DE102004006615B4

DE102004006615B4 - Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoff-Hohlbauteils sowie Zwischenprodukt dafür

Info

Publication number: DE102004006615B4
Application number: DE102004006615.9A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Weimer Christian
Original assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2024-02-11
Also published as: US20100092707A1; GB2410921B; US7641834B2; DE102004006615A1; US20090277568A1; GB0502704D0; GB2410921A; GB2410921B8; US8308882B2; ITMI20050142A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines FVW-Hohlbauteils (16, 20), welches über mindestens zwei nebeneinander liegende, geschlossene Hohlkammern (H) verfügt, die durch eine integrale, rippenartige Trennwand (10) voneinander getrennt sind, aus einem mit der Form und Abmessung des herzustellenden FVW-Hohlbauteils (16, 20) korrespondierenden dreidimensionalen, hohlen Verstärkungsfasermaterial-Vorformling (2), umfassend folgende Schritte: a) Zuschneiden von flächigem, bahnförmigen Verstärkungsfasermaterial zur Bildung von drei ebenen, endmaßgenauen, ein- oder mehrlagigen Zuschnitten (4, 6, 8) einer Verstärkungsfaserstruktur (12) des Vorformlings (2); b) Herstellen von wenigstens einer flächigen Überlappung (R) mit den Zuschnitten (4, 6, 8) in einem solchen Bereich, welcher später die rippenartige Trennwand (10) des Vorformlings (2) definiert; c) flächiges Vernähen dieser Überlappung (R) mittels einer Kompaktierungsnaht (K), wodurch die Form und Abmessung der rippenartigen Trennwand (10) sowie deren Lage in Bezug zu benachbarten Zuschnittsbereichen (a, e) festgelegt und das Verstärkungsfasermaterial im Bereich der Trennwand (10) vorfixiert, vorkompaktiert und versteift wird und die Kompaktierungsnaht (K) gitternetzartig über im Wesentlichen die gesamte Höhe und Länge der rippenartigen Trennwand (10) angebracht wird, d) Formen der Zuschnitte (4, 6, 8) zu einer dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur (12) mit mindestens zwei nebeneinander liegenden Hohlkammern (H), die durch die vernähte rippenartige Trennwand (10) voneinander separiert sind; e) Anordnen von jeweils mindestens einer Expansionseinrichtung (14) in die Hohlkammern (H) des Vorformlings (2), f) Verschließen der aus den geformten Zuschnitten (4, 6, 8) gebildeten dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur (12) mittels mindestens einer Schließnaht (S), wodurch die Außenkontur der dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur (12) definiert und fixiert wird und der Querschnitt der beiden Hohlkammern (H) des Vorformlings (2) geschlossen und die Lage der rippenartigen Trennwand (10) zwischen diesen beiden Hohlkammern (H) und im Gesamtquerschnittsprofil des Vorformlings (2) eindeutig festgelegt wird; g) Positionieren des Vorformlings (2) in einer ...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoff-Hohlbauteils (nachfolgend kurz FVW-Hohlbauteil genannt), welches über mindestens zwei oder mehrere nebeneinander liegende Hohlkammern verfügt, die durch eine integrale, rippenartige oder stegartige Trennwand voneinander getrennt sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Zwischenprodukt zur Herstellung eines solchen FVW-Hohlbauteils. Und schließlich betrifft die Erfindung ein besonderes geeignetes FVW-Hohlbauteil, welches nach diesem Verfahren bzw. mit Hilfe dieses Zwischenproduktes herstellbar ist.
STAND DER TECHNIK
FVW-Bauteile verfügen im Allgemeinen über eine Verstärkungsfaserstruktur, die mit einem Harz getränkt oder imprägniert ist, welche während des Herstellungsprozesses des Bauteils ausgehärtet wird. Die Verstärkungsfaserstruktur wird z. B. aus einem oder mehreren Zuschnitten aus einem flächigen, bahnförmigen Verstärkungsfasermaterial aufgebaut. Die Zuschnitte werden hierbei ein- oder mehrlagig angeordnet. Die Faserarchitektur der Verstärkungsfaserstruktur, d. h. insbesondere eine vorbestimmte Faserorientierung und/oder Faserverteilung sowie ein vorbestimmter Lagenaufbau der verwendeten Zuschnitte und damit der gesamten Verstärkungsfaserstruktur, ist für die gewünschten Eigenschaften des FVW-Bauteils, wie z. B. ein möglichst geringes Gewicht bei einer möglichst hohen Festigkeit, von besonderer Bedeutung.
Zur Erzielung eines hohen Vorfertigungsgrades und damit einer rationellen Fertigung ist es erstrebenswert, die Verstärkungsfaserstruktur weitestgehend als vorkonfektionierte Untereinheit in Gestalt eines Verstärkungsfasermaterial-Vorformlings bereit zu stellen. Für flächige oder schalen- bzw. topfförmige, offene FVW-Bauteile ist dies relativ einfach realisierbar. Die Herstellung von FVW-Hohlbauteilen und deren Verstärkungsfasermaterial-Vorformlingen hingegen ist vergleichsweise kompliziert und aufwändig, zum Teil sogar sehr problematisch. Insbesondere bei komplexen FVW-Hohlbauteilen stoßen bekannte Technologien an ihre Grenzen; und es ist schwierig oder oftmals unmöglich, derartige komplexe FVW-Hohlbauteile mit einer optimierten Faserarchitektur anzufertigen.
Es ist bekannt, einfache FVW-Hohlbauteile mit einem Schlauchblas-RTM-Verfahren herzustellen. Hierbei werden als Hohlprofil ausgestaltete, schlauchartige Verstärkungsfasermaterial-Vorformlinge verwendet, die durch Rundstricken, Rundwirken, Rundweben oder Flechten herstellbar sind. In den hohlen Vorformling, der über ein geschlossenes Querschnittsprofil verfügt, wird ein Formschlauch eingelegt und der Vorformling in eine Injektionsform eingelegt. Dann wird der Formschlauch aufgeblasen. Anschließend wird Harz in die Injektionsform, d. h. zwischen die Innenumfangsfläche der Form und die Außenumfangsfläche des Formschlauchs, gespritzt und das Harz ausgehärtet. Es ist ersichtlich, dass mit dieser Technik nur FVW-Hohlbauteile mit einer einzigen Hohlkammer herstellbar sind. Darüber hinaus ist die erzielbare Faserarchitektur stark durch die o. g. Herstellungsweise des Vorformlings vorgegeben bzw. eingeschränkt und kann deshalb nicht weiter optimiert werden. Insbesondere können Verstärkungsfaserstrukturen oder Vorformlinge, die aus mehreren Verstärkungsfasermaterial-Einzelschichten oder -lagen mit unterschiedlicher oder erheblich voneinander abweichender Faserorientierung aufgebaut sind, mit dieser Methode nicht gefertigt werden. Eine vorkonfektionierte Untereinheit mit einer optimierten bzw. unterschiedlichsten Bauteilgeometrien anpassbaren Faserarchitektur ist deshalb nicht realisierbar.
