DE102016123686B4 - Bohrschablone - Google Patents

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DE102016123686B4 DE102016123686.1A DE102016123686A DE102016123686B4 DE 102016123686 B4 DE102016123686 B4 DE 102016123686B4 DE 102016123686 A DE102016123686 A DE 102016123686A DE 102016123686 B4 DE102016123686 B4 DE 102016123686B4
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Abstract

Bohrschablone (1) zum Bohren von Flugzeugstrukturbauteilen aufweisend eine Mehrzahl an Bohrungen (2), überwiegend bestehend aus CFK und aufweisend ein Bohrungs-Gewichts-Verhältnis von 10 bis 30 Bohrungen (2) pro kg sowie ein Verhältnis von Dicke der Schablone (1) zum zahlenmittleren Durchmesser der Bohrungen (2) von 2:1 bis 10:1 dadurch gekennzeichnet, dass sie herstellbar ist durch ein Verfahren, umfassend die folgenden Schritte:- Einbringen einer Faserstruktur in eine Form,- Einbringen eines Treibmittels in die Form, und- Härten der Faserstruktur und des Treibmittels, wobei das Treibmittel expandiert und zusammen mit der Faserstruktur eine poröse Faser-Matrixstruktur (7) bildet.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Bohrschablone zum Einsatz auf dem Gebiet der Herstellung von Luft- oder Raumfahrzeugen oder von Teilen von Luft- oder Raumfahrzeugen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Bohrschablonenanordnung, sowie auf ein Verfahren zum Einbringen von Bohrungen in Komponenten für ein Luft- oder Raumfahrzeug.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Wenngleich die vorliegende Erfindung allgemein auf die Einbringung von Bohrungen in Werkstücke und insbesondere auf die Erzeugung von Nietlöchern, die genau und kostengünstig in einem vorgegebenen Muster in Werkstücke eingebracht werden sollen, anwendbar ist, sollen die Erfindung und die ihr zu Grunde liegende Problematik im Folgenden am Beispiel der Herstellung einer Quernaht an der Verbindung zweier Rumpfsektionen eines Flugzeugrumpfes näher erläutert werden.
  • Es ist bekannt, einen Rumpf eines Flugzeugs aus miteinander verbundenen Rumpfsektionen zusammenzusetzen. Benachbarte Rumpfsektionen können hierbei in einer so genannten Quernaht miteinander mit Hilfe von Nietverbindungen verbunden werden.
  • Für die Herstellung derartiger Nietverbindungen sind zahlreiche Nietlöcher in die zu verbindenden Komponenten, bei diesem Beispiel die Rumpfsektionen, einzubringen. Das Bohren der Nietlöcher und die Herstellung der Nietverbindung selbst ist bei der Fertigung eines Flugzeugs, beispielsweise eines Passagierflugzeugs, mit einem hohen Zeitaufwand und entsprechenden Kosten verbunden. Dazu werden Bohrschablonen verwendet. Ein wichtiger Aspekt ist dabei das Hantieren mit den Bohrschablonen.
  • Die Schrift DE 4431952 A1 offenbart eine Bohrschablone zum maßgenauen Verbohren von Werkstücken, insbesondere von eine gekrümmt ausgebildete Oberfläche aufweisenden Flugzeugbauteilen, mit mehreren in einen Träger eingesetzten Bohrbuchsen, wobei der Träger in Sandwich-Bauweise erstellt und aus auf den Außenseiten angeordneten Stützlaminaten, vorzugsweise aus einem verformbaren Kunststoff, und einer zwischen diesen einlaminierten Zwischenschicht aus Schaum oder einer Wabe zusammengesetzt ist.
  • Die Schrift DE 102014118868 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Kunststoffbauteilen, mit den Schritten:
    • - Bereitstellen einer ersten Werkzeugschale und zweiten Werkzeugschale, die zusammen einen starren Hohlraum als Form für die Kunststoffbauteile bilden,
    • - Einbringen eines Faserelements und eines Einlegekerns in die erste Werkzeugschale,
    • - Verbinden der ersten und der zweiten Werkzeugschale, so dass die starre Form für die Kunststoffbauteile gebildet wird,
    • - Injizieren von Vergussharz in die Form durch einen Injektionskanal, und
    • - Evakuieren der Form durch einen Unterdruckkanal, so dass in der Form ein Unterdruck gebildet wird, wobei der Unterdruck in der Form nach Abschluss des Injizierens des Vergussharzes erzeugt wird oder aufrechterhalten wird, um das Vergussharz aufzuschäumen.
