DE3739753A1 - Verfahren zum herstellen von bauteilen aus faserverstaerkten kunststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen nach den Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-PS 36 05 256 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine faserverstärkte, elastische Matte als formgebendes Druckstück (Formdruckstück) im Autoklaven verwendet wird. Das elastische Material der Matte begrenzt die Höhe der Autoklaventemperatur unter die Zersetzungstemperatur des Elastomers und führt zwar zu maßhaltigen, fasergerechten Endprodukten, da keine Quetschungen entstehen, kann aber an der Innenseite des Bauteils nicht alle optischen An­ sprüche an die Oberflächenglätte erfüllen.

Aufgabe der Erfindung ist es, das genannte Verfahren dahin­ gehend abzuändern, daß die Maßhaltigkeit und die Oberflä­ chengüte der Bauteile nochmals verbessert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren des Anspruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstände von Unter­ ansprüchen.

Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegen­ stand eines weiteren Unteranspruchs.

Kern der Erfindung ist das Ergänzen des bekannten elasti­ schen Formdruckstück durch ein starres Innendruckstück, das entweder aus Metall oder aus dem gleichen Werkstoff wie das Bauteil besteht. Das Innendruckstück kann damit bei Härte­ temperaturen eingesetzt werden, die für die Härtung des Bau­ teils notwendig sind. Dies ist besonders bei Hochtemperatur­ werkstoffen (zum Beispiel Polyimid) von Bedeutung. Durch den Einsatz gleicher Werkstoffe für Innendruckstück und Bauteil ist eine optimale Dehnungsverträglichkeit bei der Härtung vorhanden. Dadurch verringern sich die inneren Spannungen im Bauteil nach der Härtung und des treten gleichzeitig keine Längendehnungsänderungen auf. Die Kosten zur Herstellung des Innendruckstücks sind sehr gering. Durch das Innendruckstück wird eine sehr genaue Innenkontur des Bauteils geschaffen. Mit dem Innendruckstück kann eine sehr kostengünstige Vakuumabdichttechnik und Entformtechnik vom Bauteil durch­ geführt werden. Das Innendruckstück kann, insbesondere bei Polyetheretherketon PEEK-Bauteilen, auch aus einem der Innenkontur entsprechend geformten Metallblech bestehen. Das Metall kann konventionell hergestellt (gebogen) sein oder eine Blechhaut, die galvanisch über einem geeigneten Bauteilmodell hergestellt worden ist.

In einer Ausführungsform enthält das Innendruckstück eine oder mehrere handelsübliche Dichtlagen oder Dichtfolien. Die Dichtlagen sind vakuumdicht und verbinden sich beim Aus­ härten mit dem Kunststoff zu dem Innendruckstück. Möglich ist weiterhin die Verwendung von einer oder mehreren zu­ sätzlichen Dichtlagen, die unabhängig vom Innendruckstück aufgelegt werden. Es können sowohl Dichtlagen verwendet werden, die sich mit dem Innendruckstück verbinden als auch solche, die davon getrennt bleiben.

Das starre Innendruckstück erlaubt den Verzicht auf Stütz­ konstruktionen auf der Innenseite des Bauteils. Mit dem er­ findungsgemäßen starren Innendruckstück lassen sich neben Bauteilen, die mit A-förmigen Stringern verstärkt sind, auch solche Bauteile herstellen, die mit U-, T- oder Z-förmigen Stringen verstärkt sind. In jedem Fall wird eine hohe Paß­ genauigkeit auch an der Innenseite der Stringer erreicht.

Zur Herstellung von Bauteilen mit T-förmigen Stringern können konische Entformleisten verwendet werden, die das Abziehen des Innendruckstücks vom fertigen Bauteil wesent­ lich erleichtern.

