NL1030029C2

NL1030029C2 - Werkwijze en inrichting voor het verlijmen van componenten tot een samengesteld vormdeel.

Info

Publication number: NL1030029C2
Application number: NL1030029A
Authority: NL
Inventors: Geerardus Hubertus J Roebroeks; Erik Jan Kroon
Original assignee: Gtm Consulting B V
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2007-03-27
Also published as: WO2007035100A2; EP1928642A2; US20080277049A1; WO2007035100A3; RU2008116590A; CN101309791A; JP2009509796A; BRPI0616751A2

Description

Werkwijze en inrichting voor het verlijmen van componenten tot een samengesteld vormdeel

De uitvinding heeft betrekking óp een werkwijze voor het verlijmen van componenten 5 tot een samengesteld vormdeel. De uitvinding betreft eveneens een inrichting voor het vervaardigen van het samengesteld vormdeel.

j

In de industrie, en in het bijzonder in de vliegtuigbouw, wordt veelvuldig gebruik gemaakt van werkwijzen, waarbij componenten zoals bijvoorbeeld rompdelen, 10 vleugelprofielen, verstijvers, enzovoorts aan elkaar worden gelijmd tot een samengesteld vormdeel met behulp van bijvoorbeeld een thermohardende lijm. Hiertoe worden de te verlijmen componenten voorzien van een lijmlaag en vervolgens op elkaar aangesloten. Hechting tussen de componenten wordt verkregen door het thermohardende hechtmiddel uit te harden, door dit op een verhoogde eerste 15 temperatuur te brengen. Om de gewenste goede hechting tussen de componenten te kunnen verwezenlijken, is het hierbij onder andere van belang de eventueel tussen de componenten en/of in de lijmlaag aanwezige lucht zoveel mogelijk te verwijderen. Een bekende werkwijze omvat hiertoe het opsluiten van de componenten in een vacuümdichte folie, waarbij de voor het uitdrijven van lucht noodzakelijke druk wordt 20 uitgeoefend door in de ruimte tussen folie en componenten een vacuümdruk aan te brengen. Een verbeterde bekende werkwijze wordt uitgevoerd in een drukvat of autoclaaf, waarvan het inwendige volume zowel op temperatuur als op druk kan worden geregeld. De voor het verlijmen van de componenten benodigde temperatuursbehandeling (doorgaans omvat deze behandeling het uitharden van de 25 thermohardende lijm), het ontluchten en het onder druk zetten van de componenten worden aldus in een enkele inrichting gecombineerd.

Hoewel met de bestaande werkwijze vormdelen met goede mechanische eigenschappen kunnen worden verkregen is deze bijzonder tijdrovend. Vanwege de grote risico’s 30 verbonden aan de toepassing van vormdelen in de vliegtuig industrie is het van groot belang er zeker van te zijn dat de lijmlagen gedurende de bekende werkwijze zich voldoende lang op de eerste temperatuur bevinden om een goede uitharding ervan te garanderen. Een typische autoclaafcyclus neemt doorgaans enkele uren in beslag. Deze tijd is nodig om het samengestelde vormdeel (componenten en lijmlagen) op de 1030029 2 % 1 r, » gewenste eerste temperatuur te brengen, en vervolgens weer af te koelen tot een temperatuur waarop het vormdeel uit de autoclaaf kan worden verwijderd. Daarnaast vergt de bekende werkwijze doorgaans grote investeringen in autoclaven en randapparatuur. Deze investeringen zijn hoger naarmate de te vervaardigen vormdelen 5 grotere afmetingen hebben. In een toenemend aantal toepassingsgebieden is een trend naar grotere vormdelen zichtbaar.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel een efficiëntere werkwijze voor het verlijmen van componenten tot een samengesteld vormdeel te verschaffen, waarbij het vormdeel 10 bovendien goede mechanische eigenschappen vertoont.

De werkwijze volgens de uitvinding voor het verlijmen van componenten tot een samengesteld vormdeel heeft daartoe de kenmerken zoals beschreven in conclusie 1.

Meer bepaald omvat deze het stapelen van de van een geschikt hechtmiddel voorziene 15 componenten, het positioneren van een verwarmingsmiddel, voorzien van tenminste één holte, over althans een gedeelte van de stapeling, en het doorleiden van een op een eerste temperatuur gebracht medium doorheen de tenminste één holte van het verwarmingsmiddel, waarbij de stapeling althans gedeeltelijk op de eerste temperatuur wordt gebracht, en de componenten onderling worden verbonden tot het vormdeel.

20 Door de in conclusie 1 beschreven maatregelen wordt onder andere bereikt dat de gemiddelde cyclustijd voor het vervaardigen van het vormdeel gevoelig lager kan zijn, waardoor de werkwijze volgens de uitvinding efficiënter is dan de bekende werkwijze.

Doordat het verwarmingsmiddel in de onmiddellijke nabijheid van de te verwarmen lijmlagen kan worden gepositioneerd, wordt het vormdeel immers enkel daar op de 25 gewenste temperatuur gebracht waar dit nodig is. In de bekende autoclaafmethode dient de gehele inwendige ruimte van de autoclaaf op de gewenste eerste temperatuur te worden gebracht, wat tijdrovend is. Een verder voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is dat deze slechts weinig energie behoeft, omdat enkel die gedeeltes van een voor de werkwijze geschikte inrichting worden opgewarmd die noodzakelijk zijn om 30 het vormdeel te kunnen vormen. Voorts wordt het met de werkwijze volgens de uitvinding mogelijk indien dit gewenst is een zeer snelle opwarming en/of afkoeling te j bereiken, doordat een massa van het medium reeds voorafgaand aan het doorleiden ervan op de eerste temperatuur kan worden gebracht.