  • Die Schrift US 8454280 B2 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Lochs in einer Struktur mit einer äußeren Formoberfläche, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Bohrschablone mit einem Gehäuse, wobei das Gehäuse eine starre Kontaktfläche aufweist, die sich an die äußere Formfläche anpasst, und in dem Gehäuse eine Bohrhülse ausgebildet ist; Anordnen der Bohrschablone auf der Struktur, so dass die die Kontaktfläche zu der äußeren Formoberfläche passt und mit dieser übereinstimmt, und so dass die Bohrschablone in eine gewünschte Position relativ zu der Struktur indexiert wird; Verbinden eines Vakuumsystems mit einem integrierten Vakuumanschluss der Bohrschablone; Einsetzen eines Bohrers in die Bohrbuchse; Bohren eines Lochs in die Struktur unter Verwendung des durch die Bohrbuchse geführten Bohrers; und Zuführen eines Vakuums zu dem Gehäuse unter Verwendung des Vakuumsystems; wobei die Bohrschablone eine Kante eines Teilelokalisierers umfasst, die mit einer Kante der Struktur übereinstimmt; und wobei das Lokalisieren der Bohrschablone ferner das Anordnen der Kante des Teilefixierers gegen die Kante der Struktur umfasst.
  • Die Schrift DE102014211689 A1 offenbart eine Bohrschablone für den Einsatz auf dem Gebiet der Herstellung von Luft- oder Raumfahrzeugen oder von Teilen dieser, mit einem ersten Schablonenteil, und mit einem zweiten Schablonenteil, wobei das erste Schablonenteil und das zweite Schablonenteil jeweils mit Einrichtungen für die Festlegung von Positionen zu erzeugender Bohrungen versehen sind; und wobei die Bohrschablone Kopplungsmittel aufweist, mittels der das erste Schablonenteil und das zweite Schablonenteil derart miteinander koppelbar sind, dass die gekoppelten Schablonenteile relativ zueinander bewegbar sind.
  • Es gilt, einen Weg zu finden, um den Zeit- und Kostenaufwand beim Entwurf und der Herstellung eines Luft- oder Raumfahrzeugs, insbesondere bei der Erzeugung von Quernahtverbindungen zwischen aneinander angrenzenden Rumpfsektionen, weiter zu verringern und zugleich sicherzustellen, dass die Nietlöcher trotz der Herstellungstoleranzen der zu verbindenden Komponenten bezüglicher beider Komponenten korrekt positioniert sind.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Es hat sich nun überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar herausgestellt, dass eine Bohrschablone zum Bohren von Flugzeugstrukturbauteilen aufweisend eine Mehrzahl an Bohrungen, überwiegend bestehend aus CFK und aufweisend ein Bohrungs-Gewichts-Verhältnis von 10 bis 30 Bohrungen pro kg sowie ein Verhältnis von Dicke der Schablone zum zahlenmittleren Durchmesser der Bohrungen von 2:1 bis 10:1, herstellbar durch ein Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
    • - Einbringen einer Faserstruktur in eine Form,
    • - Einbringen eines Treibmittels in die Form, und
    • - Härten der Faserstruktur und des Treibmittels,
    wobei das Treibmittel expandiert und zusammen mit der Faserstruktur eine poröse Faser-Matrixstruktur bildet,
    den Nachteilen des Standes der Technik abhilft. Unter poröser Faser-Matrixstruktur kann ein Verbund aus dem expandierten Treibmittel und den Fasern der ebenfalls durch das Treibmittel expandierten Faserstruktur verstanden werden. In anderen Worten, es entsteht ein aufgeschäumtes, hochporöses Faserverbundbauteil oder, in noch anderen Worten, ein faserverstärkter Schaum. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Verhältnis von Dicke der Schablone zum zahlenmittleren Durchmesser der Bohrungen Werte von 2,1:1 bis 4:1, insbesondere der Wert 2,2:1 aufweist.
