DE102016007157A1

DE102016007157A1 - Führungsrohr und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102016007157A1
Application number: DE102016007157.5A
Authority: DE
Inventors: Marc Steinmayer; André Pfetscher
Original assignee: Diehl Aircabin GmbH
Current assignee: Diehl Aviation Laupheim GmbH
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2017-12-14
Anticipated expiration: 2036-06-11
Also published as: DE102016007157B4; EP3448670A1; WO2017211446A1; US20190092481A1

Abstract

Bei einem Führungsrohr (2) zur Führung eines Gases zur bestimmungsgemäßen Montage in einem Fahrzeug, mit einer Wandung (8), ist die Wandung (8) ein Sandwichbauteil ist, und enthält die Wandung (8) mindestens ein Gewebe (10), das eine erste Lage der Wandung bildet, und mindestens ein Vlies (12), das eine zweite Lage der Wandung bildet. Bei einem Verfahren zum Herstellen des Führungsrohres (2) werden mindestens eines der Gewebe (10), das eine erste Lage der Wandung bildet, und mindestens eines der Vliese (12), das eine zweite Lage der Wandung bildet, als Sandwichbauteil zu der Wandung (8) gefertigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Führungsrohr zur Führung eines Gases. Das Führungsrohr ist zur bestimmungsgemäßen Montage in einem Fahrzeug bestimmt.
Derartige Führungsrohre führen z. B. Luft für eine Klimatisierung. Das Fahrzeug ist z. B. ein Flugzeug, die Klimatisierung erfolgt für einen Innenraum des Fahrzeugs, z. B. die Passagierkabine des Flugzeuges. Das Führungsrohr ist also bestimmungsgemäß in der Passagierkabine des Flugzeugs zu montieren.
Für derartige Führungsrohre ist es wünschenswert, dass diese eine möglichst geringe Leckagerate aufweisen, d. h. möglichst wenig Gas, im Beispiel Luft, die Wandung des Führungsrohres durchtritt. Dabei müssen insbesondere die Führungsrohre im Luftfahrtbereich außerdem möglichst leicht sein und Brandschutzauflagen erfüllen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verbesserungen in Bezug auf Führungsrohre vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Führungsrohr gemäß Patentanspruch 1. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Das Führungsrohr dient zur Führung eines Gases und ist für eine bestimmungsgemäße Montage in einem Fahrzeug bestimmt. Das Führungsrohr weist eine Wandung auf. Die Wandung ist ein Sandwichbauteil. Die Wandung enthält mindestens ein Gewebe, das eine erste Lage der Wandung bildet und mindestens ein Vlies, das eine zweite Lage der Wandung bildet. Das Gewebe ist insbesondere ein Glasgewebe oder ein Glas-Karbon-Gewebe (Hybridgewebe) oder ein Karbongewebe. Das Vlies ist insbesondere ein Glasvlies oder ein Vlies aus anderen Materialien wie Karbon oder ein Thermoplastvlies. Die Wandung begrenzt das Führungsrohr zu einem Außenraum hin. Der Außenraum ist der Raum, der das Führungsrohr umgibt. In dem von der Wandung umgrenzten Innenraum wird das Gas geführt.
Durch das Vlies ergibt sich eine Verringerung der Mirkoporösität des Faserverbunds aus erster und zweiter Lage. Dies dient einer Verbesserung der Dichtigkeit, insbesondere Luftdichtigkeit, der Wandung und damit des Führungsrohres und führt damit zu einer Absenkung der Leckagerate am Führungsrohr. Die Leckagerate beschreibt, wieviel Gas pro Zeiteinheit die Wandung durchdringt.