1030029 ! 3 ; t > i

Hoewel het in beginsel mogelijk is elk relatief eenvoudig verpompbaar medium toe te passen in de werkwijze volgens de uitvinding wordt hierin bij voorkeur een vloeistof door de holte(s) geleid. Vloeistoffen zijn eenvoudig te verpompen en kunnen een grote hoeveelheid warmte transporteren. Geschikte vloeistoffen kunnen bijvoorbeeld water, 5 olie, en/of andere op de eerste temperatuur brengbare vloeistoffen zijn.

In een voorkeursuitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding is het verwarmingsmiddel dusdanig uitgevoerd dat het bij het positioneren ervan op de stapeling in hoofdzaak de vorm aanneemt van het oppervlak van de stapeling. Dit komt 10 de warmteoverdracht tussen verwarmingsmiddel en stapeling ten goede. Het moge duidelijk zijn dat het verwarmingsmiddel volgens de uitvinding niet een dusdanige stijfheid kan hebben dat het de stapeling substantieel kan vervormen, zoals dat bijvoorbeeld het geval zou zijn met een persplaat voorzien van verwarmingskanalen.

15 In een verdere voorkeursuitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding wordt een verwarmingsmiddel toegepast in de vorm van een flexibel membraan, voorzien van een inlaat en een uitlaat voor het medium, bij voorkeur een vloeistof. Een dergelijk membraan is eenvoudig aan te brengen en kan desgewenst meerdere malen worden gebruikt. Door voor het membraanmateriaal bij voorkeur een zeer rekbaar en elastisch 20 materiaal te kiezen kan het verwarmingsmiddel goed aansluitend op de stapeling worden aangebracht waardoor ook bij vormdelen met een ingewikkelde vorm een goede warmteoverdracht van verwarmingsmiddèl naar vormdeel kan plaatsvinden. Het verwarmbaar membraan kan volgens de uitvinding bijvoorbeeld een warmtebestendige, elastische matrix omvatten, zoals bijvoorbeeld een siliconenrubber of een 25 gemodificeerd siliconenrubber. Met de meeste voorkeur is dit een natuurlijk rubber of elastomeer.

Volgens de uitvinding dient ten minste één op de eerste temperatuur gebracht medium door de holte(s) van het verwarmingsmiddel gepompt te worden. De eerste temperatuur 30 wordt dusdanig gekozen dat de componenten hierbij onderling kunnen worden verbonden door althans de lijmlagen een geschikte tijd op deze temperatuur te houden.

Indien het hechtmiddel tussen de te verlijmen componenten een thermohardende kunststof omvat wordt de eerste temperatuur bij voorkeur ten minste gelijk gekozen aan de uithardingstemperatuur van de thermohardende kunststof. Omvat het hechtmiddel 1030029 ------ -- 4 \ Ί V » een semi-kristallijne thermoplastische kunststof, dan wordt bij voorkeur de eerste temperatuur hoger gekozen dan de smelttemperatuur van de thermoplastische kunststof. Omvat het hechtmiddel een amorfe thermoplastische kunststof, dan wordt bij voorkeur de eerste temperatuur tenminste gelijk gekozen dan de verwekingstemperatuur van de 5 thermoplastische kunststof.

Gebleken is dat met de werkwijze volgens de uitvinding de voor het verlijmen van de componenten benodigde tijd aanmerkelijk korter kan zijn dan het geval is in de bekende werkwijze. Om deze tijd verder te bekorten heeft het voordelen naast het doorleiden van 10 het op de eerste temperatuur gebracht medium doorheen de tenminste één holte van het » verwarmingsmiddel, hierdoor een op een tweede temperatuur gebracht medium te leiden. De tweede temperatuur wordt dusdanig gekozen dat de componenten hierbij onderling zijn verbonden, en het samengesteld vormdeel kan worden opgeslagen en/of belast. Indien het hechtmiddel tussen de te verlijmen componenten een thermohardende 15 kunststof omvat wordt de tweede temperatuur bij voorkeur lager gekozen dan de uithardingstemperatuur van de thermohardende kunststof. Omvat het hechtmiddel een semi-kristallijne thermoplastische kunststof, dan wordt bij voorkeur de tweede temperatuur lager gekozen dan de smelttemperatuur van de thermoplastische kunststof. Omvat het hechtmiddel een amorfe thermoplastische kunststof, dan wordt bij voorkeur 20 de tweede temperatuur lager gekozen dan de verwekingstemperatuur van de thermoplastische kunststof. Het op een tweede temperatuur gebracht medium kan hetzelfde medium omvatten als het op de eerste temperatuur gebracht medium, doch dit is niet noodzakelijk. Het is met andere woorden mogelijk verschillende media (bijvoorbeeld een vloeistof en een gas, of meerdere vloeistoffen met verschillende 25 eigenschappen) toe te passen in de werkwijze volgens de uitvinding. Het doorleiden van het op een tweede temperatuur gebracht medium kan zowel voorafgaand aan, en/of tijdens, en/of opvolgend aan het doorleiden van het op de eerste temperatuur gebracht medium plaatsvinden. Worden de op verschillende temperaturen gebrachte media ongeveer gelijktijdig door de holte(s) geleid, dan zal de gemiddelde temperatuur ervan 30 zich tijdens het doorleiden tussen de eerste en de tweede temperatuur bevinden. Een dergelijke uitvoeringsvorm geeft de mogelijkheid de temperatuur van het verwarmingsmiddel op nagenoeg continue wijze te regelen. Zo wordt het bijvoorbeeld mogelijk een zeer geleidelijke overgang van de eerste naar de tweede temperatuur te verkrijgen door de stroom van het op de eerste temperatuur gebrachte medium te 1030029 5 \ 1

