DE102006056568A1

DE102006056568A1 - Kernstruktur und Verfahren zur Herstellung einer Kernstruktur

Info

Publication number: DE102006056568A1
Application number: DE200610056568
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen WEBER; Gregor Christian Endres
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-06-05
Also published as: WO2008065174B1; CA2668565A1; RU2009124906A; CN101616786B; JP2010510909A; RU2447993C2; EP2097248B1; US20100143617A1; WO2008065174A1; CN101616786A; BRPI0719671A2; EP2097248A1; US8365412B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kernstruktur. Zunächst werden eine erste Kernstrukturschicht (1) und eine zweite Kernstrukturschicht (2) befestigt. Die erste Kernstrukturschicht (1) und die zweite Kernstrukturschicht (2) werden in einem definierten Abstand (A) positioniert. In einem Hohlraum (4) wird zwischen der ersten Kernstrukturschicht (1) und der zweiten Kernstrukturschicht (2) ein Verstärkungselement (3) eingebracht. Das Verstärkungselement (3), die erste Kernstrukturschicht (1) und die zweite Kernstrukturschicht (2) bilden eine selbstragende Kernstruktur (10).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kernstruktur, eine Kernstruktur, eine Vorrichtung zur Herstellung einer Kernstruktur sowie eine Verwendung einer Kernstruktur in einem Flugzeug und ein Flugzeug mit einer Kernstruktur.
Hintergrund der Erfindung
In Hochtechnologiebereichen, wie dem Flugzeugbau oder dem Automobilbau, finden Verbundwerkstoffe und insbesondere Kernverbundkonstruktionen aufgrund ihres guten Verhältnisses von Steifigkeit und Festigkeit zur Dichte einen breiten Anwendungsbereich. Kernverbunde bestehen in der Regel aus zwei Deckschichten aus anwendungsspezifisch auszuwählenden Werkstoffen, und einer zwischen den Deckschichten befindlichen Kernstruktur.
Solche Kernverbunde können beispielsweise aus einem Hartschaumkern bestehen, in dem mittels Einsatz von Nähverfahren trockene Fasern eingenäht werden. In einem nachgeschalteten Infusionsprozess werden die trockenen Fasern in ein Matrix eingebettet.
In einem weiteren beispielhaften Herstellungsprozess können anstatt dem Nähverfahren stabförmige Versteifungshalbzeuge, z.B. Pins, in den Schaumstoff eingebracht werden. Diese stabförmigen Versteifungshalbzeuge können beispielsweise in einem Pultrusionsprozess bzw. in einem Strang-Zieh-Prozess hergestellt werden. Bei dieser Herstellungsvariante für Halbzeuge werden die Fasern durch einen Düse gezogen, die den späteren Halbzeugquerschnitt vorgibt. Die anfänglich trockenen Fasern werden entweder durch den Durchgang durch ein Harzbad, oder durch einen speziellen Infusionsprozess mit Harz imprägniert. Durch Beheizen der Düse vernetzt die Harzmatrix. Um eine Formstabilität nach Austritt aus dem Pultrusionwerkzeug zu garantieren muss die Matrix entweder vollständig vernetzt sein, oder zumindest einen ausreichenden Teilvernetzungsgrad erreicht haben. Diese Versteifungshalbzeuge werden anschließend in den Schaumstoff eingebracht. Mechanische Eigenschaften können über den Werkstoff, die Verstärkungsdichte und den Winkel der Versteifungshalbzeuge definiert und variiert werden.
Der Schaumstoff dient somit zum einen als Träger, der die Versteifungshalbzeuge in Position hält, zum anderen dient der Schaumstoff zur Stabilisierung der Versteifungshalbzeuge, um beispielsweise deren Ausknicken unter einer Last zu verhindern oder zumindest zu verzögern.
US 6,190,602 B1 beschreibt ein Herstellverfahren einer Sandwichkonstruktion bestehend aus einem Kern mit Versteifungshalbzeugen. Vor dem Aushärten eines Hartschaumstoffs bzw. eines Laminats werden die Versteifungshalbzeuge mittels eines Werkzeuges eingebracht. Die Versteifungshalbzeuge verbinden die beiden Deckschichten und unterstützen die Anbindung der Deckschicht mit dem Hartschaumstoff. Das Werkzeug kann dabei mittels Ultraschall die Versteifungshalbzeuge in die Schichten einbringen.
