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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbinden eines
Stringers an ein Strukturbauteil eines Luft- oder Raumfahrzeugs.
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Nachfolgend
wird eine der Erfindung zugrunde liegende Problematik anhand der
Herstellung eines Seitenleitwerks für ein Flugzeug erläutert. Dies ist
jedoch nicht einschränkend
für das
erfindungsgemäße Verfahren
anzusehen, welches allgemein zum Anbinden von Stringern an Strukturbauteile
verwendet werden kann.
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Die
Oberfläche
eines Seitenleitwerks eines Flugzeuges wird im Wesentlichen durch
Plattenelemente gebildet. Innerhalb des Seitenleitwerks sind tragende
Stringer angeordnet, welche dem Seitenleitwerk die notwendige Steifigkeit
verleihen und welche die einzelnen Plattenelemente miteinander verbinden.
Diese Stringer werden typischerweise durch sogenannte doppel-T-förmige Stringer gebildet.
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Für die Herstellung
eines Seitenleitwerks, das vorzugsweise vollständig aus Faserverbundwerkstoffen
hergestellt ist, insbesondere die äußeren Plattenelemente und die
inneren doppel-T-förmigen Stringer,
werden geeignete Verfahren benötigt,
die eine Anbindung der doppel-T-förmigen Stringer an die Plattenelemente
gewährleisten.
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Ein
der Anmelderin bekanntes Verfahren sieht vor, die Plattenelemente
als ungetränkte
Faserhalbzeuge bereitzustellen.
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Auf
den Plattenelementen werden die doppel-T-förmigen Stringer angeordnet.
Danach wird mittels eines Injektionsverfahrens das Faserhalbzeug
der Plattenelemente getränkt.
Die auf der Oberfläche
der Plattenelemente aufliegenden Stringer werden dabei durch das
Harz benetzt und angeklebt.
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Das
Injektionsverfahren erfordert, dass eine Vakuumfolie formschlüssig an
der Oberfläche
der Plattenelemente sowie den T-förmigen Trägern anzuordnen ist. Dies bedarf
eines erheblichen, sogar teilweise manuellen Aufwands, um die Vakuumfolie
der Kontur des T-förmigen
Stringers folgend, zum Beispiel an den innenliegenden oder ausfüllbaren
Flächen
bei Aussparungen, Ausnehmungen, Eckbereichen und Kanten, aufzubringen.
Dabei ist zu vermeiden, dass die Vakuumfolie nicht abgespannt wird (Dacheffekt),
da die Vakuumfolie zum Einen durch den bei diesem Verfahren, zum
Beispiel in einem Autoklaven, herrschenden Druck zerstört werden
könnte
und zum Anderen ebenfalls druckbedingt einen noch unausgehärteten Stringer
aus seiner vorbestimmten Lage verschieben bzw. deformieren würde.
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Um
unausgehärtete
Stringer an ein Strukturbauteil anzubinden und auszuhärten, werden
derzeit aufwendige Stützelemente,
beispielsweise aus Metall, Holz und/oder Druckgummis, beidseitig
an den Stringersteg gefügt.
Dadurch wird verhindert, dass der Stringersteg beim Erweichen seiner
Matrix mittels erhöhter
Temperatur seitlich kippt und/oder seine Geometrie verändert.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Verfahren
zum Anbinden von Stringern an Strukturbauteile zu vereinfachen und
die oben genannten Nachteile zu beseitigen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch das Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Demgemäß wird ein
ungehärteter
bzw. nicht vollständig
ausgehärteter
Stringer mit mindestens einem Anbindungsabschnitt und mindestens
einem Stegabschnitt bereitgestellt. Auf abzustützenden Stegflanken des mindestens
einen Stegabschnitts des Stringers wird ein schnell härtendes
Niedrig-Temperatur-Hilfsmaterials
aufgebracht. Der mindestens eine Anbindungsabschnitt des ungehärteten ersten
Stringers wird an dem Strukturbauteil angebracht. Es erfolgt ein
Vor-/Aushärten
des Hilfsmaterials bei einer ersten Vor-/Aushärttemperatur zum Bilden von
vor-/ausgehärteten
Stützelementen
für die abzustützenden
Stegflanken des mindestens einen Stegabschnitts. Ein Aushärten des
ungehärteten Stringers
wird bei einer zweiten Aushärttemperatur, welche
größer ist
als die erste Vor-/Aushärttemperatur,
vorgenommen, und nachfolgend wird das aufgebrachte und vor-/ausgehärtete Hilfsmaterial
entfernt.
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Da
das Hilfsmaterial bei der Stringerherstellung in ungehärteter Form
aufgebracht wird, passt es sich vorteilhaft einfach der Gestalt
des Stringers an. Ein separat vorgefertigtes Stützelement ist somit nicht mehr
notwendig.
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In
einer bevorzugten Ausführung
ist vorgesehen, dass das Hilfsmaterial auch zumindest teilweise auf
Flächen
aufgebracht wird, die zum Anbindungsabschnitt des ersten Stringers
gehören
und an den Stegabschnitt angrenzen. Dadurch wird zum Einen eine
erhöhte
Stabilität
der Stützelemente
und folglich des abzustützenden
Stringers erreicht.
