DE102011084438B3

DE102011084438B3 - Verfahren zum Herstellen einer Komponente zur Verbindung von Strukturen, Verfahren zum Herstellen einer Strukturanordnung sowie Vorrichtung zum Herstellen einer Komponente zur Verbindung von Strukturen

Info

Publication number: DE102011084438B3
Application number: DE102011084438A
Authority: DE
Inventors: Oliver Seack; Alexander Bruns
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2031-10-14
Also published as: EP2581200A3; EP2581200A2; US20130091675A1; EP2581200B1; US9447530B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft Verfahren zum Herstellen einer Komponente (210) zur Verbindung von Strukturen (204, 234) an Kreuzungsbereichen (236) derselben, mit folgenden Schritten: Ablegen erster und zweiter Fasern (212, 214) auf einer Unterlage (302) derart, dasfases eine jeweilige erste Faser (212) bezüglich einer jeweiligen zweiten Faser (214) einen Versatz (308) in Längsrichtung (306) der ersten oder zweiten Faser (212, 214) aufweist; Verbinden der ersten und zweiten Faser (212, 214) entlang eines Überlappbereichs (412), in welchem sich die ersten und zweiten Fasern (212, 214) überlappen; und Verschwenken der ersten und zweiten Fasern (212, 214) zueinander zum Bilden der Komponente (210).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Komponente zur Verbindung von Strukturen, ein Verfahren zum Herstellen einer Strukturanordnung sowie eine Vorrichtung zum Herstellen einer Komponente.
1 zeigt einen Ausschnitt aus einem allgemein mit 100 bezeichneten Flugzeug gemäß dem Stand der Technik. Das Flugzeug 100 umfasst eine Landeklappe 102. 1 zeigt die Landeklappe 102 entgegen der Flugrichtung des Flugzeugs 100 gesehen. Die Landeklappe 102 ist einmal in gestrichelter Darstellung gezeigt, was ihrem unbelasteten Zustand entspricht. Weiterhin ist die Landeklappe 102 in durchgezogener Linie dargestellt, was ihrem stark übertrieben dargestellten, aufgrund von Luftlasten 104 verformten Zustand entspricht. Die Landeklappe 102 ist mittels zweier Klappenwagen 106, 108 mit einem Flügel 110, welcher lediglich schematisch angedeutet ist, verbunden. Die Klappenwagen 106, 108 ermöglichen ein Verstellen der Landeklappe 102 bezüglich des Flügels 110 aus einer Flugstellung in eine Start- oder Landestellung, wobei die Start- und Landestellung einer Vergrößerung des Auftriebs dienen. In Spannweitenrichtung, also in 1 von links nach rechts, ist der eine Klappenwagen 106 als Festlager und der andere Klappenwagen 108 als Loslager ausgebildet. Die Klappenwagen 106, 108 sind jeweils über eine Auge-Bolzen-Verbindung 112 mit der Landeklappe 102 verbunden.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, das Auge einer jeweiligen Auge-Bolzen-Verbindung 112 in Form eines Beschlags auszubilden, welcher aus Metall gefertigt und mit der Landeklappe 102 verbunden, insbesondere vernietet, ist. Beispielsweise zeigt die Druckschrift DE 10 2007 011 613 A1 einen Beschlag aus Metall zur Lasteinleitung.
Es besteht zunehmend der Bedarf, auch Lasteinleitungselemente, wie beispielsweise das vorstehend beschriebene Auge der Auge-Bolzen-Verbindung 112, aus Faserverbundwerkstoffen, beispielsweise Kohlenstofffaserkunststoff (CFK), herzustellen, um weiteres Gewicht und Montagekosten einzusparen. Die Druckschrift US 2010/0148008 A1 beschreibt ein entsprechendes Lasteinleitungselement aus Faserverbundwerkstoff, welches in einem RTM(Resin Transfer Molding)-Verfahren hergestellt wird.
