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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, sowie ein Faserverbundbauteil.
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Herkömmlicherweise werden Strukturbauteile in Flugzeugen wie Spante in Metallbauweise hergestellt. Vorteilhaft an der Metallbauweise ist die sehr gute Verarbeitbarkeit der metallischen Werkstoffe. Nachteilig ist jedoch deren verhältnismäßig hohes Gewicht. In jüngster Zeit werden daher Strukturbauteile verstärkt in Faserverbundbauweise hergestellt, die im Wesentlichen eine Harzmatrix aufweisen, in der Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern und drgl. eingebettet sind. Die Herstellung der Strukturbauteile wie Spante erfolgt dabei in der Regel aus mit einem Harz vorimprägnierten Fasergelegen (Prepreg) oder in einer Faserlegetechnik wie AFP (Advanced Fiber Placement). Allerdings ist es verhältnismäßig schwer, die Fasern in ihrer optimalen Richtung zu positionieren. Zum anderen neigen bspw. die Prepregs beim Drapieren zu Verschiebungen im Lagenaufbau und damit zu Verwerfungen wie Falten. Folglich haben derartige Spante aus strukturmechanischer Sicht keinen idealen Aufbau, was zu einer nachteiligen Strukturgewichtserhöhung des Flugzeugs führt. Zum anderen bietet die bekannte Faserverbundbauweise im Gegensatz zur Metallbauweise nicht die Möglichkeit, gebördelte bzw. bördelartige Löcher in die Strukturbauteile einzubringen. Derartige Löcher reduzieren jedoch aufgrund ihres umlaufenden Kragens bspw. bei Spanten wesentlich ein Beulen im Steg. Zusätzlich vereinfachen die Öffnungen bei Flugzeugen die Systeminstallationen und führen zu einer Gewichtsreduzierung der Strukturbauteile.
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Aus der
DE 10 2007 054 645 A1 ist es bekannt, Flugzeugspante in Wickeltechnik herzustellen. Dabei werden trockene Endlosfasern um einen dreidimensionalen Werkzeugkern gewickelt, dessen Außenkontur zumindest abschnittsweise die Kontur des herzustellenden Faserverbundbauteils abbildet. Allerdings erlaubt auch dieses Verfahren in der beschriebenen Fassung nicht die Ausbildung von bördelartigen Löchern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile beseitigt und die Ausbildung von bördelartigen Löchern erlaubt. Ebenso ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie ein Faserverbundbauteil mit bördelartigen Löchern zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 und durch ein Faserverbundbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung zumindest eines Faserverbundbauteils wird zuerst ein Werkzeugkern mit zumindest einer Ausbuchtung bereitgestellt. Dann wird Fasermaterial an dem Werkzeugkern zur Bildung eines Materialkörpers positioniert, wobei im Bereich der Ausbuchtung ein beulenartiger Körperabschnitt gebildet wird. Anschließend wird der Materialkörper ausgehärtet und entformt. Danach wird der beulenartige Körperabschnitt zur Bildung eines Loches unter Stehenlassen eines das Loch umgebenden integralen Kragens geöffnet.
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An dem erfindungsgemäßen Verfahren ist insbesondere vorteilhaft, dass das zumindest eine Loch von einem integralen Kragen umgeben ist, wodurch das Loch mit dem Kragen die Geometrie einer gebördelten Metallöffnung aufweist und die Stabilität des Bauteils wesentlich erhöht wird. Zudem wird das Fasermaterial unmittelbar an einem dreidimensionalen Körper abgelegt, so dass nachfolgende Drapierarbeiten wie bei einer Faserlegetechnik in einer Ebene entfallen und Verschiebungen des Fasermaterials und Verwerfungen nicht auftreten können.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein symmetrischer Werkzeugkern mit einer Vielzahl von Ausbuchtungen an voneinander abgewandten Seitenflächen des Werkzeugkerns bereitgestellt. Dann wird das Fasermaterial an dem Werkzeugkern zur Bildung eines Vorformlings angeordnet, wobei im Bereich der Ausbuchtungen jeweils ein beulenartiger Körperabschnitt gebildet wird. Anschließend wird der Vorformling mit einem Harz imprägniert. Dann wird der Vorformling ausgehärtet. Danach wird der ausgehärtete Vorformling durch Trennung in der Symmetrieebene des Werkzeugkerns in zwei Faserverbundbauteile entformt. Abschließend werden die beulenartigen Körperabschnitte zur Bildung von Löchern unter dem Stehenlassen jeweils eines die Löcher umgebenden integralen Kragens geöffnet. An diesem Ausführungsbeispiel ist vorteilhaft, dass durch die Herstellung eines Vorformlings simultan zwei Faserverbundbauteile ausgebildet werden, wodurch der Fertigungsaufwand wesentlich reduziert ist. Ferner können die einzelnen trockenen bzw. lediglich mit einem Binder versehenen Fasern beim Ablegen konturnah an dem Werkzeugkern angeordnet werden.