Es wurden Versuche unternommen, mit diesem Schlauchblas-RTM-Verfahren FVW-Hohlbauteile zu produzieren, welche über mindestens zwei nebeneinander liegende Hohlkammern verfügen, die durch eine integrale, rippenartige oder stegartige Trennwand (nachfolgend kurz Rippe genannt) voneinander getrennt sind. Es hat sich jedoch gezeigt, dass sich aufgrund der oben beschriebenen, durch die Herstellung des schlauchartigen Vorformlings fest vorgegebenen Faserarchitektur die Rippe nur unzureichend in die schlauchförmige Verstärkungsfaserstruktur integrieren bzw. in dieser positionieren ließ. Nachdem je ein Formschlauch in den beiden Hohlkammern angeordnet und innerhalb der Injektionsform aufgeblasen und das Harz eingespritzt wurde, stellte sich ferner heraus, dass auch in diesem Verfahrensstadium die vorbestimmte Position und Formgenauigkeit der Rippe nicht gewährleistet werden konnte und der Vorformling ein instabiles Verhalten zeigte.
Die zuvor geschilderten Probleme werden in der Praxis durch ein Verfahren umgangen, welches mindestens zwei benachbarte, feste Formkerne zur Festlegung der Position und der Form einer Rippe/Trennwand in einer dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur verwendet, die einen mit der Form und Abmessung des herzustellenden FVW-Hohlbauteils korrespondierenden dreidimensionalen, hohlen Verstärkungsfasermaterial-Vorformling bildet. Bei diesem Verfahren wird flächiges, bahnförmiges Verstärkungsfasermaterial zugeschnitten, welches zur Bildung von mindestens einem ebenen, ein- oder mehrlagigen Zuschnitt einer Verstärkungsfaserstruktur des Vorformlings dient. Die Zuschnitte werden in einer Injektionsform oder einem Näh-Fertigungsmittel zu dem dreidimensionalen, hohlen Verstärkungsfasermaterial-Vorformling drapiert. Im Rahmen dieses Vorgangs wird auch die Rippe/Trennwand aus einem Teil des Zuschnitts drapiert. Die mindestens zwei Formkerne, deren Gestalt und Abmessung der jeweiligen Hohlkammer des FVW-Bauteils angepasst ist, werden so angeordnet, dass die für die Rippe/Trennwand vorgesehenen Verstärkungsfasermaterialbereiche genau zwischen den Formkernen verlaufen. Dadurch werden die Position und die Form der Rippe/Trennwand in der dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur und auch in der Injektionsform festgelegt.
Diese Technik ermöglichst zwar die Herstellung von komplexen FVW-Hohlbauteilen mit einer optimierten Faserarchitektur, ist jedoch sehr aufwändig und erfordert die Herstellung und Verwendung von Formkernen, die später wieder aus dem ausgehärteten FVW-Hohlbauteil entfernt werden müssen. Darüber hinaus hat es sich herausgestellt, dass es während der Harzinjektion trotz der Formkerne zu einer unerwünschten Verschiebung bzw. gegenseitigen Verschiebung der Faserlagen des Vorformlings bzw. dessen Verstärkungsfaserstruktur insbesondere im Bereich der Rippe/Trennwand kommen kann. Daraus wiederum resultiert eine nachteilige Veränderung der vorbestimmten Faserarchitektur.
Das Dokument EP 1459873 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von monolithischen Verbundstrukturen. Das Verfahren fügt die obere und untere Kammer in der Rippe.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, ein neuartiges Verfahren zu schaffen, mit dem auf einfachere, effektivere und rationellere Art und Weise komplexe FVW-Hohlbauteile, die über mindestens zwei benachbarte, durch eine rippenartige Trennwand voneinander separierte Hohlkammern verfügen, passgenau und ohne eine nachteilige Veränderung der vorbestimmten Faserarchitektur ihrer dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur herstellbar sind. Hierbei ist angestrebt, dass das Verfahren in mindestens einer Variante ohne jegliche Formkerne ausführbar ist. Gemäß einem zweiten Aspekt dieser Aufgabe soll ein für dieses Verfahren besonders geeignetes Zwischenprodukt zur Verfügung gestellt werden. Und entsprechend einem dritten Aspekt dieser Aufgabe soll ein besonderes geeignetes FVW-Hohlbauteil bereit gestellt werden, welches nach diesem Verfahren bzw. mit Hilfe dieses Zwischenproduktes herstellbar ist.