V I

mengen met een stroom van op de tweede temperatuur gebracht medium, waarbij het debiet van deze laatste geleidelijk wordt opgevoerd. Het omgekeerde, namelijk een zeer snelle overgang van eerste naar tweede temperatuur is ook mogelijk, wat bij toepassing van thermoplastische kunststoffen bijvoorbeeld toelaat de kristalliniteit ervan te regelen.

5 Het moge duidelijk zijn dat de vakman hier verschillende mogelijkheden tot zijn beschikking heeft. Door de kenmerken van de uitgevonden werkwijze wordt het mogelijk een gevoelige temperatuursregeling te verkrijgen die bovendien relatief weinig energie vergt.

10 In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm wordt de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt doordat een op een eerste temperatuur gebracht medium doorheen een eerste holte, en een op een andere temperatuur gebracht medium doorheen een andere holte van het verwarmingsmiddel worden geleid, waarbij de overeenkomstige gedeeltes van het laminaat op de eerste, respectievelijk andere temperatuur worden gebracht.

15

Dit kan grote voordelen hebben, bijvoorbeeld als in verschillende delen van het te vervaardigen vormdeel een andere kunststof als lijmmateriaal of hechtmiddel wordt toegepast, waardoor deze bijvoorbeeld bij een andere temperatuur moet worden uitgehard. Ook kan met deze voorkeurs werkwijze snel van een verhoogde temperatuur 20 naar een lagere (koel)temperatuur worden geschakeld.

In de werkwijze volgens de uitvinding wordt bij voorkeur druk uitgeoefend op het vormdeel tijdens tenminste een gedeelte van de vervaardiging ervan. Met meer voorkeur wordt de druk uitgeoefend door het samenstel van stapeling en 25 verwarmingsmiddel op te sluiten tussen een substraat en een flexibel opsluitlichaam, waartussen vervolgens een vacuümdruk wordt aangebracht. Door een althans gedeeltelijk vacuüm aan te brengen wordt niet alleen een goede evacuatie van lucht in de lijmlagen bereikt, doch wordt het contact tussen de stapeling en het aanliggende verwarmbare membraan verbeterd waardoor de warmteoverdracht van membraan naar 30 stapeling gemakkelijker verloopt. Tevens wordt de stapeling door het vacuüm goed op zijn plaats gehouden. Om dezelfde redenen kan het in voorkomende gevallen voordelen bieden om in de werkwijze volgens de uitvinding aan de buitenzijde van het samenstel van stapeling, verwarmingsmiddel en flexibel lichaam een overdruk aan te brengen.

1030029 I 1 »_ » ; 6

Een bijzonder geschikte werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de druk wordt uitgeoefend door het samenstel van stapeling en verwarmingsmiddel op te sluiten tussen het substraat en een stijf opsluitlichaam, en het medium, in casu de vloeistof onder een dusdanige druk door het verwarmingsmiddel te leiden waardoor dit 5 uitzet en tegen het opsluitlichaam wordt aangedrukt. Het opsluitlichaam kan hierbij bijvoorbeeld zijn verbonden met een gedeelte van het substraat. Deze variant behoeft geen aparte drukinrichting en heeft daardoor een hoge efficiëntie. De druk op de stapeling wordt immers vanzelf ontwikkeld door de in het verwarmingmiddel aanwezige vloeistofdruk.

10

De werkwijze volgens de uitvinding kan voordelig worden toegepast voor het vervaardigen van een vormdeel uit een vezelversterkt materiaal. Vezel versterkte materialen, in de industrie ook wel bekend onder de naam composieten worden verkregen door versterkingsvezels te impregneren met een geschikt matrixmateriaal tot 15 eenlaagse halffabrikaten (“prepregs”) of meerlaagse laminaten. Het matrixmateriaal fungeert hierbij als hechtmiddel voor de versterkingsvezels en de prepregs onderling, en kan hierbij zowel thermisch uithardbaar (thermohardend) als thermisch smeltbaar (thermoplastisch) zijn. Bij het vervaardigen van vormdelen uit vezelversterkt materiaal worden doorgaans meerdere lagen vezelversterkt materiaal (in de terminologie van 20 conclusie 1 komt elke laag overeen met een component) op elkaar gestapeld waarna deze stapeling onder invloed van temperatuur en eventueel druk in een vormgevingswerktuig tot vormdeel wordt gevormd. Om onder andere de verschillende lagen van het composiet goed aan elkaar te hechten en de eventueel in en/of tussen deze lagen aanwezige lucht zoveel mogelijk te verwijderen passen de bekende werkwijzen 25 bij voorkeur vormgevingswerktuigen toe die een druk kunnen uitoefenen op het vormdeel tijdens de vervaardiging ervan. Zo kan een vormdeel bijvoorbeeld worden gevormd in een op temperatuur regelbare drukpers. Een andere veelvuldig toegepaste werkwijze omvat het opsluiten van het laminaat in een vacuümdichte folie, waarbij de voor het uitdrijven van lucht noodzakelijke druk wordt uitgeoefend door in de ruimte 30 tussen folie en laminaat een vacuümdruk aan te brengen. Doorgaans wordt deze bekende werkwijze uitgevoerd in een drukvat of autoclaaf, waarin naast een regeling van de temperatuur tevens een bijkomende druk kan worden uitgeoefend op het laminaat. De bekende werkwijze heeft echter dezelfde nadelen als hierboven reeds genoemd, onder andere een lage efficiëntie. Zo neemt hét bekende autoclaafproces 1030029 -1

t I

' * 'I

7 typisch 3 tot 5 uur in beslag. De werkwijze volgens de uitvinding maakt het mogelijk een vormdeel uit vezel versterkt materiaal te verkrijgen in 1 tot 1,5 uur.