Die DE 35 46 267 A1 offenbart ein dreidimensionales Konstruktionselement mit einer Mehrzahl von ebenen Strukturabschnitten, bei dem ein als Kernmaterial dienender Verstärkungseinlagenstoff mit einem formhaltenden Mittel wie Kunstharz- oder Keramikmaterial, imprägniert oder beschichtet und dann unter Bildung einer vorbestimmten dreidimensionalen Struktur verfestigt wird oder bei dem der Verstärkungseinlagenstoff zur Bildung der dreidimensionalen Struktur entfaltet und dann mit dem formhaltenden Mittel imprägniert oder beschichtet sowie verfestigt wird. Der Verstärkungseinlagenstoff besteht aus in Längsrichtung kontinuierlich angeordneten Fäden. Ferner sind Stoffbereiche, die durch eine Mehrzahl von unter Verwendung einer Mehrzahl von Gruppen von Fäden erzeugten Flächen definiert sind, in integraler Form hergestellt. Die Fäden führen in jeder Gruppe die gleiche Bewegung durch. Die Fäden einer Gruppe sind so angeordnet, dass sie in der Längsrichtung kontinuierlich verlaufen und stetig mit quer und/oder schräg verlaufenden geraden Abschnitten in den Stoffbereichen und gekrümmten oder gebogenen Abschnitten an den seitlichen Enden der Stoffbereiche und an der Grenze zwischen den Stoffbereichen verlaufen. Der Verstärkungseinlagenstoff ist ferner durch eine Klöppelvorrichtung unter Verwendung von in drei Richtungen miteinander verflochtenen Fäden hergestellt.
Die DE 10 2006 035 576 B3 offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstruktur, mit einer Fasergebilde-Ablegungseinrichtung, welche Fasergebilde-Halter umfasst und welche mehrteilig ausgebildet ist mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil, wobei das erste Teil und das zweite Teil relativ zueinander schwenkbar sind und wobei in einer Fasergebilde-Ablegungsstellung der Fasergebilde-Ablegungseinrichtung die Fasergebilde-Halter so ausgerichtet sind, dass ein Fasergebilde eindimensional oder zweidimensional ablegbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum einfachen Herstellen einer Komponente, insbesondere des oberhalb beschriebenen Lasteinleitungselements, ein Verfahren zum einfachen Herstellen einer Strukturanordnung und eine Vorrichtung zum einfachen Herstellen der Komponente anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
Demgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen einer Komponente zur Verbindung von Strukturen an Kreuzungsbereichen derselben, mit folgenden Schritten bereitgestellt: Ablegen erster und zweiter Fasern auf einer Unterlage derart, dass eine jeweilige erste Faser bezüglich einer jeweiligen zweiten Faser einen Versatz in Längsrichtung der ersten oder zweiten Faser aufweist, Verbinden der ersten und zweiten Faser entlang eines Überlappbereichs, in welchem sich die ersten und zweiten Fasern überlappen, und Verschwenken der ersten und zweiten Fasern zueinander zum Bilden der Komponente.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen einer Strukturanordnung, insbesondere für ein Luft- oder Raumfahrzeug, mit folgenden Schritten bereitgestellt: Bereitstellen einer ersten Struktur, Bereitstellen einer zweiten Struktur, welche einen Kreuzungsbereich mit der ersten Struktur bildet, Herstellen einer Komponente gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und Verbinden der ersten und zweiten Struktur in dem Kreuzungsbereich mittels der Komponente.
Noch weiterhin wird eine Vorrichtung zum Herstellen einer Komponente zur Verbindung von Strukturen an Kreuzungsbereichen derselben, insbesondere zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bereitgestellt, mit einer Unterlage, einer Ablegeeinrichtung für ein Ablegen der ersten und zweiten Fasern auf der Unterlage derart, dass eine jeweilige erste Faser bezüglich einer jeweiligen zweiten Faser einen Versatz in Längsrichtung der ersten oder zweiten Faser aufweist, einer Verbindungseinrichtung zum Verbinden der ersten und zweiten Fasern entlang eines Überlappbereichs, in welchem sich die ersten und zweiten Fasern überlappen, und einer Verschwenkeinrichtung zum Verschwenken der ersten und zweiten Fasern zueinander zum Bilden der Komponente.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass auf einfache Weise eine Komponente mit einem in etwa kreuzförmigen Querschnitt hergestellt werden kann, indem die ersten und zweiten Faser gegeneinander verschwenkt werden. Nach dem Verschwenken kreuzen sich die ersten Fasern mit den zweiten Fasern in einem Kreuzungspunkt. Die ersten Fasern erstrecken sich dann beispielweise im Wesentlichen waagerecht durch den Kreuzungspunkt, die zweiten Fasern beispielsweise im Wesentlichen senkrecht. Wird die so geschaffene Komponente in eine Strukturanordnung, insbesondere in die einleitend beschriebene Landeklappe, integriert, kann diese zwei im Wesentlichen voneinander unabhängige Lastpfade durch den Kreuzungspunkt bereitstellen: Der erste Lastpfad führt entlang der ersten Fasern, der zweite Lastpfad entlang der zweiten Fasern.
Die Anwendung der Verfahren sowie der Vorrichtung ist nicht auf den Luft- oder Raumfahrtbereich beschränkt. Beispielsweise können diese auch im Bereich der Herstellung von Brücken, Hochhäusern, Masten, Dächern oder sonstigen Flächentragwerken Anwendung finden.