US 6,291,049 B1 beschreibt eine Sandwichstruktur und ein Herstellungsverfahren dieser Sandwichstruktur. Die Sandwichstruktur weist eine obere und eine untere Deckschicht auf, zwischen der ein Schaumstoffkern angeordnet ist. Durch die Deckschichten und den Schaumstoffkern werden Verstärkungshalbzeuge angebracht, welche die Sandwichstruktur verstärken.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gewichtsreduzierte Kernstruktur und ein Verfahren zur Herstellung der Kernstruktur zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Kernstruktur, eine Kernstruktur, eine Vorrichtung zur Herstellung einer Kernstruktur, eine Verwendung einer Kernstruktur in einem Flugzeug sowie durch ein Flugzeug mit einer Kernstruktur mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Kernstruktur bereitgestellt. Eine erste Kernstrukturschicht und eine zweite Kernstrukturschicht werden befestigt und gehaltert. Die erste Kernstrukturschicht und die zweite Kernstrukturschicht wird in einem lokal definierten Abstand zueinander positioniert. Ein Verstärkungselement wird in einem Hohlraum zwischen der ersten Kernstrukturschicht und der zweiten Kernstrukturschicht eingebracht. Das Verstärkungselement, die erste Kernstrukturschicht und die zweite Kernstrukturschicht bilden nach Abschluss der lokalen Verstärkung eine selbsttragende Kernstruktur.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Kernstruktur bereitgestellt. Die Kernstruktur weist eine erste Kernstrukturschicht, eine zweite Kernstrukturschicht sowie ein Verstärkungselement auf. Das Verstärkungselement ist eingerichtet, die erste Kernstrukturschicht und die zweite Kernstrukturschicht in einem definierten Abstand zu beabstanden. Die erste Kernstrukturschicht und die zweite Kernstrukturschicht sind dabei derart beabstandet, dass ein Hohlraum bereitstellbar ist. Das Verstärkungselement, die erste Kernstrukturschicht und die zweite Kernstrukturschicht sind eingerichtet, eine selbsttragende Kernstruktur zu bilden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Herstellung einer Kernstruktur geschaffen. Die Vorrichtung weist eine erste Einspanneinrichtung zum Befestigen einer ersten Kernstrukturschicht und eine zweite Einspanneinrichtung zum Befestigen einer zweiten Kernstrukturschicht auf. Ferner weist die Vorrichtung ein Abstandselement und eine Einbringeinrichtung auf. Die erste Einspanneinrichtung, die zweite Einspanneinrichtung und das Abstandselement sind eingerichtet, die erste Kernstrukturschicht und die zweite Kernstrukturschicht mit einem definierten Abstand einzuspannen und zu haltern. Die Einbringeinrichtung ist eingerichtet, ein Verstärkungselement in einem Hohlraum zwischen der ersten Kernstrukturschicht und der zweiten Kernstrukturschicht einzubringen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird eine oben beschriebene Kernstruktur in einem Flugzeug verwendet.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Flugzeug mit einer oben beschriebenen Kernstruktur bereitgestellt.
Unter dem Begriff „Verstärkungselement" soll im Folgenden ein stabförmiges lineares Halbzeug verstanden werden. Dieses lineare Halbzeug kann aus pultrutierten, extrodierten oder stranggepressten/-gezogenen, stabförmigen Geometrien eines definierten Querschnitts verstanden werden. Der Querschnitt kann beispielsweise rund, dreieckig, viereckig, hexagonal, röhrenförmig oder mit vergleichbaren Geometrien ausgestaltet sein. Das Verstärkungselement kann dabei mit oder ohne Armierungsfasern zur Verstärkung ausgebildet sein. Das Verstärkungselement kann beispielsweise aus extrudierten Thermoplasten, pultrudierten, teilvernetzten, polymeren insbesondere duromeren, stranggezogenen Metallen oder auch Keramiken, insbesondere Precursor-Keramiken bestehen. Die Thermoplasten und Duromere können zusätzlich mit Armierungsfasern versehen sein.
Unter dem Begriff „Kernstrukturschicht" kann im Folgenden beispielsweise eine Schaumstoff- bzw. Hartschaumstoffschicht, ein Prepreg-Material oder ein trockenes Gewebe, sowie beliebige Kombinationen selbiger, verstanden werden. „Selbsttragende" Kernstruktur wird eine Kernstruktur verstanden, welche ohne Hilfsmittel selbst eine Stabilität besitzt.
Mit der oben beschriebenen Kernstruktur und mit dem Herstellverfahren dieser Kernstruktur kann ein Kernverbund geschaffen werden, der Anstelle eines Schaumstoffs als Stützmaterial, einen Hohlraum aufweist. Lediglich Verstärkungselemente, wie beispielsweise Pins oder dünne stabähnliche Verstärkungselemente, durchdringen diesen Hohlraum und beabstanden die beiden Kernstrukturschichten, d. h. sie halten die erste Kernstrukturschicht und die zweite Kernstrukturschicht auf einem definierten Abstand. Die Verstärkungselemente geben dabei der Kernstruktur hohe mechanische Eigenschaften vor, wobei gleichzeitig eine Dichte von kleiner als beispielsweise 30 kg/m³ umgesetzt werden kann. Aus dem Stand der Technik bekannte Kernstrukturen mit einem massiven Kern können Feuchtigkeit, beispielsweise Kondenswasser, nicht ableiten. Mittels des geschaffenen Hohlraums in der Kernstruktur wird somit eine Drainagemöglichkeit geschaffen, ohne dass es zu einem Feuchtigkeitsstau kommen kann. Werden als Kernstrukturschichten Hartschaumstoffe bzw. flexible Werkstoffe eingesetzt, so können Gestaltungsfreiheiten in der Formgebung verbessert werden.
