DE102008008406B4

DE102008008406B4 - Method for producing aircraft part negative molds by means of honeycombs

Info

Publication number: DE102008008406B4
Application number: DE102008008406A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-09
Filing date: 2008-02-09
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2028-02-10
Also published as: DE102008008406A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Flugzeugteil-Negativformen mittels Papierwaben mit folgenden Verfahrensschritten: – Fertigung von Stützen (2) mit entsprechendem Ausschnitt, der sich aus dem Rumpfquerschnitt ergibt – Bereitstellen von mehreren handelsüblichen Papierwaben-Blöcken – Herausschneiden von einem oder mehreren Keilen (a) aus jedem Papierwaben-Block – Zusammenkleben der Papierwaben an den Schnittflächen, so dass eine Flugzeugteil-Negativform (7, 8, 9, 10, 11, 12) mit geschlossener Oberfläche (15) entsteht, die eine Güte aufweist, die der einer CNC-Fräsfläche entspricht – Legen der Flugzeugteil-Negativform (7, 8, 9, 10, 11, 12) in jeweils mindestens 2 Stützen (2) – Aneinanderreihen der einzelnen Flugzeugteil-Negativformen (7, 8, 9, 10, 11, 12) so dass eine Negativhalbschale gebildet wird, die der einen Hälfte eines Flugzeugrumpfes entspricht – Versiegelung der Flugzeugteil-Negativformen (7, 8, 9, 10, 11, 12)Process for the production of aircraft part negative forms using paper honeycombs with the following process steps: - Production of supports (2) with a corresponding cutout that results from the fuselage cross-section - Provision of several commercially available paper honeycomb blocks - Cutting out one or more wedges (a) from each Paper honeycomb block - the paper honeycomb is glued together at the cut surfaces, so that a negative aircraft shape (7, 8, 9, 10, 11, 12) with a closed surface (15) is created, which has a quality that corresponds to that of a CNC milling surface - Laying the negative aircraft part mold (7, 8, 9, 10, 11, 12) in at least 2 supports (2) each - Lining up the individual negative aircraft part molds (7, 8, 9, 10, 11, 12) so that one Negative half-shell is formed, which corresponds to one half of an aircraft fuselage - sealing of the negative forms of aircraft parts (7, 8, 9, 10, 11, 12)

