DE102006026538A1 - Adhesive arrangement for gluing two structure components in air- or spacecraft, comprises first structure component, which consists of first material and has first adhesive surface, and a second structure component - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Klebeanordnung zum Verkleben zweier Strukturelemente und ein Verfahren zum Verkleben zweier Strukturelemente, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich.The The invention relates to a bonding arrangement for bonding two structural elements and a method for bonding two structural elements, in particular in the aerospace sector.
Leichtbaustrukturen im Flugzeugbau umfassen typischerweise dünnwändige Strukturelemente, wie etwa Bleche, eine Außenhaut, Stringer, Spanten, Rippen und dergleichen aus Aluminiumwerkstoffen, welche mittels Nietverbindungen miteinander verbunden sind. In Bereichen besonderer Belastungen, wie beispielsweise im Bereich von Tür-, Fenster- oder Lukenausschnitten, im Bereich der Tragflächen- und Leitwerkswurzeln, oder im Bereich von Tür- oder Lukenecken, ist es üblich, zusätzliche Strukturelemente in Form von Versteifungen, Dopplern, Riss-Stoppern und dergleichen aus hochfesten Werkstoffen, wie beispielsweise Titan oder Titanlegierungen vorzusehen. Titanwerkstoffe, wie reines Titan und Titanlegierungen, weisen sehr gute mechanische Eigenschaften sowie eine hohe Ermüdungsfestigkeit auf. Riss-Stopper und Doppler aus Titanwerkstoffen ermöglichen es, die Rumpfstruktur zu verstärken, wodurch das Niveau der mechanischen Spannungen verringert und die Lebensdauer der Rumpfstruktur erhöht wird.lightweight structures in aircraft typically include thin-walled structural elements, such as about sheets, an outer skin, Stringer, frames, ribs and the like of aluminum materials, which are connected by riveting. In areas special loads, such as in the field of door, window or Hatch cutouts, in the area of the wing and tail roots, or in the area from door or hatch corners, it is common additional Structural elements in the form of stiffeners, Dopplers, crack stoppers and the like made of high-strength materials such as titanium or titanium alloys. Titanium materials, such as pure titanium and titanium alloys, have very good mechanical properties as well as a high fatigue strength on. Crack-stopper and Doppler made of titanium materials allow it to reinforce the hull structure which reduces the level of mechanical stresses and the Lifespan of the hull structure is increased.
Riss-Stopper, auch bekannt unter der Bezeichnung Crack-Stopper, sowie Doppler aus Titanwerkstoff werden zur Zeit hauptsächlich in zwei Bereichen der Flugzeugstruktur verwendet.Crack-stopper, Also known as crack stopper, as well as Doppler titanium material are becoming major at the moment used in two areas of the aircraft structure.
Zum einen sind Riss-Stopper aus Titanwerkstoff im Bereich der Spanten an die Längsnähte angenietet. Die Hauptaufgabe der Riss-Stopper ist es, die Ausbreitung der entstehenden Risse im Bereich der Längsnaht zu verhindern. Dies geschieht durch die Verhinderung des Risswachstums unter dem Riss-Stopper oder durch die Rissumlenkung der Längsnaht in einen Bereich, in welchem dieser Riss schnell detektierbar ist. Insbesondere bei größeren Rissen, wie beispielsweise nach der Beschädigung der Rumpfstruktur während des Abfluges, verhindern die Riss-Stopper die Ausbreitung des Risses in die nächste Sektion und minimieren dadurch die Folgen von unberechenbaren Beschädigungen.To the one is crack stopper made of titanium material in the area of the frames riveted to the longitudinal seams. The main task of the crack stopper is to spread the resulting Cracks in the area of the longitudinal seam to prevent. This is done by preventing the crack growth under the tear stopper or by the crack deflection of the longitudinal seam in an area where this crack is quickly detectable. Especially with larger cracks, such as after damage to the hull structure during the Departure, the crack stopper prevent the spread of the crack in the next Section and thereby minimize the consequences of unpredictable damage.
