CN102858508A - 用于由纤维复合材料制造多次拱起的结构构件的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于由纤维复合材料制造大面积三维拱起的结构构件的方法和设备，所述结构构件包括具有向外拱起的装配面（3）的装备装置（AKV），所述装配面具有用于装入结构组件的容纳通道（4），并且能够用辅助材料加载，其中所述被加载的装备装置（AKV）与对此相应地形成的层压粘合装置（LKV）共同作用，以用于在压力下形成所述结构构件，其中装配面（3）由分别可弹性变形的多个装配壳体部件（7a-7c）形成，所述装配壳体部件沿着至少一个纵向延伸的分界线（8a、8b）彼此相邻地设置，并且安装在在壳体内侧横向于分界线（8a、8b）延伸的可弹性变形的多个承载隔框（9a-9b）上，对此，装配面（3）能够通过多个促动器（5a、5b）在移出状态（A）和至少一个移入状态（B）之间变形，以便将装备装置（AKV）相对于容纳通道（4）无侧凹地从层压粘合装置（LKV）中移出。

Description

用于由纤维复合材料制造多次拱起的结构构件的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于用纤维复合材料制造尤其两次拱起的大面积的结构构件的设备以及方法，所述结构构件包括具有相应地向外拱起的装配面的装备装置，所述装配面彼此隔开地具有至少纵向延伸的容纳通道，以用于装入结构组件特别是桁条，并且所述装配面能够用辅助材料加载，其中，所加载的装备装置与对此相应地形成的层压粘合装置共同作用，以用于在压力下成形结构构件。

尤其，本发明的使用领域涉及飞机制造工程。特别是具有大容积机身的客机或运输机能够以壳式结构、特别是半壳式结构制成。半壳式结构在飞机制造工程中理解为主要为两个壳体的机身构造。结合在一起，两个壳体得出机身部段的近似于圆形的或椭圆形的横截面。相继地用于机尾、机身中部和驾驶舱区段的多个机身部段得到整个飞机机身。越来越多地将适合的纤维复合材料用于飞机机身的制造，所述纤维复合材料例如是玻璃纤维增强或碳纤维增强的塑料。为了能够加固机身并且承受负载，壳体一般装备有加固支柱，特别是桁条和支柱。

在此感兴趣的制造原理中，壳形的结构构件在凹粘合模，所谓的层压粘合装置（LKV）中通过如下方式生产，即在此将纤维材料和树脂装入不同的层中并且将其硬化。在此，LKV与装备装置（ARV）共同作用，所述装备装置用于连同粘贴到层构造中的结构组件的定位一起准备蒙皮层的层构造，所述结构组件特别是桁条、窗框和门框等等。最后，LKV预先确定相应的外轮廓，并且确保壳形的结构构件的光滑的外表面。

用于飞机机身的多次特别是两次拱起的壳形的结构构件除了在机身横截面方向上的拱起部之外还具有横向于此的即在机身纵向方向上的明显的拱起部，然而所述拱起部通常弯曲更小。本发明致力于制造这类特别的结构构件。用于加固的结构组件桁条、支柱然而还有夹子、窗框和门框能够但是不必与这里所描述的装置处于硬化的状态。也能够使用的是预先成形的结构组件，即所谓的预成型件。

背景技术

由DE 10331358A1中得知前述类型的装置，所述装置原则上由LKV和在此相应的ARV组成。ARV基本上由平的基本承载件组成，在所述基本承载件上，格栅由不同长度的多个支撑壁固定，使得所述支撑壁的远侧的端部通过分别在此固定的模块化的型材部件形成向外拱起的装配面，其中，空隙用于装入桁条。在此，拱起的装配面基本上符合待制造的完整的结构构件的内轮廓的凹部。彼此相邻的模块化的型材部件之间的间隙分别设置在桁条位置的下方。在将结构构件的和辅助材料的完整构造建立在ARV上之后，将匹配的LKV精确匹配地放置在所述ARV的上方，以用于最终形成结构构件。

