DE102011076463B4 - Repair method for a molding made of a plastic material - Google Patents

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Abstract

Reparaturverfahren für ein Formteil (10) aus einem Kunststoffmaterial, bei dem ein Reparaturelement (16) aus dem Kunststoffmaterial auf einen beschädigten Bereich (14) des Formteils (10) aufgebracht und durch Einwirkung von Wärme mit diesem stoffschlüssig verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme mittels eines passiven Heizelements (22) in Form einer Platte aus einem elektrisch leitenden ferromagnetischen Material erzeugt wird, indem das Heizelement (22), welches kein Teil des Reparaturelements (16) ist, mit einem magnetischen Wechselfeld beaufschlagt wird.Repair method for a molded part (10) made of a plastic material, in which a repair element (16) made of the plastic material is applied to a damaged area (14) of the molded part (10) and is integrally connected to it by the action of heat, characterized in that the Heat is generated by means of a passive heating element (22) in the form of a plate made of an electrically conductive ferromagnetic material in that the heating element (22), which is not part of the repair element (16), is subjected to an alternating magnetic field.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reparaturverfahren für ein Formteil aus einem Kunststoffmaterial, bei dem ein Reparaturelement aus dem Kunststoffmaterial auf einen beschädigten Bereich des Formteils aufgebracht und durch Einwirkung von Wärme mit diesem stoffschlüssig verbunden wird.The present invention relates to a repair method for a molded part made of a plastic material, in which a repair element made of the plastic material is applied to a damaged region of the molded part and bonded to it by the action of heat.

Formteile aus Kunststoffmaterialien, insbesondere aus faserverstärkten Kunststoffen, werden in zunehmendem Maße im Fahrzeugbau, insbesondere beim Bau von Luftfahrzeugen, als Alternative oder Ergänzung zu einer metallischen Bauweise eingesetzt. Der wesentliche Vorteil liegt dabei in einer deutlichen Gewichtsreduktion. Als nachteilig gegenüber einer metallischen Bauweise stellt sich jedoch dar, dass die zuverlässige Reparatur eines beschädigten Bereichs der verwendeten Kunststoffformteile derzeit nur eingeschränkt möglich ist, sodass häufig das gesamte Formteil ersetzt werden muss. Dies führt zu sehr hohen Reparaturkosten.Moldings made of plastic materials, in particular of fiber-reinforced plastics, are increasingly being used in vehicle construction, in particular in the construction of aircraft, as an alternative or supplement to a metallic construction. The main advantage lies in a significant weight reduction. However, a disadvantage compared to a metallic construction is that the reliable repair of a damaged area of the plastic molded parts used is currently only possible to a limited extent, so that frequently the entire molded part must be replaced. This leads to very high repair costs.

Als Kunststoffmaterialien kommen in der Praxis sowohl Thermoplaste als auch Duroplaste, in beiden Fällen bevorzugt mit einer Faserverstärkung, zum Einsatz. Zur Reparatur von duromeren Formteilen wird ein Verfahren eingesetzt, bei dem ein entsprechend geformtes Reparaturelement (Patch) mit Hilfe eines wärmehärtbaren Klebstoffs (ebenfalls ein Duroplast) auf bzw. in den beschädigten Bereich des Formteils geklebt wird. Um eine ausreichende Festigkeit der Verbindung zwischen dem Formteil und dem Reparaturelement zu erreichen, müssen geeignete Druck- und Temperaturverhältnisse eingestellt werden, was mittels eines Vakuumaufbaus und einem flexiblen Heizelement (in der Regel eine Heizdecke) erreicht wird. Zur Aushärtung des Klebstoffs sind dabei Temperaturen von maximal etwa 180°C ausreichend.As plastic materials, both thermoplastics and thermosets, in both cases preferably with a fiber reinforcement, are used in practice. For the repair of thermoset molded parts, a method is used in which a correspondingly shaped repair element (patch) with the aid of a thermosetting adhesive (also a thermoset) is glued to or in the damaged area of the molding. In order to achieve a sufficient strength of the connection between the molded part and the repair element, suitable pressure and temperature conditions must be set, which is achieved by means of a vacuum structure and a flexible heating element (usually an electric blanket). To cure the adhesive while temperatures of about 180 ° C are sufficient.

Bei Formteilen aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial ist statt einer solchen Verklebung in der Regel eine homogene stoffschlüssige Verbindung zwischen dem beschädigten Bereich und dem Reparaturelement wünschenswert, was nur durch ein Aufschmelzen und Ineinanderfließen des thermoplastischen Kunststoffs realisiert werden kann. Bei den in der Praxis verwendeten Hochtemperaturthermoplasten ist hierfür eine Temperatur von mindestens 300°C, teilweise auch von bis zu 400°C, erforderlich, die mit dem oben beschriebenen Verfahren bzw. mit den dabei verwendeten Heizelementen nicht erreicht werden können.In the case of molded parts made of a thermoplastic material, instead of such bonding, as a rule, a homogeneous cohesive connection between the damaged area and the repair element is desirable, which can only be achieved by melting and interpenetrating the thermoplastic. For the high-temperature thermoplastics used in practice, this requires a temperature of at least 300 ° C., in some cases up to 400 ° C., which can not be achieved with the method described above or with the heating elements used in the process.

