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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Herstellen eines großflächigen Faserverbund-Strukturbauteils, insbesondere für den Flugzeugbereich.
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Obwohl auf beliebige großflächige Faserverbund-Strukturbauteile anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf die hintere Druckkalotte, d. h. die Kalotte des hinteren Druckspantes, eines Flugzeuges näher erläutert.
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Bei der Herstellung von Strukturbauteilen im Flugzeugbereich müssen einerseits bestimmte Gewichtsvorgaben eingehalten werden, andererseits muss die Herstellung derartiger Strukturbauteile jedoch auch wirtschaftlich sein. In der Luft- und Raumfahrt ersetzen Verbundwerkstoffe zunehmend metallische Werkstoffe, da sie wesentlich leichter sind als metallische Werkstoffe. Jedes eingesparte Kilogramm Gewicht senkt die Treibstoffkosten oder erhöht die Nutzlast vorteilhaft.
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Beispielsweise werden leichte Karbonfaser-Kunststoffe (CFK) für die Herstellung von Flügelkästen, Landeklappen, Rumpfheck mit Höhen- und Seitenleitwerken sowie der oben genannten Druckkalotte verwendet. Verkehrsflugzeuge fliegen aus wirtschaftlichen Gründen in Höhen von ca. 10 bis 15 km. Um in diesen Höhen überleben zu können, benötigt man eine druckbelüftete Kabine. In dieser wird ein Druck gehalten, der einer Flughöhe von in etwa 3 km entspricht. Die Druckkalotte bildet für diese Druckkabine das hintere Abschlussteil. Auf ihr lastet beim Flug der gesamte Kabineninnendruck. Zusammen mit einem beispielsweise Titanring und zahlreicher Winkel zur Krafteinleitung in die Rumpfstruktur wird die Kalotte am zugeordneten Ring gespannt vor dem Seitenleitwerk montiert.
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Für großflächige und wenig gekrümmte Bauteile wie beispielsweise den Leitwerksbeplankungen kommen augenblicklich mit Harz imprägnierte Karbonfaser-Bänder (sogenannte Prepregs) zum Einsatz. Diese werden aufwändig in die spätere Form gebracht und im sogenannten Autoklaven mittels Druck und Hitze ausgehärtet.
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Die bisher der Anmelderin bekannten Verfahren zum manuellen Ablegen der Prepreg-Bänder sind jedoch hauptsächlich für einfache und wenig gekrümmte Geometrien geeignet. Bei komplexeren abzulegenden Geometrien verringert sich die Legeleistung auf einen nicht weiter wirtschaftlichen Wert. Ferner sind die vorimprägnierten Prepreg-Bänder relativ teuer und nur begrenzt lagerfähig.
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Für stärker gekrümmte oder komplexere Strukturen hat die Anmelderin ein neuartiges Herstellungskonzept entwickelt, welches in der Fachzeitschrift HIGH PERFORMANCE, Composites May 2003, Seiten 45 ff.; der Fachzeitschrift Forum, Juli 2004, Seite 8 ff. und in der Fachzeitschrift Innovate!. „Flugzeugbau mit Nadel und Faden und neuen Werkstoffen”, Seiten 24 ff. erwähnt wird. Harzfreie Kohlefaser-Gewebe werden demnach im trockenen Zustand in die gewünschte Form gebracht, wobei das Harz erst anschließend in das Gewebe eingearbeitet wird. Harzfreie Kohlefaser-Gewebe lassen sich wesentlich einfacher handhaben als klebrige Prepreg-Bänder. Einzelne, multiaxiale Karbonfaser-Gelege werden mittels einer automatisierten Nähmethode zu einem sogenannten Gelegeteppich zusammengenäht. In diesem Gelegeteppich sind die Kohlenstoff-Fasern in Längs- und Querrichtung angeordnet. Die einzelnen multiaxialen Karbonfaser-Gelege bzw. Faserhalbzeugbahnen werden also durch beispielsweise Nähen zu großflächigen, ebenen Gelegeteppichen zusammengefügt, auf Rollen aufgerollt und über einem Formgebungskörper abgerollt.
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Bei der Verwendung bisheriger Ablegetechniken- und anlagen beim Ablegen der genähten Teppiche aus einzelnen multiaxialen Gelegebahnen würde eine Problematik darin bestehen, dass beim Ablegen der Gelegeteppiche auf stärker gekrümmten Formgebungskörper, insbesondere in den Randbereichen, unerwünschte Falten- bzw. Wellenbildungen entstehen. Derartige Faltenbildungen erschweren das Anlegen der gefertigten Strukturbauteile an zugeordneten Einbauteilen währen der Endmontage erheblich.