Zum anderen sind Doppler aus Titanwerkstoff im Bereich der Passagiertür- und Frachtlukenecken im Flugzeugrumpf angenietet. Die Hauptaufgabe der Doppler ist es, die Rissentstehung der Tür- und Lukenecken zu verhindern. Dies geschieht durch eine Verringerung der mechanischen Spannungen im Tür- und Lukeneckbereich und durch eine Verhinderung des Risswachstums unter dem Doppler.To the others are Doppler made of titanium material in the area of passenger door and cargo hatch corners Riveted in the fuselage. The main task of Doppler is to the crack formation of the door and To prevent hatch corners. This is done by reducing the mechanical stresses in the door and Lukeneck area and by preventing the crack growth under the Doppler.
Eine Vernietung stellt dabei ein bewährtes und seit mehreren Jahrzehnten im Flugzeugbau eingesetztes Verbindungsverfahren zur Verbindung von einzelnen Strukturelementen zu Strukturbauteilen, beispielsweise der Verbindung von Stringer und Clips mit Außenhaut, sowie zum Verbinden von Bauteilen zu einer Flugzeugstruktur, beispielsweise die Verbindung von einzelnen Schalen zu einer Rumpfsektion, die Verbindung von Rumpfsektionen zu einem Rumpf, die Verbindung von Flügeln mit Rumpf und dergleichen dar. Eine Vernietung von Riss-Stoppern und Dopplern aus Titan mit Strukturelementen aus Aluminiumwerkstoffen weist eine ausreichende mechanische Festigkeit auf. Der Einsatz von Oberflächenschutzmitteln führt zu einer Dauerbeständigkeit gegen Korrosion.A Riveting represents a proven and Connection method used in aircraft construction for several decades for connecting individual structural elements to structural components, for example the connection of stringer and clips with outer skin, as well as to connect of components to an aircraft structure, such as the connection from individual shells to a fuselage section, the connection of Fuselage sections to a hull, the connection of wings with Hull and the like. A riveting of crack stoppers and Dopplers made of titanium with structural elements made of aluminum materials has sufficient mechanical strength. The use of surface protection agents leads to a permanent resistance against Corrosion.
Zu den Nachteilen von vernieteten Strukturelementen zählen neben langen Bearbeitungszeiten auch verringerte Ermüdungseigenschaften. Im Bereich der Nietlöcher entstehen Spannungskonzentrationen und in Folge von Materialermüdungen Mikrorisse. Beispielsweise beziffert sich die Anzahl der eingesetzten Nieten im Bereich der Doppler an den Tür- und Lukenecken auf über 10.000. Dies hat eine Verschlechterung der Ermüdungseigenschaften zur Folge, was zur Zeit nur mit einer Erhöhung der Dicke einzelner Strukturelemente behoben werden kann. Diese Maßnahmen führen jedoch zur einer Steigerung des Gewichts der Flugzeugstruktur sowie der damit verbundenen Nachteile. Darüber hinaus sind Verfahren zur Verbindung einzelner Strukturelemente zu Strukturbauteilen einer Flugzeugstruktur bekannt, welche ohne Nietlöcher auskommen. Hierzu zählen Klebe- und Schweißverfahren für die Verbindung von einzelnen Hautblechen sowie für die Verbindung von Hautblechen mit Versteifungselementen.To the disadvantages of riveted structural elements are in addition long processing times also reduced fatigue properties. In the area the rivet holes arise stress concentrations and as a result of material fatigue microcracks. For example, the number of rivets used is estimated in the field of Doppler on the door and Hatch corners over 10,000. This results in a deterioration of the fatigue properties, which currently only with an increase the thickness of individual structural elements can be solved. These activities to lead however, to increase the weight of the aircraft structure as well the associated disadvantages. In addition, procedures are for Connection of individual structural elements to structural components of a Aircraft structure known to exist without rivet holes. These include adhesive and welding process for the Connection of individual skin sheets as well as for the connection of skin sheets with stiffening elements.
