DE102009035108A1

DE102009035108A1 - Verfahren sowie Sprühvorrichtung zur Reparatur einer Sandwichplatte

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Publication number: DE102009035108A1
Application number: DE102009035108A
Authority: DE
Inventors: Berend Dipl.-Ing. Schoke; Michael Dipl.-Ing. Doecker
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-07-30
Also published as: US9073299B2; US20110030878A1; DE102009035108B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur einer Sandwichplatte 1, insbesondere einer Bodenplatte in einem Flugzeug, wobei die Sandwichplatte 1 eine beidseitig mit Deckschichten 3, 4 versehene Kernstruktur 2 mit einer Vielzahl von insbesondere honigwabenförmigen Zellen 5, 16 aufweist, mit den folgenden Schritten: a) Einbringen von jeweils mindestens einer durchgehenden Bohrung 19-22 in eine Deckschicht 3, 4 oberhalb mindestens einer Zelle 5, 16 in einem Schadensbereich 13 der Sandwichplatte 1, b) Einsprühen eines Stabilisierungsmaterials 23, 50 in die mindestens eine Zelle 5, 16, und c) Auffüllen des Schadensbereichs 13 mit einer Füllmasse 33. Infolge des Einsprühens des Stabilisierungsmaterials 23, 50 in die angebohrten, punktlastbedingt beschädigten Zellen 5, 16 der Kernstruktur 2 der Sandwichplatte 1 lässt sich auf einfache Weise eine Reststabilität der Zellen 5, 16 wieder herstellen. Als Stabilisierungsmaterial 23, 50 können wahlweise Kunststoffmaterialien auf einer Ein- oder Zweikomponentenbasis (Duroplaste oder Thermoplaste) - eine entsprechende geringe Viskosität vorausgesetzt - eingedüst werden. Durch das Einfüllen der Füllmasse 33 in den Schadensbereich 13 wird die ursprüngliche Oberflächenbeschaffenheit der Sandwichplatte 1 restauriert. Daneben hat die Erfindung zwei Ausführungsvarianten von Sprühvorrichtungen 24, 34 zur Durchführung des Verfahrens zum Gegenstand.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur einer Sandwichplatte, insbesondere einer Bodenplatte in einem Flugzeug, wobei die Sandwichplatte eine beidseitig mit Deckschichten versehene Kernstruktur mit einer Vielzahl von insbesondere honigwabenförmigen Zellen aufweist.
Im Flugzeugbau finden Sandwichplatten aufgrund ihres außerordentlich günstigen Verhältnisses zwischen der erreichbaren Steifigkeit und des Gewichtes verbreitet Anwendung. Beispielsweise werden Bodenplatten, die mit Sandwichplatten mit einer honigwabenförmigen Kernstruktur und beidseitig darauf aufgebrachten Deckschichten aus kohlefaserverstärkten Epoxidharzen aufgebaut sind, in Passagierkabinen oder in Frachträumen eingesetzt. Diese den Fußboden oberhalb des Fußbodengerüstes der Flugzeugrumpfzelle bildenden Bodenplatten sind in der Regel individuell zugeschnitten und auf jeden Flugzeugtyp einzeln abgestimmt. Darüber hinaus müssen die Bodenplatten in den so genannten Nassbereichen der Flugzeugrumpfzelle, beispielsweise im Bereich von sanitären Anlagen, Kücheneinrichtungen sowie im Eingangsbereich in die Passagierkabine flüssigkeitsdicht ausgestaltet sein, wodurch sich der Einbauaufwand erhöht. Die Bodenplatten sind selbst im normalen Flugbetrieb eines Passagierflugzeugs hohen mechanischen Belastungen in einer oft zusätzlich chemisch aggressiven Umgebung ausgesetzt. Hohe Punktlasten werden beispielsweise durch die Rollen von Servierwagen, Rollkoffer, bestimmte Schuhabsätze sowie herabfallende Gegenstände verursacht.
Hierbei kommt es zu Eindellungen (s. g. ”Impact”) der oberen Deckschicht der Bodenplatte und vertikalen Stauchungen der Kernstruktur im Schadensbereich. Infolge der Stauchungen kommt es darüber hinaus zu einem Abplatzen der Imprägnierung der Kernstruktur, wodurch deren Festigkeit stark beeinträchtigt wird. Ohne eine zeitnahe Reparatur des betroffenen Schadensbereichs dehnt sich dieser immer weiter aus und kann zu einer großflächigen Zerstörung der Bodenplatte führen. Ein Ausbau und Austausch der betroffenen Bodenplatte ist in der Regel vor Ort (”in field”) nicht möglich und wäre darüber hinaus auch mit zu hohen Kosten für den Arbeitsaufwand und das Material verbunden. Darüber hinaus müsste aufgrund der individuell angepassten Bodenplatten ein großer Vorrat dieser Bodenplatten für jeden Flugzeugtyp vorgehalten werden.
