DE3418110C2

DE3418110C2 - Verfahren zur Herstellung von ausgesteiften, tragenden Strukturen aus faserverstärktem härtbaren Kunststoff

Info

Publication number: DE3418110C2
Application number: DE19843418110
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 7997 Immenstaad Rose
Original assignee: Dornier GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1984-05-16
Filing date: 1984-05-16
Publication date: 1986-04-03
Also published as: DE3418110A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von ausgesteiften, tragenden Strukturen aus faserverstärktem Kunststoff und Mitteln zur Durchführung des Verfahrens, wobei die Stegabschnitte (2', 10 bzw. 14, 16) und die Versteifungsabschnitte (11 bzw. 17, 18) der aus einem Grundgelege (G) und einem Versteifungsgelege (V) gebildeten Bauteile (1 bzw. 4) zum Aushärten in einem Autoklaven mittels halbstarrer, elastischer, jedoch entsprechend den herzustellenden Bauteilen (1 bzw. 4) formstabiler Druckformteile (20) über Druckformteile (30) aus thermoexpansivem, kaltaushärtendem Kunststoff druckbeeinflußbar sind.

Description

a) Aufbau eines plattenförmigen (paneelartigen) Werkstück-Grundgeleges (G) durch Ablegen von Prepreg-Schichten (Fs) aufeinander,

b) Aufbau von Versteifungsgelegen (V) durch Ablegen von Prepreg-Schichten (Fs) aufeinander, wobei die Gelege (V) Versteifungsabschnitte (10,11; 14,15; 16,17,18) aufweisen,

c) Ablage der Versteifungsgelege (V) auf das Grundgelege (G) unter Anlage von einander benachbarten Versteifungsabschnitten (11; 15, 17,18) zur gemeinsamen Bildung des Werkstükkes im nichtausgehärtetew Zustand.

d) Einsatz von Druckformteilen (20) in die Profilvertiefungen (X)der Werkstückgelege (V, G),

e) Ausfüllen der Profilvertiefungen (X') der Druckformteile (20) mittels elastisch verformbarer L/ruckformteile (30) und

Aushärtung der = on del Fertigungsmitteln (50; 20; 30; 51; 54) aufgenommenen Werkstückgelege (G, V) mittels Wärme jnd Druck in einem Autoklaven.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Aufbau des Grundgeleges (G) durch Ablegen von Prepreg-Schichten (Fs) aufeinander,

b) ebener Aufbau der Versteifungsgelege (V) durch Ablegen von Prepreg-Schichten (Fs) aufeinander,

c) Umformen der ebenen Versteifungsgelege (V) um die Druckformteile (20,30),

d) Ablage der umgeformten Versteifungsgelege (V) auf dem Grundgeiege (G) gemeinsam mit den Druckformteilen (20, 30) zur Bildung der Werkstückversteifungen (3; 5,6) und

e) Aushärten der Gelege (V, G) mittels Druck- und Wärmebeaufschlagung in einem Autoklaven.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) ebener Aufbau des Grundgeleges (G) durch Ablegen von Prepreg-Schichten (Fs) aufeinander.

b) ebener Aufbau der Versteifungsgelege (V) durch Ablegen von Prepreg-Schichten (Fs) aufeinander,

c) Umformen der ebenen Versteifungsgelege (V) um die Druckformteile (20,30),

d) Ablage der umgeformten Versteifungsgelege (V)gemeinsam mit den Druckformteilen (20,30) auf eine Positionierungsvorrichtung,

e) Umformen des eben abgelegten Grundgeleges

(G) über den auf der Positionierungsvorrichtung abgelegten Versteifungsgelegen (V) und
f) Aushärten der Gelege (V, G) mittels Druck- und Wärmebeaufschlagung in einem Autoklaven.

4. Fertigungsmittel zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprächen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckformteile (20) als fo-mgebende Elemente aus mit unidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern und bzw. oder orthogonalem Versteifungsgewebe armiertem gummiartigem ausvulkanisiertem Werkstoff und die Druckformteile

(30) aus kaltaushärtendem, thermoexpansivem Silikonkautschuk bestehen.