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Das Fasermaterial kann mehrlagig an dem Werkzeugkern angeordnet werden, wobei bereichsweise zwischen den einzelnen Lagen Fasergebilde mit einer gesonderten Faserorientierung abgelegt werden können. Hierdurch können die einzelnen Bereiche des Faserverbundbauteils eine individuelle und somit optimal an die jeweilige Belastung angepasste vorherrschende Faserorientierung aufweisen, wodurch die Stabilität und Belastbarkeit der Faserverbundbauteile verbessert wird und das Faserverbundbauteil zudem mit minimalen Wandstärken und somit gewichtsoptimiert ausführbar ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel werden zumindest einige der beulenartigen Körperabschnitte nach dem Anordnen des Fasermaterials in eine Gegenrichtung umgeformt. Zeigen die beulenartigen Körperabschnitte bspw. nach außen, so werden sie vor der Harzzufuhr, spätestens jedoch vor dem Aushärten nach innen umgeformt. Hierdurch können die Faserverbundbauteile mit einer äußeren ebenen Seitenfläche ausgebildet, was deren Lagerung sowie Montage erleichtert.
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Bei einem Ausführungsbeispiel bilden Endlosfasern das Fasermaterial, die um den Werkzeugkern geflochten werden. Die Flechttechnik erlaubt die Herstellung von Faserverbundbauteilen mit nahezu beliebiger Geometrie und ermöglicht die Bildung von hochbelastbaren und konturnahen Vorformlingen.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Endlosfasern auf dem Kern abgewickelt. Die Wickeltechnik erfordert einen gegenüber der Flechttechnik reduzierten Vorrichtungsaufbau, ermöglicht jedoch auch die Herstellung von Faserverbundbauteilen mit nahezu beliebiger Geometrie und die Bildung von belastbaren und konturnahen Vorformlingen.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hat einen Werkzeugkern, der eine Vielzahl von Ausbuchtungen aufweist, und eine Legeeinrichtung zum Anordnen des Fasermaterials an dem Werkzeugkern.
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Eine derartige Vorrichtung erlaubt die Herstellung von Faserverbundbauteilen mit beulenartigen Bauteilabschnitten, die nach einem Öffnen Löcher mit einem umlaufenden integralen Kragen bilden können, so dass die Faserverbundbauteile quasi aus dem Metallbau bekannte gebördelte Löcher aufweisen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Werkzeugkern zu einer Ebene spiegelsymmetrisch ausgebildet, was die simultane Herstellung von jeweils zwei gleichartigen Faserverbundbauteilen erlaubt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel hat der Werkzeugkern im Bereich der Ausbuchtungen formvariable Kernabschnitte. Die formvariablen Kernabschnitte können zum Beispiel von zwei aufblasbaren Kissen bzw. Ballons gebildet werden, die unter Beaufschlagung mit einem Innendruck eine feste Kontur mit einer konvexen Oberfläche aufweisen und im drucklosen Zustand zusammenlegbar sind und dann eine konkave Oberfläche bilden, so dass die beulenartigen Körperabschnitte des jeweiligen Faserverbundbauteils sowohl nach innen als auch nach außen gerichtet ausgebildet sein können.
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Um einen konturnahen Verlauf des Fasermaterials im Bereich der Ausbuchtungen zu ermöglichen, kann die Vorrichtung eine Andruckeinrichtung zum Andrücken des Fasermaterials zumindest im Bereich der Ausbuchtungen aufweisen. Alternativ oder ergänzend zur Andruckeinrichtung können auch entsprechend gestaltete Druckplatten für einen Infusions-/Aushärtezyklus vorgesehen sein, die die Ausbuchten ringförmig umgreifen. Da das Fasermaterial jedoch nahezu keiner Längung unterliegt, ist beim Verlegen des Fasermaterials auf einen Längenausgleich zu achten, um ein Zerreißen des Fasermaterials und somit einen Riss im Vorformling beim Auflegen der Druckplatten zu verhindern.