Het is tevens mogelijk met de werkwijze volgens de uitvinding meerdere vormdelen 5 met elkaar te verbinden. In dergelijke gevallen omvat het substraat een tweede vormdeel en wordt het tot de eerste temperatuur verwarmde laminaat een geschikte tijd tegen het tweede vormdeel gehouden waardoor het laminaat en het tweede vormdeel onderling worden verbonden. In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt voorafgaand aan het op het tweede vormdeel aanbrengen van het laminaat dit tweede vormdeel op de toepasselijke 10 gedeeltes voorzien van een lijmlaag.

j In beginsel is de werkwijze volgens de uitvinding toepasbaar op de vervaardiging van vormdelen uit een willekeurig vezel versterkt materiaal. De werkwijze heeft als bijkomend voordeel dat zij zowel toepasbaar is voor vezel versterkte materialen met een 15 thermohardende als met een thermoplastische matrix. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze omvat tenminste één van de vezelversterkte materiaallagen een thermoplastische kunststof, waarbij opvolgend aan het doorleiden van het op de eerste temperatuur gebracht medium door de tenminste één holte van het verwarmingsmiddel, hierdoor een op een tweede temperatuur gebracht medium wordt geleid, waarbij de 20 eerste, respectievelijk tweede temperatuur hoger, respectievelijk lager is dan de smelttemperatuur van de thermoplastische kunststof. Hierdoor wordt het mogelijk de thermoplastische kunststof relatief snel onder zijn smelttemperatuur te brengen, wat de cyclustijd ten goede komt. Voorbeelden van voor de werkwijze volgens de uitvinding geschikte thermoplastische kunststoffen zijn polyamides, polyimides, 25 polyethersulfonen, polyetheretherketon, polyurethanen, polyetheen, polypropeen, polyfenyleensulfïdes, polyamide-imides, acrylonitrile-butadieen-styreen (ABS), styreen/maleinezuuranhydride (SMA), polycarbonaat, polyfenyleenoxide blend (PPO), thermoplastische polyesters zoals polyetheentereftalaat, polybutyleentereftalaat, alsmede mengsels en copolymeren van één of meerdere van bovengenoemde 30 polymeren.

In nog een andere voorkeursuitvoeringsvorm wordt de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt doordat tenminste één van de vezelversterkte materiaallagen een thermohardende kunststof omvat, en dat de eerste temperatuur hoger is dan de 1030029 8 t t f ' uithardingstemperatuur van de thermohardende kunststof. Ook bij gebruik van thermohardende matrixmaterialen kan desgewenst een op een tweede of verdere temperatuur gebracht medium worden toegepast. De tweede temperatuur is in dit geval bij voorkeur lager dan de uithardingstemperatuur van de thermohardende kunststof en 5 kan bijvoorbeeld tijdelijk de viscositeit van de matrix laag houden om impregnate en onderling verbinden van de lagen te verbeteren, of om meer lucht af te kunnen voeren.

Geschikt toe te passen thermohardende kunststoffen omvatten bijvoorbeeld epoxies, onverzadigde polyesterharsen, melamineformaldehyde harsen, fenolformaldehyde harsen, polyurethanen, en dergelijke meer.

10

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 bijvoorbeeld gesproken wordt van het op een eerste temperatuur brengen van het laminaat, hiermee wordt bedoeld dat het laminaat gemiddeld gezien de eerste 15 temperatuur heeft aangenomen, waarbij plaatselijke variaties kunnen optreden.

Hetzelfde geldt voor de tweede en verdere temperaturen.

Geschikt toe te passen versterkingsvezels in de vezelversterkte materialen zijn bijvoorbeeld glasvezels, koolstofvezels, metaalvezels, verstrekte thermoplastische i 20 kunststofvezels, zoals bijvoorbeeld aramidevezels, PBO vezels (Zylon®), M5® vezels, j

en ultrahoog moleculair gewicht polyetheen of polypropeen vezels, alsmede I

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 25 thermoplastische kunststof in vezelvorm.

Bij voorkeur omvat de vezelversterkte kunststoflaag in hoofdzaak continue vezels die zich in minimaal twee nagenoeg orthogonale richtingen uitstrekken (zogenaamd isotroop weefsel). In een andere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de vezellaag en/of de 30 vezelversterkte kunststoflaag in hoofdzaak continue vezels die zich hoofdzakelijk in één richting uitstrekken (zogenaamd UD-weefsel). De specifieke keuze van het type weefsel hangt onder andere af van de gewenste mechanische eigenschappen, en van de vervormbaarheid van het weefsel. Ook de gekozen uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding kan hierbij van betekenis zijn.