Bei einem bekannten Verfahren zur Reparatur von Bodenplatten in Passagierkabinen von Flugzeugen werden sämtliche, im Bereich der Schadensstelle befindlichen Honigwabenkerne angebohrt und mit einem aushärtbaren Kunstharzmaterial aufgefüllt. Abschließend wird die Anbindung der oberen Deckschicht im Schadensbereich mit einer gleichfalls aushärtbaren Kunststoffmasse aufgefüllt. Von Nachteil bei dieser Vorgehensweise ist, dass das Auffüllen der Honigwaben nicht ohne die Bildung von Luftblasen möglich ist, wobei sich diese bevorzugt im Bereich unterhalb der oberen Deckschicht absetzen. Gerade in diesem Bereich der erfahrungsgemäß größten Verwerfung der Kernstruktur ist jedoch die höchste Stabilisierungswirkung der eingeführten Kunststoffmasse notwendig.
Nach Maßgabe einer weiteren Vorgehensweise wird zunächst eine Bohrung im Bereich der Schadensstelle in die Bodenplatte eingebracht. Sodann wird ein rotierender Haken durch diese Bohrung in die Sandwichplatte eingeführt und mittels dieses Hakens die Kernstruktur im Rotationsbereich weitgehend zerstört, um einen großvolumigen Hohlraum zum Einfüllen einer aushärtbaren Kunststoffmasse zur insbesondere vertikalen Stabilisierung zu schaffen. Anschließend oder bereits im Vorfeld wird eine weitere Bohrung zur Entlüftung in die obere Deckschicht der Bodenplatte im Schadensbereich gesetzt. Abschließend erfolgt das Verfüllen der in der Regel vorhandenen Eindellung der oberen Deckschicht der Bodenplatte. Ein Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass im Bereich der Schadensstelle lediglich zwei Bohrungen im Bereich der Deckschicht in die Bodenplatte eingebracht werden müssen. Der Hauptnachteil dieser Vorgehensweise ist jedoch darin zu sehen, dass im Bereich der Schadensstelle eine großvolumige Zerstörung der honigwabenförmigen Kernstruktur erfolgt.
Bei einer weiteren vorbekannten Verfahrensvariante werden zunächst die betroffenen Zellen der Kernstruktur im Bereich der Schadensstelle angebohrt. Danach wird ein dünnflüssiges, niedrigviskoses, aushärtbares Kunststoffmaterial in die betroffenen Zellen eingegeben. Durch freies Verschwenken und Verdrehen der Platte im Raum wird eine gleichmäßige Benetzung der Zellenwände mit dem stabilisierenden Kunststoffmaterial bewirkt. Dieses Verfahren setzt jedoch zwingend den Ausbau der in Stand zu setzenden Bodenplatte voraus.
Aufgabe der Erfindung ist es demzufolge, ein verbessertes Verfahren zu schaffen, das eine einfache, schnelle und kostengünstige Reparaturmöglichkeit von Schadensbereichen in Sandwichplatten, insbesondere Bodenplatten von Flugzeugen, vor Ort und ohne das Erfordernis eines Ausbaus der Sandwichplatte erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:

a) Einbringen von jeweils mindestens einer durchgehenden Bohrung in eine Deckschicht oberhalb mindestens einer Zelle in einem Schadensbereich der Sandwichplatte,
b) Einsprühen eines Stabilisierungsmaterials in die mindestens eine Zelle, und
c) Auffüllen des Schadensbereichs mit einer Füllmasse.

Durch das Einsprühen des Stabilisierungsmaterials ist eine zuverlässige, schnelle und vor allem gleichmäßige, das heißt insbesondere vollflächige Benetzung der mechanisch zu stabilisierenden, weil schadensbedingt gestauchten Wände der honigwabenförmigen Zellen der Kernstruktur der Sandwichplatte sichergestellt. Nach der erfolgten Aushärtung des Stabilisierungsmaterials kann die in der Regel vorhandene, kuhlenförmige Eindellung der oberen Deckschicht der Sandwichplatte im Schadensbereich mit einer Füllmasse versehen werden. Durch das Einsprühen des Stabilisierungsmaterials kann zwar die ursprüngliche räumliche Geometrie der honigwabenförmigen Zellen im Schadensbereich nicht wieder restauriert werden, jedoch legt sich das Stabilisierungsmaterial als ein vollflächiger Film innenseitig auf den Zellen der Kernstruktur ab und kann somit seine Stabilisierungswirkung entfalten.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Füllmasse nach dem Aushärten des Kunststoffmaterials im Schadensbereich aufgetragen wird.
Hierdurch wird das Ablüften des im Schadensbereich in die Kernstruktur eingesprühten Stabilisierungsmaterials erleichtert und damit die Aushärtezeit verkürzt. Alternativ kann die Füllmasse auch unmittelbar nach dem Einbringen des Stabilisierungsmaterials in die Kernstruktur im Bereich der Eindellung der Schadensstelle aufgetragen werden.
Eine weitere Fortentwicklung des Verfahrens sieht vor, dass der Schadensbereich soweit mit der Füllmasse aufgefüllt wird, bis ein bündiger Anschluss an die zugehörige Deckschicht der Sandwichplatte erreicht ist.
Infolge dieser Ausgestaltung wird die ursprüngliche Oberflächenbeschaffenheit der zu reparierenden Sandwichplatte weitgehend wieder hergestellt. Nach dem Aufbringen etwaiger Bodenbelege ist die Reparaturstelle somit optisch nicht mehr sichtbar.
Gemäß einer Weiterentwicklung des Verfahrens ist die Füllmasse ein aushärtbares duroplastisches Kunststoffmaterial, insbesondere ein mit Glashohlkugeln gefülltes Epoxidharz oder Polyesterharz.