在制造过程的开始，首先将ARV的装配面用薄膜加载。用真空加载通过容纳通道形成的空腔，使得薄膜光滑地吸到装配面上。然后，薄膜的卷筒与真空蒙皮的卷筒耦联，使得薄膜卷起，并且使得真空蒙皮开卷到拱起的装配面上，并且保持原样地拉入桁条的容纳通道中。紧接着，将设有支撑元件的桁条装入用真空蒙皮加载的容纳通道中。随后在被真空蒙皮加载的容纳通道中置入设有支撑元件的桁条。紧接着，将所有由纤维复合材料制成的蒙皮层放置到模块化的型材的和桁条的用真空蒙皮加载的外表面区域上。在最外侧的蒙皮层上，以优化的量涂覆封料，并且紧接着将转动180°的LKV精确匹配地放置，环形的封料密封所述LKV，使得在真空蒙皮和LKV之间产生真空密封的封闭部，以及将真空蒙皮和LKV之间的腔室抽真空。在达到外蒙皮和LKV之间的预设的过程真空后，停止在通过空隙形成的空腔中的真空，以及向大气敞开。紧接着，将具有在此在移送ARV之后设置的结构构件的LKV抬起，转动180°并且引入随后的注射过程和硬化过程。

在将LKV与ARV分离时，由于与在内侧上纵向延伸的桁条相关联的结构构件相对于在ARV上的相应的容纳通道的拱起，出现所谓的侧凹问题，所述侧凹问题根据结构构件的拱起度，由于有阻碍的形状接合，可能会阻碍脱模。因此，在现有技术中提出，将用于桁条的容纳通道在ARV方面构造成，使得相对于垂直线不产生侧凹。然而，在此不利的是，结构构件的拱起度由于侧凹问题而强烈地受脱模可行性限制。因为，由于侧凹问题，在常规的ARV中，从特定的壳体拱起起，在将桁条移到位于LKV中的蒙皮上之后，蒙皮不再能够从LKV中移出，而在此不与桁条相撞。

为了解决所述问题已经尝试的是，将形成ARV的拱起的装配面的模块化的型材的部件在径向方向上可移动地构造，以便通过将放置在侧凹区域中的模块化型材移入来克服在此产生的侧凹。然而，这种技术上的解决方案导致用于实现拱起的装配面的所涉及的各个模块化型材的可运动性的显著耗费，所述模块化型材通常位于装配面的边缘区域中。

壳形结构构件的三维拱起加剧在这里感兴趣的制造原理情况下的侧凹问题。此外，受拱起限制地，在大多数时候非常长且重的ARV运动时，可能由于重力作用造成ARV的装配面的干扰地指向外或指向内的鼓起或弯曲。

因此，本发明的目的是，提供用于制造大面积的多次拱起的结构构件的设备，在解决侧凹问题的情况下，所述设备借助于简单的技术上的机构允许有效的自动化。

发明内容

所述目的从根据权利要求1的前序部分所述的设备出发，结合其特征部分的特征实现。在方法技术上，所述目的通过权利要求10所述的特征实现。分别相关的从属权利要求描述本发明的有利扩展方案。

本发明包括如下技术教导：ARV的装配面由多个可分别弹性变形的窗框和门框形成，所述窗框和门框沿着至少一个纵向延伸的分隔线相邻地设置，并且在多个壳体上在内侧安装有横向于分隔线延伸的可弹性变形的承载隔框。在此方面，装配面能够通过多个促动器在移出状态A和至少一个移入状态B之间变形，以便将ARV相对于容纳通道无侧凹地从LKV中移出。

根据本发明的解决方案的优点特别是在于，与造成所需的刚性的承载隔框相结合地，通过装配壳体的分界结构，能够表现ARV的大面积的特别是两次拱起的装配面，所述装配面由于其壳体划分和壳体放置阻碍了装配面的未限定的局部变形。在根据本发明的解决方案的范围内，应存在至少一个纵向延伸的分隔线。

在此，单独的装配壳体部件借助于特别的连接元件固定到承载隔框上，承载隔框将每个装配壳体部件在深度方向和横向方向上相对于拱起的装配面固定在至少一个点上，然而在相符于机身轴线的纵向方向上是活动自由的。

