Titel title
Verfahren zur Vorbereitung von Oberflächen kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe für die Weiterverarbeitung zu tragenden StrukturteilenProcess for preparing surfaces of carbon fiber reinforced plastics for further processing into structural parts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung von Kunststoffoberflächen, vorzugsweise von Oberflächen kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe, für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen, insbesondere zu Tragflächen von Fluggeräten, durch abrasiven Abtrag der Oberfläche.The invention relates to a method for preparing plastic surfaces, preferably surfaces of carbon fiber reinforced plastics, for further processing of structural parts to be carried, in particular to wing of aircraft, by abrasive removal of the surface.
Derartig vorbereitete Oberflächen werden im modernen Flugzeugbau benötigt, um durch die Verarbeitung kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe noch leichtere Strukturen bauen zu können. Beispielsweise müssen die Klebeflächen der Ober- und Unterschale von Tragflächen sorgfältig vorbehandelt werden, bevor sie zum fertigen Flügel verklebt werden. Dabei sind zwischen den Schalen auch Spanten und Stringer einzulaminieren.Surfaces prepared in this way are required in modern aircraft construction in order to be able to build even lighter structures by processing carbon fiber-reinforced plastics. For example, the adhesive surfaces of the upper and lower shell of wings must be carefully pretreated before they are glued to the finished wing. Span and stringer must also be laminated between the shells.
Die im Betrieb extrem belasteten Strukturteile dürfen nicht versagen. Erfahrungsgemäß sind Klebestellen jedoch häufig, aufgrund von Fehlstellen geringerer Festigkeit als der Grundwerkstoff, Ursache für eine nicht zu tolerierende Schwächung des Strukturteils.The structural parts that are extremely stressed during operation must not fail. Experience has shown, however, that glue points are often the cause of an intolerable weakening of the structural part due to imperfections of lower strength than the base material.
Zur Vermeidung solcher Fehlstellen werden die für die Weiterverarbeitung durch Kleben vorgesehenen Oberflächen zunächst geschliffen und aufwendige Qualitätssicherungsmaßnahmen getroffen, um das Schleifergebnis zu kontrollieren.In order to avoid such defects, the surfaces intended for further processing by gluing are first ground and complex quality assurance measures are taken to check the grinding result.
Beim Schleifen laminierter rauer Oberflächen besteht die Gefahr, daß die festigkeitsbestimmenden Fasern durch den Schleifprozess verletzt werden. Hierfür sind optische Kontrollen erforderlich, da durchgeschliffene
Fasern unzulässig sind. Zusätzlich wird eine Messung des Oberflächenwiderstandes vorgenommen.When grinding laminated rough surfaces, there is a risk that the strength-determining fibers will be damaged by the grinding process. Optical controls are required for this, as they are looped through Fibers are not permitted. In addition, the surface resistance is measured.
Zur Ermittlung verunreinigter Stellen wird ein Waterbreak-Test durchgeführt, der die unterschiedliche Oberflächenspannung geschliffener und verunreinigter Flächen nutzt, um eine Aussage über die Qualität des Schleifergebnisses u treffen. Dabei wird die Klebefläche mit entionisiertem Wasser vollständig benetzt. Anschließend wird die Fläche senkrecht gestellt, damit das Wasser abfließen kann. Bei gut gereinigter Oberfläche fließt das Wasser gleichmäßig ab. An verschmutzten Stellen bilden sich Wasserperlen. Solche Stellen müssen nachgeschliffen werden. Zur Entfernung des Wassers bzw. einer Restfeuchtigkeit müssen die Teile noch im Ofen getrocknet werden.To determine contaminated areas, a waterbreak test is carried out, which uses the different surface tension of ground and contaminated surfaces to make a statement about the quality of the grinding result. The adhesive surface is completely wetted with deionized water. Then the surface is placed vertically so that the water can drain off. When the surface is well cleaned, the water flows off evenly. Pearls of water form in contaminated areas. Such spots have to be reground. To remove the water or any residual moisture, the parts must still be dried in the oven.