Die oben genannte Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Dieses Verfahren zur Herstellung eines FVW-Hohlbauteils, welches über mindestens zwei nebeneinander liegende, geschlossene Hohlkammern verfügt, die durch eine integrale, rippenartige oder stegartige Trennwand voneinander getrennt sind, aus einem mit der Form und Abmessung des herzustellenden FVW-Hohlbauteils korrespondierenden dreidimensionalen, hohlen Verstärkungsfasermaterial-Vorformling, umfasst folgende Schritte, jedoch nicht zwingender Weise in der gegebenen Reihenfolge:

a) Zuschneiden von flächigem, bahnförmigen Verstärkungsfasermaterial zur Bildung von mindestens einem ebenen, endmaßgenauen, ein- oder mehrlagigen Zuschnitt einer Verstärkungsfaserstruktur des Vorformlings;
b) Herstellen von wenigstens einer Überlappung an einem solchen Bereich des mindestens einen Zuschnitts, welcher später die rippenartige Trennwand des Vorformlings definiert;
c) flächiges Vernähen dieser Überlappung mittels einer Kompaktierungsnaht, wodurch die Form und Abmessung der rippenartigen Trennwand sowie deren Lage in Bezug zu benachbarten Zuschnittsbereichen festgelegt und das Verstärkungsfasermaterial im Bereich der Trennwand vorfixiert, vorkompaktiert und versteift werden;
d) Formen der Zuschnitte zu einer dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur mit mindestens zwei nebeneinander liegenden Hohlkammern, die durch die vernähte rippenartige Trennwand voneinander separiert sind;
e) Anordnen von jeweils mindestens einer Expansionseinrichtung in die Hohlkammern des Vorformlings,
f) Verschließen der aus dem geformten Zuschnitt gebildeten dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur mittels mindestens einer Schließnaht, wodurch die Außenkontur der dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur definiert und fixiert wird und der Querschnitt der beiden Hohlkammern des Vorformlings geschlossen und die Lage der rippenartigen Trennwand zwischen diesen beiden Hohlkammern und im Gesamtquerschnittsprofil des Vorformlings eindeutig festgelegt werden;
g) Positionieren des Vorformlings in einer Injektionsform und Verschließen der Injektionsform;
h) Expandieren der Expansionseinrichtungen, wodurch sich diese an den Innenumfang der Hohlkammern und gleichzeitig von gegenüberliegenden Seiten an die vernähte rippenartige Trennwand anlegen und den Vorformling an die Innenkontur der Injektionsform pressen;
i) Einspritzen von Harz in die Injektionsform zwischen den Innenumfang der Form und den Außenumfang der Expansionseinrichtungen; und Aushärten des Harzes.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird also als Harz-Injektionsverfahren (wie z. B. ein RTM-Verfahren/Resin-Transfer-Moulding-Verfahren) durchgeführt. Das für die Herstellung des Vorformlings verwendete flächige, bahnförmige Verstärkungsfasermaterial kann z. B. in Form von Fasermatten oder Vliesen mit einem Agglomerat von Einzelfasern (Lang- oder Kurzfasern), Gelegen, Geweben, Gewirken, Gestricken oder sonstigen ein- oder mehrlagigen Verstärkungsfaser-Flächengebilden sowie in Mischformen daraus vorgesehen werden. Derartiges Verstärkungsfasermaterial lässt sich sowohl ein- als auch mehrschichtig bereitstellen. Als Verstärkungsfasern kommen vorzugsweise Fasern aus Glas, Kohlenstoff, Aramid, Metall, und auch Naturfasern (z. B. Hanf, Flachs, Jute), oder ein Hybrid aus diesen Fasern zur Anwendung.
Der Begriff „nebeneinander liegende Hohlkammer„ umfasst im Sinne der Erfindung allgemein benachbarte, d. h. auch versetzt nebeneinander liegende sowie übereinanderliegende oder versetzt übereinander liegende Hohlkammern. Unter einer „geschlossenen” Hohlkammer ist eine Hohlkammer zu verstehen, die zumindest bei Betrachtung des Gesamtquerschnitts des FVW-Bauteils ein geschlossenes Querschnittsprofil aufweist; die Hohlkammer kann darüber hinaus jedoch auch vollständig verschlossen sein, d. h. im Rahmen des FVW-Bauteils einen allseitig geschlossenen oder allseitig verschließbaren Hohlraum bilden. Die Hohlkammern können grundsätzliche gleiche oder unterschiedliche Formen und/oder Abmessungen aufweisen. Im Schritt b) kann die Überlappung z. B. durch Falten, Übereinanderlegen oder Aneinanderlegen von Bereichen eines einzelnen oder mehrerer Zuschnitte hergestellt werden. Insbesondere die Reihenfolge der Schritte e) und f) ist vertauschbar; die für diese Schritte jeweils zu wählende Reihenfolge ist in erster Linie von der genauen Form und Ausgestaltung des herzustellenden Vorformlings und der damit verbundenen Zugänglichkeit der Hohlkammern abhängig.
Die Schließnaht greift zweckmäßigerweise an einem der Trennwand benachbarten Bereich oder Lappen des geformten Zuschnitts an. Die Kompaktierungsnaht, welche die Trennwand definiert und bereits zum Teil in ihrer Lage fixiert, und die Schließnaht legen also gemeinsam das Gesamtquerschnittsprofil des Vorformlings einschließlich der Trennwand eindeutig fest. Der Vorformling bildet eine vorkonfektionierte Untereinheit, die als solche dem eigentlichen Harz-Injektionsprozess zugeführt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, komplexe FVW-Hohlbauteile, welche über mindestens zwei nebeneinander liegende, geschlossene Hohlkammern verfügen, die durch eine integrale, rippenartige Trennwand voneinander getrennt sind, pass- und endkonturengenau ohne eine nachteilige Veränderung der vorbestimmten Faserarchitektur der dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur herzustellen. Im Vergleich zu vorbekannten Technologien bietet das erfindungsgemäße Verfahren hierbei eine einfachere, effektivere und rationellere Fertigungsweise. Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei unterschiedlichsten Bauteilgeometrien anwendbar. Auf die Verwendung von Formkernen, wie sie beim Stand der Technik bekannt sind, kann grundsätzlich verzichtet werden. Somit sind kernlose, gewichts- und festigkeitsoptimierte FVW-Hohlbauteile realisierbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet mit einer jeder Hohlkammer zugeordneten Expansionseinrichtung, bei der es sich z. B. um einen aufblasbaren Formschlauch handeln kann. In dieser Hinsicht ähnelt das erfindungsgemäße Verfahren also dem eingangs erwähnten konventionellen Schlauchblas-RTM-Verfahren.
Anders als bei diesem sind mit der erfindungsgemäßen Lösung jedoch folgende Vorteile erreichbar: Ausgehend von flächigen, bahnförmigen Verstärkungsfasermaterial-Zuschnitten kann eine dreidimensionale Verstärkungsfaserstruktur von nahezu beliebiger Form geschaffen werden, die über mehrere benachbarte Hohlkammern verfügt, die durch eine Rippe/Trennwand voneinander separiert sind; die rippenartige Trennwand lässt sich zuverlässig in die Verstärkungsfaserstruktur integrieren; es ist eine nahezu frei wählbare Faserarchitektur realisierbar und somit können vorkonfektionierte Vorformlinge bzw. Vorformling-Einzelteile mit nahezu beliebiger Faserarchitektur geschaffen werden. Und trotz der Verwendung von z. B. zwei aufblasbaren Formschläuchen kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine zuverlässige Positionierung und Formhaltigkeit der Rippe/Trennwand sowie die Beibehaltung einer vorbestimmten Faserarchitektur während des Herstellungsprozesses erzielt werden.
Der Erfinder des vorliegenden Verfahrens hat erkannt, dass sich insbesondere durch die im Wesentlichen vollflächige Vernähung von überlappenden Bereichen von Verstärkungsfasermaterial-Zuschnitten mittels einer Kompaktierungsnaht die Form und Abmessung einer rippenartigen Trennwand sowie deren Lage in Bezug zu benachbarten Zuschnittsbereichen festlegen und das Verstärkungsfasermaterial im Bereich der Trennwand vorfixieren, vorkompaktieren und versteifen lässt, was erhebliche Vorteile bietet.