”Faser” meint bevorzugt sowohl eine Einzelfaser sowie ein Bündel von Einzelfasern.
Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die ersten und zweiten Fasern werden bevorzugt parallel zueinander auf der Unterlage abgelegt. Soweit vorliegend von ”parallel” die Rede ist, sind davon auch Abweichungen von bis zu 30 Grad, bevorzugt bis zu 10 Grad, noch weiter bevorzugt bis zu 2 Grad gemeint.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die ersten Fasern in einem ersten Überstandsbereich, in welchem sie in der Längsrichtung über die zweiten Fasern überstehen, miteinander und/oder die zweiten Fasern in einem zweiten Überstandsbereich, in welchem sie in der Längsrichtung über die ersten Fasern überstehen, miteinander verbunden werden. Dadurch entsteht ein stabiles Gebilde aus ersten Fasern, welches gegen ein zweites Gebilde aus zweiten Fasern verschwenkt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verbinden der ersten und zweiten Fasern miteinander in dem Überlappungsbereich entlang einer Mittellinie erfolgt, welche mittig in Bezug auf eine Gesamterstreckung der ersten und zweiten Fasern in der Längsrichtung, und/oder das Verbinden der ersten Fasern miteinander in dem ersten Überstandsbereich entlang einer ersten Linie parallel zur Mittellinie und/oder das Verbinden der zweiten Fasern miteinander entlang einer zweiten Linie parallel zur Mittelinie und der ersten Linie in Bezug auf die Mittellinie gegenüberliegend erfolgt. Diese Art der Befestigung der Fasern ist einfach, insbesondere automatisiert herstellbar, weil im Wesentlichen linienförmig.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verbinden der ersten und zweiten Fasern miteinander in dem Überlappbereich, der ersten Fasern miteinander in dem ersten Überstandsbereich und/oder der zweiten Fasern miteinander in dem zweiten Überstandsbereich mittels Nähens, Webens, Flechtens oder Klebens erfolgt. Das Nähen, Weben, Flechten und Kleben lässt sich einfach automatisieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest eine Näh-, Web- oder Flechtfaser durch einen Spalt in der Unterlage zugeführt wird. Beispielweise lässt sich so einfach eine untere Faser (”Unterfaden”) zuführen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Kleben mittels eines Thermoplaststrangs, einer mit einem Thermoplastmaterial zumindest abschnittsweise umhüllten Faser oder eines Klebebands erfolgt. Der Thermoplaststrang, die Faser sowie das Klebeband können beispielweise einfach entlang der ersten oder zweiten Linie und/oder der Mittellinie gelegt werde, um diese dadurch mit der ersten und/oder zweiten Faser zu verkleben.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die ersten und zweiten Fasern derart zueinander verschwenkt werden, dass diese einen Winkel von 30 bis 90 Grad, bevorzugt 60 bis 90 Grad, weiter bevorzugt 80 bis 90 Grad, noch weiter bevorzugt 90 Grad, zueinander aufweisen, und/oder das Verschwenken der ersten und zweiten Fasern zueinander mittels eines gekrümmten Führungselements bewerkstelligt wird, an welchem die ersten und/oder zweiten Fasern vorbeigeführt werden. Dadurch kann die Komponente einfach mit einem kreuzförmigen Querschnitt erzeugt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Unterlage als ein Förderband ausgebildet ist, auf welchem die ersten und zweiten Fasern abgelegt werden. Mittels des Förderbands lassen sich die ersten und zweiten Fasern automatisiert an der Verbindungseinrichtung vorbeibewegen, sodass ein effizientes Verfahren gewährleistet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die ersten und zweiten Fasern vor dem Ablegen jeweils von Endlosmaterial abgelängt werden. Dadurch kann ebenfalls die Effizienz des Verfahrens gesteigert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Unterlage mehrere Teile aufweist, welche zwischen sich zumindest einen Spalt definieren, durch welchen zumindest eine Näh-, Web- oder Flechtfaser zum Verbinden der ersten und/oder zweiten Faser zuführbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Verbindungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die ersten Fasern in einem ersten Überstandsbereich, in welchem sie in der Längsrichtung über die zweiten Fasern überstehen, miteinander und/oder die zweiten Fasern in einem zweiten Überstandsbereich, in welchem sie in der Längsrichtung über die ersten Fasern überstehen, miteinander zu verbinden. Die Verbindungseinrichtung kann dazu insbesondere von einer Roboterhand geführt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Verbindungseinrichtung wenigstens eine Nähnadel umfasst, mittels welcher die ersten Fasern, zweiten Fasern und/oder ersten und zweiten Fasern miteinander vernähbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Verschwenkeinrichtung eine gekrümmte Führungsbahn für ein Vorbeiführen der ersten und/oder zweiten Faser und Verschwenken derselben aufweist. Die Führungsbahn ist insbesondere als eine Führungsschiene ausgebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Ausschnitt aus einem Flugzeug gemäß dem Stand der Technik;
2 in schematischer Darstellung eine Strukturanordnung umfassend eine Komponente;
3 in perspektivischer Ansicht eine Vorrichtung zum Herstellen der Komponente aus 2 in einem ersten Zustand;
4 die Ansicht aus 3 in einem zweiten Zustand der Vorrichtung;
5 die Ansicht aus 4 in einem dritten Zustand der Vorrichtung;
6 einen Schnitt durch einen Thermoplaststrang;
7 einen Schnitt durch eine mit einem Thermoplastmaterial ummantelte Faser; und
8 einen Schnitt durch ein Klebeband.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
2 zeigt in einer teilweise perspektivischen Ansicht eine Strukturanordnung 200 gemäß einem vergleichsweise allgemein gehaltenen Ausführungsbeispiel.