Aus
den Druckschriften
Aus
der Druckschrift
Das Verkleben von Strukturelementen aus Titanwerkstoffen beispielsweise mit Strukturelementen aus Aluminiumwerkstoffen wird bis jetzt noch nicht eingesetzt. Der Grund hierfür liegt in dem erheblichen Aufwand für die Vorbehandlung der Oberflächen von Titanwerkstoffen. Die bekannten Vorbehandlungsmethoden für das Verkleben von Titanwerkstoffen umfassen das Bearbeiten der Oberflächen aus Titanwerkstoffen mit Sandstrahl oder Schleifmitteln, und sind somit für die industrielle Anwendung im Flugzeugbau nicht anwendbar. Darüber hinaus ergibt sich beim Verkleben unterschiedlicher Werkstoffe das Problem, dass jeder Werkstoff eine spezielle, eigene Vorbehandlung benötigt.The Bonding of structural elements made of titanium materials, for example with structural elements of aluminum materials is not yet used. The reason for that lies in the considerable expense for the pretreatment of the surfaces of Titanium materials. The known pre-treatment methods for bonding of titanium materials include machining the surfaces Titanium materials with sandblast or abrasives, and are thus for the industrial application in aircraft not applicable. Furthermore results in the bonding of different materials, the problem Each material requires a special, own pretreatment.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Klebeanordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Verklebung zwischen Strukturelementen bereitzustellen, welche insbesondere im Flugzeugbau industriell anwendbar sind und welche den Aufwand zur Vorbehandlung der miteinander zu verklebenden Strukturelemente so gering wie möglich halten.Of the Invention is therefore the object of a Klebeanordnung and a method for producing a bond between structural elements to provide, which in particular in aircraft industrial are applicable and which the effort for pretreatment of each other to keep glued structural elements as low as possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Klebeanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.These The object is achieved by the Adhesive arrangement with the features of claim 1 and by the Method solved with the features of claim 9.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass ein erstes Strukturelement aus einem ersten Material, welches zumindest eine erste Klebefläche aufweist, und ein zweites Strukturelement aus einem sich von dem ersten Material unterscheidenden, zweiten Material, welches zumindest eine zweite Klebefläche aufweist, vorgesehen wird, wobei eine das zweite Material des zweiten Strukturelements aufweisende Beschichtung zumindest auf der ersten Klebefläche des ersten Strukturelementes aufgebracht wird. Anschließend wird eine Klebeverbindung zwischen der auf der ersten Klebefläche des ersten Strukturelementes aufgebrachten Beschichtung und der zweiten Klebefläche des zweiten Strukturelementes vorgesehen, um die beiden Strukturelemente miteinander zu verkleben.The The idea underlying the present invention is that that a first structural element of a first material, which at least a first adhesive surface and a second structural element made of one of first material different, second material, which at least a second adhesive surface is provided, wherein one of the second material of the second Structure element having coating at least on the first adhesive surface the first structural element is applied. Subsequently, a Adhesive bond between the on the first adhesive surface of the first structural element applied coating and the second Adhesive surface of the second structural element provided to the two structural elements to stick together.
Somit weist die vorliegende Erfindung gegenüber den bekannten Ansätzen den Vorteil auf, dass die entsprechenden zu verklebenden Flächen der beiden Strukturelemente vor dem Vorsehen der Klebeverbindung mittels den gleichen Vorbehandlungsverfahren und -materialien vorbehandelt und mittels den gleichen Klebstoffen verklebt werden können. Dadurch wird die Möglichkeit einer sicheren Klebeverbindung zwischen Strukturelementen aus beispielsweise einer Titanlegierung und Strukturelementen aus beispielsweise einer Aluminiumlegierung gewährleistet, wobei die geklebte Struktur auf einfache und kostengünstige Weise vorteilhaft herstellbar ist.Consequently the present invention over the known approaches the Advantage on that the corresponding surfaces to be bonded the two structural elements before providing the adhesive bond by means pretreated with the same pretreatment processes and materials and can be glued using the same adhesives. Thereby becomes the possibility a secure adhesive connection between structural elements of, for example a titanium alloy and structural elements of, for example, a Aluminum alloy ensures the glued structure in a simple and inexpensive way is advantageous to produce.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Klebeanordnung sowie des im Patentanspruch 9 angegebenen Verfahrens.In the dependent claims find advantageous embodiments and improvements of specified in claim 1 adhesive arrangement and in the claim 9 specified method.