DE3521507C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Formgebungsverfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Derartige Verbundmaterialien finden auf vielen Gebieten der Technik Verwendung, beispielsweise zur Herstellung der Nasen­ haube eines Gasturbinentriebwerks. Dabei mußten spezielle Vor­ kehrungen getroffen werden um zu gewährleisten, daß die impräg­ nierten Fasern den gewünschten Verlauf beibehielten.

Es ist bekannt, Schichten aus Fasern übereinanderzufügen, die mit einem Kunstharzbinder vorimprägniert waren, wobei dann die übereinandergelegten Faserschichten durch ein Gummi-Expansions­ verfahren ausgeformt wurden. Hierbei wurden die Fasern durch ein Silikongummiteil zusammengepreßt, und der gesamte Aufbau wurde derart erhitzt, daß sich der Gummi ausdehnte, um einen weiteren Druck auf die Fasern auszuüben, so daß diese verfestigt wurden und das Kunstharz aushärtete. Ein Nachteil dieses Verfah­ rens besteht darin, daß die Höhe des Druckes, mit dem der Gummi auf die übereinandergefügten Fasern einwirkt, nur schwer ein­ gestellt werden kann.

Bei einem anderen bekannten Verfahren werden die übereinander­ gefügten Fasern zwischen angepaßten Formen gepreßt. Dieses Ver­ fahren ist jedoch nur zur Herstellung speziell gestalteter Bau­ teile geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein gattungsgemäßes Verfahren derart auszugestalten, daß Formkörper vorbestimmter Gestalt und Faseranordnung geschaffen werden können, die durch wiederholbar genaue Drucksteuerung reproduzierbar genaue Festigkeitseigenschaften aufweisen.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.

Diese Drucksteuerung kann sehr genau manuell vorgenommen werden, sie kann jedoch auch automatisch erfolgen, wodurch auf relativ einfache Weise reproduzierbar genaue und hinsichtlich ihrer Festigkeitseigenschaften übereinstimmende Formkörper hergestellt werden können.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5. Ein spezielles Anwendungsgebiet der Erfindung ist gemäß Anspruch 6 die Herstellung einer Nasenhaube für ein Gasturbinentriebwerk.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Schnittansicht einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung.

Die Form 10 besteht aus einem metallischen Formkörper 11, dessen innere Oberfläche 12 so gestaltet ist, daß sie die Außengestalt der Nabenhaube eines Gasturbinentriebwerks bildet. Auf der Ober­ fläche 12 der Form sind mehrere Schichten 13 aus mit Epoxydharz imprägnierten Glasfasern aufgelegt. Über den Schichten 13 ist ein Silikongummiteil 14 aufgelegt, dessen äußere Oberfläche 15 der Form der inneren Oberfläche 12 des Formkörpers 11 im wesent­ lichen entspricht. Der Silikongummiteil 14 hat eine konstante Dicke und er nimmt einen metallischen Einsatz 16 auf, der mit einer Aufnahmeausnehmung 17 ausgestattet ist, in die eine Druck­ platte 18 einlegbar ist. Eine hermetische Abdichtung wird zwischen der Druckplatte 18 und dem Formkörper 11 durch eine ringförmige Gummimembran 19 gewährleistet. Ein hydraulischer Kolbenantrieb 20 liegt über der Druckplatte 18 derart, daß der Antriebskolben 21 auf die obere Oberfläche der Druckplatte 18 wirken kann.

Gemäß dem Verfahren wird die Form­ gebungsvorrichtung 10 in einem nicht dargestellten Ofen eingebracht und das Innere der Form 11 wird über eine Öffnung 22 evakuiert. Dann wird die Temperatur des Ofens auf einen Wert angehoben, der unter der Tempe­ ratur liegt, bei der das Kunstharz aushärtet, damit die gesamte Formgebungsvorrichtung 10 eine konstante Tempera­ tur annehmen kann und damit sich der Silikongummiteil um ein gewisses Ausmaß ausdehnen kann. Eine geeignete Tempe­ ratur hierfür ist 120°C. Dann wird der hydraulische Kol­ benantrieb 20 betätigt, um einen Druck auf die Druckplatte 18 und demgemäß auf den metallischen Einsatzkörper 16 auszuüben. Der metallische Einsatzkörper 16 übt wiederum einen Druck auf den Silikongummiteil 14 aus, so daß der Silikongummiteil sich deformiert, um die übereinanderge­ fügten, mit Kunstharz imprägnierten Glasfaserschichten 13 gegen die innere Oberfläche 12 derart zu drücken, daß die Schichten 13 die Gestalt des Formkörpers 11 annehmen. Der von dem hydraulischen Kolbenantrieb 20 ausgeübte Druck ist jener, der erforderlich ist, um den Silikongummiteil 14 zu veranlassen, einen genügenden Druck auf die Glas­ faserschichten 13 auszuüben, damit sie bei den erhöhten Temperaturen verfestigt werden. So hat sich gezeigt, daß ein Hydraulikdruck von 38 bar geeignet ist, und dies führt dazu, daß das Silikongummiteil 14 einen Druck von 5,5 bar auf die Schichten 13 ausübt, und dieser Druck reicht aus, um eine Verfesti­ gung unter der erhöhten Temperatur zu gewährleisten. Wenn der Verfestigungsdruck erreicht ist, dann wird die Tempe­ ratur des Ofens auf jene Temperatur erhöht, die erforder­ lich ist, um die Aushärtung des Epoxydkunstharzes zu be­ wirken und die Glasfaserschichten 13 zu verfestigen. Bei dem speziell verwendeten Epoxydkunstharz, mit dem die Glasfasern in der Schicht 13 imprägniert waren, betrug diese Temperatur 175°C.

