DE102004013144B4

DE102004013144B4 - Verfahren zur Bearbeitung von Kernstrukturen mit einer offenen dreidimensionalen Struktur, insbesondere einer Faltwabenstruktur sowie Vorrichtung zur Bearbeitung derartiger Kernstrukturen

Info

Publication number: DE102004013144B4
Application number: DE200410013144
Authority: DE
Inventors: Gregor Christian Endres; Hans-Jürgen WEBER
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2024-03-18
Also published as: DE102004013144A1

Abstract

Verfahren zur Bearbeitung von Kernstrukturen (1, 11) mit einer offenen dreidimensionalen Struktur, insbesondere einer Faltwabenstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernstruktur (1, 11) zeitweise mit einer Unterstützungsvorrichtung (6, 12) zur mechanischen Stabilisierung versehen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Kernstrukturen mit einer offenen dreidimensionalen Struktur, insbesondere einer Faltwabenstruktur. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Kernstrukturen mit einer offenen dreidimensionalen Struktur, insbesondere einer Faltwabenstruktur.
Aufgrund ihres außerordentlich guten Verhältnisses von Steifigkeit bzw. Festigkeit zu Dichte finden Kernverbunde insbesondere im Bereich des Flugzeugbaus einen breiten Anwendungsbereich.

Kernverbunde werden im Allgemeinen aus einer oberen und einer unteren Deckschicht bzw. Decklage gebildet, zwischen denen sich zur Erhöhung der Steifigkeit beispielsweise eine aus vertikal verlaufenden Zellen mit hexagonalem Querschnitt gebildete, honigwabenartige Kernstruktur befindet.

Zur Bildung der Kernstruktur werden beispielsweise metallische, korrosionsgeschützte Aluminiumfolien verwendet, oder auch nicht metallische Materialien, wie zum Beispiel Nomex^®- oder Kevlar^®/N636-Papier. Sowohl das Nomex^®-Papier als auch das Kevlar^®/N636-Papier werden zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit in einem Tauchverfahren mit Phenolharz beschichtet.

Bei Kernstrukturen mit einer honigwabenartigen Kernstruktur ist beispielsweise das Eintauchen zur Beschichtung mit Phenolharz oder eine mechanische Bearbeitung unproblematisch möglich, da die honigwabenartige Kernstruktur über eine relativ hohe Eigenfestigkeit verfügt.

Neuartige, insbesondere aus dreidimensionalen Faltwabenstrukturen gebildete Kernverbunde weisen im Unterschied zu den oben beschriebenen Kernverbunden, bei denen immer eine räumliche Begrenzung vorhanden ist, eine offene bzw. drainagefähige Struktur auf. Hierdurch wird beispielsweise eine Verlegung von Leitungen durch den Kernverbund ermöglicht, ohne vorher eine Durchführung, unter Einbußen zum Beispiel bei den mechanischen Eigenschaften, schaffen zu müssen.

Kernstrukturen mit einer Faltwabenstruktur weisen jedoch im Vergleich zu honigwabenförmigen Kernstrukturen eine geringere Eigenfestigkeit auf, sodass eine Weiterbearbeitung, beispielsweise durch ein Eintauchen der Kernstruktur in ein Phenolharzbad oder eine mechanische Bearbeitung nicht ohne weitere Maßnahmen möglich ist. Derartige Kernstrukturen sind aus DE 10154063 A1 bekannt.

Damit sind die Standardverfahren nach Maßgabe des Standes der Technik zur Bearbeitung von offenen Kernstrukturen, beispielsweise durch Oberflächenbearbeitung, Oberflächenbeschichtung und Fräsen, nicht ohne weiteres anwendbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bearbeitung von offenen Kernstrukturen, insbesondere von Kernstrukturen mit einer Faltwabenstruktur, bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 9 gelöst.

