NL1029854C2

NL1029854C2 - Werkwijze voor het vervaardigen van een versterkt vormdeel.

Info

Publication number: NL1029854C2
Application number: NL1029854A
Authority: NL
Inventors: Geerardus Hubertus J Roebroeks
Original assignee: Gtm Consulting B V
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-03-05
Also published as: WO2007027093A1

Description

Werkwijze voor het vervaardigen van een versterkt vormdeel

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een versterkt vormdeel. De uitvinding betreft eveneens een inrichting voor het vervaardigen 5 van het versterkte vormdeel.

Vormdelen uit bijvoorbeeld metaal worden veelvuldig toegepast in de transportindustrie, zoals bijvoorbeeld in automobielen, treinen en vliegtuigen. In sectoren waar gewichtsbesparing een overheersende rol speelt, zoals bijvoorbeeld in de 10 lucht- en ruimtevaart, worden dergelijke vormdelen doorgaans vervaardigd uit relatief lichte metalen, zoals bij voorbeeld uit aluminium- of titaanlegeringen. Ook vezelversterkte kunststoffen worden in toenemende mate toegepast, vanwege hun hoge specifieke mechanische eigenschappen (eigenschappen gedeeld door dichtheid). Vormdelen voor de lucht- en ruimtevaart, zoals bijvoorbeeld vleugels, romp- en 15 staartpanelen, huidpanelen, verstijvers, en dergelijke meer dienen vanwege de grote risico’s verbonden aan het vliegen bestand te zijn tegen eventueel opgelopen schade. Een dergelijke bestandheid tegen schade wordt in de vakwereld ook wel aangeduid met de term “damage tolerance”. Onder schadebestandheid wordt onder andere verstaan dat eenmaal in het vormdeel ontstane scheurtjes weerstand ondervinden bij het verder 20 groeien ervan. Groei van scheurtjes zal doorgaans worden gedreven door de op het vormdeel in de praktijk uitgeoefende wisselbelasting (ook wel aangeduid met vermoeiingsbelasting). De scheurtjes kunnen hierbij een dusdanige lengte krijgen dat het vormdeel of een gedeelte ervan bezwijkt. Een dergelijk bezwijken onder vermoeiing is uiteraard ongewenst. Om die reden worden in de stand der techniek vormdelen 25 tenminste plaatselijk versterkt met versterkingsdelen.

Een bekende werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijk versterkt vormdeel, bijvoorbeeld een (gedeelte van een) vliegtuigvleugel uit aluminium, bestaat erin tenminste één versterkingsdeel, bijvoorbeeld een strip uit een relatief sterk en voor 30 vermoeiing althans verminderd gevoelig materiaal, op het vormdeel aan te brengen en hieraan te hechten met een hiertoe geschikte lijm. Ontwikkelen zich onder invloed van de wisselbelasting vermoeiingscheurtjes in het vormdeel, en groeien deze onder de versterkingsdelen door, dan zullen deze in de praktijk doorgaans intact blijven, de 10298 54_ 2 scheurtjes in het vormdeel overbruggen, en daardoor kunnen zorgen voor tenminste een vertraging van de gemiddelde scheurgroei onder invloed van de wisselbelasting.

|

Hoewel met de bekende werkwijze scheurvorming onder wisselbelasting althans 5 gedeeltelijk kan worden vertraagd is er behoefte aan een verbeterde werkwijze. Verder is het lastig gebleken met de bekende werkwijze vormdelen te verkrijgen die een goede vormstabiliteit vertonen.