Die Dicke der Kernstrukturschichten kann flexible und bauteilspezifisch festgelegt werden. Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannte Fachwerkstrukturen oder Wabenstrukturen, bilden die Kernstrukturschichten ebene Auflageflächen, wodurch die Bauteilherstellung erheblich vereinfacht wird. Für die Gestaltung der oberen bzw. der ersten und der unteren, bzw. der zweiten Kernstrukturschicht kann beispielsweise ein trockenes Gewebe, beliebigen Werkstoffs, welches durch einen Binder auf einer dünnen Schaumschicht fixiert wird, eingesetzt werden. Die so gebildeten Schichten zeichnen sich durch eine leichte Durchstechbarkeit, sowie eine gewisse Eigensteifigkeit aus, die das Einbringen der Verstärkungselemente erleichtern. Als Kernstrukturschichten kann ebenfalls eine Kombination bestehend aus Schaumstoff und einem Prepreg eingesetzt werden. Dabei wird der Schaumstoff mit einem Prepreg vorzugsweise zunächst einem Temperaturdruckzyklus unterzogen, so dass beide fest miteinander verbunden sind und die Matrix des eingesetzten Prepregs einen teilvernetzten Zustand von beispielsweise 60 bis 70 % erreicht hat. Anschließend können die Verstärkungselemente eingebracht werden. Bei ausreichender Vorvernetzung der Kernstrukturschichten kann mittels einer drucklosen Temperung eine anschließende Härtung durchgeführt werden, wodurch sich der Fertigungsaufwand erheblich verringert.
Der definierte Abstand kann beispielsweise aus einem Bereich von 5 bis 15 mm, von 15 bis 25 mm oder von 25 bis 35 mm ausgewählt sein.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein erster Warmbereich der ersten Kernstrukturschicht lokal erwärmt und ein zweiter Warmbereich der zweiten Kernstrukturschicht ebenfalls lokal erwärmt. Mit anderen Worten wird die erste und die zweite Kernstrukturschicht lokal erwärmt, so dass sich ein erster und ein zweiter Warmbereich bildet. Die Warmbereiche sind vorzugsweise so gegenüber angeordnet, dass sie durch die einzubringenden Verstärkungselemente verbunden werden. Gerade bei harten Kernstrukturschichten, bei denen Fasern in eine Matrix mit einem hohen Vernetzungsgrad eingebettet sind, kann durch eine solche Hartmatrix das Verstärkungselement nicht ohne Schäden durchstochen werden. Durch Erwärmen der Warmbereiche, durch die das Verstärkungselement geführt werden soll, erweicht sich die Kernstrukturschicht in dem ersten Warmbereich und/oder dem zweiten Warmbereich, so dass die Verstärkungselemente einfacher eingebracht werden können. Somit wird das Herstellverfahren beschleunigt und erleichtert.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform beabstandet ein Abstandselement die erste Kernstrukturschicht von der zweiten Kernstrukturschicht, beispielsweise mit dem definierten Abstand. Die Abstandselemente können einerseits permanent oder temporär in der Kernstruktur angeordnet werden. Eingebrachte Abstandselemente zeichnen sich dadurch aus, dass sie bei temporärer Integration, leicht wieder zu entfernen sind, so dass eine Hohlstruktur gemäß der oben beschriebenen Definition entsteht. Verbleiben die Abstandselemente in der späteren Kernstruktur, dürfen sie die Durchgängigkeit der Struktur nicht stören. Bei einer permanenten Anordnung der Abstandselemente können beispielsweise äußerst kleine Kernstrukturen und äußerst komplexe Geometrien umgesetzt werden. So kann beispielsweise über ein Formelement eine Kernstrukturschicht angeschmiegt werden, so dass eine erste geometrische Form bereitgestellt wird. Nach Anbringen der Abstandselemente auf der ersten Kernstrukturschicht kann die zweite Kernstrukturschicht mit einem definierten Abstand belegt werden. Anschließend können beispielsweise die Verstärkungselemente eingebracht werden, so dass eine selbsttragende Kernstruktur geschaffen werden kann. Die Abstandselemente können nach dem Einbringen der Verstärkungselemente in der Kernstruktur verbleiben, so dass die Verstärkungselemente nicht in komplizierter Art und Weise Entfernt werden müssen. Komplexe Geometrien können somit einfacher gestaltet werden.
