel, die durch ein bekanntes Verfahren hergestellt

worden ist;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Propellerschaufel, "die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt worden ist;
Fig. 3 .einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2; Fig. 4 _;eine perspektivische Ansicht eines mit einem

Klebstoff beschichteten Holms; Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Hälfte einer

f\ Y~ O "i~ pTi

mit Klebstoff beschichteten/Form zur Herstellung eines Schaufelvorprodukte;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Schaufelvorprodukts ;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Schaufelvorprodukts mit Faserverstärkung vor dem endgültigen Formen; .

zweite

Fig. 8 einen Querschnitt durch eine zusammengebaute/Form mit einem darin befindlichen Schaufelvorprodukt gemäß Fig. 7 während der ersten Phase des endgültigen Formens; und

Fig. 9 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 8, wobei sich jedoch die Form in der zweiten Phase des endgültigen Formens befindet.

;

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Propellerschaufel 10, die durch ein bekanntes Verfahren hergestellt worden ist. Die Propellerschaufel 10 besitzt eine äußere Hülse 12 aus faserverstärktem Kunststoff, wobei die Hülse durch ,einen Klebstoff 14 mit einem Aluminiumholm.16 verbunden ist, der sich im wesentlichen zentral in der Propellerschaufel erstreckt. Ein leichtes Füllmaterial, wie z. B. ein harter Urethanschaum 17, ist nachträglich im Zwischenraum zwischen der Hülse 12 und dem Holm 16, nachdem diese miteinander verbunden worden sind, 'hergestellt worden. Außerdem ist nachträglich eine Metallschutzleiste auf die Vorderkante der Propellerschaufel 10 mit Hilfe eines Klebstoffs 19 aufgesetzt worden.

Die Hülse aus faserverstärktem Kunststoff wurde vorher durch eine Vakuumsacktechnik auf einer männlichen Hülsenform hergestellt, indem Glasfasern mit einem thermisch härtenden Harz imprägniert wurden und das Harz anschließend ausgehärtet wurde. Die Hülse 12 wird im allgemeinen als einheitliches Bauteil hergestellt und weist an der Vorder- oder Hinterkante einen ausreichend großen Schlitz auf, so daß die Einführung des Holms 16 ermöglicht wird.

-sf-

Üblicherweise wird die Hinterkante über ihre Gesamtlänge mit einem Schlitz versehen und später mit Hilfe eines Klebstoffs 15 geschlossen, nachdem der Holm 16 mit dem darauf befindlichen Klebstoff 14 eingeführt worden ist.

Der Klebstoff 14 wirid dann unter Wärme und Druck ausgehärtet, um die gewünschte Bindung zu erzielen. Ein Bindegemisch aus einem Epoxyharz, einem Polyamidhärter und Toluol wird dazu verwendet, die Oberflächen zu beschichten, welche die Zwischenräume zwischen der Hülse 12 und dem Holm 16 definieren, um den später in diesen Zwischenräumen gebildeten Schaum 17, der beispielsweise durch Eingießen eines flüssigen Schaumungsgemischs und anschließende Wärmehärtung hergestellt wird, mit den angrenzenden Oberflächen zu verbinden. Für das anschließende Aufbringen der Schutzleiste 18 auf die Propellerschaufel ist noch eine beträchtliche Zeit erforderlich.

Im Gegensatz zu dem verhältnismäßig komplizierten bekannten Verfahren zur Herstellung der Propellerschaufel 10 . ist die Propellerschaufel· 30 gemäß Fig. 2 durch das erfindungsgemäße Formungsverfahren hergestellt, das wesentlich weniger Arbeitsaufwand braucht. Die Prope^erschaufel· 30 ist ähnlich wie die bekannte Propellerschaufel 10 aufgebaut und besitzt eine äußere Hülse 32 aus faserverstärktem Kunststoff, die mit einem Aluminiumholm 36 durch einen Klebstoff 34 verbunden ist. Die Zwischenräume zwischen der Hülse 32 aus faserverstärktem Kunststoff und dem Holm 36, die sich vorderhalb und hinterhalb der Holms ° befinden, sind ebenfalls mit einem leichten Füllmaterial·, wie z. B. einem harten Urethanschaum 37, aufgefaßt. Eine Nickelschutzleiste 38 ist mit Hilfe eines Klebstoffs 39 an der Vorderkante der Hülse 32 befestigt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine viel einfachere Herstel·- lung der Properer schaufel· 30 im Verhäitnis zur Propel·- lerschaufel 10, wobei gleichzeitig gewisse Verbesserungen in den Abmessungstoleranzen zwischen aufeinanderföl·-

gend hergestellten Schaufeln erreicht werden.

