JP5008722B2 - 航空宇宙のための繊維複合材部品の製造方法 - Google Patents
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Description
追加の重量を最小化しながら、航空機の分野で発生する荷重に耐えるためにCRPストリンガーを有するCRP外殻を堅くすることが一般的に知られている。この点において、T及びΩストリンガーの2つの型のストリンガーの間で、本質的に区別が行われている。
Ωストリンガーは、帽子の断面のような形状を有し、その端部が外殻に接続されている。Ωストリンガーは、硬化した状態にて、同様に硬化した外殻に粘着により接続されても、又は、ウエット・イン・ウエット(wet−in−wet)の状態から、外殻と同時に硬化させてもよい。作業の技術的側面からより有利であるため、後者が望ましい。しかしながら、Ωストリンガーで堅くされた外殻のウエット・イン・ウエット製造のためには、コアを支持するか型成形することが必要である。これは、製造作業の間、望ましいΩ形状にて寸法的に不安定なほぼ完成した繊維製品を固定し支持するためである。Ωストリンガーを備える外殻は、Tストリンガーに対し有利であり、マトリックス、例えばエポキシ樹脂をほぼ完成した繊維製品に導入するための注入作業の間、より良い浸透を許容する。注入作業は、繊維複合材部品を製造するための他の公知の方法、例えばプリプレグ作業に比べて安価である。なぜならば、注入作業は、より低価格のほぼ完成した繊維製品の使用を許容するからである。
従って、繊維複合材部品、特に航空宇宙のためのベース部品上のストリンガーを製造するための方法が提供される。この方法は、以下の方法工程を備える。形成されるべき型成形コアの外側の形状を確立するために、コアスリーブを型成形工具に導入し、形成される前記型成形コアの外側の形状において、とがった角に成形される変わり目の領域であって、且つ、前記コアスリーブの中に、強化手段を配置させ、導入された前記コアスリーブに真空で固定することのできる充填材料を充填し、前記コアスリーブに真空を適用し、そしてこの結果として、型成形コアを形成するために前記充填材料を真空で固定し、そして、製造されるべき繊維複合材部品を形作るために、形成された前記型成形コアに少なくとも1つのほぼ完成した繊維製品を少なくとも部分的に置く。
また、本発明による型成形コアを用いて、及び/又は、本発明による方法によって製造された、少なくとも1つのストリンガーを備える、特に航空宇宙のための、繊維複合材部品が提供される。
本発明の有利な改良及び進歩は従属請求項に見出され得る。
充填材料の形状は、充填材料に対する圧縮圧力が保たれている限り、固定された状態で規定される。圧縮圧力が除去されたならば、粒状の要素は、もはやかみ合い状態にはなく、充填材料の幾何学的な形状の変化が可能になる。
更に好ましい本発明の例示的な実施形態では、型成形工具内の真空で固定することのできる材料は、真空で固定する前に、圧縮され、及び/又は、振動させられる。この圧縮は、充填材料の粒子を圧縮することを意味するものとして理解される。
真空で固定する前に、圧縮すること、及び/又は、振動させることは、充填材料の要素のかみ合いに貢献し、それ故、圧縮圧力が印加されたときに、固定され規定された充填材料の幾何学的な形状に繋がる。
硬化された繊維複合材部品の粘着性の付着を減少させる剥離層が、好ましくは、コアスリーブに付与される。これは、型成形コアを用いて作り出された繊維複合材部品の一部の少なくとも部分的な硬化の後における、コアスリーブの除去を容易にする。
図面中の全ての図において、同一又は機能的に同一の要素には、示されていない限り、同一の符号が付されている。
装置1に配置されているのは型成形工具2である。型成形工具2は、好ましくは、図4Aに示されるような横断面3を有する。型成形工具2の横断面3は、本質的に台形であるよう形成される。型成形工具2の壁4には、コアスリーブ9の吸い込みを防止すべく、多数の小孔5が付与されている。真空が均等に分配されることを確保すべく、コアスリーブ9と壁4との間に、通気性を有する膜を導入することも同様に考えられる。
好ましくは可塑性及び/又は曲げ性を有するコアスリーブ9が、型成形工具2の内部空間8に導入される。コアスリーブ9は、重力の有効な方向に関して、上部開口を備えて縦に形成されている。コアスリーブ9は、好ましくはプラスチックから製造され、特に、ポリアミド及び/又はPTFEプラスチックから製造される。コアスリーブ9は、その縦軸が型成形工具2の縦軸に沿って並べられ、そして、開口10を有するコアスリーブ9の上端が、閉じることが可能な装置1の開口11から突出する。
例示的な本実施形態によれば、装置1の閉じられる開口11は板12によって閉じられ、そして後者は、適当な固定手段13a、13bを用いて、型成形工具2の内部空間2に関して密封する方法で閉じられる。
珪砂21でのコアスリーブ9の充填は、コアスリーブ9が適当に満たされると、換言すると例えば開口10の直下まで満たされると、すぐに中止される。
