WO2009046932A2 - Verbundwerkstoffelement und verfahren für reperatur und herstellung von bauteilen aus verbundwerkstoffen - Google Patents

Verbundwerkstoffelement und verfahren für reperatur und herstellung von bauteilen aus verbundwerkstoffen Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a flexible sheet member for the manufacture and repair of components made of glass or carbon fiber composites containing glass or carbon fibers and a thermosetting and / or to be crosslinked material in which the glass or carbon fibers are embedded.
  • the invention also relates to a method for the manufacture and repair of these components.
  • Components made of glass or carbon fiber composite materials are becoming more widespread. For more and more applications, they prove to metals such as steel or aluminum, especially for weight reasons, superior. In particular, because of the glass or carbon fibers, they are very tensile.
  • Particularly high-quality fiber composite components such as fins for wind turbines, tailplanes of aircraft or aircraft wings or other high-quality components for the aerospace, boatbuilding or military industry are mainly produced in elaborate tempering molds and then with vacuum membrane presses and / or by the additional shipment of components, including molds in
  • the component to be cured or crosslinked must be carefully and thoroughly mixed by machine in exactly the right mixing ratio.
  • the composite fibers, layers or fabrics must be laid exactly in the optimum shape and position, the application of pressure and temperature must be reproducible and measurable in a comparable manner as in the original manufacture of the component.
  • Apparatuses for pressure and temperature exposure, laying equipment and mixing devices are not available for outdoor work, especially in the repair of minor damage or only in very complex circumstances. It is known to fill the repair site (recess) with so-called wet laminates; In this case, the fiber mats, fabrics or layers are wetted with a matrix which is then cured or crosslinked predominantly under externally supplied temperature and often with a pressure applied from the outside via vacuum film presses or vacuum sacks.
  • prepregs which consist of individual layers of a machine pre-impregnated, curable and / or crosslinked composite material must be stored deep frozen until processing. These prepregs are then individually laid, as in the wet laminate, in a suitable form in the recess and fixed.
  • prepregs have a very high reproducibility and quality due to the machine pre-impregnation. But they are also mandatory to work at higher temperatures and under pressure.
  • This pressure is realized in the repair after filling the recess mainly by the compression with vacuum film presses or in vacuum bags; Hereby the maximum difference between the atmospheric pressure and the vacuum acting between the film and the repair point is used.
  • the temperature is introduced under high energy losses by spotlights, heating mats or heating pad to the repair site and its surroundings, but without ensuring a uniform temperature.
  • the object of the invention is the creation of flexible flat elements, with which defective points
  • Components of glass or carbon fiber composites can be repaired easily and reliably, with a higher strength of the repaired site is achieved by more uniform heating than in the prior art, and from which components of glass or carbon fiber composites can be produced.
  • Yet another object of the invention is to register and log the process parameters in the repair site during repair to document quality and reproducibility.
  • a solution according to the invention is that the flexible planar element is designed to be heatable. This may be a dry element which is used for wet lamination or for injection methods, or a prepreg or otherwise preimpregnated EIe- ment.
  • the element can be introduced or applied as a repair element individually or in layers at the point to be repaired, after it has been previously treated, if necessary, beforehand by cutting, milling, grinding or the like. Subsequently, the so-applied or attached repair elements are then heated. The heating does not take place by heating mats or spotlights, but from the inside of the repair element ago. In this way you can z. B. achieve uniform heating in multi-layer superposed repair elements. But it can also be used only a single location for heating.
  • the element consists of pre-impregnated carbon fibers, wherein the element is connected at two opposite ends, each with an electrically conductive contact member. Lying on the two Contact members to a voltage, so a current flows through the carbon fibers, whereby the element is heated and then the curable and / or crosslinked material is cured or crosslinked.
  • the curable and / or to be crosslinked material is electrically conductive, wherein the element is provided at two opposite ends each with an electrically conductive contact member, which is electrically conductively connected to the curable and / or to be crosslinked material.
  • the curable and / or cross-linked material that conducts the current, thereby heating and thereby creates the heating effect.
  • This embodiment is particularly advantageous in the case of composite materials provided with glass fibers, although in the case of carbon fibers too, the curable and / or to be crosslinked material may be electrically conductive.
  • the contact members may be strip or strip-shaped.
  • a metal strip in particular copper strip is crimped around the edge at the opposite ends, wherein in particular still a metal powder or a conductive paste between-see element and metal strips can be provided to improve contact.