De onderhavige uitvinding stelt zich ten doel een verbeterde werkwijze voor het 10 vervaardigen van een versterkt vormdeel te verschaffen, waarbij het vormdeel goede mechanische eigenschappen, en in het bijzonder een verbeterde schadebestandheid vertoont.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft daartoe de kenmerken zoals verwoord in 15 conclusie 1. Meer bepaald omvat de werkwijze volgens de uitvinding het opnemen van het vormdeel in een mal en wel dusdanig dat uitzetting ervan onder invloed van een temperatuursverandering althans gedeeltelijk wordt verhinderd, het bij een eerste temperatuur aanbrengen van tenminste één versterkingsdeel op het vormdeel, en wel dusdanig dat uitzetting ervan onder invloed van een temperatuursverandering althans in 20 hoofdzaak onbelemmerd kan plaatsvinden, het op een verhoogde tweede temperatuur brengen van het samenstel van vormdeel en tenminste één versterkingsdeel, het bij de tweede temperatuur onderling verbinden van het tenminste één versterkingsdeel en het vormdeel door middel van hiertoe geschikte verbindingsmiddelen, en tenslotte het uit de mal verwijderen van het aldus gevormde versterkte vormdeel. Volgens onderhavige 25 uitvinding wordt door het althans gedeeltelijk verhinderen van de uitzetting van het vormdeel bij het overgaan van de eerste naar de tweede temperatuur hierin een drukspanning ontwikkeld, die ook na het onderling verbinden van vormdeel en versterkingsdeel bij de tweede temperatuur en afkoeling van het verbonden samenstel althans gedeeltelijk in stand blijft. Deze drukspanning zorgt er waarschijnlijk mede voor 30 dat een met de werkwijze volgens de uitvinding vervaardigd vormdeel in de praktijk een verminderde scheurgroeisnelheid onder wisselbelasting vertoont dan het vormdeel dat met de bekende werkwijze werd verkregen.

102 98 54_ 3

Scheurvorming en -groei in een bepaalde positie van het vormdeel worden in hoge mate bepaald door het spanningsveld ter plaatste. Zo kan een scheur bijvoorbeeld de neiging vertonen zich in een richting voort te planten die in hoofdzaak loodrecht staat op de richting waarin de grootste positieve hoofdspanning is gelegen. Kennis van het 5 spanningsveld in het vormdeel onder normale gebruiksomstandigheden kan derhalve van belang zijn om de posities in het vormdeel te kunnen bepalen met het grootste risico voor het ontstaan en het verder groeien van scheuren. De werkwijze volgens de uitvinding heeft als bijkomend voordeel dat deze het mogelijk maakt het spanningsveld in het vormdeel desgewenst slechts op bepaalde posities (lokaal) gunstig te beïnvloeden, 10 door op deze posities volgens de uitgevonden werkwijze versterkingsdelen aan te brengen.

Uitzetting van een vormdeel uit bijvoorbeeld aluminium kan onbelemmerd plaatsvinden onder invloed van een temperatuurverandering, die voor de meeste materialen een 15 temperatuurverhoging zal zijn. Hoewel minder eenvoudig te realiseren kunnen tevens andere manieren om een vormdeel uit te laten zetten, zoals bijvoorbeeld door vochtopname worden toegepast. Volgens de uitvinding wordt het vormdeel aan een temperatuurverandering onderworpen en wel dusdanig dat de uitzetting van het vormdeel althans gedeeltelijk wordt verhinderd. Een mogelijke manier om de uitzetting 20 althans gedeeltelijk te verhinderen bestaat erin een mal toe te passen, die in de richting waarin uitzetting dient te worden gehinderd is voorzien van tenminste twee opsluitplaten, waartussen het vormdeel nagenoeg passend of klempassend kan worden J opgenomen. Door de mal uit een materiaal te vervaardigen dat minder uitzet dan het i ! materiaal van het vormdeel, zullen bij een temperatuurverhoging de opsluitplaten 25 minder ver van elkaar worden verwijderd dan het vormdeel zou willen uitzetten, waardoor dit vormdeel dus onder een drukspanning wordt gebracht. In de praktijk is het mogelijk uitzetting van het vormdeel in elke richting - lengte, breedte en/of hoogte - te verhinderen. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is het vormdeel echter relatief vlak en wordt uitzetting ervan gehinderd in althans één 30 verhinderrichting in het vlak van het vormdeel. Door de werkwijze volgens de uitvinding toe te passen op een relatief vlak vormdeel - waarvan de lengte en breedte dus aanmerkelijk groter zijn dan de hoogte - wordt de gewenste drukspanning in grote delen van het vormdeel bereikt, waardoor de scheurbestandheid verder toeneemt.