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Die
US 4 541 886 A beschreibt eine automatische Tapelegevorrichtung, bei welcher mit einer Harzmatrix imprägnierte Kohlefasertapes auf einer vorbestimmten Form abgelegt werden. Hierbei werden einzelne Tapes, das heißt sogenannte Bänder, über zwei Rollen an eine Profilierungsstation übertragen, an welcher eine Rolle mittels eines bestimmten Ansaugmechanismus das gelieferte Band durch Ansaugen aufwickelt. Mittels dieser Ansaugrolle wird das Tape auf der Form abgelegt.
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Die
EP 0 062 991 B1 beschreibt eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kernelementes für Blattfedern. Hierzu wird ein Tape bzw. ein Band aus einem Faserverbundmaterial auf eine Rolle aufgerollt und an einen Übertragungstisch geführt. Eine Form ist auf Rollen derart gelagert, dass eine horizontale Verstellung der Form bezüglich des Übertragungstisches erfolgen kann. Mittels Spindeln ist die Form höhenverstellbar, wobei für den Ablegevorgang des Tapes auf der Form die Form zunächst angehoben und dann das gesamte Band gleichzeitig auf die gesamte Form fallengelassen wird. Durch mehrmaliges Aufbringen von Tapes wird ein schichtartiger Aufbau des Kernelementes erreicht.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welche das Drapierauftreten beim Ablegen der Gelegeteppiche verhindern und die Herstellung eines wellenfreien Strukturbauteils gewährleisten.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass ein manuelles Ablegen der Faserflächengebilde bzw. Gelegeteppiche durch ein automatisiertes Abrollverfahren mittels einer entsprechenden durch eine zentrale Steuereinrichtung gesteuerten Vorrichtung ersetzt wird. Dabei wird ein vorbestimmter Formgebungskörper vorgesehen, ein Faserflächengebilde über oder in dem vorbestimmten Formgebungskörper mittels einer ansteuerbaren Ablegeeinrichtung definiert abgelegt, wobei die Ablegeeinrichtung vier synchron ansteuerbare Hubsäulen aufweist, welche um den Formgebungskörper herum paarweise angeordnet sind, wobei jedem Paar an Hubsäulen jeweils eine höhenverstellbare Quertraverse zugeordnet ist und wobei in jeder Quertraverse jeweils zwei synchron entlang der jeweiligen Quertraverse verschiebbare Aufnahmeschlitten für eine Aufnahme vorbestimmter Faserflächengebilderollen integriert sind; der vorbestimmte Formgebungskörper und die Ablegeeinrichtung relativ zueinander um einen vorbestimmten Drehwinkel mittels einer ansteuerbaren Dreheinrichtung gedreht; und ein weiteres Faserflächengebilde über dem bereits abgelegten Faserflächengebilde mittels der ansteuerbaren Ablegeeinrichtung definiert abgelegt.
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Somit können mehrere Faserflächengebilde bzw. Gelegeteppiche übereinander mit vorbestimmten Orientierungsrichtungen derart automatisch und definiert abgelegt werden, dass Falten- bzw. Wellenbildungen insbesondere im Randbereich des Strukturbauteils aufgrund der exakten Ansteuerung des Ablegevorgangs vorteilhaft verhindert werden. Folglich können Strukturbauteile mit jeglich vorstellbarer Geometrie, insbesondere auch mit stärker gekrümmten Flächen, durch das neue Ablegeverfahren und die neue Vorrichtung hergestellt werden. Zudem wird aufgrund der automatisierten Ablegung vorteilhaft die Legeleistung erhöht und die Vorrichtungsbelegungszeiten verringert.