Die Wandung kann weitere Lagen aus Vliesen, Gewebe oder sonstigen Schichten enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet das oder eines der Vliese eine Decklage, die dem Außenraum zugewandt ist. Am Führungsrohr ist das Vlies also die äußerste Lage, die allenfalls z. B. noch durch Harz eines Prepregs, Lack oder Applikationen umgeben ist. Durch das Vlies beziehungsweise einen Vliesstoff ergibt sich eine Verbesserung der Oberfläche des Führungsrohres, da ein Vlies als Decklage eine glattere Bauteiloberfläche am Führungsrohr ergibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Wandung ein weiteres Gewebe, das eine dritte Lage der Wandung bildet in Form eines Gewebes. Das Vlies der zweiten Lage ist zwischen den beiden Geweben der ersten und dritten Lage angeordnet. Insbesondere existieren nur die drei genannten Lagen und keine weiteren Lagen im Führungsrohr beziehungsweise der Wandung. Durch die Zwischenlage eines Vlieses zwischen zwei Geweben im Sandwichbauteil ergibt sich ein insgesamt stabilerer Sandwichaufbau, der dank des Vlieses auch dicht gegen Gasdurchtritt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eines der Gewebe ein Gewebe eines Prepregs (pre-impregnated fibers, Gewebe, mit Harz imprägniert bzw. getränkt). Das Gewebe wird für den Sandwichverbund also als Prepreg zur Verfügung gestellt bzw. verarbeitet. Prepregs sind in großer Auswahl kommerziell verfügbar, sodass das Führungsrohr diesbezüglich einfach herstellbar ist. Insbesondere sind alle Gewebe solche von jeweiligen Prepregs. Gemäß dieser Ausführungsform ergibt sich eine Integration von Vlies beziehungsweise Vlies in einen Prepreg-Verbund zur Verbesserung der Leckageeigenschaften des Führungsrohrs. Durch die Einbringung eines – insbesondere trockenen – Vlieshalbzeuges in den Prepreg-Verbund wird die erforderliche Dichtheit des Führungsrohres, insbesondere in Form von Luftführungskomponenten, erreicht und (vor allem im Falle von Vlies als Decklage) die Oberfläche der Wandung deutlich verbessert.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Vlies eine Grammatur von 20 Gramm pro Quadratmeter bis 70 Gramm pro Quadratmeter, insbesondere eine Grammatur von 30 Gramm pro Quadratmeter bis 50 Gramm pro Quadratmeter, auf. Gemäß der Erfindung ergibt sich so die Verwendung von insbesondere trockenen Vliesstoffen mit geringem Flächengewicht von 30 bis 50 Gramm pro Quadratmeter. Diese Flächengewichte haben sich vor allem für Luftfahrtanwendungen als guter Kompromiss zwischen Gewicht des Vlieses bzw. des Führungsrohres und der erreichbaren Absenkung der Leckagerate herausgestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Führungsrohr ein Führungsrohr zur Führung von Luft als Gas. Gemäß dieser Ausführungsform ergibt sich also ein Luftführungsrohr mit verbesserter Luftdichtigkeit.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Führungsrohr ein Führungsrohr zur bestimmungsgemäßen Montage in einem Flugzeug als Fahrzeug. Gemäß dieser Ausführungsform kann insbesondere beim Einsatz in Flugzeugen die Luftdichtigkeit von Führungsrohren verbessert werden, ohne das Gewicht der Führungsrohre maßgeblich zu erhöhen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Führungsrohr ein Klimarohr für ein Flugzeug. Die genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Führungsrohres kommen in einem Klimarohr für ein Flugzeug besonders zum Tragen. Insbesondere in Flugzeugen ist das Führungsrohr bestimmungsgemäß zur Luftführung für die Passagierkabine bzw. die Klimatisierung der Passagierkabine vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist mindestens eines der Vliese eine Dicke von 0,1 bis 0,8 Millimeter, insbesondere 0,3 bis 0,5 Millimeter auf.
Insbesondere weist mindestens eines der Vliese einen Binderanteil von 3 Prozent bis 10 Prozent, insbesondere von 5 Prozent auf. Der Binder dient bei der Herstellung des Vlieses zum Zusammenhalt der Vliesfasern.
Insbesondere weist das Vlies eine gleichmäßige Faserverteilung auf.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 11. Das Verfahren dient zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Führungsrohres. Das Verfahren und zumindest ein Teil dessen Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Führungsrohr erläutert.