  • Der Harzanteil des Verbundwerkstoffes kann dabei mit weiteren Füllstoffen wie Glas-Hohlkugeln, Kreide, u.a. versetzt werden. Andere Fasern wie etwa Hohlglasfasern können verwendet werden. Bevorzugt besteht das CFK aus zufällig orientierten Fasern, insbesondere aus einem Langfaser-SMC. Dieses weist intrinsisch eine zufällige Faserorientierung auf. SMCs sind Fließpressmassen und erlauben eine rasche, preisgünstige und unaufwändige Herstellung der Bohrschablonen. Bohrschablonen können auch aufwändiger und kostenintensiver aus orientiertem Schichtlaminat hergestellt werden, aber die hohe mechanische Leistung einer so gefertigten Bohrschablone ist nicht erforderlich. Weiter sorgt die Wirrfaserorientierung für eine bessere Fräsbarkeit der Bohrschablone, da es zu weniger Faserausbrüchen kommt. Weiter bevorzugt ist es, wenn als CFK recykeltes CFK verwendet wird. Dabei können nahezu alle verfügbaren recycelten Kohlenstofffasern können verwendet werden. Auch eine Pressmasse aus unausgehärteten Prepreg, so genanntes „reBMC“, kann eingesetzt werden.
  • Durch den Einsatz von Rezyklaten kann Kohlenstofffaser eingesetzt werden und gleichzeitig können die Kosten von Neufasern vermieden werden. Besonders bevorzugt kann die Bohrschablone aus einer porösen Faser-Matrixstruktur hergestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass die poröse Faser-Matrixstruktur aus CFK-Abfall hergestellt werden kann, besonders leicht ist und an der Ober- und Unterseite der Bohrschablone keine oder sehr wenig Poren aufweist. Das Einbringen der Faserstruktur in die Form kann ein Auslegen der Form mit der Faserstruktur sein. Die Form kann eine schlichte Ebene sein oder zumindest einen Teil des herzustellenden Bauteils abbilden. Das Bauteil kann daher jede beliebige Form aufweisen, also eben sein oder mehr oder weniger komplex gekrümmt oder abgewinkelt sein. Das Härten umfasst ein Erwärmen mit oder ohne zusätzlichen Druck. Das Härten kann in einem Autoklaven oder in einer geschlossenen Form unter Druck geschehen. Das Erwärmen kann z.B. auf 120 °C bis 180 °C geschehen. Die Faserstruktur kann ein faserverstärkter und insbesondere kohlefaserverstärkter Kunststoff sein. Für eine besonders homogene Porosität und besonders gute mechanische Eigenschaften des Bauteils kann die Faserstruktur kurze, zufällig orientierte Fasern umfassen. Die Fasern können wiederverwertet sein. Die Faserstruktur kann ein vorimprägniertes Prepreg oder ein nicht vorimprägniertes (Trocken-)Fasergewebe sein. Das vorimprägnierte Prepreg wird vor dem Einbringen in die Form mit einer Imprägnierkomponente versehen, das (Trocken-)Fasergewebe wird nach dem Einbringen in die Form mit einer Imprägnierkomponente versehen. Die Imprägnierkomponente kann ein Harz sein. Die Imprägnierkomponente kann einen Expandierzusatz umfassen. Die Imprägnierkomponente kann duroplastisch sein. Die Faserstruktur kann daher für Temperaturen zwischen - 50 °C und 300 °C ausgelegt sein und damit konventionellen Schaumwerkstoffen weit überlegen sein. Das Treibmittel kann ein chemisches oder physikalisches Treibmittel sein. Es kann pulverförmig und rieselfähig oder flüssig sein. Ein Beispiel für ein chemisches Treibmittel ist Natriumhydrogencarbonat. Durch die Wärmezufuhr beim Härten des Bauteils spaltet sich ein flüchtiger Bestandteil des Treibmittels ab, was zum Expandieren bzw. Aufschäumen der Faserstruktur führt. Das Einbringen des Treibmittels in die Form kann ein flächiges Aufbringen des Treibmittels auf die Faserstruktur sein oder das Treibmittel kann per Schwerkraft, Unterdruck oder Überdruck in die Form und damit in die Faserstruktur eingebracht werden. Das Expandieren des Treibmittels kann ein Aufschäumen sein. Das Herstellungsverfahren für ein Bauteil mit einer porösen Faser-Matrixstruktur vereinfacht die Herstellung von Verbundwerkstoffen und insbesondere von Sandwichstrukturen für z.B. den Leichtbau. Dabei können auch hochkomplexe Formen, wie z.B. doppelt gekrümmte Bauteile mit vergleichsweise geringem Aufwand erzeugt werden. Insbesondere wird nur ein Herstellungsschritt benötigt.