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In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Vorrichtung sowie des im Patentanspruch 18 angegebenen Verfahrens.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist der vorbestimmte Formgebungskörper die Form des herzustellenden Strukturbauteils, beispielsweise im Falle einer herzustellenden Druckkalotte die Form einer umgestülpten, flachen Schüssel mit einem ovalen oder kreisrunden Querschnitt auf. Der Formgebungskörper dient zur Ablage der entsprechenden Harzschicht sowie der einzelnen Faserflächengebilde und gibt die Form des herzustellenden Strukturbauteils vor. Durch das automatisierte Ablegeverfahren und die ansteuerbare Ablegeeinrichtung können auch stärker gekrümmte Formgebungskörper wirtschaftlich und ohne Faltenbildung mit den entsprechenden Faserflächengebilden belegt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Ablegeeinrichtung vier durch die zentrale Steuereinrichtung synchron ansteuerbare Hubsäulen auf, welche um den Formgebungskörper herum paarweise angeordnet sind. Jedem Paar an Hubsäulen ist vorzugsweise jeweils eine höhenverstellbare Quertraverse zugeordnet, welche jeweils zwei synchron entlang der jeweiligen Quertraverse verschiebbare Aufnahmeschlitten für eine Aufnahme vorbestimmter Faserflächengebilderollen umfassen. Die Aufnahmeschlitten einerseits und die Quertraversen andererseits werden durch die zentrale Steuereinrichtung derart quer- bzw. hochverstellt, dass ein automatisiertes und definiertes Führen der Faserflächengebilderollen über den Formgebungskörper und somit ein definiertes Ablegen des Faserflächengebildes auf dem Formgebungskörper bewerkstelligt wird. Die zentrale Steuereinrichtung steuert die Hubsäulen für eine synchrone Höhenverstellung der zugeordneten Quertraversen entlang der Hubsäulen und die Aufnahmeschlitten für eine synchrone Querverstellung der Aufnahmeschlitten und somit der Faserflächengebilderollen entlang der Quertraversen geeignet in vorbestimmter Weise an.
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Vorteilhaft werden zwei Faserflächengebilderollen gleichmäßig und synchron von der Mitte des vorbestimmten Formgebungskörpers aus zum Rand desselben mittels der durch die zentrale Steuereinrichtung angesteuerten Ablegeeinrichtung für ein gleichmäßiges Ablegen des Faserflächengebildes über oder in den vorbestimmten Formgebungskörper über demselben geführt. Dazu erfolgt eine synchrone Ansteuerung der Aufnahmeschlitten bzw. der Hubsäulen durch die zentrale Steuereinrichtung.
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Vorzugsweise werden mehrere, beispielsweise sechs, Faserflächengebilde übereinander über oder in den vorbestimmten Formgebungskörper abgelegt, wobei nach jedem Ablegen eines Faser flächengebildes der vorbestimmte Formgebungskörper mittels der Dreheinrichtung um einen vorbestimmten Drehwinkel, beispielsweise 30°, relativ zu der Ablegeeinrichtung durch die zentrale Steuereinrichtung gedreht und arretiert wird. Somit kann eine vorbestimmten Abrollgeschwindigkeit, eine vorbestimmte Vorschubgeschwindigkeit und/oder eine vorbestimmte Vorschubmenge des abzulegenden Faserflächengebildes beim Ablegen desselben über oder in den Formgebungskörper durch die zentrale Steuereinrichtung vorteilhaft gesteuert werden.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Ablegeeinrichtung bei einem Ausfall der automatischen Ansteuerung mittels der zentralen Steuereinrichtung in einem Notbetrieb für ein manuelles Ablegen der Faserflächengebilde betrieben. Somit kann ein begonnener Ablegevorgang manuell beendet werden, um den Verlust des Bauteils zu verhindern.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
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Von den Figuren zeigen:
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1 eine Vorderansicht einer Vorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Rollenaufnahmezustand;
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2 eine linksseitige Ansicht der beispielhaften Vorrichtung aus 1 in einem ersten Rollenverfahrzustand;
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3 eine Vorderansicht der beispielhaften Vorrichtung aus den 1 und 2 in dem Rollenaufnahmezustand und im ersten Rollenverfahrzustand;
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4 eine linksseitige Ansicht der beispielhaften Vorrichtung aus den 1 bis 3 in einem zweiten Rollenverfahrzustand;
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5 eine linksseitige Ansicht der beispielhaften Vorrichtung aus den 1 bis 4 in einem dritten Rollenverfahrzustand; und
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6 eine linksseitige Ansicht einer Vorrichtung gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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In den 1 bis 5 ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines Strukturbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, beispielsweise einem Karbonfaser-Kunststoff (CFK), gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei illustrieren die 1 und 3 eine vorderseitige und die 2, 4 und 5 eine linksseitige Ansicht der Vorrichtung in unterschiedlichen Verfahrzuständen.