Im Verfahren werden mindestens eines der Gewebe, das die erste Lage der Wandung bildet, und mindestens eines der Vliese, das die zweite Lage der Wandung bildet, als Sandwichbauteil zu der Wandung gefertigt. Die Herstellung des Führungsrohres als Sandwichbauteil ist besonders einfach und kostengünstig.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird mindestens eines der Gewebe als bzw. in Form oder als Teil eines Prepregs bereitgestellt. Eines der Vliese wird mit dem Prepreg zu einem Verband konsolidiert. Die Wandung bzw. das Führungsrohr wird unter Verwendung des Verbandes – insbesondere zusammen mit weiteren Lagen – zu dem Führungsrohr gefertigt. Unter ”Konsolidieren” ist das entsprechende Anhaften beziehungsweise Verkleben des Vlieses am Harz bzw. der klebrigen Oberfläche des Prepregs zu verstehen. Nach der Herstellung des Prepregs wird also das Vlies auf dem Prepreg aufgebracht. Zusätzliches Harz oder sonstige Hilfsmittel sind hierzu nicht notwendig, da das Prepreg an sich ausreichend Harz bzw. eine klebrige Oberfläche aufweist, an der das Vlies anhaftet.
Durch das Konsolidieren des Vlieses mit einem Prepreg ist die Handhabung des Vlieses im Fertigungsprozess für das Führungsrohr besonders einfach, da dieses nicht mehr separat gehandhabt werden muss.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Vlies als trockenes Vlieshalbzeug bereitgestellt und zum Verband konsolidiert. Die Handhabung eines trockenen Vlieshalbzeugs ist bei der Konsolidierung besonders einfach.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Verband durch Aufrollen des Prepregs zusammen mit dem Vlies konsolidiert. Durch das Aufrollen ergibt sich eine Andruck- bzw. Presskraft, mit der das Vlies auf dem Prepreg aufgepresst wird, sodass dieses besonders gut an dem überschüssigen Harz des Prepregs beziehungsweise der klebrigen Oberfläche des Prepregs anhaftet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Verband einerseits und mindestens eine weitere Lage der Wandung des Führungsrohres andererseits in voneinander getrennten Arbeitsschritten in eine Form eingelegt, bevor die in der Form eingelegte Struktur in der Form zur Wandung bzw. zum Führungsrohr gefertigt wird. Die Fertigung des Führungsrohres läuft somit prinzipiell gleich ab wie bei gleichen Führungsrohren ohne Vlieseinlage, bei denen das Gewebe alleine als Prepreg eingelegt wird. Da das Vlies als Verband mit einem Prepreg eingelegt wird, stellt dies den gleichen Arbeitsschritt dar als ein Prepreg ohne Vlies einzulegen. Fertigungsprozesse für bestehende Führungsrohre ohne Vlies müssen somit gar nicht oder nur minimal modifiziert werden, um auch erfindungsgemäße Führungsrohre zu fertigen.
Die Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen und Erkenntnissen, wobei Ausführungsformen der Erfindung, auch in Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen, gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen, wie folgt zusammengefasst werden:
Die Motivation der Erfindung ist eine Verbesserung der Leckage bzw. Leckageeigenschaften an Führungsrohren. Eine Verbesserung der Luftdichtigkeit beziehungsweise eine Verringerung der Leckagerate an einem Führungsrohr kann durch Streichen von Dichtlack auf der Bauteiloberfläche, also der Oberfläche des Führungsrohres, erreicht werden. Die Erfindung besteht insbesondere in der Anwendung eines Vlieses, insbesondere Trockenvlieses, als Mikrosandwich in Luftführungskomponenten. Gemäß der Erfindung werden insbesondere nicht gewebte Vliese verwendet. Durch die Erfindung ist eine Verringerung der Arbeitsaufwände erreicht, insbesondere entfällt der Dichtlack bzw. dessen Auftrag. Erfindungsgemäße Bauteile weisen bei nahezu gleichem Gewicht höhere Stabilität auf. Das Vlies ist insbesondere ein trockenes Vlies, das heißt solches ohne Harzauftrag. Gemäß der Erfindung kann insbesondere im Bereich Luftfahrt ein bereits bestehendes beziehungsweise bekanntes Führungsrohr gemäß der Erfindung modifiziert werden. Zusätzlich wird also bei der Herstellung des Führungsrohres ein Vlies eingebracht. Da das Vlies an sich unbrennbares Material ist, wird hierdurch die Brandlast im Führungsrohr und somit im Flugzeug nur gering bis gar nicht verändert. Eine luftfahrttechnische Zulassung für ein derartig modifiziertes Führungsrohr ist daher besonders einfach und kostengünstig möglich.