Fig. 3 zeigt näher die Bindung zwischen dem faserverstärkten Kunststoff der Hülse 32 mit dem Aluminiumholm 36 durch den Klebstoff 34. Die Auswahl des Klebstoffs für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist verhältnismäßig wichtig. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein thermisch härtender, nichtflüchtiger, flüssiger modifizierter Epoxyklebstoff verwendet, und zwar insbesondere derjenige, der durch die Minnesota Mining & Manufacturing Company unter der Bezeichnung EC-2214 R vertrieben wird. Dieser Klebstoff und ähnliche modifizierte Epoxyklebstoffe ergeben,, wenn sie vorgehärtet sind, eine .verhältnismäßig starke Bindung zwischen dem Metall des Holms 36 und dem faserverstärkten Harz der Hülse 32. Dieser Klebstoff 34 erleichtert das Formungsverfahren, bei welchem der Klebstoff 34 zunächst auf das Metall des Holms 36 aufgebracht und dann vorgehärtet wird, und bei welchem hierauf die Faserverstärkung, wie z. B. ein Faserglastuch, auf die mit Klebstoff beschichtete Oberfläche des Holms 36 aufgebracht und mit einem flüssigen Kunststoff, wie z. B.

einem thermisch härtenden Epoxyharz, imprägniert wird, welches anschließend in einer Form mit der gewünschten Gestalt des herzustellenden Gegenstands ausgehärtet wird.

Eine genauere Beschreibung der Herstellung einer Propellerschaufel 30 erfolgt nun anhand der Fig. 4 bis 9, welche die verschiedenen Schritte des Herstellungsverfahrens zeigen. Fig. 4 zeigt einen herkömmlichen Aluminiumholm 36 mit einem Wurzelteil 50 und einem Spitzenteil 52. Der Holm 36 liefert die Hauptfestigkeit der Propeller- ^:: srisufel. 20'. L er 1-iclxv. ?€ ist 'öb§r sej./3.e aes£»+,<:· ,',snv*.-, mit Ausnahme des Wurzelteils 50, mit dem Klebstoff 34 beschichtet. Der Klebstoff 34 ist zweckmäßigerweise mit

Methylethylketon verdünnt und wird durch Sprühen auf den Holm bis zu einer Dicke von ungefähr 76 bis 127 μπα aufgetragen und dann bei einer Temperatur von ungefähr 121⁰C während ungefähr 45 min gehärtet, dann mit Methylethylketon abgewischt und schließlich zur Aufrauhung der Oberfläche sandgestrahlt. Eine weitere Klebstoffschicht 34 wird bis zu einer Dicke von ungefähr 254 bis 305 μπι darübergespritzt. Abschließend kann Klebstoff 34 in Form einer Paste auf den bereits auf der oberen und unteren Oberfläche des Holms 36 befindlichen Klebstoff aufgebracht werden, um jegliche Unebenheiten auszugleichen und die endgültigen Abmessungen so zu gestalten, daß zumin-' dest ein kontinuierlicher Kontakt mit den oberen und unteren inneren Oberflächen einer ersten Form erreicht wird. Die Dicke des Klebstoffs 34 auf diesen oberen· und unteren Oberflächen des Holms 36 liegt im allgemeinen im Bereich von ungefähr 127 bis 1016 μπι oder mehr.

- "

In ähnlicher Weise werden die beiden Hälften einer Propellerschaufelvorproduktform mit 254 bis 305 μπι Klebstoff 34 beschichtet. Eine Hälfte einer solchen Form ist in Fig. 5 dargestellt und mit 60 bezeichnet. Vorher wird auf den Innenraum der Formhälften 60 ein Entformungsmittel aufgebracht, wie z. B. Kanstik LM und dann Arcon 5003. Klebstoff 34, der wie vorher erwähnt mit Methylethylketon verdünnt ist, wird auf das Entformungsmittel innerhalb der Form im wesentlichen über die gesamte Propellerschaufelfläche mit Ausnahme des Wurzelteils 50 aufgespritzt.