  • the element comprises a microwave-absorbing material.
  • the heat is generated only within the element.
  • the element comprises an ultrasound absorbing material.
  • the element is inductive heatable electrically conductive elements, in particular fine metal rings. In all three of the latter cases, no heat is supplied from the outside. This arises only within the elements through the interaction of the material as the elements with the external radiation or the external electromagnetic alternating fields, which are directed to the element to effect inductive heating.
  • the element comprises heat radiation absorbing material.
  • the element comprises UV radiation absorbing material.
  • the element has metallic heating wires. These also contribute to the stability and strength of the material used and can also be used for monitoring and measurement.
  • the element has bursting and / or dissolving multi-component capsules by pressure, temperature, vibration or radiation, or a mixture of capsules with a plurality of components whose mixing or activation has a heat-emitting or crosslinking effect.
  • the heat generation or crosslinking by pressure, temperature, vibration or radiation can be activated.
  • a tool can be used to increase the pressure in the application of the elements, which has an external vacuum chamber, which is around a POSelle vacuum chamber which is arranged around an inner, in particular concentric pressure chamber and this redirects against the opposing force exerted by the internal pressure chamber on the Ausneh- mumg to be repaired, on the surrounding vacuum chamber and thus the required introduction of this in the to the repair area realized surrounding area.
  • the surfaces are to be dimensioned so that the product of the projection of the vacuum surface and the size of the effective negative pressure is always greater than that of the projection of the inner pressure surface and the effective there pressure on the repair surface.
  • An essential advantage of this solution according to the invention is that the vacuum surrounding the repair site, which holds the pressure tool around the repair surface, with its extremely low thermal conductivity provides extremely high insulation and keeps the heat at the repair site.
  • the structure and heating filaments of carbon as well as metallic threads or sensors are embedded in the repair element as sensors for temperature and pressure and record and log the states during repair and thereafter in the repair element.
  • the repair site is monitored for errors and possible changes during and after repairs. Any deviations that occur are logged and may lead to warnings, error messages and early damage avoidance.
  • repair elements are then applied or introduced into the recess. These repair elements are then heated sequentially or simultaneously according to the particular properties of the repair elements, i. H. by electric current, by microwaves, ultrasound, alternating electromagnetic fields or heat radiation. After the repair elements have cured and / or crosslinked, the repair site can still be processed by smoothing and / or applying a topcoat.
  • the cure and / or cross-linking is exothermic, if excessive heating must be avoided, it can be cooled during curing / cross-linking by use of suitable media directly in the pressure chamber.
  • the heating of the repair elements may be staggered in time or simultaneously.
  • Fig. 1 shows a damaged component in cross section
  • FIG. 2 shows the component of FIG. 1 after the damaged area has been smoothed or cut smooth
  • Fig. 4 shows the component of Figure 1 after completion of the repair.
  • Fig. 6 shows the principle of a pressure tool that can be used in conjunction with the repair element of the invention.
  • the component 1 shown in the figures is damaged at 2, as shown in Fig. 1.
  • several inventive repair elements 3 are inserted into the damaged area 2.
  • These are relatively thin and flexible and include carbon or glass fibers embedded in a hardenable and / or cross-linked material. So that this material does not cure early or cross-linked, it is stored until repair at low temperatures, in particular -18 0 C.
  • the repair elements are machined, so that the mixture of the components of the material to be cured or crosslinked can be adjusted very accurately.
  • the repair elements 3 are at two opposite directions
  • strip-shaped contact members 4 which are connected to conductive carbon fibers, electrical wires and / or the electrically conductive curable and / or to be crosslinked material. A voltage is applied to these strip-shaped contact members 4, so that the repair elements 3 heat up.
  • the repair site is flattened and optionally provided with a cover 5, as shown in FIG.
  • FIGS. 3 and 4 only two or three repair elements 3 are shown. In practice, a larger number of such repair elements 3 are used, in particular for larger damages.
  • the repair elements must not be provided with contact strips 4, if they are heated in other ways, for. B. by microwaves, ultrasound or heat radiation. It would also be possible to provide the repair elements 3 with multi-component capsules which release heat when pressure is applied. Another possibility is the inductive heating by the repair elements 3 inductively heated elements, in particular small metal rings. Another possibility is to heat only a repair element, wherein the heat conduction material present in the material is sufficient to achieve a crosslinking / curing in depth.
  • an inventive repair element 3 is shown, which has on the edge conductive strip-shaped elements 4, which are electrically connected to extending transversely through the element 3 carbon fibers 6. The carbon fibers 6 are embedded in a hardenable and / or cross-linked material 7.