1029854_ 4

De geometrische vorm van het tenminste één versterkingsdeel kan binnen brede grenzen worden gekozen. Zo is het mogelijk drie-, twee-, en/of ééndimensionaal gevormde versterkingsdelen toe te passen, desgewenst met ten opzichte van het vormdeel relatief kleine afmetingen, in welk geval lokale versterking kan plaatsvinden. In een 5 voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt tenminste één relatief langwerpig versterkingsdeel toegepast, waarvan de lengteas in hoofdzaak in de beoogde verhinderrichting verloopt. Een dergelijk versterkingsdeel is relatief eenvoudig aan te brengen.

10 De versterkingsdelen die worden toegepast in de werkwijze volgens de uitvinding kunnen op elke geschikte wijze worden bevestigd aan het vormdeel. Geschikte verbindingsmiddelen omvatten bijvoorbeeld bout- en/of pengatverbindingen, en/of andere mechanische verbindingen. Deze kunnen op specifieke plaatsen zoals bijvoorbeeld langs de zijranden van het versterkingsdeel worden aangebracht, of 15 homogeen zijn verdeeld over het oppervlak van het versterkingsdeel. Met voorkeur wordt de verbinding tot stand gebracht door een lijmlaag aan te brengen tussen vormdeel en versterkingsdeel, desgewenst onderbroken doch bij voorkeur over nagenoeg het volledige grensvlak tussen versterkingsdeel en vormdeel. Door een dergelijke wijze van verbinden wordt een vormdeel verkregen waarvan in onbelaste 20 toestand althans het versterkte gedeelte onder een in hoofdzaak homogene drukspanning staat. Gebleken is dat een dergelijk vormdeel een sterk verbeterde schadebestandheid kan bezitten onder bepaalde vermoeiingsbelastingen. Zo kan bijvoorbeeld de schadebestandheid met een factor 2 tot 4 verbeteren ten opzichte van een vormdeel dat volgens de bekende werkwijze werd vervaardigd.

25

Hoewel het volgens de uitvinding mogelijk is elke voor het verbinden van vormdeel en versterkingsdeel geschikte lijm toe te passen, omvat de lijmlaag bij voorkeur een thermohardende lijm, die uithardbaar is bij de tweede temperatuur. Dergelijke lijmen kunnen voor een nagenoeg permanente verbinding zorgen, die bovendien relatief 30 ongevoelig is voor tijdsafhankelijke effecten, zoals bijvoorbeeld kruip en spanningsrelaxatie. Hierdoor zal in gebruik het vormdeel gedurende een groot gedeelte van haar levensduur de beoogde verbeterde schadebestandheid vertonen. Geschikte technieken voor het aanbrengen van de lijmlaag op het versterkingsdeel en/of het vormdeel omvatten lamineren, sproeien, dippen, bekleden met een wals, bandlakken, 10 2 98 54_ i 5 dompelen enzovoorts. Ook is het mogelijk de lijmlaag vooraf op (gedeeltes van) het versterkingsdeel aan te brengen. Desgewenst worden versterkingsdeel en/of vormdeel op de aangewezen plaatsen voorbehandeld ter bescherming, bijvoorbeeld tegen corrosie, alsmede om het hechtend vermogen te verbeteren. Voorbeelden van dergelijke 5 voorbehandelingen omvatten ontvetten, chromateren, anodiseren, opruwen, het aanbrengen van een conversiebekleding en/of een primer, enzovoorts.

Wanneer in deze aanvrage sprake is van een eerste en een tweede temperatuur wordt hiermee een gemiddelde temperatuur aangeduid. Het moge duidelijk zijn dat wanneer 10 bijvoorbeeld gesproken wordt over het aanbrengen van het versterkingsdeel bij een eerste temperatuur hiermee wordt bedoeld dat het samenstel van vormdeel, versterkingsdeel en verbindingsmiddelen gemiddeld gezien de eerste temperatuur heeft aangenomen, waarbij plaatselijke variaties kunnen optreden. Hetzelfde geldt voor de stap in de werkwijze waarbij de verbinding tussen vormdeel en versterkingsdeel tot 15 stand wordt gebracht en het samenstel zich op de tweede temperatuur bevindt. Ook hier is het mogelijk dat plaatselijk een andere temperatuur heerst, die weliswaar niet veel zal afwijken van de gemiddelde tweede temperatuur. De hoogte van de eerste temperatuur kan worden gekozen naargelang de omstandigheden, doch zal bij voorkeur in de nabijheid van kamertemperatuur liggen. De hoogte van de tweede temperatuur kan 20 eenvoudig door de vakman worden gekozen en is bijvoorbeeld afhankelijk van het toegepaste type verbindingsmiddel. Een geschikte werkwijze voor het op de eerste en/of tweede temperatuur brengen van de stapeling bestaat erin de gehele stapeling op te nemen in een verwarmbaar drukvat of autoclaaf en te verwannen met een verwarmd gas, doorgaans lucht. Eens de stapeling op de tweede temperatuur gebracht kunnen de 25 onderdelen van de stapeling, desgewenst onder druk, aan elkaar worden gehecht. Ook is het mogelijk de stapeling door middel van stralingswarmte, bijvoorbeeld infrarood (IR) op te warmen, en onder druk tussen, desgewenst eveneens verwarmde, persplaten onderling te verbinden.