Der mit Klebstoff beschichtete Holm 36 von Fig.' 4 wird in die mit Klebstoff beschichteten Formhälften 60 angeordnet, die dann um den Holm geschlossen werden. Eine teilweise Aushärtung des Klebstoffs 34 wird dann durch Erhitzen auf 99°C während ungefähr 30 min erreicht. Der Hohlraum der Propellerschaufelvorproduktform 60 berührt

den Klebstoff 34 auf den oberen und unteren Oberflächen des Holms 36. Jedoch ist der Formhohlraum auf der Vorderseite und Hinterseite der Propellerschaufel wesentlich größer als der Holm, so daß Zwischenräume entstehen·, die ausgeschäumt werden können. Nachdem die Form mit Stickstoff gespült worden ist, wird ein Zweikomponentengemisch zur Herstellung eines harten Urethanschaums 37 angemacht und in die geschlossene Form 60 eingebracht, beispielsweise durch Einspritzen von der Unterseite her, um die nicht vom Holm 36 eingenommenen Zwischenräume aufzufüllen. Der Schaum 37 und der Klebstoff 34 auf dem Holm 3 6 werden abschließend ausgehärtet, beispielsweise durch Erhitzen auf eine Temperatur von 121⁰C während 45. bis 60 min. Die Form wird dann abgekühlt, worauf ein aus Holm und Schaum bestehendes Schaufelvorprodukt 70, welches in Fig. 6 gezeigt ist, aus der Form entnommen werden kann.

Das Propellerschaufelvorprodukt 70 ist nur geringfügig kleiner als die fertige Propellerschaufel 30 und besitzt auf seiner Oberfläche den vorgehärteten Klebstoff 34, und zwar auf seiner gesamten äußeren Oberfläche mit Ausnahme des Wurzelteils 50. Der Klebstoff auf dem Schaumteil 37 wird von der Innenoberfläche der Form 60 auf den Schaum übertragen. Im Bereich des Holms 36 befindet sich an seiner Oberfläche der direkt aufgetragene Klebstoff. Dieser vorgehärtete Klebstoff 34 ist typischerweise mindestens 127 bis 254 ^m dick und kann sogar 1016 μΐη und mehr dick sein, um alle Unregelmäßigkeiten, wie z. B. Kratzer und Lunker, die auf der Oberfläche des Holms 36 vorliegen können, auszufüllen und auszuglätten. Dadurch wird ein Propellerschaufelvorprodukt 70 erhalten, dessen Oberfläehe eine verhältnismäßig hohe Qualität und Genauigkeit aufweist. Der Klebstoff 34 erfüllt dadurch also auch eine Egalisierungsfünktion, so daß Vorprodukte 70 mit einer

reproduzierbaren Form hergestellt werden können. Darüber hinaus schützt der Klebstoff 34 den Holm 36 und den Schaum 37 in gewissem Ausmaß vor Beschädigung bei der Handhabung in den nachfolgenden Stufen des Herstellungsverfahrens .

Der vorgehärtete Klebstoffbelag 34 kann dann mit Methylethylketon durch Abwischen gereinigt und sandgestrahlt werden, um ihn für den nächsten Vorgang vorzubereiten. Der Wurzelteil· 50 des Vorprodukts 70 kann dann in einen nicht dargestellten geeigneten Halter montiert werden, so daß die Faserverstärkung aufgebracht werden kann.

Gemäß Fig. 7 ist das Propellerschaufelvorprodukt mit ein oder mehreren Schichten einer Faserverstärkung versehen worden. Im vorliegenden Fall wurden 4 bis 7 Schichten eines gewebten Faserglastuchs 71, wie z. B.

Style 1581, das von der United Merchants Company erhältlich ist, sehr dicht' um das Propellerschaufelvorprodukt mit dem richtigen Winkel zwischen der Kette und der Propellerschaufelachse, nämlich 35°, gewickelt und mit einer Naht 72 zusammengenäht, um die richtige Lage aufrechtzuerhalten..·Das Glasfasertuch 71 umhüllt den gesamten Schaum 37 und erstreckt sich nach innen bis zum Wurzelteil 50 und ist in Berührung mit dem Klebstoff 34 auf dem Holm 36, so daß also der ganze Schaum eingeschlossen ist. Selbstverständlich können andere hochfeste Verstärkungsfasern, wie z. B. solchen aus Aramid, Graphit, Bor und dgl._y anstelle der Glasfasern 71 eingesetzt werden. Hierauf kann die Nickelschutzleiste 38 auf die Vorderkante des mit Giasfasern bedeckten Vorprodukts " in der Nähe der äußeren Spitze 52 aufgebracht werden, wo es aufgrund federnder Anlage an den Glasfasern haftet.

