DE102004013145B4

DE102004013145B4 - Verfahren zur Randabdichtung eines Kernverbundes

Info

Publication number: DE102004013145B4
Application number: DE102004013145A
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: 2010-04-01
Anticipated expiration: 2024-03-18
Also published as: DE102004013145A1; US20050204693A1; US7658810B2

Abstract

Verfahren zur Randabdichtung eines Kernverbundes (12), wobei der Kernverbund (12) eine beidseitig mit Deckschichten (14) versehene Kernstruktur (1) mit einer durchgängige Kanäle (4) bildenden Faltwabenstruktur aufweist, umfassend die folgenden Schritte:
a) Anlegen mindestens eines bereichsweisen unteren Kernabdrucks (7) von einer Unterseite (2) der Kernstruktur (1) an die Unterseite (2) der Kernstruktur (1) und Anlegen mindestens eines bereichsweisen oberen Kernabdrucks (8) von einer Oberseite (3) der Kernstruktur (1) an die Oberseite (3) der Kernstruktur (1), wobei ein Randbereich (6) frei bleibt,
b) Auffüllen des Randbereichs (6) mit einem Kunststoffmaterial als Dichtmasse (9), insbesondere mit einem aushärtbaren Kunstharz und/oder einem aushärtbaren Kunststoffschaum zur Herstellung der Randabdichtung (11),
c) Entfernen des unteren und des oberen Kernabdrucks (7, 8), und
d) Aufbringen der Deckschichten (14) und Aushärtung des so gebildeten Kernverbundes (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Randabdichtung eines Kernverbundes, wobei der Kernverbund eine beidseitig mit Deckschichten versehene Kernstruktur mit einer durchgängige Kanäle bildenden Faltwabenstruktur aufweist.
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 hexagonalen 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.
Die Schaffung von Randabdichtungen bei derartigen Kernstrukturen, wie sie die oben beschriebene Honigwabenstruktur darstellt, ist unproblematisch. Durch die kleinvolumigen Wiederholungseinheiten kann lokal in Randbereichen der Kernstruk tur Material zur Bildung der Randabdichtung eingespachtelt, eingestrichen, eingefüllt, eingepresst, eingeschäumt oder eingegossen werden. Bei dem die Randabdichtung bildenden Werkstoff kann es sich beispielsweise um ein aushärtendes Kunststoffmaterial, zum Beispiel in Form eines Kunstharzes und/oder Kunststoffschaums handeln.
Neuartige, insbesondere aus dreidimensionalen Faltwabenstrukturen gebildete Kernverbunde weisen im Unterschied zu den oben beschriebenen Kernverbunden, bei denen eine räumliche Begrenzung immer vorhanden ist, eine offene bzw. drainagefähige Struktur auf. Hierdurch wird beispielsweise eine Führung von Leitungen durch den Kernverbund ermöglicht, ohne vorher eine Durchführung, unter Einbußen zum Beispiel bei den mechanischen Eigenschaften, schaffen zu müssen.
Wird zur Bildung einer Randabdichtung oben beschriebener drainagefähiger Kernstrukturen ein pastöses oder viskoses härtendes Material in Randbereiche der Kernstruktur eingebracht, so kann es sich je nach Viskosität mehr oder weniger unkontrolliert über die offene Kernstruktur ausbreiten. Im Gegensatz zu Honigwabenstrukturen, bei denen beispielsweise mit einem Trennschnitt grundsätzlich nur eine begrenzte Anzahl von Struktureinheiten geöffnet werden und so eingebrachte Substanzen immer räumlich begrenzt sind, können sich viskose oder pastöse Substanzen bei Verwendung offener drainagefähiger Kernstrukturen über größere Distanzen unkontrollierbar ausbreiten.
Aus der DE 89 15 724 U1 ist eine Leichtbauplatte, insbesondere für den Fahrzeugbau, mit einem Plattenkern mit einer Wabenstruktur mit senkrecht zur Plattenebene verlaufenden Waben bekannt.