30 In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding worden de eerste en tweede temperatuur dusdanig gekozen dat het verschil tussen de tweede en de eerste temperatuur tenminste 80°C omvat. Met meer voorkeur is dit verschil tenminste 110°C, met de meeste voorkeur tenminste 140°C. Gebleken is dat hierdoor een hogere gemiddelde resterende drukspanning in het onbelaste vormdeel ontstaat, die 1 0 2 98 5 4 _ - - - - 6 verrassenderwijs leidt tot een bovenproportionele toename van de schadebestandheid onder wisselbelasting.

Het materiaal waaruit de mal, de versterkingsdelen en het vormdeel zijn vervaardigd is 5 volgens de uitvinding niet bijzonder beperkt. Zo kan zowel voor de mal, versterkingsdeel als voor vormdeel een metaal worden toegepast zoals bijvoorbeeld aluminium of (lichtgewicht) legeringen daarvan, roestvast staal, koudvervormd staal, gegalvaniseerd staal, magnesium, lithium, titanium, koper en/of legeringen daarvan. Omwille van gewichtsbesparing heeft het voor toepassing in de lucht- en ruimtevaart 10 voordelen het vormdeel en/of de versterkingsdelen in een lichtgewicht metaal uit te voeren, zoals bijvoorbeeld in aluminium- of titaanlegeringen. Ook vezelversterkte kunststoffen kunnen worden toegepast, vanwege hun hoge specifieke mechanische eigenschappen (eigenschappen gedeeld door dichtheid). Omwille van gebruiksduur, hardheid en andere voor een mal gewenste eigenschappen heeft het voordelen als het 15 malmateriaal een ijzerlegering of staal omvat.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding worden de materialen voor mal en versterkingsdeel dusdanig gekozen dat de thermische uitzettingscoëfficiënt van het malmateriaal lager is dan de thermische 20 uitzettingscoëfficiënt van het materiaal van het versterkingsdeel. De mal kan in deze uitvoeringsvorm bijvoorbeeld worden voorzien van verhindermiddelen in de vorm van aan de mal bevestigde of hiervan integraal onderdeel uitmakende opsluitplaten. Door het vormdeel althans gedeeltelijk tussen de opsluitplaten van de mal op te nemen en vervolgens de temperatuur te verhogen zal een drukspanning in het vormdeel ontstaan 25 omdat het malmateriaal minder uitzetting zal vertonen dan het versterkingsdeel en het vormdeel in de verhinderrichting slechts zover kan uitzetten als het malmateriaal dit toelaat. Het heeft verder voordelen de opsluitplaten - en verhindermiddelen in het algemeen - losmaakbaar te bevestigen aan de mal. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren door de mal en de verhindermiddelen, bijvoorbeeld in de vorm van een plaat, te voorzien van 30 gaten. De verhinderplaten kunnen dan op de mal worden aangebracht op de gewenste positie door middel van paspennen, die door de gaten worden gestoken. De vakman staan meerdere mogelijkheden ter beschikking. Zo kunnen de verhindermiddelen bijvoorbeeld door middel van een vacuümdruk op de gewenste positie op de mal worden vastgehouden.