Wird ein so vorbereiteter Zuschnitt oder eine entsprechende „zweidimensionale” Verstärkungsstruktur auf die oben beschriebene Weise zu einer dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur bzw. einem Vorformling mit mindestens zwei nebeneinander liegenden Hohlkammern geformt und anschließend mit einer Schließnaht verschlossen, so ist nicht nur die Außenkontur der dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur endkonturengenau definiert und fixiert, sondern es ist auch der Querschnitt der beiden Hohlkammern des Vorformlings geschlossen und die Lage der rippenartigen Trennwand zwischen diesen beiden Hohlkammern und im Gesamtquerschnittsprofil des Vorformlings eindeutig festgelegt. Obwohl sich die Formschläuche beim Aufblasen von gegenüberliegenden Seiten her an die vernähte rippenartige Trennwand anlegen und die Trennwand in diesem Zustand nicht weiter durch separate Stützeinrichtungen oder Formkerne gestützt wird, bleibt sie formstabil und behält Ihre Lage, Form und Faserarchitektur innerhalb des Gesamtquerschnittsprofil bei.
Dies wird maßgeblich durch die Vorkompaktierung und Versteifung mittels der Kompaktierungsnaht in Verbindung mit dem durch die Schließnaht erzielten Profilquerschnittsverschluss gewährleistet. Durch die Vorkompaktierung ist beim Aufblasen der Formschläuche auch der Setzweg in der Trennwand sehr gering, was zusätzlich die positionsgenaue Anordnung und Formhaltigkeit der Trennwand begünstigt. Ferner bleibt bei einer durch die Expansionseinrichtungen bzw. Formschläuche erzeugten Druckbeaufschlagung vom Hohlkammerinneren her auch der gesamte Vorformling in einem hohen Maße formstabil. Die im Vorformling auftretenden Kräfte werden hierbei ebenfalls durch die Schließnaht und die Kompaktierungsnaht aufgefangen. Die Trennwand des Vorformlings behält Ihre Position auch beim Einspritzen des Harzes bei, wodurch die Trennwand im fertigen FVW-Hohlbauteil exakt positioniert und geformt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet im Rahmen der oben beschriebenen Verfahrensschritte bzw. Nähtechnik zudem die Herstellung eines komplexen, formteilgenauen Vorformlings bzw. einer endkonturgenauen, hohlen, dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur für einen solchen Vorformling. Es ist zudem möglich, mehrere einzelne dreidimensionale Verstärkungsfaserstrukturen zu noch komplexeren Vorformlingen weiterzuverarbeiten. Der Vorformling kann überdies die beim Schlauchblasen entstehenden Drücke bereits zu einem hohen Grad selbst aufnehmen. Hierzu tragen die Schließnähte wesentlich bei, welche die im Expansionsschritt durch die Formschläuche erzeugten Druckkräfte tragen. Die so erzielte Festigkeit ist ausreichend, da weiter ansteigende Drücke nach einer Überwindung der mehr oder weniger losen Fixierung des Vorformlings in der verschlossenen Injektionsform über die Reibungskräfte aufgenommen werden, die zwischen dem Vorformling und der Injektionsform entstehen, welche den Vorformling umgibt.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsmerkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 6.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt gelöst durch ein erfindungsgemäßes Zwischenprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
Dieses Zwischenprodukt zur Herstellung eines FVW-Hohlbauteils umfasst einen mit der Form und Abmessung des herzustellenden FVW-Hohlbauteils (oder Teilbereichen davon) korrespondierenden dreidimensionalen, hohlen Verstärkungsfasermaterial-Vorformling mit: einer dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur, die aus drei ebenen, endmaßgenauen, ein- oder mehrlagigen Zuschnitten aus flächigem, bahnförmigen Verstärkungsfasermaterial geformt ist; und einem verschließbaren Gesamtquerschnittsprofil mit mindestens zwei nebeneinander liegenden Hohlkammern, die durch eine rippenartige Trennwand voneinander getrennt sind, die durch einen solchen Überlappungsbereich der Zuschnitte gebildet ist, der durch eine Kompaktierungsnaht flächig vernäht ist, welche die Form und Abmessung der rippenartigen Trennwand sowie deren Lage in Bezug zu benachbarten Zuschnittsbereichen festlegt und das Verstärkungsfasermaterial im Bereich der Trennwand vorfixiert, vorkompaktiert und versteift.
Mit dem erfindungsgemäßen Zwischenprodukt sind im Wesentlichen die gleichen Vorteile erzielbar, die bereits weiter oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden.
Zusätzliche bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des erfindungsgemäßen Zwischenproduktes sind Gegenstand der Unteransprüche 8 bis 12.
Des Weiteren wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gemäß einem dritten Aspekt gelöst durch ein erfindungsgemäßes FVW-Hohlbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
Dieses FVW-Hohlbauteil verfügt über mindestens zwei nebeneinander liegende Hohlkammern, die durch eine integrale, rippenartige Trennwand voneinander getrennt sind, umfassend mindestens ein Zwischenprodukt nach einem der Ansprüche 7 bis 12 mit wenigstens einem mit der Form und Abmessung des FVW-Hohlbauteils (oder Teilbereichen davon) korrespondierenden dreidimensionalen, hohlen Verstärkungsfasermaterial-Vorformling, wobei das erfindungsgemäße FVW-Hohlbauteil ein FVW-Hohlbauteil ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von FVW-Hohlbauteilen, umfassend: einen Flugzeugtür-Traglenker, eine Flugzeug-Tragfläche, eine Tragflächen- oder Rotorblatt-Klappe, ein Leitwerk, ein Drehflügelflugzeug-Rotorblatt, ein Windkraftanlagen-Rotorblatt, sowie Teilkomponenten davon.
Mit dem erfindungsgemäßen Zwischenprodukt sind im Wesentlichen die gleichen Vorteile erzielbar, die bereits weiter oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine schematische Seitenansicht eines vorbereiteten Verstärkungsfasermaterial-Zuschnitts in einem ersten Stadium des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine schematische, perspektivische Frontalansicht eines aus dem Zuschnitt von 1 hergestellten dreidimensionalen Vorformlings in einem zweiten Stadium des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 eine schematische, perspektivische Frontalansicht des Vorformlings von 2 in einem dritten Stadium des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 eine schematische Querschnittsansicht eines mittels des Vorformlings von 2 und 3 hergestellten ersten FVW-Hohlbauteils;
5 eine schematische Perspektivansicht eines Hilfs-Vorformlings, der in einen Vorformling einsetzbar ist; und
6 eine schematische Querschnittsansicht eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten zweiten FVW-Hohlbauteils.
DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung von Wiederholungen gleiche oder gleichartige Bauteile und Elemente auch mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung erforderlich oder sinnvoll ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein FVW-Hohlbauteil hergestellt, welches über mindestens zwei nebeneinander liegende, geschlossene Hohlkammern H verfügt, die durch eine integrale, rippenartige oder stegartige Trennwand (nachfolgend kurz Rippe genannt) voneinander getrennt sind. Die Herstellung erfolgt mit Hilfe eines mit der Form und Abmessung des herzustellenden FVW-Hohlbauteils korrespondierenden dreidimensionalen, hohlen und mit Harz zu imprägnierenden Verstärkungsfasermaterial-Vorformlings 2 (nachfolgend kurz Vorformling 2 genannt). Für die nachfolgenden Erläuterungen wird angenommen, dass es sich bei dem FVW-Hohlbauteil um einen Flugzeugtür-Traglenker handelt, der über ein geschlossenes Gesamtquerschnittsprofil mit einer Vielzahl von benachbarten, im Wesentlichen gleichartig aufgebauten Hohlkammern H verfügt. Zur Erläuterung des Prinzips des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher ausreichend, nur zwei benachbarte Hohlkammern H zu betrachten. Für die verbleibenden Hohlkammern H gelten die folgenden Darlegungen analog.
Zunächst werden aus einem flächigem, bahnförmigen Verstärkungsfasermaterial, das in diesem Beispiel in Form von Kohlefasergewebebahnen vorliegt, mehrere ebene, endmaßgenaue Zuschnitte 4, 6, 8 einer Verstärkungsfaserstruktur des Vorformlings angefertigt. Grundsätzlich können diese Zuschnitte 4, 6, 8 ein- oder mehrlagig ausgeführt werden. Die Anzahl der Zuschnitte kann je nach Bauteil und herzustellender Wandstärke variieren. Die einzelnen Zuschnitte 4, 6, 8 werden so zueinander ausgerichtet und ggf. so übereinandergelegt, dass sich im Hinblick auf den späteren Vorformling eine gewünschte, vorbestimmte Faserarchitektur ergibt.
In der 1 ist eine schematische Seitenansicht eines solchen vorbereiteten Verstärkungsfasermaterial-Zuschnitts in einem ersten Stadium des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Wie in dieser Zeichnung erkennbar, sind zwei Zuschnitte 4, 6 so übereinandergelegt, dass sie sich überlappen. In einem Überlappungsbereich R, welcher später die Rippe 10 des Vorformlings 2 definiert, ist zur Verstärkung zusätzlich ein dritter Zuschnitt 8 zwischen den beiden Zuschnitten 4, 6 angeordnet. In der 1 sind die übereinander liegenden Zuschnitte 5, 6 in Abschnitte a bis e unterteilt. Der Anfang und das Ende eines jeweiligen Abschnittes sind durch einen Punkt gekennzeichnet. Dies dient der leichteren Veranschaulichung der weiter unten noch genauer beschriebenen Formung der Zuschnitte zu einer dreidimensionalen Verstärkungsstruktur und der einfacheren Identifizierung der genauen Lage der jeweiligen Abschnitte im Gesamtquerschnitt dieser Verstärkungsstruktur bzw. des Vorformlings 2.
Anschließend wird der Überlappungsbereich R mittels einer Kompaktierungsnaht K (siehe 2) im Wesentlichen vollflächig vernäht. Die Kompaktierungsnaht K wird im vorliegenden Fall gitternetzartig über im Wesentlichen die gesamte Höhe und Länge der Rippe 10 angebracht; sie begrenzt gleichzeitig die Umrisslinien des Rippe 10. Die durch das gitternetzartige Vernähen gebildeten Gittermaschen sind in diesem Beispiel rhombenförmig (vgl. 2). Sie können grundsätzlich aber jede andere geeignete Umrissform aufweisen, so zum Beispiel eine quadratische, rechteckige oder andersartige polygonale Form, eine runde oder sternförmige Form, und dergleichen. Ein Teilabschnitt der flächig vernähten Kompaktierungsnaht K, welcher einen bezogen auf den Querschnitt der Rippe 10 (vgl. 2) oberen oder unteren Rand der Rippe 10 definiert, bildet eine Drapierzone, welche eine vorbestimmte Drapierbarkeit der Faserarchitektur benachbarter Zuschnittsbereiche gewährleistet. Durch die im Überlappungsbereich R angebrachte Kompaktierungsnaht K wird die Form und Abmessung der Rippe 10 sowie ihre Lage in Bezug zu benachbarten Zuschnittsbereichen eindeutig festgelegt. Ferner wird das Verstärkungsfasermaterial der so vernähten Zuschnitte im Bereich der Rippe 10 vorfixiert, vorkompaktiert und versteift.
Die so vernähten Zuschnitte 4, 6, 8, deren übrige Bereiche entweder flexibel bleiben oder aber bei Bedarf weitere punkt- oder linienförmige Nähte sowie zusätzliche Kompaktierungsnähte K aufweisen können, werden nun zu einer der Form und Abmessung des herzustellenden hohlen Traglenkers angepassten dreidimensionalen Vorformling-Verstärkungsfaserstruktur 12 verformt, die zwei nebeneinander liegenden Hohlkammern H besitzt, die durch die vernähte Rippe 10 voneinander separiert sind. Das Formen der vernähten Zuschnitte 4, 6, 8 erfolgt hierbei durch Drapieren bzw. Falten. Dieser Schritt kann zur Verbesserung der Maßhaltigkeit und Formgenauigkeit des Vorformlings 2 z. B. in einer Injektionsform oder außerhalb derselben z. B. mit Hilfe eines dreidimensionalen Näh-Fertigungsmittels ausgeführt werden. Dieser Vorrichtungen sind in den Figuren der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Der Grundaufbau der auf diese Weise entstandenen dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur 12 ist in der 2 skizziert, welche eine schematische, perspektivische Frontalansicht eines aus dem Zuschnitt von 1 hergestellten dreidimensionalen Vorformlings 2 in einem zweiten Stadium des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt. Aus dieser Zeichnung ist auch gut die neue Lage der jeweiligen Abschnitte a bis e sowie die Drapierzonen bzw. Faltlinien erkennbar, welche die Position und Ausrichtung der jeweiligen Abschnitte a bis e definieren. Die lappenartigen Abschnitte a und e liegen vorerst lose aufeinander oder können auch noch aufgefaltet sein.