Schon bei der Konstruktion der Strukturteile ist der für diese Bearbeitungsschritte notwendige Platzbedarf der Schleifmaschinen zu berücksichtigen. Besonders im Innenraum des Flügels ist dieThe space required for the grinding machines for these processing steps must be taken into account when designing the structural parts. Especially in the interior of the wing
Erreichbarkeit enger sackartiger Räume mit der Schleifmaschine nur unter Schwierigkeiten gegeben.Access to narrow, bag-like rooms with the grinding machine is difficult.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vorbereitung von Kunststoffoberflächen, vorzugsweise von Oberflächen kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe, für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen, insbesondere zu Tragflächen von Fluggeräten, durch abrasiven Abtrag der Oberfläche vorzuschlagen, das die Gefahr der Durchtrennung von Fasern verringert aber gleichzeitig eine höhere Festigkeit der Klebung bei geringerer Nacharbeit ermöglicht.The object of the invention is to propose a method for the preparation of plastic surfaces, preferably surfaces of carbon fiber reinforced plastics, for the further processing of structural parts to be carried, in particular to wing of aircraft, by abrasive removal of the surface, which reduces the risk of cutting through fibers but at the same time Enables higher bond strength with less rework.
Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß der Abtrag durch Strahlen der Oberfläche mittels eines in einem gasförmigen Fluid verteilten Strahlmittels erfolgt. Misst man die Zeit, die benötigt wird, um die Oberfläche üblicherweise bis auf die Faser
abzutragen, d. h. zu zerstören, so reicht überraschender weise etwa der zehnte Teil dieser Zeit, um eine für die Klebung ausreichende Behandlung der Oberfläche zu erzielen. Die Qualität dieser Oberfläche übertrifft sogar die einer geschliffenen Oberfläche. Bei Bruchversuchen versagen die Bauteile nicht an der Klebestelle, sondern im Grundwerkstoff, was die Belastbarkeit der geklebten Strukturteile vorteilhaft erhöht.This object is achieved in the generic method in that the removal is carried out by blasting the surface by means of a blasting agent distributed in a gaseous fluid. One measures the time it takes to finish the surface, usually down to the fiber Removing, ie destroying, surprisingly enough about a tenth of this time is sufficient to achieve a surface treatment sufficient for the adhesive. The quality of this surface even exceeds that of a ground surface. In the event of breaking attempts, the components fail not at the gluing point, but in the base material, which advantageously increases the load-bearing capacity of the glued structural parts.
Eine Verschmutzung der mechanisch gereinigten Oberfläche durch das Fluid wird mit Vorteil dadurch vermieden, daß das gasförmige Fluid getrocknete und entölte Luft ist.Contamination of the mechanically cleaned surface by the fluid is advantageously avoided in that the gaseous fluid is dried and de-oiled air.
Besonders haltbare Verklebungen wurden erzielt, wenn als Strahlmittel ein scharfkantiges Korundkorn, vorzugsweise in einem Korngrößenbereich zwischen 0 und 90 μm, insbesondere zwischen 17 und 62 μm, verwendet wird.Particularly durable bonds were achieved when a sharp-edged corundum grain, preferably in a grain size range between 0 and 90 μm, in particular between 17 and 62 μm, is used as the blasting medium.
Ein vorteilhaft gleichmäßiges Arbeitsergebnis lässt sich dadurch erreichen, das Strahlmittel mittels eines Niederdruckstrahls, vorzugsweise aus einem Druckkessel mit weniger als 2,5 bar, auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht wird.An advantageously uniform work result can be achieved if the blasting agent is applied to the surface to be treated by means of a low-pressure jet, preferably from a pressure vessel with less than 2.5 bar.
Demselben Zweck dient die Maßnahme, daß das Strahlmittel mittels einer Wirbelstrahldüse auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht wird. Der umlaufende Strahl der Wirbelstrahldüse verhindert die Bildung nachteiliger sogenannter Hot Spots.The measure serves the same purpose in that the abrasive is applied to the surface to be treated by means of a vortex jet nozzle. The rotating jet of the vortex jet nozzle prevents the formation of so-called hot spots.