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Ein erfindungsgemäßes Faserverbundbauteil hat eine Vielzahl von Löchern, die jeweils von einem integralen Kragen umrandet sind.
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Ein derartiges Faserverbundbauteil weist aufgrund der bördelartigen Löcher einen hohen Widerstand gegen lokale Effekte wie Beulen oder Knicken auf. Ebenso können die Löcher eine statisch gute Durchführungsmöglichkeit zur Systeminstallation bilden.
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Zur Optimierung der strukturmechanischen Eigenschaften kann das Faserverbundbauteil Bereiche mit einer bevorzugten Faserorientierung aufweisen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Faserverbundbauteil als ein C-förmiges Profil mit zwei Gurten und einem die Gurte verbindenden Steg ausgebildet, wobei im Bereich der Gurte eine 0°-Faserorientierung in Längsrichtung des Faserverbundbauteils vorherrscht und im Stegbereich eine ±45°-Faserorientierung zur Längsrichtung des Faserverbundbauteils gegeben ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann im Stegbereich zumindest ein sich in Längsrichtung erstreckendes textiles Verstärkungselement angeordnet sein. Bevorzugterweise hat das Verstärkungselement in Längsrichtung des Faserverbundbauteils eine 0°-Faserorientierung. Das Verstärkungselement kann als ein trockener und noch mit einem Harz zu imprägnierender Vorformling in dem Faserverbundbauteilvorformling bzw. an dem Werkzeugkern angeordnet werden. Alternativ kann es schichtweise durch Ablegen von Fasermaterial in dem Faserverbundbauteilvorformling aufgebaut werden. Weiterhin kann das Verstärkungselement auch ein bereits vorgefertigtes Element wie ein Pulltrusionsprofil sein, das in den Vorformling eingenäht bzw. integriert wird. Beispielsweise kann die Ausführung des Verstärkungselements als ein Pulltrusionsprofil bei Bauteilen mit einem geraden Verlauf wie bei Fußbodenträgern vorteilhaft sei, da Pulltrusionsprofile mit einem geraden Verlauf fertigungstechnisch schnell und verlässlich in hoher Qualität herzustellen sind.
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Ein bevorzugtes Faserverbundbauteil ist ein Flugzeugspant, in dessen Steg die Löcher mit den integralen Kragen ausgebildet sind. Ein anderes bevorzugtes Faserverbundbauteil ist ein Fußbodenträger.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils,
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2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Werkzeugkern zur Herstellung des Faserverbundbauteils,
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3 eine perspektivische Darstellung des Werkzeugkerns,
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4, 5 und 6 Verfahrensschritte zur Herstellung des Faserverbundbauteils,
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7 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils, und
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8 Verfahrensschritte zur Herstellung des Faserverbundbauteils aus 8 unter Verwendung eines alternativen Werkzeugkerns.
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In den Figuren tragen gleiche konstruktive Elemente die gleichen. Bezugsziffern. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind jedoch bei mehreren gleichen Elementen in den Figuren lediglich einige der Elemente mit einem Bezugszeichen versehen. Des Weiteren sei erwähnt, dass in der Beschreibung genannte Faserorientierungen stets auf die Längsachse des herzustellenden Faserverbundbauteils bezogen sind.
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1 zeigt eine perspektivische Seitendarstellung eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils 1. Das Faserverbundbauteil 1 ist als ein Querspant bzw. Spant zur Versteifung bspw. einzelner Rumpfschalen eines Flugzeugrumpfes ausgeführt. Er wird endseitig mit benachbarten Spanten zu einem geschlossenen Ring gefügt und dient somit zur Versteifung des Flugzeugrumpfes per se. Der Spant 1 besteht vorzugsweise aus geflochtenen Endlosfasern, die in einer duroplastischen oder thermoplastischen Harzmatrix eingebettet sind. Alternativ können die Endlosfasern auch gewickelt sein.
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Beispielhafte Endlosfasern sind Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern und dergleichen.
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Der Spant 1 hat ein C-förmiges Profil mit einem Außengurt 2, einem Innengurt 4 und mit einem Steg 6. Der Außengurt 2 dient zur Anbindung des Spantes 1 an die Rumpfschale. Zur Überbrückung von auf der Rumpfschale angeordneten nicht gezeigten Längsversteifungen wie Stringern ist der Außengurt 2 von einer Vielzahl sich in den Steg 6 erstreckenden Ausnehmungen 8 durchsetzt, durch die die Stringer geführt werden. Vorzugsweise hat der Innengurt 4 eine vorherrschende Faserorientierung von 0°.