  • the repair area is e.g. covered with a film, sealed to the environment and applied with a vacuum, so that the film compresses the repair surface.
  • an inventive tool which sucks by the application of the outer ring with vacuum on the surface surrounding the repair surface and the pressure chamber provides the necessary holding force for acting on the repair surface with an additional pressure pad.
  • the pressure pad can act either mechanically or by air or fluid pressure on the repair area, the fluids can be used for additional heating or cooling of the repair area.
  • FIG. It has an inner flexible bag-shaped element 8, which can be pressurized via a line 9 with pressure, which is illustrated by the arrow 10. Heating by introducing or circulating a heated fluid is also possible.
  • the bag-shaped element is applied to the repair point 2 to pressurize the repair elements 3 and optionally to heat.
  • the bag-shaped element 8 is pressed by an annular member 11 against the component 1, which bears sealingly with annular seals 12 and 13 on the component 1 and is acted upon by negative pressure, which is indicated by the arrow 14.
  • This element 11 has a certain flexibility in order to be able to press the bag-shaped element 8 against the component 1. On the other hand, it must at least partly, even under oppression, be able to assume approximately the form shown in FIG.
  • This arrangement also realizes the described insulation of the repair surface against energy loss and realizes a thermally insulated pressure chamber.
  • the described process sequences can likewise be used for the production of components themselves, so that costly, expensive and energy-intensive heated molds can be dispensed with, because the components can be produced energy-savingly and reproducibly by incorporating heating elements according to the invention from their own structure.

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Abstract

Das flexible flächige Element für die Herstellung und Reparatur von Bauteilen aus Glas- oder Kohlenstofffaserverbund- Werkstoffen, das Glas- oder Kohlenstofffasern und ein durch Wärme aushärtbares und/oder zu vernetzendes Material enthält, in dem die Glas- oder Kohlenstofffasern eingebettet sind, zeichnet sich dadurch aus, dass es beheizbar ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Reparaturverfahren unter Verwendung des Elements.

Description

Verbundwerkstoffelement und Verfahren für Reparatur und Herstellung von Bauteilen aus Verbundwerkstoffen
Die Erfindung betrifft ein flexibles flächiges Element für die Herstellung und Reparatur von Bauteilen aus Glas- oder Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen, das Glas- oder Kohlenstofffasern und ein durch Wärme aushärtbares und/oder zu vernetzendes Material enthält, in dem die Glas- oder Kohlenstofffasern eingebettet sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren für die Herstellung und Reparatur dieser Bauteile .
Bauteile aus Glas- oder Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen finden immer weitere Verbreitung. Für immer mehr Anwendungen erweisen sie sich Metallen wie Stahl oder Aluminium, insbesondere auch aus Gewichtsgründen, überlegen. Insbesondere wegen der Glas- oder Kohlenstofffasern sind sie sehr zugfest. Besonders hochwertige Faserverbundbauteile wie Fü- gel für Windkraftanlagen, Leitwerke von Flugzeugen oder Flugzeugflügel oder andere hochwertige Bauteile für die Luftfahrt-, Bootsbau- oder Militärindustrie werden vorwiegend in aufwändig temperierbaren Formen hergestellt und an- schließend mit Vakuum-Membranpressen und/oder durch die zusätzliche Verbringung von Bauteilen mitsamt Formen in Au-
BESTATIGUNGSKOPtE toklaven verdichtet, entlüftet und unter hohem Druck und Temperatur vernetzt.
Tritt eine Beschädigung in oder an einem solchen Bauteil auf, indem z. B. dort ein Loch herausgeschlagen wird, ein Riss oder Bruch entsteht, so ist an dieser Stelle möglicherweise eine ausreichende Festigkeit nicht mehr gegeben und das gesamte Bauteil ist nicht mehr zu nutzen. In der Luftfahrt ist es Stand der Technik, dass nur kleine Struk- turschäden repariert werden dürfen, weil keine reproduzierbar herstellbare und belastbare Reparatur möglich ist.