Die DE 20 2007 013 755 U1 offenbart ein flexibles flächiges Element für die Herstellung und Reparatur von Bauteilen aus Glas- oder Kohlefaserverbundwerkstoffen, das Glas- oder Kohlefasern und ein durch Wärme aushärtbares und/oder zu vernetzendes Material enthält, in dem die Glas- oder Kohlefasern eingebettet sind, wobei das flexible flächige Element beheizbar ausgebildet ist.The DE 20 2007 013 755 U1 discloses a flexible sheet member for the manufacture and repair of components of glass or carbon fiber composites containing glass or carbon fibers and a thermosetting and / or crosslinking material in which the glass or carbon fibers are embedded, the flexible sheet Element is designed to be heated.

Die DE 10 2006 044 487 A1 offenbart ein Reparaturelement für faserverstärkte Bauteile aus einem duroplastischen Kunststoffmaterial mit einer Vielzahl von Glasfasern, die in einer Harzmatrix aus einem thermisch aushärtbaren duroplastischen Kunststoffmaterial eingebettet sind. Die Glasfasern weisen eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf, die mittels eines elektromagnetischen Wechselfeldes zur Aushärtung des thermisch aushärtbaren duroplastischen Kunststoffmaterials der Harzmatrix erhizbar sind.The DE 10 2006 044 487 A1 discloses a repair element for fiber reinforced components of a thermosetting plastic material having a plurality of glass fibers embedded in a resin matrix of a thermosetting plastic thermosetting material. The glass fibers have an electrically conductive coating, which can be heated by means of an alternating electromagnetic field for curing the thermosetting thermosetting plastic material of the resin matrix.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Reparaturverfahren für ein Formteil aus einem Kunststoffmaterial vorzuschlagen, das insbesondere auch bei thermoplastischen Kunststoffen eingesetzt werden kann.The invention is therefore based on the object to propose a repair method for a molded part of a plastic material, which can be used in particular in thermoplastic materials.

Diese Aufgabe wird bei dem Reparaturverfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Wärme mittels eines passiven Heizelements in Form einer Platte aus einem elektrisch leitenden ferromagnetischen Material erzeugt wird, indem das Heizelement, welches kein Teil des Reparaturelements ist, mit einem magnetischen Wechselfeld beaufschlagt wird.This object is achieved in the repair method of the type mentioned in the present invention, that the heat is generated by means of a passive heating element in the form of a plate of an electrically conductive ferromagnetic material by the heating element, which is not part of the repair element, subjected to an alternating magnetic field becomes.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich somit das Prinzip der Induktionsheizung zu nutze, d. h. das passive Heizelement erwärmt sich aufgrund von Wirbelströmen, die durch das magnetische Wechselfeld in dem elektrisch leitenden Material des Heizelements induziert werden. Die induzierte Wärme gibt das Heizelement an das Formteil und an das Reparaturelement, in deren unmittelbarer Nähe das Heizelement angeordnet wird, ab, wobei der besondere Vorteil der Erfindung darin besteht, dass das Heizelement selbst über keinerlei elektrische oder sonstige Anschlüsse verfügt und somit in Bezug auf einen möglichst effektiven Wärmeübergang optimal positioniert werden kann, ohne dass diese Positionierung einer Einschränkung durch elektrische Anschlüsse wie bei den herkömmlich verwendeten Heizdecken oder ähnlichen Heizelementen unterliegt.The inventive method thus makes use of the principle of induction heating, d. H. the passive heating element heats up due to eddy currents induced by the alternating magnetic field in the electrically conductive material of the heating element. The induced heat is the heating element to the molding and the repair element, in the immediate vicinity of the heating element is arranged from, with the particular advantage of the invention is that the heating element itself has no electrical or other connections and thus with respect to the most effective heat transfer can be optimally positioned without this positioning is subject to restriction by electrical connections as in the conventionally used electric blankets or similar heating elements.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine gasundurchlässige Folie über dem beschädigten Bereich des Formteils und dem Reparaturelement angeordnet, wobei durch Anlegen eines Vakuums in dem Bereich zwischen der Folie und dem Formteil während der Wärmeeinwirkung das Reparaturelement auf das Formteil gepresst wird. Ein solcher Vakuumaufbau ist an sich bekannt und ermöglicht eine hohe Anpresskraft des Reparaturelements an bzw. in den beschädigten Bereich des Formteils während der Wärmeeinwirkung, sodass eine stoffschlüssige Verbindung (durch Aufschmelzen eines thermoplastischen Kunststoffs oder Verkleben eines duroplastischen Kunststoffs) erreicht werden kann. Gegenüber einem Anpressen des Reparaturelements mittels einer mechanischen Presse oder dergleichen bietet diese Vakuumtechnik den Vorteil, dass keine Gegenkraft von der Rückseite des Formteils her angelegt werden muss, sodass Reparaturen auch an einem verbauten Formteil durchgeführt werden können (so genannte In-Field-Reparatur).In a particularly advantageous embodiment of the invention, a gas-impermeable film is arranged over the damaged area of the molding and the repair element, wherein the repair element is pressed onto the molding by applying a vacuum in the area between the film and the molding during the action of heat. Such a vacuum structure is known per se and allows a high contact pressure of the repair element on or in the Damaged area of the molding during the action of heat, so that a material connection (by melting a thermoplastic material or bonding a thermosetting plastic) can be achieved. Compared to a pressing of the repair element by means of a mechanical press or the like, this vacuum technique offers the advantage that no counterforce from the back of the molded part has to be created, so that repairs can also be performed on a built-in molded part (so-called in-field repair).