Description

Nach heutigem Stand der Technik sind Formwerkzeuge beim Herstellen von Bauelementen aus faserverstärktem Kunststoff im Flugzeugbau gebräuchlich und werden nach verschiedenen Methoden hergestellt. In der WO02/18121 A1 wird ein Verfahren beschrieben, wonach Fasergelegeschichten auf ein Positivwerkzeug gelegt werden, diesen mit Unterdruck beschlagen wird, damit sich die Fasergelegeschichten um enge Radien besser anschmiegen und anschließend in eine Negativform übertragen werden. Dabei bestehen die Formteile aus mehreren Einzelmodulen, die gasdurchlässig sind und auf einer ebenen Platte angeordnet sind. Bei sphärisch gekrümmten Oberflächen werden in definierten Abständen Scheibenelemente mit entsprechenden Konturen auf ein ebenes Auflageraster aufgereiht. Der Fräsaufwand, insbesondere bei Formen mit großer Tiefe im Querschnitt ist bei WO02/18121 A1 größer als bei der Erfindung. Bei veränderten Formen müssen die Scheibenelemente, von Grund auf neu bearbeitet werden. Ebenso ist die Methode, bei der jeweils zwei Formen (Positiv- und Negativform) hergestellt werden müssen, damit sich Fasergelege an enge Radien anlegen, nicht wirtschaftlich und zeitgemäß. An späterer Stelle wird beschrieben, wie dieses Problem wirtschaftlich gehandhabt wird. In der DE 10 2005 004 345 A1 wird ein Verfahren beschrieben, wie ein Flugzeugbauteil mittels Papierwaben hergestellt wird. Dabei handelt es sich nicht um die Verwendung handelsüblicher Papierwabenblöcke, sondern es werden einzelne dem Flügelprofil angepasste Papierrippen zu Waben verklebt und diese auf Flügelspannweite ausgedehnt. Dabei entsteht eine Oberfläche mit sehr großen Öffnungen. Diese gelöcherte Oberfläche muss mit faserverstärktem Kunststoff beschichtet werden. Der Formkern bleibt als tragende Struktur im Bauteil. Wirtschaftlich lässt sich diese Methode der Wabenherstellung, insbesondere der Fertigung der einzelnen Papierrippen, die bei einem sich verjüngendem Flügel aus lauter unterschiedlichen Rippen besteht, nicht durchführen.According to the current state of the art molding tools are commonly used in the manufacture of components made of fiber-reinforced plastic in aircraft and are produced by various methods. In the WO02 / 18121 A1 describes a method according to which fiber laid layers are placed on a positive tool, which is fogged with negative pressure, so that the fiber layer layers better conform to tight radii and then transferred into a negative mold. In this case, the moldings consist of several individual modules, which are gas-permeable and are arranged on a flat plate. In the case of spherically curved surfaces, disc elements with corresponding contours are lined up at defined spacings on a flat support grid. The milling effort, in particular in the case of shapes with great depth in cross section, is greater in WO02 / 18121 A1 than in the invention. For modified shapes, the disc elements must be reworked from scratch. Likewise, the method in which each two forms (positive and negative form) must be made so that lay fiber clays to tight radii, not economical and timely. It will be described later how this problem is handled economically. In the DE 10 2005 004 345 A1 A method is described how an aircraft component is manufactured by means of paper honeycombs. This is not the use of commercial paper honeycomb blocks, but it will be individually tailored to the wing profile paper ribs glued to honeycomb and this expanded to wing span. This creates a surface with very large openings. This perforated surface must be coated with fiber-reinforced plastic. The mandrel remains as a supporting structure in the component. Economically, this method of honeycomb production, in particular the production of individual paper ribs, which consists of a lot of different ribs in a tapered wing, do not perform.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Formteilen mittels Papierwaben ist aus US 2 885 772 A bekannt. Hier werden im Unterschied zu DE 10 2005 004 345 A1 handelsübliche Papierwaben in komprimierter Form bearbeitet und anschließend gedehnt. Auch hier entsteht eine beinahe offene Oberfläche, die wie bei DE 10 2005 004 345 A1 aufwändig geschlossen werden muss. Der Wabenkern stellt ebenso ein festes Bauteil im Flugzeug dar.Another method for the production of moldings by means of paper honeycomb is made US Pat. No. 2,885,772 known. Here, unlike DE 10 2005 004 345 A1 commercial paper honeycombs processed in compressed form and then stretched. Again, a nearly open surface, which must be closed consuming as in DE 10 2005 004 345 A1. The honeycomb core is also a solid component in the aircraft.

Aus dem Bereich des Schiffsbaus ist das Verfahren VARI (vacuum assisted resin infusion) bekannt. Dieses Verfahren ist für den Schiffsbau patentiert und kann lizenzfreifrei im Flugzeugbau verwendet werden. Das Verfahren braucht hier nicht genau beschrieben werden. Es ist allgemein bekannt und findet immer mehr Verwendung im Flugzeugbau, vor allem deswegen, da die Fasergelege im Vakuum geringsten Lufteinschluss aufweisen, sich an sämtliche Radien in der Form anlegen und durch den Umgebungsluftdruck eine autoclav-ähnliche Qualität bei geringeren Kosten aufweisen.From the field of shipbuilding the method VARI (vacuum assisted resin infusion) is known. This process is patented for shipbuilding and can be used free of charge in aircraft construction. The process need not be described exactly here. It is well known and is being used more and more in aircraft construction, especially because the fiber webs have the least air entrapment in the vacuum, apply to all the radii in the mold and have an autoclave-like quality at a lower cost due to the ambient air pressure.