Es reicht vorteilhaft eine optische Kontrolle des Arbeitsergebnisses aus, um eine ausreichende Qualität der Oberfläche sicherzustellen. Die Behandlung mit dem Strahlmittel solange erfolgt, bis eine fast wolkenfreie matte behandelte Oberfläche erreicht ist. Diese Qualität wird vorteilhaft entsprechend in Anlehnung an die DIN EN ISO 12944-4 SA 2,5 über das
Arbeitergebnis definiert. Aufwendige Waterbreak-Tests mit Trocknungsschritten in aufwendigen weil großen Öfen können entfallen.An optical control of the work result is advantageously sufficient to ensure a sufficient surface quality. The treatment with the abrasive is carried out until an almost cloud-free matt treated surface is reached. This quality is advantageous in accordance with DIN EN ISO 12944-4 SA 2.5 on the Work result defined. Extensive waterbreak tests with drying steps in complex, large ovens can be omitted.
Zur Nachbearbeiten der behandelten Oberfläche reicht es überraschend aus, wenn die behandelte Oberfläche zur Entfernung des Strahlmittels mit getrockneter und ölfreier Druckluft abgeblasen wird. Noch etwaig in die Oberfläche tiefer eingebrachte einzelne Körner des Strahlmittels wirken überraschender weise nicht nachteilig.To rework the treated surface, it is surprisingly sufficient if the treated surface is blown off with dried and oil-free compressed air to remove the abrasive. Surprisingly, individual grains of the blasting agent that are still deeper in the surface do not have a disadvantageous effect.
Für die Qualitätssicherung ist ausreichend, daß eine Qualitätskontrolle der behandelten Oberfläche durch Messung eines Oberflächenwiderstandes und/oder durch optische Kontrolle anhand einer Vergleichsprobe erfolgt.For quality assurance it is sufficient that a quality control of the treated surface is carried out by measuring a surface resistance and / or by optical control using a comparison sample.
Die Reproduzierbarkeit des Arbeitsergebnisses wird noch zusätzlich verbessert, wenn die Behandlung in einer klimatisierten, vorzugsweise zugluftfreier, Umgebung erfolgt.The reproducibility of the work result is further improved if the treatment is carried out in an air-conditioned, preferably draft-free environment.
Vor dem Transport der behandelten Teile zur Weiterverarbeitung ist vorgesehen, daß die Oberfläche für einen Transport vakuumverpackt wird. Eine solche Verpackung reicht bereits aus, um den erfindungsgemäßen Arbeitsgang aus der staubempfindlichen Bauteilmontage nach außen Zulieferern zu übertragen.Before the treated parts are transported for further processing, it is provided that the surface is vacuum-packed for transport. Such packaging is already sufficient to transfer the operation according to the invention from the dust-sensitive component assembly to external suppliers.
Die statistische Stabilität des Arbeitsergebnisses mit seinen qualitativen Vorteilen wird noch verbessert, wenn das Strahlmittel nicht im Kreis geführt wird. Bei der sonst in der Strahltechnik üblichen Aufbereitung des Strahlmittels kann nicht ausgeschlossen werden, daß abgetragene Teilchen des Grundwerkstoffes im Strahlmittel verbleiben. Die Aufbereitung mittels Magnetabscheidern ist bei den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnden Kunststoffen nicht möglich, da sie unmagnetisch sind. Sie müssen deshalb mittels
Windsichten oder durch Flotation aufgearbeitet werden. Der Verzicht auf eine Aufbereitung erspart auch diese Verfahrensschritte.The statistical stability of the work result with its qualitative advantages is further improved if the abrasive is not circulated. During the processing of the blasting medium, which is otherwise customary in blasting technology, it cannot be ruled out that removed particles of the base material remain in the blasting medium. The preparation by means of magnetic separators is not possible with the plastics to be treated with the method according to the invention, since they are non-magnetic. You must therefore use Air sightings or flotation. The lack of preparation also saves these process steps.