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Die beispielhafte Vorrichtung weist vorzugsweise einen Formgebungskörper 1 auf, welcher beispielsweise als Positiv-Klebeeinrichtung aus Baustahl oder dergleichen ausgebildet ist. Die Abmessungen des Formgebungskörpers 1 sind an die gewünschten Abmessungen des herzustellenden Strukturbauteils, beispielsweise der herzustellenden Druckkalotte, angepasst. Etwaige unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten des Formwerkstoffes zum Bauteilwerkstoff werden vorzugsweise bereits bei der Konstruktion des Formgebungskörpers 1 geeignet kompensiert.
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Für die Herstellung einer Druckkalotte für ein Flugzeug ist der Formgebungskörper 1 vorteilhaft als umgestülpte, flache Schüssel ausgebildet. In Abhängigkeit des Flugzeugtyps kann der Formgebungskörper 1 beispielsweise eine ovale oder kreisrunde Querschnittsform aufweisen.
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Vorzugsweise werden zunächst an vorbestimmten Stellen, beispielsweise zur Verstärkung von später in der Druckkalotte vorzusehenden Durchbrüchen oder dergleichen Prepreg-Doppler und/oder Randverstärkungslagen auf vorbestimmten Oberflächenstellen des Formgebungskörpers 1 aufgebracht. Segmentdoppler und Randverstärkungslagen bestehen aus Prepreg-Zuschnitten und werden beispielsweise mittels eines Ultraschallcutters geliefert und an den entsprechenden Stellen des Formgebungskörpers positioniert. Anschließend wird ein geeigneter Harzfilm mittels Schablonen entsprechend zugeschnitten und über den gesamten Formgebungskörper 1 abgelegt.
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Einzelne Gelegebahnen aus vorzugsweise einem karbonfaserverstärkten Kunststoff werden durch ein geeignetes Fügeverfahren, beispielsweise Nähen, Heften, Wirken, Kleben oder dergleichen zu einem großflächigen Gelegeteppich 15 zusammengefügt. Durch geschickte Fadenführung kann beispielsweise bei einem Nähprozess jede Stelle eines Bauteils weitestgehend den Belastungen angepasst werden, die später an dieser Stelle auftreten. Vorzugsweise werden die Gelegebahnen zusammengefügt, ohne dass sie vorher mit Kunstharz umhüllt werden. Harzfreie Kohlefasergewebe lassen sich einfacher handhaben als klebrige Prepregs.
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Durch ein derartiges Fügeverfahren wird ein großer Gelegeteppich 15 aus beispielsweise Kohlenstoff-Fasermaterial vorab gefertigt, in welchem die Kohlenstoff-Fasern vorzugsweise in Längs- und Querrichtung angeordnet sind. Um eine strukturangepasste Festigkeit des Karbonmaterials zu erreichen, werden später mehrere, vorzugsweise sechs dieser Gelegeteppiche 15 richtungsverdreht übereinander gelegt, was weiter unten ausführlicher erläutert wird.
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Die Gelegeteppiche 15 sind jeweils bereits auf die Form des herzustellenden Strukturbauteils vorteilhaft vorkommissioniert, um den entstehenden Verschnitt möglichst gering zu halten. Die abzulegenden, zusammengenähten Gelegeteppiche 15 werden jeweils auf ein Rollensystem bestehend aus vorzugsweise zwei Gelegerollen gleichmäßig und symmetrisch aufgewickelt, so dass im aufgewickelten Zustand die Symmetrieachse des Gelegeteppichs 15 vorzugsweise zwischen den beiden Gelegerollen angeordnet ist. Die Gelegerollen sind in den Figuren mit den Bezugszeichen 2 und 3 versehen.
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Anschließend werden die auf den Gelegerollen aufgerollten Gelegeteppiche 15 mittels einer Vorrichtung auf den zugeordneten Formgebungskörper 1 abgelegt, was im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlicher erläutert wird.
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Wie in den 1 bis 5 ferner ersichtlich ist, weist die Vorrichtung neben dem Formgebungskörper 1 zudem eine Ablegeeinrichtung auf, die ein den Formgebungskorper 1 umgebendes Hubsäulensystem, beispielsweise bestehend aus vier Hubsäulen 4, umfasst. An beiden Seiten des Formgebungskörpers 1 sind beispielsweise zwei Hubsäulen 4 zum Bilden jeweils eines Hubsäulenpaares vorgesehen, wie insbesondere in 2 dargestellt ist. Die beiden Hubsäulenpaare sind vorzugsweise symmetrisch zueinander angeordnet und weisen jeweils eine zugeordnete Quertraverse 5 auf.