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das erste Strukturelement einen Titanwerkstoff oder dergleichen auf. Durch Beschichtung eines aus einem Titanwerkstoff bestehenden Strukturelementes mit einem anderen, beim Verkleben leichter zu handhabenden Beschichtungswerkstoff kann auf aufwändige und im Flugzeugbau nur bedingt einsetzbare Vorbehandlungsmaßnahmen des Titanwerkstoffs, wie etwa Sandstrahlen, Schleifen oder dergleichen verzichtet werden. Der Begriff „Titanwerkstoff" umfasst vorliegend sowohl reines Titan als auch Titanlegierungen.According to one preferred development, the first structural element has a Titanium material or the like. By coating one out of one Titanium material existing structural element with another, when gluing easier to handle coating material can on elaborate and in aircraft only conditionally applicable pre-treatment measures of the titanium material, such as sandblasting, grinding or the like be waived. The term "titanium material" encompasses this case both pure titanium and titanium alloys.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das erste Strukturelement als Stringer zum Bilden eines Versteifungsmittels, als Doppler oder als Crack-Stopper zum Verhindern von Rissbildungen oder Rissausbreitungen, oder dergleichen ausgebildet.According to one Another preferred development is the first structural element as a stringer for forming a stiffener, as a Doppler or as crack stopper for preventing cracking or crack propagation, or the like is formed.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Beschichtung vorzugsweise mindestens eine Dicke von in etwa 0,2 μm auf. Beispielsweise besteht die Beschichtung aus einem Aluminiumwerkstoff, beispielsweise einer Aluminiumlegierung, in Abhängigkeit des zu verklebenden zweiten Strukturelements. Insbesondere im Flugzeugbau besteht meistens ein Strukturelement, wie beispielsweise ein Hautblech, Stringer, Spant, eine Rippe oder dergleichen aus einem Aluminiumwerkstoff. Durch Beschichten eines beispielsweise aus einem hochfesten Werkstoff, wie beispielsweise einem Titanwerkstoff, bestehenden ersten Strukturelements mit Aluminium oder einer geeigneten Aluminiumlegierung können gleichartige Oberflächenmaterialien miteinander vorbehandelt und entsprechend vorteilhaft miteinander verklebt werden. Dabei kann die Beschichtung beispielsweise mittels eines Plattierungsverfahrens, mittels eines Aufdampfverfahrens oder dergleichen auf der ersten Klebefläche des ersten Strukturelements aufgebracht werden. Vorzugsweise wird die Beschich tung während der Herstellung und/oder vor einem etwaigen Walzen des ersten Strukturelements auf der ersten Klebefläche des ersten Strukturelements aufgebracht, so dass derartige Walzverfahren ohne einer Schädigung der entsprechenden Walzen abläuft. Die Beschichtung kann sowohl einseitig als auch beidseitig auf dem ersten Strukturelement aufgebracht werden, d. h. entweder lediglich auf der zu verklebenden Oberfläche des ersten Strukturelements oder auch auf der der Verklebung abgewandten Oberfläche.To a further preferred embodiment, the coating preferably at least a thickness of about 0.2 microns. For example If the coating consists of an aluminum material, for example an aluminum alloy, depending on of the second structural element to be bonded. Especially in aircraft is usually a structural element, such as a skin sheet, Stringer, frame, a rib or the like made of an aluminum material. By coating, for example, a high-strength material, such as a titanium material, existing first structural element with aluminum or a suitable aluminum alloy may be similar surface materials pretreated with each other and correspondingly advantageous to each other be glued. In this case, the coating, for example by means of a plating process, by means of a vapor deposition method or The like on the first adhesive surface of the first structural element be applied. Preferably, the Beschich device during the Production and / or prior to any rolling of the first structural element on the first adhesive surface applied to the first structural element, so that such rolling process without damage the corresponding rollers expires. The coating can be both single-sided and double-sided on the first structural element are applied, d. H. either only on the surface to be bonded of the first structural element or on the side facing away from the bond Surface.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das zweite Strukturelement einen Aluminiumwerkstoff, Magnesiumwerkstoff, einen monolithischen oder laminierten Werkstoff, einen Verbundwerkstoff und/oder dergleichen auf. Das zweite Strukturelement ist insbesondere als Strukturelement einer Leichtbaustruktur eines Flugzeuges, d. h. beispielsweise als Spant, Rippe oder dergleichen ausgebildet.According to another preferred Ausgestal tion, the second structural element comprises an aluminum material, magnesium material, a monolithic or laminated material, a composite material and / or the like. The second structural element is designed in particular as a structural element of a lightweight structure of an aircraft, ie, for example, as a frame, rib or the like.