1030029 9 t » i %

In een bijzondere voorkeursuitvoeringsvorm wordt de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt doordat het laminaat tenminste één metaallaag omvat. Dergelijke laminaten staan ook wel bekend als vezelmetaal laminaten en omvatten één of meerdere 5 metaallagen en tussenliggende vezelversterkte kunststoflagen. Bedoelde laminaten kunnen worden verkregen door een aantal metaallagen en tussenliggende vezelversterkte kunststoflagen door verhitten onder druk met elkaar te verbinden, en vervolgens af te koelen. De in de vezelmetaallaminaten toegepaste vezelversterkte kunststoffen zijn licht en sterk en omvatten versterkingsvezels die zijn ingebed in een 10 kunststof. De kunststof dient tevens als hechtmiddel tussen de verschillende lagen. Vezelmetaallaminaten bezitten goede specifieke mechanische eigenschappen (eigenschappen per eenheid van dichtheid). Bijzonder geschikt toe te passen metalen omvatten lichte metalen, in het bijzonder aluminiumlegeringen, zoals bijvoorbeeld aluminiumkoper en/of aluminiumzink legeringen, of titaanlegeringen. Overigens is de 15 werkwijze volgens de uitvinding niet beperkt tot het vervaardigen van vormdelen op basis van laminaten met deze metalen, zodat desgewenst bijvoorbeeld staal of een ander geschikt constructiemetaal kunnen worden toegepast.

!

Gebleken is dat door toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding de hechting 20 tussen de componenten, en/of impregnatie van het laminaat worden verbeterd zonder dat het bijvoorbeeld nodig is onder een pulserende druk te werken. Het kan in voorkomende gevallen voordelen hebben wanneer het medium, bij voorkeur de vloeistof gemiddeld op de eerste temperatuur wordt gebracht en vervolgens door de tenminste één holte van het verwarmingsmiddel wordt geleid onder een pulserende 25 temperatuur. Hierbij wordt onder pulserend zowel continu pulserend (als een golf) als discontinu pulserend (in de betekenis van pieken) verstaan. Een dergelijke voorkeursuitvoering kan tot betere eigenschappen en een kortere procesgang leiden. Door het volgens de uitvinding aanbrengen van het holle en flexibele membraan op de stapeling en dit bijvoorbeeld door vacuümdruk strak tegen de stapeling aan te persen, 30 ontstaat een innig contact tussen membraan en stapeling, waardoor snel warmte kan worden uitgewisseld tussen het door het membraan gepompte medium en de stapeling. Deze snelle warmte-uitwisseling maakt het mogelijk een pulserende temperatuur toe te passen, die ook daadwerkelijk door het hechtmiddel wordt ervaren.

1030029 10 * » « «

De uitvinding betreft eveneens een inrichting voor het verlijmen van componenten tot . een samengesteld vormdeel, welke inrichting tenminste een vloeistofbron en middelen voor het op een eerste temperatuur brengen van de vloeistof omvat; en op het vormdeel aanbrengbare verwarmingsmiddelen, voorzien van tenminste één holte en daarmee in 5 verbinding staande aansluitmiddelen voor aan- en afvoer van de vloeistof, en pompmiddelen voor het door de tenminste één holte leiden van de vloeistof. Verdere bijzondere uitvoeringsvormen van de inrichting volgens de uitvinding worden beschreven in conclusies 15 - 23.

10 Als in het kader van deze aanvraag gesproken wordt over verwarmingsmiddelen moeten hieronder tevens koelmiddelen worden verstaan. De term verwarming dient in het kader van deze aanvrage dan ook breed te worden uitgelegd daar zij tevens een afkoeling kan omvatten.

15 De werkwijze en inrichting volgens de uitvinding worden hierna toegelicht aan de hand van de bijgevoegde figuren, waarin:

Fig. 1 een schematische weergave in dwarsdoorsnede is van een eerste uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding;

Fig. 2 een schematische weergave in dwarsdoorsnede is van een tweede 20 uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding;

Fig. 3 een schematische weergave in dwarsdoorsnede is van een derde uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding;

Fig. 4 een aantal dwarsdoorsnedes weergeeft van een verwarmingsmiddel dat in de werkwijze volgens de uitvinding kan worden toegepast; 25 Fig. 5 tenslotte een schematische weergave in dwarsdoorsnede is van een vierde uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding.

Onder verwijzing naar figuur 1 omvat een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding tenminste een malvorm 1 waarop een laminaat 10 uit vezelversterkte 30 materiaallagen kan worden aangebracht, een vloeistofbron of reservoir 2 en middelen 3 voor het op een eerste temperatuur brengen van de vloeistof 20; op het laminaat 10 aanbrengbare verwarmingsmiddelen 11, voorzien van tenminste één holte 12 en daarmee in verbinding staande aansluitmiddelen 13 voor aan- en afvoer van de vloeistof, en pompmiddelen 4 voor het door de tenminste één holte 12 leiden van de vloeistof 20. In i 1030029 11 • » % de getoonde uitvoeringsvorm is het geheel opgenomen in een drukvat of autoclaaf 5 met een wand 6, waardoorheen via doorgangen 7 de leidingen 8 voor de vloeistof 20 zijn aangebracht. Het drukvat 5 is bestand tegen de typische drukken die bij de vervaardiging van vormdelen uit vezelversterkte kunststoffen gebruikelijk zijn, 5 bijvoorbeeld een inwendige druk van minimaal 10 bar. Vormmal 1 is ter ondersteuning op een in de autoclaaf 5 aanwezige tafel 9 aangebracht. Verder moge het duidelijk zijn dat in de leiding 8 in de praktijk een of meerdere drukventielen zijn opgenomen, om te vermijden dat het gehele leidinggestel aan voortdurende druk wordt blootgesteld. In een (niet-getoonde) voorkeursuitvoering worden de pompmiddelen 4, leidingen 8, 10 vloeistofbron 2, en verwarmingsmiddelen 3 alle in het drukvat 5 opgenomen, omdat dit de veiligheid ten goede komt.