Zudem werden oft beim Bau von Flugzeugen in Faserverbundbauweise die Teile Rumpf, Flügel und Leitwerke derart hergestellt, dass entweder im Handauflegeverfahren oder mit Harzinfusion Gewebelagen in Harz getränkt in Negativhalbschalen gelegt werden und diese nach dem Aushärten aus den Formen entfernt werden. Zwei Halbschalen werden dann zum Rumpf oder Flügel miteinander verklebt. Die Formen, die für diese Technik verwendet werden, bestehen meist aus CNC-gefrästen Polyurethanblöcken oder aus Blöcken ähnlichen Materials. Die Oberflächengüte dieser Formteile ist sehr genau, es muss immer noch eine Versiegelung der Formen stattfinden. Eine andere Methode, die Formen herzustellen geschieht über Außenspanten, über die Holzlättchen oder Ähnliches gestrakt werden. Dabei ist nichts zu fräsen, jedoch ist die Oberfläche der Form nicht perfekt und es muss viel Schleif- und Spachtelarbeit geleistet werden. Die Qualität der Form ist nicht so gut wie beim CNC-Fräsen. Eine dritte Methode, die Flugzeugteile herzustellen ist, dass man zuerst einen Positivkern herstellt und diesen dann abformt, z. B. mit faserverstärktem Kunststoff oder Laminierkeramik.In addition, the parts of the fuselage, wings and tail are often produced in the construction of aircraft in fiber composite construction, either soaked in resin by hand laydown or resin infiltrating tissue layers are placed in negative half-shells and these are removed after curing from the molds. Two half-shells are then glued together to the fuselage or wing. The molds used for this technique usually consist of CNC milled polyurethane blocks or block-like material. The surface quality of these moldings is very accurate, there must still be a sealing of the molds. Another method of making the molds is via outer frames, over which wooden slats or the like are gestrakt. There is nothing to mill, however, the surface of the mold is not perfect and it must be done a lot of grinding and putty work. The quality of the shape is not as good as in CNC milling. A third method to produce the aircraft parts is to first make a positive core and then mold it, e.g. B. with fiber-reinforced plastic or laminating ceramics.

Bei der Herstellung von Negativformen für Flugzeugteile mittels Waben werden die Vorteile des CNC-Fräsens – Genauigkeit und gute Oberflächenbeschaffenheit – mit der Einfachheit des Aufbaues von Spanten mit Beplankung verbunden.When producing negative molds for aircraft parts using honeycombs, the advantages of CNC milling - accuracy and good surface finish - are combined with the simplicity of the construction of frames with planking.

Am Beispiel eines Segelflugzeugrumpfes wird dies genauer ausgeführt. Verwendet werden handelsübliche Papierwaben, die in verschiedenen Größen erhältlich sind. So gibt es beispielsweise verschiedene Wabengrößen und Dimensionen der Wabenblöcke. Wie in 3 ersichtlich, kann die Höhe z bis 15 cm betragen, das y-Maß ist in der Regel 145 cm und das Maß x ist endlos, das heißt, auf einer Palette sind ungefähr auf 1000 cm Länge Waben komprimiert. Die Waben sind in der x-Richtung und in der y-Richtung variabel, die z-Höhe bleibt immer konstant, wenn man die Waben dehnt.Using the example of a glider fuselage, this is explained in more detail. Commercially available paper honeycombs, which are available in various sizes, are used. For example, there are different honeycomb sizes and dimensions of the honeycomb blocks. As in 3 can be seen, the height z can be up to 15 cm, the y-dimension is usually 145 cm and the dimension x is endless, that is, on a pallet are compressed to about 1000 cm in length honeycomb. The honeycombs are variable in the x-direction and in the y-direction, the z-height always remains constant when the honeycombs are stretched.

Die Eigenschaften der Waben, vor allem das Anschmiegen an starre Formen in einer Richtung, werden beim Formenbau genutzt.The properties of the honeycombs, especially the clinging to rigid shapes in one direction, are used in mold making.

Der Rumpf eines Segelflugzeuges wird im Plan wie in 1 entlang der Konturen 5 und 6 getrennt. 2 zeigt die Draufsicht auf eine Rumpfhälfte. Die Teile 7, 8 und 9 stellen Teilformen aus Wabenblöcken dar, die entlang der Kontur 5 und 6 bearbeitet werden müssen. Die Teile 10, 11 und 12 stellen Teilformen aus Wabenblöcken dar, die ohne Bearbeitung auskommen. Die Teile 2 zeigen mögliche Stützstellen für die Wabenblöcke.The hull of a glider will be in the plan as in 1 along the contours 5 and 6 separated. 2 shows the top view of a fuselage half. The parts 7 . 8th and 9 represent sub-forms of honeycomb blocks, along the contour 5 and 6 must be edited. The parts 10 . 11 and 12 represent partial forms of honeycomb blocks, which manage without processing. The parts 2 show possible support points for the honeycomb blocks.