Ferner ist es vorstellbar, dass das Material des zweiten Strukturelementes und somit der Beschichtung der ersten Klebefläche des ersten Strukturelements aus einem Hybridwerkstoff, insbesondere einem Faserverbund-Metall-Laminat besteht.Further it is conceivable that the material of the second structural element and thus the coating of the first adhesive surface of the first structural element from a hybrid material, in particular a fiber composite metal laminate consists.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Strukturelemente als Elemente einer Leichtbaustruktur, vorzugsweise einer Flugzeugstruktur, ausgebildet sind. Der Begriff „Strukturelement" umfasst dabei insbesondere auch Fachwerkstrukturen, in vorherigen Fertigungsstufen hergestellte, beispielsweise mehrschichtige Bauteile, Stringer, Außenhautelemente, Außenhautstrukturen und/oder dergleichen. Dabei kann mindestens ein Strukturelement ein Blech umfassen, wobei der Begriff „Blech" dünnwandige, im Wesentlichen zweidimensionale Bauteile umfasst, die sowohl aus einem monolithischen bzw. homogenen als auch aus einem hybriden, beispielsweise laminierten Werkstoff bestehen.A advantageous embodiment of the invention provides that the structural elements as elements of a lightweight structure, preferably an aircraft structure, are formed. The term "structural element" includes in particular also truss structures, manufactured in previous stages of manufacture, For example, multilayer components, stringers, outer skin elements, Exterior skin structures and / or like. At least one structural element can be a sheet metal wherein the term "sheet" is thin-walled, essentially comprises two-dimensional components, both from a monolithic or homogeneous as well as a hybrid, For example, laminated material.
Hybridwerkstoffe können hierbei als laminierte Werkstoffe, wie beispielsweise laminierte Aluminiumwerkstoffe, Faserverbund-Metall-Laminate, beispielsweise auf Aluminiumbasis, faserverstärkte laminierte Aluminiumwerkstoffe, kohlenfaserverstärkte Verbundwerkstoffe oder dergleichen bestehen. Faserverstärkungen können beispielsweise auch Glasfasern, polyaromatische Amidfasern, Aluminium-Oxid-Fasern, Silizium-Carbit-Fasern, Basalt-Fasern, Aluminiumdrähte, Titaniumdrähte, Magnesiumdrähte oder dergleichen neben dem bereits erwähnten Kohlenstofffasern umfassen. Faserverbund-Metall-Laminate sind beispielsweise als Glass Fibre Reinforced (GLARE)-Material oder als Aramit-Aluminium-Legierung (ARALL) bekannt.Hybrid Materials can here as laminated materials, such as laminated Aluminum materials, fiber composite metal laminates, for example aluminum-based, fiber-reinforced laminated aluminum materials, carbon fiber reinforced composite materials or like exist. fiber reinforcement can for example, also glass fibers, polyaromatic amide fibers, aluminum oxide fibers, silicon carbide fibers, Basalt fibers, aluminum wires, Titanium wires magnesium wires or the like in addition to the already mentioned carbon fibers. Fiber composite metal laminates are for example as glass fiber Reinforced (GLARE) material or known as Aramite Aluminum Alloy (ARALL).
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht ferner vor, dass die die beiden Strukturelemente zu verklebende Klebeanordnung eine mittels Fasern verstärkte Schicht umfasst, welche beispielsweise Bestandteil der aufgebrachten Klebeverbindung ist. Die in der Klebeverbindung zwischen den Strukturelementen angeordneten Fasern können dabei unidirektional ausgerichtet sein. Ebenso ist es denkbar, dass die in der Klebeschicht zwischen den Strukturelementen angeordneten Fasern bidirektional oder polydirektional ausgerichtet sind. Dabei können die Fasern in einer gewebten Struktur, wie etwa einem Gitter, einem Netz oder dergleichen, angeordnet sein. Die Fasern weisen vorzugsweise eine Mindestlänge von 10 mm sowie vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 0,001 mm und 0,3 mm auf. Vor oder während dem Verkleben können die Fasern in eine Kunststoffmatrix, beispielsweise in einen Klebstoff eingebunden werden, wie oben bereits erläutert. Nach dem Verkleben weist die Klebstoffschicht der Klebeverbindung eine Schichtdicke von vorzugsweise 0,01 mm bis 0,3 mm auf. Die Fasern können beispielsweise als Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern, polyaromatische Aramitfasern, Aluminium-Oxid-Fasern, Silizium-Carbit-Fasern, Basaltfasern oder dergleichen sowie als Aluminiumdrähte, Titaniumdrähte, Magnesiumdrähte oder dergleichen ausgebildet sein.A particularly advantageous embodiment of the invention also provides before, that the two structural elements to be bonded adhesive arrangement a reinforced by fibers Layer comprising, for example, part of the applied adhesive bond is. The arranged in the adhesive bond between the structural elements Fibers can be aligned unidirectionally. It is also conceivable that which are arranged in the adhesive layer between the structural elements Fibers are bidirectionally or polydirectionally aligned. there can the fibers in a woven structure, such as a grid, a Net or the like may be arranged. The fibers preferably have one minimum length of 10 mm and preferably a diameter between 0.001 mm and 0.3 mm. Before or during the bonding can the fibers in a plastic matrix, for example in an adhesive be involved, as already explained above. After bonding points the adhesive layer of the adhesive bond has a layer thickness of preferably 0.01 mm to 0.3 mm. The fibers can be used, for example, as glass fibers, Carbon fibers, polyaromatic aramid fibers, aluminum oxide fibers, Silicon carbide fibers, basalt fibers or the like and as Aluminum wires, Titanium wires magnesium wires or the like may be formed.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.The Invention will be described below with reference to exemplary embodiments with reference explained in more detail on the accompanying figures of the drawing.