Es ist daher das dringlichste Ziel, eine Beschädigung wieder mit möglichst dem gleichen, oder einem gleichwertigen, qualitativ hochwertigem Faserverbundstoff so zu schließen, dass die Belastbarkeit wieder hergestellt und die Reparatur reproduzierbar überwacht werden kann. Die Komponente, die aushärten soll bzw. vernetzt werden soll, muss dabei maschinell im genau richtigen Mischungsverhältnis sorgfältig und gründlich gemischt verarbeitet werden. Die Verbundwerkstofffasern, -Gelege oder -Gewebe müssen genau in der optimalen Form und Lage verlegt werden, die Beaufschlagung mit Druck und Temperatur muß reproduzierbar und messbar in vergleichbarer Weise erfolgen wie bei der ursprünglichen Her- Stellung des Bauteils.
Apparate zur Druck- und Temperaturbeaufschlagung, Legeapparate sowie Mischvorrichtungen stehen bei Außenarbeiten, insbesondere bei der Reparatur kleinerer Beschädigungen nicht oder nur unter sehr aufwändigen Umständen zur Verfügung. Es ist bekannt, die Reparaturstelle (Ausnehmung) mit sogenannten Nasslaminaten zu verfüllen; hierbei werden die Fasermatten, -Gewebe oder -Gelege mit einer Matrix benetzt, welche dann vorwiegend unter von außen zugeführter Tempera- tur und oftmals mit einem von außen über Vakuumfolienpressen oder Vakuumsäcke aufgebrachten Druck ausgehärtet bzw. vernetzt wird.
Es ist auch bekannt, einzelne Schichten in die Ausnehmung der Beschädigung, die falls erforderlich noch geschäftet, gerade oder anders geeignet ausgeschnitten oder angeschliffen wurde, hineinzulaminieren. Dies kann aber nicht so gleichmäßig erfolgen wie während der Herstellung des ursprünglichen Bauteils; auch kann der Druck und die Tem- peratur, die bei der Herstellung z.B. durch komplette
Verbringung des Bauteils in einen Autoklav geherrscht hat, weder so gleichmäßig noch so hoch an die Reparaturstelle herangebracht werden, was in der Reparaturstelle zu einer geringeren Festigkeit als in der ursprünglichen Struktur führt.
Es sind auch sogenannte Prepregs bekannt, die aus einzelnen Schichten eines maschinell vorimprägnierten, aushärtbaren und/oder zu vernetzenden Verbundwerkstoffs bestehen der bis zur Verarbeitung tiefgekühlt gelagert werden muss. Diese Prepregs werden dann einzeln, wie auch beim Nasslaminat, in geeigneter Form in der Ausnehmung verlegt und fixiert.
Diese Prepregs haben wegen der maschinellen Vorimprägnierung eine sehr hohe Reproduzierbarkeit und Qualität. Sie sind aber auch zwingend bei höheren Temperaturen und unter Druck zu verarbeiten. Dieser Druck wird bei der Reparatur nach der Befüllung der Ausnehmung vorwiegend durch die Verpressung mit Vakuum- Folienpressen oder in Vakuumsäcken realisiert; hiermit wird maximal die Differenz des Atmosphärendruckes gegen das zwi- sehen Folie und Reparaturstelle wirkende Vakuum genutzt. Die Temperatur wird unter hohen Energieverlusten durch Strahler, Heizmatten oder Heizkissen an die Reparaturstelle und seine Umgebung herangeführt, ohne jedoch eine gleichmäßige Temperierung zu gewährleisten.
Ein weiteres Problem dabei ist, dass die Oberfläche stärker beheizt wird als die darunter liegenden Schichten und dass die Drücke wesentlich geringer sind als die Drücke während der Herstellung des Bauteiles im Autoklav. Dieses Verfahren wird zwar weitgehend akzeptiert und ist Stand der Technik, ist aber bei weitem noch nicht dafür geeignet, Strukturschäden belastbar zu reparieren.
Die Aufgabe der Erfindung steht in der Schaffung von fle- xiblen flächigen Elementen, mit denen defekte Stellen an
Bauteilen aus Glas- oder Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen einfach und zuverlässig repariert werden können, wobei eine höhere Festigkeit der reparierten Stelle durch gleichmäßigere Beheizung erreicht wird als im Stand der Technik, und aus denen auch Bauteile aus Glas- oder Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen hergestellt werden können.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines transportablen Werkzeugs zur Bereitstellung eines hö- heren Druckes an der Reparaturstelle als im Stand der Technik bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Elemente. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Isolierung der Reparaturstelle, so dass während der Reparatur weniger Energie entweicht als im Stand der Technik.
Noch ein Ziel der Erfindung steht in der Registrierung und Protokollierung der Prozessparameter in der Reparaturstelle während der Reparatur zur Dokumentation der Qualität und der Reproduzierbarkeit.