5. Fertigungsmittel nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Druckformteile (20) eine dem Versteifungsgelege (V) entsprechende Profilform mit Stegabschnitten (21) und Schenkelabschnitten (22,22') aufweisen.

6. Fertigungsmittel nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (21. 22) der Druckformteile (20) im ausvulkanisierten Zustand unter Temperatur- und Druckbeaufschlagung durch entsprechende Orientierung der Verstärkungsfasern bzw. des Gewebes nur in Druckübertragungsrichtung 2uf das Werkstückgelege (V, G) iängenänderbar sind.

7. Fertigungsmittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckformteile (30) in Werkstücklängsrichtung verlaufende Versteifungsprofile

(31) aufweisen.

8. Fertigungsmittel nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckformteile (20) und die Druckformteile (30) gemeinsam mittels Abdichtmitteln (51, 54) gegenüber der frei im Autoklavraum Hegenden Fläche (F) der Formmulde (50) abgeschlossen sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung ausgesteifter, tragender Strukturen aus faserverstärktem härtbaren Kunststoff, wobei die wesentliche Vektorkomponente der Versteifungen senkrecht zur Werkstückebene steht und wobei mehrere, mit härtbarem Matrixmaterial imprägnierte Faserlagen (Prepregs) ;iufeinandergeschichtct und unter Druck und Wärme in einem Autoklaven ausgehärtet werden.

Bauteile oder deren Komponenten, beispielsweise für den Flugzeugbau, sind äußeren Belastungen ausgesetzt. aus diesen äußeren Belastungen resultieren innere Beanspruchungen des für die Teile verwendeten Werkstoffs. Bauteilversagen bei statischen Beanspruchungen der Teile tritt auf, wenn die Werkstoffestigkeit erschöpft ist (Festigkeitsversagen) bzw. wenn die »kritische Ballast«, die allein von geometrischen Gegebenheiten und Elastizitätsmoduli abhängt, von den auftretenden Beanspruchungen übertroffen wird (Stabilitätsversagen).

Die Notwendigkeit, das Festigkeits- und Stabilitätsversagen in Relation zur vorhandenen Beanspruchung mit etwa stets gleicher Sicherheit auszuschließen, führt bei allen Leichtbaukonstruktionen zu ausgesteiften Strukturen.

Durch Stabilitätsversagen bedrohte Strukturen werden in ihren »kritischen Beullasten« durch Versteifungselemente verstärkt. Diese Versteifungselemente sind im allgemeinen parallel und bzw. oder senkrecht /ur

Hauptkraftrichtung und im allgemeinen normal zur Beanspruchungsebene angeordnet. Beispielsweise erhalten Schalen von Tragflügeln als Strukturelemente des Flugzeugbaues Stringer parallel und Rippen oder Rippenfüße senkrecht zur Kraftrichtung. Zugehörige Holme werden mit Beulsteifen parallel zur Querkraft-Schubrichtung bzw. senkrecht zur Biegespannungsrichtung versehen. Bei Flugzeugrümpfen werden Stringer parallel bzw. Spanten senkrecht zur Kraftrichtung vorgesehen.

Die Querschnittsforrn der Versteifungselemente ist dabei vielfältig. Sie hängt ab von der Belastungshöhe und häufig auch von den Fertigungsmöglichkeiten.

Als Werkstoff für derartige Strukturen sind neben die üblichen Leichtmetalle wie Aluminium, Titan oder dergleichen in neuerer Zeit faserverstärkte Kunststoffe getreten. Das Interesse an diesen Werkstoffen resultiert aus deren besonderer Eigenschaftskombination von geringem Gewicht und hoher Steifigkeit bzw. Festigkeit Die Eigenschaften ergeben sich aus dtr Verwendung der Fasern, die beispielsweise aus Glas, K' hlenstoff oder Bor bestehen können.

Bei der Verwendung von faserverstärkten Kunststoffen ist zur Herstellung von Bauteilen bzw. Werkstücken als Herstellungsverfahren allgemein bekannt, mehrere Lagen, gebildet aus mit Matrixmaterial vorimprägnierten Fasern (sogenannte Prepregs) aufeinander zu schichten und danach durch Wärme und Druck in Autoklaven weiterzubehandeln. Diese Technik wird allgemein auch als Vakuum-Technik bezeichnet.