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Der Innengurt 4 dient zur Stabilisierung des Spantes 1. Er ist in die selbe Richtung wie der Außengurt 2 orientiert und weist die gleiche Gestalt auf. Gemäß der Darstellung in 1 sind die Gurte 2, 4 im Wesentlichen in die Blattebene hinein gerichtet bzw. nach innen orientiert. Vorzugsweise hat der Innengurt 4 ebenfalls eine bevorzugte Faserorientierung von 0°.
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Der Steg 6 verbindet den Außengurt 2 mit dem Innengurt 4 und bildet das sogenannte Schubfeld. Er weist eine vorherrschende Faserorientierung von ±45° auf und hat eine Vielzahl von Löchern 10, die in Hochrichtung des Spantes 1 versetzt zwischen den Ausnehmungen 8 angeordnet sind. Die Löcher 10 haben jeweils einen elliptischen Querschnitt und sind von einem integralen Kragen 12 umrandet. Selbstverständlich können die Löcher 10 auch andere Querschnitte aufweisen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kragen 12 entgegengesetzt zu den Gurten 2, 4 orientiert und zeigen somit gemäß der Darstellung in 1 aus der Blattebene hinaus bzw. nach außen. Zum Abfangen von durch die Ausnehmungen 8 in den Steg 6 eingebrachten erhöhten Spannungen ist zwischen den Ausnehmungen 8 und den Löchern 10 ein sich in Längsrichtung des Spantes 1 erstreckendes Verstärkungselement 14 (s. 4) angeordnet. Das Verstärkungselement 14 besteht aus einem Fasergebilde und weist eine 0°-Faserorientierung auf.
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Die Herstellung des Spantes 1 erfolgt mittels einer Vorrichtung, die einen in den 2 und 3 gezeigten einteiligen Werkzeugkern 16 aufweist. Der Werkzeugkern 16 kann jedoch auch mehrteilig ausgeführt sein. Er hat eine längliche, die Kontur des Spantes 1 nachzeichnende Erstreckung mit einem im Prinzip rechteckigen Querschnitt. Er ist in Längsrichtung bogenförmig ausgebildet und hat eine gemäß der Darstellung in 2 obere Schmalfläche 18, eine entgegengesetzte untere Schmalfläche 20, eine rechte Seitenfläche 22 sowie eine entgegengesetzte linke Seitenfläche 24. Er ist spiegelsymmetrisch zu seiner Hoch- bzw. Vertikalebene 26 ausgebildet und weist im Bereich seiner Seitenflächen 22, 24 eine Vielzahl von Ausbuchtungen 28, 30 mit jeweils einem elliptischen Querschnitt auf. Der Werkzeugkern erlaubt die simultane Herstellung von zwei Spanten 1, 1' (s. 5), wobei seine Schmalflächen 18, 20 die Kontur der Gurte 2, 4 und seine Seitenflächen 22, 24 die Kontur des jeweiligen Stegs 6 bestimmen. Die Ausbuchtungen 28, 30 dienen zur vorbereitenden Ausbildung der Löcher 10 und insbesondere der integralen Kragen 12, was im Folgenden noch näher erläutert wird.