Eine erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass das flexible flächige Element beheizbar ausgebildet ist. Hierbei kann es sich um ein trockenes Element handeln, welches zur Naßlaminierung oder für Injektionsverfahren eingesetzt wird, oder um ein Prepreg oder anders vorimprägniertes EIe- ment .
Das Element kann als Reparaturelement einzeln, oder aber in Schichten an der zu reparierenden Stelle, nachdem diese, falls erforderlich, vorher durch Schneiden, Fräsen, Schlei- fen oder dergleichen behandelt worden ist, eingebracht oder angebracht werden. Anschließend werden dann die so ein- oder angebrachten Reparaturelemente beheizt. Die Beheizung erfolgt dabei nicht durch Heizmatten oder Strahler, sondern vom Inneren des Reparaturelements her. Auf diese Weise kann man z. B. eine gleichförmige Erwärmung bei mehrschichtig übereinander liegenden Reparaturelementen erreichen. Es kann aber auch nur eine einzelne Lage zu Heizung genutzt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform besteht das Element aus vorimprägnierten Kohlefasern, wobei das Element an zwei gegenüberliegenden Enden mit jeweils einem elektrisch leitenden Kontaktglied verbunden ist. Legt man an die beiden Kontaktglieder eine Spannung an, so fließt ein Strom durch die Kohlenstofffasern, wodurch das Element erwärmt wird und das aushärtbare und/oder zu vernetzende Material dann aushärtet bzw. vernetzt wird.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das aushärtbare und/oder zu vernetzende Material elektrisch leitend, wobei das Element an zwei gegenüberliegenden Enden je mit einem elektrischen leitenden Kontaktglied versehen ist, das mit dem aushärtbaren und/oder zu vernetzenden Material elektrisch leitend verbunden ist. In diesem Falle ist es das aushärtbare und/oder zu vernetzende Material, das den Strom leitet, sich dabei erwärmt und dadurch die Heizwirkung schafft. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft im Falle von mit Glasfasern versehenen Verbundwerkstoffen, obwohl auch im Falle von Kohlenstofffasern das aushärtbare und/oder zu vernetzende Material elektrisch leitfähig sein kann.
Die Kontaktglieder können leisten- oder streifenförmig sein. Bei einer besonders einfachen Ausführungsform ist an den gegenüberliegenden Enden ein Metallstreifen, insbesondere Kupferstreifen um den Rand gebördelt, wobei insbesondere noch ein Metallpulver oder eine leitende Paste zwi- sehen Element und Metallstreifen zur Kontaktverbesserung vorgesehen sein kann.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform weist das Element ein mikrowellenabsorbierendes Material auf. Auch in diesem Falle wird die Wärme erst innerhalb des Elements erzeugt. Bei noch einer anderen Ausführungsform weist das Element ein Ultraschall absorbierendes Material auf. Bei einer anderen Ausführungsform weist das Element induktiv beheizbare elektrisch leitende Elemente, insbesondere feine Metallringe auf. In allen drei der letztgenannten Fälle wird von außen keine Wärme zugeführt. Diese entsteht erst innerhalb der Elemente durch die Wechselwirkung des Materi- als der Elemente mit der äußeren Strahlung bzw. den äußeren elektromagnetischen Wechselfeldern, die auf das Element gerichtet werden, um eine induktive Heizung zu bewirken.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform weist das Element wärmestrahlungabsorbierendes Material auf.
Bei anderen vorteilhaften Ausführungsformen weist das Element UV-strahlungabsorbierendes Material auf.
Bei einer noch weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Element metallische Heizdrähte auf. Diese tragen ebenfalls zur Stabilität und Festigkeit des verwendeten Materials bei und können zudem zur Überwachung und Messung genutzt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Element durch Druck, Temperatur, Schwingung oder Strahlung platzende und oder sich lösende Mehrkomponentenkapseln, oder einer Mischung aus Kapseln mit mehreren Komponenten auf, deren Ver- mischung oder Aktivierung eine wärmeabgebende oder vernetzende Wirkung hat. Nachdem also das Element als Reparaturelement oder die Reparaturelemente an dem Bauteil angebracht sind, kann die Wärmeerzeugung oder Vernetzung durch Druck, Temperatur, Schwingung oder Strahlung aktiviert wer- den.