Die Strukturanordnung 200 ist beispielsweise Bestandteil der in 1 gezeigten Landeklappe 102 und damit Bestandteil des Flugzeugs 100. Grundsätzlich kann die Strukturanordnung 200 aber Bestandteil einer beliebigen Klappe oder Tragflügels sein.
Vorliegend sind die drei zueinander orthogonalen Raumrichtungen mit X, Y und Z bezeichnet. Dies dient lediglich dem besseren Verständnis der räumlichen Anordnung der verschiedenen Komponenten zueinander. Im Falle der Landeklappe 102 bezeichnet X die Anströmrichtung, Y die Spannweitenrichtung und Z die Hochrichtung.
Die Strukturanordnung 200 umfasst eine im Wesentlichen geschlossene, in 2 gestrichelt angedeutete Kastenstruktur 202. Mit „im Wesentlichen geschlossen” ist gemeint, dass die Kastenstruktur 202 keine oder nur vergleichsweise kleine Durchbrüche in ihren Außenwänden 204 aufweist. Die vordere Außenwand 206 ist in 2 durchsichtig dargestellt, um den Blick auf den Innenraum 208 der Kastenstruktur 202 freizugeben. Die Außenwände 204, 206 bilden gemäß einer Ausführungsform die Außenhaut der Landeklappe 102.
Die Strukturanordnung 200 umfasst weiterhin eine Komponente 210, welche sich aus ersten und zweiten Fasern 212, 214 zusammensetzt, wobei dem besseren Verständnis halber lediglich ein einzelne solche erste Faser 212 und eine einzelne solche zweite Faser 214 in der YZ-Ebene gezeigt sind. Die Komponente 210 kann beliebig viele solcher in X-Richtung nebeneinander angeordneter Fasern 212 und 214 umfassen. Die erste und zweite Faser 212, 214 sind der besseren Unterscheidung halber mit kurzen Strichen in entgegengesetzte Richtungen gekennzeichnet. Eine jeweilige erste Faser 212 erstreckt sich beispielsweise in einer horizontalen XY-Ebene, während sich eine jeweilige zweite Faser 214 beispielsweise in einer vertikalen XZ-Ebene erstreckt. Eine jeweilige erste Faser 212 und eine jeweilige zweite Faser 214 erstrecken sich gemäß dem Ausführungsbeispiel somit senkrecht zueinander.
Eine jeweilige erste Faser 212 und eine jeweilige zweite Faser 214 sind in einem Kreuzungspunkt 216 miteinander verbunden. Die Fasern 212, 214 sind in dem Kreuzungspunkt 216 miteinander vernäht, verwebt, verflochten oder verklebt.
In 2 ist weiterhin gezeigt, dass eine jeweilige erste Faser 212 einen ersten und zweiten Abschnitt 218, 220 aufweist, wobei die Abschnitte 218, 220 mit der unteren, sich in der XY-Ebene erstreckenden Außenwand 204 der Kastenstruktur 202 verbunden sind. Genauer gesagt ist der erste Abschnitt 218 der ersten Faser 212 in einen ersten Abschnitt 232 der Außenwand 204 und der zweite Abschnitt 220 der ersten Faser 212 in einen zweiten Abschnitt 233 der Außenwand 204 integriert, insbesondere eingeklebt. Dazu sind die Abschnitte 232, 233 der Außenwand 204 jeweils gabelförmig ausgebildet. Es ist jedoch auch eine andere Art der Befestigung der Abschnitte 218, 220 an oder in der Außenwand 204 der Kastenstruktur 202 denkbar.