Dadurch, dass gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens die Kernstruktur zeitweise mit einer Unterstützungseinrichtung zur mechanischen Stabilisierung versehen wird, ist eine einfache Bearbeitung der Kernstruktur möglich. Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens ein zumindest bereichsweiser unterer Kernabdruck einer Kernstrukturunterseite und/oder mindestens ein zumindest be reichsweiser oberer Kernabdruck einer Kernstrukturoberseite zur Bildung einer Unterstützungseinrichtung vorgesehen ist, ist eine einfache Bearbeitung der Kernstruktur möglich.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen niedergelegt. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung der Erfindung.

In der Zeichnung zeigen:
1 Perspektivische Ansicht einer offenen, dreidimensionalen Kernstruktur,
2 Bearbeitung einer Kernstruktur nach Maßgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
3–4 Bearbeitung einer Kernstruktur mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die 1 zeigt ein Beispiel einer offenen bzw. drainagefähigen dreidimensionalen Kernstruktur 1 zur Bildung eines Kernverbundes. Die Kernstruktur 1 ist hierbei vorzugsweise als Faltwabe ausgebildet. An einer Kernstrukturunterseite 2 und einer Kernstrukturoberseite 3 sind durchgängige Kanäle 4 erkennbar. Die Kanäle 4 können beispielsweise zur Verlegung von Leitungen aller Art durch die Kernstruktur 1 genutzt werden, wobei keine Bohrungen oder Durchbrüche, die Verluste bei den mechanischen Eigenschaften des Kernverbundes bedeuten, eingebracht werden müssen.
Die Kernstruktur 1 wird beispielsweise aus metallischen und korrosionsgeschützten Aluminiumfolien gebildet. Weiterhin kann zum Beispiel Nomex^®- oder Kevlar^®/N636-Papier, das beispielsweise in einem Tauchverfahren mit Phenolharz beschichtet wird, zur Bildung der Kernstruktur 1 Verwendung finden.
Die 2 zeigt den Ablauf der Bearbeitung der Kernstruktur 1 gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zur Bearbeitung der Kernstrukturoberseite 3 wird zunächst ein unterer Kernabdruck 5 in die Kernstrukturunterseite 2 eingebracht. Der untere Kernabdruck 5 bildet eine Unterstützungseinrichtung 6. Der Kernabdruck 5 liegt hierbei formschlüssig an der Kernstrukturunterseite 2 zur Bildung einer Bearbeitungseinheit 7 an. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 liegt die Kernstruktur 1 vollflächig auf dem unteren Kernabdruck 5 auf, was aber nicht zwingend erforderlich ist. Der untere Kernabdruck 5 kann mittels bekannter Abformverfahren von der Kernstrukturunterseite 2 gebildet werden. Der untere Kernabdruck 5 ist bevorzugt aus einem Material gebildet, dass über gute Trenneigenschaften, beispielsweise einem Silikonelastomer, verfügt. Als vorteilhaft hat sich beispielsweise die Formmasse Aircast3700^® zur Herstellung des unteren Kernabdruckes 5 erwiesen. Gegebenenfalls ist der mit der Formmasse Aircast3700^® gebildete Kernabdruck 5 durch geeignete konstruktive Maßnahmen, beispielsweise durch eine rückwärtige Tragunterkonstruktion, zu verstärken. Alternativ ist es möglich, den unteren Kernabdruck 5 aus einem metallischen Werkstoff zu bilden, der anschließend mit einem Material, welches über gute Trenneigenschaften verfügt, beschichtet wird.
Der Kernabdruck 5 kann weiterhin über, in der Darstellung der 2 nicht näher dargestellte, Einrichtungen verfügen mittels derer die Kernstruktur 1 auf dem unteren Kernabdruck 5 fixiert werden kann. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise an die Einbringung von durchgehenden Bohrungen in den unteren Kernabdruck 5 zu denken, innerhalb derer ein Unterdruck zur mechanischen Fixierung der Kernstruktur 1 auf dem unteren Kernabdruck 5 erzeugt wird.