In de praktijk wordt een laminaat 10 uit vezelversterkte materiaallagen aangebracht op het substraat 1. Vervolgens wordt het verwarmingsmiddel 11, bij voorkeur in de vorm 15 van een hol flexibel membraan over althans een gedeelte van het laminaat 10 aangebracht. Via aansluitmiddelen 13 wordt het membraan verbonden met de leidingen 8. Desgewenst worden bij het aanbrengen van het vezelversterkte materiaal 10 op de vormmal 1 hulpmaterialen 14 gebruikt. Dergelijke hulpmaterialen voor het vervaardigen van vezelversterkte vormdelen zijn de vakman bekend, en worden 20 bijvoorbeeld toegepast om het vormdeel een ruw oppervlak te geven (zogenaamde ‘peel ply’), om overtollige kunststof op te vangen (zogenaamde ‘bleeder’), of om gemakkelijk lucht weg te kunnen zuigen (zogenaamde ‘breather’). In de in figuur 1 getoonde variant Wordt het samenstel van laminaat 10 en verwarmingsmiddel 11 opgesloten in een flexibel opsluitlichaam 15, doorgaans in de vorm van een flexibele kunststoffolie. Folie 25 15 wordt langs de gehele omtrek van het vormdeel 10 nagenoeg luchtdicht verbonden met de vormmal 1 door middel van een rubberachtige verbindingsstrip 16. Door deze luchtdichte verbinding wordt het samenstel van laminaat 10, verwarmingsmiddel 11 en eventueel hulpmaterialen 14 nagenoeg luchtdicht afgesloten van de rest van de autoclaafruimte 17. Desgewenst kan de ruimte tussen folie 15 en vormmal 1 onder een 30 vacuümdruk worden gebracht, door deze ruimte aan te sluiten op een vacuümpomp (niet getoond). Dit vacuüm zorgt ervoor dat de verschillende lagen van het laminaat 10 op elkaar worden gedrukt, en dat eventueel tussen en/of in de lagen aanwezige lucht althans gedeeltelijk uit het laminaat 10 wordt verdreven. Desgewenst kan de ruimte 17 eveneens op overdruk worden gebracht. Om het laminaat 10 op de gewenste eerste 1030029 12 • · I · temperatuur te brengen - de eerste temperatuur kan bijvoorbeeld de temperatuur zijn waarbij de thermohardende kunststof wordt uitgehard - wordt een door middel van warmtewisselaar 3 op de eerste temperatuur gebrachte vloeistof 20 door de holte 12 van het verwarmingsmembraan 11 gepompt door pomp 4. Het zich in de holte 12 op de 5 eerste temperatuur bevindende vloeistof 20 zal door warmtewisseling met laminaat 10 op een lagere temperatuur uittreden. Doordat de holte 12 bij voorkeur slechts een zeer klein volume vertegenwoordigd wordt een zeer nauwkeurige temperatuurbeheersing mogelijk, omdat op zeer korte tijd verwarmde vloeistof 20 kan worden aangevoerd. De bekende verwarming is veel langzamer en onnauwkeuriger omdat hierbij de complete 10 ruimte 17 met lucht wordt verwarmd. Door het laminaat 10 gedurende een geschikte tijd bij de eerste temperatuur te houden en desgewenst druk uit te oefenen zal de erin aanwezige kunststof uitharden en worden de materiaallagen onderling verbonden tot het vormdeel.

Onder verwijzing naar figuur 2 omvat een andere uitvoeringsvorm van een inrichting 15 volgens de uitvinding twee vloeistofbronnen 30a, 30b waaruit twee vloeistofstromen 20a, 20b kunnen worden aangevoerd en afgevoerd via leidingen 8a, 8b. De leidingen 8a, 8b zijn via koppelstukken 18a, 18b verbonden met de aansluitingen 13a, 13b. Hoewel niet getoond in figuur 2 omvatten de hierin schematisch aangegeven vloeistofbronnen j 30a, 30b ieder de in figuur 1 aangegeven onderdelen, zoals bijvoorbeeld pompen, j 20 warmtewisselaars, enzovoort. Verder bestaat het drukmiddel in het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld uit een drukpers (schematische weergegeven door middel van de pijl) die twee maitrijshelften 1 en 40 op elkaar kan bewegen. De twee vloeistofstromen 20a, 20b kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om snel de temperatuur in het verwarmingsmiddel 11 (en dus in het laminaat 10) te kunnen wijzigen. Hiertoe kan het 25 verwarmingsmiddel 10 worden voorzien van meerdere onderling gescheiden holtes 12a, 12b,... en bijbehorende aansluitmiddelen 13a, 13b,... voor aan- en afvoer van een vloeistof 20a, 20b,.... Verschillende varianten hiervan worden getoond in figuur 4.

In figuur 4a omvat het verwarmingsmembraan 10 een wandgedeelte 22 uit een voldoende temperatuurbestendig flexibel en elastisch materiaal, zoals bijvoorbeeld 30 rubber, en één centrale holte 12. In figuren 4b en 4c omvat het verwarmingsmembraan 10 een aantal holtes 12a, 12b,... met respectievelijk ronde of rechthoekige doorsnede.