Die Abstandselemente können beispielsweise aus Schaum und sog. Schaumrippen darstellen oder aus festen Verstärkungshalbzeugen bestehen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die erste Kernstrukturschicht und die zweite Kernstrukturschicht eine Erstreckungsrichtung auf. Das Abstandselement kann in Richtung der Erstreckungsrichtung verfahren werden. Hinter dem Abstandselement kann ein Verstärkungselement eingebracht werden.
Unter dem Begriff Erstreckungsrichtung wird beispielsweise die Längsausdehnung bzw. die längste Seite der Kernstrukturschichten verstanden. Das Abstandselement kann entlang dieser Erstreckungsrichtung verfahren werden. Das Abstandselement bildet während dem Verfahren eine Front bzw. Verstärkungsfront, welche zu den Kernstrukturschichten in Richtung der Erstreckungsrichtung einen vorderen Bereich aufweist und entgegen der Erstreckungsrichtung einen hinteren Bereich aufweist. In dem hinteren Bereich können die Verstärkungselemente fortlaufend eingebracht werden, da dort der Abstand der Kernverbundschichten konstant ist.
Das verfahrbare Abstandselement unterstützt somit die erste Kernstrukturschicht und die zweite Kernstrukturschicht. Die beiden Kernstrukturschichten werden somit durch die Positionierungen an beispielsweise den Seitenrändern und durch das verfahrbare Abstandselement auf einem definiertem Abstand gehalten, so dass die Kernstrukturschichten ihre Position halten und sich nicht beispielsweise durch ihr Eigengewicht verformen. Ein undefinierter Abstand kann unter anderem undefinierte mechanische Eigenschaften hervorrufen, während andererseits der konstante Abstand mechanische Eigenschaften definieren lässt. Ist die Ausführung der verfahrbaren Unterstützung der Art, dass verschiedenen Höhne realisierbar sind, muss der Abstand der Kernstrukturschichten nicht konstant sein.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform werden die erste Kernstrukturschicht und die zweite Kernstrukturschicht mittels einer Vielzahl von Abstandselementen beabstandet. Die Vielzahl von Abstandselementen bilden eine Fachwerkstruktur. Unter Fachwerkstruktur wird eine Verbindung der Abstandselemente an Knotenpunkten verstanden, über die Kräfte übertragen werden können. Die Abstandselemente müssen nicht mehr einzeln angeordnet werden, sonder können als gesamtes, z.B. in Form einer Fachwerkstruktur, aufgetragen werden und mit einer Kernstrukturschicht überdeckt werden. Somit kann das Herstellverfahren vereinfacht und beschleunigt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Verstärkungselement mit der ersten Kernstrukturschicht einen ersten Winkel auf. Ferner weist das Verstärkungselement mit der zweiten Kernstrukturschicht einen zweiten Winkel auf. Das Verstärkungselement kann mit einem vorbestimmten ersten Winkel oder einem vorbestimmten zweiten Winkel eingebracht werden. Somit können mittels der vordefinierten bzw. vorbestimmten ersten Winkel und zweiten Winkel gezielt bestimmte mechanische Eigenschaften der Kernstruktur eingestellt werden. Die Kernstruktur kann daher gezielt auf bestimmte Belastungsfälle eingestellt werden, wodurch aufgrund der gezielten Anpassung der Lastfälle weiter Material und Gewicht eingespart werden kann.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird die erste Kernstrukturschicht und die zweite Kernstrukturschicht mittels eines Versiegelungsmittels versiegelt. Das Versiegelungsmittel kann aus der Gruppe bestehend aus Lacken und Harzen ausgewählt sein. Mittels der Versiegelung der ersten und zweiten Kernschicht können beispielsweise die Löcher, welche die Verstärkungselemente beim Einbringen in die Kernstrukturschichten bilden, verschlossen werden. Somit kann nach Einbringung der Verstärkungselemente in die Kernstrukturschichten das somit entstandene Kernstrukturelement weiterverarbeitet werden, indem beispielsweise ein Innendruck angelegt oder ein Vakuum angelegt werden kann. Zudem können mittels des Versiegelungsmittels die Verstärkungselemente zusätzlich gegen Verrutschen gesichert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die Sprüheinrichtung in dem Abstandselement integriert sein. Somit können beispielsweise während des Verfahrens des Abstandselements entlang der Erstreckungsrichtung gleichzeitig die Kernstrukturschichten versiegelt werden. Mit der integrierten Sprüheinrichtung kann das Verfahren beschleunigt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird das Verstärkungselement derart in den Hohlraum eingebracht, dass das Verstärkungselement die erste Kernstrukturschicht und die zweite Kernstrukturschicht durchsticht. Das Verstärkungselement weist dabei außerhalb der ersten Kernstrukturschicht einen ersten Überstand auf. Ferner weist das Verstärkungselement außerhalb der zweiten Kernstrukturschicht einen zweiten Überstand auf. Der erste Überstand und der zweite Überstand