DE3145698A1

DE3145698A1 - Vorrichtung zum fertigen von bauteilen aus faserverstaerkten werkstoffen

Info

Publication number: DE3145698A1
Application number: DE19813145698
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing.(grad.) 7951 Warthausen Kölbel; Hans-Dieter 7959 Burgrieden Spiller; Richard Ing.(grad.) 7950 Biberach Vogel
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1981-11-19
Filing date: 1981-11-19
Publication date: 1983-05-26

Description

Vorrichtung zum Fertigen von Bauteilen aus faserverstärkten
Werkstoffen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Fertigen von Bauteilen aus faserverstärkten werkstoffen oder Bauteilen aus anderen Werkstoffen, die unter Vakuum verklebt, ausgehärtet und ähnliche Fertigungsverfahren mit Druck - beaufschlagt werden, gemäB dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bauteile aus faserverstärkten Werkstoffen, so z.B. mit einem Bindemittel getränkten Glasfaserlaminatenoder dergleichen, werden heutzutage in einer Vielzahl von technischen Bereichen eingesetzt. Solche Bauteile haben gegenüber solchen aus herkömmlichen Werkstoffen den Vorteil geringen Gewichts und oftmals auch größerer mechanischer Festigkeit. Ein wichtiges Einsatzgebiet derartiger Bauteile ist z.B. der Flugzeugbau, wo Fenster oder Türrahmenverkleidungen und Verkleidungen sowie Rohre,z.B.
für Klimaanlagen aus faserverstärkten Werkstoffen hergestellt werden.
Eine bekannte Vorrichtung zum Fertigen von Bauteilen aus faserverstärkten Werkstoffen weist eine Preßform mit einem Formkörper auf, der an die Form des zu fertigenden Bauteils angepaßt ist. Auf den Formkörper werden dann die faserverstärkten Werkstoffe, so z.B. imprägnierte Glasfaserlaminatmatten aufgelegt. Ober diese Anordnung wird nun eine Folie gelegt, die mit ihren Rändern über die Bauteilbegrenzung herausragt und dort mit einem Klebemittel, so z.B. einer Klebeschnur aus Silan mit der Preßform vakuumdicht verklebt wird. Die Folie weist einen Vakuumanschluß auf, der zu einer Pumpe führt.Aus dem annähernd gasdichten Raum zwischen F6btpreBkörper und faserverstärktem Werkstoff für das Bauteil wird nun die Luft abgesaugt, so daß sich die Folie auf den faserverstärkten Werkstoff legt und diesen gegen den Formkörper der Preßform preßt. Anschließend wird das Bauteil z.B. in einem Autoklaven unter Erhaltung des Preßdruckes ausgehärtet.
Beim Absaugen der Luft aus dem Raum zwischen Folie, Preßform und faserverstärktem Werkstoff verknittert die Membran stark, wodurch deren auf den faserverstärkten Werkstoff drückende Unterseite sehr unregelmäßig ausgestaltetwird. Allerdings sind diese Unregelmäßigkeiten nicht so groß, daß dadurch die Struktur des Bauteiles negativ beeinflußt würde.
Ein hauptsächlicher Nachteil des geschilderten Fertigungsverfahrens liegt darin, daß durch das Aufkleben der Folie an deren Rand auf die Preßform die Folie praktisch nur für die Herstellung eines einzigen Bauteiles verwendet werden kann. Ist das Bauteil fertiggestellt, so muß die Klebverbindung zwischen Folie und Preßform aufgebrochen werden und anschließend auch die Preßform selbst von dem Klebstoff gereinigt werden. Sollte die Folie nochmals verwendet werden sollen, so müßte auch diese Folie gereinigt werden. Diese Reinigungsarbeiten sind jedoch so zeitautwendig, daß es in der Regel vorgezogen wird, zur Herstellung eines weiteren Bauteiles eine neue Folie zu verwenden. Außerdem kann bei einer bereits einmal verwendeten Folie nicht ausgeschlossen werden, daß die Folie durch die erwähnte Verknitterung nicht meh-r gasdicht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der in Frage stehenden Art zum Fertigen von Bauteilen aus faserverstärkten Werkstoffen anzugeben, mit der Bauteile unabhängig von deren Form paßgenau hergestellt werden können und bei der die dazu verwendete Folie mehrfach genutzt werden kann.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Demgemäß wird eine Folie bzw. Membran verwendet, die an die Form des Bauteiles angepaßt ist und die längs ihres gesamten Randbereiches ein Dichtprofil aufweist, der auf Seiten der Preßform ein entsprechender Profilsitz zugeordnet ist.
Durch das Vorformen der Membran wird diese beim Pressen des Bauteiles nicht mehr zerknitt1ert, sondern liegt glatt über dem zu fertigenden Bauteil. Durch das umlaufende Dichtprofil dem in der Preßform vorgesehenen Profilsitz wird der Unterdruckraum zwischen Membran , Bauteil und Preßform ohne zusätzliche Hilfsmittel, wie Verklebungen oder dergleichen, nach außen gasdicht abgedichtet.
Aufgrund dieser beiden Merkmale kann ein und dieselbe Membran mehrmals zur Fertigung von Bauteilen verwendet werden; Versuche haben gezeigt, daß solche Membranen aus elastischem Silikon-Kautschuk ohne weiteres 50mal verwendet werden , ohne daß sich negative Veränderungen bemerkbar machen.
Auch wenn eine solche Membran in der Herstellung teurer ist als die bisher verwendete Folie, so wird dieses durch die mehrfache Verwendungsmöglichkeit mehr als wettgemacht. Für /z.B.
die Fertigung von Halbrohren sind die höheren Ersteilungskosten für eine vorgeformte und selbstdichtende Membran bereits /ca.
nach zehn Fertigungszyklen amortisiert; danach wird die Fertigung mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung billiger gegenüber dem obigen erwähnten Verfahren mit jeweils einer neuen Folie für jedes zu fertigende Bauteil.
Der gasdichte Sitz der Membran auf Bauteil und Preßform kann noch verbessert werden, wenn die Form dieser beiden Teile zu einem Preßsitz führt, vorzugsweise sind hierzu Dichtprofil und Profilsitz im Querschnitt konisch ausgebildet.
Die Abdichtung zwischen Membran und Preßform im Bereich des Dichtprofils kann dadurch verbessert werden, daß der Profilsitz mit einem Vakuumanschluß zu versehen, über den der freibleibende Raum zwischen Profilsitz und Dichtlippe evakuiert werden kann, so daß hierdurch die Dichtlippe fest in den Profilsitz eingesaugt wird.
Im übrigen könnte dieser Vakuumanschluß auch zur Erzeugung des Unterdruckes zwischen Me..Oran, Bauteil und Preßform dienen.
Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der einzigen Figur näher erläutert, in der eine geschnittene perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Fertigen von Bauteilen, und zwar in diesem Falle eines Halbrohres aus faserverstärkten Werkstoffen dargestellt ist.
Die Vorrichtung weist enle Preßform 1 bestehend aus einer Grundplatte 2 und einem Formkörper 3 auf, der entsprechend des zu fertigenden Halbrohres die Form eines vollen Halbzylinders hat. Die Preßform 1 ist z.B. aus Stahl.
Auf diesen Formkörper 3 wird ein Glasfaserlaminat 4 mit der Form des zu fertigenden Halbrohres aufgelegt. Das Glasfaserlaminat 4 umgibt die äußere Zylinderoberfläche des Formkörpers und weist zu beiden Seiten noch zwei Flansche 5 auf, die auf der Grundplatte 2 der Preßform anliegen.
Auf die so vorbereitete Preßform wird eine vorgeformte Membran 6 aus elastischem Silikon-Kautschuk gestülpt. Diese Membran 6 ist so vorgeformt, daß sie direkt auf dem Glasfaserlaminat 4 und den Flanschen 5 aufliegt, sowie an den beiden Stirnseiten des Formkörpers 3 anliegt. Die Membran 6 überlappt die beiden Flansche 5 des Glasfaserlaminats und liegt mit ihrem umlaufenden Randbereich 7 auf der Grundplatte 2 der Preßform 1 auf. In diesem Randbereich 7 weist die Membran eine gegen die Grundplatte 2 der Preßform 1 gerichtete, sich nach unten konisch verjüngendes Dichtprofil 8 auf, die in einen entsprechend geformten konischen Profilsitz 9 in der Grundplatte 2 eingreift. Dichtprofil 8 und Profilsitz 9 verlaufen in einer geschlossenen Schleife längs des Randbereiches 7 der Membran um den Formkörper 3 mit dem belegten Glasfaserlaminat 4 herum.
Durch die in den Profilsitz 9 eingreifende Dichtlippe 8 wird der Raum zwischen Membran, Preßform und Glasfaserlaminat nach außen gasdicht abgeschlossen.
Zum Evakuieren dieses Raumes weist die Membran 6 einen Vakuumanschluß 10 auf, der in diesem Falle am Scheitel der Membran -wölbung oberhalb des Formkörpers 3 angebracht oder in das Werkzeug integriert ist. Dieser Vakuumanschluß 10 ist mit einer nicht dargestellten Pumpe verbunden, durch die die Luft aus dem erwähnten Raum zwischen Membran, Preßform und Glasfaserlaminat herausgesaugt wird.
Durch den dabei entstehenden Unterdruck wird das Glasfaserlaminat 4 mit den Flanschen 5 zwischen Formkörper 3 bzw. Grundplatte 2 und Membran 6 eingepreßt. Durch den Unterdruck wird hierbei die Preßkraft bestimmt. Lufteinschlüsse innerhalb des Glasfaserlaminats werden auf diese Weise herausgedrückt und von der Pumpe abgesaugt. Das derart gepreßte Glasfaserlaminat kann dann z.B. in einem Autoklaven oder Umluftofen ausgehärtet werden.
Ist die Aushärtung abgeschlossen, so wird die Membran und anschließend das jetzt fertige Bauteil, d.h. ein Halbrohr, von der Preßform abgenommen. Das fertige Bauteil kann mit einem weiteren ebenso hergestellten zu einem Vollrohr ergänzt werden, wobei die beiden Halbrohre im Bereich der Flansche 5 miteinander verbunden werden.
Der gasdichte Sitz der Membran 6 auf der Preßform kann noch dadurch verbessert werden, daß von dem konischen Profilsitz 9 ein Vakuumanschluß 11 abgezweigt wird, der zu einer wiederum nicht dargestellten Pumpe führt. Durch Einschalten der Pumpe kann dann in dem freien Raum zwischen dem Boden des Profilsitzes und der Dichtlippe 8 ein Unterdruck erzeugt werden, durch den die Dichtlippe 8 fest in den Profilsitz 9 gezogen wird. Anstatt für diesen Zweck einen eigenen Vakuumanschluß 11, wie gezeigt,vorzusehen, wäre es auch möglich, den erwähnten Hohlraum zwischen Dichtlippe und Profilsitz 9 durch die mit dem Vakuumanschluß 10 der Membran verbundene Pumpe zu evakuieren. Hierzu können, wie auf der rechten Seite der Figur angedeutet, in der Dichtlippe 8 mehrere Schlitze 12 an der Innen- seite der Dichtlippe 8 vorgesehen werden, die den erwähnten Hohlraum mit dem zu evakuierenden Zwischenraum zwischen Membran , Preßform und Bauteil verbinden. Auf diese Weise wird lediglich ein einziger Vakuumanschluß benötigt, über den beide Räume evakuiert werden. Im Prinzip ist es dabei gleichgültig, ob dieses der Vakuumanschluß 10 an der Membran oder der Vakuumanschluß 11 am Dichtprofil ist.
Obwohl für dieses Ausführungsbeispiel ein positiver, d.h.
konvexer Formkörper 3 verwendet worden ist, ist es auch möglich, konkave Formen zur Herstellung konkaver Bauteile zu verwenden. Die Membran muß dann natürlich entsprechend konkav vorgeformt werden.
L e e r s e i t e

Claims

Vorrichtung zum Fertigen von Bauteilen aus faserverstärkten Werkstoffen P a t e n t a n s p r ü c h e Vorrichtung zum Fertigen von Bauteilen aus faserverstärkten Werkstoffen mit einer Preßform, die einen Formkörper in Form des zu fertigenden Bauteiles aufweist, auf den der faserverstärkte Werkstoff für das Bauteil auflegbar ist; ferner mit einer den faserverstärkten Werkstoff für das Bauteil überdeckenden und an den Rändern überlappenden Folie, die in ihrem überlappenden Randbereich gegenüber der Preßform abdichtbar ist, und mit einem Vakuumanschluß zum Erzeugen eines Unterdrucks im Raum zwischen Folie, Preßform und faserverstärktem Werkstoff und damit zum Pressen des faserverstärkten Werkstoffs zwischen Formkörper und Folie, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Folie als der Bauteilform (3) angepaßte vorgeformte Membran (6) ausgebildet ist, die in ihrem über den faserverstärkten Werkstoff (4, 5) für das Bauteil hinausragenden Randbereich (7) ein um das zu fertigende Bauteil (4, 5) umlaufendes, gegen die Preßform (1) gerichtetes Dichtprofil (8) aufweist, und daß die Preßform einen an die Dichtprofilform angepaßten Profilsitz (9) zur Aufnahme des Dichtprofiles (8) bei auf die Preßform aufgesetzter Membran zur Abdichtung des Raumes zwischen Membran, Preßform und faserverstärktem Werkstoff aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtprofil (8) und Profilsitz (9) jeweils einen konischen Querschnitt aufweisen.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Dichtprofil (9) ein Vakuumanschluß (11, 12) mündet, um über einen zu erzeugenden Unterdruck das Dichtprofil (8) in den Profilsitz (9) einzusaugen.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (6) mit einem Vakuumanschluß (10) versehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (6) aus Silikon-Kautschuk gefertigt ist.