102 96 54 4 7

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is de thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal van het tenminste één versterkingsdeel verschillend van de thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal 5 van het vormdeel. Hierdoor wordt bereikt dat de hoogte van de in het vormdeel opgewekte drukspanning eenvoudiger kan worden ingesteld. Het heeft hierbij met name voordelen de werkwijze te kenmerken doordat de thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal van het tenminste één versterkingsdeel kleiner is dan de thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal van het vormdeel. In de bekende werkwijze voor 10 het aanbrengen van versterkingsdelen op een vormdeel heeft het grote nadelen wanneer de thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal van het versterkingsdeel kleiner is dan de thermische uitzettingscoëfficiënt van het vormdeelmateriaal. Immers, door beide delen volgens de stand der techniek bij kamertemperatuur onderling te verbinden, zal bij een temperatuur onder kamertemperatuur - waaronder de in de luchtvaart gebruikelijke 15 gebruikstemperaturen kunnen worden gerangschikt - een trekspanning in het vormdeel worden opgewekt, wat ongewenst is. Worden beide delen verbonden bij een ten opzichte van kamertemperatuur verhoogde temperatuur dan geldt dit zelfs voor alle gebruikstemperaturen tot deze verhoogde temperatuur. Onderhavige voorkeursuitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding heeft dit nadeel niet.

20

Het heeft verder voordelen de werkwijze volgens de uitvinding te kenmerken doordat de verhouding van de stijfheidmodulus van het materiaal van het tenminste één versterkingsdeel tot de stijfheidmodulus van het materiaal van het vormdeel tenminste 85% is, met meer voorkeur tenminste 100%, en met de meeste voorkeur tenminste 25 130%. De stijfheidsmodulus (ook wel aangeduid met elasticiteitsmodulus) van de materialen is eenvoudig door de vakman in te stellen door een geschikte keuze van het materiaal.

Het heeft voordelen de werkwijze volgens de uitvinding te kenmerken doordat het 30 materiaal van het versterkingsdeel een vezelversterkte kunststof omvat. Dergelijke materialen zijn licht en sterk. Geschikt toe te passen versterkingsvezels zijn bijvoorbeeld glasvezels, koolstofvezels, metaalvezels, verstrekte thermoplastische kunststofvezels, zoals bijvoorbeeld aramidevezels, PBO vezels (Zylon®), M5® vezels, en ultrahoog moleculair gewicht polyetheen of polypropeen vezels, alsmede 1 0 2 98 5 4_ --- < 4 8 natuurvezels zoals bijvoorbeeld vlas-, hout- en hennepvezels, en/of combinaties van voomoemde vezels. Ook is het mogelijk zogenaamde commingled en/of intermingled rovings toe te passen. Dergelijke rovings omvatten een versterkingsvezel en een thermoplastische kunststof in vezelvorm. Voorbeelden van geschikte matrixmaterialen 5 voor de versterkingsvezels zijn thermoplastische kunststoffen zoals polyamides, polyimides, polyethersulfonen, polyetheretherketon, polyurethanen, polyetheen, polypropeen, polyfenyleensulfïdes (PPS), polyamide-imides, acrylonitrile-butadieen-styreen (ABS), styreen/maleinezuuranhydride (SMA), polycarbonaat, polyfenyleenoxide blend (PPO), thermoplastische polyesters zoals 10 polyetheentereftalaat, polybutyleentereftalaat, alsmede blends en copolymeren van één of meerdere van bovengenoemde polymeren, en thermohardende kunststoffen zoals epoxies, onverzadigde polyesterharsen, melamine-formaldehyde harsen, fenol-formaldehyde harsen, polyurethanen, en dergelijke meer.

15 In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze omvat de vezelversterkte kunststof in hoofdzaak continue vezels die zich in twee nagenoeg orthogonale richtingen uitstrekken (zogenaamd isotroop weefsel). In een andere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de vezelversterkte kunststof in hoofdzaak continue vezels die zich hoofdzakelijk in één richting uitstrekken (zogenaamd UD-weefsel). Het heeft voordelen de 20 vezelversterkte kunststof in de vorm van een vooraf geïmpregneerd halffabrikaat toe te passen. Een dergelijke “prepreg” laat zich eenvoudig verwerken en heeft als bijkomend voordeel dat de gewenste vezelrichting instelbaar is.