Eine jeweilige zweite Faser 214 bildet einen inneren Steg 222, welcher in den Innenraum 208 der Kastenstruktur 202 nach oben hineinragt, und einen äußeren Steg 224, welcher sich außerhalb der Kastenstruktur 202 nach unten erstreckt, aus. Der innere Steg 222 ist mit einem Tragelement 234 der Strukturanordnung 200 verbunden. Das Tragelement 234 ist beispielweise als Rippe ausgebildet, welche mit der Kastenstruktur 202 verbunden ist. Das Tragelement 234 kann beispielsweise auch als Holm oder Quersteg ausgebildet sein. Bevorzugt ist der innere Steg 222 in das Tragelement 234 integriert, insbesondere eingeklebt.
Der äußere Steg 224 weist einen Befestigungspunkt 226 für ein Einleiten einer ersten Last 230 in den äußeren Steg 224 auf. Der Befestigungspunkt 226 ist insbesondere als Auge ausgebildet, kann aber auch als eine andere strukturelle Lastübertragung ausgebildet werden, wie z. B. eine Vernietung oder Verklebung. Eine entsprechende Achse des Auges 226 ist mit dem Bezugszeichen 228 bezeichnet.
Die zweite Faser 214 leitet die an dem Befestigungspunkt 226 eingeleitete erste Last 230 von dem Befestigungspunkt 226 in das Tragelement 234. Die erste Faser 212 überträgt gleichzeitig eine zweite Last 235 zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 232, 233 der Kastenstruktur 202. Somit werden zwei im Wesentlichen voneinander unabhängige Lastpfade bereitgestellt. Beispielsweise werden Biegelasten 235 in der Außenwand 204 mittels der ersten Fasern 212 durch den Kreuzungspunkt 216 hindurchgeleitet, während – davon im Wesentlichen unberührt – die an dem Auge 226 mittels der Klappenwagen 106, 108 eingeleiteten Haltekräfte 230 in das Tragelement 234 geleitet werden. Ein Abschälen des Auges 226 im Kopplungsbereich 216 wird somit trotz Faserverbundbauweise durch die nicht unterbrochenen ersten und zweiten Fasern 212, 214 wirksam verhindert.
Die Außenwand 204 bildet mit der Rippe 234 einen Kreuzungsbereich 236, in welchen die Komponente 210 bevorzugt eingeklebt ist. Das Einkleben der Abschnitte 218, 220 der Komponente 210 in die Außenwand 204 der Kastenstruktur 202 kann auf unterschiedliche Weise erfolgen: Die vollständig oder teilweise ausgehärteten Abschnitte 218, 220 können mit der nassen Außenwand 204 ausgehärtet werden. Weiterhin können die vollständig oder teilweise ausgehärteten Abschnitte 218, 220 mit der vollständig oder teilweise ausgehärteten Außenwand 204 strukturell verklebt werden. Noch weiterhin können die trockenen Abschnitte 218, 220 mit der trockenen Außenwand 204 gemeinsam infiltriert und ausgehärtet werden. Ferner können die nassen Abschnitte 218, 220 (Prepreg) mit der nassen Außenwand 204 (Prepreg) verklebt werden.
Weiterhin ist der innere Steg 222 der Komponente 210 bevorzugt ebenfalls in die Rippe 234 (oder einen Holm oder Quersteg) auf eine der Arten eingeklebt, wie vorstehend für die Abschnitte 218, 220 beschrieben. Auch der äußere Steg 226 kann in eine nicht dargestellte Rippe eingeklebt sein.
Andere Möglichkeiten der Anbindung der Komponente 210 an die Außenwand 204 und Rippe 234 sind denkbar, beispielweise ein Verbolzen oder Verschrauben.
Die 3 bis 5 zeigen mehrere Zustände beim Herstellen der Komponente 212 aus 2 in einem Nähverfahren. Ferner zeigen die 3 bis 5 verschiedene Bestandteile einer Vorrichtung 300 zum Durchführen des Verfahrens.
Auf einem sich in der Förderrichtung F bewegenden Förderband 302 der Vorrichtung 300 werden erste und zweite Fasern 212, 214 parallel zueinander abgelegt, siehe 3. Eine jeweilige Faser 212, 214 ist bevorzugt als ein Bündel (Engl.: ”fibre tows”) von Einzelfasern ausgebildet. Gängig sind hier beispielsweise die Bezeichnungen 2k bis 24k. Eine jeweilige Faser 212, 214 wird bevorzugt trocken, d. h. ohne Thermo- oder Duroplastmatrix abgelegt, wenn auch ein Ablegen nasser Fasern 212, 214 keinesfalls ausgeschlossen ist.