Von den Figuren zeigen:From show the figures:
In den Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the figures of the drawing, like reference numerals designate the same or functionally identical components, unless stated otherwise is.
Die
Beschichtung
Das
zweite, mit dem ersten Strukturelement
Die
oben beispielhaft beschriebene Klebeanordnung
Das
Aufbringen einer einen Aluminiumwerkstoff umfassenden Beschichtung
Das Beschichten von Werkstücken, wie etwa von als Bleche ausgeführten Strukturelementen, kann dabei nach unterschiedlichen Verfahren erfolgen. Es ist beispielsweise möglich, dass die Beschichtung aus einer Aluminiumlegierung vor dem Walzen eines Blechs aus einer Titanlegierung aufgebracht wird. Hierdurch wird der Walzvorgang im Hinblick auf den Verschleiß der Walzrollen verbessert.The Coating of workpieces, like from sheet metal Structural elements, it can be done by different methods. For example, it is possible that the coating of an aluminum alloy before rolling a sheet of titanium alloy is applied. hereby becomes the rolling process in view of the wear of the rolling rolls improved.
Darüber hinaus ermöglicht das Beschichten von Strukturelementen aus Titanwerkstoffen mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung die Anwendung derselben Vorbehandlungsmaßnahmen zur Vorbereitung der Klebeverbindung für die Strukturelemente aus Titanwerkstoffen sowie für die Strukturelemente aus Aluminiumwerkstoffen. Es ist demnach möglich, für die mit der Beschichtung versehenen Strukturelemente aus Titanwerkstoffen in dem Fertigungsschritt, in dem die Klebeverbindung hergestellt wird, gleiche Verfahren, wie beispielsweise Oberflächenreinigung, Anodisierung und dergleichen, sowie gleiche Substanzen, wie beispielsweise Vorbehandlungsbäder, Primer, Klebstoffe und dergleichen anzuwenden bzw. zu verwenden.Furthermore allows the coating of structural elements made of titanium materials with aluminum or an aluminum alloy, the application of the same pre-treatment measures to prepare the adhesive bond for the structural elements Titanium materials as well as for the structural elements made of aluminum materials. It is therefore possible for those with the coating provided structural elements of titanium materials in the manufacturing step in which the adhesive bond is produced, same methods, such as surface cleaning, anodization and the like, as well as like substances, such as pretreatment baths, primers, Adhesives and the like to apply or use.
