DE69704321T2

DE69704321T2 - Verfahren zum Reparieren eines Kompositschichtstoffes

Info

Publication number: DE69704321T2
Application number: DE69704321T
Authority: DE
Inventors: David J. Farrar; Geoffrey P. Mcbroom
Original assignee: BAE Systems PLC
Current assignee: Airbus Operations Ltd
Priority date: 1996-11-01
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 2001-07-05
Anticipated expiration: 2017-10-30
Also published as: GB9622780D0; EP0839635B1; US6149749A; EP0839635A1; DE69704321D1; ES2154877T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Reparatur bzw. Ausbesserung von Verbundstrukturen, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Ausbesserung derartiger Strukturen durch Aufkleben eines Fleckens aus Verbundmaterial auf einem Beschädigungskrater in einer Oberfläche der Struktur. Derartige Ausbesserungen finden insbesondere statt bei der Reparatur von Verbundstrukturen, die die aerodynamischen Oberflächen eines Flugzeugs definieren.
Es ist bekannt, eine dauerhafte Fleckausbesserung beschädigter faserverstärkter Verbundstrukturen aus Plastik durchzuführen, beispielsweise bei Flugzeugverkleidungen, Querrudern, Luftbremsen, Klappen und gelegentlich auch bei dem Hauptflügelaufbau. Derartige Strukturen sind beständige Laminate, und es sind oft in Sandwich-Bauweise verstärkte Strukturen, die aus zwei im Abstand zueinander angeordneten monolithischen Laminaten bestehen, die durch einen gewichtsmäßig leichten Aufbau, beispielsweise einen Honigwabenaufbau, aus Papier oder Faserstoff getrennt sind.
Wenn bei derartigen Strukturen eine Beschädigung eintritt, beispielsweise Stoßbeschädigung, die von einem fliegenden Stein oder anderen Trümmern oder von einem fallengelassenen Werkzeug herrührt, dann wird ein Beschädigungskrater in dem Laminat ausgebildet, was von dem betreffenden Gegenstand getroffen wurde. Bei einem durch Schichtenkörper verstärkten Aufbau kann sich ein derartiger Krater vollständig durch das erste Laminat und in die zentrale Verstärkung von Honigwaben oder dergleichen erstrecken.
Bei der Ausbesserung derartiger Verbundaufbauten wird im allgemeinen ein gewichtsmäßig leichtes Verbundfüllmaterial in den Krater in einem thixotropischen Zustand derart eingefügt, daß er etwas über die äußere Oberfläche vorsteht. Dann läßt man das Füllmaterial aushärten und sich verfestigen. Es wird dann abgeschliffen, bis es mit der Oberfläche des Aufbaus vergleicht. Dann wird ein Flecken aus faserverstärktem Verbundmaterial entweder im ausgehärteten Zustand oder öfter in einem ungehärteten Zustand auf der Oberfläche des Aufbaus über dem ausgefüllten Krater aufgeklebt, wobei ein getrennter Kleber benutzt wird, und dann wird der Flecken unter Benutzung von Vakuum und Hitze fest verbunden. Das Vakuum wird normalerweise unter Benutzung eines luftdichten Materialblattes angelegt, das über die Reparaturstelle gefügt und zeitweilig an dem Aufbau dichtend festgelegt wird, indem eine Perle aus einem Kleber um den Umfang herum gefügt wird. Dann wird ein Vakuum unter dem Blatt erzeugt, und man versucht dadurch zu gewährleisten, daß alle Luftblasen von unterhalb des Fleckens ausgetrieben werden, um eine gute Verbindung zu gewährleisten. Gleichzeitig wird eine Heizauflage innerhalb oder außerhalb der Vakuumhülle angeordnet, um die Reparaturstelle zu erhitzen und eine Aushärtung und Verfestigung des Klebers zu bewirken, der normalerweise aus einem aushärtbaren Kunstharz besteht.
Ein derartiger Flecken ist beschrieben in der Literaturstelle Sam Dastin (Grumman Corp.) "Repairing advanced composite materials", Febr. 1986, Band 58, Nr. 4, Seite 86 bis 90. Ein derartiger Flecken entspricht dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Reparaturen können bis zur Vollendung etwa vier Stunden oder mehr Zeit in Anspruch nehmen, und zwar hauptsächlich infolge der Zeitdauer, die notwendig ist, um eine Aushärtung des Füllstoffes und des Klebers zu ermöglichen. Außerdem kann trotz Benutzung von Vakuumanordnungen zum Austreiben der unter dem Flecken eingeschlossenen Luft das vollständige Fehlen derartiger Lufteinschlüsse nicht garantiert werden, und es muß eine zerstörungsfreie Prüfung durchgeführt werden, um die strukturelle Integrität der Reparatur zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flecken und eine Methode zur dauerhaften Ausbesserung eines Verbundaufbaus zu schaffen, wobei ein Flecken benutzt wird, der die Schwierigkeiten des bekannten Standes der Technik vermeidet.