Om de gewenste hoge stijfheid en sterkte in de verhinderrichting te verkrijgen is het van 25 voordeel als in de werkwijze een vezelversterkte kunststof wordt toegepast die in hoofdzaak continue vezels omvat die zich hoofdzakelijk in één richting uitstrekken. De vezels worden dan bij voorkeur althans gedeeltelijk in de verhinderrichting georiënteerd. Bij voorkeur strekken de continue vezels zich hoofdzakelijk in een richting uit die een hoek van ten hoogste 15 graden maakt met de verhinderrichting. Met 30 meer voorkeur is dit ten hoogste 10 graden. Met de meeste voorkeur strekken de continue vezels zich hoofdzakelijk evenwijdig aan de verhinderrichting uit.

j

Een ander bijzonder geschikt materiaal voor het versterkingsdeel omvat een laminaat | van tenminste twee metaallagen en een tussenliggende vezelversterkte kunststoflaag.

102 98 54_ 9

Een dergelijk materiaal is bij de vakman bekend onder de handelsnaam Arall® (met polyaramidevezels) of Glare® (met glasvezels). Dit materiaal wordt bij voorkeur toegepast in voorgespannen vorm, waarbij de vezels van de tussenliggende vezelversterkte kunststoflaag gemiddeld onder een trekspanning staan, en de 5 metaallagen onder een drukspanning. Volgens de uitvinding is het tevens mogelijk verschillende versterkingsdelen te combineren in de werkwijze, waarbij desgewenst elk versterkingsdeel uit een ander materiaal is vervaardigd. In een bijzonder geschikte werkwijze volgens de uitvinding wordt bijvoorbeeld een versterkingsdeel in de vorm van een aluminium profiel verbonden met een aluminium vormdeel door middel van 10 een aantal versterkingdelen in de vorm van strippen Glare® materiaal. Ook vezelmetaal laminaten die andere vezels, zoals bijvoorbeeld Zylon®, M5® en/of koolstof bevatten, kunnen volgens de uitvinding worden toegepast. Het is tevens mogelijk versterkingselementen, zoals verstijvers en strippen, uit vezelmetaal laminaat te gebruiken om hiermee vormdelen uit vezelmetaal laminaat te versterken.

15

De uitvinding wordt hierna toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden en bijgevoegde figuren, waarin:

Fig. la een schematisch bovenaanzicht geeft van de mal en uitgangsmaterialen, zoals toegepast in een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding; 20 Fig. lb een schematisch zijaanzicht geeft van de mal en uitgangsmaterialen voor de uitvoeringsvorm van figuur 1;

Fig. 2 schematisch in perspectief een voortbrengsel weergeeft, dat is verkregen met een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding;

Fig. 3a een schematische weergave is van een doorsnede van een voortbrengsel, 25 verkrijgbaar met de werkwijze volgens de uitvinding;

Fig. 3b een schematische weergave is van een andere doorsnede van een voortbrengsel, verkrijgbaar met de werkwijze volgens de uitvinding;

Voorbeeld 1.

30 Onder referentie naar figuren la en lb wordt een versterkt vormdeel 1 vervaardigd door te voorzien in een mal 2 waarin het vormdeel 1 kan worden opgenomen, of anderszins kan worden ondersteund. De mal 1 is voorzien van verhindermiddelen 3 voor het althans gedeeltelijk verhinderen van de uitzetting van het vormdeel 1 onder invloed van 10 2 9 8 5 A_ 10 een temperatuursverandering. De verhindermiddelen 3 worden in de getoonde uitvoeringsvorm gevormd door aan de mal 1 via bouten 4 bevestigde stalen platen 3 met steunrand 3a. Tussen stalen platen 3 wordt een aluminium vormdeel met een lengte van 1000 mm, een breedte van 300 mm en een dikte van 2 mm opgenomen, en wel dusdanig 5 dat elke zijrand la zo dicht mogelijk (klempassend) tegen steunrand 3a aanligt. Vervolgens werden bij kamertemperatuur (de eerste temperatuur) twee versterkingsdelen 5 in de vorm van twee aluminium strippen van 2 mm dik en 75 mm breed op het vormdeel 1 aangebracht door middel van een tussenliggende lijmlaag 6, zoals is aangegeven in figuren la en lb. Voor het aanbrengen van de lijm werd het 10 aluminium vormdeel opgeschuurd met standaard schuurpapier. De lijmlaag omvatte een epoxylijm van het type AF 163-2 K, verkrijgbaar bij de firma 3M. Versterkingsdelen 5 werden dusdanig aangebracht op het vormdeel 1 dat uitzetting ervan onder invloed van een temperatuursverandering althans in hoofdzaak onbelemmerd kan plaatsvinden. In figuur la is te zien dat dit eenvoudig is te realiseren door versterkingsdelen 5 iets korter 15 te maken dan de afstand tussen de twee platen 3. Het samenstel van mal 2, vormdeel 1 en versterkingsdelen 5 werd vervolgens in een autoclaaf geplaatst. Onder een druk van 6 bar werd het samenstel op een tweede temperatuur van 120°C gebracht en daar gehouden gedurende ongeveer 1 uur om de lijmlaag 6 tussen versterkingdelen 5 en vormdeel 1 uit te harden. Vervolgens werd het samenstel afgekoeld tot nagenoeg 20 kamertemperatuur en van de mal verwijderd.