Grundsätzlich sollte die Füllmasse auf das Material der Deckschichten der zu reparierenden Sandwichplatte abgestimmt sein, um eine möglichst gute Haftwirkung der Füllmasse auf der Deckschicht zu erzielen. In der Regel sind die Sandwichplatten, die als Bodenplatten in Passagierkabinen von Flugzeugen Verwendung finden, mit Deckschichten versehen, die mit kohlefaserverstärkten Epoxidharzen gebildet sind.
In einer solchen Konstellation kommt zum Auffüllen der Eindellungen im Bereich der betroffenen Deckschichten eine Füllmasse zur Anwendung, die mit einem mit Glashohlkugeln gefüllten Epoxidharz oder Polyesterharz gebildet ist. Durch die eingemischten Glashohlkugeln (s. g. ”Mikroballons”) wird das Gewicht der Füllmasse verringert, wobei zugleich hohe Festigkeitswerte erreichbar sind.
Eine weitere Verfahrensvariante sieht vor, dass das Stabilisierungsmaterial ein Kunststoffmaterial auf einer Einkomponentenbasis ist.
Hierdurch ist eine besonders einfache Verarbeitbarkeit des einzusprühenden Stabilisierungsmaterials gegeben. Beispielsweise kann das Einsprühen des Stabilisierungsmaterials in dieser Konstellation mittels einer einfachen Vorrichtung erfolgen, deren prinzipieller Aufbau dem einer herkömmlichen Sprühdüse ähnelt und die mit einem geeigneten Einkomponenten-Kunststoffmaterial befüllt ist, das zum Austreiben unter einem ausreichend starken Druckgaspolster steht. Von Vorteil ist, dass eine solche Sprühvorrichtung leicht handhabbar und für den Vor-Ort-Reparatureinsatz prädestiniert ist. Der Nachteil eines Einkomponenten-Stabilisierungsmaterials ist jedoch in einer unter Umständen geringeren mechanischen Festigkeit zu sehen.
Die Kernstrukturen der üblicherweise als Bodenplatten in Flugzeugen eingesetzten Sandwichplatten werden im Allgemeinen mit entsprechend gefaltetem Polyamid-Papier (s. g. Nomex^®-Papier) gebildet, das mit einem Phenolharz getränkt und/oder beschichtet ist. Kommt es zu einer Stauchung der Kernstruktur im Bereich einer Schadensstelle der Sandwichplatte, so kann diese Phenolharzbeschichtung bereichsweise von den Wänden der honigwabenförmigen Zellen abplatzen, wodurch die mechanische Festigkeit der Kernstruktur signifikant reduziert wird. Durch das Aufsprühen des Stabilisierungsmaterials werden diese Abplatzungen aufgefüllt und vergleichmäßigt, so dass sich die Belastbarkeit der Kernstruktur in vertikaler Hinsicht wieder erhöht. Durch das Einsprühen des Stabilisierungsmaterials lassen sich jedoch aufgrund der verbleibenden geometrischen Deformation der Kernstruktur die ursprünglichen Festigkeitswerte nicht wieder ganz herstellen.
Eine weitere Fortbildung des Verfahrens sieht vor, dass das Stabilisierungsmaterial ein Kunststoffmaterial auf einer Zweikomponentenbasis, insbesondere ein aushärtbares Epoxidharz, Polyesterharz oder Phenolharz, ist.
Aus gesundheitlichen Gründen ist jedoch die Verwendung eines Epoxidharzes bzw. eines Polyesterharzes gegenüber den Phenolharzsystemen als Stabilisierungsmaterial vorzuziehen. Denn bei der ”nassen”, das heißt anfänglich noch nicht ausgehärteten Verarbeitung von Phenolharzsystemen entstehen Phenole sowie Formaldehyde, die umfangreiche Absaug- und Sicherheitseinrichtungen, wie zum Beispiel Atemschutzmasken, Kohlefilter, Absauggebläse und dergleichen, erforderlich machen, wodurch ein Vor-Ort-Reparatureinsatz erschwert wird.
Im Fall der Notwendigkeit einer Stabilisierung von metallischen Kernstrukturen kann beispielsweise ein Stabilisierungsmaterial auf der Basis eines aushärtbaren Epoxidharzsystems von Vorteil sein. Grundsätzlich lassen sich im Vergleich zu Stabilisierungsmaterialien auf Einkomponentenbasis mit solchen auf Zweikomponentenbasis höhere mechanische Festigkeiten erreichen, wobei jedoch die Verarbeitung einen höheren Aufwand erfordert.
Ferner wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Sprühvorrichtung zur Reparatur einer Sandwichplatte, insbesondere nach Maßgabe des Verfahrens gemäß mindestens eines der Patentansprüche 1 bis 6, gelöst, wobei die Sandwichplatte eine beidseitig mit Deckschichten versehene Kernstruktur mit einer Vielzahl von insbesondere honigwabenförmigen Zellen aufweist.