更に進んだ工程では、第1の真空ポンプはスイッチを切られ、そしてそれから、図2に示された方向とは逆方向での、矢印25によって示された空気の流れを許容する。
コアスリーブ9の外表面16bに対する第1の真空ポンプを用いた真空の適用による先の予備の伸張のため、コアスリーブ9は、第2の真空を用いた収縮の間、しわを形成しない。
その上、型成形工具2は、好ましくは、詰め込み及びその結果としての改善された強度を達成するため、例えば第2の真空の適用前に、コアスリーブの縦方向に振動させられてもよい。これは、形成された型成形コア27の点荷重に対する抵抗力を増大する。
その上、図4Bに示されるように、コーナープロファイル29a、29bの形の強化要素は、第2の真空の適用前に、コアスリーブ9内に配置されてもよい。
例示的な本実施形態によれば、更に進んだ工程では、コアスリーブ9の開口10が、真空密封装置を用いて、例えば溶接されて閉じられる。代わりに、真空で固定することが必要とされている間、真空が接続されたままであることが与えられてもよい。この結果として、品質管理、例えばコアスリーブ9における漏れの検知が実行され得る。それから、真空密封装置24が、例えば上方に離されても、第2の真空は、コアスリーブ9内にとどまる。この後、板12は、更に進んだ方法工程で、引き上げられる。型成形工具2を開いた後、寸法的に安定な型成形コア27がそれから除去され、複数の繊維マットからなるパネル31の上に配置される。
具体的には上記した方法によって製造された、ほぼ台形の横断面の2つの型成形コア27が、ベース部品31上にそれらの基部32が置かれた状態で配置される。ベース部品31は、少なくとも1層のほぼ完成した繊維製品を有する。
種々の製造方法が、繊維複合材製品の製造のために使用されてもよい。マトリックスを、換言すれば例えばエポキシ樹脂をほぼ完成した繊維製品31、33a、33bに導入するために、浸透作業が好ましくは選択される。プリプレグ作業は、同様にここで使用されることができる。
ほぼ完成した繊維製品33a、33bは例えば適当なオーブン又はオートクレーブ(図示せず)内で硬化してストリンガー35a、35bを形成する。硬化後、この結果として、少なくとも部分的に硬化された繊維複合材部品34は、2つのΩストリンガー35a、35bを有する。
いったん珪砂21が大部分除去されると、ストリンガー35bについて図6に例示的な方法で描かれたように、コアスリーブ9が、縦方向にてストリンガーから引き出され得る。これは、ストリンガー35a、35bが、縦方向にてアンダーカットを、換言すれば、ストリンガーの縦方向に対して横に延びるストリンガー内の凹所を有しているときでも、可能である。この結果として、簡単な方法での、モールド(型で造ったもの)からのコアスリーブ9又は型成形コア27の除去が保証される。その後、繊維複合材製品34は、更に処理されることができ、又は、直接使用され得る。
その上、全体ひとまとまりの型成形コアを形成するために、複数の型成形コアを使用することもでき、全体ひとまとまりの型成形コアの周辺に繊維複合マットが置かれる。これは、多数の型成形コアを用いてより複雑な形状が作り出されることを、そしてひいては、より複雑な繊維複合材部品が製造されることを許容する。
2 型成形工具
3 型成形工具の横断面
4 型成形工具の壁
5 孔
6 通路
7 ホース
8 型成形工具の内部空間
9 コアスリーブ
10 コアスリーブの開口
L 縦軸
11 装置の閉じることが可能な開口
12 板
13a 固定手段
13b 固定手段
15 プレートの開口
16a コアスリーブの壁
16b コアスリーブの外表面
17 コアスリーブの内表面
18 クランプ
19 供給装置
20 ホッパー
21 珪砂
22 空気の流れの第1の方向
23 空気の流れの第1の方向
24 真空密封装置
25 流れの第2の方向
26 流れの第3の方向
27 型成形コア
28 型成形コアの横断面
29a コーナープロファイル
29b コーナープロファイル
31 ベース部品
32 型成形コアの基部
33a ほぼ完成した繊維製品
33b ほぼ完成した繊維製品
34 繊維複合材部品
35a ストリンガー
35b ストリンガー
37 吸引引き抜き装置
Claims (17)
- 航空宇宙のための繊維複合材部品(34)を製造するための方法において、
形成されるべき型成形コア(27)の外側の形状を確立するために、コアスリーブ(9)を型成形工具(2)に導入し、
形成される前記型成形コア(27)の外側の形状において、とがった角に成形される変わり目の領域であって、且つ、前記コアスリーブ(9)の中に、強化手段(29a、29b)を配置させ、
導入された前記コアスリーブ(9)に真空で固定することのできる充填材料(21)を充填し、
前記コアスリーブ(9)に真空を適用し、そしてこの結果として、型成形コア(27)を形成するために前記充填材料(21)を真空で固定し、