Gemäß einem ersten Merkmal der Erfindung ist ein Reparaturflecken aus faserverstärktem Kunststoff-Verbundmaterial vorgesehen, der auf einer Oberfläche eines faserverstärkten Plastik-Verbundaufbaus über einen beschädigten Bereich des Aufbaus gefügt wird und eine äußere Oberfläche definiert, wobei eine Verbindungsoberfläche auf der gegenüberliegenden Seite und ein Umfangsrand vorgesehen sind und der Flecken eine Faserverstärkung und ein Plastik-Matrixmaterial enthält und das Plastik-Matrixmaterial sich im wesentlichen im Härteendzustand befindet, wobei der Flecken eine Reihe von durchgehenden Öffnungen aufweist, um den Durchtritt der Materie durch die Öffnungen zu ermöglichen, während die Verbindung des Fleckens mit dem Aufbau stattfindet.
Die Reihe von Öffnungen, die in dem Flecken befindlich sind, gewährleisten im wesentlichen die gesamte Entfernung eingeschlossener Gase unter dem Flecken, was nicht nur die zerstörungsfreie Prüfung der Reparaturstelle überflüssig macht, sondern auch die Möglichkeit schafft, Flecken unbegrenzter Größe aufzubringen, um Reparaturen in der sicheren Erkenntnis durchführen zu können, daß die Größe der Reparaturstelle keinen Einfluß auf die Möglichkeit von Gaseinschlüssen unter dem Flecken hat.
Die Öffnungen können an Stellen definiert werden, die im wesentlichen im Abstand über die gesamte Fläche des Fleckens zweckmäßigerweise in Gitterform angeordnet sind.
Wenigstens eine Öffnung kann größer als im wesentlichen 0,01 mm sein und kleiner als im wesentlichen 2 mm im Durchmesser und vorzugsweise größer als etwa 0,05 mm und weniger als im wesentlichen 1,0 mm im Durchmesser. Weiter bevorzugt ist ein Durchmesser von mehr als etwa 0,05 mm und weniger als etwa 0,1 mm.
Derartige Löcher können zweckmäßigerweise in einem Flecken durch ein Laser- Bohrverfahren eingebracht werden.
Wenn die Öffnungen im Durchmesser klein sind, dann kann der Abstand zwischen den Öffnungen entsprechend klein sein.
Der Flecken kann zweckmäßigerweise eine Schutzschicht aufweisen, die abschließend auf der äußeren Oberfläche aufgebracht wird.
Der Flecken kann mit einer vorbestimmten Krümmung ausgeformt werden, um entsprechend gekrümmte Strukturen ausbessern zu können. Die Flecken können aus einer Reihe von Krümmungen zwischen bekannten Oberflächenkrümmungen ausgeformt werden, die auszubessern sind, wodurch eine gewisse Flexibilität des Fleckens beim Aufbringen auf die auszubessernde Oberfläche im Hinblick auf eine passende Krümmung zwischen Flecken und Oberfläche erreicht wird, selbst wenn nur eine beschränkte Zahl von Flecken auf Lager gehalten wird.
Der Flecken kann einen perforierten Film aufweisen, der an der äußeren Oberfläche angeheftet ist, wobei der Film wenigstens einen Bereich aufweisen kann, der sich über den Rand des Fleckens erstreckt, um den Flecken gegenüber dem Aufbau während der Aushärtung festzulegen. Der perforierte Film kann ein Kleberfilm sein und der wenigstens eine Bereich kann mehrere Ansätze zur Klebebefestigung auf der Oberfläche des auszubessernden Bauteils aufweisen, beispielsweise zur Befestigung auf der Oberfläche der Struktur selbst oder auf einem weiteren Schutzfilm, der auf die Oberfläche um den Krater herum aufgetragen ist.
Gemäß einem zweiten Merkmal der Erfindung ist ein Reparatursatz vorgesehen, um einen beschädigten Bereich eines faserverstärkten Plastik-Verbundaufbaus auszubessern, wobei der Bausatz einen Flecken gemäß dem ersten Merkmal der Erfindung aufweist, der in einem Umschlag aus einem Blatt luftdichten Materials untergebracht ist zur Benutzung als Vakuumhülle, wenn die Ausbesserung stattfindet, wobei noch eine ablösbare Abdeckschicht vorgesehen ist, die dichtend an dem Blatt aus luftdichtem Material angeordnet ist.
Der Bausatz gemäß der Erfindung schafft so in zweckmäßiger Weise einen nützlichen luft- und staubdichten Umschlag für eine einfache Anwendung an einer Ausbesserungsstelle, ohne daß es notwendig wäre, getrennt eine Zahl von Elementen zur Verfügung zu halten und aufzubringen, um die Ausbesserung durchführen zu können.
Es kann ein Blatt aus luftdichtem Material dichtend auf der abziehbaren Abdeckschicht durch eine Kleberperle festgelegt werden, um eine Abdichtung des Blattes aus luftdichtem Material am auszubessernden Aufbau aufzubringen und die Ausbesserung durchzuführen.