Erfindungsgemäße kann ein Werkzeug zur Druckerhöhung bei der Anwendung der Elemente verwendet werden, das eine außenliegende Vakuumkammer aufweist, die um eine ßenliegende Vakuumkammer aufweist, die um eine innenliegende, insbesondere konzentrische Druckkammer angeordnet ist und diese gegen die entgegengerichtete Kraft, welche die innenliegende Druckkammer auf die zu reparierende Ausneh- mumg ausübt, auf die umgebende Vakuumkammer umleitet und somit die erforderliche Einleitung dieser in die um die Reparaturfläche umgebende Fläche realisiert. Die Flächen sind so zu bemessen, dass das Produkt der Projektion der Vakuumfläche und der Größe des wirksamen Unterdrucks stets größer ist als das der Projektion der innenliegenden Druckfläche und dem dort wirksamen Druck auf die Reparaturfläche.
Ein wesentlicher Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass das die Reparaturstelle umgebende Vaku- um, welches das Druckwerkzeug um die Reparaturfläche herum festhält, mit seinem extrem niedrigen Wärmeleitwert eine extrem hohe Isolation bietet und die Wärme an der Reparaturstelle hält.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Struktur- und Heizfäden aus Kohlenstoff ebenso wie metallische Fäden oder Sensoren in dem Reparaturelement als Sensoren für Temperatur und Druck eingebettet sind und im Reparaturelement die Zustände während der Reparatur und danach aufnehmen und protokollieren. Damit wird neben der Qualitätskontrolle die Reparaturstelle während und nach der Reparatur auf Fehler und mögliche Veränderung überwacht. Eventuell auftretende Abweichungen werden protokolliert und führen ggf. zu Warnungen, Fehlermeldungen und frühzeitiger Schadensvermei- düng.
Ein Verfahren zum Reparieren von Bauteilen aus Glas- oder Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen, bei dem die beschädigte Stelle gereinigt und ggf. ausgeschnitten wird und dann mit mehreren Lagen von Glas- oder Kohlenstofffasern und ein durch Wärme aushärtbares und/oder zu vernetzendes Material enthaltende Reparaturelemente gefüllt wird, die nacheinan- der oder gleichzeitig Wärme ausgesetzt werden, zeichnet sich dadurch aus, dass Reparaturelemente verwendet werden, wie sie obenstehend aufgezählt wurden. Dies geschieht vorteilhafterweise, indem die Reparaturstelle durch ein Druckkissen oder eine um dieselbe gebildete Druckkammer unter Druck gesetzt wird.
Es wird also die beschädigte Stelle, falls erforderlich, zunächst sauber bearbeitet. Anschließend werden dann eine oder mehrere Schichten von Reparaturelementen angebracht bzw. in die Ausnehmung eingebracht. Diese Reparaturelemente werden dann nacheinander oder gleichzeitig entsprechend den besonderen Eigenschaften der Reparaturelemente beheizt, d. h. durch elektrischen Strom, durch Mikrowellen, Ultraschall, elektromagnetische Wechselfelder oder Wärmestrah- lung. Nachdem die Reparaturelemente ausgehärtet und/oder vernetzt sind, kann die Reparaturstelle noch bearbeitet werden, indem sie glattgeschliffen wird und/oder indem eine Deckschicht aufgebracht wird.
Falls die Aushärtung und/oder Vernetzung exotherm stattfindet, kann, wenn übermäßige Erwärmung vermieden werden muss, während der Aushärtung/Vernetzung durch Einsatz von geeigneten Medien direkt in der Druckkammer gekühlt werden.
Bei dem Verfahren der Erfindung kann die Beheizung der Reparaturelemente zeitlich gestaffelt oder gleichzeitig erfolgen. Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 ein beschädigtes Bauteil im Querschnitt;
Fig. 2 das Bauteil der Fig. 1, nachdem die beschädigte Stelle glatt geschliffen oder glatt geschnitten ist;
Fig. 3 die beschädigte Stelle nach Einfügen mehrerer erfindungsgemäßer Reparaturelemente;
Fig. 4 das Bauteil der Fig. 1 nach Fertigstellung der Reparatur;
Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Reparaturelement;
Fig. 6 das Prinzip eines Druckwerkzeugs, das in Verbin- düng mit dem Reparaturelement der Erfindung verwendet werden kann.