werden umgefaltet. Durch das Umfalten kann das Verstärkungselement gegen Verrutschen gesichert werden. Somit sind keine zusätzlichen Befestigungsmittel erforderlich und eine hohe Strukturstabilität kann dabei erreicht werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird der erste Überstand und der zweite Überstand unter Beaufschlagung einer Temperatur und eines Druckes umgefaltet. Damit können ebenfalls Verstärkungselemente umgefaltet werden, welche beispielsweise aus einem spröden oder bereits gehärteten Material, wie beispielsweise ein teilvernetztes Halbzeug, umgefaltet werden, ohne dass Brüche im Material entstehen. Wird ein leichter Druck und eine Temperatur zudem an der Oberfläche beaufschlagt, so kann in der Kernstrukturschicht der Überstand umgefaltet werden, so dass eine besondere gute Anbindung der Verstärkungselemente mit den Kernstrukturschichten erreichbar ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird eine Deckschicht an zumindest einer der ersten Kernstrukturschichten und der zweiten Kernstrukturschichten angebracht. Unter Deckschichten wird in diesem Zusammenhang ein flächiges System verstanden, das die gebildete Kernstruktur zu einem Kernverbund ergänzt. Als Deckschicht kann beispielsweise eine weitere Kernstrukturschicht angebracht werden oder andere Materialien mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften. Wurden die Deckschichten bereits vollständig oder partiell auf der Kernstrukturschicht aufgebracht verstärken die in die Kernstruktur eingebrachten Verstärkungselemente zusätzlich die Deckschichten in der dritten Dimension. Werden die Deckschichten vollständig durchstochen, kann ein Umfalten der Verstärkungselemente beispielsweise entfallen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird die erste Kernstrukturschicht und die zweite Kernstrukturschicht des gebildeten Kernverbunds gehärtet. Bei Einsatz von trockenen Decklagenhalbzeugen werden dabei unter definiertem Druck und bei einem vorgegebenen Temperaturzyklus die Fasern in eine Harzmatrix eingebetten und anschließend vernetzt. Handelt es sich bei den eingesetzten Deckschichten um Prepregsysteme in einem unvernetzten oder teilvernetzten Zustand, oder um bereits ausgehärtete Deckschichten, die mittels eines Klebfilms mit der gebildeten Kernstruktur verbunden werden, so entfällt ein Infiltrationszyklus, bei dem ein Harz in ein Gewebe eingebracht werden muss, und es ist nur Druck und Temperatur erforderlich.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform werden Funktionselemente in den Hohlraum eingebracht. Funktionselemente können beispielsweise akustische und thermische Isolationseigenschaften, bestimmte mechanische Eigenschaften, eine Drainagemöglichkeit oder beispielsweise leitende Eigenschaften aufweisen. Als Funktionselemente können beispielsweise elektrische Leitungen eingesetzt werden oder auch temperaturdämmende Dämmwolle. Somit kann neben den gezielt einstellbaren und verbesserten mechanischen Eigenschaften ebenfalls andere erwünschte Eigenschaften eingestellt werden, so dass eine multifunktionelle Kernstruktur geschaffen werden kann. Die Ausgestaltungen des Herstellungsverfahrens gelten auch für die Kernstruktur, für die Vorrichtung, die Verwendung sowie für das Flugzeug und umgekehrt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Kernverbindungsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Kernstruktur mit einem verfahrbaren Abstandselement gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer Kernstruktur, welche in einem Werkzeug positioniert ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Kernstruktur. Die Kernstruktur weist eine erste Kernstrukturschicht 1 und eine zweite Kernstrukturschicht 2 auf. Ferner sind Verstärkungselemente 3 dargestellt, welche die erste Kernstrukturschicht 1 und die zweite Kernstrukturschicht 2 in einem definierten Abstand A beabstanden. Die erste Kernstrukturschicht 1 und die zweite Kernstrukturschicht 2 sind derart beabstandet, dass ein Hohlraum 4 bereitstellbar ist. Das Verstärkungselement 3, die erste Kernstrukturschicht 1 und die zweite Kernstrukturschicht 2 bilden dabei eine selbsttragende Kernstruktur 10.
Die Kernstruktur 10 wird beispielsweise hergestellt, indem zunächst die erste Kernstrukturschicht 1 und die zweite Kernstrukturschicht 2 mit einem definierten Abstand A befestigt und positioniert werden. Zwischen den Kernstrukturschichten 1, 2 werden Verstärkungselemente 3 angeordnet. Die Verstärkungselemente 3 werden durch die erste Kernstrukturschicht 1, durch den Hohlraum 4 und durch die zweite Kernstrukturschicht 2 gestochen. Mittels der Abstandselemente 5 wird ein definierter Abstand A der ersten Kernstrukturschicht 1 und der zweiten Kernstrukturschicht 2 erreicht. Die Verstärkungselemente 3 erzeugen hierdurch vordefinierte mechanischen Eigenschaften der Kernstruktur 10.