Durch die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte ist ein Zwischenprodukt zur Herstellung des hohlen Traglenkers entstanden, welches den mit der Form und Abmessung des herzustellenden Traglenkers korrespondierenden dreidimensionalen, hohlen Verstärkungsfasermaterial-Vorformling 2 umfasst. Dieser Vorformling 2 besitzt die dreidimensionale Verstärkungsfaserstruktur 12, die aus mindestens einem ebenen, endmaßgenauen, ein- oder mehrlagigen Zuschnitt 4, 6, 8 aus flächigem, bahnförmigen Verstärkungsfasermaterial geformt ist. Ferner weist dieser Vorformling 2 ein verschließbares Gesamtquerschnittsprofil mit zwei nebeneinander liegenden Hohlkammern H auf, die durch die Rippe 10 voneinander getrennt sind. Die Rippe 10 ist hierbei durch einen solchen Überlappungsbereich (R) der Zuschnitte 4, 6, 8 gebildet, der durch die Kompaktierungsnaht K flächig vernäht ist. Die Kompaktierungsnaht K legt hierbei die Form und Abmessung der Rippe 10 sowie deren Lage in Bezug zu benachbarten Zuschnittsbereichen a, c fest und vorfixiert, vorkompaktiert und versteift das Verstärkungsfasermaterial bzw. die Lagen der Zuschnitte 4, 6, 8 im Bereich der Rippe 10. Dadurch entsteht die vorfixierte, vorkompaktierte und versteifte Rippe 10.
Im Bereich der Abschnitte a und e wird die dreidimensionale Verstärkungsfaserstruktur 12 nun mittels mindestens einer Schließnaht S verschlossen. Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die Schließnaht S je nach Art und Form des herzustellenden FVW-Hohlbauteils sowie der jeweils gewählten Drapierung natürlich auch anderen geeigneten Stellen oder Abschnitten liegen kann. Das Anbringen der Schließnaht S erfolgt zweckmäßiger Weise mit Hilfe des zuvor erwähnten dreidimensionalen Näh-Fertigungsmittels. Die Schließnaht S wird als eine Doppelsteppstich-Naht ausgeführt, weil diese eine geringe Bruchdehnung und eine ausreichende Nahtfestigkeit besitzt und in späteren Verfahrensschritten (siehe weiter unten) die durch eine Expansionseinrichtung bzw. einen aufblasbaren Formschlauch im Vorformling 2 erzeugten Kräfte aufnehmen kann. Zur Herstellung einer Doppelsteppstich-Naht ist die Verwendung eines Oberfadens und eines Unterfadens erforderlich. Aus diesem Grund lässt sich die Schließnaht S besonders vorteilhaft mittels einer Armabwärts-Nähmaschine anfertigen. Ein anderer, für die Schließnaht S geeigneter Nahttyp ist beispielsweise eine Kettenstichnaht.
Durch das Anbringen der Schließnaht S wird die Außenkontur der dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur 12 eindeutig definiert und fixiert. Und gleichzeitig wird der Querschnitt der beiden Hohlkammern H des Vorformlings 2 geschlossen und die Lage der Rippe 10 zwischen diesen beiden Hohlkammern H und im nunmehr ebenfalls verschlossenen Gesamtquerschnittsprofil des Vorformlings 2 eindeutig festgelegt (vgl. 2).
Da die in der 2 dem Betrachter zugewandte Seite des Vorformlings in diesem Ausführungsbeispiel offen ist, kann nach dem Verschließen jeweils eine Expansionseinrichtung 14 (hier: ein aufblasbarer Formschlauch 14; vgl. 3) in der jeweiligen Hohlkammer H des Vorformlings 2 angeordnet werden. Wie bereits erwähnt, ist es in Abhängigkeit der gewählten Ausgestaltungsform des Vorformlings 2 jedoch ggf. erforderlich, die Reihenfolge der Schritte des Verschließens der dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur 12 und des Anordnens der Expansionseinrichtung 14 innerhalb der Hohlkammern H zu vertauschen.
Die aufblasbaren Formschläuche 14 sind in 3 erkennbar, welche eine schematische, perspektivische Frontalansicht des Vorformlings 2 von 2 in einem dritten Stadium des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. Die Formschläuche 14 sind im vorliegenden Fall aus einem dünnen, leichten, folienartigen Material hergestellt. Grundsätzlich kann das Material eines Formschlauchs 14 entweder weitgehend undehnbar oder auch elastisch ausgebildet sein. Die beiden in den Hohlkammern H befindlichen Formschläuche 14 sind miteinander verbunden, so dass sie gemeinsam bzw. gleichzeitig zu betätigen und aufzublasen sind. Ebenso sind jedoch auch voneinander unabhängig zu betätigende Formschläuche 14 möglich.
Die Formschläuche 14 weisen vorzugsweise einen oder einen gemeinsamen Adapter (nicht gezeigt) auf, der an einen korrespondierenden Adapter einer externen, d. h. außerhalb des Vorformlings befindlichen Expansionseinrichtungs-Betätigungseinrichtung (ebenfalls nicht gezeigt) anschließbar ist. Der Adapter eines Formschlauchs 14 kann bei einer vollständig verschlossenen Hohlkammer H beispielsweise durch eine im Verstärkungsfasermaterial des Vorformlings 2 angebrachte Öffnung herausragen. Der korrespondierende Adapter kann z. B. an der Injektionsform selbst oder separat davon vorgesehen sein. Der mit den Formschläuchen 14 ausgestattete Vorformling 2 steht den weiteren Verfahrensschritten als vorkonfektionierte Einheit zur Verfügung.
Der vorkonfektionierte Vorformling 2 wird nun in eine der Außenform und Abmessung des herzustellenden Traglenkers angepasste Injektionsform (nicht dargestellt) eingelegt und in dieser exakt positioniert und ausgerichtet. Der Adapter der Formschläuche 14 wird an den korrespondierenden Adapter der Injektionsform angekuppelt und die Injektionsform verschlossen. Dann werden die Formschläuche 14 aufgeblasen (vgl. 3). Dadurch legen sie sich an den Innenumfang der Hohlkammern H und gleichzeitig von gegenüberliegenden Seiten an die vernähte Rippe 10 an und pressen den Vorformling 2 durch den in den Formschläuchen 14 erzeugten Innendruck P an die Innenkontur der umschließenden Injektionsform. Anschließend wird ein Harz, z. B. Epoxydharz, in die Injektionsform und zwischen den Innenumfang der Form und den Außenumfang der Formschläuche 14 eingespritzt und das Harz ausgehärtet. Dadurch ist der hohle FVW-Traglenker fertiggestellt und kann der Injektionsform entnommen und weiteren Bearbeitungsschritten zugeführt werden.