Gemäß der Erfindung wird insbesondere ein trockenes Vlies ohne Harz nach der Herstellung eines Prepregs ohne die Verwendung zusätzlichen Harzes mit diesem durch Aufrollen konsolidiert. Gemäß der Erfindung ergibt sich eine Leckageoptimierung von Luftführungskomponenten.
Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen in einer schematischen Prinzipskizze:
1 ein erfindungsgemäßes Führungsrohr,
2 eine Wandung eines erfindungsgemäßen Führungsrohres bei deren Herstellung,
3. das Einlegen der Komponenten des Führungsrohres in eine Form bei der Fertigung.
1 zeigt ein fertiggestelltes Führungsrohr 2. Das Führungsrohr weist eine Wandung 8 auf. Die Wandung 8 begrenzt das Führungsrohr zu einem Außenraum 16 hin. Das Führungsrohr ist also von einem Außenraum 16 umgeben. Das Führungsrohr erstreckt sich entlang einer Mittellängsachse 18. Die Wandung 8 umgibt einen Innenraum 24 des Führungsrohres. Der Innenraum 24 dient zur Führung eines nicht dargestellten Gases, hier Luft.
2 zeigt symbolisch einen Ausschnitt des Führungsrohres 2 bzw. dessen Wandung 8 während deren Herstellung zwischen einem metallischen Werkzeug 4 und einer Pressblase 6. Die Mittellängsachse 18 ist hier symbolisch angedeutet. Die Wandung 8 ist ein Sandwichbauteil. Die Wandung 8 enthält ein Gewebe 10, das eine erste Lage der Wandung 8 bildet, ein Vlies 12, das eine zweite Lage der Wandung 8 bildet und ein Gewebes 14, das eine dritte Lage der Wandung 8 bildet.
Das Vlies 12 ist also zwischen den beiden Geweben 10, 14 angeordnet. Die Gewebe 10, 14 sind im Beispiel als Prepregs vorkonfektioniert, das heißt mit einem Harz imprägniert beziehungsweise getränkt.
Zur Herstellung des Führungsrohres 2 bzw. der Wandung 8 werden die Komponenten zischen Werkzeug 4 und Pressblase 6 durch Druck der Pressblase 6 in Richtung zum Werkzeug 4 hin zusammengefügt.
Die Gewebe 10, 14 sind jeweils in Form eines Prepregs 20 bereitgestellt. In einer alternativen Ausführungsform sind das Gewebe 10 und das Vlies 12 vor dem Einbringen zwischen Werkzeug 4 und Pressblase 6 sind zu einem Verband 22 konsolidiert, der in 1 durch einen gestrichelten Rahmen angedeutet ist. Bei der Konsolidierung wird das Vlies 12 auf dem Prepreg 20 aufgebracht und durch das überschüssige Harz beziehungsweise die klebrige Oberfläche des Prepregs 20 auf diesem gehalten. Der Verband 22, und das verbleibende Gewebe 14, welches ebenfalls als Prepreg 20 bereitgestellt ist, werden dann zu dem Führungsrohr 2 beziehungsweise der Wandung 8 gefertigt. Die Konsolidierung zum Verband 22 erfolgt außerhalb der Anordnung aus Form 4 und Pressblase 6 und vor Einlegen zwischen diesen Elementen.
Das Vlies 12 wird als trockenes Vlieshalbzeug bereitgestellt, um zum Verband 22 konsolidiert zu werden. Im Beispiel wurde (nicht dargestellt) der Verband 22 vor dem Einbringen in bzw. Auflegen auf das Werkzeug 4 durch Aufrollen des Prepregs 20 zusammen mit dem Vlies 12 konsolidiert. Der Verband 22 einerseits und die weitere Lage in Form des Gewebes 14 werden in voneinander getrennten Arbeitsschritten in die Form 4 eingelegt, bevor die in das Werkzeug 4 eingelegte Struktur, hier also der Verband 22 und das Gewebe 14, in dem Werkzeug 4 zum Führungsrohr 2 gefertigt wird.
In einer gestrichelt dargestellten alternativen Ausführungsform ist das Gewebe 10 weggelassen, sodass bezüglich der Wandung 8 beziehungsweise des Führungsrohres 2 das Vlies 12 eine im fertigen Zustand dem Außenraum 16 zugewandte Decklage der Wandung 8 beziehungsweise des Führungsrohres 2 ist. Die Lage des entsprechenden Außenraums 16 ist in 2 angedeutet.