Der
Aufbau einer Leichtbaustruktur
Eine
Verbesserung der Eigenschaften der Klebeverbindung zur Verhinderung
von Rissausbreitung in einzelnen Komponenten der Leichtbaustruktur
ist durch eine in
Ein
Strukturelement
Das Verfahren zur Herstellung einer Klebeanordnung zwischen einem ersten und einem zweiten Strukturelement läuft vorzugsweise wie folgt ab: Zunächst wird eine Beschichtung vorzugsweise aus dem Material des zweiten Strukturelements oder aus einem zumindest das Material des zweiten Strukturelements beinhaltenden Material auf eine vorbestimmte Oberfläche des ersten, mit dem Strukturelement zu verklebenden Strukturelements aufgebracht. Dies kann insbesondere vor oder während, aber auch nach dem Herstellungsprozess des ersten Strukturelements erfolgen. Anschließend werden die miteinander zu verklebenden Oberflächen der Strukturelemente zusammen geeignet vorbehandelt. Die Vorbehandlung richtet sich dabei ausschließlich nach den Werkstoffen der zu verklebenden Klebeflächen und nicht nach den Werkstoffen der Strukturelemente. Nach der Vorbehandlung wird das erste Strukturelemente mit dem zweiten Strukturelement verklebt, wobei die beschichtete Oberfläche des ersten Strukturelements mit dem zweiten Strukturelement verklebt wird. Das Verkleben erfolgt dabei vorzugsweise unter Vakuum in beispielsweise einem Autoklav.The Method for producing a bonding arrangement between a first and a second structural element preferably runs as follows from: first a coating is preferably made of the material of the second Structural element or at least one of the material of the second Structural element-containing material on a predetermined surface of the first, with the structural element to be bonded structural element applied. This can especially before or during, but also after the manufacturing process of the first structural element. Then they are together to be bonded surfaces the structural elements pretreated together suitably. The pretreatment is aimed exclusively according to the materials of the adhesive surfaces to be bonded and not according to the materials the structural elements. After pretreatment, the first structural element becomes glued to the second structural element, wherein the coated surface of the first structural element is glued to the second structural element. The bonding is preferably carried out under vacuum in example an autoclave.
Das beschriebene Verfahren eignet sich ebenso für das Verkleben von laminierten Werkstoffen, wie beispielsweise Faserverbund-Metall-Laminate, wie etwa GLARE. Auch ist es denkbar, die Erfindung in Verbindung mit als Composites bezeichneten Verbundwerkstoffen, insbesondere Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffen, einzusetzen. Die Vorbehandlung der zu verklebenden Oberflächen der Strukturelemente wird durch das Beschichten der zu verklebenden Oberfläche des ersten Strukturelements aus Titanwerkstoffen vereinfacht, da für beide Strukturenelemente einheitliche Behandlungs- und Verklebungsverfahren sowie -materialien verwendet werden können.The described method is also suitable for the bonding of laminated Materials, such as fiber composite metal laminates, such as about GLARE. It is also conceivable to use the invention in conjunction with composites, in particular carbon fiber composite materials, referred to as composites, use. The pretreatment of the surfaces of the structural elements to be bonded is made by coating the surface to be bonded simplified first structural element of titanium materials, as for both structural elements uniform treatment and bonding methods and materials can be used.
Das erfindungsgemäße Verfahren, sowie die erfindungsgemäße Klebeanordnung ermöglichen es, beispielsweise im Tür- und Lukeneckenbereich sowie im Bereich von Längsnähten aufgenietete Doppler aus Titan durch aufgeklebte Doppler aus Titan zu ersetzen. Die Möglichkeit einer sicheren Verklebung ermöglicht auch die Anwendung von geklebten Riss-Stoppern in Längs- oder in Querrichtung des Flugzeugrumpfes oder Flügels zur Verhinderung des Ausbreitung möglicher Risse in der Flugzeugstruktur. Die Möglichkeit der Herstellung einer sicheren, kostengünstigen und einfach herstellbaren Klebeanordnung zwischen Strukturelementen aus Aluminiumlegierung, wie beispielsweise Stringer, Clips, Hautblech und dergleichen, und Strukturelementen aus Titanlegierungen, wie beispielsweise Doppler, Riss-Stopper, Versteifungselemente und dergleichen, hat vielseitige Vorteile.The inventive method, as well as the adhesive arrangement according to the invention enable it, for example in the door and hatch area and riveted in the area of longitudinal seams To replace Doppler made of titanium by bonded titanium Doppler. The possibility a secure bonding allows also the use of glued tear stoppers in longitudinal or in the transverse direction of the fuselage or wing to prevent propagation potential Cracks in the aircraft structure. The possibility of producing a safe, cost-effective and easy to produce adhesive arrangement between structural elements made of aluminum alloy, such as stringers, clips, skin sheet and the like, and structural members of titanium alloys, such as for example Doppler, crack stopper, stiffening elements and the like, has many advantages.
