DE102012000508A1

DE102012000508A1 - Verfahren zur Herstellung eines GLARE-Bauteils

Info

Publication number: DE102012000508A1
Application number: DE201210000508
Authority: DE
Inventors: Nicole Frerichs; Carsten Härig
Original assignee: Bob Engineering Automation und Produktentwicklung GmbH
Current assignee: FRERICHS, NICOLE, DIPL.-ING., DE; HAERIG, CARSTEN, DIPL.-ING., DE
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-07-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von GLARE-Bauteilen, wobei abwechselnd Lagen von Aluminium- und Prepreg-Bahnen übereinander gelegt werden. Erfindungsgemäß werden die Prepreg-Bahnen mittels einer elektrostatischen Aufladung auf den Aluminium-Bahnen fixiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines GLARE-Bauteiles gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der Praxis sind GLARE-Bauteile bekannt. Sie werden beispielsweise im Flugzeugbau verwendet. Die Bezeichnung GLARE steht als Abkürzung für „glassfibre reinforced epoxy”, also glasfaserverstärktem Epoxidharz (teilweise liest man auch glass-fibre reinforced aluminium). Bei diesen GLARE-Bauteilen werden abwechselnd Lagen von Aluminium- und Prepreg-Bahnen aufeinander gelegt, wobei außen jeweils eine Lage von Aluminium-Bahnen angeordnet ist. Die Abkürzung Prepreg steht für „preimpregnated fibres”, also vorimprägnierten Fasern. Diese Prepreg-Bahnen bestehen aus einem Gewebe aus Endlosfasern und einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix. Mit anderen Worten: das Gewebe wird mit einem Harz stabilisiert, wobei die Kunststoffmatrix bereits den Härter enthält. Um die vorzeitige chemische Reaktion des Härters mit dem Bindemittel zu unterbinden, werden Prepreg-Bahnen von der Herstellung bis zur Verlegung ständig gekühlt. Dabei sind Temperaturen von bis zu minus 20° Celsius erforderlich.
Bei der Herstellung von GLARE-Bauteilen – beispielsweise von schalenförmigen Flugzeugteilen – werden zunächst Aluminium-Bahnen in eine Schalenform eingelegt. Die ersten Bahnen bilden die spätere Außenseite des Bauteiles. Indem man ein GLARE-Bauteil von unten nach oben schichtweise aufbaut, wird das schalenförmige Bauteil also von außen nach innen hergestellt. An Überlappungsstellen der Aluminium-Bahnen können die Bahnen auch gekröpft sein. In diesen gekröpften Bereichen und auch an Stoßstellen wird ein Schmelzkleber eingebracht, der auch die Aufgabe hat, jegliches Eindringen von Luft und/oder Feuchtigkeit zu verhindern.
Bei einer doppelt gekrümmten Schalenform werden die Aluminium-Bahnen in einer Streckmaschine auf die Schalenform vorbereitet. Das Zuschneiden der Prepreg-Bahnen erfolgt in einer weiteren Maschine, der so genannten Vorstation.
Ein Nachteil nach dem Stand der Technik ist, dass zum Einlegen der Aluminium-Bahnen und der Prepreg-Bahnen und auch beim blasenfreien Glattstreichen der Prepreg-Bahnen mehrere Arbeiter benötigt werden. Zwar ist aus der Fertigung von CFK-Bauteilen (also Kohlefaser verstärkten Kunststoffen) das Ausbringen von CFK-Bahnen oder –Fäden mittels eines an einem Roboter montierten Endeffektors und einer Andrückrolle bekannt, jedoch werden dort die Bauteilen von innen nach außen herstellt und werden zudem häufig in einfacher Form gewickelt. Bei der vorliegenden Erfindung hingegen erfolgt der Aufbau der Schichten in einer Hohlform, was die Zugänglichkeit für einen Roboter erschwert.
Da die Prepreg-Bahnen bei Ausbringen nicht mehr gekühlt sind, startet der Aushärteprozess des Epoxidharzklebers. Hier kommen nun zwei Nachteile aus dem Stand der Technik zum Tragen: Zum Einen kann die Andrückrolle ein Verschieben der Bahnen – bedingt durch Querkräfte – hervorrufen, und zum Anderen kann die Andruckrolle wegen der gekrümmten Form des Bauteiles nicht für alle Positionen der Schalenform den geeigneten Krümmungsradius aufweisen. Es kommt also zu Verquetschungen der klebenden Prepreg-Bahnen und/oder zu verbleibenden Lufteinschlüssen.
Ist der gesamte Schichtaufbau eines Bauteiles nun fertig, so wird nach dem Stand der Technik zunächst der Stapel an Bahnen mittels eines sogenannten Vakuum-Sackes abgedeckt, wobei der Vakuum-Sack auch noch einen Teil der Montage-Schalenform abdeckt. Durch eine Besaugungsöffnung in der Montage-Schalenform wird dann der Raum zwischen dem Vakuum-Sack und der Montage-Schalenform entlüftet. Zur Beschleunigung der Entlüftung kann zwischen der oberen Aluminium-Lage und dem Vakuum-Sack noch eine Airweave-Lage angeordnet werden. Diese Airweave-Lage ist eine watteähnliche Matte, die sich bei der Entlüftung – bzw. Besaugung zwar zusammenpresst, aber dann dennoch über genügend Kanäle verfügt, um Luft zu leiten. Danach wird die Montage-Schalenform zusammen mit dem Lagen-Stapel in einen Autoklav gebracht. In diesen Autoklav wird mit etwa 10 bar Druck weiter entlüftet und mit Hilfe der in dem Autoklav herrschenden Temperatur (mehrere 100 Grad Celsius) das Bauteil ausgehärtet.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung ein Verfahren für die Herstellung eines mehrlagigen bzw. mehrschichtigen Bauteils zu finden, bei welchem die Probleme nach dem Stand der Technik nicht auftreten, jedoch wenigstens wesentlich geringer sind.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind mit den abhängigen Ansprüchen formuliert.