Die Verstärkungselemente 3 können zudem mit einem ersten Überstand 7 und einem zweiten Überstand 8 angebracht werden. Mittels Umfalten des ersten Überstands 7' und 8' können die Verstärkungselemente 3 gegen Verrutschen an der ersten Kernstrukturschicht und der zweiten Kernstrukturschicht 2 befestigt werden. Zum Umfalten der Verstärkungselemente 3 kann beispielsweise eine Temperatur und ein Druck beaufschlagt werden.
Auf der ersten Kernstrukturschicht 1 und der zweiten Kernstrukturschicht 2 kann beispielsweise eine Deckschicht 9 oder beispielsweise eine Teildeckschicht aufgetragen werden. In einer weiteren Ausführungsform kann beispielsweise das Verstärkungselement 3 ebenfalls durch die Deckschicht 9 hindurchgestochen werden und mittels der Überstände 7, 8 zusammen mit der Deckschicht 9 befestigt werden.
2 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, in der ein Abstandselement 5 zwischen der ersten Kernstrukturschicht 1 und der zweiten Kernstrukturschicht 2 angeordnet ist. Das Abstandselement 5 beabstandet die Kernstrukturschichten 1, 2, so dass aufgrund des Eigengewichts der Kernstrukturschichten 1, 2 keine ungewünschte Verformung bzw. eine Änderung des Abstands A der Kernstrukturschichten 1, 2 zueinander entsteht.
Die Abstandselemente 5 können nach Einbringen der Verstärkungselemente wieder aus der Kernstruktur 10 entnommen werden oder in dem Bauteil bzw. der Kernstruktur 10 permanent verbleiben. So können beispielsweise komplexe geometrische Formen hergestellt werden, ohne dass die Abstandselemente 5 nach der Einbringung der Verstärkungselemente 3 wieder entfernt werden müssen.
2 zeigt ferner eine Erstreckungsrichtung B der ersten und zweiten Kernstrukturschichten 1, 2, entlang derer sich das Abstandselement 5 fortbewegen kann. Das Abstandselement 5 bildet dabei eine Verstärkungsfront aus, wobei in Erstreckungsrichtung B ein vorderer Bereich und entgegen der Erstreckungsrichtung B ein hinterer Bereich der Verstärkungsfront gebildet wird. Mittels Verfahren des Abstandselements 5 werden mögliche Durchbiegungen oder Verformungen der Kernstrukturschichten 1, 2 durch ihr Eigengewicht, welche im vorderen Bereichauftreten können, im hinteren Bereich ausgeglichen, so dass dort ein definierter Abstand A bereitgestellt wird. In diesem hinteren Bereich können nun die Verstärkungselemente 3 eingebracht werden. Mit dieser beispielhaften Ausführungsform ist ein konstantes Voranschreiten des Herstellungsverfahrens möglich, so dass äußerst zügig und kostengünstig eine Kernstruktur gebildet werden kann.
Das Abstandselement 5 kann zudem, wie in 2 dargestellt, eine Spritzeinrichtung 6 aufweisen, in der eine Innenseite der ersten Kernstrukturschicht 1 und der zweiten Kernstrukturschicht 2 versiegelt werden kann. Damit können mittels Aufspritzen von Versiegelungsmitteln, wie beispielsweise Harz oder Lack, die durch die Verstärkungselemente 3 hervorgerufenen Löcher in den Kernstrukturschichten 1 und 2 verschlossen werden. Zudem können die Kernstrukturschichten 1, 2 derart versiegelt werden, dass diese vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Säuren oder Temperaturen, geschützt werden.
Ferner können eine Vielzahl von Abstandselementen 5 eingebracht werden, wobei die Abstandselemente 5 stabförmig ausgebildet werden können. Die Abstandselemente 5 können zu einem Fachwerk ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass sich die Abstandselemente 5 miteinander Knotenpunkte ausbilden, in welchen Kräfte zwischen den Abstandselementen übertragbar sind. Somit kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zunächst ein Fachwerk aus Abstandselementen 5 die erste Kernstrukturschicht 1 und die zweite Kernstrukturschicht 2 mit einem definierten Abstand A beabstanden. Anschließend können die Verstärkungselemente 3 eingebracht werden, um somit beispielsweise die mechanischen Eigenschaften der Kernstruktur zu modifizieren.
