AT508430B1 - Formbauteil und dessen verwendung - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT508 430B1 2011-01-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Formbauteil zur Erzeugung von aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen bestehenden Gegenständen und die Verwendung desselben.

[0002] In zunehmendem Maße werden Bauteile auch für sicherheitsrelevante Produkte, wie im Flugzeugbau, aus Kohlefaser verstärkten Kunststoffen (CFK) hergestellt. Für die Produktion derartiger Bauteile werden Werkzeuge (Formen) benötigt, in denen das viskose Harz-Kohlefaser-Gelege bei einer Temperatur von ca. 180°C ausgehärtet wird. Beim sogenannten RTM (Resin Transfer Molding) - Verfahren werden Kohlefasertextilien in die Form eingelegt, die Form evakuiert und anschließend das Flarz in die Form injiziert. Nach dem Aushärten bei ca. 180 °C wird das Bauteil aus dem Werkzeug entnommen. Als Werkstoffe kommen für diese Formen entweder C-Stähle oder eine Legierung mit geringem Ausdehnungskoeffizient (Eisen mit 36% Nickel, Ni36) zum Einsatz, die typischerweise einen mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 1,6 und 2,5 x 10"6K"1 hat.

[0003] Die DE 102 58 356 B3 beschreibt die Verwendung einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung für Schattenmasken in großen flachen Monitoren und Bildschirmen, wobei diese Masken als Bandmaterial mit einer Stärke < 1 mm vorliegen. Eine Verwendung als RTM-Formteil wird nicht nahe gelegt.

[0004] Die EP 0 765 950 A1 beschreibt eine Verwendung einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung für Formbauteile mit relativ hohen Nickel- und Niobgehalten.

[0005] Die in der EP 0 368 565 A1 offenbarte Legierung hat einen relativ hohen Kohlenstoffgehalt.

[0006] Der Einsatz dieser RTM-Formen ist mit Schwierigkeiten und einem erheblichen Aufwand verbunden, da sich nach dem Aushärten das Bauteil schwer aus der Form wieder lösen lässt und zusätzlich das Bauteil aufwändigen Nacharbeiten unterzogen werden muss, damit es den Ansprüchen an seine Funktion gerecht werden kann.

[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, für diese Formen eine Legierung bereitzustellen, mit der genannte Schwierigkeiten einfach überwunden werden können.

[0008] Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung einer Eisen-Nickel-Kobalt- Legierung im CFK-Formbau mit (in Masse %) [0009] Ni 32,5 bis 33,5 % [0010] Co > 3,5 bis < 4,5 % [0011] AI 0,001 bis 0,05 % [0012] Mn 0,005 bis 0,1% [0013] Si 0,005 bis 0,1% [0014] Nb 0,001 bis 0,1 % [0015] C 0,005 bis max. 0,009 % [0016] Mo max. 0,05 % [0017] Cr max. 0,05 % [0018] S max. 0,003 % [0019] N max. 0,004 % [0020] Ti max. 0,01 % [0021] Cu max. 0,05 % [0022] P max. 0,005 % 1/4 österreichisches Patentamt AT508 430 B1 2011-01-15 [0023] Mg max. 0,005 % [0024] Ca max. 0,003 % [0025] Zr max. 0,05 % [0026] 0 max. 0,005 % [0027] Fe Rest, [0028] wobei die Legierung im Temperaturbereich von 20 bis 200 °C einen mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten < 1,3 x 10 6/K aufweist und das Formbauteil als Frästeil aus warmgeformtem oder gegossenem Material herausgearbeitet und anschließend geglüht wird.

[0029] Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0030] Die Legierung kann auch in Form von Drahtmaterial, insbesondere als Schweißzusatzstoff bei der Herstellung der Form eingesetzt werden.

[0031] Ein bevorzugter Anwendungsfall für die Legierung wird im Flugzeugbau gesehen, wobei die Legierung als Formbauteil, insbesondere zur Erzeugung von CFK-Beschlägen mit der RTM-Technologie, eingesetzt werden kann. Andere Flugzeugbauteile, die ebenso in CFK-Leicht-bauweise ausgeführt werden, können mit Bauteilen aus der vorgeschlagenen Legierung ebenfalls erzeugt werden.

[0032] Gegenüber bisher zum Einsatz gelangenden Legierungen auf Basis von Ni 36 können Bauteile aus Formen dieser Legierung leicht entnommen werden, da die thermische Schrumpfung der Form nach dem Aushärtungsvorgang geringer ist. Durch eine geeignete Konstruktion der Form kann das Bauteil so entnommen werden, dass es seiner Funktion ohne Nacharbeiten gerecht wird.

[0033] Durch die einfachere Entnahme des Bauteils aus der Form wird außerdem die Lebensdauer der Form erhöht, da keine scharfkantigen Werkzeuge zum Einsatz kommen müssen, um das Bauteil aus der Form zu lösen [0034] In der Tabelle 1 sind beispielhafte chemische Zusammensetzungen für Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen aufgelistet.

Element (%) E1 E2 E3 E4 E5 E6 C 0,002 0,047 0,002 0,008 0,002 0,036 S 0,0023 0,0009 0,0006 0,0015 0,0004 0,0011 N 0,001 0,001 0,001 0,001 Cr 0,02 0,01 <0,01 <0,01 <0,01 0,01 Ni 34,20 34,25 32,75 32,80 32,80 32,55 Mn <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 Si 0,07 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 Mo 0,01 0,02 0,01 0,01 0,05 Ti <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 Cu 0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 P 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 AI 0,004 0,007 0,001 0,005 0,005 0,014 Mg 0,0004 0,0003 0,0003 0,0003 0,0002 0,0003 Ca 0,0004 < 0,001 0,0006 0,0006 0,0007 < 0,001 Co 3,1 3,1 3,38 3,9 4,45 4,9 Fe Rest Rest Rest Rest Rest Rest 2/4 AT508 430 B1 2011-01-15 österreichisches

Patentamt

Element (%) T1 U1 C 0,004 0,002 S 0,0008 0,0025 N 0,001 Cr 0,01 0,02 Ni 35,50 34,20 Mn 0,03 <0,01 Si 0,04 0,11 Mo 0,09 Ti <0,01 <0,01 Cu 0,05 0,01 P 0,002 0,003 AI 0,011 0,010 Mg 0,0006 0,0005 Ca 0,0002 0,0003 Co 1,44 2,3 Fe Rest Rest [0035] Die Legierungen E1 bis E3 sowie E6 erreichen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von 1,5-< 2,0x10'6/K im Temperaturbereich von 20 bis 200°C.

[0036] Die Legierungen E4 und E5 erzielen einen noch niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten von etwa 1,3 x 10"6/K im Temperaturbereich von 20 bis 200°C, so dass mit den Legierungen E4 und E5 eine Kombination von gesteigerter Festigkeit bei gleichzeitig niedriger Wärmeausdehnung erreicht wurde. 3/4