Der Reparaturbausatz kann eine Schicht aus atmungsaktivem Stoff aufweisen, der zwischen den Flecken und das luftdichte Materialblatt gefügt ist, und dieser Stoff kann wenigstens eine Schicht aus einem perforierten Film aufweisen, der zwischen das Blatt aus luftdichtem Material und dem Flecken eingefügt ist.
Gemäß einem dritten Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zur Ausbesserung von Beschädigungen eines faserverstärkten Plastik-Verbundaufbaus vorgesehen, wobei der Aufbau wenigstens ein monolithisches Laminat aufweist und die Beschädigung einen Krater wenigstens in dem Laminat umfaßt, der sich von der Oberfläche des auszubessernden Laminats in das Laminat hinein erstreckt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
es wird auf die Oberfläche, die verbunden werden soll und in den Krater eingefügt wird, ein flüssiger Kleber aufgetragen;
es wird der Kleber in der Höhe derart nivelliert, daß er etwas über die Oberfläche vorsteht und dabei den Krater im wesentlichen ausfüllt;
es wird ein Flecken gemäß dem ersten Merkmal der Erfindung auf die Oberfläche derart aufgelegt, daß der Krater abgedeckt wird, und
es wird überschüssiger Kleber und Gas von Stellen unterhalb des Fleckens durch die Öffnungen im Flecken abgezogen, und es wird der Kleber ausgehärtet, um den Flecken an Ort und Stelle am Aufbau festzulegen und die Ausbesserung zu vollenden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht demgemäß die Benutzung eines Fleckens gemäß dem ersten Merkmal der Erfindung in der Weise, daß die Benutzung eines getrennten Füllmaterials entbehrlich wird, das getrennt ausgehärtet und abgeschliffen werden müßte, um glatt in die auszubessernde Oberfläche überzugehen, bevor der Flecken wiederum mit einem getrennten Kleber aufgebracht werden müßte. Die Gesamtzeitersparnis für Ausbesserungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit wenigstens drei Stunden gegenüber bekannten Verfahren angenommen. Wenn man berücksichtigt, daß die Kosten für ein am Boden befindliches Flugzeug sich auf etwa 100.000,00 US$ pro Stunde belaufen, wird verständlich, daß erhebliche Kosteneinsparungen möglich werden, wenn das erfindungsgemäße Verfahren benutzt wird.
Der flüssige Kleber ist vorzugsweise thixotropisch, um eine Ausbesserung in jeder Lage zu ermöglichen. Es können in den flüssigen Kleber feste Einschlüsse eingebracht werden. Diese können derart bemessen sein, daß ihr Vorhandensein individuell zwischen dem Flecken und der Oberfläche des Aufbaus leicht durch einen Arbeiter festgestellt werden kann, der die Ausbesserung durchführt. Dadurch wird das unerwünschte Vorhandensein derartiger Einschlüsse längs der Verbindungslinie vermieden.
Der Zweck der festen Einschlüsse besteht darin, dem Kleber ein gewisses Ausmaß an Kompressibilität zu verleihen, um Feuer, resultierend aus einer exothermischen Reaktion, zu vermeiden, die bei Aushärtung des Kunststoffs stattfinden könnte, und außerdem wird hierdurch Gewicht eingespart. Die Flexibilität oder Elastizität kann das Vorhandensein von Rissen an der Grenzschicht zwischen dem Kunststoff und der auszubessernden Struktur vermeiden helfen. Eine derartige Grenzschicht kann an der Zwischenfläche mit einem monolithischen Laminat oder an einer Zwischenfläche mit einem verstärkten Sandwich-Material, beispielsweise aus Papier oder anderen Faserstoffen, auftreten.
Es ist zweckmäßig, daß derartige feste Einschlüsse eine gekrümmte äußere Oberfläche besitzen, wodurch der Kleber überall an der auszubessernden Stelle angreift und eine verbesserte Verbindung bewirkt.
Die festen Einschlüsse können ihrer Natur nach etwas elastisch sein, aber es ist zweckmäßiger, wenn sie in der Lage sind zu zerbröckeln, wenn sie einem darauf wirkenden Druck ausgesetzt sind. Ein unter der registrierten Marke Rohacel vertriebenes Material hat derartige geeignete Eigenschaften.
Demgemäß kann das Verfahren die Auswahl wenigstens einiger fester Einschlüsse aufweisen, so daß ein Volumen von flüssigem Kleber innerhalb des Kraters und des Fleckens etwas kompressibel ist.
Während des Verfahrensschrittes der Aushärtung des Klebers kann die Temperatur auf einen Wert angehoben werden, der etwas unter 100ºC liegt. Wenn ein aushärtbares Kunstharz als Kleber benutzt wird, vermeidet die Begrenzung der oberen Temperatur auf weniger als den Siedepunkt von Wasser die Erzeugung von Dampf, der über die Verbindungslinie eintreten und die Klebefestigkeit zwischen Flecken und Aufbau vermindern könnte. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Kunstharz- Aushärtetemperatur bis auf 180ºC angehoben werden könnte, aber bei Ausbesserungen auf diesem Gebiet erscheint es zweckmäßiger, ein Kunstharz mit einer niedrigeren Aushärtetemperatur zu benutzen, um die Möglichkeit der Dampfbildung zu vermeiden.
