EP0997549B1 - Verfahren zum Herstellen eines langfaserverstärkten Bauteils - Google Patents

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EP0997549B1
EP0997549B1 EP99118781A EP99118781A EP0997549B1 EP 0997549 B1 EP0997549 B1 EP 0997549B1 EP 99118781 A EP99118781 A EP 99118781A EP 99118781 A EP99118781 A EP 99118781A EP 0997549 B1 EP0997549 B1 EP 0997549B1
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fiber
reinforced
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Klaus Weber
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/06—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
    • C22C47/062—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element from wires or filaments only
    • C22C47/068—Aligning wires
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a long fiber reinforced component which has a matrix material with at least one group of essentially parallel long fibers coated with matrix material embedded therein.
  • the fiber reinforcement material advantageously consists of fibers coated with a matrix material; this has the advantage that adjacent fibers do not touch each other but rather are surrounded by a material which is surrounded by matrix material. Titanium-based alloys are preferably used as the matrix material, while the fiber itself consists of silicon carbide (SiC).
  • SiC silicon carbide
  • the term “fiber” means a monofiber which consists of fiber material on the inside and has a coating of matrix material on the outside.
  • a method for producing long fiber reinforced components in which a cavity is made in a workpiece made of, in particular, matrix material, which is then filled by individual long fibers lying next to one another and essentially parallel to one another.
  • a hot isostatic pressing process takes place, in which the workpiece is exposed to extremely high temperatures and pressures.
  • the component or workpiece deforms because of the gaps be closed between the individual fibers. This means that the workpiece must be reworked in any case in order to ultimately be able to produce the component with the desired outer contour. This post-processing is usually very difficult and costly.
  • DE 29 15 412 C2 discloses a method for producing a molded body from fiber-reinforced metal material, in which a prefabricated tube is inserted into a cavity and is filled with individual fibers that are parallel to one another.
  • this known method also has the disadvantage that the shaped body provided with the fiber-filled tubes is exposed to relatively strong shrinkage during the hot isostatic pressing process.
  • the invention has for its object to provide a method for producing a long fiber reinforced component, with which the component can be manufactured close to the contour and dimensionally stable without any significant post-treatment.
  • the fiber-reinforced component is first produced with the desired outer contour from a metal material, in particular, which is preferably the matrix material. Then at least one cavity is introduced into this component, which is already produced close to the contour and is still provided without fiber reinforcement. This cavity is accessible from the outside of the component, namely to introduce a long-fiber-reinforced reinforcing element into it.
  • This reinforcing element is prefabricated according to the invention and exists from the matrix material of the long fiber coating in which the long fibers are embedded. This prefabricated reinforcing element is then hot isostatically pressed with the component.
  • the cavities that may still remain before the hot isostatic pressing process are reduced solely to the very small space between the reinforcing element and the component, there is hardly any change in shape or shrinkage of the component after the hot isostatic pressing process. This means that, in particular, no post-processing of the component is required in order to give it the desired outer contour. Machining of the component is only necessary in the areas of the access (s) to the at least one cavity. Because in the hot isostatic pressing process, the component or the spaces or gaps still remaining in it must be evacuated so that these gaps or spaces are filled with matrix material or fibers after the hot isostatic pressing process.
  • the advantage to be achieved according to the invention of the extremely low shrinkage of the hot isostatically pressed component therefore makes it possible to give the component the desired outer contour even before the fiber reinforcement is introduced, so that manufacturing techniques can be used to create the component with the desired outer contour, which are much cheaper than machining a fiber-reinforced workpiece in order to give it a desired outer contour.
  • the cavity is introduced from outside the component, in particular by spark erosion or by drilling.
  • Chemical or mechanical techniques can be used for drilling.
  • the cavities extend along straight lines and come out of the component on one side (blind hole formation) or on two opposite sides of the component (through hole).
  • the reinforcing elements are rod-shaped. Round, but also polygonal bars are conceivable here.