ほぼ完成した繊維複合材製品からなるベース部品(31)に前記型成形コア(27)を配置し、
製造されるべき繊維複合材部品(34)を形作るために、形成された前記型成形コア(27)に少なくとも1つのほぼ完成した繊維製品(33a、33b)を少なくとも部分的に置き、そして、
前記型成形コア(27)と一緒の前記ほぼ完成した繊維製品(31、33a、33b)にマトリックスを導入し、そして後で前記マトリックスを少なくとも部分的に硬化させる方法工程を備える繊維複合材部品(34)を製造するための方法。 - 前記コアスリーブ(9)の充填は、真空で固定することのできる前記充填材料(21)に作用する重力、及び、真空で固定することのできる前記充填材料(21)に作用する送風機の流れのうち一方又は両方によって生じることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 充填の前に、前記コアスリーブ(9)は、重力、及び、前記コアスリーブ(9)の外表面(16b)に作用する吸い込み手段のうち一方又または両方によって開いた状態にされることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記コアスリーブ(9)の充填後、前記コアスリーブ(9)に作用する吸い込み手段(5)は、前記コアスリーブ(9)を解放することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の方法。
- 真空で固定するための真空は、品質保証のために監視されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の方法。
- 前記型成形工具(2)内の前記真空で固定することのできる充填材料(21)は、真空で固定する前に、圧縮されるか、振動させられるか、又は、これら両方をされることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の方法。
- 真空で固定した後に、前記型成形コア(27)は、縦方向に分割される前記型成形工具(2)から移動させられることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の方法。
- ほぼ完成した前記繊維製品(31、33a、33b)及びマトリックスのうち一方又は両方の前記コアスリーブ(9)への粘着性の付着を減少させる剥離層が、前記コアスリーブ(9)に付与されるか、又は、コアスリーブ自身によって形成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の方法。
- 前記コアスリーブ(9)での真空は、前記少なくとも部分的な硬化の後に終了させられることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記真空の終了後、前記固定することのできる材料(21)は、振って出されるか、流し出されるか、吸い込みによって引き抜かれるか、又は、これらの組み合わせによって、前記コアスリーブ(9)から除去されることを特徴とする請求項1又は9に記載の方法。
- 前記コアスリーブ(9)は、前記繊維複合材部品(27)の少なくとも部分的に硬化させられた部分から除去されることを特徴とする請求項9又は10記載の方法。
- 前記コアスリーブ(9)は、可塑性、曲げ性、寸法的な不安定性、又は、これらを組み合わせた性質を有する材料から形成されることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の方法。
- 前記コアスリーブ(9)は、プラスチックから、ポリアミド及びPTFEプラスチックのうち一方又は両方から形成されることを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載の方法。
- 前記型成形コア(27)は、少なくとも1つのアンダーカットを有して形成されることを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載の方法。
- 前記型成形コア(27)の横断面は、台形、三角形、長円形、円形、波形、又は、これらを組み合わせた形であるように形成されていることを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載の方法。
- 前記固定することのできる充填材料(21)は、きめの細かい形状を有するか、砂、珪砂、微粒子、ガラス玉若しくはこれらを組み合わせたものによって形成されているか、又は、これらの両方であることを特徴とする請求項1から15のいずれかに記載の方法。
- 前記繊維複合材部品(34)を製造するための方法は、ハンドレイアップ、プリプレグ、トランスファー成形、バキュームインフュージョン、又は、これら作業の組み合わせの形で行われることを特徴とする請求項1から16のいずれかに記載の方法。
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