Im Anschluss daran wird die aus der Kernstruktur 1 sowie dem unteren Kernabdruck 5 gebildete Bearbeitungseinheit 7, wie durch einen Pfeil 8 angedeutet, in ein Bearbeitungsbad 9 eingebracht. Das Bearbeitungsbad 9 kann beispielsweise mit einem Flüssigkunststoff 10, beispielsweise einem aushärtbaren Phenolharz, zur Beschichtung und/oder Tränkung der Kernstruktur 1 befüllt sein. Das Einbringen der Kernstruktur 1 in das Bearbeitungsbad 9 kann mehrfach, nach Abschluss entsprechen der Härteprozesse, wiederholt werden.
Im Anschluss daran wird der untere Kernabdruck 5 von der Kernstrukturunterseite 2 abgehoben. Anschließend kann ein, in der 2 nicht näher dargestellter, oberer Kernabdruck auf die Kernstrukturoberseite 3 aufgebracht werden, um die Kernstrukturunterseite 2 im Bearbeitungsbad 9 ebenfalls einem Beschichtungs- und/oder Tränkungsprozess zu unterziehen. Der Ablauf Beschichtung und/oder der Tränkung der Kernstrukturunterseite 2 gestaltet sich hierbei entsprechend der vorbeschriebenen Verfahrensweise bezüglich der Kernstrukturoberseite 3.
Das Bearbeitungsbad 9 kann weiterhin dazu dienen, die Kernstrukturunterseite 2 und/oder die Kernstrukturoberseite 3 zu konditionieren, beispielsweise die Hafteigenschaften der Kernstruktur 1 durch erosive Prozesse zu verbessern.
Die 3 und die 4 zeigen die Bearbeitung einer Kernstruktur 11 mittels eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Unterstützungsvorrichtung 12.
Die Unterstützungsvorrichtung 12 ist aus einem unteren Kernabdruck 13 und einem oberen Kernabdruck 14 gebildet, die die eigentliche Unterstützungseinrichtung für die Kernstruktur 11 bilden. Der untere Kernabdruck 13 sowie der obere Kernabdruck 14 sind formschlüssig zur Kernstruktur 11 ausgebildet. Die Kernabdrücke 13, 14 werden in Entsprechung zu den bereits weiter oben gemachten Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren, beispielsweise durch Abformung einer Kernstrukturunterseite 15 und einer Kernstrukturoberseite 16 hergestellt.
Für die Auswahl des Materials der Kernabdrücke 13, 14 gelten die im Rahmen der Verfahrensbeschreibung gemachten Aussagen betreffend des unteren Kernabdrucks 5 entsprechend.
Die Fixierung des unteren Kernabdrucks 13 sowie des oberen Kernabdrucks 14 auf der Kernstruktur 11 zur Bildung einer Bearbeitungseinheit 17 kann beispielsweise wiederum durch Erzeugung eines Unterdrucks im Bereich der Kernstruktur 11 mittels geeigneter Einrichtungen erfolgen. Alternativ können auch Spannelemente, bei spielsweise Zwingen, verwendet werden. Ist die Kernstruktur 11 mittels der erfindungsgemäßen Unterstützungsvorrichtung 12 entsprechend fixiert bzw. eingespannt, kann die Kernstruktur 11 den beabsichtigten Bearbeitungsprozessen unterzogen werden.
In der 4 ist beispielsweise die Einbringung eines Trennschnittes 18 in die Bearbeitungseinheit 17 dargestellt. Nach der Bearbeitung der Kernstruktur 11 werden der untere und der obere Kernabdruck 13, 14 von der Kernstruktur 11 nach Lösung der Fixierung zum Öffnen der Unterstützungsvorrichtung 12 abgehoben.
Der untere und der obere Kernabdruck 13, 14 können alternativ so ausgebildet sein, dass sie die Kernstrukturunterseite 15 bzw. die Kernstrukturoberseite 16 nicht vollflächig bedecken. Denkbar wäre beispielsweise eine gitterartige Struktur der Kernabdrücke 13, 14, wodurch eine partielle Bearbeitung der Kernstrukturunterseite 15 und/oder der Kernstrukturoberseite 16 möglich ist.
Umfasst die Unterstützungsvorrichtung 12 nach einer weiteren Ausführungsvariante beispielsweise nur den unteren Kernabdruck 13, so kann eine mechanische Oberflächenbearbeitung der Kernstrukturoberseite 16, beispielsweise mittels erosiver Verfahren zur Verbesserung der Hafteigenschaften, erfolgen. Entsprechendes gilt für eine Bearbeitung der Kernstrukturunterseite 15.