  • the "access" to such a cavity can, for example, be regarded as extending along the adjoining interfaces of the component halves.
  • the gas-tight closure of the access is carried out in particular by electron beam welding.
  • This welding technique can only be carried out in a vacuum. Exactly a vacuum is required, however, to evacuate the remaining free spaces between the reinforcing element and the remaining part of the component.
  • FIG. 1 shows, as an example of a long-fiber-reinforced component, a fan blade 10 which is provided with a multiplicity of rod-shaped long-fiber-reinforced reinforcing elements 12 (hereinafter referred to as fiber-reinforced rods).
  • the fiber-reinforced rods 12 extend straight from the blade tip 14 to the blade root 16 through the fan blade 10.
  • the fiber-reinforced rods 12 have been introduced as prefabricated reinforcing elements in cavities 18 introduced into the fan blade and fill them completely in the finished state of the fan blade 10.
  • long fibers 22 parallel to one another are embedded in the material 20 of the fiber-reinforced rods 12 (see also FIG. 2).
  • These reinforcing elements 12 are produced, for example, by introducing the long fibers 22 coated with a matrix material into a tube or tube of matrix material. Subsequently, the tube filled with long fibers 22 in this way, after evacuation and gas-tight closure, is subjected to a hot isostatic pressing process for several hours at temperatures of 1000 ° C. to 1300 ° C. and pressures of 150 MPa to 230 Mpa. This hot isostatic pressing process causes the matrix material of the long fibers to fuse 22 with each other and the matrix material of the tube. After the hot isostatic pressing process, there is a reinforcing element 12 which no longer has any cavities; If such a reinforcement element 12 is exposed to a hot isostatic pressing process again at a later point in time, there is no shrinkage or change in shape.
  • the fan blade 10 is produced in the desired shape from a suitable material, for example the matrix material of the coating of the long fibers 22 or a material compatible therewith.
  • a suitable material for example the matrix material of the coating of the long fibers 22 or a material compatible therewith.
  • the fan blade 10 is thus available with its final outer contour, although the fiber reinforcement is still missing (see FIG. 3).
  • the cavities 18 are now introduced into the fan blade 10.
  • the prefabricated fiber-reinforced rods 12 are now introduced into the cavities 18.
  • the outer diameter of the fiber-reinforced rods 12 is adjusted to the inner diameter of the cavities 18 in such a way that the fiber-reinforced rods 12 can be inserted into the cavities 18. It cannot be avoided here that the smallest spaces 24 (see FIG. 7) are formed between the fiber-reinforced rods 12 and the fan blade 10.
  • the fiber-reinforced rods 12 For the intimate connection of the fiber-reinforced rods 12 to the fan blade 10, the latter is subjected to a hot isostatic pressing process, for example under the conditions specified above. For this purpose, it is necessary to evacuate the spaces 24 between the fiber-reinforced rods 12 and the fan blade 10 and then to seal these spaces 24 in a gas-tight manner with respect to the surroundings of the fan blade 10. In the exemplary embodiment described here, this takes place in that foil-like cover plates 26 made of the material of the fan blade 10 are welded onto the blade tip 14 and onto the blade root 16 (see FIG. 6). If electron beam welding is used as the welding technique, this has the advantage that the fan blade 10 is automatically evacuated during welding, since electron beam welding is only possible in a vacuum.
  • FIG. 7 The situation after the insertion of the reinforcing elements 12 into the fan blade 10 and before the hot isostatic pressing process is shown in FIG. 7.
  • the spaces 24 are shown in Fig. 7 larger than technologically necessary for clarification.
  • Fig. 8 shows the situation after the hot isostatic pressing process.
  • the spaces 24 are filled with matrix material 20 or the material of the fan blade 10, this matrix material 20 intimately connecting with the material of the fan blade 10. Since the spaces 24 are extremely small, there is no significant shrinkage or shape changes of the fan blade 10 during hot isostatic pressing of the fan blade 10 provided with the reinforcing elements 12, so that the fan blade 10 retains its outer contour imparted before the hot isostatic pressing process.