Das in den Figuren gezeigte Bauteil 1 ist bei 2 beschädigt, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Nachdem die beschädigte Stelle 2, wie in Fig. 2 dargestellt ist, glatt geschliffen ist, werden mehrere erfindungsgemäße Reparaturelemente 3 in die beschädigte Stelle 2 eingefügt. Diese sind verhältnismäßig dünn und flexibel und beinhalten Kohlenstoff- oder Glasfasern, die in ein aushärtbares und/oder zu vernetzen- des Material eingebettet sind. Damit dieses Material nicht frühzeitig aushärtet bzw. vernetzt, wird es bis zur Reparatur bei tiefen Temperaturen, insbesondere -180C aufbewahrt. Die Reparaturelemente werden maschinell hergestellt, so dass die Mischung der Komponenten des Materials, das aushärten oder vernetzen soll, sehr genau eingestellt werden kann.
Die Reparaturelemente 3 sind an zwei gegenüberliegenden
Rändern mit leistenförmigen Kontaktgliedern 4 versehen, die mit leitenden Kohlenstofffasern, elektrischen Drähten und/oder dem elektrisch leitenden aushärtbaren und/oder zu vernetzenden Material verbunden sind. An diese leistenför- migen Kontaktglieder 4 wird eine Spannung angelegt, so dass sich die Reparaturelemente 3 erwärmen.
Nachdem das Material ausgehärtet und/oder vernetzt ist, wird die Reparaturstelle flachgeschliffen und ggf. mit ei- ner Abdeckung 5 versehen, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.
In den Figuren 3 und 4 sind nur zwei bzw. drei Reparaturelemente 3 gezeigt. In der Praxis werden, insbesondere bei größeren Beschädigungen, eine größere Anzahl solcher Repa- raturelemente 3 verwendet.
Die Reparaturelemente müssen auch nicht mit Kontaktleisten 4 versehen sein, wenn sie auf andere Weise erwärmt werden, z. B. durch Mikrowellen, Ultraschall oder Wärmestrahlung. Es wäre auch möglich, die Reparaturelemente 3 mit Mehrkomponentenkapseln zu versehen, die bei Druckausübung Wärme abgeben. Eine weitere Möglichkeit besteht in der induktiven Heizung, indem die Reparaturelemente 3 induktiv beheizbare Elemente, insbesondere kleine Metallringe aufweisen. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Aufheizung nur eines Reparaturelementes, wobei die im Material vorhandene Wärmeleitung ausreicht, um eine Vernetzung/Aushärtung in der Tiefe zu erreichen. In Fig. 5 ist ein erfindungsgemäßes Reparaturelement 3 gezeigt, das am Rande leitende streifenförmige Elemente 4 aufweist, die mit quer durch das Element 3 verlaufenden Kohlenstofffasern 6 elektrisch verbunden sind. Die Kohlenstofffasern 6 sind dabei in ein aushärtbares und/oder zu vernetzendes Material 7 eingebettet.
Zur Ausübung des nötigen Druckes zur Verdichtung der Repa- raturfläche während der Vernetzung wird die Reparaturfläche z.B. mit einer Folie abgedeckt, zur Umgebung abgedichtet und mit einem Vakuum beaufschlagt, so dass die Folie die Reparaturfläche verdichtet .
Für den Einsatz höherer Drücke wird ein erfindungsgemäßes Werkzeug eingesetzt, welches sich durch die Beaufschlagung des äußeren Rings mit Vakuum auf der die Reparaturfläche umgebenden Fläche festsaugt und dem Druckraum die nötige Haltekraft zur Beaufschlagung der Reparaturfläche mit einem zusätzlichen Druckpolster bietet. Das Druckpolster kann wahlweise mechanisch oder durch Luft- oder Fluiddruck auf die Reparaturfläche wirken, wobei die Fluide zur zusätzlichen Heizung oder Kühlung der Reparaturfläche genutzt werden können.
Das Prinzip des erfindungsgemäßen Werkzeugs ist in Fig. 6 gezeigt. Es weist ein inneres flexibles sackförmiges Element 8 auf, das über eine Leitung 9 mit Druck beaufschlagt werden kann, was durch den Pfeil 10 verdeutlicht wird. Auch eine Erwärmung durch Einführung oder Zirkulation eines erwärmten Fluids ist möglich. Das sackförmige Element wird auf die Reparaturstelle 2 aufgebracht, um die Reparaturelemente 3 mit Druck zu beaufschlagen und gegebenenfalls zu erwärmen. Das sackförmige Element 8 wird dabei durch ein ringförmiges Element 11 gegen das Bauteil 1 gedrückt, das mit ringförmigen Dichtungen 12 und 13 am Bauteil 1 dichtend anliegt und mit Unterdruck beaufschlagt ist, was durch den Pfeil 14 angedeutet wird. Dieses Element 11 besitzt eine gewisse Nachgiebigkeit, um das sackförmige Element 8 gegen das Bauteil 1 drücken zu können. Andererseits muss es aber wenigstens zum Teil, auch unter Unterdrück, ungefähr die Form annehmen können, die in Fig. 6 gezeigt ist.