Dadurch, dass ein Vorratsbehälter mit einem Stabilisierungsmaterial auf einer Einkomponentenbasis befüllt ist, wobei das Stabilisierungsmaterial aus dem Vorratsbehälter gleichmäßig in ein Sprührohr abgebbar und in einer dem Sprührohr nachfolgenden Düse zu einem Sprühnebel zerstäubbar ist, kann ein Stabilisierungsmaterial auf Einkomponentenbasis gleichmäßig durch das Sprührohr und eine diesem nachgeschaltete Düse direkt im Bereich der zu stabilisierenden honigwabenförmigen Zellen der Kernstruktur der zu reparierenden Sandwichplatte versprüht werden. Als Stabilisierungsmaterial kommen in dieser Konstellation lösungsmittelbasierte Kunststoffmaterialien, beispielsweise in der Form bekannter Sprühkleber oder dergleichen, in Betracht.
Im Fall dieser ersten Ausführungsvariante der Sprühvorrichtung befindet sich oberhalb des Spiegels des flüssigen Stabilisierungsmaterials im Vorratsbehälter – ähnlich wie bei konventionellen Spraydosen – ein hinreichend großes Druckluftpolster, das zum Austreiben und zum Zerstäuben des Stabilisierungsmaterials dient. Das Druckluftpolster kann herstellerseitig bereits im Vorratsbehälter vorgesehen sein oder es wird über eine externe Zuleitung durch mit dem Vorratsbehälter verbundene Druckluftpatronen aufgebaut. Die gleichmäßige Abgabe des Stabilisierungsmaterials aus dem Vorratsbehälter gewährleistet dabei insbesondere die Erzeugung eines gleichförmigen Sprühnebels und damit einer möglichst gleichmäßigen Schichtdicke des Stabilisierungsmaterials an den Wandungen der Zellen im Inneren der Kernstruktur. Die endseitig am Sprührohr angeordnete Düse weist in einer Variante eine Düsenbohrung bzw. Düsenöffnung auf, die einen angenähert kegelförmigen Sprühnebel erzeugt. Alternativ kann eine kugelförmige Düse am Sprührohrende zum Einsatz kommen, die mit einer Hohlkugel gebildet ist. Auf der Oberfläche dieser Hohlkugel ist eine Vielzahl von kleinen Düsenöffnungen bevorzugt gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet, um einen insgesamt angenähert kugelförmigen Sprühnebel zu generieren. Durch den kugelförmigen Sprühnebel wird die zeitgleiche und gleichmäßige Benetzung aller Wandungen der honigwabenförmigen Zellen innerhalb der Kernstruktur möglich. Das Sprührohr ist in einer bevorzugten Ausführungsform flexibel, zum Beispiel mit einem thermoplastischen Kunststoffschlauch ausgebildet. Alternativ kann auch ein starres Metallrohr Verwendung finden.
Darüber hinaus wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Sprühvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 8 gelöst.
Dadurch, dass zwei über ein Hosenstück miteinander verbundene Vorratsbehälter vorgesehen sind, die mit zwei unterschiedlichen Komponenten befüllt und aus denen die Komponenten gleichmäßig abgebbar sind, lassen sich Stabilisierungsmaterialien einsetzen, die durch das Vermischen von zwei unterschiedlichen Komponenten gebildet werden. Die Vorratsbehälter zur Aufnahme der zwei Komponenten des Stabilisierungsmaterials können beispielsweise als Hohlzylinder ausgebildet sein, in denen jeweils ein Kolben beweglich aufgenommen ist. Durch das Hineinfahren der Kolben in die Vorratsbehälter lässt sich die betreffende Komponente dann auf einfache Art und Weise gleichmäßig in das die Vorratsbehälter verbindende Hosenstück hinein befördern. Die bevorzugt synchrone Bewegung der Kolben kann mittels einer geeigneten, vorzugsweise automatisch angetriebenen Vorschubeinrichtung erfolgen. Die Vorschubeinrichtung kann beispielsweise mit elektromotorisch betriebenen Spindeln, mit Hydraulikzylindern oder mit Pneumatikaktuatoren realisiert sein.
Alternativ ist auch ein händisch mittels eines Hebeltriebs betätigbarer Rastantrieb der Kolben möglich.
Nach Maßgabe einer Weiterentwicklung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass dem Hosenstück ein Mischrohr zum Vermischen der beiden Komponenten des Stabilisierungsmaterials nachgeschaltet ist.
Hierdurch beginnt die Vermischung der Komponenten erst am Ende des Hosenstücks im Bereich dessen Zusammenführung, so dass in den Vorratsbehältern etwaig noch enthaltene Reste der Komponenten des Stabilisierungsmaterials – nach Abtrennung derselben vom Hosenstück – ohne die Gefahr einer unerwünschten Aushärtung langfristig aufbewahrt werden können. Im Fall von längeren Arbeitspausen und/oder längeren Stand- bzw. Lagerzeiten der Sprühvorrichtung müssen lediglich das Mischrohr, das Sprührohr sowie die Düse, die im Allgemeinen als eine einstückige Sprüheinheit aus einem geeigneten thermoplastischen Kunststoffmaterial ausgestaltet sind, gegen eine neue Sprüheinheit ausgetauscht werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung ist hinter dem Mischrohr eine Luftzuführung angeschlossen, die mit einem Verdichter und/oder einem Druckluftspeicher verbunden ist.