Günstigerweise wird das Heizelement zwischen dem Reparaturelement und der gasundurchlässigen Folie angeordnet, d. h. das Heizelement befindet sich innerhalb des mit dem Vakuum beaufschlagten Bereichs. Dadurch wird ein direkter Wärmeübergang vom Heizelement auf das Reparaturelement und das Formteil ermöglicht, sodass auch sehr hohe Temperaturen von bis zu 400°C, die zur Reparatur eines Formteils aus einem Hochleistungsthermoplast erforderlich sind, erreicht werden können. Diese vorteilhafte Anordnung des Heizelements wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass es sich erfindungsgemäß um ein passives Heizelement ohne elektrische Anschlüsse handelt, da solche Anschlüsse zu einem zusätzlichen Aufwand bei der Abdichtung zwischen dem Formteil und der gasundurchlässigen Folie in deren Randbereich führen würden.Conveniently, the heating element is disposed between the repair element and the gas impermeable film, i. H. the heating element is located within the area exposed to the vacuum. This allows a direct heat transfer from the heating element to the repair element and the molded part, so that even very high temperatures of up to 400 ° C, which are required to repair a molded part from a high-performance thermoplastic, can be achieved. This advantageous arrangement of the heating element is made possible, in particular, by the fact that according to the invention it is a passive heating element without electrical connections, since such connections would lead to an additional expense in the sealing between the molded part and the gas-impermeable film in its edge region.

Um eine Wärmeentwicklung in dem passiven Heizelement durch Induktion zu ermöglichen, muss dieses aus einem elektrisch leitenden Material bestehen. Erfindungsgemäß ist das Heizelement aus einem ferromagnetischen Material, insbesondere aus Eisen oder Stahl, gebildet, da die Wärminduktion bei solchen Materialen besonders effektiv ist.In order to allow heat to develop in the passive heating element by induction, it must be made of an electrically conductive material. According to the invention, the heating element is made of a ferromagnetic material, in particular of iron or steel, since the heat induction is particularly effective in such materials.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass die Größe und Gestalt des Heizelements – im Gegensatz zu den bekannten aktiven Heizelementen – kaum Einschränkungen unterworfen ist und an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden kann. Bei dem Heizelement kann es sich z. B. typischerweise um eine Stahlplatte handeln, deren Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser des Reparaturelements, sodass eine effektive Wärmeinwirkung sowohl auf das Reparaturelement als auch auf den angrenzenden Bereich des Formteils ermöglicht wird. Der erwärmte angrenzende Bereich sollte hierbei jedoch nicht zu groß sein, d. h. im Wesentlichen sollte nur der für die Reparatur erforderliche Bereich erwärmt werden.Another advantage of the invention is that the size and shape of the heating element - in contrast to the known active heating elements - is hardly subject to any restrictions and can be adapted to the respective requirements. The heating element may, for. Typically, for example, be a steel plate whose diameter is slightly larger than the diameter of the repair element, so that an effective heat action is made possible both on the repair element and on the adjacent region of the molding. However, the heated adjacent area should not be too large, d. H. Essentially, only the area required for repair should be heated.

Das Heizelement weist vorzugsweise eine runde Form auf, die sich bei Beaufschlagung mit dem magnetischen Wechselfeld in der Mitte am Stärksten erwärmt, was insoweit vorteilhaft ist, als das Reparaturelement häufig in der Mitte die größte Dicke aufweist und dort der größte Wärmeeintrag erforderlich ist. Das Heizelement kann bei Bedarf aber auch jede andere Form aufweisen, z. B. eine rechteckige Form.The heating element preferably has a round shape, which heats up the strongest when exposed to the alternating magnetic field in the middle, which is advantageous insofar as the repair element often has the greatest thickness in the middle and there the largest heat input is required. The heating element may also have any other shape, if necessary, for. B. a rectangular shape.

Die Oberflächenkontur des Heizelements ist bevorzugt an die Oberflächenkontur des beschädigten Bereichs des Formteils und/oder des Reparaturelements angepasst. Auf diese Weise kann ein besonders effektiver Wärmeübergang vom Heizelement auf das Formteil und das Reparaturelement erfolgen. Da es sich bei dem Heizelement z. B. um eine einfache Stahlplatte handeln kann, ist eine solche Anpassung mit einem relativ geringen Aufwand möglich. Die Oberflächenkontur des Formteils kann eben sein, häufig liegt jedoch eine gekrümmte Oberflächenkontur vor wie z. B. bei einem Flugzeugrumpf oder -flügel.The surface contour of the heating element is preferably adapted to the surface contour of the damaged region of the molded part and / or the repair element. In this way, a particularly effective heat transfer from the heating element to the molded part and the repair element can take place. Since it is in the heating element z. B. may be a simple steel plate, such adaptation is possible with relatively little effort. The surface contour of the molded part may be flat, but often there is a curved surface contour such. B. in an aircraft fuselage or wing.

Das magnetische Wechselfeld wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise mittels einer Induktionsspule erzeugt, die außerhalb der gasundurchlässigen Folie angeordnet wird. Die Induktionsspule befindet sich also außerhalb des Vakuumaufbaus, sodass deren Abdichtung durch die erforderlichen elektrischen Anschlüsse der Induktionsspule nicht beeinträchtigt wird.In the method according to the invention, the alternating magnetic field is preferably generated by means of an induction coil, which is arranged outside the gas-impermeable film. The induction coil is therefore located outside of the vacuum structure, so that their seal is not affected by the required electrical connections of the induction coil.

Günstig ist es, wenn außerhalb der gasundurchlässigen Folie eine thermische Isolierung angeordnet wird. Durch diese Isolierung kann eine Wärmeabgabe von dem Heizelement an die Umgebung deutlich reduziert werden, so dass die Wärmeeinwirkung auf das Reparaturelement und den beschädigten Bereich des Formteils verstärkt wird bzw. dieselbe Wärmeinwirkung mit einer geringeren Leistung der Induktionsspule erreicht werden kann. Die thermische Isolierung ist vorzugsweise direkt auf der gasundurchlässigen Folie angeordnet.It is advantageous if a thermal insulation is arranged outside the gas-impermeable film. By this insulation, a heat transfer from the heating element to the environment can be significantly reduced, so that the heat action on the repair element and the damaged portion of the molded part is enhanced or the same effect of heat can be achieved with a lower performance of the induction coil. The thermal insulation is preferably arranged directly on the gas-impermeable film.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Kunststoffmaterial eine Polymermatrix aus einem Thermoplast auf. Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, wie oben beschrieben, eine Reparatur von Formteilen aus Hochtemperaturthermoplasten, die bevorzugt ausgewählt sind aus Polyetherketonen, Polyetherimiden, Polyphenylensulfiden, Polyethersulfonen und Mischungen hiervon. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch bei anderen Thermoplasten, wie z. B. Polypropylen, angewendet werden.In a preferred embodiment of the invention, the plastic material comprises a polymer matrix of a thermoplastic. In particular, as described above, the process according to the invention makes it possible to repair molded parts made of high-temperature thermoplastics, which are preferably selected from polyether ketones, polyetherimides, polyphenylene sulfides, polyether sulfones and mixtures thereof. The inventive method can also be used in other thermoplastics such. As polypropylene, are applied.

Bei der Reparatur eines Formteils aus einem Kunststoffmaterial mit einer thermoplastischen Polymermatrix werden der beschädigte Bereich des Formteils und das Reparaturelement durch die Wärmeeinwirkung bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 300 bis 400°C aufgeheizt.When repairing a molding made of a plastic material with a thermoplastic polymer matrix, the damaged area of the molding and the repairing element are preferably heated by the action of heat to a temperature in the range of 300 to 400 ° C.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist was Polymermaterial eine Polymermatrix aus einem Duroplast auf, und es wird ein wärmehärtender Klebstoff zwischen dem beschädigten Bereich des Formteils und dem Reparaturelement angeordnet. Auch für eine derartige Reparatur von Duroplasten (z. B. Epoxid-, Acryl- oder Polyesterharzen), die Eingangs beschrieben wurde, ist das erfindungsgemäße Verfahren hervorragend geeignet, auch wenn hier nur geringere Temperaturen erforderlich sind als bei der Reparatur von Hochtemperaturhermoplasten.In another embodiment of the invention, what polymeric material comprises a polymer matrix of a thermoset, and it becomes thermosetting adhesive disposed between the damaged portion of the molding and the repair element. Also, for such a repair of thermosets (eg epoxy, acrylic or polyester resins), the input was described, the inventive method is outstandingly suitable, even if only lower temperatures are required here than in the repair of high-temperature thermoplastics.

Auch wenn das Verfahren gleichermaßen bei Formteilen aus unverstärkten Kunststoffmaterialien eingesetzt werden kann, ist es in der Regel bevorzugt, wenn das Kunststoffmaterial eine Faserverstärkung umfasst, insbesondere eine Endlosfaserverstärkung aus Glas-, Kohlenstoff- oder Aramidfasern. Die Verstärkungsfasern sind typischerweise in Form einzelner Lagen (z. B. als Multiaxialgelege oder als unidirektionales Tape) in die Polymermatrix des Kunststoffmaterials eingebettet, wobei vor der Reparatur die Kontaktbereiche des beschädigten Bereichs des Formteils und des Reparaturelements bevorzugt so präpariert werden, dass eine gestaffelte Anordnung der Verstärkungsfasern des Formteils und des Reparaturelements vorliegt.Although the method can equally be used with molded parts made of unreinforced plastics materials, it is generally preferred if the plastic material comprises a fiber reinforcement, in particular an endless fiber reinforcement of glass, carbon or aramid fibers. The reinforcing fibers are typically embedded in the polymer matrix of the plastic material in the form of individual layers (eg, as a multiaxial lay or as a unidirectional tape), wherein prior to repair, the contact areas of the damaged area of the molded part and the repairing element are preferably prepared such that a staggered arrangement the reinforcing fibers of the molding and the repair element is present.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zwischen dem Reparaturelement und dem Heizelement eine Wärmeschutzfolie angeordnet, die eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweist als das Kunststoffmaterial des Formteils und des Reparaturelements. Dadurch wird verhindert, dass das durch die Wärmeeinwirkung aufgeschmolzene Kunststoffmaterial des Reparaturelements und des Formteils bei direktem Kontakt mit dem Heizelement an diesem festklebt. Eine Wärmeschutzfolie, die auch bei der Schmelztemperatur der für das Formteil eingesetzten Thermoplaste verwendbar ist, kann insbesondere aus einem Polyimid hergestellt sein (z. B. Kapton® von der Firma DuPont).In a further advantageous embodiment of the invention, a heat protection film is arranged between the repair element and the heating element, which has a higher temperature resistance than the plastic material of the molded part and the repair element. This prevents the molten by the heat plastic material of the repair element and the molding stuck in direct contact with the heating element at this. A heat protective film, which is also applicable to the melting temperature of the thermoplastics used for the molding may be particularly made of a polyimide (e.g., Kapton ® by DuPont).

Ferner ist es bevorzugt, wenn zwischen dem Reparaturelement und dem Heizelement oder gegebenenfalls zwischen der Schutzfolie und dem Heizelement eine mechanische Entkopplungsschicht angeordnet ist. Diese Entkopplungsschicht dient dazu, Spannungen zwischen dem Heizelement und dem Reparaturelement bzw. der Wärmeschutzfolie zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren, die durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien entstehen. Die mechanische Entkopplungsschicht kann z. B. ein multiaxiales Kohlenstofffasergelege umfassen, wodurch ein Gleiten des Heizelements auf dem Reparaturelement bzw. auf der Wärmeschutzfolie ermöglicht wird.Furthermore, it is preferred if a mechanical decoupling layer is arranged between the repair element and the heating element or, if appropriate, between the protective film and the heating element. This decoupling layer is used to avoid or at least reduce stresses between the heating element and the repair element or the heat protection film, which are caused by the different thermal expansion coefficients of the materials. The mechanical decoupling layer may, for. B. a multiaxial carbon fiber web cover, whereby a sliding of the heating element on the repair element or on the heat shielding film is made possible.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden anhand des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.These and other advantages of the invention will be explained in more detail with reference to the embodiment described below with reference to the figures.

Es zeigen im Einzelnen:They show in detail:

1: Schematische Darstellung eines Aufbaus zur Durchführung des erfindungsgemäßen Reparaturverfahrens für ein Formteil aus einem Kunststoffmaterial; und 1 : Schematic representation of a structure for carrying out the repair process according to the invention for a molded part made of a plastic material; and

2: schematische Darstellung des Formteils nach der Durchführung des Reparaturverfahrens. 2 : Schematic representation of the molded part after carrying out the repair process.

Die 1 zeigt schematisch einen Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Reparaturverfahrens für ein Formteil 10 aus einem Kunststoffmaterial. Das Formteil 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein flächiges Element, welches in der 1 in einer Querschnittsdarstellung gezeigt ist.The 1 schematically shows a structure for carrying out the repair process for a molding according to the invention 10 made of a plastic material. The molding 10 is in this embodiment, a planar element, which in the 1 is shown in a cross-sectional view.

Das Formteil 10 besteht aus einem Kunststoffmaterial mit einer Polymermatrix aus einem Hochtemperaturthermoplast, z. B. Polyetheretherketon (PEEK), und in die Polymermatrix eingebettete Lagen von Verstärkungsfasern 12, z. B. multiaxiale Gelege von Kohlenstofffasern. Das Formteil 10 kann z. B. eine Dicke im Bereich von 3 bis 15 mm aufweisen und etwa 20 bis 100 Lagen von Verstärkungsfasern 12 umfassen (in der 1 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur deutlich weniger Lagen dargestellt).The molding 10 consists of a plastic material with a polymer matrix of a high-temperature thermoplastic, z. As polyetheretherketone (PEEK), and embedded in the polymer matrix layers of reinforcing fibers 12 , z. B. multiaxial scrim of carbon fibers. The molding 10 can z. B. have a thickness in the range of 3 to 15 mm and about 20 to 100 layers of reinforcing fibers 12 include (in the 1 For reasons of clarity, only significantly fewer layers are shown).

Das Formteil 10 weist einen beschädigten Bereich 14 auf, der durch ein entsprechend geformtes Reparaturelement 16, welches aus demselben faserverstärkten Kunststoffmaterial wie das Formteil 10 besteht, repariert werden soll. Die Kontaktflächen des beschädigten Bereichs 14 und des Reparaturelements 16 sind mittels Fräsen oder Bearbeitung mit einem Laser so präpariert, dass eine gestaffelte Anordnung der Lagen der Verstärkungsfasern 12 vorliegt.The molding 10 indicates a damaged area 14 on, by a suitably shaped repair element 16 made of the same fiber-reinforced plastic material as the molded part 10 exists to be repaired. The contact surfaces of the damaged area 14 and the repair element 16 are prepared by milling or machining with a laser so that a staggered arrangement of the layers of reinforcing fibers 12 is present.

Auf dem Reparaturelement 16 und dem angrenzenden Bereich des Formteils 10 ist eine Wärmeschutzfolie 18 (z. B. aus dem Polyimid Kapton®) angeordnet, auf der Wärmeschutzfolie 18 eine mechanische Entkopplungsschicht 20 (z. B. eine multiaxiales Gelege aus Kohlenstofffasern), und darauf schließlich ein passives Heizelement 22 in Form einer Stahlplatte. Sowohl die Form als auch die Oberflächenkontur des Heizelements 22 sind an die Form und die Oberflächenkontur des Reparaturelements 16 und des Formteils 10 angepasst. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 22 eine ebene runde Stahlplatte, es sind jedoch auch vielfältige andere Formen denkbar.On the repair element 16 and the adjacent area of the molding 10 is a heat protection film 18 (z. B. of the polyimide Kapton ®) arranged on the heat protection film 18 a mechanical decoupling layer 20 (eg a multiaxial carbon fiber scrim) and finally a passive heating element 22 in the form of a steel plate. Both the shape and the surface contour of the heating element 22 are due to the shape and the surface contour of the repair element 16 and the molding 10 customized. In the illustrated embodiment, the heating element 22 a flat round steel plate, but there are also many other forms conceivable.

Der beschädigte Bereich 14 mit dem Reparaturelement 16, der Wärmeschutzfolie 18, der mechanischen Entkopplungsschicht 20 und dem passiven Heizelement 22 wird von einer gasundurchlässigen Folie 24 vollständig abgedeckt, wobei zwischen dem umlaufenden Randbereich der gasundurchlässigen Folie 14 und dem Formteil 10 ein Abdichtungsband (sogenanntes Tacky Tape) angeordnet ist, um auch hier einen gasdichten Abschluss zu gewährleisten. Auf der gasundurchlässigen Folie 24 befindet sich eine thermische Isolierung 26.The damaged area 14 with the repair element 16 , the heat protection film 18 , the mechanical decoupling layer 20 and the passive heating element 22 is made of a gas-impermeable film 24 completely covered, wherein between the peripheral edge region of the gas-impermeable film 14 and the molding 10 a sealing tape (so-called Tacky Tape) is arranged to ensure a gastight seal here too. On the gas-impermeable film 24 there is a thermal insulation 26 ,

Oberhalb der thermischen Isolierung 26 ist eine Induktionsspule 28 angeordnet, die an eine Wechselspannung 30 angeschlossen ist und mittels der ein magnetisches Wechselfeld im Bereich des Heizelements 22 induziert werden kann.Above the thermal insulation 26 is an induction coil 28 arranged, connected to an AC voltage 30 is connected and by means of a magnetic alternating field in the region of the heating element 22 can be induced.

Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert wie folgt: in dem Bereich zwischen der gasundurchlässigen Folie 24 und dem Formteil 10 wird ein Vakuum angelegt (mittels einer in der 1 nicht dargestellten Vakuumpumpe), so dass das Heizelement 22 und das Reparaturelement 16 auf das Formteil 10 gepresst werden. Gleichzeitig wird das Heizelement 22 mit dem magnetischen Wechselfeld, welches durch die Induktionsspule 28 induziert wird, beaufschlagt, so dass sich das Heizelement 22 in Folge von Wirbelströmen erwärmt. Aufgrund der thermischen Isolierung 26, die oberhalb des Heizelements 22 angeordnet ist, wird die in dem Heizelement 22 erzeugte Wärme überwiegend in Richtung des Formteils 10 abgegeben, so dass das Reparaturelement 16 und der beschädigte Bereich 14 des Formteils 10 auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen Kunststoffmaterials aufgeheizt werden können, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 300 bis 400°C. Durch die hohe Temperatur und die Anpressung des Reparaturelements 16 an den Formkörper 10 kommt es zu einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Reparaturelement 16 und dem beschädigten Bereich 14 entlang der gemeinsamen Kontaktflächen.The process according to the invention works as follows: in the region between the gas-impermeable film 24 and the molding 10 a vacuum is applied (by means of a in the 1 Vacuum pump not shown), so that the heating element 22 and the repair element 16 on the molding 10 be pressed. At the same time the heating element 22 with the alternating magnetic field passing through the induction coil 28 is induced, applied, so that the heating element 22 heated as a result of eddy currents. Due to the thermal insulation 26 that are above the heating element 22 is arranged, which is in the heating element 22 generated heat mainly in the direction of the molding 10 delivered so that the repair element 16 and the damaged area 14 of the molding 10 can be heated to a temperature above the melting point of the thermoplastic material, in particular to a temperature in the range of 300 to 400 ° C. Due to the high temperature and the contact pressure of the repair element 16 to the molding 10 it comes to a cohesive connection between the repair element 16 and the damaged area 14 along the common contact surfaces.

Die Wärmeschutzfolie 18, die auch bei der maximalen Temperatur des Heizelements 22 nicht schmilzt, verhindert ein Ankleben des angeschmolzenen Reparaturelements 16 an das Heizelement 22.The heat protection film 18 which is also at the maximum temperature of the heating element 22 does not melt, prevents sticking of the fused repair element 16 to the heating element 22 ,

Die mechanische Entkopplungsschicht 20 dient dazu, Spannungen zwischen dem Heizelement 22 und der Wärmefolie 18 zu verringern, welche bei einem direkten Kontakt aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten resultieren würden.The mechanical decoupling layer 20 serves to create voltages between the heating element 22 and the thermal foil 18 which would result in a direct contact due to the different thermal expansion coefficients.

Sobald eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Reparaturelement 16 und dem Formteil 10 durch Aufschmelzen des thermoplastischen Kunststoffmaterials hergestellt wurde, kann die Stromversorgung der Induktionsspule 28 unterbrochen und die Anordnung abkühlen gelassen werden. Die Dauer des Reparaturverfahrens ist dabei von der Größe und Dicke des Reparaturelements 16 abhängig, sie liegt jedoch typischerweise im Bereich von ca. 10 bis 30 min.Once a material connection between the repair element 16 and the molding 10 was made by melting the thermoplastic material, the power supply of the induction coil 28 interrupted and allowed to cool the arrangement. The duration of the repair process is dependent on the size and thickness of the repair element 16 However, it is typically in the range of about 10 to 30 min.

Die 2 zeigt eine schematische Darstellung des reparierten Formteils 10. Der Übergang zwischen dem beschädigten Bereich 14 und dem Reparaturelement 16, an dem eine stoffschlüssige Verbindung vorliegt, ist mit einer gestrichelten Linie dargestellt.The 2 shows a schematic representation of the repaired molding 10 , The transition between the damaged area 14 and the repair element 16 , on which there is a material connection, is shown with a dashed line.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Formteilmolding
1212
Verstärkungsfasernreinforcing fibers
1414
beschädigter Bereichdamaged area
1616
Reparaturelementrepair element
1818
WärmeschutzfolieHeat protector
2020
mechanische Entkopplungschichtmechanical decoupling layer
2222
passives Heizelementpassive heating element
2424
gasundurchlässige Foliegas impermeable film
2525
Abdichtungsbandsealing tape
2626
thermische Isolierungthermal insulation
2828
Induktionsspuleinduction coil
3030
WechselspannungAC

Claims (14)

Reparaturverfahren für ein Formteil (10) aus einem Kunststoffmaterial, bei dem ein Reparaturelement (16) aus dem Kunststoffmaterial auf einen beschädigten Bereich (14) des Formteils (10) aufgebracht und durch Einwirkung von Wärme mit diesem stoffschlüssig verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme mittels eines passiven Heizelements (22) in Form einer Platte aus einem elektrisch leitenden ferromagnetischen Material erzeugt wird, indem das Heizelement (22), welches kein Teil des Reparaturelements (16) ist, mit einem magnetischen Wechselfeld beaufschlagt wird.Repair method for a molded part ( 10 ) made of a plastic material, in which a repair element ( 16 ) from the plastic material to a damaged area ( 14 ) of the molded part ( 10 ) is applied and connected by the action of heat with this material, characterized in that the heat by means of a passive heating element ( 22 ) is produced in the form of a plate of an electrically conductive ferromagnetic material by the heating element ( 22 ) which is not part of the repair element ( 16 ), is subjected to an alternating magnetic field. Reparaturverfahren nach Anspruch 1, wobei eine gasundurchlässige Folie (24) über dem beschädigten Bereich (14) des Formteils (10) und dem Reparaturelement (16) angeordnet wird, und wobei durch Anlegen eines Vakuums in dem Bereich zwischen der Folie (24) und dem Formteil (10) während der Wärmeeinwirkung das Reparaturelement (16) auf das Formteil (10) gepresst wird.Repair method according to claim 1, wherein a gas-impermeable film ( 24 ) over the damaged area ( 14 ) of the molded part ( 10 ) and the repair element ( 16 ), and wherein by applying a vacuum in the region between the film ( 24 ) and the molded part ( 10 ) during the action of heat the repair element ( 16 ) on the molded part ( 10 ) is pressed. Reparaturverfahren nach Anspruch 2, wobei das Heizelement (22) zwischen dem Reparaturelement (16) und der gasundurchlässigen Folie (24) angeordnet wird.Repair method according to claim 2, wherein the heating element ( 22 ) between the repair element ( 16 ) and the gas impermeable film ( 24 ) is arranged. Reparaturverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (22) aus Eisen oder Stahl gebildet ist.Repair method according to one of the preceding claims, wherein the heating element ( 22 ) is made of iron or steel. Reparaturverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenkontur des Heizelements (22) an die Oberflächenkontur des beschädigten Bereichs (14) des Formteils (10) und/oder des Reparaturelements (16) angepasst ist.Repair method according to one of the preceding claims, wherein the surface contour of the Heating element ( 22 ) to the surface contour of the damaged area ( 14 ) of the molded part ( 10 ) and / or the repair element ( 16 ) is adjusted. Reparaturverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das magnetische Wechselfeld mittels einer Induktionsspule (28) erzeugt wird, die außerhalb der gasundurchlässigen Folie (24) angeordnet wird.Repair method according to one of claims 2 to 5, wherein the alternating magnetic field by means of an induction coil ( 28 ) outside the gas impermeable film ( 24 ) is arranged. Reparaturverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei außerhalb der gasundurchlässigen Folie (24) eine thermische Isolierung (26) angeordnet wird.Repair method according to one of claims 2 to 6, wherein outside the gas-impermeable film ( 24 ) a thermal insulation ( 26 ) is arranged. Reparaturverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kunststoffmaterial eine Polymermatrix aus einem Thermoplast aufweist.Repair method according to one of the preceding claims, wherein the plastic material comprises a polymer matrix made of a thermoplastic. Reparaturverfahren nach Anspruch 8, wobei der Thermoplast ausgewählt ist aus Polyetherketonen, Polyetherimiden, Polyphenylensulfiden, Polyethersulfonen und Mischungen hiervon.The repair method of claim 8, wherein the thermoplastic is selected from polyether ketones, polyetherimides, polyphenylene sulfides, polyethersulfones, and mixtures thereof. Reparaturverfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der beschädigte Bereich (14) des Formteils (10) und das Reparaturelement (16) durch die Wärmeeinwirkung auf eine Temperatur im Bereich von 300 bis 400°C aufgeheizt werden.Repair method according to claim 8 or 9, wherein the damaged area ( 14 ) of the molded part ( 10 ) and the repair element ( 16 ) are heated by the action of heat to a temperature in the range of 300 to 400 ° C. Reparaturverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Kunststoffmaterial eine Polymermatrix aus einem Duroplast aufweist, und wobei ein wärmehärtender Klebstoff zwischen dem beschädigten Bereich (14) des Formteils (10) und dem Reparaturelement (16) angeordnet wird.A repair method according to any one of claims 1 to 7, wherein the plastic material comprises a polymer matrix of a thermoset, and wherein a thermosetting adhesive is disposed between the damaged area (Fig. 14 ) of the molded part ( 10 ) and the repair element ( 16 ) is arranged. Reparaturverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kunststoffmaterial eine Faserverstärkung (12) umfasst, insbesondere eine Endlosfaserverstärkung aus Glas-, Kohlenstoff- oder Aramidfasern.A repair method according to any one of the preceding claims, wherein the plastic material comprises a fiber reinforcement ( 12 ), in particular an endless fiber reinforcement of glass, carbon or aramid fibers. Reparaturverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Reparaturelement (16) und dem Heizelement (22) eine Wärmeschutzfolie (18) angeordnet wird, die eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweist als das Kunststoffmaterial des Formteils (10) und des Reparaturelements (16).Repair method according to one of the preceding claims, wherein between the repair element ( 16 ) and the heating element ( 22 ) a heat protection film ( 18 ) is arranged, which has a higher temperature resistance than the plastic material of the molded part ( 10 ) and the repair element ( 16 ). Reparaturverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Reparaturelement (16) und dem Heizelement (22) oder gegebenenfalls zwischen der Wärmeschutzfolie (18) und dem Heizelement (22) eine mechanische Entkopplungsschicht (20) angeordnet wird.Repair method according to one of the preceding claims, wherein between the repair element ( 16 ) and the heating element ( 22 ) or optionally between the heat protection film ( 18 ) and the heating element ( 22 ) a mechanical decoupling layer ( 20 ) is arranged.
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