  • This has the decisive advantage that after the hot isostatic pressing process, no further processing of the fan blade is required to give it its outer contour. Conversely, this means that the outer contour of the fiber-reinforced component is essentially already fixed at a point in time before the hot isostatic pressing process.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines langfaserverstärkten Bauteils, das ein Matrixmaterial mit mindestens einer darin eingebetteten Gruppe von mit Matrixmaterial beschichteten im wesentlichen parallelen Langfasern aufweist.
  • Um Bauteilen bei geringerem Gewicht größere Stabilität zu verleihen, ist es grundsätzlich bekannt, in die Bauteile Fasern einzubetten. Je nach Wahl des Materials für die Faser werden auch die Temperaturausdehnung verringert und die Temperaturfestigkeit des derart faserverstärkten Bauteils erhöht. Das Faserverstärkungsmaterial besteht zweckmäßigerweise aus mit einem Matrixmaterial beschichteten Fasern; dies hat den Vorteil, daß sich benachbarte Fasern nicht berühren sondern vielmehr von einem Material, dem Matrixmaterial umgeben sind. Vorzugsweise werden als Matrixmaterial Titanbasis-Legierungen verwendet, während die Faser selbst aus Siliziumcarbid (SiC) besteht. Im Rahmen dieser Erfindung ist mit dem Begriff "Faser" eine Monofaser gemeint, die im Innern aus Fasermaterial besteht und außen eine Beschichtung aus Matrixmaterial aufweist.
  • Aus DE 43 35 557 C1 ist ein Verfahren zum Herstellen von langfaserverstärkten Bauteilen bekannt, bei dem in ein Werkstück aus insbesondere Matrixmaterial ein Hohlraum eingebracht wird, der dann von einzelnen nebeneinanderliegenden und im wesentlichen zueinander parallel verlaufenden Langfasern ausgefüllt wird. Nach Kapselung des derart präparierten Werkstücks bzw. nach Verschluß des bzw. der Zugänge zum Hohlraum erfolgt ein heißisostatischer Preßvorgang, bei dem das Werkstück extrem hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt ist. Dabei verformt sich das Bauteil bzw. Werkstück, da die Zwischenräume zwischen den einzelnen Fasern geschlossen werden. Damit ist in jedem Fall eine Nachbearbeitung des Werkstücks erforderlich, um letztendlich dann das Bauteil mit der gewünschten Außenkontur herstellen zu können. Diese Nachbearbeitung ist in der Regel sehr schwierig und kostenintensiv.
  • Aus DE 29 15 412 C2 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus faserverstärktem Metallwerkstoff bekannt, bei dem in einen Hohlraum ein vorgefertigtes Röhrchen eingesetzt wird, das mit zueinander parallelen einzelnen Fasern gefüllt ist. Aber auch bei diesem bekannten Verfahren besteht der Nachteil darin, daß der mit den fasergefüllten Röhrchen versehene Formkörper beim heißisostatischen Preßvorgang relativ starken Schrumpfungen ausgesetzt ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines langfaserverstärkten Bauteils zu schaffen, mit dem sich das Bauteil ohne nennenswerte Nachbehandlungen konturnah und formstabil fertigen läßt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines langfaserverstärkten Bauteils vorgeschlagen, das ein Matrixmaterial mit mindestens einer darin eingebetteten Gruppe von mit Matrixmaterial beschichteten im wesentlichen parallelen Langfasern aufweist, wobei bei dem Verfahren
    • das Bauteil mit im wesentlichen der gewünschten Außenkontur aus Matrixmaterial hergestellt wird,
    • in dem so hergestellten Bauteil mindestens ein eine vorgebbare Form aufweisender Hohlraum ausgebildet wird, der von außerhalb des Bauteils zugänglich ist,