Diejenigen Oberf lachen, die mit den Glasfasern der Schutzleiste 38 in Berührung kommen, werden vorher mit einem Klebstoff 39 durch Eintauchen beschichtet, bei dem es

sich im wesentlichen um denselben Klebstoff wie den Klebstoff 34 handelt. Gegebenenfalls können Heizdrähte 76 in der Nähe des Wurzelteils 50 des Propellerschaufelvorprodukts auf die Vorderkante aufgebracht und dort vorübergehend mit einem Baumwollfaden befestigt werden.

Gemäß Fig. 8 wird dann das mit Glasfasern bedeckte Propellerschaufelvorprodukt von Fig. 7 in den Hohlraum einer aus zwei Hälften bestehenden Endform 80 eingebracht, wobei auf diese vorher ein geeignetes Entformungsmittel aufgebracht worden ist. In der ersten Phase dieser endgültigen Formung werden die beiden Haften der Form 80 von einem voll offenen Zustand in einen teilweise offenen Zustand gebracht und etwas auf Abstand gehalten, beispielsweise durch zwei oder mehr Abstandhalter 82, die eine Stärke von ungefähr 0,5 mm aufweisen können. Ein komprimierbarer O-Ring 84, der zwischen den Hälften der Form 80 angeordnet ist, dient dazu, die Form in bekannter Weise zu schließen, wenn die beiden Hälften der Form beispielsweise durch geeignete Klammern 86, gegen die Abstandshalter 82 gezogen werden.

Eine nichtgezeigte Vakuumquelle wird an einen öffnung angeschlossen, und der gewünschte flüssige Kunststoff wird dann in den Hohlraum der Form über einen Einlaß 89 eingezogen. Der flüssige Kunststoff ist vorzugsweise ein synthetisches polymerisierbares Material, wie z. B. ein thermisch härtbares Epoxyharz, beispielsweise APCO 434, das durch die Applied Plastics Company vertrieben wird.

Es ist normalerweise schwierig, das hohe Glasfaser/Harz-Verhältnis zu erreichen, welches für verschiedene Luftschaufeln, beispielsweise Propellerschaufeln, erforderlich ist, insbesondere, wenn dei Anzahl der Glasfaserschichten hoch ist. Durch die Verwendung der Abstands-

ρ ■ · β » ■ »

halter 82 gemäß dem vorliegenden Verfahren wird eine vollständige Benetzung aller Schichten der Glasfasern 71 rasch und leicht erreicht, auch bei Harzen mit höherer Viskosität, wie sie normalerweise nicht verwendet werden.

Wenn gemäß Fig. 9 das Einbringen des Harzes zu Jünde ist, werden die Abstandshalter 82 entfernt, worauf die· Form 80 vollständig geschlossen wird. Das überschüssige Harz wird aus dem Hohlraum der Form durch den Vakuumanschluß 88 und den Einlaß 89 ausgequetscht. In dieser Phase des endgültigen Formens, bei welcher die Form 80 vollstän-. dig geschlossen ist, definiert der Hohlraum der Form sehr genau und dauerhaft die Geometrie der resultierenden Propellerschaufel 30. Um das Harz zu polymerisieren und damit auszuhärten, wird es innerhalb der Form 80 annähernd 45 bis 60 min auf eine Temperatur von ungefähr 121⁰C erhitzt. Dieses Aushärten des Harzes in den Glasfasern ergibt eine faserverstärkte Hülse 32, welche eine besonders starke Bindung mit dem vorgehärteten Klebstoff 34 und somit mit dem Holm 36 bildet. Eine ähnliche Bindung wird zwischen der Hülse 32 und dem Schaum 37 durch den Klebstoff 34 in diesem Bereich erzielt. Zusätzlich wird die Hülse 38 durch die Wirkung des Klebstoffs 39 fest mit der Hülse 32 verbunden. Die Form 80 wird abgekühlt und die Propellerschaufel 30 wird in der endgültigen Form entnommen. Im allgemeinen verbleiben nur sehr geringfügige Preßfahnen an der Mittellinie, welche leicht entfernt werden können.