Durch die Luftzuführung wird ein Aerosol, bestehend aus der über die Luftzuführung zuströmenden Luft und den darin verwirbelten Partikeln bzw. feinsten Tröpfchen des Stabilisierungsmaterials, generiert. Diese setzt jedoch eine hinreichend kleine, wasserähnliche Viskosität des gemischten Stabilisierungsmaterials voraus. Darüber hinaus wird die Förderung des Stabilisierungsmaterials durch das Sprührohr und die Düse unterstützt. Durch den Einsatz von mobilen Verdichtern und/oder Druckluftspeichern ist ferner ein mobiler ”vor-Ort-Einsatz” der Vorrichtung, unabhängig von stationären Luftdruck-Versorgungssystemen, möglich. Als Druckluftspeicher können beispielsweise Druckluftkartuschen bzw. Druckluftpatronen geeigneter Größe und Bauweise zum Einsatz kommen. Der Einsatz von Druckluftkartuschen, die bevorzugt in die Sprühvorrichtung integriert sind, hat insbesondere den Vorteil, dass die Sprühvorrichtung leicht und durch einen Benutzer gut handhabbar bleibt. Darüber hinaus erlaubt der Einsatz eines solchen kompakten Druckluftspeichers den Einsatz der Vorrichtung in beengten Einbauräumen, wenn gleich die Einsatzdauer aufgrund der Volumenbegrenzung limitiert ist.
Als Verdichter können beispielsweise mobile Luftkompressoren Verwendung finden, die im Vergleich zu den Druckluftkartuschen einen unbegrenzt langen, kontinuierlichen Einsatz der Vorrichtung zur Reparatur von Sandwichplatten erlauben. Abweichend von Luft können auch andere Gase als Druckmittel Verwendung finden.
Eine Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die eine Komponente des Stabilisierungsmaterials insbesondere eine Harzkomponente eines Epoxidharzsystems, eines Polyesterharzsystems oder eines Phenolharzsystems ist und die weitere Komponente insbesondere eine Härterkomponente des betreffenden Harzsystems ist.
Hierdurch lassen sich die gängigsten Ausführungsformen von Bodenplatten in Flugzeugen im Schadensfall mit optimalen Arbeitsergebnissen instandsetzen. Unabhängig vom jeweils eingesetzten Harzsystem muss dessen Viskosität so niedrig sein, dass ein gleichmäßiges Einsprühen in die Zellen der Kernstruktur möglich ist.
In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine Sandwichplatte, die üblicherweise als Bodenplatte in Flugzeugen Verwendung findet,
2 die Sandwichplatte aus der 1 mit einer Beschädigung durch eine hohe mechanische Punktlast (s. g. ”Impact”),
3, 4 eine Reparatur der Sandwichplatte aus der 2 nach Maßgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
5 eine Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines Stabilisierungsmaterial mit zwei Komponenten.
In den Zeichnungen weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselbe Bezugsziffer auf.
Die 1 zeigt eine schematisierte Querschnittsdarstellung durch eine Sandwichplatte, die verbreitet Anwendung als Bodenplatte in Passagierkabinen oder Frachträumen von Flugzeugen findet.
Die Sandwichplatte 1 umfasst unter anderem eine Kernstruktur 2, die beidseitig mit zwei Deckschichten 3, 4 versehen ist. Die Kernstruktur 2 selbst ist mit einer Vielzahl von honigwabenförmigen Zellen gebildet, von denen eine Zelle 5 stellvertretend für alle übrigen mit einer Bezugsziffer versehen ist. Beidseitige Wandungen 6, 7 der Zelle 5 sind, wie auch alle übrigen Zellen der Kernstruktur 2, in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Polyamid-Papier gebildet, das mit einem Phenolharz getränkt, beschichtet bzw. imprägniert ist (s. g. Nomex^®-Papier). In der Darstellung der 1 sind insgesamt vier Phenolharzschichten 8 bis 11 beidseitig auf den Wandungen 6, 7 vorhanden, wobei die Materialstärke der Phenolharzschichten 8 bis 11 aus Gründen der besseren Sichtbarkeit grafisch stark überhöht dargestellt ist. Grundsätzlich können zur Schaffung der Kernstruktur beliebige Materialien verwendet werden. Beispielsweise werden Kernstrukturen mit honigwabenförmigen Zellen oftmals mit dünnschichtigen metallischen Werkstoffen, wie zum Beispiel Aluminiumfolien oder dergleichen, hergestellt. Alternativ kann das Polyamid-Papier auch mit Epoxidharzschichten versehen sein.
Die 2 zeigt die Sandwichplatte 1 nach dem Einwirken einer lokal begrenzten, hohen mechanischen Last.
Durch das Einwirken einer hohen Punktlast 12 ist die obere Deckschicht 3 in einem Schadensbereich 13 eingedellt, das heißt es ist eine kuhlenförmige bzw. wannenförmige Vertiefung 14 in der Sandwichplatte 1 entstanden. Deutlich ist zu erkennen, dass die Wandungen 6, 7 der Zelle 5 sowie eine Wandung 15 einer rechtsseitig an die Zelle 5 anschließenden, ebenfalls honigwabenförmigen Zelle 16 deutlich gestaucht wurden. Die Stauchung hat zur Folge, dass eine Vielzahl von Abplatzungen, von denen die Abplatzungen 17, 18 stellvertretend für alle übrigen mit einer Bezugsziffer versehen wurden, in den Phenolharzschichten 8 bis 11 auftreten. Infolge dieser Abplatzungen wird die mechanische Belastbarkeit der Wandungen 6, 7, 15 der Kernstruktur 2 im Schadensbereich 13 stark beeinträchtigt. Darüber hinaus vergrößert sich der Schadensbereich 13 ohne eine zeitnahe Reparatur mit exponentiell zunehmender Geschwindigkeit.