De in het vormdeel 1 ontwikkelde gemiddelde drukspanning werd bepaald uit een meting van de kromtestraal van het versterkte vormdeel en bedroeg ongeveer 6,7 MPa.

25 Voorbeeld 2.

Op dezelfde wijze als hierboven werden twee versterkingdelen 5 in de vorm van een aluminium verstijver 5b en twee Glare® glasvezellaminaten 5a een op een aluminium plaat 1 aangebracht, zoals is getoond in figuur 3b. Tussen versterkingdelen 5a en 5b, en vormdeel 1 werd dezelfde lijmlaag 6 aangebracht als in voorbeeld 1. Tijdens het 30 autoclaafproces wordt ervoor gezorgd dat thermische uitzetting van de versterkingsdelen 5a en 5b nagenoeg onbelemmerd kan plaatsvinden. De enige belemmering die mogelijkerwijs kan optreden wordt veroorzaakt door de uithardende lijmlaag 6. De in het vormdeel 1 ontwikkelde gemiddelde drukspanning bedroeg ongeveer 9,4 MPa.

10 2 9 8 5 4 _ 11

Voorbeeld 3 (niet getoond in de figuren).

Op dezelfde wijze als hierboven beschreven werden twee versterkingdelen in de vorm van een Glare® glasvezellaminaat 5a op een aluminium plaat 1 aangebracht. Tussen 5 versterkingdelen 5a en vormdeel 1 werd dezelfde lijmlaag 6 aangebracht als in voorbeeld 1. De in het vormdeel 1 ontwikkelde gemiddelde drukspanning bedroeg ongeveer 10 MPa.

De met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding in het vormdeel 1 ontwikkelde 10 gemiddelde drukspanningen resulteren in alle hierboven beschreven gevallen in een afname van de onder wisselbelasting gemeten scheurgroeisnelheid van tenminste ongeveer 50%. Met betrekking tot geschikte testmethodes voor de bepaling van de scheurgroeisnelheid wordt onder andere verwezen naar het de vakman bekende standaardwerk Military Handbook 5.

15 ! De met de werkwijze volgens de uitvinding verkregen vormdelen kunnen als lichtgewicht constructie-element worden gebruikt in industriële toepassingen, zoals bijvoorbeeld in civiele constructies, gebouwen, voertuigen, schepen, en worden bij voorkeur gebruikt in toepassingen waarin de gebruikstemperaturen doorgaans lager 20 liggen dan kamertemperatuur, zoals bijvoorbeeld in de lucht- en ruimtevaart.

102Q8 5$___

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een versterkt vormdeel, omvattende 5 a) het opnemen van het vormdeel in een mal en wel dusdanig dat uitzetting ervan onder invloed van een temperatuursverandering althans gedeeltelijk wordt verhinderd; b) het bij een eerste temperatuur aanbrengen van tenminste één versterkingsdeel op het vormdeel, en wel dusdanig dat uitzetting ervan onder invloed van een 10 temperatuursverandering althans in hoofdzaak niet wordt gehinderd; c) het op een verhoogde tweede temperatuur brengen van het samenstel van vormdeel en tenminste één versterkingsdeel; d) het bij de tweede temperatuur onderling verbinden van het tenminste één versterkingsdeel en het vormdeel door middel van hiertoe geschikte 15 verbindingsmiddelen; e) het uit de mal verwijderen van het aldus gevormde versterkte vormdeel. |