    • in dem mindestens einen Hohlraum mindestens ein vorgefertigtes langfaserverstärktes Verstärkungselement eingebracht wird, das mehrere in Matrixmaterial eingebettete Langfasern aufweist, wobei die Zwischenräume zwischen den Langfasem mit Matrixmaterial ausgefüllt sind, und
    • das Bauteil mitsamt dem mindestens einen Verstärkungselement einem heißisostatischen Preßvorgang ausgesetzt wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das faserzuverstärkende Bauteil zunächst mit der gewünschten Außenkontur aus einem insbesondere Metallwerkstoff, bei dem es sich vorzugsweise um das Matrixmaterial handelt, hergestellt. Anschließend wird in dieses bereits konturennah hergestellte und noch ohne Faserverstärkung versehene Bauteil mindestens ein Hohlraum eingebracht. Dieser Hohlraum ist von außerhalb des Bauteils zugänglich, um nämlich in ihn ein langfaserverstärktes Verstärkungselement einzubringen. Dieses Verstärkungselement ist erfindungsgemäß vorgefertigt und besteht aus dem Matrixmaterial der Langfaserbeschichtung, in das die Langfasern eingebettet sind. Dieses vorgefertigte Verstärkungselement wird dann mit dem Bauteil heißisostatisch verpreßt. Da sich nun die vor dem heißisostatischen Preßvorgang eventuell noch verbleibenden Hohlräume einzig und allein auf den sehr geringen Zwischenraum zwischen dem Verstärkungselement und dem Bauteil reduzieren, ist bei dem erfindungsgemäß hergestellten Bauteil nach dem heißisostatischen Preßvorgang kaum noch eine Formveränderung bzw. Schrumpfung des Bauteils zu beobachten. Damit bedarf es also insbesondere keiner Nachbearbeitung des Bauteils, um diesem die gewünschte Außenkontur zu verleihen. Eine Bearbeitung des Bauteils ist lediglich noch in den Bereichen des bzw. der Zugänge zu dem mindestens einen Hohlraum erforderlich. Denn bei dem heißisostatischen Preßvorgang muß das Bauteil bzw. die in ihm noch verbleibenden Frei- oder Zwischenräume evakuiert sein, damit diese Frei- bzw. Zwischenräume nach dem heißisostatischen Preßvorgang von Matrixmaterial bzw. Fasern ausgefüllt sind.
  • Durch die Verwendung vorgefertigter langfaserverstärkter Verstärkungselemente aus Matrixmaterial ist es also erfindungsgemäß möglich, dem Bauteil bereits vor dem heißisostatischen Preßvorgang seine gewünschte Außenkontur zu verleihen. Damit kann auf Nachbarbeitungsschritte verzichtet werden. Der Vorteil besteht darin, daß nun Herstellungstechniken, wie beispielsweise Guß, Formfräsen oder Schalentechnik verwendet werden können, die wesentlich weniger aufwendig sind als in dem Fall, in dem das Bauteil erst nach dem heißisostatischen Preßvorgang bearbeitet wird. Der erfindungsgemäß zu erzielende Vorteil des extrem geringen Schrumpfens des heißisostatisch verpreßten Bauteils macht es also möglich, dem Bauteil bereits vor dem Einbringen der Faserverstärkung die gewünschte Außenkontur zu verleihen, womit Herstellungstechniken zur Erstellung des Bauteils mit der gewünschten Außenkontur eingesetzt werden können, die wesentlich preiswerter sind als die Bearbeitung eines faserverstärkten Werkstücks, um diesem eine gewünschte Außenkontur zu verleihen.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Hohlraum durch insbesondere Funkenerrosion oder durch Bohren von außerhalb des Bauteils eingebracht wird. Beim Bohren kann auf chemische oder mechanische Techniken zurückgegriffen werden. Insbesondere erstrecken sich die Hohlräume entlang gerader Linien und treten dabei an einer Seite (Sackloch-Ausbildung) oder an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Bauteils (durchgehende Bohrung) aus diesem heraus. Bei geradlinig ausgerichteten Hohlräumen sind die Verstärkungselemente, deren Querschnitt gleich dem Querschnitt der Hohlräume ist, stabförmig. Hier sind runde, aber auch polygonale Stäbe denkbar.