Die 3, 4, auf die im weiteren Fortgang der Beschreibung zugleich Bezug genommen wird, zeigen den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel des in 2 dargestellten Schadensbereichs 13 in der Sandwichplatte 1.
Zunächst werden in einem Verfahrensschritt a) in die Deckschicht 3 im Schadensbereich 13 vier durchgehende Bohrungen 19 bis 22 eingebracht, um die darunter befindlichen honigwabenförmigen Zellen von außen zugänglich zu machen.
Im Anschluss daran wird in einem Verfahrensschritt b), wie am Beispiel der Bohrung 20 gezeigt, ein Stabilisierungsmaterial 23 mittels einer Sprühvorrichtung 24 in die Zelle 5 hinein gesprüht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 3 befindet sich das Stabilisierungsmaterial 23 in einem Vorratsbehälter 25 der Sprühvorrichtung 24. Die Sprühvorrichtung 24 verfügt über ein Sprührohr 26, das endseitig mit einer Düse 27 versehen ist. Mittels einer vorzugsweise mit Druckluft gefüllten Druckkartusche 28 kann oberhalb des Stabilisierungsmaterials 23 ein Druckpolster 29 aufgebaut werden und somit das Stabilisierungsmaterial 23 aus dem Vorratsbehälter 25 ausgetrieben werden. Das Zerstäuben des Stabilisierungsmaterials 23 zu einem Sprühnebel 30 erfolgt ähnlich wie bei bekannten Spraydosen im Bereich der endseitig auf dem Sprührohr 26 angeordneten Düse 27. Zur Erleichterung der Applikation des Stabilisierungsmaterials 23 ist das Sprührohr 26 vorzugsweise elastisch, das heißt schlauchartig flexibel ausgestaltet. Um eine Kontamination angrenzender Bereiche der Deckschicht 3 der Sandwichplatte 1 zu vermeiden, ist das Sprührohr 26 von einer elastischen Manschette 31 umgeben. Die Manschette 31 ist aufsteckbar und nach Gebrauch wiederholt abnehmbar vom Sprührohr 26 ausgebildet. Ein nicht bezeichneter Außendurchmesser des Sprührohrs 26 ist auf den Durchmesser der Bohrungen 19 bis 22 abgestimmt, um einerseits das leichte Einführen in die geöffneten Zellen der Kernstruktur 2 zu ermöglichen, andererseits aber einen unkontrollierten Austritt des zerstäubten Stabilisierungsmaterials 23 aus dem Schadensbereich 13 möglichst zu unterbinden. Ferner verfügt die Sprühvorrichtung 24 über ein Betätigungsorgan 32, das eine präzise händische Regulierung der aus dem Sprührohr 26 bzw. der Düse 27 austretenden Menge des Stabilisierungsmaterials 23 durch einen Anwender erlaubt. Die Sprühvorrichtung 24 ist darüber hinaus derart ausgebildet, dass der Anwender die Sprühvorrichtung 24 bevorzugt einhändig führen kann, so dass der Schadensbereich 13 selbst im Falle von beengten Einbausituationen instand zu setzen ist.
Bei dem Stabilisierungsmaterial 23 handelt es sich im gezeigten Ausführungsbeispiel um ein aushärtendes Kunststoffmaterial auf Einkomponentenbasis, wie beispielsweise einen lösungsmittelbasierten Sprühkleber oder dergleichen, mit einer vergleichsweise niedrigen Viskosität, um das Zerstäuben und Versprühen mittels der Düse 27 zu ermöglichen. Alternativ kann das Stabilisierungsmaterial 23 ein aushärtbares Kunststoffmaterial auf Zweikomponentenbasis, wie beispielsweise ein Epoxidharz, ein Polyesterharz oder ein Phenolharz sein. In diesem Fall muss jedoch eine andere als die in 3 schematisch dargestellte Sprühvorrichtung 24 mit zwei Vorratsbehältern zur räumlich getrennten Bereithaltung der unterschiedlichen Harzkomponenten eingesetzt werden.
Weiterhin ist in der Darstellung der 3 zu erkennen, dass unter anderem die Abplatzung 17 im Bereich der linksseitigen Wandung 6 der Zelle 5 bereits vollständig mit dem Stabilisierungsmaterial 23, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet, aufgefüllt bzw. benetzt wurde. Sämtliche gestauchten Wandungen der beschädigten Zellen der Kernstruktur 2 werden entsprechend der vorstehend erläuterten Verfahrensweise durch das Aufsprühen des Stabilisierungsmaterials 23 stabilisiert bzw. versteift. Eine Wiederherstellung der ursprünglichen honigwabenförmigen Geometrie der beschädigten, beziehungsweise gestauchten Zellen der Kernstruktur 2 der Sandwichplatte 1 ist jedoch verfahrensgemäß nicht möglich.