Deze kunnen op dezelfde vloeistofbron zijn aangesloten doch kunnen desgewenst ook doorstroomd worden door op onderling verschillende temperatuur gebrachte vloeistoffen. Figuur 4d tenslotte toont een verwarmingsmembraan 10 dat is voorzien 1030029 13 ♦ » ' 9 van een eerste holte 12a, waardoor een op een eerste temperatuur gebrachte vloeistof 20a kan worden geleid, en een tweede holte 12b, waardoor een op een andere temperatuur gebrachte vloeistof 20b kan worden geleid. Volgens de uitvinding wordt bijvoorbeeld ten behoeve van het uitharden van het laminaat 10 een op de 5 uithardingtemperatuur gebrachte vloeistof 20a door holte 12a gepompt. Eens voldoende uitgehard dient het laminaat 10 gekoeld te worden. Dit kan op natuurlijke wijze gebeuren door de vloeistofstroom 20a te beëindigen. Dit kost echter tijd. Om de afkoeling te versnellen is het nu tevens mogelijk reeds op een lagere temperatuur gebrachte vloeistof 20b door holte 12b te pompen. Dit resulteert in een snellere 10 afkoeling van het laminaat 10, waarbij bij voorkeur het verwarmingsmembraan 10 met de zijde waar holte 12b zich bevindt (in figuur 4d is dit de onderzijde) wordt aangelegd tegen laminaat 10.

Het is tevens mogelijk met de werkwijze volgens de uitvinding meerdere vormdelen met elkaar te verbinden. Onder verwijzing naar figuur 3 wordt een doorsnede getoond 15 van een vliegtuigvleugelprofiel 50. Vliegtuigvleugels zijn in het gebruik onderhevig aan wisselende belastingen en worden daarom voorzien van verstijvers 10, bijvoorbeeld uit vezelmetaallaminaat. Een dergelijke verstijver 10 wordt in de praktijk over nagenoeg de gehele lengte van de te versterken vliegtuigvleugel 50 aangebracht. Hierbij wordt de verstijver 10 op het onderdeel aangebracht en hieraan gehecht met een daartoe geschikte 20 lijm. Ontwikkelen zich onder invloed van de wisselende belasting vermoeiingscheurtjes in het onderdeel, en groeien deze onder de verstijver door, dan zal deze in de praktijk doorgaans intact blijven, de scheurtjes in het vormdeel overbruggen, én daardoor kunnen zorgen voor tenminste een vertraging van de gemiddelde scheurgroei onder invloed van de wisselende belasting. Om het vormdeel 50 te versterken wordt volgens 25 onderhavig uitvoeringsvoorbeeld op de toepasselijke gedeeltes van vleugel 50 een lijmlaag 23 aangebracht. Vervolgens worden hierop strippen vezelmetaallaminaat 10 geplaatst en daarbovenop een verwarmingsmembraan 11. Het geheel wordt daarna afgedekt met een flexibele folie 15 die langs de omtrek via afsluitmiddelen 16 luchtdicht wordt verbonden met het oppervlak van de vleugel 50. Door met een 30 vacuümpomp (niet getoond) de tussenliggende lucht weg te zuigen wordt de folie strak over het samenstel van laminaat 10 en verwarmingsmembraan 11 getrokken. Door nu een op de uithardingstemperatuur van de lijmlaag gebrachte vloeistof door membraan 11 te leiden worden laminaat 10 en lijmlaag 23 op de uithardingstemperatuur gebracht, waarbij de lijmlaag en eventueel tevens het laminaat uitharden waardoor laminaat 10 en 1030029 * · 14 vormdeel 50 onderling worden verbonden. Doorgaans hebben tweede vormdelen van het genoemde type grote afmetingen. Met de gebruikelijke werkwijze, waarbij een autoclaaf wordt toegepast om de lijmlaag op temperatuur te brengen leidt dit tot hoge kosten. De werkwijze volgens de uitvinding heeft dit nadeel niet.

5

Onder verwijzing naar figuur 5 tenslotte wordt een andere voorkeursuitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding getoond waarbij tijdens het doorleiden van vloeistof 20 in verwarmingsmembraan 11 tevens druk wordt uitgeoefend op het laminaat 10. Deze druk wordt ontwikkeld door het samenstel van laminaat 10 en 10 verwarmingsmiddel 11 op te sluiten tussen het oppervlak van vormmal 1 en een stijf opsluitlichaam 35, en de vloeistof 20 onder een dusdanige druk door het verwarmingsmiddel 11 te leiden waardoor dit uitzet en tegen het opsluitlichaam 35 wordt aangedrukt. Afhankelijk van de tussenafstand tussen lichaam 35 en vormmal 1 kan de druk op het gewenste niveau worden ingesteld. Opsluitlichaam 35 kan 15 bijvoorbeeld een vlakke plaat omvatten die door middel van een (niet getoonde) geschikte verbinding via althans een gedeelte van haar omtreksrand aan het substraat kan worden bevestigd, bij voorkeur door middel van een losmaakbare verbinding.