Die Wabenöffnungen sind an der Oberseite und der Unterseite durch eine aufgeklebte Schicht abgedeckt und bilden somit in bekannter Weise eine Leichtbauplatte. In einem Randbereich ist der Plattenkern abgeschnitten, so dass sich entlang der Schnittlinie ganz oder teilweise geöffnete Waben ergeben, die dem Randbereich über die Dicke des Plattenkerns hinweg einen entsprechend unregelmäßigen Verlauf geben. An die so gestaltete Kante des Plattenkerns ist eine aus gießfähigem Kunststoff hergestellte Angusskante angegossen, deren Kunststoff die an der Außenseite des Plattenkerns befindlichen geöffneten Waben ausfüllt. Das vorbekannte Verfahren ist jedoch nicht zur Schaffung einer Randabdichtung bei einem Kernverbund mit einem Faltwabenkern geeignet, denn die Kernstruktur liefe infolge der durchgehenden, drainagefähigen Kanäle zumindest teilweise mit dem Füll- bzw. dem Vergussmittel in unkontrollierter Weise voll.
Die DE 297 12 684 U1 betrifft eine Verbundplatte mit mehreren Lagen aus thermoplastischen Kunststofffolien sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Verbundplatte weist eine mehrschichtige Kernstruktur auf, die aus beispielsweise vier jeweils um etwa 90° zueinander verdreht angeordneten und zickzackförmig gefalzten Lagen sowie einer Zwischenlage gebildet ist. Die Kernstruktur ist zur Bildung einer Sandwichstruktur in bekannter Weise beidseitig von Decklagen eingeschlossen. Zur Verhinderung des Eindringens von Wasser sowie zur Verbesserung der Schalldämmungseigenschaften ist die Kernstruktur darüber hinaus mit einer Schaumfüllung versehen. Bei diesem Verfahren wird in weite Bereiche der Kernstruktur Kunststoffschaum eingebracht, was bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aus Gründen der Gewichtsminimierung vermieden werden soll.
Die JP 06344449 A offenbart die Schaffung einer Randabdichtung bei einer Doppelsteg- bzw. Hohlkammerplatte. Zu diesem Zweck wird ein U-Profil mit einer Füllmasse zumindest teilweise aufgefüllt und dieses sodann auf einen ganzseitig offenen Bereich der Hohlkammerplatte mit hohem Druck aufgepresst. Das hieraus bekannte Verfahren ist jedoch für einen Kernverbund mit einer Faltwabenkernstruktur aufgrund des zu erwartenden unkontrollierten randseitigen Eintrags der Füllmasse nicht geeignet.
Aus der DE 101 46 201 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von leichtgewichtigen Faserverbundwerkstoffteilen bekannt, wobei ein plattenförmiger Kern zwischen einer oberen Faserwerkstofflage und einer unteren Faserwerkstofflage angeordnet ist. Die Faserwerkstofflagen werden mit einem fließfähigen Harz zur Herstellung des Faserverbundwerkstoffteils durchtränkt und anschließend ausgehärtet. Der Kern wird hierbei in einem ersten Ausführungsbeispiel mit einer Sandwichplatte gebildet, die eine honigwabenartige Kernstruktur aufweist, wobei die Oberseite und die Unterseite der Kernstruktur von einem Deckel bedeckt sind, um das Eindringen von Harz während des Infusionsprozesses zu verhindern. Nach Maßgabe weiterer Aus führungsbeispiele kann die Sandwichplatte auch mit einer gefalteten Kernstruktur, einer wellpappenartigen Kernstruktur oder mit einer drainagefähigen Faltwabenkernstruktur gebildet werden. Im Fall einer faltwabenartigen Kernstruktur dienen geschlossenporige Schaumstoffplatten zur Versiegelung bzw. Abdeckung des Kerns, wobei die Schaumstoffplatten beidseitig auf die Kernstruktur aufgeklebt sind. Das Verfahren ist jedoch zur Bildung einer Randabdichtung mit einer definierten geometrischen Erstreckung an einem Faltwabenkern ungeeignet, da zwischen den Schaumstoffplatten und dem Faltwabenkern eine Vielzahl von durchgehenden Hohlräumen verbleibt, in die Harz eindringt.
Demzufolge sind die Standardverfahren nach dem Stand der Technik zur Schaffung räumlich begrenzter Randabdichtungen in offenen drainagefähigen Kernstrukturen nicht anwendbar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Randabdichtung von Kernverbunden mit offenen Kernstrukturen, insbesondere mit dreidimensionalen Faltwabenstrukturen, bereitzustellen, bei dem lediglich ein kleines definiertes Volumen der Dichtmasse in die Randbereiche des Kernverbundes eingetragen wird.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 mit den folgenden Schritten gelöst:

a) Anlegen mindestens eines bereichsweisen unteren Kernabdrucks von einer Unterseite der Kernstruktur an die Unterseite der Kernstruktur und Anlegen mindestens eines bereichsweisen oberen Kernabdrucks von einer Oberseite der Kernstruktur an die Oberseite der Kernstruktur, wobei ein Randbereich frei bleibt,
b) Auffüllen des Randbereichs mit einem Kunststoffmaterial als Dichtmasse, insbesondere mit einem aushärtbaren Kunstharz und/oder einem aushärtbaren Kunststoffschaum zur Herstellung der Randabdichtung,
c) Entfernen des unteren und des oberen Kernabdrucks, und
d) Aufbringen der Deckschichten und Aushärtung des so gebildeten Kernverbundes.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt die Abdichtung von Randbereichen von Kernverbunden mit offenen Kernstrukturen auf besonders einfache Weise. Besonders vorteilhaft ist, dass im Zuge der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein begrenztes und definierbares Volumen der Dichtmasse in den Randbereich des Kernverbundes bzw. der Kernstruktur eingetragen wird, sodass sich infolge der Einbringung der Randabdichtung nur eine geringe Gewichtserhöhung des Kernverbundes – wie bei Kernverbunden mit honigwabenartigen Kernstrukturen – ergibt.
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 Eine perspektivische Ansicht einer offenen Kernstruktur eines Kernverbundes, die als Faltwabenstruktur ausgebildet ist,
2–4 eine Darstellung des prinzipiellen Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Verfahrensvariante,
5 eine Darstellung einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
6 eine Darstellung einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 1 zeigt ein Beispiel einer offenen, dreidimensionalen Kernstruktur 1 zur Bildung eines Kernverbundes. Die Kernstruktur 1 wird hierbei aus dreidimensionalen Faltwaben gebildet. An einer Unterseite 2 und einer Oberseite 3 der Kernstruktur 1 sind durchgängige Kanäle 4 erkennbar. Die Kanäle 4 können beispielsweise zur Durchführung von elektrischen oder hydraulischen Leitungen durch die Kernstruktur 1 genutzt werden. Hierbei sind wegen der Offenheit der Kernstruktur keine Bohrungen oder Durchbrüche, die die Eigenschaften der Kernstruktur beeinträchtigen könnten, erforderlich.
Die Kernstruktur 1 kann beispielsweise aus metallischen und korrosionsgeschützten Aluminiumfolien gebildet werden. 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 2–4 zeigen schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Variante.
Die 2 zeigt die Kernstruktur 1 mit einer nahezu vollflächig aufliegenden Abdeckung 5 in einer Querschnittsdarstellung.
Auf die Kernstruktur 1 wird in einem ersten Verfahrensschritt die Abdeckung 5 als räumliches Begrenzungsmittel aufgebracht. Randbereiche 6 der Kernstruktur 1 werden von der Abdeckung 5 freigelassen. Die Abdeckung 5 zur Begrenzung des Dichtmasseneintrages wird im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem unteren Kernabdruck 7 der Unterseite 2 der Kernstruktur 1 sowie einem oberen Kernabdruck 8 der Oberseite 3 der Kernstruktur 1 geschaffen. Die Kernabdrücke 7, 8 sind zu diesem Zweck formschlüssig zur Oberflächenstruktur der Kernstruktur 1 ausgebildet.
Die Kernabdrücke 7, 8 können beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial gebildet werden. Als vorteilhaft haben sich in der praktischen Anwendung insbesondere Silikonelastomere, die über gute Antihafteigenschaften verfügen, erwiesen. Es können jedoch grundsätzlich alle Kunststoffmaterialien, beispielsweise PE, PP, PTFE sowie Metalle aller Art Verwendung finden. In besonders vorteilhafter Weise wird beispielsweise die Formmasse Aircast3700^® eingesetzt.
Die 3 zeigt die Kernstruktur 1 nach der Beendigung des ersten Verfahrensschrittes in einer Draufsicht. Der die Abdeckung 5 bildende obere Kernabdruck 8 liegt hierbei auf der Kernstruktur 1 vorzugsweise vollflächig unter Freilassung der Randbereiche 6 auf. Auf der hiervon abgewandten Seite der Kernstruktur 1 liegt der, in der 3 nicht sichtbare Kernabdruck 7, an. Für großflächige Kernstrukturen 1 können der obere und/oder der untere Kernabdruck 7, 8 beispielsweise auch nur bereichsweise die Kernstruktur 1 abdecken.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird dann eine Dichtmasse 9 vorzugsweise ausgehend von Außenkanten 10 der Kernstruktur 1 bis hin zum unteren und oberen Kernabdruck 7, 8 zur Bildung einer Randabdichtung 11 eingebracht (vgl. 4 mit einer Querschnittsdarstellung der Kernstruktur 1 mit aufgelegten Kernabdrücken 7, 8 im zweiten Verfahrensschritt). Als Dichtmasse 9 kann beispielsweise ein Kunststoffmaterial, insbesondere ein aushärtbares Kunstharz und/oder ein aushärtbarer Kunststoffschaum Verwendung finden.