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Zwischen
dem Hilfsmaterial und dem Stringer wird insbesondere ein Trennelement,
vorzugsweise in Gestalt einer Folie, aufgebracht, um das Hilfsmaterial
einfach von dem Stringer nach der Anbindung desselben an dem Strukturbauteil
entfernen zu können.
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Das
Hilfsmaterial kann beispielsweise schon bei der Herstellung des
Stringers vor-/ausgehärtet werden.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, die erste Vor-/Aushärttemperatur
für das
Hilfsmaterial derart auszuwählen,
dass das Hilfsmittel soweit verfestigt wird, um die Geometrie des
Stringers beim Aushär ten
desselben abstützen
zu können,
und dass das Hilfsmittel gleichzeitig eine Verformbarkeit beim Anbringen
auf dem Strukturbauteil aufweist, um dessen Kontur annehmen zu können.
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Das
Anlegen einer Vakuumfolie führt
beim Aushärten
folglich vorteilhaft nicht mehr dazu, dass sich der Stringer verformt
oder kippt, denn seine Geometrie wird von den Stützelementen aus dem vor- bzw.
ausgehärteten
Hilfsmaterial vorteilhaft bei einer Druckbeaufschlagung unter insbesondere
Wärmeeinwirkung
abgestützt.
Bei einem Erhöhen
der Temperatur durch die Wärmeeinwirkung
kann das sich dabei zunächst
erweichende Material des Stringers weder verformen noch kippen.
Anschließend
wird das Hilfsmaterial von dem Stringer mithilfe der Trennfolie
entfernt.
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Der
Stringer und/oder das Strukturbauteil sind vorteilhaft aus einem
Faserverbundwerkstoff hergestellt. Das Verkleben kann durch Einbringen
einer Harzmatrix in das vorzugsweise noch ungetränkte Strukturbauteil erfolgen.
Die Harzmatrix des Stringers kann dabei unterstützend unter Wärmeeinwirkung
aufgeweicht werden, ohne dass sich dessen Geometrie verändert, da
der Stringer vorteilhaft durch das zu Stützelementen vor- bzw. ausgehärtete Hilfsmaterial
abgestützt
wird.
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Der
Stringer weist im Allgemeinen einen in Längsrichtung in etwa konstanten
Querschnitt auf. Er kann jedoch auch in Längsrichtung gerade oder gekrümmt ausgebildet
sein. Der mindestens eine profilierte Stringer kann als T-Träger und/oder
als doppel-T-förmiger
Träger,
auch als I-Träger
bezeichnet, hergestellt werden. Andere Formen sind selbstverständlich ebenso
denkbar.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
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In
den Figuren zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht eine Stringers in Explosionsdarstellung zur
Erläuterung
eines Verfahrens gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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2 den
Stringer nach 1 bei seiner Anbindung an ein
Strukturbauteil gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Elemente, sowie nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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In 1 ist
ein Stringer 1 beispielhaft mit einem T-förmigen Querschnittschnittsprofil
illustriert. Die Längsachse
des Stringers 1 verläuft
senkrecht durch die Blattebene hindurch. Der Querschnitt ist im vorliegenden
Beispiel symmetrisch ausgebildet und steht exemplarisch für vielfältige andere
Stringer oder profilierte Strukturbauteile, die bei der Herstellung
in einem Luft- oder Raumfahrzeug oder auch in anderen Fahrzeugen
bzw. Anordnungen eingesetzt werden. Andere häufig verwendete Formen von Stringern
weisen zum Beispiel eine einfache L-Form oder dergleichen im Querschnitt
auf.
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Der
Stringer 1 weist in dem dargestellten Beispiel einen Anbindungsabschnitt 2 und
einen Stegabschnitt 3 auf, welcher auf dem Anbindungsabschnitt 2 senkrecht
stehend mittig angeordnet ist. Der Anbindungsabschnitt 2 ist
mit seiner Unterseite auf einer Oberfläche eines Strukturbauteils 8,
das nur schematisch und nicht vollständig dargestellt ist, angeordnet. Das
Strukturbauteil 8 kann zum Beispiel eine Platte oder eine
Oberfläche
für ein
Seitenleitwerk bilden.
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Der
Stringer 1 und das Strukturbauteil 8 sind vorzugsweise
aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt. Das Strukturbauteil 8 ist
vorzugsweise vorgehärtet.
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Der
Anbindungsabschnitt 2 weist vorliegend an seiner der Unterseite
gegenüberliegenden
Seite Flächen 7 auf,
die an den Stegabschnitt 3 angrenzen. Der Stegabschnitt 3 weist
an seinen beiden Längsseiten
in Richtung der Längsachse
des Stringers 1 Stegflanken 4 auf.
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Auf
diese Stegflanken 4 wird nach Herstellung des Stringers 1 vorteilhaft
zunächst
eine Trennfolie 6 derart aufgebracht, dass auch die Flächen 7 des
Anbindungsabschnitts 2 zumindest teilweise belegt werden.
Danach wird ein Hilfsmaterial 5 auf die Trennfolie 6 aufgebracht.