  • Weiter bevorzugt ist es, wenn eine erfindungsgemäße Bohrschablone aus mehreren Einzelteilen besteht, die miteinander verbindbar und trennbar sind. Weiter bevorzugt ist es, wenn in die Löcher der erfindungsgemäßen Bohrschablone Metallbuchsen eingesetzt sind.
  • Dadurch kann die Abriebfestigkeit des Bohrer-führenden Loches erhöht werden. Von Vorteil ist es weiterhin, wenn ADUs (Automatic Drilling Units) den Bohrerhals im Bohrloch verspannen, dadurch kommt zu Flächenpressungen in der Bohrung der Schablone; dies führt zu einem längst möglichen Erhalt der Maßhaltigkeit der Schablone. Weiter bevorzugt ist es, wenn das recykelte CFK eine Faserstruktur und ein Treibmittel umfasst, wobei das expandierte Treibmittel zusammen mit der expandierten Faserstruktur eine poröse Faser-Matrixstruktur bildet. Hierdurch kenn eine weitere Gewichtsreduzierung gegenüber einer monolithischen Schablone erreicht werden.
  • Weiter bevorzugt ist es, wenn eine erfindungsgemäße Bohrschablone hergestellt wird durch ein Verfahren, umfassend die folgenden Schritte:
    • Einbringen einer Faserstruktur in eine Form,
    • Einbringen eines Treibmittels in die Form, und
    • Härten der Faserstruktur und des Treibmittels,
    • wobei das Treibmittel expandiert und zusammen mit der Faserstruktur eine poröse Faser-Matrixstruktur bildet.
  • Hierdurch kann eine weitere Gewichtsreduzierung gegenüber einer monolithischen Schablone erreicht werden und damit noch größere Schablonen, geradezu an der Grenze der Handhabbarkeit hergestellt werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Faserstruktur nach dem poröses Expandieren und Härten mit einer weiteren faserverstärkten Deckschicht versehen wird und im Stapel mittlere Lagen ein Verstärkungsgewebe aufweisen und im Stapel äußere Lagen ein Gewebe, Gelege oder unidirektionale Laminate aufweisen. Diese Decklagen auf einem porösen Kern sorgen für höhere Biegesteifigkeit der erfindungsgemäßen Bohrschablonen. Weiter kann so eine saubere, geschlossene Außenfläche statt einer offen-porösen Laminatoberfläche erhalten werden. Weiter bevorzugt ist es, wenn die Faserstruktur ein Trockenfasergewebe ist, das Einbringen der Faserstruktur ein Auslegen der Form mit der Faserstruktur ist und eine Imprägnierkomponente und das Treibmittel per Unterdruck oder Überdruck in die Form und damit in die Faserstruktur eingebracht werden und die Form während des Einbringens der Faserstruktur und des Treibmittels ein erstes Innenvolumen aufweist, welches nach einer vorbestimmten Zeit auf ein größeres, zweites Innenvolumen expandiert wird, wobei das zweite Innenvolumen für ein poröses Expandieren der Faserstruktur ausgelegt ist.
  • Durch dieses zweistufige Verfahren kann der Expansionsgrad sehr genau bestimmt werden: In ein erstes Volumen wird eine nicht-schäumende Masse eingespritzt und drückt bzw. legt sich an die Wandungen des Werkzeuges. Dies sorgt für geschlossene Außenhaut. Ein zweites Volumen öffnet sich dann durch den Herstellprozess, die Kavität vergrößert sich und wird mit expandierendem Kunststoff gefüllt, der dann den „Schaumkern“ ausbildet. Darüber hinaus kann das Laminat aus Prepreglagen hergestellt und das Treibmittel in definierter Menge zwischen die Lagen eingebracht werden. In den äußeren Lagen kann dieses Treibmittel für die Deckschichten weggelassen werden.