Vorzugsweise nach vollständiger Aushärtung des eingesprühten Stabilisierungsmaterials 23 wird in einem letzten Verfahrensschritt c) die Vertiefung 14 im Schadensbereich 13 der oberen Deckschicht 3 der Sandwichplatte 1, wie in der 4 ersichtlich, vorzugsweise vollständig mit einer geeigneten, aushärtbaren Füllmasse 33 bündig zum Verlauf der oberen Deckschicht 3 verfüllt. Als Füllmasse 33 kommen – jeweils in Abhängigkeit von den zur Bildung der Deckschichten 3, 4 der Kernstruktur 2 eingesetzten Materialien – beispielsweise mit Glashohlkugeln gefüllte Polyesterharze oder Epoxidharze in Betracht. Hieran können sich gegebenenfalls weitere Verfahrensschritte, wie beispielsweise das Glattschleifen oder das Versiegeln der in die Vertiefung 14 eingebrachten Füllmasse 33 anschließen. Alternativ kann das Auffüllen der Vertiefung 14 auch unmittelbar im Anschluss an den Verfahrensschritt b) erfolgen. Weiterhin ist aus der 4 ersichtlich, dass die gestauchten Wandungen beidseitig – wie mit gestrichelten Linien angedeutet – zum Auffüllen der Abplatzungen 17, 18 mit dem Stabilisierungsmaterial 23 ausgefüllt beziehungsweise vollständig benetzt sind.
Die 5 zeigt eine Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Sprühvorrichtung, die insbesondere zum Einsprühen eines Stabilisierungsmaterials auf einer Zweikomponentenbasis im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen ist.
Eine Sprühvorrichtung 34 umfasst in dieser Ausführungsvariante unter anderem zwei Vorratsbehälter 35, 36, die über ein Hosenstück 37 mit einem Mischrohr 38 verbunden sind. An das Mischrohr 38 schließt sich ein Sprührohr 39 mit einer endseitig angeordneten Düse 40 an. Zwischen dem Mischrohr 38 und der Düse 40 ist eine Luftzuführung 41 angeordnet. An die Luftzuführung 41 ist ein in 5 nicht dargestellter Verdichter und/oder ein Druckluftspeicher angeschlossen. In beiden Vorratsbehältern 35, 36 befindet sich jeweils ein Kolben 42, 43, die mittels einer nicht dargestellten Vorschubeinrichtung in Richtung der weißen Pfeile 44, 45 in die zylinderförmigen Vorratsbehälter 35, 36 eingeschoben werden. Die bevorzugt automatisch arbeitende Vorschubeinrichtung kann beispielsweise mit elektromotorisch betriebenen Spindelantrieben, Hydraulikkolben oder pneumatischen Zylindern realisiert sein. Die Vorratsbehälter 35, 36 sind auf einem Handgriff 46, der mit einem Betätigungsorgan 47 versehen ist, montiert. Löst ein Benutzer das Betätigungsorgan 47 aus, so bewegen sich die beiden Kolben 42, 43 in Richtung der horizontalen weißen Pfeile 44, 45. Alternativ kann die Vorschubeinrichtung für die beiden Kolben auch rein mechanisch, beispielsweise mittels einer Rasteinrichtung, durch den Benutzer mittels des Betätigungsorgans 47 betätigbar sein.
Im ersten Vorratsbehälter 35 befindet sich eine erste Komponente 48, wie zum Beispiel eine Harzkomponente eines beliebigen Epoxidharzsystems, während der zweite Vorratsbehälter 36 mit einer weiteren Komponente 49, beispielsweise mit einer Härterkomponente des betreffenden Harzsystems befüllt ist. Durch die in der Regel synchrone Bewegung der beiden Kolben 42, 43 in Richtung der Pfeile 44, 45 werden die Komponenten 48, 49 in das Hosenstück 37 hinein gedrückt und anschließend im Mischrohr 38 vollständig miteinander zu einem gewünschten Stabilisierungsmaterial 50 auf Zweikomponentenbasis vermischt. Ein nicht synchrones Verfahren der Kolben 42, 43 kann notwendig werden, wenn ein Mischungsverhältnis zwischen den Komponenten 48, 49 nicht bei 1:1 liegt. Im Bereich des Sprührohres 39 erfolgt durch die in Richtung des Pfeils 51 in die Luftzuführung 41 eintretende Druckluft eine Vermischung des Stabilisierungsmaterials 50 mit der einströmenden Druckluft zu einem Aerosol, das anschließend in der Düse 40 zu einem kegelförmigen Sprühnebel 52 aufgeweitet, weiter beschleunigt und abschließend ausgestoßen wird. Mittels des bevorzugt flexibel schlauchartig ausgestalteten Sprührohrs 39, dessen Außendurchmesser in etwa an die Durchmesser der Bohrungen innerhalb der Deckschicht der zu reparierenden Sandwichplatte angepasst ist, kann das Stabilisierungsmaterial 50 in die gestauchten honigwabenförmigen Zellen eingesprüht werden.
Um ein Verstopfen der Düse 40 zu vermeiden und einen hinreichend feinen Sprühnebel generieren zu können, muss die Viskosität des gemischten Stabilisierungsmaterials 50 hinreichend klein sein.