In der 4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten hohlen FVW-Traglenkers 16 dargestellt. Der Traglenker verfügt über ein geschlossenes Gesamtquerschnittsprofil mit einer Vielzahl von benachbarten, im Wesentlichen gleichartig aufgebauten Hohlkammern H, die jeweils durch eine integrale, durchgehende Rippe 10 voneinander getrennt sind. Für die Herstellung des Traglenkers 16 wurde der zuvor beschriebene Vorformling 2 verwendet, der in den 2 und 3 beispielhaft mit nur zwei der Hohlkammern H dargestellt ist.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Formschläuche 14 nach dem Aushärten des Harzes im hergestellten FVW-Hohlbauteil 16 verbleiben können. Dies bietet sich primär bei der Verwendung sehr leichtgewichtiger, folienartiger Formschläuche 14 in Verbindung mit FVW-Hohlbauteilen an, deren Hohlkammern H vollständig bzw. allseitig geschlossen sind.
Sind die Hohlkammern H hingegen an mindestens einer Seite offen, so empfiehlt es sich, die Formschläuche 14 zu entfernen.
5 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Vorformlings 2, dessen jeweilige Hohlkammern H an mindestens einer Seite des Vorformlings 2 offen ausgebildet sind. Zum Verschließen dieser offenen Seite und zur Bildung einer allseitig geschlossenen Hohlkammer H ist ein Verstärkungsfasermaterial-Hilfs-Vorformling 18 schubfachartig in die offene Seite eingesetzt und verschließt diese mit einer Schließwand 18a. Wie in der 5 angedeutet, ist der Hilfs-Vorformling 18 in dieser Ausführungsform rahmenförmig ausgestaltet. Ebenso ist beispielsweise eine kappenartige Form des Hilfs-Vorformling 18 realisierbar. Vorzugsweise wird der Hilfs-Vorformling 18 im eingesetzten Zustand mit einer Naht am Vorformling 2 fixiert. Bei der Naht handelt es sich vorzugsweise um eine Schließnaht S der zuvor beschriebenen Art.
In der 6 ist in einer schematischen Querschnittsansicht ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes weiteres FVW-Hohlbauteil dargestellt. Es handelt sich hierbei um ein mit einem aerodynamisch wirksamen Profil versehenes Rotorblatt 20 eines Hubschraubers. Das Gesamtquerschnittsprofil des Rotorblattes 20 besitzt zwei nebeneinander liegende, geschlossene Hohlkammern H unterschiedlicher Form und Größe, die durch eine integrale Rippe 10 voneinander getrennt sind.
Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt, die lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dienen. Im Rahmen des Schutzumfangs können das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße Zwischenprodukt und das daraus hergestellte FVW-Hohlbauteil vielmehr auch andere als die oben konkret beschriebenen Ausführungs- und Ausgestaltungsformen annehmen. Die für die Herstellung der dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur verwendeten Zuschnitte können je nach Form und Abmessung des herzustellenden Vorformlings bzw. FVW-Bauteils anders als oben beschrieben überlappt, vernäht und drapiert werden. Die dreidimensionale Verstärkungsfaserstruktur kann zudem aus einer oder mehreren Teileinheiten aufgebaut sein.
Neben der rippen- oder stegartigen Trennwand können bei Bedarf auch weitere Bereiche der Zuschnitte mit einer Kompaktierungsnaht versehen werden. Insbesondere die Schließwand des Hilfs-Vorformlings ist in bestimmten Anwendungsfällen mit einer im Wesentlichen vollflächigen Kompaktierungsnaht auszugestalten. Wird beispielsweise ein kappenförmiger Hilfs-Vorformling mit einer derart vernähten Schließwand weiter in eine Hohlkammer des Vorformlings eingeschoben, so kann diese Schließwand eine zusätzliche innere Rippe bilden, welche sich in einem annähernd rechten Winkel zu den in den o. g. Figuren im Querschnittsprofil gezeigten Rippen 10 erstreckt. Zur Herstellung eines entsprechenden FVW-Hohlbauteils wären dann mindestens zwei in Längsrichtung der betreffenden Hohlkammer hintereinander angeordnete Expansionseinrichtungen erforderlich, zwischen denen die vernähte Schließwand verläuft.