  • Die oben beschriebenen Aspekte und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung können ebenfalls aus den Beispielen der Ausführungsformen entnommen werden, welche im Folgenden unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben werden.
  • Figurenliste
    • 1 stellt eine erfindungsgemäße Bohrschablone dar. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Bohrschablone mit einer porösen Faser-Matrixstruktur. In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für gleiche oder zumindest ähnliche Elemente, Komponenten oder Aspekte verwendet. Es wird angemerkt, dass im Folgenden Ausführungsformen im Detail beschrieben werden, die lediglich illustrative und nicht beschränkend sind.
  • Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
  • 1 stellt eine erfindungsgemäße Bohrschablone 1 dar. Diese weit eine Mehrzahl von Bohrungen 2 auf, durch die ein Bauteil gebohrt werden kann. Einzelne Bohrungen 2 können zur temporären Fixierung der Bohrschablone 1 verwendet werden. Dazu wird ein temporäres Befestigungsmittel durch eine Bohrung 2 mit dem Bauteil, das gebohrt werden soll, verbunden. Anschließend können die gewünschten weitern Bohrvorgänge durch die Bohrungen 2 durchgeführt werden. Später können die temporären Befestigungsmittel entfernt werden. Die Bohrschablone 1 weist eine Deckschicht 3 auf. Diese Deckschicht besteht aus stabilem Material, das es erlaubt, die Bohrungen an der Oberfläche der Schablone möglichst dauerhaft auszuführen. Beispielsweise kann eine oder mehrere monolithische Lagen aus Faserverbundwerkstoff vorgesehen werden. Ebenso können die Stirnseiten 4 aus einem stabilen Material bestehen, das es erlaubt, die Stirnseiten an der Oberfläche der Schablone möglichst dauerhaft auszuführen, wofür ebenfalls eine oder mehrere monolithische Lagen aus Faserverbundwerkstoff vorgesehen werden können. Das innere Volumen der Bohrschablone 1, also der Bereich, der nicht Deckschichten 3, Bohrungen 2 und Stirnseiten 4 umfasst, kann aus leichterem Material bestehen, wodurch das Gesamtgewicht und damit das Hantieren mit der Bohrschablone 1 einfacher wird. Je nach Größe kann gegenüber einer Bohrschablone aus Metall auf den Einsatz von Hebe- oder Positioniermaschinen verzichtet werden und so grob die Hälfte des Gewichts und des zum Positionieren erforderlichen Maschinenaufwandes eingespart werden. Das innere Volumen der Bohrschablone 1 kann beispielsweise aus einer porösen Faser-Matrixstruktur bestehen, bevorzugt aus Kohlefaserverbundwerkstoff. Weiterhin kann die Dauerhaftigkeit der erfindungsgemäßen Bohrschablone 1 durch metallische Einsätze oder Buchsen, die in die Bohrungen 2 eingesetzt werden, weiter erhöht werden.
  • 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Bohrschablone mit einer porösen Faser-Matrixstruktur. Unter poröser Faser-Matrixstruktur 5 wird ein Verbund aus dem expandierten Treibmittel und den Fasern der ebenfalls durch das Treibmittel expandierten Faserstruktur verstanden. Es entsteht also ein aufgeschäumtes, hochporöses Faserverbundbauteil bzw. ein faserverstärkter Schaum.
  • Das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung vereinfacht die Herstellung von Verbundwerkstoffen und insbesondere von Sandwichstrukturen für z.B. den Leichtbau. Dabei können hochkomplexe Formen, wie z.B. doppelt gekrümmte Bauteile mit vergleichsweise geringem Aufwand erzeugt werden. Das Herstellungsverfahren der Erfindung kann unter anderem durch zwei Alternativen umgesetzt werden, die im Folgenden dargestellt werden. In der ersten Alternative des Herstellungsverfahrens ist die Faserstruktur ein vorimprägniertes Prepreg, das Einbringen der Faserstruktur in die Form ist ein Auslegen der Form mit der Faserstruktur, und das Einbringen des Treibmittels in die Form ist ein flächiges Aufbringen des Treibmittels auf die Faserstruktur.
