DE60310613T2

DE60310613T2 - Verfahren zur herstellung eines laminats aus metallschichten und faserverstärkten kunststoffschichten

Info

Publication number: DE60310613T2
Application number: DE60310613T
Authority: DE
Inventors: Faziel Abdoel Rajabali
Original assignee: Stork Fokker AESP BV
Current assignee: GKN Fokker Aerospace BV
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: RU2323090C2; EP1578592B1; WO2004041519A1; AU2003280895A1; CN1735501A; RU2005117152A; BR0316058A; JP2006515236A; NL1021860C2; DE60310613D1; US20060011294A1; CA2505331A1; EP1578592A1

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von Laminaten, die aus alternierenden Metallschichten und Bindeschichten aus Faser-verstärktem Kunststoff bestehen, wie in „Towards Application of Fibre Metal Laminates in Large Aircraft" von Vlot et al. veröffentlicht und den Obergriff von Anspruch 1 darstellend. Solche Laminate werden in den Gebieten verwendet, wo Platten mit einer hohen Festigkeit, verbunden mit einem niedrigen Gewicht, erforderlich sind. Luftfahrt und Raumfahrt stellen ein wichtiges Anwendungsgebiet dar. Speziell in dem Fall solcher Anwendungen spielen zusätzlich zu Anforderungen an Festigkeit und Gewicht auch Qualitätsanforderungen eine Hauptrolle. Die Laminate müssen eine so hohe Qualität haben, dass die daraus hergestellten Platten ihren Zusammenhalt für einen längeren Zeitraum und unter wechselnden Bedingungen behalten, wie unter wesentlichen Temperaturschwankungen und wesentlich unterschiedlichen Belastungen.
Ein erstes Erfordernis, um die Qualität der Laminate sicher zu stellen, ist dass sich während deren Herstellung keine Beschädigung, Ungenauigkeiten und dergleichen einschleichen. Mit den Bauteilen, wie den Metallschichten und den Kunststoff-Folien, wird bei einem solchen Vorgehen hoher Qualität sorgfältig und kostengünstig umgegangen.
Bei bestimmten Arbeitsgängen ist die Gefahr von Beschädigung und dergleichen verhältnismäßig hoch. Eine solche erhöhte Gefahr entsteht, wenn die verschiedenen Schichten des Laminates mittels eines Zentrierstiftes zentriert werden. Der Zentrierstift wird in ein spezielles Zentrierloch eingesetzt, das zu diesem Zweck in dem Laminat erzeugt ist. Er wird auf der Formungs-Einspannvorrichtung befestigt, auf welche das Paket von alternierenden Schichten verbracht wird.
Nachdem die Schichten in einem Autoklaven miteinander verbunden wurden, wird das auf diese Weise erzeugte Paket von der Formungs-Einspannvorrichtung gehoben und gleitet während dieses Vorgangs von dem Zentrierstift ab. Während dieses Vorgangs kann das Problem entstehen, dass als ein Ergebnis der Gleitbewegung des Zentrierstiftes in Bezug auf die Seitenfläche des Lochs Teile der Schichten sich nicht richtig mit dem Rest bewegen, sondern hängen bleiben oder ankleben. Überdies kann sich Kleber in dem Zentrierloch ansammeln, wodurch dieser Effekt weiter verstärkt wird.
Das Ziel dieser Erfindung ist daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Laminates bereitzustellen, welches die Anforderungen in dieser Hinsicht besser erfüllt. Dieses Ziel wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines aus alternierenden Metallschichten und Bindeschichten aus Faser-verstärktem Kunststoff bestehenden Laminates erreicht, welches die folgenden Schritte umfasst:

– das Bereitstellen einer Formungs-Einspannvorrichtung, die mit mindestens einem Zentrierstift versehen ist,
– Aufbringen von mindestens zwei Metallschichten mit einer Bindeschicht aus Faser-verstärktem Kunststoff dazwischen auf die Formungs-Einspannvorrichtung, wobei die Schichten eine Öffnung aufweisen, durch die sich der Zentrierstift erstreckt,
– Aufbringen eines Hilfsrings um den Zentrierstift herum auf die Schichten,
– Aufbringen eines Evakuierungsmediums auf die Schichten um den Zentrierstift herum,
– Aufbringen einer Vakuumfolie über die Schichten, den Zentrierstift und die Hilfseinrichtung,
– Anlegen und Aufrechterhalten eines verringerten Vakuums auf die Schichten zwischen dem Formwerkzeug und der Vakuumfolie,
– Herstellen eines Lochs in der Vakuumfolie und dem Evakuierungsmedium an der Stelle des Zentrierstiftes,
– Entfernen des Zentrierstiftes durch das Loch,
– Verschließen des Loches mit Abdichtmitteln,
– Verbringen der Formungs-Einspannvorrichtung mit den Schichten, dem Hilfsring und dem Presskissen in einen Autoklaven,
– Aktivieren der Bindeschicht in dem Autoklaven unter der Einwirkung von Wärme und Druck,
– Entfernen der Formungs-Einspannvorrichtung mit dem gebundenen Stapel aus dem Autoklaven.

Mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Zentrierloch an der Oberseite des Schichtpaketes mit Hilfe einer dichten Passungshilfe, zum Beispiel in der Form eines Ringes, abgeschlossen. Der Spielraum zwischen dem Zentrierstift und dem Abdeckmittel ist geringer als die Dicke einer Metallschicht.
Wenn der Zentrierstift aus dem Zentrierloch entfernt wird, werden irgendwelche mit dem Zentrierstift mitgezogenen Teile in verlässlicher Weise durch den Ring abgestreift. In Folge dessen behält das Laminat in hohem Maß seine ungestörte Form.
Der Zentrierstift kann wie üblich mittels einer Steckverbindung an der Formungs-Einspannvorrichtung befestigt worden sein. Das über die Schichten verbrachte Presskissen umfasst ein Abdeckmedium oder eine Atmungsschicht und eine äußere Folienschicht.
Die Erfindung wird nachstehend in mehr Einzelheiten mit Bezug auf die Schritte in dem Verfahren, wie in den 1-9 gezeigt, beschrieben werden.
Wie in 1 gezeigt wird bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ein Formwerkzeug 1 verwendet, in welchem mindestens ein Loch 2 für einen Zentrierstift vorhanden ist. Die Oberfläche 3 des Formwerkzeugs hat diejenige Form, welche die herzustellende Platte annehmen soll. Wie in dem Schritt in 1 gezeigt, wird ein Zentrierstift 4 in das Zentrierloch 2 des Formwerkzeuges 1 eingesetzt.
Das aus Metallschichten 7 und einer Bindeschicht aus Faser-verstärktem Kunststoff 8 bestehende Paket, welches Paket in seiner Gesamtheit durch 6 angedeutet wird, wird dann auf die Formungs-Einspannvorrichtung 1 verbracht. In diesen Schichten 7, 8 sind Zentrieröffnungen, in welche der Zentrierstift 4 mit viel Spielraum hinein passt.
Ein Hilfsring 10, dessen Loch 23 mit wenig Spielraum dicht um den Zentrierstift 4 herum anliegt, wird dann wie in 3 gezeigt um den Zentrierstift 4 herum gelegt.
Das Presskissen, das in seiner Gesamtheit durch 11 angedeutet ist, wird dann auf die Oberseite der Metallschicht 7, des Hilfsrings 10 und des Zentrierstiftes 4 verbracht, wobei das Presskissen aus einem Evakuierungsmedium in der Form einer so genannten Atmungsschicht 12 und einer Deckfolie 13 besteht: siehe 4. Unter dem Einfluss eines durch ein vermindertes Vakuum erzeugten Druckes auf das Paket 6 wird das Paket fixiert, als ein Ergebnis davon verschieben sich die Schichten (während und nach der Entfernung des Zentrierstiftes) nicht in Bezug zueinander. Der Druck kann zum Beispiel 65 kPa betragen.
Wie in 5 gezeigt, wird der Teil 14 des Presskissens 11, welcher den Zentrierstift 4 bedeckt, mittels einer Klinge 15 aufgeschnitten. Der Zentrierstift 4 kann dann mittels des Werkzeugs 16 entfernt werden. Das Werkzeug 16 hat eine Öffnung 17 mit einem Innengewinde 18, welches wie in 6 gezeigt auf das Außengewinde 19 des Zentrierstiftes 4 geschraubt wird.
Das Werkzeug 16 kann auch auf eine andere Art mit dem Zentrierstift 4 verbunden werden, wie zum Beispiel durch Festklemmen mit einer Feder.
Der Zentrierstift 4 kann nun mittels des auf diese Weise befestigten Werkzeugs 16 aus dem Zentrierloch 2 heraus gezogen werden: siehe 7. Während dieses Vorgangs stellt der Hilfsring 10 sicher, dass die oberste Metallschicht nicht ebenfalls nach oben aus dem Loch heraus gezogen wird und sich auf diese Weise verbiegen würde, wenn der Zentrierstift entfernt wird.
In der in 8 gezeigten Stellung wurde der Zentrierstift 4 mit dem Werkzeug 16 vollständig entfernt, wonach der überflüssige Teil 20 des Presskissens 11 wie in 9 gezeigt weg geschnitten werden kann. Die durch die Entfernung des Zentrierstiftes erzeugte Lücke 21 wird während dieses Vorgangs durch die Abdichtmittel 22 abgeschlossen.
Trotz der Öffnung der Abdeckfolie 13 beim Aufschneiden des Presskissens 11 kann das Vakuum noch im Wesentlichen aufrecht erhalten werden. Das liegt daran, dass die Außenluft nicht schnell über die Atmungsschicht 12 eintreten kann, weshalb das Vakuum nicht wesentlich abnehmen kann, bevor die Abdichtmittel angewendet werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Laminats (6), bestehend aus alternierenden Schichten von Metall (7) und Bindeschichten (8) aus Faser-verstärktem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: – das Bereitstellen einer Formungs-Einspannvorrichtung (1), die mit mindestens einem Zentrierstift (4) versehen ist, – Aufbringen von mindestens zwei Metallschichten (7) mit einer Bindeschicht (8) aus Faser-verstärktem Kunststoff dazwischen auf die Formungs-Einspannvorrichtung (1), wobei die Schichten (7, 8) eine Öffnung (9) aufweisen, durch die sich der Zentrierstift (4) erstreckt, – Aufbringen eines Hilfsrings (10) um den Zentrierstift (4) herum auf die Schichten (7, 8), – Aufbringen eines Evakuierungsmediums (12) auf die Schichten (7, 8) um den Zentrierstift (4) herum, – Aufbringen einer Vakuumfolie (13) über die Schichten (7, 8), den Zentrierstift (4) und die Hilfseinrichtung (10), – Anlegen und Aufrechterhalten eines verringerten Vakuums auf die Schichten (7, 8) zwischen dem Formwerkzeug und der Vakuumfolie (13), – Herstellen eines Lochs in der Vakuumfolie und dem Evakuierungsmedium (12) an der Stelle des Zentrierstiftes (4), – Entfernen des Zentrierstiftes (4) durch das Loch, – Verschließen des Loches mit Abdichtmitteln (22), – Verbringen der Formungs-Einspannvorrichtung (1) mit den Schichten (7, 8), dem Hilfsring (10) und dem Presskissen (11) in einen Autoklaven, – Aktivieren der Bindeschicht (8) in dem Autoklaven unter der Einwirkung von Wärme und Druck, – Entfernen der Formungs-Einspannvorrichtung (1) mit dem gebundenen Stapel (6) aus dem Autoklaven.
Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend die Verwendung einer ringförmigen Hilfseinrichtung (10).
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Zentrierstift (4) und der Hilfsring (10) weniger Spielraum als der Zentrierstift (4) und das Loch (9) durch die Schichten (7, 8) haben.
Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das Befestigen des Zentrierstiftes auf der Formungs-Einspannvorrichtung mittels einer Steckverbindung.
Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Verwendung eines Presskissens, das aus einer Atmungsschicht (12) und einer äußeren Folienschicht (13) besteht.