Wenn der Kleber ein aushärtbares Kunstharz ist, dann kann das erfindungsgemäße Verfahren einen Verfahrensschritt aufweisen, in dem der Kleber während einer Zeitdauer ausgehärtet wird, die kleiner ist als etwa eine Stunde. Eine derartige kurze Aushärtezeit kann dramatisch die Gesamtzeit der Reparatur nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verkürzen.
Der Verfahrensschritt des Einführens fester Bestandteile in den Kleber kann mit dem Einführen von Mikrofasern in den Kleber verbunden sein. Eine zufällige Verteilung derartiger Mikrofasern kann die ausgehärtete strukturelle Qualität jenes Anteils des Klebers verbessern, der benutzt wird, um den Beschädigungskrater auszufüllen.
Es kann ein Schutzfilm auf die Oberfläche der auszubessernden Struktur rings um einen Bereich der Oberfläche aufgebracht werden, der durch den Flecken bedeckt wird, bevor dieser Flecken aufgebracht wird.
Der Schutzfilm kann gegenüber dem Krater zentralisiert und orientiert werden, wenn er auf die Oberfläche aufgebracht wird, und es können Richtmarken auf den Schutzfilm und auf einer äußeren dem Flecken zugeordneten Oberfläche aufgebracht werden, d. h. entweder auf dem Flecken selbst oder auf einer Vakuumhülle des Reparaturbausatzes, der den Flecken enthält. Die Markierungen am Flecken oder am Bausatz und am Schutzfilm können dann aufeinander ausgerichtet werden, wenn der Flecken auf der Oberfläche des Aufbaus aufgebracht wird, um eine genaue Ausrichtung des Fleckens gegenüber dem Beschädigungskrater zu gewährleisten. Hierdurch wird eine strukturell gesunde Ausbesserung gewährleistet, ohne daß übermäßig große Flecken benötigt würden.
Es kann ein fester Träger in den Krater eingeführt werden, um eine Abstützung für den Flecken zu bilden, während dieser über den Krater gefügt wird und während die Aushärtung des Klebers stattfindet. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Gestalt des Fleckens nicht gegenüber einer Form verzerrt wird, die der Kontur der auszubessernden Oberfläche entspricht. Eine derartige Verzerrung könnte eine unzulässige strukturelle Schwächung bewirken, insbesondere bei Auftreten von Kompressionsbelastungen auf die Flugzeughaut. Bei Durchführung einer großen Reparatur kann beispielsweise der Flecken wenigstens eine Stütze aufweisen, der in den im Krater befindlichen Kleber derart einsteht, daß ein Ende der Stütze die Basis des Kraters berührt und das andere Ende am Flecken anliegt, wenn dieser auf die Stütze des Fleckens in einer gewünschten Beziehung gegenüber der auszubessernden Oberfläche aufgelegt wird. Diese Stütze kann zweckmäßigerweise aus einem Glasfaser-Verbundkörper oder einem Kohlenstoffaser-Verbundkörper oder aus einem Kohlenstoffaserstab bestehen. Die Länge kann gemäß den jeweiligen Erfordernissen zugeschnitten werden.
Der auszubessernde Bauteil kann ein durch Sandwich-Aufbau versteifter Aufbau sein, der zwei im Abstand zueinander liegende monolithische Laminate aufweist, die durch einen Zellaufbau, beispielsweise einen dazwischenliegenden Honigwabenaufbau, getrennt sind. Eine bei der Reparatur benutzte Stütze könnte sich dann unter die Basis des Kraters erstrecken und an einer inneren Oberfläche jenes monolithischen Laminats anstoßen, das gegenüber der beschädigten Stelle distanziert ist.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Fleckens kann einen ersten Schritt umfassen, in dem der Flecken ausgehärtet wird, wenn ein aushärtbares Kunstharz benutzt wird. Dann wird eine äußere Oberfläche des Fleckens mit einem Anstrich versehen, und dann werden beispielsweise mittels eines Lasers Öffnungen in den Flecken eingebohrt.
Der Flecken kann auf eine vorbestimmte Krümmung vorgeformt werden, bevor das Kunstharz aushärtet. Eine derartige Krümmung kann zwischen unterschiedlichen Krümmungen liegen, auf denen ein gegebener Flecken aufzubringen ist, beispielsweise die Krümmung eines Vorderrandes eines Flugzeugtragflügels.