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Zudem weist die Vorrichtung eine nicht gezeigte Flechteinrichtung zum Anordnen der Endlosfasern an dem Werkzeugkern 16 auf. Alternativ kann die Vorrichtung jedoch auch eine Wickeleinrichtung aufweisen. Bevorzugterweise weist die Vorrichtung ferner eine die Flecht- oder Wickeleinrichtung unterstützende Andruckeinrichtung zum konturnahen Führen der Endlosfasern über den Werkzeugkern 16 insbesondere in Übergangsbereichen 32, 34 zwischen den Ausbuchtungen 28, 30 und die Ausbuchtungen 28, 30 umgebenden ebenen Abschnitten der Seitenflächen 22, 24 auf. Alternativ oder ergänzend zur Andruckeinrichtung weist die Vorrichtung ringförmige Druckplatten auf, die während eines Infusions- bzw. Injektionsprozesses die Ausbuchtungen 28, 30 umranden und eine konturnahe Führung der Endlosfasern über den Werkzeugkern 16 ermöglichen. Ferner weist die Vorrichtung eine nicht gezeigte Schneideinrichtung mit einem Fräser, einer Wasserstrahldüse, einem Laser und dergleichen als Schneidkopf zum Öffnen der Löcher 10 auf.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Spantes 1 aus 1 mit zwei nach innen gerichteten Gurten 2, 4 und einer Vielzahl von stegseitigen Löchern 10, die von nach außen weisenden integralen Kragen 12 umrandet sind, wird zuerst ein Werkzeugkern 16 mit entsprechenden Ausbuchtungen 28, 30 bereitgestellt. Dann wird wie in 4 gezeigt ein Vorformling 36 mit einer umfangsseitig geschlossenen Wandung auf den Werkzeugkern 16 durch Flechttechnik ausgebildet. Der Vorformling 36 besteht aus trockenen, vorzugsweise mit einem thermoplastischen Binder versehenen Endlosfasern und hat einen gemäß der Darstellung oberen Wandungsabschnitt 38, einen entgegengesetzten unteren Wandungsabschnitt 40, einen rechten Seitenwandungsabschnitt 42 sowie einen entgegengesetzten linken Seitenwandungsabschnitt 44. Der Werkzeugkern 16 wird mehrlagig beflochten, wobei im Bereich der Seitenwandungsabschnitte 42, 44 bevorzugterweise eine Faserorientierung von ±45° eingestellt wird. Im Bereich des oberen Wandungsabschnittes 38 und des unteren Wandungsabschnittes 40 werden nicht gezeigte Fasergebilde einlagig oder mehrlagig bevorzugterweise mit einer 0°-Faserorientierung eingelegt, so dass in diesen Wandungsabschnitten 38, 40 eine 0°-Faserorientierung vorherrscht. Die Endlosfasern werden konturnah über den Werkzeugkern 16 geführt und können zur präzisen Übertragung der Form der Ausbuchtungen 28, 30 auf die Seitenwandungsabschnitte 42, 44 des Vorformlings 36 im Bereich der Ausbuchtungen 28, 30 mittels der Andruckeinrichtung gegen den Werkzeugkern 16 gedrückt werden. Die Verstärkungselemente 14, 46 werden gemäß der Darstellung in 4 in die Seitenwandungsabschnitte 40, 42 unterhalb der Ausbuchtungen 28, 30 in den Vorformling 36, bspw. durch Einschichten von entsprechenden streifenartigen Fasergebilden, integriert. Vorzugsweise werden die Verstärkungselemente 14, 46 mit einer 0°-Faserorientierung ausgerichtet.
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Nach der Ausbildung des Vorformlings 36 wird dieser in einem Harzinjektionsverfahren wie RTM (Resin Transfer Moulding) oder einem Harzinfusionsverfahren wie VARI (Vacuum Assisted Resin Infusion) mit einem entsprechenden Harzmaterial wie einem Epoxidharz imprägniert, wobei im Bereich der Ausbuchtungen 28, 30 bevorzugterweise die ringförmigen Druckplatten angeordnet werden. Danach folgt die Aushärtung und Konsolidierung des Vorformlings 36.
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Nach der Aushärtung und Konsolidierung des Vorformlings 36 wird dieser entformt. Hierzu wird der ausgehärtete Vorformling 36 wie in 5 gezeigt in der Hochebene 26 des Werkzeugkernes 16 und somit im Bereich seines oberen Wandungsabschnittes 38 und seines unteren Wandungsabschnittes 40 in zwei gleiche Faserverbundbauteile 1, 1' geteilt, die jeweils einen C-förmigen Spant mit einem Außengurt 2, einem Innengurt 4 und einem Steg 6 darstellen. Die Stege 6 weisen dabei im Bereich der Ausbuchtungen 28, 30 des Werkzeugkerns 16 eine Vielzahl von die Ausbuchtungen 28, 30 nachzeichnenden beulenartigen Körperabschnitten 48, 50 auf. Die beulenartigen Körperabschnitte 48, 50 haben demgemäß jeweils einen elliptischen Querschnitt und sind entgegengesetzt zu den Gurten 2, 4, d. h. nach außen, orientiert.
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Nach dem Entformen werden die Löcher 10 mit den integralen Kragen 12 in den Spanten 1, 1' ausgebildet. Hierzu werden unter Verwendung der Schneideinrichtung, wie in 6 anhand des einen Spantes 1 gezeigt, die beulenartigen Körperabschnitte 48 durch Entfernen ihres kalottenartigen Schalenabschnitts 52 derart im Bereich einer Trennebene 54 geöffnet, dass jeweils ein von dem Steg 6 wegweisender Kragen 12 stehen bleibt. Die Winkelanstellung der Kragens 12 zum Steg 6 sowie die Querschnitte der Löcher 10 werden durch die Form der Ausbuchtungen 28, 30 vorgegeben.
