DE10320791A1 - Making e.g. fiber-reinforced plastic, passenger aircraft window frames using textile blanks, compacts, impregnates with resin adhesive and hardens under raised temperature and pressure - Google Patents

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Abstract

Numbers of individual textile blanks (4) are assembled in a compaction stage. A highly-compact component (5) is produced, in a shape close to its final form. This is saturated with an adhesive resin. It is hardened at raised temperature under increased pressure. Numbers of individual textile blanks (4) are assembled in a compaction stage. A highly-compact component (5) is produced, in a shape close to its final form. This is saturated with an adhesive resin. It is hardened at raised temperature under increased pressure. The blanks are matched with each other and for the final product geometry. A mold (1) is employed for vacuum compaction, which is carried out in a heating oven or other heating unit. Upper and lower mold dies (2, 3) are used, arranging the preforms between them. Their molding faces (6, 7) match the final geometry of the component produced. Centering pins (8) are included between these faces. All parts of the compaction mold are placed inside a vacuum bag (9). Application of reduced pressure applies pressure to the mold halves. An independent claim is included for the corresponding molding equipment.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen textiler Vorformlinge (Preforms) aus textilen Halbzeugen (Vorprodukten), wobei die Vorformlinge insbesondere für die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen vorgesehen sind, die vorzugsweise unter Verwendung eines Matrixsystems mit einem Klebeharz getränkt und ausgehärtet werden, wobei die textilen Halbzeuge jeweils auf einem Träger mit einer den späteren Vorformlingen entsprechenden Kontur bzw. angepassten Geometrie aufgebracht werden, und wobei am Ende eines flächenbildenden zwei- oder dreidimensionalen Textilprozesses die noch nicht endgültig fixierten Fasern der textilen Halbzeuge durch einen Umform- und Drapiervorgang in eine gewünschte Orientierung gebracht werden, nach Patent ... (Patentanmeldung AZ 102 51 581.6-26).The The invention relates to a method for producing textile preforms (Preforms) from textile semi-finished products (intermediate products), the preforms in particular for the Manufacture of fiber reinforced Plastics are provided, which are preferably used of a matrix system are soaked and cured with an adhesive resin, the semi-finished textile products each on a carrier with a the later Preforms corresponding contour or adapted geometry are applied, and where at the end of a surface-forming two- or three-dimensional textile process that have not yet been finally fixed Fibers of the semi-finished textile through a forming and draping process in a desired one Orientation, according to patent ... (patent application AZ 102 51 581.6-26).

Mit dem Gegenstand der Hauptanmeldung wird in vorteilhafter Weise ein bauteilangepasstes Fertigungsverfahren geschaffen, bei dem nach unterschiedlichen textilen Verfahren hergestellte zwei- oder dreidimensionale Halbzeuge für die textilen Vorformlinge verwendet werden können. Bei der Hauptanmeldung wird davon ausgegangen, dass bei der Herstellung faserverstärkter Kunststoffe unterschiedliche textile Vorprodukte, im folgenden auch Halbzeuge genannt, zur Anwendung kommen. Neben Geweben und Geflechten können Vliesstoffe und andere textile Flächengebilde eingesetzt werden. Diese Halbzeuge können in unterschiedlichen Verarbeitungsprozessen konfektioniert und miteinander kombiniert und verbunden werden. Die dabei entstehenden Vorformlinge (sog. Preforms) werden schließlich mit einem Matrixsystem getränkt und meist unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur ausgehärtet.With the subject of the main application is advantageously an component-adapted manufacturing process created in which two- or three-dimensional manufactured using different textile processes Semi-finished products for the textile preforms can be used. At the main registration it is assumed that in the production of fiber-reinforced plastics different textile preliminary products, in the following also semi-finished products called come to use. In addition to fabrics and braids, nonwovens and other textile fabrics be used. These semi-finished products can be processed in different ways assembled and combined with each other and connected. The resulting preforms (so-called preforms) are finally included soaked in a matrix system and mostly under elevated Pressure and increased Temperature hardened.

Heute werden textile Vorprodukte wie z.B. Gewebe und Geflechte am Ende des Herstellprozesses in oder auf einen Zwischenträger aufgebracht. Bei Geflechten kann es sich dabei z. B. um zylindrische Körper handeln, um die diese umlaufend bahnförmig aufgewickelt werden. Die Geometrie dieser Träger dient nicht nur zum Vor- oder Umformen der Halbzeuge sondern auch als Hilfsmittel zum Transport und zur Lagerung. Im Laufe des weiteren Herstellungsprozesses werden die Halbzeuge von dem Zwischenträgerkörper wieder entnommen, konfektioniert und anschließend durch Umorientierung und Umformung des Fasergebildes in die gewünschte Form (sog. Preform) gebracht.today are textile intermediate products such as Fabrics and braids at the end of the manufacturing process applied in or on an intermediate carrier. at Braids can be z. B. are cylindrical bodies, around which it runs all the way around be wound up. The geometry of these beams is not only used for or reshaping the semi-finished products but also as an aid to transportation and for storage. In the course of the further manufacturing process the semi-finished products from the intermediate carrier body again removed, assembled and then by reorientation and reshaping the fiber structure into the desired shape (so-called preform).

Die Fixierung von Vorprodukten kann mit Hilfe eines Binders geschehen. Bei den verwendeten Bindersystemen handelt es sich hauptsächlich um thermoplastische oder duroplastischen Substanzen, die z. B. pulverförmig auf das Halbzeug aufgebracht und unter Temperatureinfluss aktiviert werden. Neben einer Festlegung der Faserorientierung können die Bindersysteme dazu verwendet werden, die Preforms in einem kompaktierten Zustand zu fixieren.The Fixation of intermediate products can be done with the help of a binder. The binder systems used are mainly thermoplastic or thermosetting substances, e.g. B. in powder form the semi-finished product applied and activated under the influence of temperature become. In addition to determining the fiber orientation, the Binder systems are used to compact the preforms into one Fix state.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das bauteilangepasste Fertigungsverfahren der Patentanmeldung AZ 102 51 581.6-26 derart zu verbessern, dass ein aus mehreren textilen Vorformlingen bestehendes Bauteil hergestellt werden kann.The The invention is based on the object, the component-adapted Manufacturing method of patent application AZ 102 51 581.6-26 such to improve that a consisting of several textile preforms Component can be manufactured.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mehrere einzelne textile Vorformlinge in einem Kompaktierungsschritt derart zusammengebracht werden, dass ein hochkompaktes, endkonturennahes und zusammengesetztes Bauteil entsteht, und dass das zusammengesetzte Bauteil mit einem Klebeharz getränkt und unter erhöhter Temperatur sowie erhöhtem Druck ausgehärtet wird.The The object is achieved in that several individual textile preforms in one compacting step be brought together in such a way that a highly compact, near-net shape and composite component arises, and that the composite Component soaked with an adhesive resin and under increased Temperature as well as elevated Pressure hardened becomes.

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin,

  • – dass die textilen Vorformlinge aufeinander und gleichzeitig auf die Gesamtgeometrie des Bauteiles abgestimmt werden, und
  • – dass der Kompaktierungsschritt unter Verwendung eines Werkzeuges für Vakuumkompaktierung in einem Wärmeofen oder mit einer anderen Heizeinrichtung durchgeführt wird.
Refinements of the method according to the invention consist in
  • - that the textile preforms are matched to one another and at the same time to the overall geometry of the component, and
  • - That the compacting step is carried out using a tool for vacuum compacting in a heating furnace or with another heating device.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Kompaktierungswerkzeug aus einem unteren Werkzeugteil und einem oberen Werkzeugteil besteht, und dass zwischen den beiden Werkzeugteilen die einzelnen textilen Vorformlinge zur Herstellung des hochkompakten, endkonturennahen und zusammengesetzten Bauteiles angeordnet sind.A Implementation device The method is characterized in that a compacting tool consists of a lower tool part and an upper tool part, and that between the two tool parts the individual textiles Preforms for the production of the highly compact, near-net shape and composite component are arranged.

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin,

  • – dass die einander benachbarten, das Bauteil einschließenden Flächen beider Werkzeugteile der Endgeometrie des hochkompakten und endkonturennahen Bauteiles angepasst sind,
  • – dass zwischen den das Bauteil einschließenden Flächen mindestens ein Zentrierstift angeordnet sein kann, und
  • – dass das Kompaktierungswerkzeug mit seinen beiden Werkzeugteilen, seinem Zentrierstift und den das Bauteil bildenden Vorformlingen in einem einen Unterdruck erzeugenden Vakuumsack zur Aufbringung von Druckkräften auf die beiden Werkzeugteile angeordnet ist.
Further developments of the device according to the invention consist in
  • That the surfaces of both tool parts which are adjacent to one another and include the component are adapted to the end geometry of the highly compact component close to the end contour,
  • - That at least one centering pin can be arranged between the surfaces enclosing the component, and
  • - That the compacting tool with its two tool parts, its centering pin and the preforms forming the component is arranged in a vacuum bag generating a negative pressure for applying pressure forces to the two tool parts.

Neben den in der Patentanmeldung AZ 102 51 581.6-26 genannten Vorteilen besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, dass nach dem Verfahren bzw. mit der Vorrichtung beispielsweise Fensterrahmen aus faserverstärkten Kunststoffen für Passagierflugzeuge hergestellt werden können. Derartige Kunststoff-Fensterrahmen, für die eine optimale Ausnutzung der faserverstärkten Kunststoffe gegeben ist, können die Fensterrahmen ersetzen, die bisher aus geschmiedeten Aluminiumteilen gefertigt wurden.In addition to the advantages mentioned in patent application AZ 102 51 581.6-26, a further advantage of the invention is that, for example, window frames made of fiber-reinforced plastics for passengers can be made using the method or with the device planes can be manufactured. Such plastic window frames, for which there is an optimal utilization of the fiber-reinforced plastics, can replace the window frames that were previously made from forged aluminum parts.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt die einzige Figur ein Werkzeug zur Kompaktierung von mehreren einzelnen textilen Vorformlingen zu einem hochkompakten, endkonturennahen und zusammengesetzten Kunststoff-Bauteil. Das Werkzeug 1 besteht aus einem unteren Werkzeugteil 2 und einem oberen Werkzeugteil 3, zwischen denen die einzelnen textilen Vorformlinge 4 angeordnet sind. Hierbei sind die einander benachbarten, das Bauteil 5 einschließenden Flächen 6 bzw. 7 beider Werkzeugteile 2 bzw. 3 der Endgeometrie des hochkompakten und endkonturennahen Bauteiles 5 angepasst. Zur Führung von Werkzeugunterteil 2 und Werkzeugoberteil 3 während eines Pressvorganges dient ein mit 8 bezeichneter Zentrierstift, der zwischen den das Bauteil 5 einschliessßenden Flächen 6 und 7 angeordnet ist, wobei zweckmäßigerweise weitere derartige Zentrierstifte, die in vorgegebenen Abständen zueinander angeordnet werden, Verwendung finden können.In the drawing, an embodiment according to the invention is shown, namely the single figure shows a tool for compacting several individual textile preforms to a highly compact, near-net shape and assembled plastic component. The tool 1 consists of a lower tool part 2 and an upper tool part 3 , between which the individual textile preforms 4 are arranged. Here are the neighboring, the component 5 enclosing surfaces 6 respectively. 7 both tool parts 2 respectively. 3 the final geometry of the highly compact and near-net-shape component 5 customized. For guiding the lower part of the tool 2 and tool top 3 during a pressing process, a is used 8th designated centering pin, between which the component 5 including surfaces 6 and 7 is arranged, whereby such centering pins, which are arranged at predetermined distances from one another, can expediently be used.

Wie der Figur weiterhin zu entnehmen ist, befindet sich das Kompaktierungswerkzeug 1 mit seinen beiden Werkzeugteilen 2 und 3, seinem Zentrierstift 8 und den das Bauteil 5 bildenden textilen Vorformlingen 4 in einem einen Unterdruck erzeugenden Vakuumsack 9. Der im Vakuumsack 9 erzeugte Unterdruck führt zur Aufbringung von Druckkräften auf beide Werkzeugteile 2 und 3, um eine endgültige Kompaktierung und den Zusammenbau der einzelnen Vorformlinge 4 einzuleiten. Sollte hierzu das Vakuum alleine nicht ausreichen, so kann die Kompaktierung durch eine weitere Druckzufuhr über zeichnerisch nicht dargestellte Druckschläuche erzielt werden. Nach Vollendung des Kompaktierungsvorganges wird das zusammengesetzte Bauteil 5 mit einem Klebeharz getränkt und unter erhöhter Temperatur sowie erhöhtem Druck ausgehärtet.As can also be seen from the figure, the compacting tool is located 1 with its two tool parts 2 and 3 , its centering pin 8th and the component 5 forming textile preforms 4 in a vacuum bag that creates a vacuum 9 , The one in the vacuum bag 9 generated negative pressure leads to the application of compressive forces to both tool parts 2 and 3 to final compaction and assembly of the individual preforms 4 initiate. If the vacuum alone is not sufficient for this, the compacting can be achieved by a further pressure supply via pressure hoses, not shown in the drawing. After the compacting process is completed, the assembled component 5 impregnated with an adhesive resin and cured under elevated temperature and pressure.

11
KompaktierungswerkzeugKompaktierungswerkzeug
22
unteres Werkzeugteillower tool part
33
oberes Werkzeugteilupper tool part
44
textile Vorformlingetextile preforms
55
Bauteil (aus Kunststoff, welches erst später entsteht) component (made of plastic, which only later arises)
66
Fläche des unteren Werkzeugteiles 2 Surface of the lower tool part 2
77
Fläche des oberen Werkzeugteiles 3 Surface of the upper tool part 3
88th
ZentrierstiftCentering
99
Vakuumsackvacuum bag

Claims (7)

Verfahren zum Herstellen textiler Vorformlinge (Preforms) aus textilen Halbzeugen (Vorprodukten), wobei die Vorformlinge insbesondere für die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen vorgesehen sind, die vorzugsweise unter Verwendung eines Matrixsystems mit einem Klebeharz getränkt und ausgehärtet werden, wobei die textilen Halbzeuge jeweils auf einem Träger mit einer den späteren Vorformlingen entsprechenden Kontur bzw. angepassten Geometrie aufgebracht werden, und wobei am Ende eines flächenbildenden zwei- oder dreidimensionalen Textilprozesses die noch nicht endgültig fixierten Fasern der textilen Halbzeuge durch einen Umform- und Drapiervorgang in eine gewünschte Orientierung gebracht werden, nach Patent ... (Patentanmeldung AZ 102 51 581.6-26), dadurch gekennzeichnet, dass mehrere einzelne textile Vorformlinge (4) in einem Kompaktierungsschritt derart zusammengebracht werden, dass ein hochkompaktes, endkonturennahes und zusammengesetztes Bauteil (5) entsteht, und dass das zusammengesetzte Bauteil (5) mit einem Klebeharz getränkt und unter erhöhter Temperatur sowie erhöhtem Druck ausgehärtet wird. Process for producing textile preforms from semi-finished textile products, the preforms being intended in particular for the production of fiber-reinforced plastics, which are preferably impregnated and cured using an adhesive resin using a matrix system, the semi-finished textile products each on a carrier are applied with a contour or adapted geometry corresponding to the later preforms, and at the end of a surface-forming two- or three-dimensional textile process the fibers of the semi-finished textile products, which have not yet been finally fixed, are brought into a desired orientation by a shaping and draping process, according to the patent. .. (patent application AZ 102 51 581.6-26), characterized in that several individual textile preforms ( 4 ) are brought together in a compacting step in such a way that a highly compact, near-net-shape and assembled component ( 5 ) arises, and that the assembled component ( 5 ) impregnated with an adhesive resin and cured under elevated temperature and pressure. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die textilen Vorforminge (4) aufeinander und gleichzeitig auf die Gesamtgeometrie des Bauteiles (5) abgestimmt werden.A method according to claim 1, characterized in that the textile preforms ( 4 ) on top of each other and simultaneously on the overall geometry of the component ( 5 ) can be coordinated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompaktierungsschritt unter Verwendung eines Werkzeuges für Vakuumkompaktierung in einem Wärmeofen oder einer anderen Heizeinrichtung durchgeführt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that the compacting step using a tool for vacuum compaction in a heating oven or another heating device. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kompaktierungswerkzeug (1) aus einem unteren Werkzeugteil (2) und einem oberen Werkzeugteil (3) besteht, und dass zwischen den beiden Werkzeugteilen (2 bzw. 3) die einzelnen textilen Vorformlinge (4) zur Herstellung des hochkompakten, endkonturennahen und zusammengesetzten Bauteiles (5) angeordnet sind.Device for carrying out the method according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that a compacting tool ( 1 ) from a lower tool part ( 2 ) and an upper tool part ( 3 ) and that between the two tool parts ( 2 respectively. 3 ) the individual textile preforms ( 4 ) for the production of the highly compact, near-net shape and assembled component ( 5 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einander benachbarten, das Bauteil (5) einschließenden Flächen (6 bzw. 7) beider Werkzeugteile (2 bzw. 3) der Endgeometrie des hochkompakten und endkonturennahen Bauteiles (5) angepasst sind.Apparatus according to claim 4, characterized in that the mutually adjacent, the component ( 5 ) enclosing surfaces ( 6 respectively. 7 ) of both tool parts ( 2 respectively. 3 ) the final geometry of the highly compact component close to the final contour ( 5 ) are adjusted. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den das Bauteil (5) einschließenden Flächen (6 bzw. 7) mindestens ein Zentrierstift (8) angeordnet ist.Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that between the component ( 5 ) enclosing surfaces ( 6 respectively. 7 ) at least one centering pin ( 8th ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompaktierungswerkzeug (1) mit seinen beiden Werkzeugteilen (2, 3), seinem Zentrierstift (8) und den das Bauteil (5) bildenden Vorformlingen (4) in einem einen Unterdruck erzeugenden Vakuumsack (9) zur Aufbringung von Druckkräften auf die beiden Werkzeugteile (2, 3) angeordnet ist.Apparatus according to claim 4, 5 or 6, there characterized in that the compacting tool ( 1 ) with its two tool parts ( 2 . 3 ), its centering pin ( 8th ) and the component ( 5 ) preforms ( 4 ) in a vacuum bag that creates a vacuum ( 9 ) to apply pressure forces to the two tool parts ( 2 . 3 ) is arranged.
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