3 zeigt in den Teilfiguren a)–c) aufeinanderfolgende Schritte bei dem Verfahren zum Herstellen des Führungsrohres 2. Die Darstellung ist symbolisch und zeigt nur einen Ausschnitt des Werkzeugs 4 und des Führungsrohres 2 beziehungsweise dessen Komponenten. Die Mittellängsachse 18 ist wieder nur angedeutet. Die Pressblase 6 der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
Zunächst wird gemäß 2a) in einem ersten Schritt das Gewebe 10 in das Werkzeug 4 eingelegt. In einem zweiten Schritt gemäß 2b) wird das Vlies 12 auf das Gewebe 10 aufgelegt.
In einer alternativen Ausführungsform entfällt der Schritt gemäß 2a), wenn nämlich das Gewebe 10 und das Vlies 12 bereits als Verband 22 konsolidiert sind. 2b) zeigt dann den ersten Verfahrensschritt, bei dem der Verband 22 in das Werkzeug 4 eingelegt wird.
Gemäß 2c) wird anschließend eine weitere Lage der Wandung 8, nämlich das Gewebe 14, auf das Vlies 12 bzw. den Verband 22 aufgelegt.
Anschließend wird die Wandung 8 bzw. das Führungsrohr wie oben beschrieben durch Verbindung der im Werkzeug 4 eingelegten Komponenten fertiggestellt.
Bezugszeichenliste

2: Führungsrohr
4: Werkzeug
6: Pressblase
8: Wandung
10: Gewebe
12: Vlies
14: Gewebe
16: Außenraum
18: Mittellängsachse
20: Prepreg
22: Verband
24: Innenraum

Claims

Führungsrohr (2) zur Führung eines Gases zur bestimmungsgemäßen Montage in einem Fahrzeug, mit einer Wandung (8), dadurch gekennzeichnet, dass – die Wandung (8) ein Sandwichbauteil ist, und die Wandung (8) – mindestens ein Gewebe (10), das eine erste Lage der Wandung bildet, und – mindestens ein Vlies (12), das eine zweite Lage der Wandung bildet, enthält.
Führungsrohr (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – eines der Vliese (12) eine einem Außenraum (16) zugewandte Decklage bildet.
Führungsrohr (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Wandung (8) ein weiteres Gewebe (14) enthält, das eine dritte Lage der Wandung (8) bildet, enthält, – wobei das Vlies (12) der zweiten Lage zwischen den beiden Geweben (10, 14) der ersten und dritten Lage angeordnet ist.
Führungsrohr (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens eines der Gewebe (10, 14) ein Gewebe eines Prepregs ist.
Führungsrohr (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies (12) ein Grammatur von 20 g/m2 bis 70 g/m2 aufweist.
Führungsrohr (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (2) ein Führungsrohr zur Führung von Luft als Gas ist.
Führungsrohr (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (2) ein Führungsrohr zur bestimmungsgemäßen Montage in einem Flugzeug als Fahrzeug ist.
Führungsrohr (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr ein Klimarohr für ein Flugzeug ist.
Führungsrohr (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Vliese eine Dicke von 0,1 bis 0,8 Millimeter aufweist.
Führungsrohr (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Vliese einen Binderanteil von 3 Prozent bis 10 Prozent aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Führungsrohres (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens eines der Gewebe (10), das die erste Lage der Wandung bildet, und – mindestens eines der Vliese (12), das die zweite Lage der Wandung bildet, – als Sandwichbauteil zu der Wandung (8) gefertigt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens eines der Gewebe (10, 14) in Form eines Prepregs (20) bereitgestellt wird, – eines der Vliese (12) mit dem Prepreg (20) zu einem Verband (22) konsolidiert wird, – die Wandung unter Verwendung des Verbandes (22) gefertigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies (12) als trockenes Vlieshalbzeug bereitgestellt wird, um zum Verband (22) konsolidiert zu werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verband (22) durch Aufrollen des Prepregs (20) zusammen mit dem Vlies (12) konsolidiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verband (22) einerseits und mindestens eine weitere Lage der Wandung (8) andererseits in voneinander getrennten Arbeitsschritten in eine Form (4) eingelegt werden, bevor die in der Form (4) eingelegte Struktur in der Form zur Wandung (8) gefertigt wird.