Im Zusammenhang mit der Materialbeschaffenheit der Dichtmasse 9 kommt es insbesondere darauf an, dass die Dichtmasse 9 sowohl über gute Verbindungseigenschaften mit der Kernstruktur 1 als auch mit den später aufzubringenden Deckschichten verfügt. Darüber hinaus sollte die Dichtmasse 9 nicht über eine zu hohe Viskosität verfügen, damit sie nach dem Eintrag nicht unkontrolliert aus den Randbereichen 6 ausläuft. Als vorteilhaft haben sich in der Praxis daher hochviskose, eher pastöse Dichtmassen 9 erwiesen.
In weiteren, in den 2 bis 4 nicht näher dargestellten Verfahrenschritten werden die Kernabdrücke 7, 8 von der Kernstruktur 1 abgehoben, durch eine mechanische Bearbeitung die Randabdichtung 11 der Höhe der Kernstruktur 1 angepasst sowie die Kernstruktur 1 beidseitig mit Deckschichten zur Bildung eines Kernverbundes versehen.
Die 5 zeigt einen Kernverbund 12 mit einer Kernstruktur 13 und bereits aufgebrachten Deckschichten 14 in einer Querschnittsdarstellung, bei der eine Randabdichtung mittels einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildet wird.
Hierzu wird ein Profil 15 mit einer beispielsweise u-förmigen Querschnittsgeometrie verwendet. Das Profil 15 weist zwei über eine Rückwand 16 verbundene Schenkel 17, 18 auf. Das Profil 15 wird mit einem definierten Volumen einer Dichtmasse 19 aufgefüllt und anschließend möglichst weit auf einen Randbereich 20 des Kernverbundes 12 aufgeschoben. Statt des Abmessens eines definierten Volumens kann das Profil 15 auch vollständig mit der Dichtmasse 19 gefüllt werden, woraus sich ebenfalls ein definierter Volumeneintrag ergibt. Im Idealfall liegt eine Innenfläche der Rückwand des Profils 15 nahezu vollständig an einer Außenkante 21 des Kernverbundes 12 an. Die Dichtmasse 19 dringt hierbei in den Randbereich 20 des Kernverbundes 12 unter Bildung einer Randabdichtung 22 ein. Die Dichtmasse 19 kann wiederum aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem aushärtbaren Kunstharz und/oder aushärtbaren Kunststoffschaum gebildet sein. Als besonders vorteilhaft haben sich in dieser Verfahrensvariante pastöse Dichtmassen 19 erwiesen, um ein unkontrolliertes Eindringen der Dichtmasse 19 in die Kernstruktur 13, insbesondere durch Verlaufen, zu vermeiden.
Der Abstand zwischen den Schenkeln 17, 18 sollte ungefähr der Höhe des Kernverbundes 12 einschließlich der Deckschichten 14 entsprechen. Hierdurch wird erreicht, dass möglichst wenig Dichtmasse 19 beim Aufschieben des Profils 15 auf den Kernverbund 12 zur Seite gedrückt wird. Das Profil 15 kann eine von der Darstellung der 5 abweichende Querschnittsgeometrie aufweisen. Beispielsweise kann das Profil 15 zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit zusätzliche Versteifungsrippen oder dergleichen aufweisen.
Zur Bildung von Randabdichtungen an Kernverbunden 12 mit gekrümmten Außenkonturen ist es alternativ möglich das Profil 15 flexibel auszubilden.
Als Material für das Profil 15 kommen insbesondere Metalle und/oder Kunststoffma terialien in Betracht, wobei diese über gute Antihafteigenschaften verfügen sollten. Das Profil 15 kann beispielsweise aus einem Silikonelastomer gefertigt werden, weil dieses Material von Hause aus über gute Antihafteigenschaften verfügt, sodass sich eine separate Antihaftbeschichtung erübrigen kann. Ein metallisches Material muss gegebenenfalls zusätzlich mit einer Antihaftbeschichtung und/oder einem Trennlack versehen werden.
Die 6 zeigt wiederum einen Kernverbund 23 mit einer Kernstruktur 24 und aufgebrachten Deckschichten 25 in einer schematischen Querschnittsdarstellung, bei der eine Randabdichtung gemäß einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildet wird. Die Kernstruktur 24 weist wiederum eine Unterseite 26 und eine Oberseite 27 auf.
Zur Schaffung einer Randabdichtung 31 werden ein oberer und ein unterer Formkörper 28, 29 gebildet.
Die Formkörper 28, 29 werden aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem aushärtbaren Kunstharz und/oder einem aushärtbaren Kunststoffschaum hergestellt. Von entscheidender Bedeutung für die Dichtigkeit der geschaffenen Randabdichtung ist, dass das Material zur Bildung der Formkörper 28, 29 sowohl auf der Kernstruktur 24 als auch auf den Deckschichten 25 gut haftet.
Der untere Formkörper 28 ist formschlüssig mit der Unterseite 26 der Kernstruktur 24 im Randbereich 30 ausgebildet und liegt fest an dieser an. Der obere Formkörper 29 ist gleichfalls formschlüssig mit der Oberseite 27 der Kernstruktur 24 in dem Randbereich 30 ausgebildet. Zur Erstellung der Formkörper 28, 29 kommen bekannte Abdruckverfahren zum Einsatz.
Zur Schaffung einer Randabdichtung 31 werden der untere Formkörper 28 sowie der obere Formkörper 29 im Bereich der Unterseite 26 bzw. der Oberseite 27 in die Kernstruktur 24 eingeschoben und mit dieser im Randbereich 30 kraftschlüssig verbunden. Diese Verbindung zwischen den Formkörpern 28, 29 und der Kernstruktur 24 kann beispielsweise durch Einkleben, Einschweißen, Eingießen, Einschäumen etc. erfolgen.
Eine Anpassung der Höhe der Randabdichtung 31 an die Höhe der Kernstruktur 24 ist bei dieser Verfahrensvariante unter Umständen nicht mehr erforderlich.