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Nach der Ausbildung der Öffnungen 10 werden die Spante 1, 1 einer Endverarbeitung zugeführt, bei der die Ausnehmungen 8 durch mechanische Bearbeitung ausgebildet werden.
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In 7 ist ein alternatives als ein Spant ausgebildetes Faserverbundbauteil 1 mit einem C-Profil gezeigt. Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist dieser Spant 1 eine Vielzahl von stegseitigen integralen Kragen 12 auf, die in die gleiche Richtung wie seine Gurte 2, 4 orientiert sind und somit nach innen gerichtet sind. Hierdurch ist eine ebene stegseitige Außenfläche 56 geschaffen, was bspw. den Zusammenbau der Spante 1 mit bekannten Beschlägen vereinfacht.
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Zur Ausbildung der nach innen weisenden integralen Kragen 12 wird ein in 8 gezeigter Werkzeugkern 16 verwendet. Der Werkzeugkern 16 weist zur Bildung der Ausbuchtungen 28, 30 eine Vielzahl von formvariablen, von einem Ballon bzw. Kissen gebildeten und schraffiert dargestellten Kernabschnitten 58, 60 auf. Zum Ausbilden der nach innen gerichteten Kragen 12 werden die formvariablen Kernabschnitte 58, 60 mit Hochdruck, bspw. durch Einleiten eines Fluids wie Luft, beaufschlagt und formstabilisiert. Aufgrund der Hochdruckbeaufschlagung werden die Ausbuchtungen 28, 30 nach außen gerichtet und weisen eine konvexe Oberfläche zur Ausbildung der beulenartigen Körperabschnitte 48, 50 des Vorformlings 36 auf.
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Nach dem Ausbilden des Vorformlings 36 werden die Kernabschnitte 58, 60 druckentlastet und verlieren ihre Formstabilität. Die beulenartigen Körperschnitte 48, 50 des Vorformling 36 werden nach innen gedrückt, wodurch die Ausbuchtungen 28, 30 nun eine gestrichelt angedeutete und die Endkontur der beulenartigen Körperabschnitte 48, 50 wiedergebende konkave Oberfläche aufweisen.
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Nach dem Umformen der beulenartigen Körperabschnitte 48, 50 wird der Vorformling 36 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Harz imprägniert, ausgehärtet, konsolidiert und entformt.
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Nach dem Entformen und somit nach dem Teilen des ausgehärteten und konsolidierten Vorformlings 36 in zwei Faserverbundbauteile 1, 1' werden die Löcher 10 mit den nun nach innen zeigenden Kragen 12 durch entsprechendes Auftrennen bzw. Öffnen der beulenartigen Körperabschnitte 48, 50 ausgebildet. Danach werden die Spante 1, 1' wie vorstehend beim ersten Ausführungsbeispiel erläutert einer Endbearbeitung zur Ausbildung der Ausnehmungen 8 zugeführt.
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Offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit zumindest einer Öffnung, die von einem integralen Kragen umrandet ist, eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens mit einem Werkzeugkern, der zumindest eine Ausbuchtung zur Bildung eines beulenartigen Bauteilabschnitts aufweist, sowie ein Faserverbundbauteil mit einer Vielzahl von Öffnungen, die jeweils von einem integralen Kragen umrandet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Faserverbundbauteil
- 2
- Außengurt
- 4
- Innengurt
- 6
- Steg
- 8
- Ausnehmung
- 10
- Öffnung
- 12
- Kragen
- 14
- Verstärkungselement
- 16
- Werkzeugkern
- 18
- Schmalfläche
- 20
- Schmalfläche
- 22
- Seitenfläche
- 24
- Seitenfläche
- 26
- Vertikalebene
- 28
- Ausbuchtung
- 30
- Ausbuchtung
- 32
- Übergangsbereich
- 34
- Übergangsbereich
- 36
- Vorformling
- 38
- Wandungsabschnitt
- 40
- Wandungsabschnitt
- 42
- Seitenwandungsabschnitt
- 44
- Seitenwandungsabschnitt
- 46
- Verstärkungselement
- 48
- Körperabschnitt
- 50
- Körperabschnitt
- 52
- Schalenabschnitt
- 54
- Trennebene
- 56
- Außenfläche
- 58
- formvariabler Kernabschnitt
- 60
- formvariabler Kernabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007054645 A1 [0003]