3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, in der die Kernstruktur 10 mittels einer ersten Einspannvorrichtung 12 und einer zweiten Einspannvorrichtung 13 gehaltert ist. Die Verstärkungselemente 3 können beispielsweise mit einem vorbestimmten ersten Winkel α und einem vorbestimmten zweiten Winkel β in die erste Kernstrukturschicht 1 und die zweite Kernstrukturschicht 2 eingebracht werden. Der Hohlraum 4 zwischen der ersten Kernstrukturschicht 1 und der zweiten Kernstrukturschicht 2 kann mit Funktionselementen 11 gefüllt werden. Diese Funktionselemente 11 können beispielsweise aus der Gruppe bestehend aus elektrischen Leitungen, Rohren, Dämmstoffen oder sonstigen funktionellen Materialien ausgewählt sein. So kann beispielsweise eine akustische oder thermische Dämmung eingebracht werden. Bei Verlegung von Rohren oder Leitungen in dem Hohlraum 4 wird zudem erreicht, dass die Kernstruktur nicht durch Fräsungen von beispielsweise Nuten oder sonstigen Einkerbungen beschädigt werden muss, sondern in den bereits existierenden Hohlraum 4 verlegt werden können. Damit wird die Strukturintegrität nicht verletzt und eine hohe Steifigkeit der Kernstruktur 10 erreicht.
Die erste Kernstrukturschicht 1 und die zweite Kernstrukturschicht 2 kann mittels der Einspannvorrichtungen 12, 13 gehaltert werden. Entlang der Erstreckungsrichtung B kann beispielsweise das verfahrbare Abstandselement 5 bewegt werden, um somit einen fließenden Herstellungsprozess der Kernstruktur 10 zu ermöglichen.
Ferner kann auf der ersten Kernstrukturschicht 1 und der zweiten Kernstrukturschicht 2 eine Deckschicht 9 aufgebracht werden.
Die fertige Kernstruktur 10 besteht somit aus drei Bereichen. Wie beispielsweise in 1 zu erkennen ist, wird die obere und die untere bzw. die erste und die zweite Kernstrukturschicht 1, 2 beispielsweise aus einem dünnen Schaumstoff und/oder einer Faserverbundschicht gebildet. Dazwischen bildet sich ein Hohlraum 4 mit dem Abstand A aus. Die Pins bzw. die Verstärkungselemente 3 stechen durch die Kernstrukturschichten 1, 2, welche beispielsweise aus Schaumstoff und/oder einem Faserverbund bestehen, und überbrücken den Hohlraum 4. Die Verstärkungselemente 3 sind in der Kernstrukturschicht 1, 2 fest eingebunden. Der Aufbau der ersten und zweiten Kernstrukturschicht 1, 2 kann beispielsweise mehrere Schaum- und/oder Faserverbundschichten ausbilden.
Wird als Kernstrukturschicht 1, 2 ein Schaumstoff eingesetzt, so kann dessen Dicke bauteilspezifisch festgelegt werden und der Kern verfügt über eine ebene Auflagefläche. Die Verstärkungselemente 3 bzw. Pins übernehmen alle mechanischen Eigenschaften. Zudem sind jegliche Bauteilgeometrien möglich. So kann beispielsweise der Schaumstoff bzw. die erste oder zweite Kernstrukturschicht 1, 2 über jegliche realisierbaren Geometrien gelegt werden und mittels Abstandselementen 5 die zweite Kernstrukturschicht 2 übergelegt werden. Somit ergibt sich die gewünschte Geometrie, welche durch Einbringen von den Verstärkungselementen 3 fixiert wird und mechanisch gefestigt wird.
Die erste Kernstrukturschicht und die zweite Kernstrukturschicht können eine Dicke von beispielsweise kleiner als 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm oder 2 mm und mehr aufweisen.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

1: erste Kernstrukturschicht
2: zweite Kernstrukturschicht
3: Verstärkungselement
4: Hohlraum
5: Abstandselement
6: Sprüheinrichtung
7: erster Überstand
8: zweiter Überstand
9: Deckschicht
10: Kernstruktur
11: Funktionselement
12: erste Einspannvorrichtung
13: zweite Einspannvorrichtung
a: Abstand
b: Erstreckungsrichtung
α: erster Winkel
β: zweiter Winkel

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Kernstruktur, wobei das Verfahren aufweist: Befestigen einer ersten Kernstrukturschicht (1); Befestigen einer zweiten Kernstrukturschicht (2); Positionieren der ersten Kernstrukturschicht (1) und der zweiten Kernstrukturschicht (2) mit einem definierten Abstand (a); Einbringen eines Verstärkungselements (3) in einem Hohlraum (4) zwischen der ersten Kernstrukturschicht (1) und der zweiten Kernstrukturschicht (2); wobei das Verstärkungselement (3), die erste Kernstrukturschicht (1) und die zweite Kernstrukturschicht (2) eine selbstragende Kernstruktur (10) bilden.
Herstellverfahren nach Anspruch 1; ferner aufweisend: lokales Erwärmen eines ersten Warmbereichs der ersten Kernstrukturschicht (1); lokales Erwärmen eines zweiten Warmbereichs der zweiten Kernstrukturschicht (2); Einbringen des Verstärkungselements (3) in den ersten Warmbereich und den zweiten Warmbereich.
