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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines flächigen Strukturbauteils für ein Luftfahrzeug.
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Luftfahrzeuge werden bei der Montage zum Teil aus großen, vorgefertigten Baugruppen zusammengesetzt. Insbesondere zum Aufbau der Rumpfstruktur werden hierfür große, sich flächig erstreckende Strukturbauteile benötigt, z.B. um eine Außenhaut des Luftfahrzeugs aus wenigen Einzelteilen zusammensetzen zu können.
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Derartige flächige Strukturbauteile werden üblicherweise aus Halbzeugen, welche aus einem Thermoplastmaterial gebildet sind, hergestellt. Hierzu wird das Halbzeug zwischen ein erstes Formwerkzeugteil, welches eine erste Konturoberfläche entsprechend der gewünschten Form des herzustellenden Strukturbauteils aufweist, und ein zweites Formwerkzeugteil, welches eine komplementär zu der ersten Konturoberfläche geformte zweite Konturoberfläche aufweist eingelegt, und die Formwerkzeugteile werden unter Wärmeeintrag in das Halbzeug zusammengepresst, um das Halbzeug zur Herstellung des Strukturbauteils thermoplastisch zu verformen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zur Herstellung flächiger Strukturbauteile für ein Luftfahrzeug bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird jeweils durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Werkzeugvorrichtung zur Herstellung eines flächigen Strukturbauteils für ein Luftfahrzeug vorgesehen. Die Werkzeugvorrichtung umfasst ein Formwerkzeugteil, welches eine Konturoberfläche zur Aufnahme eines flächigen Halbzeugs aufweist, eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des flächigen Halbzeugs, eine Folie aus einem elastisch verformbaren Material, und ein Spannsystem mit einer ersten Spanneinrichtung, welche an einer ersten Längsseite der Konturoberfläche des Formwerkzeugteils angeordnet ist, und einer zweiten Spanneinrichtung, welche an einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden zweiten Längsseite der Konturoberfläche des Formwerkzeugteils angeordnet ist. Ein erster Randbereich der Folie ist an die erste Spanneinrichtung und ein zweiter Randbereich der Folie ist an die zweite Spanneinrichtung koppelbar. Die Folie deckt, wenn diese an die Spanneinrichtungen gekoppelt ist, die Konturoberfläche des Formwerkzeugteils ab. Die Folie ist ferner mittels der ersten und/oder der zweiten Spanneinrichtung relativ zu der Konturoberfläche elastisch verformbar, um das Halbzeug zur Verformung flächig an die Konturoberfläche anzudrücken.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines flächigen Strukturbauteils für ein Luftfahrzeug vorgesehen. Hierbei wird ein flächiges Halbzeugs auf eine Konturoberfläche eines Formwerkzeugteils aufgelegt, wobei das Halbzeug aus einem faserverstärkten Thermoplastmaterial gebildet ist.
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Weiterhin erfolgt ein Abdecken des Halbzeugs mit einer Folie aus einem elastisch verformbaren Material, wobei die Folie an eine an einer ersten Längsseite der Konturoberfläche des Formwerkzeugteils angeordnete erste Spanneinrichtung und an eine an einer zweiten Längsseite der Konturoberfläche des Formwerkzeugteils angeordnete zweite Spanneinrichtung gekoppelt wird, wobei die zweite Längsseite der ersten Längsseite gegenüber liegt. Die Folie wird mittels der Spanneinrichtungen derart elastisch verformt, dass das Halbzeug flächig an die Konturoberfläche des Formwerkzeugteils angedrückt wird. Weiterhin erfolgt ein Erwärmen des Halbzeugs auf eine Temperatur, bei welcher das Thermpolastmaterial thermoplastisch verformbar ist, vorzugsweise gleichzeitig mit dem Andrücken des Halbzeugs an die Konturfläche durch die Folie. Die Temperatur, auf welche das Thermoplastmaterial erwärmt wird, kann beispielsweise auf eine Temperatur im Fließtemperaturbereich des jeweiligen Thermoplastmaterials.