Erfindungsgemäß werden die Prepreg-Bahnen nicht manuell glatt gestrichen, sondern sie werden nunmehr durch eine elektrostatische Aufladung selbsttätig zum Anlegen an die Oberfläche der Aluminium-Bahnen gebracht. Um ein elektrisches Feld zum Aufbau der Elektrostatik aufzubauen, ist mindestens ein elektrischer Pol in Form einer Emissionsspitze an einer, bevorzugt balkenförmigen Elektrode zur Oberfläche der oberen Prepreg-Bahn beabstandet. Mindestens ein weiterer Pol ist mit der unter der Prepreg-Bahn angeordneten Aluminium-Bahn in elektrischer Wirkverbindung.
Da die Aluminium-Bahnen immer einen Randbereich besitzen, findet man auch immer einen Kontaktpunkt für den Pol. Für die Oberfläche der Prepreg-Bahn ist es vorteilhaft, wenn die Elektrode mehrere Pole aufweist, weil so ein homogeneres elektrisches Feld erzeugt werden kann. Der Abstand der Elektrode zur Prepreg-Bahn beträgt bevorzugt ungefähr 100 mm; er ist auf diesen Betrag jedoch nicht beschränkt.
Da gemäß der Erfindung die Prepreg-Bahnen nicht mehr manuell ausgebracht und glatt gestrichen werden, kann man diesen Arbeitsgang auch mittels eines 7-Achsen Roboters bewerkstelligen (sechs Achsen des Roboters plus eine Achse für ein translatorisches Verfahren des Roboters längs der Bauteil-Langsachse).
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass in einer Vorstation das Material per Kamera geprüft wird und Fehlstellen ermittelt werden. Anschließend wird der Zuschnitt einer definierten Lage in der Schale durchgeführt.
Mittels eines anderen Werkzeuges des Roboters – beispielsweise einer Saugheber-Vorrichtung – können auch die Aluminium-Bahnen positioniert werden. In Verbindung mit einer Heißklebe-Vorrichtung können die Aluminium-Bahnen auch zugleich vom Roboter verklebt werden. In einer weiterem Ausgestaltung können mit einem anderen Endeffektor weitere Klebebahnen ausgelegt werden, die dann im Autoklav-Prozess aufschmelzen und die Stoßstellen schließen.
In einer weiteren Ausgestaltung werden anstatt von Glasfasern in den Prepreg-Bahnen Kohlefasern verwendet.
In einer noch anderen Ausgestaltung der Erfindung wird anstelle der Prepreg-Bahnen eine Schmelzkleber-Schicht auf die Aluminium-Bahnen ausgebracht. Diese Schmelzkleber-Schicht kann eine Bahnenform haben oder auch durch Sprühen erzeugt sein.
Durch die beschriebenen Maßnahmen können nicht nur Lohnkosten, sondern auch Bauteilkosten (wie beim Stand der Technik beschrieben; Verlust des Bauteiles) gespart werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst insbesondere auch Varianten, die durch Kombination von in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschriebenen Merkmale bzw. Elementen gebildet werden können. So kann beispielsweise das erfindungsgemäße Verfahren auch beim Etikettieren von Objekten, beim Bedrucken oder Beschichten angewandt werden. Die Anmelderin behält sich also vor, noch weitere bisher nur in der Beschreibung offenbarte Merkmale von erfindungswesentlicher Bedeutung zu beanspruchen. Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind somit lediglich Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen bzw. mehrlagigen Bauteiles, insbesondere eines GLARE-Bauteiles, wobei auf eine Oberfläche einer Laminier- und Klebevorrichtung abwechselnd Lagen von Aluminium- und Prepreg-Bahnen ausgelegt werden, wobei bei dem fertigen Bauteil die äußeren Lagen jeweils von Aluminium-Bahnen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Prepreg-Bahnen mittels elektrostatischer Aufladung auf den Aluminium-Bahnen fixiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Laminier- und Klebevorrichtung mindestens einfach-gekrümmt konkav geformt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbau einer elektrostatischen Aufladung mindestens ein Pol zu der zu glättenden Prepreg-Bahn beabstandet ist und mindestens ein weiterer Pol mit der darunter befindlichen Aluminium-Bahn verbunden ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablegen der Lagen von Aluminium- und Prepreg-Bahnen vollständig automatisiert ist.
Verfahren nach mindestens einem der in der Anmeldung offenbarten Merkmale.
Verwendung eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5 für die Etikettierung, das Bedrucken und/oder das Beschichten eines Objektes.