Bezugszeichenliste

1: Sandwichplatte
2: Kernstruktur
3: Deckschicht
4: Deckschicht
5: Zelle (honigwabenförmig)
6: Wandung (Zelle)
7: Wandung (Zelle)
8: Phenolharzschicht
9: Phenolharzschicht
10: Phenolharzschicht
11: Phenolharzschicht
12: Punktlast
13: Schadensbereich
14: Vertiefung (Delle)
15: Wandung (Zelle)
16: Zelle (honigwabenförmig)
17: Abplatzung
18: Abplatzung
19: Bohrung
20: Bohrung
21: Bohrung
22: Bohrung
23: Stabilisierungsmaterial
24: Sprühvorrichtung
25: Vorratsbehälter
26: Sprührohr
27: Düse
28: Druckkartusche
29: Druckpolster
30: Sprühnebel (Stabilisierungsmaterial)
31: Manschette
32: Betätigungsorgan (Sprühvorrichtung)
33: Füllmasse
34: Sprühvorrichtung
35: Vorratsbehälter
36: Vorratsbehälter
37: Hosenstück
38: Mischrohr
39: Sprührohr
40: Düse
41: Luftzuführung
42: Kolben
43: Kolben
44: Pfeil
45: Pfeil
46: Handgriff
47: Betätigungsorgan
48: Komponente (Harz)
49: Komponente (Härter)
50: Stabilisierungsmaterial
51: Pfeil
52: Sprühnebel

Claims

Verfahren zur Reparatur einer Sandwichplatte (1), insbesondere einer Bodenplatte in einem Flugzeug, wobei die Sandwichplatte (1) eine beidseitig mit Deckschichten (3, 4) versehene Kernstruktur (2) mit einer Vielzahl von insbesondere honigwabenförmigen Zellen (5, 16) aufweist, umfassend die Schritte: a) Einbringen von jeweils mindestens einer durchgehenden Bohrung (19–22) in eine Deckschicht (3, 4) oberhalb mindestens einer Zelle (5, 16) in einem Schadensbereich (13) der Sandwichplatte (1), b) Einsprühen eines Stabilisierungsmaterials (23, 50) in die mindestens eine Zelle (5, 16), und c) Auffüllen des Schadensbereichs (13) mit einer Füllmasse (33).
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmasse (33) nach dem Aushärten des Stabilisierungsmaterials (23, 50) im Schadensbereich (13) aufgetragen wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schadensbereich (13) so weit mit der Füllmasse (33) aufgefüllt wird, bis ein bündiger Anschluss an die zugehörige Deckschicht (3, 4) der Sandwichplatte (1) erreicht ist.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmasse (33) ein aushärtbares duroplastisches Kunststoffmaterial, insbesondere ein mit Glashohlkugeln gefülltes Epoxidharz oder Polyesterharz ist.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisierungsmaterial (23, 50) ein Kunststoffmaterial auf einer Einkomponentenbasis ist.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisierungsmaterial (23, 50) ein Kunststoffmaterial auf einer Zweikomponentenbasis, insbesondere ein aushärtbares Epoxidharz, Polyesterharz oder Phenolharz, ist.
Sprühvorrichtung (24) zur Reparatur einer Sandwichplatte (1), insbesondere nach Maßgabe des Verfahrens gemäß mindestens eines der Patentansprüche 1 bis 6, wobei die Sandwichplatte (1) eine beidseitig mit Deckschichten (3, 4) versehene Kernstruktur (2) mit einer Vielzahl von insbesondere honigwabenförmigen Zellen (5, 16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorratsbehälter (25) mit einem Stabilisierungsmaterial (23) auf einer Einkomponentenbasis befüllt ist, wobei das Stabilisierungsmaterial (23) aus dem Vorratsbehälter (25) gleichmäßig in ein Sprührohr (26) abgebbar und in einer dem Sprührohr (26) nachfolgenden Düse (27) zu einem Sprühnebel (30) zerstäubbar ist.
Sprühvorrichtung (34) zur Reparatur einer Sandwichplatte (1), insbesondere nach Maßgabe des Verfahrens gemäß mindestens eines der Patentansprüche 1 bis 6, wobei die Sandwichplatte (1) eine beidseitig mit Deckschichten (3, 4) versehene Kernstruktur (2) mit einer Vielzahl von insbesondere honigwabenförmigen Zellen (5, 16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwei über ein Hosenstück (37) miteinander verbundene Vorratsbehälter (35, 36) vorgesehen sind, die mit unterschiedlichen Komponenten (48, 49) befüllt und aus denen die Komponenten (48, 49) gleichmäßig abgebbar sind.
Sprühvorrichtung (34) nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hosenstück (37) ein Mischrohr (38) zum Vermischen der beiden Komponenten (48, 49) des Stabilisierungsmaterials (50) sowie ein Sprührohr (39) mit einer Düse (40) nachgeschaltet ist.
Sprühvorrichtung (34) nach Patentanspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Mischrohr (38) eine Luftzuführung (41) angeschlossen ist, die mit einem Verdichter und/oder einem Druckluftspeicher verbunden ist.
Sprühvorrichtung (24, 34) nach einem der Patentansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Komponente (48) des Stabilisierungsmaterials (50) insbesondere eine Harzkomponente eines Epoxidharzsystems, eines Polyesterharzsystems oder eines Phenolharzsystems ist und die weitere Komponente (49) des Stabilisierungsmaterials (50) insbesondere eine Härterkomponente des betreffenden Harzsystems ist.