Wenn die Temperatur der Formvorrichtung 10 ansteigt, dann dehnt sich der Silikongummiteil 14 thermisch seinerseits aus, da der Einsatzkörper 16 durch die Druckplatte 18 festgelegt ist, und dies führt zu einer Erhöhung des von dem Teil 14 auf die Glasfaserschichten 13 ausgeübten Druckes. Sobald dieser Vorgang jedoch einsetzt, wird der von der hydraulischen Presse ausgeübte Druck derart redu­ ziert, daß der auf die Platte 18 ausgeübte Druck und dem­ gemäß der Druck, den der Silikongummiteil 14 auf die Glasfaserschichten 13 ausübt, im wesentlichen konstant bei 38 bar bsw. 5,5 bar verbleibt. Diese Druckverminde­ rung kann manuell bewirkt werden, jedoch ist eine automa­ tische Steuerung durch ein geeignetes Steuersystem zu be­ vorzugen. Der Druck auf die Glasfaserschichten 13 wird aufrechterhalten, bis die Schichten 13 verfestigt sind und das Epoxydkunstharz ausgehärtet ist, worauf der Druck weggenommen wird und die Formvorrichtung aus dem Ofen entnommen wird. Dann kann die so hergestellte Nabenhaube aus der Form 11 entfernt werden.

Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit der Her­ stellung eines Verbundmaterials beschrieben, das ein wärmehärtbares Kunstharz enthielt. Die Erfindung ist je­ doch auch anwendbar für Verbundmaterialien, die ein thermoplastisches Kunstharz enthalten. In diesem Fall ist die Anwendung von Druck natürlich nur erforderlich, um eine Verdichtung der Schichten 13 zu bewirken, nicht aber eine Kunstharzhärtung herbeizuführen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Formgebung von Verbundmaterial, bei welchem zunächst eine Mehrzahl von Schichten aus mit Kunstharz impräg­ nierten Fasern in einer Form übereinandergefügt werden, dann auf diese Schichten ein elastisch verformbares Teil aufgelegt wird, welches allgemein der Gestalt der Form entspricht, worauf dieser Aufbau auf eine Temperatur vorgeheizt wird, die unter der Aushärtungstemperatur des Kunstharzes liegt, und dann ein Druck von außen auf das elastisch verformbare Teil ausgeübt wird, wobei die Schichten in die Gestalt der Form gebracht werden, worauf der Aufbau dann erhitzt wird, das elastisch verformbare Teil sich thermisch ausdehnt und den dadurch auf die Schichten ausgeübten Druck erhöht, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck, der von außen auf das elastisch verformbare Teil (14) ausgeübt wird, gleichzeitig mit einer solchen Rate verringert wird, daß der durch das elastisch deformierbare Teil (14) auf die Schichten (13) ausgeübte Gesamt­ druck im wesentlichen konstant bleibt, und die Erhitzung der Schichten (13) und der im wesentlichen konstant darauf ausgeübte Druck aufrechterhalten bleiben, bis die Schichten (13) verdich­ tet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern mit einem wärmehärtbaren Kunstharz imprägniert werden und daß die Erhitzung der mit Kunstharz imprägnierten Fasern (13) und die Aufrechterhaltung des im wesentlichen konstanten Druckes fortgesetzt werden, bis die Fasern verdichtet sind und das Kunstharz gehärtet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von außen auf das elastische deformierbare Teil (14) ausgeübte Druck durch hydraulisch betätigte Mittel (20) ausgeübt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich zwischen der Form (11) und dem elastisch deformierbaren Teil (14), der von den mit Kunstharz imprägnierten Fasern (13) eingenommen wird, einer Evakuierung unterworfen wird, bevor Hitze und Druck auf die mit Kunstharz imprägnierten Fasern (13) ausgeübt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch deformierbare Teil (14) aus Silikongummi besteht.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial in die Form einer Nasenhaube für ein Gasturbinentriebwerk gebracht wird.