1: Kernstruktur
2: Unterseite
3: Oberseite
4: Kanal
5: Abdeckung
6: Randbereich
7: unterer Kernabdruck
8: oberer Kernabdruck
9: Dichtmasse
10: Außenkante
11: Randabdichtung
12: Kernverbund
13: Kernstruktur
14: Deckschicht
15: Profil
16: Rückwand
17: Schenkel
18: Schenkel
19: Dichtmasse
20: Randbereich
21: Außenkante
22: Randabdichtung
23: Kernverbund
24: Kernstruktur
25: Deckschicht
26: Unterseite
27: Oberseite
28: Formkörper
29: Formkörper
30: Randbereich
31: Randabdichtung

Claims

Verfahren zur Randabdichtung eines Kernverbundes (12), wobei der Kernverbund (12) eine beidseitig mit Deckschichten (14) versehene Kernstruktur (1) mit einer durchgängige Kanäle (4) bildenden Faltwabenstruktur aufweist, umfassend die folgenden Schritte: a) Anlegen mindestens eines bereichsweisen unteren Kernabdrucks (7) von einer Unterseite (2) der Kernstruktur (1) an die Unterseite (2) der Kernstruktur (1) und Anlegen mindestens eines bereichsweisen oberen Kernabdrucks (8) von einer Oberseite (3) der Kernstruktur (1) an die Oberseite (3) der Kernstruktur (1), wobei ein Randbereich (6) frei bleibt, b) Auffüllen des Randbereichs (6) mit einem Kunststoffmaterial als Dichtmasse (9), insbesondere mit einem aushärtbaren Kunstharz und/oder einem aushärtbaren Kunststoffschaum zur Herstellung der Randabdichtung (11), c) Entfernen des unteren und des oberen Kernabdrucks (7, 8), und d) Aufbringen der Deckschichten (14) und Aushärtung des so gebildeten Kernverbundes (12).
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung der Randabdichtung (11) an eine Höhe der Kernstruktur (1) vor dem Aufbringen der Deckschichten (14) eine mechanische Nachbearbeitung der Randabdichtung (11) erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernabdrücke (7, 8) jeweils zumindest bereichsweise formschlüssig mit der Unterseite (2) der Kernstruktur (1) und der Oberseite (3) der Kernstruktur (1) ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmasse (9) eine pastöse Konsistenz aufweist.