Bei den Teilen 10, 11 und 12 geht man so vor, wie in 6 angedeutet. Man fertigt die Stützen 2 mit entsprechendem Ausschnitt, der sich aus dem Rumpfquerschnitt ergibt, und legt einen wie in 4 entsprechend vorbereiteten Wabenblock in den Ausschnitt der beiden Stützen. Da die beiden Linien d3 und d4 in 6 unterschiedliche Länge haben, findet ein Ausgleich wie in 4 statt. Die Differenz von d3–d4 wird hier geviertelt und Keile mit der einen Seite a werden aus dem Block herausgeschnitten. An den Schnittflächen werden die Waben zusammengeklebt. Der Block sieht nun aus wie in 5. Er kann nun passend in die Stützen 2 gelegt werden und formt sich genau an. Dabei ist die Oberfläche 15 geschlossen und weist eine Güte auf, die der einer CNC-Fräsfläche entspricht. Auf der Unterseite des gebogenen Wabenblocks sieht man kleinere Öffnungen der Waben. Diese liegen je nach verwendeten Waben im Bereich von ca. 1 mm.At the parts 10 . 11 and 12 you proceed as in 6 indicated. Man making the supports 2 with a corresponding section, which results from the fuselage cross-section, and places one as in 4 prepared honeycomb block in the neck of the two supports. Since the two lines d3 and d4 in 6 have different length, find a compensation as in 4 instead of. The difference of d3-d4 is here quartered and wedges with the one side a are cut out of the block. At the cut surfaces, the honeycombs are glued together. The block now looks like in 5 , He can now fit in the supports 2 be laid and shaped exactly. Here is the surface 15 closed and has a quality that corresponds to that of a CNC milling surface. On the underside of the curved honeycomb block you can see smaller openings of the honeycomb. These are depending on the honeycomb used in the range of about 1 mm.

Die Stützen können leicht ausgetauscht werden für den Fall, dass man einen anderen Rumpfquerschnitt wünscht. Die Form muss nicht komplett neu gefräst werden.The supports can be easily replaced in case you want a different fuselage cross section. The shape does not have to be completely re-milled.

Bei den Teilformen 7, 8 und 9 muss etwas anders vorgegangen werden, da die Oberfläche 3 in 8 eine zusätzliche Wölbung aufweist, wenn der Wabenblock in der Ebene ausgebreitet wird (7). Wenn sich d1 und d2 in 8 der Länge nach unterscheiden, muss ein Streckenausgleich 14, 7 ausgeschnitten werden. 11 zeigt schematisch, wie die Wölbung einfach bearbeitet werden kann. Hierzu wird der Wabenblock zwischen zwei Kopierschablonen gespannt. Auf diesen Schablonen werden zwei Anschlagwinkel fixiert 11, Teile 19. Entlang dieser Schienen muss die Handoberfräse geführt werden, da eine plane Auflagefläche der Fräse auf den Waben fehlt. Der so oder per CNC gefräste Wabenblock wird in zwei oder mehr Stützen, 8, Teile 2, gelegt oder geklebt. Die so entstandene Teilform weist an den Stellen der Oberfläche in der Nähe der Stützen eine geschlossene Fläche auf, an den Stellen, die sich in Nähe der Mitte von d1 und d2, 8, befinden, eine nicht ganz geschlossene Oberfläche auf. Diese weist kleine Spalten im Bereich von 0,1 mm bis 0,2 mm auf. Per Versiegelung sind diese Lücken leicht zu verschließen. Diese Lücken in der Mitte können durch ausgeschnittene Keile im Bereich d1 und d2, 8 vermieden werden.At the part forms 7 . 8th and 9 something must be done differently, because the surface 3 in 8th has an additional curvature when the honeycomb block is spread in the plane ( 7 ). When d1 and d2 are in 8th different in length, must be a track compensation 14 . 7 be cut out. 11 shows schematically how the curvature can be easily edited. For this purpose, the honeycomb block is stretched between two copy templates. On these templates two stop angles are fixed 11 , Parts 19 , Along these rails, the handheld router must be guided, as a flat support surface of the router on the honeycomb is missing. The honeycomb block milled in this way or by CNC is placed in two or more columns, 8th , Parts 2 , laid or glued. The resulting partial shape has a closed surface at the locations of the surface near the supports, at the locations close to the center of d1 and d2, 8th , are located on a not completely closed surface. This has small gaps in the range of 0.1 mm to 0.2 mm. By sealing these gaps are easy to close. These gaps in the middle can be achieved by cutting out wedges in the area d1 and d2, 8th be avoided.

Alle vorbereiteten und auf Stützen gelegte Teilformen 2, Teile 7, 8, 9, 10, 11, 12, werden aneinandergereiht, ausgerichtet und versiegelt.All prepared and set on supports partial forms 2 , Parts 7 . 8th . 9 . 10 . 11 . 12 , are strung together, aligned and sealed.