  • Während bei einem sich durch das Bauteil hindurch ersteckenden Hohlraum dessen Zugang über die stirnseitigen Enden erfolgt, kann bei einem allseitig abgeschlossenen Hohlraum auf diesen dadurch zugegriffen werden; daß das Bauteil zweiteilig ist, also beispielsweise zwei Hälften aufweist. Das aus Matrixmaterial ohne Faserverstärkung hergestellte Bauteil wird beispielsweise in zwei Teile unterteilt oder aber diese beiden Teile werden getrennt gefertigt, um dann zum Bauteil zusammengesetzt zu werden. Der Hohlraum wird entweder in einem der beiden oder aber in beiden Teilen eingebracht. Im zuletzt genannten Fall erstreckt sich der Hohlraum also dann durch beide Bauteilhälften hindurch.
  • Der "Zugang" zu einem solchen Hohlraum kann beispielsweise als sich entlang der aneinanderliegenden Grenzflächen der Bauteilhälften erstreckend betrachtet werden. Durch Verschweißung der beiden Bauteilhälften bzw. der beiden Teile des Bauteils kann der Hohlraum bzw. der sich zwischen dem Verstärkungselement und den Bauteilhälften ergebende Frei- oder Zwischenraum verschlossen werden.
  • Die gasdichte Verschließung des Zugangs erfolgt insbesondere durch Elektronenstrahlverschweißen. Diese Verschweißungstechnik kann lediglich im Vakuum durchgeführt werden. Exakt ein Vakuum wird aber benötigt, um die noch verbleibenden Freiräume zwischen dem Verstärkungselement und dem übrigen Teil des Bauteils zu evakuieren.
  • Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
    • Fig. 1
    eine Darstellung einer Fanschaufel eines Düsentriebwerks mit in die Schaufel eingebrachten stabförmigen faserverstärkten Verstärkungselementen als Beispiel eines erfindungsgemäß herzustellenden Bauteils,
    Fig. 2
    einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 durch die Fanschaufel im Bereich eines in diese eingebrachten Verstärkungsstabes,
    Fign. 3 bis 6
    graphische Darstellungen zur Erläuterung der einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung der einzelnen Aufnahmebohrungen für die Verstärkungsstäbe der Fanschaufel,
    Fig. 7
    einen Schnitt entlang der Linie VII-VII der Fig. 6 vor dem heißisostatischen Preßvorgang und
    Fig. 8
    die Situation gemäß Fig. 7 nach dem heißisostatischen Preßvorgang.
  • Fig. 1 zeigt als Beispiel eines langfaserverstärkten Bauteils eine Fanschaufel 10, die mit einer Vielzahl von stabförmigen langfaserverstärkten Verstärkungselementen 12 (nachfolgend faserverstärkte Stäbe genannt) versehen ist. Die faserverstärkten Stäbe 12 erstrecken sich von der Schaufelspitze 14 bis zum Schaufelfuß 16 geradlinig durch die Fanschaufel 10 hindurch. Die faserverstärkten Stäbe 12 sind als vorgefertigte Verstärkungselemente in in die Fanschaufel eingebrachte Hohlräume 18 eingebracht worden und füllen diese im fertig hergestellten Zustand der Fanschaufel 10 gänzlich aus. Wie beispielsweise in Fig. 7 zu erkennen ist, sind in das Material 20 der faserverstärkten Stäbe 12 zueinander parallele Langfasern 22 eingebettet (s. auch Fig. 2). Die Herstellung dieser Verstärkungselemente 12 erfolgt beispielsweise dadurch, daß die mit einem Matrixmaterial beschichteten Langfasern 22 in ein Rohr bzw. Röhrchen aus Matrixmaterial eingebracht werden. Anschließend wird das derart mit Langfasern 22 gefüllte Rohr nach Evakuierung und gasdichtem Verschluß an seinen Stirnseiten einem heißisostatischen Preßvorgang für mehrere Stunden bei Temperaturen von 1000 °C bis 1300 °C und Drücken von 150 MPa bis 230 Mpa ausgesetzt. Bei diesem heißisostatischen Preßvorgang kommt es zu einem Verschmelzen des Matrixmaterials der Langfasern 22 untereinander und des Matrixmaterials des Röhrchens. Nach dem heißisostatischen Preßvorgang liegt also ein Verstärkungselement 12 vor, das keinerlei Hohlräume mehr aufweist; wird ein derartiges Verstärkungselement 12 zu einem späteren Zeitpunkt nochmals einem heißisostatischen Preßvorgang ausgesetzt, so ist keinerlei Schrumpfung bzw. Formveränderung zu verzeichnen.