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In jeder Quertraverse 5 sind beispielsweise zwei synchron, elektromotorisch angetriebene Aufnahmeschlitten 6 integriert, welche in Querrichtung entlang der zugeordneten Quertraverse 5 mittels Ansteuerung durch eine zentrale Steuereinrichtung gleitend verschiebbar gelagert sind. Die Quertraversen 5 wiederum sind vorzugsweise durch die synchron durch die zentrale Steuereinrichtung ansteuerbaren Hubsäulen 4 höhenverstellbar, so dass die Aufnahmeschlitten 6 durch entsprechende Ansteuerungen synchron sowohl in Quer- als auch in Hochrichtung des verstellt werden können.
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Vorzugsweise werden die Gelegerollen 2, 3 im aufgerollten zustand in einem geeigneten Transportwagen 8 bereitgestellt, welcher mittels geeigneter Positionierungsmittel 9 relativ zu den Aufnahmeschlitten 6 positioniert wird, wie beispiels weise in den 1 bis 3 ersichtlich.
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Die Gelegerollen 2, 3 werden gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie aus 1 ersichtlich, in einer definierten Übergabeposition direkt aus einem Transportwagen 8 aufgenommen und aus der in 1 dargestellten Aufnahmeposition in die in 2 dargestellte Position verfahren. Hierzu werden die Hubsäulen 4 mittels der zentralen Steuereinrichtung derart angesteuert, dass die zugeordneten Quertraversen nach der Rollenaufnahme synchron auf eine vorbestimmte Höhe verstellt werden.
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Anschließend werden die Aufnahmeschlitten 6, welche beispielsweise jeweils elektromotorische Antriebe aufweisen, die für eine Ansteuerung derselben mit der zentralen Steuereinrichtung verbunden sind, aus der in 2 dargestellten Position entlang der Quertraversen 5 in die Ablegeausgangsposition gemäß 4 durch geeignete Ansteuerung verfahren. In dieser Ablegeausgangsposition befinden sich die Ablegerollen 2, 3 vorzugsweise über der Mitte des Formgebungskörpers 1. Eine exakte Positionierung der Gelegerollen 2, 3 bzw. des abzulegenden Gelegeteppichs 15 bezüglich des Formgebungskörpers wird beispielsweise mittels aufgebrachter Markierungen und/oder einer zusätzlichen, beispielsweise optischen, Positionierungseinrichtung bewerkstelligt.
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Der gesamte Bewegungsablauf der Gelegerollen 2, 3 setzt sich aus der Höhenverstellung der Quertraversen 5 sowie der Querverstellung der Aufnahmeschlitten 6 zusammen, wobei der gesamte Ablegevorgang und Gelegerollenführungsvorgang programmgesteuert durch die zentrale Steuereinrichtung bewerkstelligt wird. Die Hubsäulen 4 sowie die Aufnahmeschlitten 6 werden vorzugsweise durch die zentrale Steuereinrichtung derart synchron definiert angesteuert, dass der auf den Gelegerollen 2, 3 aufgerollte Gelegeteppich 15 mit einer vorbestimmten, definierten Abrollgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit und/oder Vorschubmenge auf den Formgebungskörper 1 automatisiert abgelegt wird.
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Ausgehend von dem in 4 dargestellten Zustand werden beispielsweise die beiden Gelegerollen 2, 3 gleichmäßig von der Mitte des Formgebungskörpers 1 aus zum Rand desselben hingeführt, wie schematisch durch die Zustände der Gelegerollen 2, 3 in den 4 und 5 dargestellt ist.
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Um ein Verschieben bereits aufgebrachter Gelegeteppiche zu vermeiden, werden die Gelegerollen 2, 3 vorzugsweise freitragend in etwa 50 mm über den Formgebungskörper 1 geführt. Die Rollenantriebe der Gelegerollen 2, 3 üben hierbei vorteilhaft keine zusätzlichen Kräfte auf den Gelegeteppich 15 aus. Geeignete Zentrierzapfen 7 an den Enden der Gelegerollen 2, 3 dienen einer exakten Aufnahme derselben an den zugeordneten Aufnahmeschlitten 6 und einer exakten Führung der Gelegerollen 2, 3 über den Formgebungskörper 1.