Dies kann automatisch durch einen Roboter oder auch in einem Handlegeverfahren
erfolgen.
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Das
Hilfsmaterial 5 ist bevorzugt als schnell härtendes
Niedrig-Temperatur-Prepreg, zum Beispiel als Glas-Prepreg, ausgebildet.
Es wird bei einer ersten Vor-/Aushärttemperatur nach dem Aufbringen
auf den Stringer 1 vor-/ausgehärtet. Die erste Vor- bzw. Aushärttemperatur
ist niedriger als eine zweite Aushärttemperatur des Werkstoffs
des Stringers 1, wodurch bei diesem Vorgang nur das Hilfsmaterial 5 vor-/ausgehärtet wird.
Das Hilfsmittel versteift sich vorteilhaft derart, dass es im vorliegenden
Beispiel L-förmige
Stützelemente
bildet, welche die Stegflanken 4 des Stegabschnitts 3 des
ungehärteten
Stringers 1 abstützen.
Das Hilfsmaterial 5 behält
beispielsweise noch eine bestimmte Verformbarkeit bei, damit der
Stringer 1 beim Aufbringen auf das Strukturbauteil 8 sich
an dessen eventuell nicht geradlinige Kontur anpassen kann.
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In
einer anderen Ausführung
wird das Hilfsmaterial 5 auf den Stringer 1 aufgebracht,
wenn sich dieser bereits auf dem Strukturbauteil 8 befindet.
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Der
so bereitgestellte ungehärtete
Stringer 1 wird anschließend zum Anbinden an das Strukturbauteil 8 auf
diesen aufgebracht, wobei im vorliegenden Beispiel die Unterseite
des Anbindungsabschnitts 2 des Stringers 1 auf
der Oberfläche
des Strukturbauteils 8 aufliegt, wie in 2 dargestellt
ist.
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Eine
Vakuumfolie 9 wird nachfolgend über den ausgelegten Stringer 1 und
die Oberfläche
des Strukturbauteils 8 gelegt. Durch Anlegen eines Vakuums
zwischen der Vakuumfolie 9 und der Oberfläche des
Strukturbauteils 8 wird aufgrund des Umgebungsdrucks der
Stringer 1 an das Strukturbauteil 8 angepresst.
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In
einem bevorzugten Verfahren werden der Stringer 1 und das
Strukturbauteil 8 auf eine vorbestimmte Aushärttemperatur
erhitzt, so dass eine Harzmatrix des Faserverbundwerkstoffs des
Stringers 1 aufgeweicht und klebrig wird. Das Erwärmen kann
z.B. in einem Autoklaven für
ein Injektionsverfahren bewerkstelligt werden.
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Bevor
ein Aushärten
des Werkstoffs des Stringer 1 erfolgt, durchläuft dieser
Werkstoff eine Erweichungsphase. Dabei wird der Stegabschnitt 3 des Stringers 1 durch
die schon vorgehärteten
Stützelemente
aus dem Hilfsmaterial 5 so abgestützt, dass weder ein Kippen
noch ein Verformen des Stegabschnitts 3 unter Einwirkung
der Druckbeaufschlagung und der Vakuumfolie 9 erfolgen
kann.
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Nachdem
der ausgelegte Stringer 1 an dem Strukturbauteil 8 angebunden
ist, wird die Vakuumfolie 9 entfernt. Nachfolgend werden
dann die Stützelemente
aus dem Hilfsmaterial 5 von dem beispielsweise T-förmigen Stringer 1 abgelöst. Das
Ablösen
wird vorteilhaft vereinfacht und erleichtert, da zwischen dem Hilfsmaterial 5 und
dem Stegabschnitt 3 bzw. der Flächen 7 des Anbindungsabschnitts 2 die
vorher bereits genannte Trennfolie 6 als Trennelement angeordnet
ist.
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Die
Reihenfolge des Aufbringens des Hilfsmaterials 5 und des
Anordnens des Stringers 1 auf dem Strukturbauteil 8 kann
in Abhängigkeit
des herzustellenden Werkstücks
vertauscht werden. Zumeist ist es vorteilhaft, zunächst das
Hilfsmaterial 5 aufzubringen, da zu diesem Zeitpunkt die
abzustützenden
Stegflanken 4 leichter zugänglich sind.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise
modifzierbar.
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Beispielsweise
können
die Flächen 7 des Anbindungsabschnitts 2 nur
teilweise von dem Trennelement 6 und dem Hilfsmaterial 5 belegt
sein.
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Auch
asymmetrische Querschnittsformen des Stringers sind verwendbar.
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Ein
Gebrauch des erfindungsgemäßen Verfahrens
für Strukturbauteile
bei allgemeinen Fahrzeugen oder auch bei anderen Anordnungen außerhalb
des Fahrzeugbereichs ist selbstverständlich möglich.
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- 1
- Stringer
- 2
- Anbindungsabschnitt
- 3
- Stegabschnitt
- 4
- Stegflanken
- 5
- Hilfsmaterial
- 6
- Trennelement
- 7
- Fläche
- 8
- Strukturbauteil
- 9
- Vakuumfolie