Ivs ist ferner eine Technik bekannt geworden, bei der die aus mehreren Lagen vorimprägnierten Fasermaterials aufgebauten Werkstücke von einem hermetisch abschließbaren, starren Gehäuse aufgenommen werden, wobei das Werkstück allseitig von einem den Innenraum des Gehäuses ausfüllenden, temperaturexpansiven, gummiförmigen Material umgeben ist. daß bei Erwärmung allseitig eine Druckwirkung auf das Werkstück ausüb.. Diese Technik wird allgemein auch als TEM-Technik bezeichnet.

Die vorimprägnierten Faserschichten können sowohl eine unidirektionale als auch eine multidirektionale (orthogonale) Ausrichtung aufweisen, wobei für die letztgenannte Faseranordnung auch Gewebe benutzt werden könne;!. Bei dem erfindungsgt;näßen Verfahren sind beide Anordnungsmöglichkeiten der Faserschichten einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nach der sogenannten »insitu-Fertigungsart« gegenüber dem bisher Bekannten versteifte Strukturen aus faserverstärktem Kunststoff als Monolich, vergleichbar integraiversteiften Metallstrukturen bei verbesserter Bauteilqualität und gleichzeitig vereinfachtem und funktionssicheren Herstellungsverfahren, sowie mittels vereinfachter Fertigungsmittel herzustellen.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem gattungsgemä-Cen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. den Fertigungsmitteln wird eine Reduzierung der Anzahl der bisher üblichen, notwendigen Fertigungsmittel, z. B. die Verwendung von Umformkernen, Gelegeverpackungen sowie aussteifende Führungsleisten und Vorrichtungen zur Fixierung der Werkstückgelege erreicht. Ferner ergibt sich bereits beginnend mit dem Umformen der Ver- es steifungsgelege und enJt.nd mit der Vakuumverpakkung des von den Fertigungsmitteln aufgenommenen Bauteilgeleges eine wesentlich vereinfachte Handhabung.

Es ergibi sich ferner gegenüber bisher bekannten ma unabhängigen Umformkernen arbeitenden Verfahren, eine wesentlich verringerte Anzahl von Verfahrensschritten. Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit der besonderen Ausbildung der Fertigungsmittel ein vereinfachtes und sicheres Vakuum-Abdichten aufgrund der stetigen, freien Oberfläche des aufgenommenen Bauteilgeleges, da Störstellen durch Positionierungs- und Haltevorrichtungen vermieden werden.

Die erfindungsgemäßen Fertigungsmittel erfüllen eine Reihe von Funktionen während der Bauteilherstellung. Sie dienen einerseits als Umformwerkzeug für die Versteifungsgelege und gleichzeitig zum Konturzuschnitt. Sie dienen außerdem zur Positionierung der Versteifungsgelege auf dem Grundgelege und ferner als Halte- und Fixiervorrichtung für die Versteifungsgelege während der Autoklavfahrt Eine wesentliche Funktion erfüllen die Fertigungsmittel auch diu._-h die Bildung einer stetigen, freien Oberfläche gegenüber dem Autoklavraum.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich a^s der Verwendung billiger Fertigungsmittel, sowie durch eine gegenüber dem Bekannten gesteigerte Bauteilgüte und eine reduzierte Ausschußquote infolge Beschädigung der Vakuumverpackung.

Anhand von Zeichnungen sind in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung zwei Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

F i g. 1 in Perspektive als Ausführungsbeispiel eines herzustellenden Bauteiles, die versteifte Beplankung eines Flugzeugtragflügelelementes,

Fig. 1a in Perspektive als weiteres Ausführungsbeispiel für ein herzustellendes Bauteil einen Holm für einen Flugzeugtrzgflügel,

Fig 2 in schematischer Darstellung eine Auswahl möglicher Querschnittsformen der Versteifungselemente ar> Bauteilen gemäß F i g. 1 bzw. 1 a,

F i g. 3 in Perspektive einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Tragflügelelement gemäß Fig. 1.