Die geklebte Struktur weist durch die Verringerung der Anzahl von möglichen Rissinitiierungsstellen bessere Ermüdungseigenschaften auf. Solche Rissinitiierungsstellen sind in konventionell hergestellten Verbindungen überwiegend die Nietlöcher. Dadurch ist es möglich, das Niveau der zulässigen Spannungen in den Strukturbauteilen zu erhöhen und entsprechend das Gewicht beispielsweise einer Flugzeugstruktur zu verringern. Eine weitere Gewichtsverringerung ergibt sich durch die Einsparung der bei einer Klebeverbindung nicht mehr benötigten Nieten.The glued structure exhibits by reducing the number of possible Crack initiation sites better fatigue properties. Such Crack initiation sites are prevalent in conventionally prepared compounds the rivet holes. Thereby Is it possible, the level of permissible stresses in the structural components increase and corresponding to the weight of, for example, an aircraft structure reduce. A further weight reduction results from the saving of rivets that are no longer needed in an adhesive connection.
Das Annieten von Dopplern aus Titan oder Titanlegierungen ist ein sehr kostenintensiver Vorgang. Die eingesetzten Nieten zum Vernieten der Doppler sind meistens aus Titan hergestellt und sehr teuer. Das Klebeverfahren stellt einen kostengünstigeren Verbindungsvorgang dar.The Annealing of Dopplers made of titanium or titanium alloys is a very costly process. The rivets used for riveting The Doppler are mostly made of titanium and very expensive. The bonding process provides a cheaper joining process represents.
Das Verkleben von Strukturelementen aus Titanlegierungen mit Strukturelementen aus Aluminiumlegierung zu einem Strukturbauteil einer Flugzeugstruktur, wie etwa einer Schale, kann gemeinsam mit dem Verkleben von Strukturelementen aus Aluminiumlegierungen untereinander in einem Arbeitsschritt erfolgen. Die erforderliche Zeit für die Herstellung der Schale verringert sich dadurch sehr stark, da der bislang in einem weiteren, meist in einer anderen Produktionshalle erfolgende Arbeitsschritt der nachfolgenden Vernietung von Strukturelementen aus Titanlegierungen mit den zuvor miteinander verklebten Strukturelementen aus Aluminiumlegierungen entfällt. Darüber hinaus entfallen dadurch auch die Transportkosten zwischen den Produktionshallen.The Bonding of structural elements made of titanium alloys with structural elements aluminum alloy to a structural component of an aircraft structure, such as a shell can, together with the bonding of structural elements made of aluminum alloys with each other in one step. The time required for the production of the shell is thereby reduced very much, since so far in another, usually in another production hall taking place step of the subsequent riveting of structural elements Titanium alloys with the previously glued structural elements Made of aluminum alloys deleted. About that This also eliminates the transport costs between the production halls.
Die Darstellung in den Figuren ist nicht maßstabsgetreu. Insbesondere sind einzelne Schichtdicken stark überhöht dargestellt.The Representation in the figures is not to scale. Especially Individual layer thicknesses are greatly exaggerated.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Even though the present invention with reference to preferred embodiments As described above, it is not limited thereto on diverse Modifiable way.
- 11
- Klebeanordnungadhesive arrangement
- 2, 2', 2''2, 2 ', 2' '
- Strukturelement aus Titanlegierungstructural element made of titanium alloy
- 3, 3'3, 3 '
- erste Klebeflächefirst adhesive surface
- 4, 4', 4''4, 4 ', 4' '
- Beschichtungcoating
- 5', 5''5 ', 5' '
- Oxidschichtoxide
- 6', 6''6 ', 6' '
- Primerschichtprimer layer
- 77
- Klebeschichtadhesive layer
- 88th
- Strukturelement aus Aluminiumlegierungstructural element made of aluminum alloy
- 99
- zweite Klebeflächesecond adhesive surface
- 4040
- Leichtbaustrukturlightweight structure
- 4141
- Doppler aus Titanlegierungdoubler made of titanium alloy
- 4242
- Außenhaut aus Aluminiumlegierungshell made of aluminum alloy
- 5050
- Strukturelement aus Titanlegierungstructural element made of titanium alloy
- 5151
- Beschichtung aus Aluminiumlegierungcoating made of aluminum alloy
- 5252
- Strukturelement aus Aluminiumlegierungstructural element made of aluminum alloy
- 5353
- Schichtlayer
- 5454
- Faserfiber
- 5555
- mit Beschichtung versehene Oberfläche des Strukturelements aus TitanlegierungWith Coated surface of the Structure element of titanium alloy
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