Die Vorrichtung 300 umfasst ferner eine Spule 301 mit Endlosmaterial 303, eine Schneideinrichtung 305 und eine Ablegeeinrichtung 304. Die Fasern 212, 214 werden von dem Endlosmaterial 303 mittels der Schneideinrichtung 305 abgelängt und hiernach mittels der Ablegeeinrichtung 304, insbesondere einem Roboter, auf dem Förderband 302 abgelegt.
Die Fasern 212, 214 weisen bevorzugt jeweils die gleiche Länge auf und erstrecken sich nach dem Ablegen in der Richtung 306 quer zur Förderrichtung F. Die Querrichtung 306 entspricht somit der Längsrichtung der Fasern 212, 214. Die abgelegten Fasern 212, 214 weisen jeweils einen Versatz 308 in der Querrichtung 306 zueinander auf. Dadurch ergeben sich ein erster und zweiter Überstandsbereich 310, 312. Der erste Überstandsbereich 310 weist lediglich Enden der ersten Fasern 212 und der zweite Überstandsbereich 312 lediglich Enden der zweiten Fasern 214 auf.
4 zeigt, wie die Enden der ersten Fasern 212 in dem Überstandsbereich 310 miteinander vernäht werden. Eine entsprechende Verbindungseinrichtung der Vorrichtung 300 umfasst eine Nadel 400 und eine Nähfaser 402. Das Vernähen erfolgt beispielweise entlang einer Linie 404. Außerdem werden die Enden der zweiten Fasern 214 in dem zweiten Überstandsbereich 312 miteinander vernäht. Eine entsprechende Verbindungseinrichtung der Vorrichtung 300 umfasst eine Nadel 406 und eine Nähfaser 408. Das Vernähen erfolgt beispielweise entlang einer Linie 410.
Zwischen den beiden Überstandsbereichen 310, 312 bilden die ersten und zweiten Fasern 212, 214 einen Überlappbereich 412, in welchem sie sich in der Querrichtung 306 überlappen. Die ersten und zweiten Fasern 212, 214 werden in dem Überlappbereich 412, insbesondere entlang einer Mittellinie 414, miteinander vernäht. Die Mittellinie 414 ist mittig in Bezug auf eine Gesamterstreckung 416 der Fasern 212, 214 in der Querrichtung 306 angeordnet. Eine entsprechende Verbindungseinrichtung in Form einer Nadel und einer Nähfaser ist mit den Bezugszeichen 418 und 420 bezeichnet. Die Linien 404, 410, 414 sind bevorzugt parallel zueinander.
Die Bewegung der Nadeln 400, 406, 418 ist jeweils mit einem Doppelpfeil angedeutet. Bevorzugt wird ein jeweilige obere Nähfaser 402, 408, 420 (”Oberfaden”) mit einer entsprechenden unteren Nähfaser 421, 423, 425 (”Unterfaden”) verbunden. Dazu ist das Förderband 302 bevorzugt aus mehreren Teilen 422, 424, 426, 428 ausgebildet, welche Spalte 430, 432, 434 zwischen sich ausbilden, durch die eine jeweilige unterer Nähfaser 421, 423, 425 einfach zugeführt werden kann.
Hiernach werden die zweiten Fasern 214 gegenüber den ersten Fasern 212 um die Mittellinie 414, d. h. um eine Nähfaser 420, verschwenkt, wie durch die Pfeile in 5 angedeutet. Bevorzugt bildet dann eine jeweilige erste Faser 212 mit einer jeweiligen zweiten Faser 214 einen Winkel 500 von 90 Grad. Damit ist eine Komponente 210 gebildet, welche hiernach in den Kreuzungsbereich 236 der Strukturanordnung 200, siehe 2, integriert wird, insbesondere wie oberhalb beschrieben. Das Verschwenken erfolgt beispielsweise mittels einer Verschwenkeinrichtung der Vorrichtung 300 in Form einer geschwungenen Führungsschiene 501, welche die zweiten Fasern 214 nach und nach gegenüber den ersten Fasern 212 dreht. Die zweiten Fasern 212 können beispielsweise auf waagerechten Führungsschienen 502 der Vorrichtung 300 abgestützt weiterbewegt werden, während die zweiten Fasern 214 verschwenken. Die Führungsschienen 500, 502 sind der besseren Übersichtlichkeit halber lediglich teilweise dargestellt. Für das Drehen können die ersten und zweiten Fasern 212, 214 von dem Förderband 302 abgehoben werden, weshalb dieses in 5 nicht dargestellt ist.