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Durch ein derartiges definiertes, automatisches Abrollen des abzulegenden Gelegeteppichs 15 auf den Formgebungskörper 1 kann eine hohe Legeleistung sowie ein faltenfreies bzw. wellenfreies Ablegen auch in den Randbereichen erreicht werden. Durch diesen automatisierten Ablegevorgang wird zudem ein reproduzierbarer Ablegeprozess gewährleistet, so dass auch Strukturbauteile mit stärker gekrümmten Oberflächen ohne Faltenbildung für eine gute Anbindung an zugeordneten Anbauteilen bewerkstelligt werden.
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Die Vorrichtung gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel weist zudem ferner einen Drehtisch 10 auf, auf welchem der Formgebungskörper 1 aufgebracht ist. Der Drehtisch 10 ist vorzugsweise ebenfalls mit der zentralen Steuereinrichtung für eine Drehsteuerung desselben verbunden. Eine derartige Drehbewegung wird vorzugsweise mittels eines elektromotorischen Antriebes 11 bewerkstelligt, welcher durch die zentrale Steuereinrichtung in an sich bekannter Weise ansteuerbar ist. Der Drehtisch 10 weist beispielsweise zudem eine Positionierungseinrichtung 12 auf, welche einer exakten Positionierung des Drehtisches 10 um den vorgegebenen Drehwinkel dient. Durch geeignete Ansteuerung kann der Drehtisch 10 den Formgebungskörper 1 demnach in jede Drehstellung bewegen.
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Vorzugsweise wird nach dem Ablegen eines Gelegeteppichs 15 auf den Formgebungskörper 1 gemäß dem oben beschriebenen Verfahren der Formgebungskörper 1 auf dem Drehtisches 10 mittels des angesteuerten elektromotorischen Antriebes 11 um beispielsweise 30° relativ zu dem Hubsäulensystem gedreht und geeignet fixiert.
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Anschließend wird ein weiterer Gelegeteppich 15 über dem bzw. den bisher aufgebrachten Gelegeteppichen 15 nach oben beschriebener Art und Weise abgelegt.
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Dieser Vorgang kann mehrere Male hintereinander in geeigneter Weise wiederholt werden. Um eine strukturangepasste Festigkeit des Fasermaterials zu erreichen, werden beispielsweise sechs derartiger Gelegeteppiche 15 jeweils um 30° richtungsverdreht übereinander gelegt. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass auch eine sich von sechs unterscheidende Anzahl an Gelegeteppichen 15 übereinander abgelegt werden kann, wobei der Drehwinkel der Dreheinrichtung vorzugsweise an die Anzahl der abzulegenden Gelegeteppiche 15 angepasst wird.
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Nach Aufbringen aller Gelegeteppiche 15 auf dem Formgebungskörper 1 werden vorzugsweise symmetrisch zu den anfänglich aufgebrachten Prepreg-Verstärkungen derartige wiederum in den vorbestimmten Bereichen des Formgebungskörpers 1 aufgebracht.
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Abschließend wird der Formgebungskörper 1 mitsamt abgelegten Gelegeteppichen 15 und Vertärkungen und/oder aufgebrachten Steifen in einen geeigneten Backofen, einen sogenannten Autoklaven, gebracht Dort wird das als Folien eingelegte Kunstharz, beispielsweise Epoxidharz, durch ein Vakuum zwischen die einzelnen Gelegeteppiche 15 gedrückt und ausgehärtet Auf diese Weise entsteht nach Entnahme von dem Formgebungskörper 1 das gewünschte Strukturbauteil, beispielsweise eine Druckkalotte für ein Flugzeug.
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Aufgrund des hohen Automatisierungsgrades sind das oben beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung äußerst wirtschaftlich und sehr zuverlässig. Durch eine geeignete Führungssteuerung der Gelegerollen können bei dem Ablegevorgang Faserbeschädigungen der Gelegeteppiche 15 vorteilhaft vermieden werden.
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Die Vorrichtung weist beispielsweise zusätzlich eine Positioniereinrichtung auf, welche beispielsweise als Linear-Laserprojektor ausgebildet ist. Diese Positioniereinrichtung dient insbesondere einer Positionierung der auf dem Formgebungskörper 1 abzulegenden Prepreg-Verstärkungen oder zusätzlich aufzubringenden Steifen in Zusammenspiel mit der definierten Drehtischstellung.