根据待制造的结构构件的面延伸也可能需要多个分隔线。在例如装配面的5壳式的构造中存在四个优选彼此相邻地设置的分隔线。然而，也可设想的是，设置横向延伸的分隔线。在对称构造的结构构件中，所述分隔部相对于每个装配面半部镜像对称地设置，以便实现装配面在移出状态A和移入状态B之间的均匀变形。结构构件的三维结构越清楚，装配面越容易未限定地局部变形，并且一般来说需要越多的分隔线来构造ARV的装配面。因此，在本发明的范围中，装配壳体部件的数量能够变化。用于装入结构组件的、特别是每个装配壳体部件的桁条的容纳通道的数量也能够变化。通过可弹性变形的承载隔框连接的单独的装配壳体部件在分隔线的边界部位上可通过柔性的蒙皮密封，以便制成连续的装配面，其中所述承载隔框形成一种横向加固部。ARV的这样构造的根据本发明的装配面的变形部分地通过承载隔框并且部分地通过装配壳体部件进行。在此，变形的相应份额能够变化。根据本发明构造的装配面能够通过施加促动力弹性变形，使得ARV能够在不相撞的情况下一直移到位于LKV中的壳体蒙皮上。

通常用于加固大面积三维拱起的结构构件的结构组件是桁条，所述桁条优选能够构造为T形桁条或构造为Ω形桁条。通常，所述桁条能够彼此隔开地装入装配面的纵向延伸的容纳通道中。换言之，容纳通道基本上设置在机身纵向方向上。

ARV的装配面至少部分地由装配壳体部件形成，所述装配壳体部件具有用于作为结构组件的桁条的一个或多个容纳通道。此外，不是所有装配壳体部件必须装配有容纳通道。在根据本发明的解决方案的范围内还可设想的是，其他结构组件，如用于形成机舱窗口的窗框、门框等等，能够通过安装到装配面中的环形容纳通道装入。在窗框的情况下，例如能够在装配面的边侧上各设有装配壳体部件，所述装配壳体部件提供这样的用于窗框的环形容纳通道。

依照根据本发明的解决方案的特殊实施形式提出的是，每个装配壳体部件设有优选用于桁条的，唯一的各自配有的容纳通道。因此，各个装配壳体部件形成得相当狭长；然而，整个设备达到最大的灵活性。原则上，在这种特别的实施形式中，装配壳体部件的数量通过待集成的结构组件（桁条）的数量确定。

根据其他改进本发明的措施提出，在装配面上在内侧铰接到可弹性变形的承载隔框上的促动器彼此隔开地沿着装配壳体的两个彼此相对置的边缘区域设置。在装配面的边缘区域上的所述定位已证实为有利于装配面在移出状态A和移入状态B之间的调节。在此，促动器在其纵向延伸上指向优选径向内部，并且在内侧铰接在位置固定的承载结构上。因此，得到ARV的节省结构空间的外部几何尺寸。作为促动器，例如能够使用气动缸或电动直线驱动器。