  • 2 zeigt ein Bauteil, welches durch das oben dargestellte Herstellungsverfahren erzeugt wurde und daher eine Faserstruktur und ein Treibmittel umfasst, wobei das expandierte Treibmittel zusammen mit der expandierten Faserstruktur eine poröse Faser-Matrixstruktur 5 bildet.
  • Durch Wiederholen der beiden Einbringschritte „Einbringen der Faserstruktur“ und „Einbringen des Treibmittels“ kann ein Stapel aus abwechselnd Faserstrukturlagen und Treibmittellagen erzeugt werden. Die Art, Menge und/oder Verteilung der Faserstruktur und/oder des Treibmittels pro Faserstrukturlage bzw. Treibmittellage kann variabel gehandhabt werden, um unterschiedliche Expansionsgrade über die Höhe des Stapels zu erreichen. Insbesondere kann sich die Menge des auf die Faserstruktur flächig aufgebrachten Treibmittels zwischen verschiedenen Faserstrukturlagen des Stapels unterscheiden. Auf diese Weise kann in einem Mittelteil des Stapels mehr Treibmittel aufgebracht werden als in einem Randbereich des Stapels, sodass dieser Mittelteil beim Härten weiter expandiert als der Randbereich. So kann ein Stapel, wie in der 2 gezeigt, mit stark porösem und daher leichtem Mittelteil aus einer porösen Faser-Matrixstruktur 7 und nicht oder kaum porösem und daher stabilem Randbereich aus einer Deckschicht 6 erzeugt werden. Die so hergestellten Bauteile können so einen sehr sanften Übergang zwischen einer monolithischen, schützenden Deckschicht 6 und einem sehr leichten, stark porösem Kern aus einer porösen Faser-Matrixstruktur 7 aufweisen und in einem einzigen Verfahrensablauf hergestellt werden. Auf diese Weise kann eine „bionische“ Struktur ähnlich einem Knochen mit einer stabilen Außenhaut und einem schwammartigen Kern erzeugt werden.
  • In der zweiten Alternative des Herstellungsverfahrens ist die Faserstruktur ein Trockenfasergewebe, das Einbringen der Faserstruktur in die Form ist, wie oben, ein Auslegen der Form mit der Faserstruktur und eine Imprägnierkomponente und das Treibmittel werden per Unterdruck oder Überdruck in die Form und damit in die Faserstruktur eingebracht. Die Imprägnierkomponente und das Treibmittel können von einer Seite der Form zur anderen durch bzw. entlang des Trockenfasergewebes gesaugt bzw. eingespritzt werden. Die Imprägnierkomponente und das Treibmittel können aber auch quer zu den Lagen des Trockenfasergewebes z.B. von oben nach unten durch die Form gedrückt bzw. gespritzt werden oder schlicht durch die Schwerkraft hindurch fließen oder sinken. Werden die Imprägnierkomponente und das Treibmittel so in die Faserstruktur eingebracht, dass eine gleichmäßige Durchmischung auftritt, wird auch eine gleichmäßige Porosität (ohne eine Deckschicht mit zum Kern unterschiedlichen Eigenschaften) der porösen Faser-Matrixstruktur 7 erzeugt.
  • Es ist aber auch die Herstellung eines Bauteils 5 wie in der 2 gezeigt möglich. Dabei weist die Form während des Einbringens der Faserstruktur, der Imprägnierkomponente und des Treibmittels ein erstes Innenvolumen auf, welches nach einer vorbestimmten Zeit auf ein größeres, zweites Innenvolumen expandiert wird. Dabei ist das erste Innenvolumen für ein Ausbilden einer Deckschicht 6 ausgelegt und das zweite Innenvolumen ist für ein poröses Expandieren der Faserstruktur zu einer porösen Faser-Matrixstruktur 7 ausgelegt. Das in der 2 gezeigt Bauteil 5 kann aber auch erzeugt werden, indem die Form nicht vollständig mit der Faserstruktur, der Imprägnierkomponente und dem Treibmittel gefüllt wird, während einer ersten Zeitdauer bei einem ersten Druck gehärtet wird, und während einer zweiten Zeitdauer bei einem zweiten Druck gehärtet wird, der niedriger als der erste Druck ist. Dabei ist der erste Druck für ein Ausbilden einer Deckschicht 6 ausgelegt und der zweite, niedrigere Druck für ein poröses Expandieren der Faserstruktur in den frei gebliebenen Raum der Form zu einer porösen Faser-Matrixstruktur 7 ausgelegt.