F i g. 3a in einem vergrößerten Ausschnitt uus F i g. 1 bzw. F i g. 3 den Werkstück-Gelegeaufbau, schematisiert dargestellt,

F i g. 3b in einem vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 1 bzw. Fig. 3 den Werkstück-Gelegeaufbau, in Verbindung mit einem Aufdickungsgelege,

F i g. 4 in einem Ausschnitt, perspektivisch dargestellt, den Gelegeaufbau gtmäß F i g. 3 bzw. 3b und der aufgenommenen Fertigungsmittel,

F i g. 4a den Gelegeaufbsu eines Teils der Fertigungsmittel in ebener Ablage,

Fig.4b das Fenigungsmittel-Gelege in umgeformtem Zustand,

F1 g. 4c das Fertigungsmittel-Gelege gemäß F i g. 4b, eingesetzt in das Werkstück-Gelege gemäß F i g. 3, 3a bzw. 3b,

F i g. 4d ein weiteres Fertigungsmittel, vorgesehen für den Einsatz in das Fertigungsmittel gemäß F i g. 4b,

Fig.5 in perspektivischer Darstellung, 'ichematisiert dargestellt, den Aufbau des Werkstück-Geleges für einen Tragflügelholm gemäß F i g. 1 a,

F i g. 5a in vergrößertem Maßstab und in Perspektive einen Ausschnitt aus F i g. 5,

F i g. 5b in Explosivdarstellung den Aufbau des Werkstück-Geleges in einer Fertigungsphase,

F i g. 5c das Werkstück-Gelege in Explosivdarstellung

in einem weiteren Fertigungszustand,

F i g. 6 in Perspektive, schematisiert dargestellt, einen gegenüber Fig.5 unterschiedlichen Aufbau eines Werkstück-Geleges für einen Flugzeugtragflügelholm. F i g. 6a einen vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 6, Fig.6b das Werkstück-Gelege in Explosivdarstellung in einem Fertigungszustand.

F i g. 6c das Werkstück-Gelege in Explosivdarstellung in einem weiteren Fertigungszustand,

Fig. 7 in Perspektive und vergrößerter Darstellung das Werkstück-Gelege für einen Tragflügelholm gemäß Fig. la, zum Teil mit aufgenommenen Fertigungsmitteln,

Fig. 7a in ebener Ablage das Gelege zur Bildung eines der Fertigungsmittel,

Fig. 7b das aus der ebenen Ablage gemäß Fig. 7a umgeformte Gelege des Fertigungsmittels.

Fig. 7c in Perspektive ein weiteres Fertigungsmittel, vorgesehen für den Einsatz in das Fertigungsmittel gemäß Fig. 7b,

Fig.8 in einem Querschnitt das Tragflügelelement gemäß F i g. 1 bzw. 3 in Verbindung mit den Fertigungsmitteln gemäß F i g. 4 bis 4d und in Verbindung mit der Vakuumverpackung,

Fig.9 in einem Querschnitt gemäß Fig. la bzw. F i g. 7 das Werkstück-Gelege in Verbindung mit den Fertigungsmitteln gemäß Fig. 7a bis 7c und in Verbindung mit der Vakuumverpackung,

F i g. 10 in einem Diagramm einen Autoklavenzyklus für ein 175' C-System eines Kohlefaserprepregs.

In Fig. 1 bzw. la sind Ausführungsbeispiele für Bauteile gezeigt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in Verbindung mit den zugehörigen Fertigungsmitteln herstellbar sind.

F i g. 2 zeigt dazu beispielsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren realisierbare Querschnittsformen von Bauteilen mit Versteifungselementen. Das herzustellende Werkstück gemäß Fig. 1 ist eine tragende Strukturkomponente 1 eines Flugzeugtragflügels, die aus einem Behäutungspaneel 2 mit einseitig angeordneten, zueinander parallelen oder fächerförmig sich in Richtung der Flügelspannweite erstreckenden Stringern 3 als Versteifungselemente besteht.