Die Aufgabe wird auch durch ein Halbzeug, vorzugsweise aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, mit einer für die Weiterverarbeitung zu tragenden Strukturteilen, insbesondere zuThe object is also achieved, in particular, by a semi-finished product, preferably made of carbon fiber reinforced plastic, with a structural part to be carried for further processing
Tragflächen von Fluggeräten, vorbereiteten Kunststoffoberfläche gelöst, bei dem die Oberfläche durch eine Behandlung nach einem oder mehreren der vorstehenden Verfahrensansprüche mittels eines in einem Strahl eines in einem gasförmigen Fluid verteilten Strahlmittels geformt ist.Wings of aircraft, prepared plastic surface solved, in which the surface is formed by a treatment according to one or more of the preceding method claims by means of a blasting medium distributed in a jet of a gaseous fluid.
Beispielsweise werden Prepregs im Druckstrahlverfahren erfindungsgemäß zum Verkleben z.B. mit Stringern auf Außenhäuten, Tiesverklebung, Rippen, Beschläge usw. vorbehandelt. Das Verfahren bewirkt einen geringen Materialabtrag, ohne das sich die Maßgenauigkeit des Bauteils beeinträchtigt wird. Es reinigt die Oberfläche durch einen mechanischen Abtrag der Oberfläche, der jedoch besonders vorteilhaft genau dosiert werden kann. Es besteht eine ca. 10-fache Sicherheit gegen Verletzung von Fasern des Kunststoffes. Die Strahlbehandlung wird trocken durchgeführt, wobei die Wirkung auf die Bauteiloberfläche wesentlich durch die Wahl des Strahlmittels bestimmt wird. Die Oberflächenrauhigkeit wird in erster Linie durch das Strahlmittel und den Druck bestimmt. Besonders gute Ergebnisse erzielte man bei Verwendung einer Wirbelstrahldüse der Typenbezeichnung Roto Soft Blast Mate Etc Roto Soft Strahldüsen DK 8,5/M, bei denen die Zuführung von Strahlmittel in Scalierung 2 cm Dosierventil eingestellt war. Die Speisung mit Druckluft erfolgte unter 2,5 bar bei Einsatz eines Druckstrahlkessels der Firma Blast Mate. Als Strahlmittel wurde Edelkorund weiß 0,07 bis 0 mm benutzt. Nachdem in Anlehnung an die DIN EN ISO 12944-4 SA 2,5 ein fast wolkenfreies Strahlbild erreicht wurde, erfolgte lediglich eine Entstaubung der Oberfläche mittels gereinigter Druckluft.
Im Ergebnis übertraf die Qualität der so erzeugten Oberfläche die bisher durch Schleifen erzielten Qualitäten bei weitem.
For example, prepregs are pretreated according to the invention in the pressure jet process for gluing, for example using stringers on outer skins, adhesive bonding, ribs, fittings, etc. The process results in low material removal without the dimensional accuracy of the component being impaired. It cleans the surface by mechanically removing the surface, which, however, can be metered precisely in a particularly advantageous manner. There is an approx. 10-fold security against damage to the fibers of the plastic. The blasting treatment is carried out dry, the effect on the component surface being largely determined by the choice of the blasting agent. The surface roughness is primarily determined by the abrasive and the pressure. Particularly good results were achieved when using a swirl jet nozzle of the type designation Roto Soft Blast Mate Etc Roto Soft jet nozzles DK 8.5 / M, in which the supply of blasting media in scaling was set to a 2 cm metering valve. Compressed air was supplied under 2.5 bar using a Blast Mate pressure jet boiler. White aluminum oxide 0.07 to 0 mm was used as the abrasive. After an almost cloud-free spray pattern was achieved in accordance with DIN EN ISO 12944-4 SA 2.5, the surface was only dedusted using cleaned compressed air. As a result, the quality of the surface produced in this way far exceeded the qualities previously achieved by grinding.