Anstelle der bisher bekannten vakuumführenden Matte können erfindungsgemäß auch Vakuumkanäle bei der Aushärtung ver­ wendet werden. Die Vakuumkanäle können beliebig angeordnet sein, werden bevorzugt jedoch an den Spitzen oder Kanten der Stringer angeordnet. Ihre Herstellung kann dadurch erfolgen, daß bei der Herstellung des Innendruckstücks Beilagen auf das Simulat gelegt werden, deren Querschnitt den herzustel­ lenden Vakuumkanälen entspricht.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Dichtrahmen verwendet, der das Innendruckstück oder eine darüberliegende Dichtlage vakuumführend am Rand der Form abschließt. Das Auflegen des Bauteils und das Abdichten vor dem Aushärten im Autoklaven kann damit wesentlich schneller durchgeführt werden.

Der Dichtrahmen kann auch so ausgebildet sein, daß er, in Zusammenwirkung mit einer Abdeckplatte einen oder mehrere Hohlräume an der Außenseite des Innendruckstücks bildet, in die Vakuum geleitet werden kann. Dadurch wird das an sich starre Innendruckstück leicht verformt und kann leicht und schnell vom fertigen Bauteil abgezogen werden.

Die Erfindung wird anhand von sechs Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 Herstellungsverfahren für das Innen­ druckstück,

Fig. 3 und 4 Herstellungsverfahren des Bauteils,

Fig. 5 eine Vakuumabdichttechnik beim Härten,

Fig. 6 eine Entformtechnik.

Fig. 1 zeigt eine mögliche Herstellung des Innendruckstücks I, das hier aus zwei Schichten kohlefaserverstärkten Kunst­ stoffes C und einer Dichtlage D (zum Beispiel einer handels­ üblichen Dichtfolie, die sich beim Aushärten mit den Harz­ schichten verbindet, auf der anderen Seite aber trennende Eigenschaften hat) besteht. Die das Innendruckstück I bil­ denden Schichten sind über ein Simulat S gelegt, das auf einer Form F dem zukünftigen Bauteil B entsprechend gebil­ det ist. Das Simulat S besteht hier aus Simulaten SBP für die Beplankung, aus Simulaten SST für die Springer und aus Simulaten SR für die Rippen oder Spanten. Möglich ist die Verwendung einer zweiten Dichtlage D 2, entweder, wie ge­ zeichnet, auf dem Innendruckstück I oder unter ihm.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform zur Herstellung eines Innendruckstücks I. Das Innendruckstück besteht wieder aus den Schichten Dichtlage D und zwei Kohlefaser-Kunst­ stofflagen C. Zusätzlich sind hier konische Entformleisten E verwendet, die ein leichteres Entformen des Innendruckstücks I von den Stringern nach dem Aushärten ermöglichen. Gezeigt sind weiter Beilagen BL, die im fertigen Innendruckstück I die Vakuumkanäle für die Vakuumführung zwischen dem Bauteil und dem Innendruckstück ermöglichen. Wie der Fig. 2 zu ent­ nehmen ist, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Stringer und Rippen oder Spanten verstärkte Bauteile auch komplizierter Formgebung hergestellt werden.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung zur Herstellung des Bauteils B, das hier aus Beplankung BP, Stringern ST und Rippen R besteht. Aufgrund der Starrheit des Innendruckstücks I sind, außer der die Außenseite des Bauteils bildenden Form F keine weiteren Stützkonstruktionen mehr notwendig.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführung zur Herstellung eines Bauteils B. Das Bauteil B besteht hier wiederum aus Schich­ ten für die Beplankung BP, für die Stringer ST und für die, dazu senkrecht verlaufenden Rippen R. Die Stringer ST haben hier T-Form. Zur leichteren Entformung sind Entformleisten E an die Stringer angelegt. Zur Vakuumführung dienen die Vakuumkanäle VK an der Oberseite und an den Kanten der auf­ gesetzten Stringer. Zum Abführen von Gasblasen oder über­ flüssigem Harz dienen auch die Vakuumbohrungen VB in den Entformleisten, die das Bauteil B mit den Vakuumkanälen VK verbinden.

Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Möglichkeit zur Vakuum­ abdichtung beim Härten. Dazu wird erfindungsgemäß ein Dicht­ rahmen DR verwendet, der in einer Vertiefung am Rand der Form F liegt und mit Gummidichtungen G gegenüber der Form abgedichtet ist. Der Dichtrahmen liegt über dem Innendruck­ stück I. Der Rand der Form F weist einen Vakuumanschluß VAH zum Härten auf. Das Einlegen des Bauteils zusammen mit dem Innendruckstück und das Abdichten kann durch einfaches Auf­ legen des Dichtrahmens DR, also sehr schnell und kosten­ günstig, erfolgen. Beim Aushärten wird über den Vakuum­ anschluß VAH die Luft unter dem Innendruckstück I heraus­ gezogen und das Bauteil B auf die Form F gepreßt. Gleichzeitig legt das Vakuum oder der Autoklavüberdruck das Innendruckstück I fest auf das Bauteil B. Dies erfolgt vor­ allem auch an den senkrecht stehenden Stringerseitenteilen.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführung der Erfindung, die das Entformen des Bauteils B nach dem Aushärten erleichtert. Dazu ist die Abdeckplatte A vorgesehen, die einen Vakuum­ anschluß VAE zum Entformen aufweist. Die Abdeckplatte A greift auf den Dichtrahmen DR und bildet, mit Hilfe der Gummidichtung G einen oder mehrere vakuumführende Räume im Außenbereich des Innendruckstücks I. Nach der Aushärtung wird das Vakuum am Vakuumanschluß VAH aufgehoben und dafür über den Anschluß VAE ein Vakuum in den Räumen außerhalb des Innendruckstücks I erzeugt. Dadurch wird das Innen­ druckstück I vom fertigen Bauteil B abgezogen (Pfeile). Die Verformung des starren Innendruckstücks I ist in dieser Zeichnung übertrieben gezeigt. Das Innendruckstück I wird gleichzeitig zusammen mit dem Dichtrahmen von der Form F abgehoben. Die sonst zeitaufwendige Entfernung wird mit diesem Verfahren wesentlich vereinfacht.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen von Bauteilen (B) aus faser­ verstärkten Kunststoffen, insbesondere von Bauteilen (B), die mit Stringern (ST) oder Rippen (R) versteift sind, mit den Verfahrensschritten:

• a) Herstellen eines Formdruckstücks - zum Beispiel über einem Simulat (S) - dessen Innenkontur der des Bauteils (B) entspricht,
• b) Einbringen und Auflegen von unausgehärtetem faser­ verstärktem Kunststoff in und auf das Formdruck­ stück,
• c) Auflegen auf eine ebene Form (F) oder eine ge­ krümmte Formmulde, oder Auflegen der Form (F) oder der Formmulde auf das Formdruckstück,
• d) Aushärten des Bauteils (B) im Autoklaven,
• e) Entfernen des Formdruckstücks,

dadurch gekennzeichnet, daß das Formdruckstück aus Metall oder aus dem Kunststoff besteht, aus dem das Bauteil (B) hergestellt wird und so dimensioniert ist, daß es ein starres Innendruck­ stück (I) bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innendruckstück (I) eine oder mehrere Dichtlagen (D) enthält.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine weitere Dichtlage (D 2) mit vakuumführender Schicht verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß, insbesondere bei T-Stringern (ST), konische Entformleisten (E) verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Innendruckstücks (I) Beilagen (BL) zum Erzeugen von Vakuumkanälen (VK) verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Dichtrahmen (DR) verwen­ det wird, der das Innendruckstück (I) oder eine darüber­ liegende Dichtlage (D, D 2) vakuumführend am Rand der Form (F) oder der Formmulde anschließt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abdeckplatte (A) zum Entformen verwendet wird, die zusammen mit dem Dichtrahmen (DR) ein Abheben des Innen­ druckstücks (I) vom Bauteil (B) mittels Vakuum ermög­ licht.

8. Strukturbauteil oder Tragwerksteil eines Flugzeugs, eines Flugkörpers, eines Raumfahrzeuges, eines Landfahr­ zeugs oder eines Wasserfahrzeugs, dadurch gekennzeich­ net, daß es nach einem der vorstehenden Verfahren her­ gestellt ist.