  • Die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung der Fanschaufel 10 gemäß Fig. 1 werden nachfolgend anhand der Fign. 3 bis 6 erläutert.
  • In einem ersten Verfahrensschritt wird aus einem geeigneten Material, beispielsweise dem Matrixmaterial der Beschichtung der Langfasern 22 bzw. einem damit verträglichen Material die Fanschaufel 10 in der gewünschten Form hergestellt. Hier kann man sich beispielsweise Techniken wie z.B. dem Gießen, dem Formfräsen oder der Schalentechnik bedienen. Am Ende dieses Herstellungsprozesses liegt also die Fanschaufel 10 mit ihrer endgültigen Außenkontur vor, wobei allerdings noch die Faserverstärkung fehlt (s. Fig. 3).
  • In einem nächsten Arbeitsschritt werden nun die Hohlräume 18 in die Fanschaufel 10 eingebracht. Dabei bedient man sich beispielsweise der Funkenerrosionstechnik oder einer mechanischen bzw. chemischen Bohrtechnik; das in Fig. 4 bei 23 dargestellte Teil soll das für die jeweilige Technik erforderliche Werkstück symbolisieren. Nach dem Einbringen sämtlicher Hohlräume 18 liegt also eine Fanschaufel 10 vor, die von einer Vielzahl von Bohrungen ausgehend von der Schaufelspitze 14 bis zum Schaufelfuß 16 durchzogen ist.
  • In einem nächsten Verfahrensschritt werden nun in die Hohlräume 18 die vorgefertigten faserverstärkten Stäbe 12 eingeführt. Dabei ist der Außendurchmesser der faserverstärkten Stäbe 12 derart auf den Innendurchmesser der Hohlräume 18 abgestellt, daß sich die faserverstärkten Stäbe 12 in die Hohlräume 18 einschieben lassen. Hierbei läßt es sich nicht vermeiden, daß sich zwischen den faserverstärkten Stäben 12 und der Fanschaufel 10 kleinste Zwischenräume 24 (s. Fig. 7) bilden.
  • Zur innigen Verbindung der faserverstärkten Stäbe 12 mit der Fanschaufel 10 wird diese einem heißisostatischen Preßvorgang beispielsweise bei den oben angegebenen Bedingungen ausgesetzt. Dazu ist es erforderlich, die Zwischenräume 24 wischen den faserverstärkten Stäben 12 und der Fanschaufel 10 zu evakuieren und alsdann diese Zwischenräume 24 gegenüber der Umgebung der Fanschaufel 10 gasdicht zu verschließen. Dies geschieht bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, daß auf die Schaufelspitze 14 und auf den Schaufelfuß 16 folienartige Abdeckplatten 26 aus dem Material der Fanschaufel 10 aufgeschweißt werden (s. Fig. 6). Wird als Schweißtechnik die Elektronenstrahlschweißung eingesetzt, so hat dies den Vorteil, daß beim Verschweißen automatisch auch die Evakuierung der Fanschaufel 10 erfolgt, da das Elektronenstrahlschweißen lediglich im Vakuum möglich ist.