Der Flecken kann den Erfordernissen gemäß eine bestimmte Dicke aufweisen und eine geeignete Zahl von Stützen, um die erforderliche strukturelle Befestigung unter den jeweiligen Umständen zu verleihen.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Ausbesserungsverfahrens können all die bekannten normalen Vorbereitungsarbeiten an dem beschädigten Bereich durchgeführt werden, beispielsweise eine durchgehende Trocknung, ein Abschleifen und ein Reinigen der auszubessernden Oberfläche, wobei Steine und andere Fremdkörper entfernt werden.
Beste Ergebnisse für die Ausbesserung sind wahrscheinlich dann zu erwarten, wenn der flüssige Kleber auf alle Kontaktoberflächen mit einer Bürste oder dergleichen aufgetragen wird, um eine gute Adhäsion zu gewährleisten.
Unter Umständen, unter denen ein thermoplastischer Flecken benutzt wird, kann ebenfalls noch ein aushärtbares Kunstharz als Kleber gemäß der Erfindung benutzt werden.
Wenn überschüssiger Kleber und/oder Gas von Stellen unter dem Flecken durch die Öffnungen im Flecken abgezogen werden, dann kann zweckmäßigerweise ein Vakuum angelegt werden, das unter einer Vakuumhülle angelegt wird, die dichtend an der Oberfläche festgelegt ist. Ein Vakuum von bis zu etwa 75% eines vollen Vakuums hat sich für das erfindungsgemäße Verfahren als zufriedenstellend erwiesen. Der Flecken gemäß der Erfindung bewirkt, daß die Öffnungen sich selbst abdichten und mit der äußeren Oberfläche des Fleckens vergleichen, wenn der Kleber aushärtet, und insbesondere dann, wenn ein Schutzfilm von der äußeren Oberfläche entfernt wird.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ist eine obere Dreiviertelansicht eines erfindungsgemäßen Fleckens;
Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II gemäß Fig. 1 zusammen mit einem Schnitt durch einen mit einem Sandwich-Körper verstärkten Laminataufbau, der auszubessern ist;
Fig. 3 ist eine Ansicht der Komponenten gemäß Fig. 2, wobei der Flecken an Ort und Stelle festgelegt ist, um den durch den Sandwich-Körper verstärkten Laminataufbau auszubessern;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines der Fig. 1 ähnlichen Fleckens, bereit zum Aufbringen auf einem auszubessernden Aufbau;
Fig. 5 ist ein Schnitt durch einen beschädigten Aufbau und durch einen erfindungsgemäßen Reparatur-Bausatz;
Fig. 6 ist eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht eines Aufbaus und eines Fleckens mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Reparatur-Stützstab;
Fig. 7 ist ein Schnitt der in Fig. 6 dargestellten Elemente;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Reparatur-Bausatzes.
Zunächst wird auf die Fig. 1, 2, 3 und 4 der Zeichnung Bezug genommen, in denen ein Flecken 1 gemäß der Erfindung dargestellt ist. Der Flecken 1 hat einen ablösbaren Plastik-Schutzfilm 2 in Berührung mit einer äußeren Oberfläche 3 und einer gegenüberliegenden Klebefläche 4 und einem Umfangsrand 5. Der Flecken ist mit einer Reihe von Öffnungen 6 perforiert, die durchgehend ausgebildet sind, damit Gase und/oder überschüssiges Kunstharz während der Durchführung der Reparatur entweichen können. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Plastik-Schutzfilm 2, wie schematisch dargestellt, längs des Fleckens perforiert ist, wodurch Gase und andere Fremdkörper hindurchtreten können. Der Flecken hat einen abschließenden Schutzüberzug in Form einer Farbschicht 7 (Fig. 2), die in gleicher Weise wie der Flecken perforiert ist. Die Perforation wird unter Benutzung einer Laser-Bohrtechnik durchgeführt, und die Öffnungen im Flecken haben einen Durchmesser zwischen 0,05 mm und 0,1 mm. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Öffnungen im wesentlichen über die Gesamtfläche des Fleckens verteilt sind.
Aus Fig. 2 ist auch ersichtlich, daß der Flecken zwei Lagen 8, 9 aufweist, die zusammen ausgehärtet sind und zusammen durch Lasertechnik durchbohrt sind.
Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen die Anwendung eines Fleckens 1 gemäß der Erfindung bei der Aufbringung auf einen durch einen Sandwich-Körper verstärkten Kohlenfaser-Verbundlaminataufbau, der einen Beschädigungskrater 10 aufweist. Der Aufbau 11 besteht aus zwei im Abstand zueinander angeordneten monolithischen Kohlenstoffaser-Laminaten 12 und 13. Diese Laminate 12 und 13 sind durch einen Faserstoff-Honigwabenaufbau 14 voneinander getrennt. Es ist ersichtlich, daß der Beschädigungskrater sich durch das Laminat 12 hindurch in den Honigwabenaufbau 14 hinein erstreckt.