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het vormdeel relatief vlak is en uitzetting ervan wordt gehinderd in althans één verhinderrichting in het vlak van 20 het vormdeel.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat het tenminste één versterkingsdeel relatief langwerpig is en haar lengteas in hoofdzaak verloopt in de tenminste één verhinderrichting. 25

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de verbindingsmiddelen een lijmlaag vormen tussen vormdeel en tenminste één versterkingsdeel.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de lijmlaag een thermohardende lijm omvat, die uithardbaar is bij de tweede temperatuur. 10298 54_ *

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de thermische uitzettingscoëfficiënt van het malmateriaal lager is dan de thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal van het tenminste één versterkingsdeel.

7. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal van het tenminste één versterkingsdeel verschilt van de thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal van het vormdeel.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal van het tenminste één versterkingsdeel kleiner is dan de thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal van het vormdeel.

9. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het 15 verschil tussen de tweede en de eerste temperatuur tenminste 80°C omvat.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk dat het verschil tussen de tweede en de eerste temperatuur tenminste 140°C omvat.

11. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de verhouding van de stijfheidmodulus van het materiaal van het tenminste één versterkingsdeel tot de stijfheidmodulus van het materiaal van het vormdeel tenminste 85% is.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk dat de verhouding van de stijfheidmodulus van het materiaal van het tenminste één versterkingsdeel tot de stijfheidmodulus van het materiaal van het vormdeel tenminste 130% is.

13. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het 30 materiaal van het versterkingsdeel een vezelversterkte kunststof omvat.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk dat de vezelversterkte kunststof in hoofdzaak continue vezels omvat die zich hoofdzakelijk in één richting uitstrekken. 1 0 2 98 5 4_ %

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk dat de continue vezels zich hoofdzakelijk in een richting uitstrekken die een hoek van ten hoogste 15 graden maakt met de verhinderrichting. 5

16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk dat de continue vezels zich hoofdzakelijk evenwijdig aan de verhinderrichting uitstrekken.

17. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het 10 materiaal van het versterkingsdeel een laminaat omvat van tenminste twee metaallagen en een tussenliggende vezelversterkte kunststoflaag.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk dat het laminaat is voorgespannen waarbij de vezels van de tussenliggende vezelversterkte kunststoflaag 15 gemiddeld onder een trekspanning staan, en de metaallagen onder een drukspanning.

19. Inrichting voor het vervaardigen van een versterkt vormdeel, welke inrichting tenminste een mal omvat voor het kunnen opnemen van het vormdeel, en verhindermiddelen voor het althans gedeeltelijk verhinderen van de uitzetting van het 20 vormdeel onder invloed van een temperatuursverandering, waarbij de inrichting tevens verwarmmiddelen omvat voor het op een tweede temperatuur brengen van het samenstel van vormdeel en tenminste één versterkingsdeel.

20. Inrichting volgens conclusie 19, met het kenmerk dat de verhindermiddelen 25 worden gevormd door een aan de mal bevestigde of hiervan integraal onderdeel uitmakende opsluitplaat waartussen althans een gedeelte van het vormdeel kan worden opgenomen.

21. Inrichting volgens conclusie 19 of 20, met het kenmerk dat de 30 verhindermiddelen losmaakbaar zijn bevestigd aan de mal.

22. Plaatvormig halffabrikaat van tenminste één metaalplaat en hierop volgens de werkwijze volgens één der conclusies 1-18 aangebrachte versterkingsdelen. 102 98 54 * %

23. Plaatvormig halffabrikaat van tenminste één metaalplaat en hierop aangebrachte versterkingsdelen, verkrijgbaar met een werkwijze volgens één der conclusies 1-18, met een gemiddelde drukspanning in tenminste één metaalplaat en in de verhinderrichting van tenminste 5 MPa bij de eerste temperatuur. 5

24. Plaatvormig halffabrikaat volgens conclusie 23, met een gemiddelde drukspanning in tenminste één metaalplaat en in de verhinderrichting van tenminste 5 MPa bij de gebruikstemperatuur.

102 Qfi 5 a_