Diese Anordnung realisiert auch die beschriebene Isolierung der Reparaturfläche gegen Energieverlust und realisiert eine thermisch isolierte Druckkammer.
Die beschriebenen Verfahrensabläufe sind ebenfalls zur Herstellung von Bauteilen selbst einsetzbar, damit auf aufwendige, teure und energieintensive beheizte Formen verzichtet werden kann, weil die Bauteile durch Einlage von erfindungsgemäßen Heizelementen aus ihrer eigenen Struktur ener- giesparend und reproduzierbar hergestellt werden können.
Insbesondere ist auch der Betrieb von Formen nach dem Prinzip der isolierenden Druckkammer möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Flexibles flächiges Element für die Herstellung und
Reparatur von Bauteilen aus Glas- oder Kohlenstofffa- serverbundwerkstoffen, das Glas- oder Kohlenstofffasern und ein durch Wärme aushärtbares und/oder zu vernetzendes Material enthält, in dem die Glas- oder Kohlenstofffasern eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass es beheizbar ausgebildet ist.
2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es vorimprägnierte Kohlenstofffasern (6) aufweist, die sich zwischen zwei gegenüberliegenden Enden des Elements erstrecken und dort an ihren Enden mit jeweils einem elektrisch leitenden Kontaktglied (4) verbunden sind.
3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtbare und/oder zu vernetzende Material (7) elektrisch leitend ist und das Element (3) an zwei gegenüberliegenden Enden je mit einem elektrisch leitenden Kontaktglied (4) versehen ist, das mit dem aushärtbaren und/oder zu vernetzenden Material (7) elektrisch leitend verbunden ist.
4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Mikrowellen absorbierendes Material aufweist.
5. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, das es ein Ultraschall absorbierendes Material aufweist.
6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es induktiv beheizbare elektrisch leitende Teile, insbesondere feine Metallringe aufweist .
7. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es Wärmestrahlung absorbierendes Material aufweist.
8. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass es UV-Strahlung absorbierendes Material aufweist.
9. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Druck aktivierbare und Wärme abgebende Mehrkomponentenkapseln aufweist. .
10. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es eine durch Druck aktivierbare und Wärme abgebende Mischung aus Kapseln mit verschiedenen Komponenten aufweist.
11. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Temperatur, Schwingung oder Strahlung platzende und/oder sich auflösende Kapseln aufweist
12. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, das es metallische Heizdrähte aufweist .
13. Werkzeug zur Verarbeitung eines Elementes der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ein sackförmiges mit einem Druckfluid beaufschlagbares Element (8) aufweist, das durch ein unter Unterdruck setzbares ringförmiges Element (11) wenigstens teil- weise umschlossen ist und durch dieses gegen das Bauteil oder eine Unterlage drückbar ist.
14. Verfahren zum Reparieren von Bauteilen aus Glas- oder Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen, bei dem die be- schädigte Stelle gereinigt und gegebenenfalls ausgeschnitten wird und dann mit mehreren Lagen von Glasoder Kohlenstofffasern und ein durch Wärme aushärtbares und/oder zu vernetzendes Material enthaltende Reparaturelemente gefüllt wird, die nacheinander oder gleichzeitig Wärme ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, das Reparaturelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 9 verwendet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Reparaturstelle im Falle von exothermer Aushärtung/Vernetzung gekühlt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Reparaturstelle nach dem Einbrin- gen der Reparaturelemente mit einer Deckschicht abgedeckt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Reparaturstelle nach der Aushärtung/Vernetzung glattgeschliffen wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung der Reparaturelemente zeitlich gestaffelt erfolgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung aller Reparaturelemente gleichzeitig erfolgt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass auf diese Reparaturelemente wäh- rend der Aushärtung/Vernetzung Druck ausgeübt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern und/oder metallischen Heizleiter zum Messen und Überwachen der Elemente während Aushärtung/Vernetzung verwendet werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Überwachungswerte protokolliert werden.
23. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Glasoder Kohlenstofffaserverbundstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile aus einem oder mehreren der Elemente der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt werden.
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