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Eine der Ideen der vorliegenden Erfindung besteht darin, zur Verformung des Halbzeugs eine flexible, elastisch verformbare Folie zu verwenden, mit welcher ein auf der Konturoberfläche des Formwerkzeugteil gelegenes Halbzeug an die Konturoberfläche angedrückt wird, um dieses in die gewünschte Form des Strukturbauteils zu verformen. Aufgrund der Elastizität der Folie wird eine gleichmäßigere Druckverteilung erzielt, als bei der Verwendung eines weiteren, starren Formwerkzeugteils. Weiterhin können auf diese Weise Bauteiltoleranzen, die sich aus dem Wärmeintrag ergeben, effizient ausgeglichen werden, sodass das Strukturbauteil mit verbesserter Qualität herstellbar ist. Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer elastischen Folie zur Verformung des Halbzeugs liegt darin, dass ein und dieselbe Folie für verschiedene Dimensionierungen der Konturoberfläche des Formwerkzeugteils und damit zur Herstellung verschiedener Bauteilgrößen einsetzbar ist. Dadurch sind das Verfahren und die Werkzeugvorrichtung flexibel einsetzbar und flächige Strukturbauteile können in wirtschaftlich effizienter Weise hergestellt werden.
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Zur elastischen Verformung der Folie wird erfindungsgemäß ein Spannsystem verwendet, welches mechanische Spanneinrichtungen aufweist. Die Spanneinrichtungen sind jeweils an Randbereiche der Folie koppelbar. Das heißt, die Folie wird mechanisch, z.B. kraft- oder formschlüssig, an den Spanneinrichtungen befestigt. Ferner sind die Spanneinrichtungen auf gegenüberliegenden Seiten bzw. seitlich der Konturoberfläche angeordnet, sodass die an die Spanneinrichtung gekoppelte Folie die Konturoberfläche vorzugsweise vollständig abdeckt. Das Spannsystem ist dazu eingerichtet, die Folie in Kontakt mit einem auf der Konturoberfläche angeordneten Halbzeug zu bringen und so das Halbzeug an die Konturoberfläche anzudrücken. Hierzu ist die erste und/oder die zweite Spanneinrichtung dazu eingerichtet, die Folie in Richtung der Konturoberfläche zu bewegen. Spanneinrichtungen bieten hierbei den Vorteil, dass diese auf konstruktiv einfache Weise und damit kostengünstig realisierbar sind. Ferner sind die Spanneinrichtungen als von dem Formwerkzeugteil separate Komponenten realisierbar und können ohne weitere Veränderungen des Formwerkzeugteils ausgetauscht werden, wodurch die Flexibilität der Werkzeugvorrichtung weiter erhöht wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere mittels der erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung ausgeführt werden. Die im Zusammenhang mit der Werkzeugvorrichtung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten somit in analoger Weise auch für das Verfahren und umgekehrt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den auf die unabhängigen Ansprüche rückbezogenen Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung.