借助于用于制造大面积的三维拱起结构构件的前述特殊设备，所述结构构件能够通过下面的方法步骤的顺序以简单的方式制造：

–被加载的和向下拱起的ARV的装配面通过力作用到承载隔框上而向径向内部变形，并且通过移入而与相应的LKV聚在一起；

–翻转的ARV的装配面再次变形回去，以便促使结构组件、特别是桁条移到LKV处；和

–ARV的通过装配壳体部件而有弹性的装配面再次向内变形，以便无侧凹地将ARV从LKV中移出。

由于所述少许方法步骤的顺序，拱起的结构构件能够由纤维复合材料以高质量制造。

为了准备ARV，根据一些前置于前面介绍的主要方法步骤的方法步骤提出：

将ARV的处于向上拱起的原始位置中的弹性向内变形的装配面用结构组件和辅助材料加载，以便之后

将其翻转，以至于所述装配面到达所述向下拱起的工作位置中，以用于紧接着导入到相应的LKV中。

因此，ARV能够方便地手动地装配有结构组件和辅助材料。

附图说明

接下来，连同设备的两个优选实施例的描述一起借助于附图详细示出其他改进本发明的措施。

附图示出：

图1示出具有由单独的机身壳体组成的大容积的机身的飞机的示意性侧视图，

图2a示出在第一实施形式中的具有可变形的装配面的ARV的示意图，

图2b示出在第二实施形式中的具有可变形的装配面的ARV的示意图。

图3示出用于制造拱起的结构构件的第一方法步骤，

图4示出用于制造拱起的结构构件的第二方法步骤，

图5示出用于制造拱起的结构构件的第三方法步骤，以及

图6示出用于制造拱起的结构构件的第四方法步骤。

具体实施方式

根据图1，示出的客机具有大容积的机身，所述机身以壳式结构制造，也包括后面的三维拱起的机身壳体2。

所述结构构件借助于根据图2a的ARV制造，所述ARV具有向外拱起的装配面3。在外部，多个彼此隔开设置的容纳通道4在装配面3上延伸，以用于将桁条作为结构组件装入，所述桁条与安置到装配面3上的辅助材料一起在制造过程结束时形成三维拱起的结构构件。

向外拱起的在此设置在示出的ARV的下方的装配面3能够在边侧上向内弹性变形，如通过两排彼此相对置的箭头所表明的。对此，（示例地）设有多个在内侧上铰接的促动器5a、5b，以便将装配面3从在此示出的移出状态移动到移入状态中。促动器5a、5b朝向中部安装在共同的承载结构10上。在移入状态中，与在此未详细示出的LKV无侧凹地共同作用是可能的。为了实现所述可变形性，装配面3由多个可弹性变形的装配壳体部件7a-7c组成，所述装配壳体部件通过两个分界线8a或8b分开地形成ARV的整个装配面3。在此，分界线8a位于装配壳体部件7a和7b之间，并且另一分界线8b位于装配壳体部件7b和7c之间。三个装配壳体部件7a-7c（示例地）安装在多个在壳体内侧横向延伸的可弹性变形的承载隔框9a和9b上。承载隔框9a和9b将三个装配壳体部件7a-7c保持在其规定位置中。促动器5a和5b（示例地）接合到承载隔框9a-9c的两个端部上，以便由此引起装配面3的弹性变形。

每个装配壳体部件7a-7c装配有用于桁条的容纳通道4。除此之外，在边侧上的装配壳体部件7a和7c具有环形的用于窗框的容纳通道4”。

ARV的在图2b中示出的替选方案中，每个狭长的装配壳体部件7’设有各自相应的容纳通道4’，以至于得到承载隔框9a’-9d’的一种维京式衬板（Wikingerbeplankung），所述维京式衬板形成装配面3’。与此相应地，存在大量纵向延伸的分界线8’。此外，在用于在移出状态A和移入状态B之间运动的调节机构方面，ARV的这种实施形式符合前述实施形式。

根据图3，为了制造大面积的和基本上多次拱起的结构构件，借助前述ARV，将处于向上拱起的初始位置中的装配壳体3用桁条11和纤维垫形式的辅助材料12以及必要时的其他辅助机构例如定位元件或压力件加载。如示出的，将这样被加载的装配壳体3紧接着在抽真空之后翻转180°，使得所述装配壳体到达向下拱起的工作位置中。通过自身已知的真空方法，桁条8借助于辅助材料9附着在装配壳体3上。

紧接着，根据图4，被加载的和向下拱起的ARV的装配壳体3径向向内地变形到移入状态B中，以便将装配壳体移入到在此下方定位的相应的LKV中。在移入的状态中，ARV在此转换到移出状态A中。现在，进行将桁条连同辅助材料转移到LKV处。由此，在LKV一侧抽真空，并且在ARV一侧进行排气。

紧接着，根据图5，翻转的ARV的弹性的装配壳体3再次向内变形，直至所述ARV到达移入状态B中，以便最终将ARV无侧凹地再次从LKV中移出，如图6示出的。

对此应补充指出的是，“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一个”不排除多数。此外应指出的是，参考上述实施例之一所描述的特征或步骤也能够与其他上述实施例的其他特征或步骤相结合地应用。在权利要求中的附图标记不应视为限制。

附图标记列表

1机身

2机身壳体

3装配面

4容纳通道

5促动器

6边缘区域

7装配壳体部件

8分界线

9承载隔框

10承载结构

11桁条

12辅助材料

ARV装备装置

LKV层压粘合装置

A  ARV的移出状态

B  ARV的移入状态

Claims (12)