Anstelle eines Nähens können die ersten und zweiten Fasern 212, 214 mittels Fasern 402, 408, 420 miteinander verwebt oder verflochten werden.
Weiter alternativ können die ersten und zweiten Fasern 212, 214 miteinander insbesondere mittels eines Thermoplaststrangs 600 (siehe 6), einer mit thermoplastischem Material 700 ummantelten Faser 702 (siehe 7) oder eines Klebebands 800 (siehe 8) verklebt werden. Die 6 bis 8 zeigen jeweils eine Querschnittsdarstellung.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform erstreckt sich ein erster Thermoplaststrang, eine erste ummantelte Faser oder ein erstes Klebeband entlang der ersten Linie 404 und verbindet die ersten Fasern 212. Ein zweiter Thermoplaststrang, eine zweite ummantelte Faser oder ein zweites Klebeband erstreckt sich beispielsweise entlang der zweiten Linie 410 und verbindet die zweiten Fasern 214. Ein dritter Thermoplaststrang, eine dritte ummantelte Faser oder ein drittes Klebeband erstreckt sich beispielsweise entlang der Mittellinie 414 und verbindet die ersten und zweiten Fasern 212, 214 miteinander.
Obwohl die Erfindung vorliegend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf keineswegs beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind die für die erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Ausführungsbeispiele und Ausgestaltungen entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung anwendbar, und umgekehrt. Ferner schließt „ein” vorliegend keine Vielzahl aus.
Bezugszeichenliste

100: Flugzeug
102: Landeklappe
104: Windlast
106: Klappenwagen
108: Klappenwagen
110: Flügel
112: Auge-Bolzen-Verbindung
200: Strukturanordnung
202: Kastenstruktur
204: Außenwand
206: Außenwand
208: Innenraum
210: Komponente
212: erster Faser
214: zweiter Faser
216: Kreuzungspunkt
218: erster Abschnitt
220: zweiter Abschnitt
222: innerer Steg
224: äußerer Steg
226: Befestigungspunkt
228: Augenachse
230: Last
232: Abschnitt
233: Abschnitt
234: Rippe
235: Last
236: Kreuzungsbereich
300: Vorrichtung
301: Spule
302: Förderband
303: Endlosmaterial
304: Ablegeeinrichtung
305: Schneideinrichtung
306: Querrichtung zur Förderrichtung bzw. Längsrichtung der ersten und zweiten Faser
308: Versatz
310: Überstandsbereich
312: Überstandsbereich
400: Nadel
402: Nähfaser
404: Linie
406: Nadel
408: Nähfaser
410: Linie
412: Überlappbereich
414: Mittellinie
416: Gesamterstreckung
418: Nadel
420: Faser
421: Nähfaser
422: Teil
423: Nähfaser
424: Teil
425: Nähfaser
426: Teil
428: Teil
430: Spalt
432: Spalt
434: Spalt
500: Winkel
501: Führungsschiene
502: Führungsschiene
600: Thermoplaststrang
700: Thermoplastmaterial
702: Faden
800: Klebeband
F: Förderrichtung
X: Längsrichtung
Y: Querrichtung
Z: Hochrichtung

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Komponente (210) zur Verbindung von Strukturen (204, 234) an Kreuzungsbereichen (236) derselben, mit folgenden Schritten: Ablegen erster und zweiter Fasern (212, 214) auf einer Unterlage (302) derart, dass eine jeweilige erste Faser (212) bezüglich einer jeweiligen zweiten Faser (214) einen Versatz (308) in Längsrichtung (306) der ersten oder zweiten Faser (212, 214) aufweist; Verbinden der ersten und zweiten Faser (212, 214) entlang eines Überlappbereichs (412), in welchem sich die ersten und zweiten Fasern (212, 214) überlappen; und Verschwenken der ersten und zweiten Fasern (212, 214) zueinander zum Bilden der Komponente (210).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Fasern (212) in einem ersten Überstandsbereich (310), in welchem sie in der Längsrichtung (306) über die zweiten Fasern (214) überstehen, miteinander und/oder die zweiten Fasern (214) in einem zweiten Überstandsbereich (312), in welchem sie in der Längsrichtung (306) über die ersten Fasern (212) überstehen, miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden der ersten und zweiten Fasern (212, 214) miteinander in dem Überlappungsbereich (412) entlang einer Mittellinie (414) erfolgt, welche mittig in Bezug auf eine Gesamterstreckung (416) der ersten und zweiten Fasern (212, 214) in der Längsrichtung (306), und/oder das Verbinden der ersten Fasern (212) miteinander in dem ersten Überstandsbereich (310) entlang einer ersten Linie (404) parallel zur Mittellinie (414) und/oder das Verbinden der