Herstellverfahren nach Anspruch 1 oder 2; ferner aufwesend; Beabstanden der ersten Kernstrukturschicht (1) und der zweiten Kernstrukturschicht (2) mittels eines Abstandselements (5).
Herstellverfahren nach Anspruch 3; ferner aufweisend: wobei die erste Kernstrukturschicht (1) und die zweiten Kernstrukturschicht (2) eine Erstreckungsrichtung (b) aufweisen; Verfahren des Abstandselements (5) in Richtung der Erstreckungsrichtung (b); Einbringen des Verstärkungselements (3) hinter dem Abstandselement (5).
Herstellverfahren nach Anspruch 2; ferner aufweisend: Beabstanden der ersten Kernstrukturschicht (1) und der zweiten Kernstrukturschicht (2) mittels einer Vielzahl von Abstandselementen (5); wobei die Vielzahl von Abstandselementen (5) eine Fachwerkstruktur bildet.
Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5; wobei das Verstärkungselement (3) mit der ersten Kernstrukturschicht (1) einen ersten Winkel bildet (α); wobei das Verstärkungselement mit der zweiten Kernstrukturschicht einen zweiten Winkel (β) bildet; und Einbringen des Verstärkungselements (3) mit einem vorbestimmten ersten Winkel (α) oder vorbestimmten zweiten Winkel (β).
Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6; Versiegeln der ersten Kernstrukturschicht (1) und der zweiten Kernstrukturschicht (2) mittels eines Versiegelungsmittels.
Herstellverfahren nach Anspruch 7, wobei das Versiegelungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Lacken und Harzen ausgewählt ist.
Herstellverfahren nach Anspruch 7 oder 8, Aufsprühen des Versiegelungsmittels mittels einer Sprüheinrichtung (6).
Herstellverfahren nach Anspruch 9; wobei die Sprüheinrichtung (6) in dem Abstandselement (5) integriert ist.
Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10; wobei das Verstärkungselement (3) derart in den Hohlraum (4) eingebracht wird, dass das Verstärkungselement (3) die erste Kernstrukturschicht (1) und die zweiten Kernstrukturschicht (2) durchsticht; wobei das Verstärkungselement (3) außerhalb der ersten Kernstrukturschicht (1) einen ersten Überstand (7) aufweist; wobei das Verstärkungselement (3) außerhalb der zweiten Kernstrukturschicht (2) einen zweiten Überstand (8) aufweist; und Umfallten des ersten Überstands (7) und des zweiten Überstands (8).
Herstellverfahren nach Anspruch 11, Umfallten des ersten Überstands (7) und des zweiten Überstands (8) unter Beaufschlagung einer Temperatur und eines Druckes.
Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, Anbringen einer Deckschicht (9) an zumindest einer der ersten Kernstrukturschichten (1) und der zweiten Kernstrukturschichten (2).
Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, Härten der der ersten Kernstrukturschicht (1) und der zweiten Kernstrukturschicht (2).
Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, Einbringen von Funktionselementen (11) in den Hohlraum (4).
Kernstruktur, aufweisend: eine ersten Kernstrukturschicht (1); eine zweite Kernstrukturschicht (2); eine Verstärkungselement (3); wobei das Verstärkungselement (3) eingerichtet ist, die erste Kernstrukturschicht (1) und die zweite Kernstrukturschicht (2) in einem definierten Abstand (a) zu beabstanden; wobei die erste Kernstrukturschicht (1) und die zweite Kernstrukturschicht (2) derart beabstandet ist, dass ein Hohlraum (4) bereitstellbar ist; wobei das Verstärkungselement (3), die erste Kernstrukturschicht (1) und die zweite Kernstrukturschicht (2) eingerichtet sind, eine selbsttragende Kernstruktur (10) zu bilden.
Kernstruktur nach Anspruch 16; wobei die Kernstruktur (10) mit dem Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellt ist.
Vorrichtung zur Herstellung einer Kernstruktur, wobei die Vorrichtung aufweist: eine erste Einspanneinrichtung (12) zum Befestigen einer ersten Kernstrukturschicht (1); eine zweite Einspanneinrichtung (13) zum Befestigen einer zweiten Kernstrukturschicht (2); ein Abstandselement (5); eine Einbringeinrichtung; wobei die erste Einspanneinrichtung (1), die zweite Einspanneinrichtung (2) und das Abstandselement (5) eingerichtet sind, die erste Kernstrukturschicht (1) und die zweite Kernstrukturschicht (2) mit einem definierten Abstand (a) einzuspannen und zu haltern; wobei die Einbringeinrichtung eingerichtet ist, ein Verstärkungselement (3) in einem Hohlraum (4) zwischen der ersten Kernstrukturschicht (1) und der zweiten Kernstrukturschicht (2) einzubringen.
Verwendung einer Kernstruktur (10) gemäß Anspruch 16 oder 17 in einem Flugzeug.
Flugzeug mit einer Kernstruktur (10) gemäß Anspruch 16 oder 17.