Bei dem in F i g. 3,3a bzw. 3b gezeigten Gelegeaufbau am Beispiel der Strukturkomponente 1 gemäß F ig. 1 ist mit G das sogenannte Grundgelege bezeichnet, das durch eine Anzahl aufeinander abgelegter, vorimprägnierter Faserschichten Fs mit unidirektionaler Faserausrichtung gebildet ist. Die Faserschichten sind dabei in bekannter Weis«· mit sich überkreuzender Faserausrichtung angeordnet.

Zum Gelegeaufbau gehören ferner Versteifungsgelege V, die ebenfalls durch eine Anzahl aufeinander abgelegter, vorimprägnierter Verstärkungsfaserschichten Fs mit spiegelbildlicher Faserausrichtung gegenüber dem Grundgelege G (Paneelabschnitt 2') gebildet sind. Die Versteifungsgelege V weisen im Querschnitt U-Profilform auf. wobei der Stegabschnitt mit 10 und die Versteifungsabschnitte mit 11 bezeichnet sind.

Nach Ablage der Versteifungsgelege V auf das Grundgelege G zur Bildung des Tragflügelelementes 1 liegen jeweils die aus einer Anzahl von Faserschichten Fs gebildeten Stegabschnitte 10 der Versteifungsgelege Vund der aus einer Anzahl von Faserschichten Fs gebildete Paneelabschnitt 2', sowie die aus einer Anzahl von Faserschichten Fs gebildeten Versteiiungsabschnitte 11 je zweier benachbarter Versteifungsgelege V aneinander an. Je zwei Versteifungsabschnitte 11 der Versteifungsgelege V bilden somit die Stringer 3 und die aus einer Anzahl von Faserschichten gebildeten Abschnitte 10 bzw. 2' das Paneel 2 des herzustellenden Bauteiles.

Über den beschriebenen Gelegeaufbau hinaus können auch örtliche Aufdickungsgelege A erforderlich werden, die ebenfalls durch eine Anzahl aufeinander abgelegter, vorimprägnierter Verstärkungsfaserschichten Fs mit unterschiedlicher, jedoch zur Mittelebene des Geleges symmetrischer Faserausrichtung gebildet sind.

Die Aufdickungsgelege A sind stets zwischen dem Grundgelege G und dem Versteifungsgelege V angeordnet.

Bei dem beschriebenen Gelegeaufbau des herzustellenden Werkstückes 1 bilden die Mittelebene des Aufdickungsgeleges A oder die Trennebene E-E zwischen dem Grundgelege G und den Stegabschnitten 10 der Versteifungsgelege V die Symmetrieebene des Behäutungspaneels 2 der Strukturkomponente 1. Die Trennebene E'-E'der Versteifungsabschnitte 11 je zweier benachbarter Versteifungsgelege Kbilden die Symmetrieebene der Stringer 3.

Der in Fig. la als weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung gezeigte Tragflügelholm 4 weist einen Holmsteg 5 auf, der in Längsrichtung als Versteifungselement Gurte 6 und quer zu diesen angeordnete Beulsteifen 7 trägt. Die Beulsteifen 7 und die Gurte 6 bilden dabei mit dem HoHsteg 5 Kassetten 8.

Bei dem erfindungsgemäßen Gelegeaufbau am Beispiel des Tragflügelholms 4 gemäß Fig. la ist das Grundgelege in gleicher Weise wie das des Tragflügelpaneels 3 nach den Fig.3 bis 3b ausgebildet. Gegenüber dem Gelegeaufbau nach den genannten Figuren weist das Grundgelege G hier jedoch U-Profilform auf, wobei die Schenkel 15 einen Teil der Gurte 6 bilden.

Für den in Fig. la gezeigten Tragflügelholm 4 lassen sich zwei unterschiedliche Arten des Gelegeaufhaus realisieren.

Bei dem aus den F i g. 5 bis 5c ersichtlichen Gelegeaufbau ist das Grundgelege G und gegebenenfalls vorhandene Aufdickungsgelege A in glexher Weise wie die des Behäutungspaneels 2 in den F i g. 3 bis 3b ausgebildet und stellt einen Teil des Holmstegs 5 und der Gurte 6 dar.