Zunächst wird der Krater 10 für die Reparatur dadurch vorbereitet, daß alle rauhen Ränder durch Schleifen geglättet und loses Material durch Absaugen entfernt wird. Der gereinigte und vorbereitete Krater wird dann durch herkömmliche Mittel getrocknet. Dann wird eine Mischung eines flüssigen Klebers 15 aus schnell härtendem Kunststoff vorbereitet. In den Kleber 15 werden aus Rohacel bestehende Kugeln 16 mit einem Durchmesser von etwa 3 mm eingeführt. Es werden so viele Kugeln 16 eingeführt, daß ein Volumen, das den Kleber umschließt, im wesentlichen ausgefüllt wird, wobei der flüssige Kleber 15 die Spalte zwischen benachbarten sich berührenden Kugeln ausfüllt. Auf diese Weise wird eine gewichtsmäßig leichte Mischung mit einer gewissen Kompressibilität erzeugt.
Die Wände des Kraters und alle anderen Oberflächen, die an der Verbindung teilhaben, werden dann mit einem flüssigen Kleber 15 bestrichen, bevor die Mischung mit den Kugeln 16 in den Krater eingeführt wird. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Mischung in den Krater so weit eingefüllt wird, bis die Mischung etwas über die Oberfläche 17 des auszubessernden Aufbaus 11 vorsteht. Zur zusätzlichen Verfestigung der Mischung enthält der flüssige Kleber 15 Mikrofasern 18, die darin dispergiert sind, um die Festigkeit des Kunstharzes zu vergrößern, wenn dieser ausgehärtet ist.
Die Oberfläche 17 des Aufbaus wird über einen Bereich, der die Fläche umgibt, auf die der Flecken 1 aufgelegt wird, mit einer Schicht aus einem Schutzfilm 19 bedeckt, wie dies aus Fig. 2, 3 und 4 ersichtlich ist. Der Schutzfilm 19 wird gegenüber dem Krater zentralisiert und orientiert, während er aufgelegt wird, und er definiert eine ovale Öffnung 20 darin, die um etwa 5 mm in Querrichtung gemessen größer ist als die entsprechende Abmessung des Fleckens (Fig. 3). Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß sowohl der Schutzfilm 19 als auch der abschalbare Schutzfilm 2 Richtmarkierungen 21, 22 in Längsrichtung und Markierungen 23, 24 in Querrichtung aufweisen. Eine Ausrichtung dieser Markierungen während der Anordnung des Fleckens auf dem Krater vereinfacht eine genaue Plazierung des Fleckens beträchtlich, so daß eine optimale strukturelle Festigkeit der Reparaturstelle gewährleistet wird.
Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß der abschalbare Schutzfilm 2 Klebeansätze 25, 26, 27, 28 aufweist, um den Flecken 1 gegenüber dem Aufbau 11 während der Aushärtung des Kunstharzklebers sicher zu haltern. Die Schutzfilme 2 und 19 werden natürlich von dem Flecken und der Oberfläche 17 abgezogen und weggeworfen, nachdem der Flecken an Ort und Stelle ausgehärtet ist.
Nunmehr wird wiederum auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen. Ein flüssiger Kleber 15 wird gleichmäßig über der Verbindungsoberfläche 4 des Fleckens und jenen Teil der Oberfläche 17 des Aufbaus aufgetragen, auf dem der Flecken festgelegt wird. Der Flecken 1 wird dann dicht in seine richtige Stellung über dem Krater 10 gepreßt, wie dies in Fig. 3 und auch in Fig. 5 dargestellt ist, so daß eine durchgehende Verbindungsfläche zwischen dem Flecken und dem Aufbau erzeugt wird, wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist. Aus Fig. 5 ist weiter ersichtlich, daß die aus Rohacel bestehenden Kugeln 16 offensichtlich zu groß sind, um zwischen dem Flecken und der Oberfläche 17 des Aufbaus zu wandern, ohne daß dies deutlich von dem Benutzer wahrgenommen wird, der den Flecken aufbringt.
Nachdem der Benutzer sich überzeugt hat, daß der Flecken richtig positioniert ist, kann eine Erhitzung stattfinden, und es kann ein Vakuum angelegt werden und eine Aushärtung des Klebers und eine Kompression der Reparaturstelle gewährleistet werden, um unerwünschte Gase oder einen überschüssigen Kleber aus dem Bereich unter dem Flecken abzuziehen.
In Fig. 5 ist eine Vakuumhülle 29 über der Reparaturstelle ersichtlich, die daran mittels einer Perle eines Gummiklebers 30 versiegelt ist. Wie ersichtlich, wird über ein Rohr 31 abgesaugt, das mit einer nicht dargestellten Vakuumquelle verbunden wird. Innerhalb der Vakuumhülle 29 findet sich eine Schicht aus einem porösen, atmungsaktiven Stoff 32, um alle möglichen Gase von jedem Teil des Aufbaus an das Absaugrohr 31 zu übertragen. Unter dem atmungsaktiven Stoff 32 befindet sich ein perforierter, nicht angehefteter Leckfilm 33, und unter diesem befindet sich der Schutzfilm 2 und der Flecken 1. Über diesem Aufbau ist ein Heizkissen 34 dargestellt, um die Reparaturstelle zu erwärmen und eine Aushärtung des Kunstharzes zu bewirken. Durch die in Fig. 5 nicht dargestellten Öffnungen im Flecken 1 und durch die Öffnungen im Schutzfilm 2 über dem Flecken entweichen die Gase und Luftblasen unter dem Flecken 1. Es hat sich gezeigt, daß außerdem überschüssiger Kunstharz durch die Öffnungen in den Flecken mit der gleichen Leichtigkeit wandert und dann von dem atmungsaktiven Stoff 32 absorbiert wird. Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Ausbesserung beschädigter Bereiche von Verbundlaminataufbauten unbegrenzter Größe, weil der erfindungsgemäße poröse Flecken Gase und überschüssigen Kleber hindurchtreten läßt, unabhängig davon, welche Mengen auch immer erforderlich sind. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß das Auffüllen des Kraters unter dem Flecken mit aus Rohacel bestehenden Kugeln 16 in zweckmäßiger Weise den Flecken während der Vakuumanwendung abstützt und ein unzweckmäßiges Einsacken des Fleckens in den Krater hinein verhindert. Im Falle außerordentlich großer Reparaturstellen kann ein Aufbau gemäß Fig. 6 und 7 benutzt werden. Dabei wird ein Stützstab 35 aus glasfaserverstärktem Plastikmaterial benutzt, der in den Krater 10 derart eingesteckt wird, daß er den Flecken während der Aushärtung trägt. Der Stützstab 35 steht in den Honigwabenaufbau 14 ein und stößt an der inneren Oberfläche 40 des Laminats 13 an und trägt den Flecken während der Aushärtung des Kunstharzes.
Während der Aushärtung der Reparaturstelle wird Wärme von etwa 90ºC und 75% Vakuum für eine Zeitdauer zwischen 15 Minuten und einer Stunde angewandt, wobei die Zeitdauer von den jeweiligen Umständen der Reparatur abhängt, um eine volle Aushärtung des Kunstharzklebers sowohl innerhalb des Kraters als auch zwischen der Verbindungsoberfläche 4 des Fleckens und der auszubessernden Oberfläche 17 des Aufbaus zu gewährleisten. Diese gleichzeitige Aushärtung, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich wird, ist ein Schlüsselelement in der Verkürzung der Gesamtzeit, die erforderlich ist, um eine derartige strukturelle Reparatur an Verbundlaminaten durchzuführen.
Fig. 8 zeigt im Schnitt einen Reparatursatz 36 gemäß der Erfindung. Die dargestellten Elemente entsprechen jenen, die in Fig. 5 dargestellt sind, gesichert durch Zusatz einer luftdichten Abschlußfilmhülle 37, die durch einen Gummikleber 30 und zwei Schichten eines zweiseitigen Klebergewebes 41, 42 zwischen der Vakuumhülle 29 und dem atmungsaktiven Stoff 32 und dem Schutzfilm 2 gesichert sind. Diese Gewebeschichten halten die Elemente des Bausatzes ausgerichtet, um eine genaue Lokalisierung des Fleckens gegenüber dem Krater zu gewährleisten, wenn der gesamte Bausatz über den Krater gefügt wird. Die Ansätze 25, 26, 27, 28 sind nicht notwendig, wenn dieser Bausatz benutzt wird. Der Bausatz ist völlig atmosphärisch abgedichtet durch Zusatz einer Kappe 38, die in ihrer Lage über dem Absaugrohr 31 der Vakuumhülle 29 gesichert ist.
Wenn es erforderlich ist, eine Reparatur unter Benutzung des erfindungsgemäßen Bausatzes durchzuführen, wird der Abschlußfilm 37 von dem Gummikleber 30 abgezogen, um den Flecken 1 freizulegen und bereit zu machen zur Anwendung des flüssigen Klebers auf die Verbindungsoberflächen 4 und 17 davon. Der Flecken 1 wird dann auf den zu reparierenden Bereich aufgelegt. Alternativ wird der gesamte Bausatz 36 über die Reparaturstelle gefügt, wobei der Flecken in seiner Lage innerhalb des Bausatzes ausgerichtet wird. In diesen Fällen sind Ausrichtmarken in geeigneter Weise auf der Vakuumhülle 29 angeordnet, um die Lokalisierung des Bausatzes genau gegenüber dem Krater zu unterstützen. Während der Aufbringung des Bausatzes auf die Oberfläche 17 des zu reparierenden Ausbaus wird der Gummikleber 30 dichtend mit der Oberfläche 17 verbunden, um eine luftdichte Abdichtung zur Anwendung eines Vakuums innerhalb der Vakuumhülle durch das Rohr 31 zu erzeugen. Danach wird die Reparatur durchgeführt, wie dies oben unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben wurde.
Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß der Flecken, der Reparaturbausatz und das erfindungsgemäße Verfahren eine saubere und extrem wirksame Anordnung schaffen, um strukturell gesunde Reparaturen an Verbundstrukturen durchzuführen, und zwar in einem Bruchteil der Zeit, die bisher unter Verwendung bekannter Verfahren erforderlich war.