Die Erfindung wurde anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, aber es ist für Fachleute klar, daß verschiedene Änderungen und Weglassungen in der Form und im Detail gemacht werden können, ohne daß vom Bereich der Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise kann das

Imprägnieren der Vers.tarkungsfaser mit flüssigem Kunststoff auf anderem Wege als durch Einspritzen bzw. Einsaugen in die Form erfolgen. Beispielsweise kann das Glasfasertuch mit Epoxyharz vorimprägniert und dann teilweise ausgehärtet werden, bevor es auf das Vorprodukt aufgebracht wird. Weiterhin kann das Harz mit Hilfe einer Bürste oder eines Pinsels auf das auf dem Vorprodukt befindliche Glasfasertuch aufgebracht und dann in der Form ausgehärtet werden. Diese Techniken können jedoch etwas aufwendiger sein als das bevorzugte Verfahren.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines Luftflügels, gekennzeichnet durch folgende Stufen:
Beschichten der äußeren Oberfläche eines Holms mit einem härtbaren Klebstoff;
Aufbringen einer abtrennbaren Beschichtung aus einem härtbaren Klebstoff auf die innere Oberfläche einer ersten Form; . '

Anordnen des beschichteten Holms in der Form, wobei die innere Oberfläche der Form von mindestens einem Teil des beschichteten Holms einen Abstand aufweist, so daß ein Zwischenraum definiert wird; Einführen eines härtbaren leichten Füllmaterials in den Hohlraum der Form;

Vorhärten des härtbaren Klebstoffs und des leichten Füllmaterials in der Form, so daß ein Luftflügelvorprodukt entsteht, bei dem das Füllmaterial mittels Klebstoff mit dem Holm verbunden ist und das einen Klebstoffbelag auf der äußeren Oberfläche aufweist; Einhüllen im wesentlichen des gesamten Luftflügelvorproduktes mit einem Faserverstärkungsmaterial, das mit einem synthetischen polymeren Material imprägniert ist und das sich in einer zweiten Form mit der gewünschten Gestalt befindet; und Aushärten des synthetischen polymeren Materials, mit welchem das Verstärkungsmaterial imprägniert ist in ci_er zweiten Form, wobei ein Luft flügel mit der gewünschten Gestalt entsteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Einhüllens dea Vorprodukts in das Verstärkungsmaterial, welches mit dem polymeren Material imprägniert ist und welches sich in der zwei-

ten Form befindet, durch folgende Maßnahmen erfolgt:

Einhüllen im wesentlichen des gesamten Luftflügelvorprodukts mit dem Verstärkungsmaterial in der gewünschten Stärke;

anschließendes Anordnen des mit Verstärkungsmaterial bedeckten Luftflügelvorprodukts in der zweiten Form; und