Die mit dem Grundgelege G eine Einheit bildende Versteifungsgelege Vweisen zur Herstellung der sich in Holmlängsrichtung erstreckenden Gurte 6 und der dazu senkrechten Beulsteifen 7 die Form von Kassetten 8 auf. Der Bodenabschnitt 16 des Versteifungsgeleges V zur Bildung des Holmstegs 5, sowie die dazu senkrechten

so Abschnitte 17 bzw. 18 zur Bildung der Gurte 6 bz\,. der Beulsteifen 7, bestehen aus aufeinander abgelegten, vorimprägnierten Faserschichten Fs unterschiedlicher Ausrichtung, wobei diese jedoch spiegelbildlich zu der des Grundgeleges G verlaufen müssen.

Zur Bildung des Holmstegs 6 und der Beulsteifcn 7 des Holms 4 sind die Versteifungsgelege V mit ihren Stegabschnitten 16 auf das Grundgelege G, d. h. auf die Stegabschnitte 14 aufgesetzt und es liegen die Versteifungsabschnitte 18 je zweier benachbarter Kassetten 8 zur Bildung der Beulsteifen 7 aneinander an.

Bei diesem Gelegeaufbau bilden die Trennebenen zwischen den Stegabschnitten 14 des Grundgeleges G und den Stegabschnitten 16 der Versteifungsgelege V, die Trennebenen zwischen den Versteifungsabschnitten 15 des Grundgeleges G und den Versteifungsabschnitten der Versteifungsgelege V, sowie die Trennebenen zwischen den Versteifungsabschnitten 18 der Versteifungsgelege Vdie Symmetrieebene E-E

Wie aus F i g. 5b zu erkennen ist, werden die Versteifungsgelege V und das Grundgelege G in ebener Ablage hergestellt. Danach wird wie aus F i g. 5c ersichtlich, den Vcrstcifungsgelegen Vdie Kassettenform und dem Gnindgelege G die U-Profilform gegeben. Die Versteifungsgelege Vwerden danach gemäß F i g. 5 aneinander anlir>»;nd in die U-profilförmigen Grundgelege G eingesetzt. Damit sind die Gelege für die Autoklavfahrt vorbereitet.

Bei der zweiten Art des GelegeaufbauS gemäß den F i g. 6 bis 6d ist im Gegensatz zur Version nach den F i g. 5 bis 5c vorgesehen, die Versteifungsgelege V in Form von Halbkassetten zu bilden. Dabei ist das Grundgelege G allein das kräfteführende Bauteil und hat daher einen in sich symmetrischen Aufbau aus vorimprägnierten Faserschichten Fs- Die Versteifungsabschnitte 18' je zweier aneinander anliegender Versteifungsgele-^CTe K bilden die Beulsteifen 7 des Holnis 4. Die Beulsteifen 7 sind über die Stegabschnitte 16' und die Gurtabschnitte 17' mit dem Grundgelege G verbunden und stellen mit diesem eine Einheit dar.

Die Versteifungsgelege V und das Grundgelege G werden wie aus Fig.6b ersichtlich in ebener Ablage gebildet. Danach erfolgt die Umformung sowohl der Versteifungsgelege V als auch die Umformung des Grundgeleges Gin die aus F i g. 6 ersichtliche Form. Die Versteifungsgelege Vwerden danach so in die U-Profilform des Grundgeleges G abgelegt, daß jeweils die Versteifungsabschnitte 18' zweier benachbarter Versteifun^jgelege dicht aneinander anliegen. Damit ist das Werkstück-Gelege V bzw. Gfüi die Autoklavfahrt vorbereitet.