Anstelle aufblasbarer Formschläuche ist auch die Verwendung anderer Expansionseinrichtungen wie z. B. expandierbare Schäume, Quellkörper, elastische, zusammendrückbare Formkerne oder dergleichen denkbar. Es ist zudem eine leicht abgewandelte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens realisierbar, bei der anstelle der Expansionseinrichtungen feste Formenkerne zur Bildung der Hohlkammern verwendet werden. Gegenüber dem eingangs geschilderten Verfahren nach dem Stand der Technik, welches ebenfalls mit festen Formkernen arbeitet, bietet sich dann immer noch der Vorteil einer verbesserten Faserarchitektur, da aufgrund der mittels der Kompaktierungsnaht vernähten Rippe/Trennwand in Zusammenwirkung mit der Schließnaht eine unerwünschte Veränderung der Faserorientierung bzw. eine Verschiebung von Faserlagen während des Fertigungsprozesses wirkungsvoll vermieden werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können neben dem beschriebenen Traglenker oder dem Rotorblatt auch andere, ähnlich aufgebaute FVW-Hohlbauteile mit mindestens zwei nebeneinander liegenden Hohlkammern sowie entsprechende Zwischenprodukte für derartige FVW-Hohlbauteile hergestellt werden. So ist es insbesondere auch möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Flugzeug-Tragfläche, eine Tragflächen-Klappe, ein Leitwerk, ein Windkraftanlagen-Rotorblatt, oder dergleichen, sowie Teilkomponenten davon anzufertigen.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines FVW-Hohlbauteils (16, 20), welches über mindestens zwei nebeneinander liegende, geschlossene Hohlkammern (H) verfügt, die durch eine integrale, rippenartige Trennwand (10) voneinander getrennt sind, aus einem mit der Form und Abmessung des herzustellenden FVW-Hohlbauteils (16, 20) korrespondierenden dreidimensionalen, hohlen Verstärkungsfasermaterial-Vorformling (2), umfassend folgende Schritte: a) Zuschneiden von flächigem, bahnförmigen Verstärkungsfasermaterial zur Bildung von drei ebenen, endmaßgenauen, ein- oder mehrlagigen Zuschnitten (4, 6, 8) einer Verstärkungsfaserstruktur (12) des Vorformlings (2); b) Herstellen von wenigstens einer flächigen Überlappung (R) mit den Zuschnitten (4, 6, 8) in einem solchen Bereich, welcher später die rippenartige Trennwand (10) des Vorformlings (2) definiert; c) flächiges Vernähen dieser Überlappung (R) mittels einer Kompaktierungsnaht (K), wodurch die Form und Abmessung der rippenartigen Trennwand (10) sowie deren Lage in Bezug zu benachbarten Zuschnittsbereichen (a, e) festgelegt und das Verstärkungsfasermaterial im Bereich der Trennwand (10) vorfixiert, vorkompaktiert und versteift wird und die Kompaktierungsnaht (K) gitternetzartig über im Wesentlichen die gesamte Höhe und Länge der rippenartigen Trennwand (10) angebracht wird, d) Formen der Zuschnitte (4, 6, 8) zu einer dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur (12) mit mindestens zwei nebeneinander liegenden Hohlkammern (H), die durch die vernähte rippenartige Trennwand (10) voneinander separiert sind; e) Anordnen von jeweils mindestens einer Expansionseinrichtung (14) in die Hohlkammern (H) des Vorformlings (2), f) Verschließen der aus den geformten Zuschnitten (4, 6, 8) gebildeten dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur (12) mittels mindestens einer Schließnaht (S), wodurch die Außenkontur der dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur (12) definiert und fixiert wird und der Querschnitt der beiden Hohlkammern (H) des Vorformlings (2) geschlossen und die Lage der rippenartigen Trennwand (10) zwischen diesen beiden Hohlkammern (H) und im Gesamtquerschnittsprofil des Vorformlings (2) eindeutig festgelegt wird; g) Positionieren des Vorformlings (2) in einer Injektionsform und Verschließen der Injektionsform; h) Expandieren der Expansionseinrichtungen (14), wodurch sich diese an den Innenumfang der Hohlkammern (H) und gleichzeitig von gegenüberliegenden Seiten an die vernähte rippenartige Trennwand (10) anlegen und den Vorformling (2) an die Innenkontur der Injektionsform pressen; i) Einspritzen von Harz in die Injektionsform zwischen den Innenumfang der Form und den Außenumfang der Expansionseinrichtungen (14); und Aushärten des Harzes.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt d) das Formen der Zuschnitte (4, 6, 8) zu der dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur (12) durch Drapieren erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teilabschnitt der flächig vernähten Kompaktierungsnaht (K), welcher einen bezogen auf den Querschnitt der rippenartigen Trennwand (10) oberen oder unteren Rand der Trennwand (10) definiert, eine Drapierzone bildet, welche eine vorbestimmte Drapierbarkeit der Faserarchitektur benachbarter Zuschnittsbereiche (a, e) gewährleistet.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließnaht (S) eine Doppelsteppstich-Naht ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließnaht (S) mittels einer Armabwärts-Nähmaschine hergestellt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinrichtung (16) nach dem Aushärten des Harzes im FVW-Hohlbauteil (16, 20) verbleibt.
Zwischenprodukt zur Herstellung eines FVW-Hohlbauteils (16, 20), umfassend einen mit der Form und Abmessung des herzustellenden FVW-Hohlbauteils (16, 20) korrespondierenden dreidimensionalen, hohlen Verstärkungsfasermaterial-Vorformling (2) mit – einer dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur (12), die aus drei ebenen, endmaßgenauen, ein- oder mehrlagigen Zuschnitten (4, 6, 8) aus flächigem, bahnförmigen Verstärkungsfasermaterial geformt ist, und – einem verschließbaren Gesamtquerschnittsprofil mit mindestens zwei nebeneinander liegenden Hohlkammern (H), die durch eine rippenartige Trennwand (10) voneinander getrennt sind, die durch eine flächige Überlappung (R) der Zuschnitte (4, 6, 8) gebildet ist, die durch eine Kompaktierungsnaht (K) flächig vernäht sind, welche die Form und Abmessung der rippenartigen Trennwand (10) sowie deren Lage in Bezug zu benachbarten Zuschnittsbereichen festlegt und das Verstärkungsfasermaterial im Bereich der Trennwand (10) vorfixiert, vorkompaktiert und versteift, wobei die Kompaktierungsnaht (K) gitternetzartig über im Wesentlichen die gesamte Höhe und Länge der rippenartigen Trennwand (10) angebracht ist.
Zwischenprodukt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer jeweiligen Hohlkammer (H) jeweils mindestens eine Expansionseinrichtung (14) angeordnet ist.
Zwischenprodukt nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinrichtung (14) einen Adapter aufweist, der an einen korrespondierenden Adapter einer externen Expansionseinrichtungs-Betätigungseinrichtung anschließbar ist.
Zwischenprodukt nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinrichtung ein aufblasbarer Formschlauch (14) ist.
Zwischenprodukt nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Hohlkammer (H) an mindestens einer Seite des Vorformlings (2) offen ausgebildet ist und ein Verstärkungsfasermaterial-Hilfs-Vorformling (18) schubfachartig in diese offene Seite eingesetzt ist und diese verschließt (18a).
Zwischenprodukt nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfs-Vorformling (18) im eingesetzten Zustand mit einer Naht am Vorformling fixiert ist.
FVW-Hohlbauteil (16, 20), welches über mindestens zwei nebeneinander liegende Hohlkammern (H) verfügt, die durch eine integrale, rippenartige Trennwand (10) voneinander getrennt sind, umfassend mindestens ein Zwischenprodukt nach einem der Ansprüche 7 bis 12 mit wenigstens einem mit der Form und Abmessung des FVW-Hohlbauteils (16, 20) korrespondierenden dreidimensionalen, hohlen Verstärkungsfasermaterial-Vorformling (12), wobei das FVW-Hohlbauteil ein FVW-Hohlbauteil ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von FVW-Hohlbauteilen, umfassend: einen Flugzeugtür-Traglenker (16), eine Flugzeug-Tragfläche, eine Tragflächen-Klappe, eine Rotorblatt-Klappe, ein Leitwerk, ein Drehflügelflugzeug-Rotorblatt (20), ein Windkraftanlagen-Rotorblatt, sowie Teilkomponenten davon.