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Vorteilhaft sind alle mit dem Gelegeteppich 15 in Berührung kommenden oder übergreifenden Anlagenkomponenten derart ausgelegt, dass eine Verschmutzung, beispielsweise durch Fusseln, Abrieb, Öl bzw. Farbpartikel, des Gelegeteppichs 15 und etwaiger unausgehärteter Steifen ausgeschlossen ist. Dies trifft insbesondere auf alle Komponenten der Ablegeeinrichtung 4, 5, 6 und des weiter unten beschriebenen Podestes zu, die keine Schmiermittel wie Öle, Fette oder silikonhaltige Schmier- und Gleitstoffe enthalten. Sämtliche Antriebseinrichtungen des Drehtisches 10 und der gesamten Ablegeeinrichtung 4, 5, 6 sind zudem vorzugsweise durch Blechabdeckungen gegen Eingreifen durch das Bedienpersonal gesichert. Zudem sichern diese Abdeckungen die Gelegeteppiche 15 gegen Austritt von eventuell vorhandenen Betriebsstoffen.
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Die oben näher erläuterte Vorrichtung arbeitet normalerweise im Automatikbetrieb, in welchem die zentrale Steuereinrichtung die Führung der Gelegerollen für ein Ablegen der Gelegeteppiche 15 auf den Formgebungskörper 1 steuert. Bei einem Ausfall der automatischen Steuerung oder von bestimmten Antriebseinrichtungen ist vorzugsweise ein Notbetrieb vorgesehen, bei welchem ein begonnener Ablegevorgang manuell beendet werden kann, um den Verlust des Strukturbauteils zu verhindern. Um Gefahren für das Bedienpersonal und Schäden in der Vorrichtung zu vermeiden bzw. zu beseitigen, ist entsprechend den sicherheitstechnischen Vorschriften vorzugsweise eine Not-Aus-Einrichtung installiert.
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6 illustriert schematisch eine linksseitige Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines großflächigen Faserverbund-Strukturbauteils gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 6 ersichtlich ist, weist die Vorrichtung zusätzlich zu den oben beschriebenen Komponenten ein verfahrbares Podest 13 auf, welches beispielsweise als Treppenpodest mit umklappbaren Plattformen 14 ausgebildet ist. In 6 sind durch die angedeuteten Pfeile mögliche Verstell- und Klappbewegungen schematisch dargestellt. Es ist für einen Fachmann allerdings offensichtlich, dass weitere Ausgestaltungen des Podestes 13 möglich sind.
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Beispielsweise ist das Podest 13 schienengeführt, um das Kippmoment in einer Arbeitsposition aufnehmen zu können, wobei das Schienensystem vorteilhaft im Hallenfußboden eingelassen ist, um Stolperkanten zu vermeiden. Das Podest 13 kann beispielsweise manuell oder mittels einer zugeordneten Steuereinrichtung elektronisch verfahren und in der jeweilige Warte- und/oder Arbeitsposition arretiert werden. Dadurch ist der Formgebungskörper 1 jederzeit und an jeder Stelle für das Bedienpersonal erreichbar.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
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Beispielsweise kann die Ablegeeinrichtung auch aus einem quadratischen Rahmen bestehen, welcher über mehrere Rollen auf einer Ringschiene gelagert ist. Die Ringschiene ist beispielsweise mit mehreren Bohrungen versehen, um mit Steckbolzen den Rahmen in den jeweils gewünschten Orientierungswinkel zu fixieren. Mittig in der am beispielsweise Boden verschraubten Ringschiene ist der Formgebungskörper fest angebracht, so dass durch ein Drehen des quadratischen Rahmens entlang der Ringschiene eine relative Verdrehung des Rahmens zu dem Formgebungskörper bewerkstelligt wird.
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Auf dem drehbar gelagerten, quadratischen Rahmen sind vorzugsweise zwei bogenförmige Laufschienen befestigt, auf denen jeweils zwei ansteuerbare Schlitten verstellbar gelagert sind. An jedem Schlitten ist ein Rollenende der Gelegerollen drehbar gelagert. Durch geeignete Ansteuerung der Schlitten werden diese entlang der bogenförmigen Laufschienen synchron geführt, so dass sich die Gelegerollen beispielsweise von der Mitte des Formgebungskörpers aus über den Formgebungskörper bis zu dem Rand desselben ausrollen. Hierbei ist die Form der bogenförmigen Laufschienen an die Form des Formgebungskörpers bzw. des herzustellenden Strukturbauteils anzupassen.