zweiten Fasern (214) miteinander entlang einer zweiten Linie (410) parallel zur Mittelinie (414) und der ersten Linie (404) in Bezug auf die Mittellinie (414) gegenüberliegend erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden der ersten und zweiten Fasern (212, 214) miteinander in dem Überlappbereich (412), der ersten Fasern (212) miteinander in dem ersten Überstandsbereich (310) und/oder der zweiten Fasern (214) miteinander in dem zweiten Überstandsbereich (312) mittels Nähens, Webens, Flechtens oder Klebens erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Näh-, Web- oder Flechtfaser (421, 423, 425) durch einen Spalt (430, 432, 434) in der Unterlage (302) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kleben mittels eines Thermoplaststrangs (600), einer mit einem Thermoplastmaterial (700) zumindest abschnittsweise umhüllten Faser (702) oder eines Klebebands (800) erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Fasern (212, 214) derart zueinander verschwenkt werden, dass diese einen Winkel (500) von 30 bis 90 Grad, bevorzugt 60 bis 90 Grad, weiter bevorzugt 80 bis 90 Grad, noch weiter bevorzugt 90 Grad, zueinander aufweisen, und/oder das Verschwenken der ersten und zweiten Fasern (212, 214) zueinander mittels eines gekrümmten Führungselements (501) bewerkstelligt wird, an welchem die ersten und/oder zweiten Fasern (212, 214) vorbeigeführt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage (302) als ein Förderband ausgebildet ist, auf welchem die ersten und zweiten Fasern (212, 214) abgelegt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Faser (212, 214) vor dem Ablegen jeweils von Endlosmaterial (303) abgelängt werden.
Verfahren zum Herstellen einer Strukturanordnung (200), insbesondere für ein Luft- oder Raumfahrzeug (100), mit den Schritten: Bereitstellen einer ersten Struktur (204); Bereitstellen einer zweiten Struktur (234), welche einen Kreuzungsbereich (236) mit der ersten Struktur (204) bildet; Herstellen einer Komponente (212) gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und Verbinden der ersten und zweiten Struktur (204, 234) in dem Kreuzungsbereich (236) mittels der Komponente (210).
Vorrichtung (300) zum Herstellen einer Komponente (210) zur Verbindung von Strukturen (204, 234) an Kreuzungsbereichen (236) derselben, insbesondere zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Schritte, mit: einer Unterlage (302); einer Ablegeeinrichtung (304) für ein Ablegen der ersten und zweiten Fasern (212, 214) auf der Unterlage (302) derart, dass eine jeweilige erste Faser (212) bezüglich einer jeweiligen zweiten Faser (214) einen Versatz (308) in Längsrichtung (306) der ersten oder zweiten Faser (212, 214) aufweist; einer Verbindungseinrichtung (400, 406, 418) zum Verbinden der ersten und zweiten Fasern (212, 214) entlang eines Überlappbereichs (412), in welchem sich die ersten und zweiten Fasern (212, 214) überlappen; und einer Verschwenkeinrichtung (501) zum Verschwenken der ersten und zweiten Fasern (212, 214) zueinander zum Bilden der Komponente (210).
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage (302) mehrere Teile (422, 424, 426, 428) aufweist, welche zwischen sich zumindest einen Spalt (430, 432, 434) definieren, durch welchen zumindest eine Näh-, Web- oder Flechtfaser (421, 423, 425) zum Verbinden der ersten und/oder zweiten Fasern (212, 214) zuführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (400, 406, 418) dazu eingerichtet ist, die ersten Fasern (212) in einem ersten Überstandsbereich (310), in welchem sie in der Längsrichtung (306) über die zweiten Fasern (214) überstehen, miteinander und/oder die zweiten Fasern (214) in einem zweiten Überstandsbereich (312), in welchem sie in der Längsrichtung (306) über die ersten Fasern (212) überstehen, miteinander zu verbinden.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (400, 406, 418) wenigstens eine Nähnadel umfasst, mittels welcher die ersten Fasern (212), zweiten Fasern (214) und/oder ersten und zweiten Fasern (212, 214) miteinander vernähbar sind.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschwenkeinrichtung (501) eine gekrümmte Führungsbahn für ein Vorbeiführen der ersten und/oder zweiten Faser (212, 214) und Verschwenken derselben aufweist.