Eine Senkung des vorderen Teiles des Rumpfes, wie es oft üblich ist, kann ebenso geschehen. Auch lässt sich der Rumpfquerschnitt durch Austausch der Stützen 2 beliebig verändern, indem andere Ausschnitte wie z. B. halbe Ellipsen, Eierformen, ... gewählt werden.A lowering of the front part of the trunk, as is often the case, can also happen. Also, the fuselage cross section can be replaced by replacing the columns 2 change arbitrarily by other sections such. B. half ellipses, egg forms, ... are chosen.

Diese Methode kann auch auf Negativformen anderer Bauteile wie Flügel oder Leitwerke angewandt werden. 10 zeigt schematisch ein Teilstück einer Flügelober lächennegativform. Hat der Flügel einen rechteckigen oder trapezförmigen Grundriss, so muss der Wabenblock nicht gefräst werden. Bei elliptischer Form wird an der Stelle 18, 10 die Biegung gefräst. Diese Wabenmethode ist kostengünstig, da die Papierwaben billig sind und der Arbeitsaufwand beim Fräsen gering ist. Gegenüber dem CNC-Fräsen aus einem massiven Block, kann durch die Wabenmethode das Fräsvolumen um bis zu 90 Prozent reduziert werden. Es zeigt sich auch eine große Flexibilität in der Formgestaltung. Flügelformen und Leitwerksformen kleinerer Flugzeuge lassen so gut herstellen. Die Rumpfform eines Motorflugzeuges, bei dem die Kanzel aus dem Rumpf hervorsteht, ist mit dieser Methode nicht gut zu verwirklichen.This method can also be applied to negative forms of other components such as wings or tail. 10 schematically shows a portion of a wing upper lip negative mold. If the wing has a rectangular or trapezoidal layout, the honeycomb block does not need to be milled. When elliptical shape is in place 18 . 10 milled the bend. This honeycomb method is inexpensive because the paper honeycombs are cheap and the amount of work involved in milling is low. Compared to CNC milling from a solid block, the honeycomb method can reduce the milling volume by up to 90 percent. It also shows a great flexibility in the design. Wing shapes and tail shapes of smaller aircraft make so well. The hull shape of an airplane, with the pulpit protruding from the hull, is not well suited to this method.

Claims

Process for the production of aircraft part negative molds by means of paper honeycombs with the following process steps: - production of supports ( 2 ) with a corresponding cutout which results from the fuselage cross-section - providing a plurality of commercial paper honeycomb blocks - cutting one or more wedges (a) from each paper honeycomb block - gluing the paper honeycombs together at the cut surfaces, so that an aircraft part negative mold ( 7 . 8th . 9 . 10 . 11 . 12 ) with closed surface ( 15 ), which has a quality that corresponds to that of a CNC milling surface - laying the aircraft part negative mold ( 7 . 8th . 9 . 10 . 11 . 12 ) in each case at least 2 supports ( 2 ) - juxtaposing the individual aircraft part negative forms ( 7 . 8th . 9 . 10 . 11 . 12 ) so that a negative half shell is formed, which corresponds to one half of an aircraft fuselage - sealing of the aircraft part negative forms ( 7 . 8th . 9 . 10 . 11 . 12 )

Process for the production of aircraft part negative molds by means of paper honeycombs with the following process steps: - production of supports ( 2 ) with a corresponding cutout, which results from the fuselage cross-section - Provision of several commercial paper honeycomb blocks - Milling the volume ( 4 ) in partial forms ( 7 . 8th . 9 . 10 . 11 . 12 ), whose settlement has a curved surface - cutting out one or more wedges (a) from each paper honeycomb block - gluing the paper honeycombs together at the cut surfaces, so that an aircraft part negative form ( 7 . 8th . 9 . 10 . 11 . 12 ) with closed surface ( 15 ), which has a quality that corresponds to that of a CNC milling surface - laying the aircraft part negative mold ( 7 . 8th . 9 . 10 . 11 . 12 ) in each case at least 2 supports ( 2 ) - juxtaposing the individual aircraft part negative forms ( 7 . 8th . 9 . 10 . 11 . 12 ) so that a negative half shell is formed, which corresponds to one half of an aircraft fuselage - sealing of the aircraft part negative forms ( 7 . 8th . 9 . 10 . 11 . 12 )