1.用于由纤维复合材料制造大面积三维拱起的结构构件的设备，所述设备包括具有向外拱起的装配面（3，3’）的装备装置（AKV），所述装配面具有用于装入结构组件的容纳通道（4，4’），并且能够用辅助材料加载，其中被加载的所述装备装置（AKV）与与之相应地形成的层压粘合装置（LKV）在压力下共同作用，以用于形成所述结构构件，

其特征在于，所述装配面（3，3’）由多个分别能弹性变形的装配壳体部件（7a-7c；7’）形成，所述装配壳体部件沿着至少一个纵向延伸的分界线（8a，8b；8’）彼此相邻地设置，并且安装在多个在壳体内侧横向于所述分界线（8a，8b）延伸的能弹性变形的承载隔框（9a-9c；9a’-9d’）上，由此，所述装配面（3，3’）能够通过多个促动器（5a、5b）在移出状态（A）和至少一个移入状态（B）之间变形，以便将所述装备装置（AKV）相对于所述容纳通道（4，4’）无侧凹地从所述层压粘合装置（LKV）中移出。

2.根据权利要求1所述的设备，

其特征在于，所述结构组件构造成用于加固所述结构构件的桁条，所述桁条能够装入所述装配面（3，3’）的彼此隔开地纵向延伸的容纳通道（4，4’）中。

3.根据权利要求2所述的设备，

其特征在于，所述装配壳体部件（7a-7c；7’）的至少一部分配备有用于作为结构组件的桁条的多个容纳通道（4，4’）。

4.根据权利要求1所述的设备，

其特征在于，每个装配壳体部件（7’）各设有一个配有的容纳通道（4’）。

5.根据权利要求1所述的设备，

其特征在于，所述结构组件构造为窗框，以用于形成机舱窗口，所述窗框能够装入到所述装配面（3）的彼此隔开的成行设置的环形的容纳通道（4”）中。

6.根据权利要求1所述的设备，

其特征在于，在内侧在所述装配面（3）上铰接在能弹性变形的所述隔框（9a-9c）上的所述促动器（5a，5b）彼此隔开地沿着所述装配面（3）的两个彼此对置的边缘区域（6a，6b）设置。

7.根据权利要求6所述的设备，

其特征在于，所述促动器（5a，5b）在纵向延伸上指向径向内部，并且在内侧铰接在位置固定的承载结构（10）上。

8.根据权利要求1所述的设备，

其特征在于，所述促动器（5a，5b）构造为气动缸或构造为电动直线驱动器。

9.根据权利要求1所述的设备，

其特征在于，所述装配壳体部件（7a-7c）和将所述装配壳体部件固紧在一起的承载隔框（9a-9c）由纤维复合材料或弹性的金属板材料制成。

10.用于由纤维复合材料借助于根据前述权利要求之一所述的设备制造大面积三维拱起的结构构件的方法，其特征在于下面的方法步骤：

-所加载的和向下拱起的装备装置（AKV）的装配面（3，3’）通过力作用到承载隔框（9a-9c；9a’-9d’）上而向径向内部变形，并且通过移入与相应的层压粘合装置（LKV）聚在一起，

-移入的所述装备装置（AKV）的所述装配面（3，3’）向外变形，以便促使将所述结构组件移到所述层压粘合装置（LKV）上，

-移入的所述装备装置（AKV）的通过所述装配壳体部件（7a-7c；7’）而有弹性的装配面（3，3’）向内变形，以便最终将所述装备装置（AKV）无侧凹地从所述层压粘合装置（LKV）中移出。

11.根据权利要求10所述的方法，

其特征在于，

-将所述装备装置（AKV）的位于向上拱起的初始位置中的能弹性地向内变形的装配面（3，3’）至少用结构组件和辅助材料加载，

-紧接着，将所加载的所述装备装置（AKV）抽真空并且翻转，以至于所述装备装置到达向下拱起的工作位置中。

12.飞行器，所述飞行器具有大容积的以壳式结构制造的机身（1），所述机身的机身壳体（2）至少部分地通过结构构件根据权利要求10或11所述方法形成。

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