  • Während die Erfindung illustriert und beschrieben wurde im Detail in den Zeichnungen und der vorangegangenen Beschreibung, ist es beabsichtigt, dass derartige Illustrationen und Beschreibungen lediglich illustrativ oder exemplarisch und nicht restriktiv sind, so dass die Erfindung nicht durch die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisend“ nicht andere Elemente aus und der unbestimmte Artikel „ein“ schließt eine Mehrzahl nicht aus.
  • Alleinig der Umstand, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, beschränkt nicht den Gegenstand der Erfindung. Auch Kombinationen dieser Merkmale können vorteilhaft eingesetzt werden. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen sollen nicht den Umfang der Ansprüche beschränken.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Bohrschablone
    2
    Bohrung
    3
    Deckschicht
    4
    Stirnseite
    5
    Bauteil, Bohrschablone
    6
    Deckschicht
    7
    Poröse Faser-Matrixstruktur

Claims (8)

  1. Bohrschablone (1) zum Bohren von Flugzeugstrukturbauteilen aufweisend eine Mehrzahl an Bohrungen (2), überwiegend bestehend aus CFK und aufweisend ein Bohrungs-Gewichts-Verhältnis von 10 bis 30 Bohrungen (2) pro kg sowie ein Verhältnis von Dicke der Schablone (1) zum zahlenmittleren Durchmesser der Bohrungen (2) von 2:1 bis 10:1 dadurch gekennzeichnet, dass sie herstellbar ist durch ein Verfahren, umfassend die folgenden Schritte: - Einbringen einer Faserstruktur in eine Form, - Einbringen eines Treibmittels in die Form, und - Härten der Faserstruktur und des Treibmittels, wobei das Treibmittel expandiert und zusammen mit der Faserstruktur eine poröse Faser-Matrixstruktur (7) bildet.
  2. Bohrschablone (1) nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstruktur nach dem porösen Expandieren und Härten mit einer weiteren faserverstärkten Deckschicht (3) versehen wird und im Stapel mittlere Lagen ein Verstärkungsgewebe aufweisen und im Stapel äußere Lagen ein Gewebe, Gelege oder unidirektionale Laminate aufweisen.
  3. Bohrschablone (1) nach Patentanspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstruktur ein Trockenfasergewebe ist, das Einbringen der Faserstruktur ein Auslegen der Form mit der Faserstruktur ist und eine Imprägnierkomponente und das Treibmittel per Unterdruck oder Überdruck in die Form und damit in die Faserstruktur eingebracht werden und die Form während des Einbringens der Faserstruktur und des Treibmittels ein erstes Innenvolumen aufweist, welches nach einer vorbestimmten Zeit auf ein größeres, zweites Innenvolumen expandiert wird, wobei das zweite Innenvolumen für ein poröses Expandieren der Faserstruktur ausgelegt ist.
  4. Bohrschablone (1) nach einem der vorangehenden Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das CFK aus zufällig orientierten Fasern besteht.
  5. Bohrschablone (1) nach einem der vorangehenden Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass als CFK recykeltes CFK verwendet wird.
  6. Bohrschablone (1) nach einem der vorangehenden Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrschablone (1) aus mehreren Einzelteilen besteht, die miteinander verbindbar und trennbar sind.
  7. Bohrschablone (1) nach einem der vorangehenden Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in die Löcher (2) der Bohrschablone (1) Metallbuchsen eingesetzt sind.
  8. Bohrschablone (1) nach einem der Patentansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das recykelte CFK eine Faserstruktur und ein Treibmittel umfasst, wobei das expandierte Treibmittel zusammen mit der expandierten Faserstruktur eine poröse Faser-Matrixstruktur (7) bildet.
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