20 1030029

Claims

1. Werkwijze voor het verlijmen van componenten tot een samengesteld vormdeel, 5 omvattende het stapelen van de van een geschikt hechtmiddel voorziene componenten, het positioneren van een verwarmingsmiddel, voorzien van tenminste één holte, over althans een gedeelte van de stapeling, en het doorleiden van een op een eerste temperatuur gebracht medium doorheen de tenminste één holte van het verwarmingsmiddel, waarbij de stapeling althans gedeeltelijk op de eerste temperatuur 10 wordt gebracht, en de componenten onderling worden verbonden tot het vormdeel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het verwarmingsmiddel dusdanig is uitgevoerd dat het bij het positioneren ervan op de stapeling in hoofdzaak de vorm aanneemt van het oppervlak van de stapeling.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat het verwarmingsmiddel een flexibel membraan omvat, voorzien van een inlaat en een uitlaat voor het medium.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk dat naast (voorafgaand en/of tijdens en/of opvolgend aan) het doorleiden van het op de eerste tèmperatuur gebracht medium doorheen de tenminste één hólte van het verwarmingsmiddel, hierdoor een op een tweede temperatuur gebracht medium wordt geleid. 25

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat het hechtmiddel een thermohardende kunststof omvat, en dat de eerste, respectievelijk tweede temperatuur ten minste gelijk, respectievelijk lager is dan de uithardingstemperatuur van de thermohardende kunststof. 30

6. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat het hechtmiddel een thermoplastische kunststof omvat, en dat de eerste, respectievelijk tweede temperatuur hoger, respectievelijk lager is dan de smelttemperatuur van de thermoplastische kunststof. 1030029 • · f -r

7. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat een op een eerste temperatuur gebracht medium doorheen een eerste holte, en een op een andere temperatuur gebracht medium doorheen een andere holte van het 5 verwarmingsmiddel worden geleid, waarbij de overeenkomstige gedeeltes van de stapeling op de eerste, respectievelijk andere temperatuur worden gebracht.

8. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat druk wordt uitgeoefend op het vormdeel tijdens tenminste een gedeelte van de vervaardiging 10 ervan.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk dat de druk wordt uitgeoefend j door het samenstel van stapeling en verwarmingsmiddel op te sluiten tussen een ! substraat en een flexibel opsluitlichaam, waartussen vervolgens een vacuümdruk wordt I 15 aangebracht.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk dat aan de buitenzijde van het samenstel van stapeling, verwarmingsmiddel en flexibel lichaam een overdruk wordt aangebracht. 20

11. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk dat de druk wordt uitgeoefend door hét samenstel vah stapeling en verwarmingsmiddel op te sluiten tussen een substraat en een stijf opsluitlichaam, en het medium onder een dusdanige druk door het verwarmingsmiddel te leiden waardoor dit uitzet en tegen het opsluitlichaam wordt 25 aangedrukt.

12. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de stapeling van componenten een laminaat omvat van vezelversterkte materiaallagen.

13. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de stapeling tenminste één metaallaag omvat.

14. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de vloeistof gemiddeld op de eerste temperatuur wordt gebracht en vervolgens door de 1030029 Λ -ν ¥ tenminste één holte van het verwarmingsmiddel wordt geleid onder een pulserende temperatuur.

15. Inrichting voor het verlijmen van componenten tot een samengesteld vormdeel, 5 welke inrichting tenminste een vloeistofbron en middelen voor het op een eerste temperatuur brengen van de vloeistof omvat; en op het vormdeel aanbrengbare verwarmingsmiddelen, voorzien van tenminste één holte en daarmee in verbinding staande aansluitmiddelen voor aan- en afvoer van de vloeistof, evenals pompmiddelen voor het door de tenminste één holte leiden van de vloeistof. 10

16. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk dat het verwarmingsmiddel een flexibel membraan omvat, voorzien van een inlaat en een uitlaat voor de vloeistof.

17. Inrichting volgens conclusie 15 of 16, met het kenmerk dat deze tevens een 15 verdere vloeistofbron omvat en middelen voor het op temperatuur brengen van de verdere vloeistof.

18. Inrichting volgens één der conclusies 15 -17, met het kenmerk dat het verwarmingsmiddel is voorzien van meerdere onderling gescheiden holtes en 20 bijbehorende aansluitmiddelen voor aan- en afvoer van een vloeistof.

19. Inrichting vólgens conclusie 18, met het kenmerk dat het verwarmingsmiddel is voorzien van een eerste holte, waardoor een op een eerste temperatuur gebracht medium kan worden geleid, en een andere holte, waardoor een op een andere témperatuur 25 gebracht medium kan worden geleid.

20. Inrichting volgens één der conclusies 15-19, met het kenmerk dat deze tevens drukmiddelen omvat voor het kunnen uitoefenen van druk op het vormdeel.

21. Inrichting volgens conclusie 20, met het kenmerk dat de drukmiddelen flexibele opsluitmiddelen voor het samenstel van laminaat en verwarmingsmiddel omvatten, en een hierop aansluitbare vacuümpomp. 1" 30 02.9 : π ·· Λ *

22. Inrichting volgens conclusie 20, met het kenmerk dat de drukmiddelen stijve opsluitmiddelen voor het samenstel van laminaat en verwarmingsmiddel omvatten, waarbij de druk wordt ontwikkeld en een hierop aansluitbare vacuümpomp.

23. Inrichting volgens conclusie 20, met het kenmerk dat de drukmiddelen een drukpers omvatten.

24. Inrichting volgens conclusie 20, met het kenmerk dat de drukmiddelen een autoclaaf omvatten. 10

25. Verwarmbaar membraan kennelijk bestemd voor toepassing in de werkwijze volgens één der conclusies 1-14. 1030029