anschließendes Einführen des polymeren Materials in die zweite Form, um das Verstärkungsmaterial, welches das LuftflügelVorprodukt bedeckt, zu imprägnieren.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Form aus einem Paar Formhälften besteht, die zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegbar sind, wobei sie in geschlossenem Zustand einen Formhohlraum definieren, der ge- nau dem gewünschten Luftflügel entspricht und wobei das Anordnen des mit Verstärkungsmaterial bedeckten Luftflügelvorprodukts in der zweiten Form und das Einführen des polymeren Materials in die Form dadurch erfolgt, daß die zweite Form in einem teilweise offenen Zustand gehalten wird, während mit Hilfe einer komprimierbaren Dichtung der Formhohlraum, in dem sich das mit Verstärkungsmaterial bedeckte Luftflügelvorprodukt befindet, abgedichtet wird, eine ausreichende • Menge des synthetischen polymeren Materials in den Formhohlraum eingebracht wird, während die zweite Form noch teilweise offen ist, und dann die Formhälften geschlossen werden und das polymere Material ausgehärtet wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Holm aus Metall besteht, die äußere Oberfläche des Holms und die innere Oberfläche der Form mit dem gleichen Klebstoff beschichtet werden, der Klebstoff ein thermisch härtendes, nicht-flüchtiges, flüssiges modifiziertes Epoxyharz ist, das Füllmaterial ein harter Urethanschaum ist, das Faserverstärkungsmaterial aus Glasfasern besteht und das synthetische polymere Material ein thermisch härtendes Epoxyharz ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander gegenüberliegende Teile der äußeren Oberfläche des Holms von der inneren Oberfläche der ersten Form einen Abstand von mindestens ungefähr 127 μΐη aufweisen und die Klebstoff beschichtung auf dem Holm an den genannten Oberflächenteilen so dick ist, daß sie zumindest ausreicht, die Innere Oberfläche der ersten Form zu berühren.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Holms und die innere Oberfläche der ersten Form mit einem Klebstoff beschichtet werden, indem der Klebstoffbelag mit einer Dicke von mindestens ungefähr 127 μπι auf dem Holm und mindestens ungefähr 254 μπι auf die innere Oberfläche der Form aufgebracht wird, so daß der Klebstoffbelag auf der äußeren Oberfläche des Luftflügelvorprodukts nach dem Aushärten mindestens ungefähr 127 μπι dick ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Holm mit Klebstoff beschichtet wird, indem der Klebstoff als innerer Belag aufgebracht wird, wobei der innere Belag ungefähr 76,2 bis 127 μπι dick

ist, der erste Klebstoffbelag ausgehärtet wird, und Klebstoff als äußerer Belag auf den inneren Belag aufgebracht wird, wobei der äußere Belag mindestens 254 μΐη dick ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoffbelag auf der äußeren Oberfläche des Holms und der inneren Oberfläche der ersten Form aus dem gleichen Klebstoff bestehen, wobei der Klebstoff ein thermisch härtender, nicht-flüchtiger, flüssiger modifizierter Epoxyklebstoff ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff zur Herstellung der Beläge aufgesprüht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Glasfaserverstärkungsmaterial mehrere Schichten eines Glasfasertuchs verwendet werden.
11. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Holm ein Wurzelende und ein Spitzenende aufweist, wobei sich der Schaum über den größten Teil des Holms · mit Ausnahme des Wurzelendes erstreckt, und daß das Glasfasermaterial aus einem Glasfasertuch besteht, wobei das Tuch die Gesamtheit des Schaums bedeckt und

sich in Richtung des Wurzelendes des Holms über den on sich

^ύυ · Schaum hinaus erstreckt und/mit dem Klebstoffbelag auf dem Holm in der Nähe des Wurzelendes in Berührung befindet, wodurch der Schaum von der Umgebung abgeschlossen wird.

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12. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands aus einem faserverstärkten Kunststoff, der mit einem Metallgegenstand verbunden ist, gekennzeichnet durch die fol-

genden Stufen:

Beschichten einer Oberfläche des Metallgegenstandes mit einem härtbaren Klebstoff, wobei der Klebstoff aus einem Epoxyharz besteht;

Vorhärten des Klebstoffs, der den Gegenstand bedeckt; Aufbringen mindestens einer Schicht einer Faserverstärkung, die mit einem synthetischen polymeren Material imprägniert ist, auf die mit Klebstoff beschiehtete Oberfläche des Gegenstands innerhalb einer Form · mit der gewünschten Gestalt; und Aushärten des synthetischen polymeren Materials, mit dem die Faserschicht imprägniert ist, innerhalb der Form, um einen Gegenstand mit der gewünschten Gestalt herzustellen.
13, Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen mindestens einer Schicht aus Verstärkungsfasern, die mit dem polymeren Material imprägniert sind, auf die mit Klebstoff beschichtete Oberfläche des Gegenstandes in der Form durch folgende Stufen erfolgt:

Aufbringen mindestens einer Schicht der Verstärkungsfaser auf die mit Klebstoff beschichtete Oberfläche des Gegenstandes;

Anordnen des mit Fasern beschichteten Gegenstandes in der Form; und

Einführen des synthetischen polymeren Materials in die Form, um die Faserschicht auf dem Gegenstand zu

SQ imprägnieren.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff des Belags aus einem thermisch härtenden, nicht-flüchtigen, flüssigen modifizierten

Epoxyharz besteht.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Klebstoffbelags auf dem Metall-5 gegenstand mindestens ungefähr -127 μπι beträgt.