Claims

1. Ein Flecken (1) aus faserverstärktem Plastik-Verbundmaterial zur Anbringung auf einer Oberfläche (17) einer faserverstärkten Plastik-Verbundstruktur (11) über einem beschädigten Bereich (10) der Struktur, wobei der Flecken (1) eine äußere Oberfläche (3), eine Verbindungsoberfläche (4) auf der gegenüberliegenden Seite und einen Umfangsrand (5) aufweist, und wobei der Flecken (1) eine Faserverstärkung und ein Plastik-Matrixmaterial enthält und das Plastik- Matrixmaterial sich in einem im wesentlichen vollendeten Härtezustand befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Flecken (1) eine Reihe von durchgehenden Öffnungen (6) aufweist, damit während der Verbindung des Fleckens auf der Struktur Substanzen hindurchtreten können.

2. Flecken nach Anspruch 1, bei welchem die Öffnungen (6) an Stellen positioniert sind, die im wesentlichen über den gesamten Bereich des Fleckens im Abstand zueinander angeordnet sind.

3. Flecken nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei welchem wenigstens eine der Öffnungen (6) einen Durchmesser aufweist, der beträchtlich größer ist als 0,01 mm und kleiner als etwa 2 mm.

4. Flecken nach Anspruch 3, bei welchem die wenigstens eine Öffnung (6) einen Durchmesser von mehr als etwa 0,05 mm und weniger als etwa 1,0 mm aufweist.

5. Flecken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher mit einer vorbestimmten Krümmung geformt ist, um gekrümmte Strukturen ausbessern zu können.

6. Flecken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher einen perforierten Film (2) aufweist, der an der äußeren Oberfläche (3) des Fleckens angeklebt ist, wobei der Film wenigstens einen Bereich (25, 26, 27, 28) aufweist, der sich über den Rand (5) des Fleckens erstreckt, um den Flecken während der Durchführung der Verbindung festzulegen.

7. Flecken nach Anspruch 6, bei welchem der perforierte Film (2) ein Selbstklebefilm ist, und daß der wenigstens eine Bereich aus einer Reihe von Ansätzen (25, 26, 27, 28) besteht, die zur Klebebefestigung auf einer Oberfläche der auszubessernden Struktur (17) dienen.

8. Reparatur-Bausatz zur Ausbesserung eines beschädigten Bereichs einer faserverstärkten Plastik-Verbundstruktur, welcher einen Flecken (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfaßt, der in einer Umhüllung angeordnet ist, die aus einem Blatt aus luftdichtem Material (29) besteht und als Vakuumhülle wirkt, wenn die Ausbesserung durchgeführt wird, wobei die Umhüllung außerdem eine entfernbare Abdeckschicht (37) aufweist, die dichtend auf dem Blatt aus luftdichtem Material (29) festgelegt ist.

9. Reparatur-Bausatz nach Anspruch 8, bei welchem das Blatt aus luftdichtem Material (29) dichtend auf der abnehmbaren Deckschicht (37) durch eine Klebeperle (30) befestigt ist, um bei der Benutzung das Blatt aus luftdichtem Material dichtend mit der Struktur zu verbinden, um die Ausbesserung durchführen zu können.

10. Verfahren zur Ausbesserung von Beschädigungen an einer faserverstärkten Plastik-Verbundstruktur (11), die wenigstens ein monolithisches Laminat (12) aufweist, wobei die Beschädigung einen Krater (10) wenigstens in dem Laminat aufweist, der sich von der Oberfläche (17) des auszubessernden Laminats in das Laminat hinein erstreckt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

es wird auf die zu verbindenden Oberflächen ein flüssiger Kleber aufgetragen, der auch in den Krater (10) eingeführt wird;

es wird der Kleber in der Höhe derart ausgerichtet, daß er etwas über diese Oberfläche (17) vorsteht, wobei im wesentlichen der Krater (10) ausgefüllt ist;

es wird ein Flecken gemäß Anspruch 1 auf die Oberfläche (17) aufgelegt, um den Krater (10) abzudecken, und

es wird überschüssiger Kleber (15) und Gas von Stellen unter den Flecken durch die Öffnungen (6) im Flecken abgezogen, und es wird der Kleber ausgehärtet, um den Flecken in seiner Lage zu fixieren und die Ausbesserung abzuschließen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, welches den Schritt aufweist, in den flüssigen Kleber (15) feste Einschlüsse (16) einzuführen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem wenigstens einige der festen Einschlüsse (16) so bemessen sind, daß ihr Vorhandensein individuell zwischen dem Flecken (1) und der Oberfläche (17) der Struktur leicht durch eine Person festgestellt werden kann, die die Ausbesserung durchführt.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 11 oder 12, bei welchem wenigstens einige der festen Einschlüsse (16) so gewählt sind, daß ein Volumen von flüssigem Kleber (15) erzeugt wird, der vom Krater (10) aufgenommen wird, wobei der Flecken (1) etwas kompressibel ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei welchem der Kleber (15) ein aushärtbares Kunstharz ist und das Verfahren den Schritt enthält, den Kleber während einer Zeitperiode auszuhärten, die kleiner ist als im wesentlichen eine Stunde.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, welches den Schritt aufweist, einen Schutzfilm (19) auf der Oberfläche (17) der auszubessernden Struktur rings um einen Bereich, der durch den Flecken (1) zu bedeckenden Oberfläche (17) aufzulegen, bevor der Flecken aufgebracht wird, wobei der Schutzfilm (19) zentralisiert und gegenüber dem Krater (10) während des Aufbringens des Films orientiert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, welches den Schritt aufweist, Ausrichtmarken (21, 22, 23, 24) auf dem Schutzfilm (19) und einer äußeren Oberfläche (2) anzubringen, die dem Flecken zugeordnet ist, wobei diese Marken (21, 23) auf der äußeren Oberfläche (2) mit den Marken (22, 24) auf dem Schutzfilm (19) ausgerichtet werden, wenn der Flecken (1) auf der Oberfläche (17) der Struktur aufgebracht wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, soweit abhänbgig von Anspruch 11, bei welchem der Schritt der Einführung fester Einschlüsse in den Kleber (15) einen weiteren Schritt der Einführung von Mikrofasern in den Kleber umfaßt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, welches weiter den Schritt aufweist, einen festen Träger (35) in den Krater (10) einzuführen, um eine Abstützung für den Flecken (1) zu schaffen, während dieser über den Krater gefügt wird und während der Kleber (15) aushärtet.