In den F i g. 4a, 4b und 4d für das Tragflügelelement 1 und in den F i g. 7a bis 7c für einen Tragflügelholm 4 ist der Aufbau der Fertigungsmittel 20 bzw. 30 dargestellt. Zusätzlich zu der Ausführung gemäß F i g. I ist bei der Ausführung gemäß Fig. 7a noch ein Schenkelabschnitt 22' gebildet der für die Anlage bzw. Beeinflussung der Versteifungsabschnitte 18 der Versteifungsgelege V dient. Die Abschnitte 22 der Druckformteile 20 sind vorgesehen für die Anlage bzw. Druckbeeinflussung der Versteifungsabschnitte 17 der Versteifungsgelege Vund der Versteifungsabschnitte 15 des Grundgeleges G. Ferner ist der Stegabschnitt 21 der Druckformteile 20 für die Auflage auf die Stegabschnitte 16 der Versteifungsgelege Vbzw.den Stegabschnitt 14 des Grundgeleges G vorgesehen.

Die gummielastischen Schichten 20a bzw. 206 und die Versteifungsfaserschichten 20c werden in Verbindung mit der Trennschicht 23 eben abgelegt und nachfolgend in einem entsprechenden Baureilmodell geformt und ausvulkanisiert. Der Vulkanisierungsprozeß erfolgt während einer Autoklavfahrt unter Druck und Temperatur, wobei das Druckformteil 20 im Bauteilmodell aufgenommen ist und beides als Einheit gegen die Formmulde 50 über eine Vakuumfolie 51 abgedichtet ist. Das Bauteilmodell weist gegenüber dem wirklichen Bauteil in seinen Dickenabmessungen Gelegedicke auf. Das Bauteilmodell muß aus einem Material bestehen, welches Formstabilität während des Vulkanisierens gewährleistet.

Die Profilvertiefungen A"'der Druckformteile 20 werden nach dem Vulkanisieren zur Bildung der Druckformteile 30, wie in den F i g. 4 bis 4d bzw. 7 bis 7c dargestellt mit einem thermoexpansiven, kalt aushärtenden Silikonkautschuk ausgegossen, nach dem zuvor Versteifungsprofile 31 in die Profilvertiefungen X' plaziert wurden. Das Ausgießen erfolgt bei Aufnahme der Druckformteile 20 im Bauteilmodell. Die eingebetteten Profile 31 dienen zur Versteifung der Einheit aus den Druckformteilen 20 und 30. über der die Versteifungsgelege V umgeformt werden und die anschließend als Positionierung dient.

Wie aus den F i g. 4a bzw. 7a zu erkennen ist, sind die Abschnitte 22 bzw. 22' sowie der Stegabschnitt 21 der Druckformteile 20 so aufgebaut, daß deren Schenkelabschnitte 22, 22' und der Stegabschnitt 21 bei Ausdehnung der thermoexpansiven Druckformteile 30 bei Autoklavfahrt eine begrenzte elastische Bewegung zur Druckbeeinflussung der Versteifungsabschnitte 11 bzw. 17, 18 und 14 und die Stegabschnitte 10 und 2' bzw. 16 und 14 der Werkstückgelege G bzw. Kausüben.

Dazu sind, wie aus den F i g. 4a und 7a ersichtlich, die Verstärkungsfasern zur Erzeugung einer Formstabilität der Druckformteile 20 in bestimmtem Abschnitt mit einander uberkrpiiypnHpr Ausrichtung und in anderem Abschnitt mit ur.idirektionaler Ausrichtung angeordnet. Die Ausrichtung der Fasern ist durch eine Punktierung bzw. mittels durchgezogenen Linien angedeutet. Der Aufbau kann auch so erfolgen, daß Bereiche der Abschnitte 21, 22, 23 der Druckformteile 20 ohne Verstärkungsfasern gebildet werden.

In F i g. 8 bzw. 9 sind die Werkstückgelege G bzw. V in Verbindung mit den Druckformteilen 20 bzw. 30 und in Verbindung mit der Formmulde 50, sowie der Vakuumfolie 51, dem Luftleiter 52, der Abschlußleiste 53 und dem Abdichtungsband 54 in Vorbereitung für die Autoklavfahrt dargestellt.

F i g. 8 zeigt dabei die für die Autoklavfahrt vorbereitete Einheit zur Herstellung des Tragflügelelementes 1 und F i g. 9 die des Flügelholmes 4.