  • Die Situation nach dem Einführen der Verstärkungselemente 12 in die Fanschaufel 10 und vor dem heißisostatischen Preßvorgang ist in Fig. 7 dargestellt. Die Zwischenräume 24 sind in Fig. 7 zur Verdeutlichung größer als technologisch erforderlich dargestellt.
  • Fig. 8 zeigt die Situation nach dem heißisostatischen Preßvorgang. Durch diesen Preßvorgang sind die Zwischenräume 24 mit Matrixmaterial 20 bzw. dem Material der Fanschaufel 10 ausgefüllt, wobei sich dieses Matrixmaterial 20 mit dem Material der Fanschaufel 10 innig verbindet. Da die Zwischenräume 24 extrem gering sind, kommt es also beim heißisostatischen Pressen der mit den Verstärkungselementen 12 versehenen Fanschaufel 10 zu keinen nennenswerten Schrumpfungen bzw. Formveränderungen der Fanschaufel 10, so daß diese ihre vor dem heißisostatischen Preßvorgang verliehene Außenkontur beibehält. Das hat den entscheidenden Vorteil, daß nach dem heißisostatischen Preßvorgang es keiner weiteren Bearbeitung der Fanschaufel bedarf, um dieser ihre Außenkontur zu verleihen. Umgekehrt heißt das, daß die Außenkontur des faserverstärkten Bauteils bereits im wesentlichen zu einem Zeitpunkt vor dem heißisostatischen Preßvorgang feststeht. Damit können unabhängig von der Faserverstärkung andere Herstellungstechniken für die Fanschaufel eingesetzt werden als diejenigen, bei der erst nach dem heißisostatischen Preßvorgang das Bauteil seine endgültige Außenkontur erhält. So ist es beispielsweise möglich, die Fanschaufel mit ihrer gewünschten Außenkontur in Guß-Technik, Schalen-Technik oder durch Formfräsen herzustellen. In jedem Fall hier auf eine preisgünstigere Technik zurückgegriffen werden, als wenn der Fanschaufel die endgültige Form erst nach dem heißisostatischen Preßvorgang verliehen wird, da dann nur noch aufwendige Werkstück- und Oberflächenbearbeitungstechniken eingesetzt werden können.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Herstellen eines langfaserverstärkten Bauteils, das ein Matrixmaterial mit mindestens einer darin eingebetteten Gruppe von mit Matrixmaterial beschichteten im wesentlichen parallelen Langfasern aufweist, bei dem
    - das Bauteil (10) mit im wesentlichen der gewünschten Außenkontur aus Matrixmaterial hergestellt wird,
    - in dem so hergestellten Bauteil (10) mindestens ein eine vorgebbare Form aufweisender Hohlraum (18) ausgebildet wird, der von außerhalb des Bauteils zugänglich ist,
    - in dem mindestens einen Hohlraum (18) mindestens ein vorgefertigtes langfaserverstärktes Verstärkungselement (12) eingebracht wird, das mehrere in Matrixmaterial eingebettete Langfasern aufweist, wobei die Zwischenräume zwischen den Langfasem mit Matrixmaterial ausgefüllt sind, und
    - das Bauteil (10) mitsamt dem mindestens einen Verstärkungselement (12) einem heißisostatischen Preßvorgang ausgesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Hohlraum (18) durch Erodieren oder chemisches oder mechanisches Bohren von außen in das Bauteil (10) eingebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (10) zweiteilig ist und daß der Hohlraum (18) sich durch beide Teile des Bauteils (10) erstreckt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (10) vor dem heißisostatischen Preßvorgang evakuiert und der Zugang zu dem mindestens einen Hohlraum (18) gasdicht verschlossen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Verstärkungselement (12) stabförmig ist.
EP99118781A 1998-10-31 1999-09-23 Verfahren zum Herstellen eines langfaserverstärkten Bauteils Expired - Lifetime EP0997549B1 (de)

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