1: Kernstruktur
2: Kernstrukturunterseite
3: Kernstrukturoberseite
4: Kanal
5: unterer Kernabdruck
6: Unterstützungsvorrichtung
7: Bearbeitungseinheit
8: Pfeil
9: Bearbeitungsbad
10: Flüssigkunststoff
11: Kernstruktur
12: Unterstützungsvorrichtung
13: unterer Kernabdruck
14: oberer Kernabdruck
15: Kernstrukturunterseite
16: Kernstrukturoberseite
17: Bearbeitungseinheit
18: Trennschnitt

Claims

Verfahren zur Bearbeitung von Kernstrukturen (1, 11) mit einer offenen dreidimensionalen Struktur, insbesondere einer Faltwabenstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernstruktur (1, 11) zeitweise mit einer Unterstützungsvorrichtung (6, 12) zur mechanischen Stabilisierung versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Unterstützungsvorrichtung (6, 12) auf die Kernstruktur (1, 11) zeitweise mindestens ein zumindest bereichsweiser unterer Kernabdruck (5) einer Kernstrukturunterseite (2) und/oder mindestens ein zumindest bereichsweiser oberer Kernabdruck (14) einer Kernstrukturoberseite (3) aufgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der untere und/oder der obere Kernabdruck (5, 14) nach dem Auflegen auf die Kernstruktur (1, 11) auf dieser fixiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – der untere Kernabdruck (5) auf die Kernstrukturunterseite (2) zur Bildung einer Bearbeitungseinheit (7) aufgelegt wird, – die Bearbeitungseinheit (7) mindestens einmal zumindest bereichsweise in ein Bearbeitungsbad (9) eingebracht wird, – der untere Kernabdruck (5) von der Kernstrukturunterseite (2) entfernt wird, – und/oder der obere Kernabdruck (14) auf die Kernstrukturoberseite (3) zur Bildung der Bearbeitungseinheit (7) aufgelegt wird, – die Bearbeitungseinheit (7) mindestens einmal zumindest bereichsweise in das Bearbeitungsbad (9) eingebracht wird, und – der obere Kernabdruck (14) von der Kernstrukturoberseite (3) entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (7) im Bearbeitungsbad (9) eingetaucht, untergetaucht oder durchgezogen wird und die Kernstruktur (1, 11) getränkt und/oder beschichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungsbad (9) mit einem Flüssigkunststoff (10), insbesondere einem aushärtbaren Kunstharz, befüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur mechanischen Bearbeitung der Kernstruktur (1, 11) der untere Kernabdruck (5) auf die Kernstrukturunterseite (2) und/oder der obere Kernabdruck (14) auf die Kernstrukturoberseite (3) zur Einspannung der Kernstruktur (1, 11) aufgelegt und fixiert werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Kernabdruck (5) und/oder der obere Kernabdruck (14) aus einem biegesteifen Material, insbesondere einem Kunststoffmaterial oder einem metallischen Material, gebildet werden.
Vorrichtung zur Bearbeitung von Kernstrukturen (1, 11) mit einer offenen dreidimensionalen Struktur, insbesondere einer Faltwabenstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zumindest bereichsweiser unterer Kernabdruck (5, 13) einer Kernstrukturunterseite (15) und/oder mindestens ein zumindest bereichsweiser oberer Kernabdruck (14) einer Kernstrukturoberseite (16) zur Bildung einer Unterstützungseinrichtung (6, 12) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Kernabdruck (5, 13) zumindest bereichsweise formschlüssig mit der Kernstrukturunterseite (15) ausgebildet ist und/oder der obere Kernabdruck (14) zumindest bereichsweise formschlüssig mit der Kernstrukturoberseite (16) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der untere und/oder obere Kernabdruck (13, 14) zur Bearbeitung der Kernstruktur (1, 11) in diese einlegbar und mittels geeigneter Mittel fixierbar ist.