Für die Autoklavfahrt ist von Bedeutung, daß sämtliche Versteifungselemente im konkaven (offenen) Bereich der Bauteile 1 bzw. 4 (in der Regel senkrecht) zur Oberfläche liegen. Die innere Oberfläche besteht somit bei stringerversteiften Bauteilen (Tragflügelelement 1) aus direkt aneinanderliegenden Bauteilgelegen G, A bzw. V mit U-profilförmigem Querschnitt und bei versteiften Holmen (Tragflügelholm 4) aus hintereinander gereihten Kassetten 8.

Die Oberfläche der konkaven (offenen) Seiten der Bauteile 1 bzw. 4 sind abgedeckt durch körperähnliche Formen mit den halbstarren, formgebenden Druckformteilen 20. Die verbleibenden Profilvertiefungen X' der Druckformteile 20 sind durch die aus thermoexpansivem Silikonkautschuk gebildeten Druckformteilen 30 und der Abschlußleiste 53 bis zu einer (stetigen) geschlossenen Oberfläche aufgefüllt. Für die Autoklavfanrt wird die Oberfläche (Bauteilgelege G, V; Druckformteile 20; Druckformteile 30) nach Abdeckung durch die Vakuumfolie 51 und das Abdichtungsband 54 gegen die freie Fläche F der Formmulde 50 abgedichtet und der Innenraum wird auf bekannte Weise evakuiert

Die Aushärtung der Bauteilgelege G, A bzw. V zum formgerechten Bauteil während der Autoklavfahrt besteht dabei aus den nachfolgend aufgeführten Schritten, die die Wirkungsweise des beschriebenen Aufbaus erklären:

a) Die auf das Gesamtpaket (Bauteilgelege G, A. V; Druckformteil 20; Druckformteil 30) einwirkende Temperatur während der Autoklavfahrt wird von der Raumtemperatur bis zur Geliertemperatur (für 175°C-Systeme ca. 125° C) erhöht, wobei innerhalb des Pakets ein Vakuum von P _abs = 0,08 bar wirksam ist In dieser Phase erfolgt die Verflüssigung

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des Harzes und gleichzeitig durch das ständige Evakuieren ein Absaugen von eingeschlossener Luft und freiwerdender Gase. Dadurch hervorgerufen erfolgt der Setzvorgang der Bauteilgelege G, A bzw. V.

Ferner wird die allseitige Ausdehnung des Druckformteils 30 infolge der Temperaturerhöhung bewirkt, wodurch die halbstarren Druckformteile 20 gegen die Gelege G, A bzw. V gedrück: werden. Die halbstarren Druckformteile 20 folgen dem Setzweg der Werkstückgelege G bzw. V, wobei die Ähnlichkeit ihrer Gestalt durch die definierte Armierung gewährleistet ist.

b) Der Autoklavdruck wird nach einer Haltezeit auf der Geliertemperatur erhöht (bei 175°C-Systemen auf ca. 7 bar) und gleichzeitig wird die Autoklavtemperatur linear auf Aushärtetemperatur (bei i/5⁼C-Systemen ca. 175¹C) erhöht. Nach Abschluß der Gelierphase, bei der auch alle Setzungen abgeschlossen sind, wirkt während der Aushärtephase der volle Autoklavdruck auf die freie Fläche F'.

c) Nach Abschluß der Aushärtephase werden die Temperatur, der Autoklavdruck und das Vakuum zurückgenommen. Dadurch erfolgt eine Volumenkontraktion der Druckformteile 30 auf das Ausgangsmaß (zusätzlich eines geringen Schwundes, der aber unter erneuter Temperaturaufbringung deutlich überschritten wird) und parallel dazu eine elastische Zurückverformung der Druckformteile 20 auf ihre Ausgangsmaße.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von ausgesteiften, tragenden Strukturen aus faserverstärktem härtbaren Kunststoff, wobei die wesentliche Vektorkomponente der Versteifungen senkrecht zur Werkstückebene steht und wobei mehrere, mit härtbarem Matrixmaterial imprägnierte Faseriagen (Prepregs) aufeinandergeschichtet und unter Druck und Warme in einem Autoklaven ausgehärtet werden, g e kennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: