Verfahren und Ablegewerkzeug zur Herstellung eines Fasergeleges

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ablegen von faserverstärkten vorimprägnierten flächigen Halbzeugen auf einem Ablegewerkzeug zur Herstellung eines Fasergeleges sowie ein

Ablegewerkzeug zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Verfahren zum Ablegen von Preprags bzw. faserverstärkten

vorimprägnierten flächigen Halbzeugen auf einem Ablegewerkzeug zur Herstellung eines Fasergeleges sind allgemein als „Automated Fibre Placement" (AFP) bzw. „Automated Tape Placement" (ATP) bekannt. Dabei werden Halbzeuge, die mit einem duroplastischen oder thermoplastischen Material vorimprägnierte Fasern aufweisen, beispielsweise zueinander orientierte Kohlenstofffasern, auf einem Werkzeug endkonturnah abgelegt. Der wesentliche Unterschied zwischen dem AFP- und dem ATP-Prozess besteht darin, dass bei dem AFP-Prozess schmale Material- bzw. Halbzeugbänder abgelegt werden, wohingegen bei dem ATP-Prozess breitbandige Materialbahnen

Anwendung finden, wodurch sich insbesondere das AFP-Verfahren zur Abbildung dreidimensionaler Strukturen eignet. Das Werkzeug weist meistens eine horizontale oder vertikal ausgerichtete Oberfläche zur Aufnahme des abzulegenden Materials auf. Um das Material am vertikal ausgerichteten Werkzeug positionieren zu können, wird herkömmlicherweise ein flüssiger Haftvermittler auf die

Werkzeugoberfläche aufgetragen. Der Haftermittler ermöglicht zum einen eine ausreichende Sicherung des Materials bzw. Fasergeleges an der Werkzeugoberfläche als auch ein einfaches Lösen des

Fasergeleges von der Oberfläche. Nachteilig an dem Haftvermittler ist jedoch sowohl das aufwendige Auftragen auf die

Werkzeugoberfläche als auch das zeitintensive Reinigen der

Werkzeugoberfläche nach dem Lösen des Fasergeleges, wodurch die Ablegeleistung merklich reduziert ist. Grundsätzlich ist auch eine Positionierung des Materials an der Werkzeugoberfläche ohne einen flüssigen Haftvermittler möglich, jedoch ist dann das Fasergelege nur sehr schwer von der Werkzeugoberfläche zu trennen. Weiterhin können von dem Haftvermittler gesundheitliche Gefahren und

Umweltbelastungen ausgehen, so dass entsprechende Sicherheit bzw. Umweltvorschriften einzuhalten sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Ablegen von faserverstärkten vorimprägnierten flächigen Halbzeugen auf einem Ablegewerkzeug zur Herstellung eines Fasergeleges, das die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine erhöhte

Ablegeleistung sowie keine bzw. stark reduzierte gesundheitliche bzw. umweltbelastende Wirkungen aufweist, sowie ein Ablegewerkzeug für ein derartiges Verfahren zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Ablegewerkzeug mit den

Merkmalen des Patentanspruchs 7.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ablegen von

faserverstärkten vorimprägnierten flächigen Halbzeugen auf einem Ablegewerkzeug zur Herstellung eines Fasergeleges wird zuerst eine Ablegefolie zur Aufnahme der Halbzeuge mittels

Vakuumbeaufschlagung auf dem Ablegewerkzeug fixiert. Dann werden die Halbzeuge schichtweise zu Hautlagen auf der Ablegefolie abgelegt. Nach dem Aufbau des Geleges bzw. Laminats wird dieses an ein nachfolgendes Fertigungsmittel durch Verschwenken des

Ablegewerkzeugs und anschließendem Aufheben des Vakuums übergeben. Dann wird die Ablegefolie von der ersten Hautlage entfernt und eine nachfolgende Bearbeitung des Geleges kann beginnen. An der erfindungsgemäßen Lösung ist insbesondere vorteilhaft, dass die Fixierung der Halbzeuge an dem Ablegewerkzeug ohne einen flüssigen Haftvermittler erfolgt, sondern über eine einfach anzubringende und zu entfernende Ablegefolie. Dies ermöglicht zum einen eine erhöhte Ablegeleistung, da zum einen die Aufbringung des

Haftvermittlers als auch die Reinigung des Ablegewerkzeugs entfällt sowie eine wesentliche Verringerung bzw. eine vollständige Beseitigung gesundheitlicher und umweltbelastender Risiken. Insbesondere wird die Ablegegeschwindigkeit der ersten Hautlage wesentlich erhöht. Die Ablagefolie dient quasi als

Oberflächenschutz für die Werkzeugoberfläche und erlaubt bei einer ausreichenden Sicherung des Fasergeleges bzw. dessen erster

Hautlage aufgrund der serienmäßigen Imprägnierung der Halbzeuge an ihr gleichzeitig ein einfaches und schnelles Ablösen sowohl von der Werkzeugoberfläche als auch von der ersten Hautlage zur bzw. nach zum Beispiel der Übergabe des Fasergeleges an eine

nachfolgende Arbeitsstation.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Hautlagen über ein Zwischenvakuum kompaktiert, so dass sichergestellt sein kann, dass sich keine Hohlräume zwischen den einzelnen Hautlagen ausbilden. Die Kompaktierung bzw. Erzeugung des Zwischenvakuums kann über das Abdecken der Hautlagen mittels einer Folie erfolgen, die gegenüber der Außenumgebung abgedichtet ist und somit eine Kammer bildet, in der die Hautlagen angeordnet sind und die durch das Anlegen eines Vakuums evakuiert werden kann.

Neben dem Ablegen von vorimprägnierten flächigen Halbzeugen können ebenfalls andersartige Materialien bzw. Komponenten wie z.B. ein Blitzschutz in Form eines flächigen Kupfergitters abgelegt werden und mit den zuvor abgelegten Hautlagen über ein Zwischenvakuum kompaktiert werden.

Die Positionierung der Ablegefolie an dem Ablegewerkzeug erfolgt bei einem Ausführungsbeispiel dadurch, dass diese zuerst in diagonaler Richtung an dem Ablegewerkzeug gespannt wird. Dann wird sie im Bereich ihrer diametralen Seiten gespannt und auf Faltenbzw. Blasenbildung kontrolliert. Nach der Beseitigung der Falten bzw. Blasen wird die Ablegefolie gegenüber der Außenumgebung umfangsseitig durch z.B. ein umlaufendes Klebeband an dem

Ablegewerkzeug abgedichtet. Eine andere Art der Abdichtung sieht einen Druckrahmen vor, mittels der die Folie in ihrem Randebereich gegen in Anlage mit der Werkzeugoberfläche bringbar ist. Ein erfindungsgemäßes Ablegewerkzeug zum Ablegen von faserverstärkten flächigen Halbzeugen zur Bildung eines

Fasergeleges weist eine Vielzahl von in ihre Werkzeugoberfläche eingebrachten Bohrungen auf, die mit einer Entlüftungseinrichtung in Fluidverbindung bringbar sind. Die Vielzahl der Bohrungen erlaubt eine gleichmäßige und großflächige falten- und blasenfreie Sicherung eines auf der Werkzeugoberfläche abgelegten

Flächengebildes wie zum Beispiel eine Ablegefolie zur Aufnahme der Halbzeuge.

Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Bohrungen in Bohrungsfelder unterteilt, die getrennt voneinander ansteuerbar sind. Somit ist es möglich, zuerst die Ablegefolie sicher an der

Werkzeugoberfläche mittels Luftabsaugung zu fixieren und dann die auf der Ablegefolie abgelegten Hautlagen über zumindest ein

Zwischenvakuum zu kompaktieren, ohne dass dies die Fixierung der Ablegefolie negativ beeinflussen würde. Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden

Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der

Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ablegewerkzeugs , Figur 2 das Ablegewerkzeug aus Figur 1 mit positionierter

Ablegefolie,

Figur 3 Verfahrensschritte zur Positionierung der Ablegefolie an dem Ablegewerkzeug,

Figur 4 das Ablegen von Hautlagen an der Ablegefolie, und Figuren 5 bis 7 die Übergabe der Hautlagen an eine

Aushärteeinrichtung .

Im Folgenden tragen gleiche konstruktive Elemente die gleichen Bezugsziffern, wobei bei mehreren gleichen konstruktiven Elementen in einer Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich einige der Elemente mit einer Bezugsziffer versehen sind.

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ablegewerkzeug 1 zur

Herstellung eines Fasergeleges bzw. Laminats 2 (s. Fig. 7)

Fasergelege 2 bildet zum Beispiel die Haut eines etwa 16m

Schalenelements eines Flugzeugrumpfes, der sich aus vier

Schalenelementen zusammensetzt, die an ihren Längsseiten

miteinander verbunden sind.

Das Ablegewerkzeug 1 weist einen in etwa rechteckigen Korpus 4 mit einer vertikal orientierten Werkzeugoberfläche 6 auf und ist um seine Längsachse 8 verschwenkbar. Die Werkzeugoberfläche 6 ist konturnah zum Innenumfang des Flugzeugrumpfes ausgebildet und entsprechend entlang der Längsachse 8 konkav gewölbt (nicht gezeigt) . Sie hat ein inneres Bohrungsfeld 10 mit einer Vielzahl von Bohrungen 12 und ein äußeren Bohrungsfeld 14 mit einer

Vielzahl von Bohrungen 16, das das innere Bohrungsfeld 10

rahmenartig umgreift. Die Bohrungen 12, 16 stehen über eine rohr- bzw. schlauchartige Leitung 18 mit einer nicht dargestellten

Entlüftungseinrichtung in Fluidverbindung, mittels der durch die Bohrungen 12, 16 Luft von der Werkzeugoberfläche 6 abgesaugt oder ausgeblasen werden kann. Zur Herstellung des Fasergeleges 2 wird, wie in Figur 2 gezeigt, zuerst eine Ablegefolie 20 auf der Werkzeugoberfläche 6 über dem ersten Bohrungsfeld 10 positioniert und mittels eines umlaufenden Klebebandes 22 an der Werkzeugoberfläche 6 gegenüber der

Außenumgebung abgedichtet. Die Ablegefolie 20 besteht vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise

Polyethylenterephthalat (PET) . Beispielhafte Ablegefolien 20 sind Platilon 4100 AK der Firma Epurex, MF PATS W230 sowie MF PATS W230 Corona der Firma MF Folien, HS 8171 der Firma Richmond sowie Securlon L2000 der Firma Airtech. Die Ablegefolie 20 hat eine derartige Oberflächenbeschaffenheit, dass sie eine ausreichende Sicherung des Fasergeleges 2 ohne die Verwendung von zusätzlichen flüssigen Haftvermittlers und gleichzeitig ein einfaches Lösen von dem Fasergelege 2 erlaubt.

Gemäß der Darstellung in Figur 3 wird die Ablegefolie 20 zuerst an ihren gegenüberliegenden Ecken 24, 26 bzw. 28, 30 an der

Werkzeugoberfläche 6 gespannt. Dann wird sie diametral an ihren Längsseiten 32, 34 und abschließend an ihren Schmalseiten 36, 38 gespannt bis sie plan auf der Werkzeugoberfläche 6 aufliegt und sämtliche bzw. nahezu sämtliche Falten, Knicke oder Blasen in bzw. unter ihr beseitigt sind. Sobald die Ablegefolie 20 ausreichend an der Werkzeugoberfläche 6 gespannt ist, wird sie über das Klebeband 22 an der Werkzeugoberfläche 6 fixiert. Nun wird die

Entlüftungseinrichtung derart angesteuert, dass über die Bohrungen 12 des inneren Bohrungsfeldes 10 die Luft zwischen der Ablegefolie 20 und der Werkzeugoberfläche 6 großflächig und gleichmäßig abgesaugt wird und somit sichergestellt ist, dass in keinem

Bereich der Ablegefolie 20 Falten, Knicke, Blasen und drgl .

ausgebildet sind. Das anzulegende Vakuum richtet sich im

Wesentlichen nach dem Materialtyp und der Dicke der Ablegefolie 20.

Nach der knick- und blasenfreien Fixierung der Ablegefolie 20 werden, wie in Figur 4 gezeigt, Hautlagen 40a, 40b durch Ablegen von textilen vorimprägnierten Halbzeugen, sogenannten Preprags, die auf entsprechenden Vorspulen gelagert sind, entsprechend dem AFP-Verfahren zur Bildung des Fasergeleges 2 auf der Ablegefolie 20 schichtweise abgelegt. Nach der Bildung bzw. Schichtung einer Vielzahl von Hautlagen 40a, 40b können diese über ein

Zwischenvakuum kompaktiert werden. Dies erfolgt dadurch, dass über die zuletzt gebildete Hautlage 40b eine Folie (nicht gezeigt) abgelegt wird, die das äußere Bohrungsfeld 14 überspannt und dichtend an der Werkzeugoberfläche 6 beispielweise über ein umlaufendes Klebeband befestigt wird. Dann wird über die Entlüftungseinrichtung das äußere Bohrungsfeld 14 angesteuert, so dass über die Bohrungen 16 die Luft zwischen der Folie und der obersten Hautlage 40b abgesaugt wird. Nach der Kompaktierung wird das Zwischenvakuum über ein Umschalten der Entlüftungseinrichtung gelöst, wodurch nun Luft über die Bohrungen 16 im Randbereich der Werkzeugoberfläche 6 ausströmen kann. Dann wird die Folie entfernt und weitere Hautlagen 40 bzw. sonstige Flächengebilde wie zum Beispiel ein Blitzschutzgitter werden auf der obersten Hautlage 40b abgelegt, bis das Fasergelege 2 die vorbestimmten

Hautlagenanzahl bzw. Materialstärke aufweist.

Nach dem Ablegen sämtlicher Hautlagen 40 wird das Fasergelege 2, wie in Figur 5 gezeigt, an eine Aushärteeinrichtung 42 zur weiteren Bearbeitung übergeben. Dabei wird es um seine Längsachse 8 verschwenkt bis die Werkzeugoberfläche 6 horizontal mit dem nach unten zeigenden Fasergelege 2 oberhalb einer horizontalen bzw. entsprechend konvexen Oberfläche 44 der Aushärteeinrichtung 42 angeordnet ist. Dann wird das erste Bohrungsfeld 10 derart angesteuert, dass über die Bohrungen 12 Luft ausgeblasen wird bzw. einströmen kann und somit das Vakuum zwischen der

Werkzeugoberfläche 6 und der Ablegefolie 20 aufgehoben wird. Das Klebeband 22 wird entfernt und die Werkzeugoberfläche 6 ist von dem Fasergelege 2 befreit. Nach dem Aufheben des Vakuums bzw. der Übergabe des Fasergeleges 2 an die Auswerteeinrichtung 42 wird, wie in Figur 6 gezeigt, das Ablegewerkzeug 1 zurückgefahren und der Aufbau eines neuen

Fasergeleges kann beginnen. Von dem in der Auswerteeinrichtung 42 positionierten Fasergelege 2 wird die Ablegefolie 20 von der zuerst abgelegten Hautlage 40a entfernt, so dass nun, wie in Figur 7 gezeigt, nachfolgende Bearbeitungsschritte wie zum Beispiel die Anbindung von Längsversteifungen 46 zur Bildung einer

versteifenden Hinterbaustruktur des Fasergeleges 2 erfolgen kann. Offenbart ist ein Verfahren zum Ablegen von faserverstärkten vorimprägnierten flächigen Halbzeugen auf einem Ablegewerkzeug 1 zur Herstellung eines Fasergeleges 2, wobei auf dem Ablegewerkzeug 1 eine Ablegefolie 20 zur Aufnahme des Fasergeleges 2 aufgespannt wird und mittels Evakuierung bzw. Druckbeaufschlagung an diesem lagefixiert bzw. von diesem lösbar ist, sowie ein Ablegewerkzeug 1 zur Durchführung eines derartigen Verfahrens .

Bezugs zeichenliste

1 Ablegewerkzeug

2 Fasergeleges / Laminat

4 Korpus

6 Werkzeugoberfläche

8 Längsachse

10 erstes Bohrungsfeld

12 Bohrung

14 zweites Bohrungsfeld

16 Bohrung

18 Leitung

20 Ablegefolie

22 Klebeband

24 Ecke

26 Ecke

28 Ecke

30 Ecke

32 Längsseite

34 Längsseite

36 Schmalseite

38 Schmalseite

40 Hautlage

42 Aushärteeinrichtung

44 Oberfläche

46 LängsVersteifung