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Gemäß einer Ausführungsform der Werkzeugvorrichtung ist vorgesehen, dass die erste und/oder die zweite Spanneinrichtung als eine Spannrolle ausgebildet ist, welche zum elastischen Verformen der Folie um eine sich entlang der jeweiligen Längsseite der Konturoberfläche erstreckende Drehachse drehbar ist. Zumindest eine, vorzugsweise beide der Spanneinrichtungen können hierbei als eine Art Walze ausgebildet sein, auf welche die Folie aufwickelbar ist, um diese elastisch relativ zu der Konturoberfläche zu verformen. Dadurch, dass sich die Spannrollen entlang der Längsseiten der Konturoberfläche erstrecken, wird entlang der Längserstreckung der Konturoberfläche eine besonders gleichmäßige Druckverteilung während der Verformung des Halbzeugs erzielt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Konturoberfläche zwischen der ersten und der zweiten Längsseite konvex gekrümmt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Konturoberfläche Längsausnehmungen zur Aufnahme von an dem Halbzeug ausgebildeten Versteifungsstrukturen auf. Dies erleichtert einerseits die Positionierung des Halbzeugs auf der Konturoberfläche. Darüber hinaus wird auf diese Weise insbesondere die Verarbeitung von Halbzeugen, an welchen bereits Versteifungsstrukturen ausgebildet sind, vereinfacht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die erste und die zweite Längsseite der Konturoberfläche jeweils eine Länge in einem Bereich zwischen 5 Meter und 35 Meter, bevorzugt zwischen 10 Meter und 35 Meter und insbesondere bevorzugt zwischen 10 Meter und 30 Meter auf. Damit ist die Werkzeugvorrichtung insbesondere zur Herstellung von großen Strukturbauteilen mit Längen größer oder gleich 5 Metern eingerichtet. In diesen Größenbereichen von Strukturbauteilen ist die Verwendung der elastisch verformbaren Folie besonders vorteilhaft, da diese während der Herstellung infolge der Erwärmung auftretende Längenänderungen des Halbzeugs oder der Konturoberfläche elastisch ausgleichen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die erste und die zweite Längsseite zueinander einen Abstand in einem Bereich zwischen 1,5 Meter und 4 Meter auf. In diesen Größenbereichen von Strukturbauteilen ist die Verwendung der elastisch verformbaren Folie besonders vorteilhaft, da diese während der Herstellung infolge der Erwärmung auftretende Längenänderungen des Halbzeugs oder der Konturoberfläche elastisch ausgleichen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Werkzeugvorrichtung ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung als eine flächige Heizmatte ausgebildet ist, welche derart dimensioniert ist, dass die Konturoberfläche des Formwerkzeugteils vollständig mit der Heizmatte abdeckbar ist. Demnach kann das Halbzeug vollständig mit der Heizmatte abgedeckt werden, wenn das Halbzeug durch die Folie an die Konturoberfläche angedrückt wird. Somit wird ein gleichmäßiger flächiger Wärmeintrag in das Halbzeug erzielt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Folie aus einem Silikonmaterial gebildet. Silikonmaterialen bieten den Vorteil, dass sie bei hoher Elastizität mechanisch und thermisch robust sind.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine erster Seitenbereich des Halbzeugs, welcher im Bereich der ersten Längsseite an die Konturoberfläche des Formwerkzeugs angedrückt wird, und ein zweiter Seitenbereich des Halbzeugs, welcher im Bereich der zweiten Längsseite an die Konturoberfläche des Formwerkzeugs angedrückt wird, jeweils eine Länge in einem Bereich zwischen 5 Meter und 35 Meter, bevorzugt zwischen 10 und 35 Metern und insbesondere bevorzugt zwischen 10 und 30 Metern aufweisen.
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In Bezug auf Richtungsangaben und Achsen, insbesondere auf Richtungsangaben und Achsen, die den Verlauf von physischen Strukturen betreffen, wird hierin unter einem Verlauf einer Achse, einer Richtung oder einer Struktur „entlang“ einer anderen Achse, Richtung oder Struktur verstanden, dass diese, insbesondere die sich in einer jeweiligen Stelle der Strukturen ergebenden Tangenten jeweils in einem Winkel von kleiner 45 Grad, bevorzugt kleiner 30 Grad und insbesondere bevorzugt parallel zueinander verlaufen.
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In Bezug auf Richtungsangaben und Achsen, insbesondere auf Richtungsangaben und Achsen, die den Verlauf von physischen Strukturen betreffen, wird hierin unter einem Verlauf einer Achse, einer Richtung oder einer Struktur „quer“ zu einer anderen Achse, Richtung oder Struktur verstanden, dass diese, insbesondere die sich in einer jeweiligen Stelle der Strukturen ergebenden Tangenten jeweils in einem Winkel von größer oder gleich 45 Grad, bevorzugt größer oder gleich 60 Grad und insbesondere bevorzugt senkrecht zueinander verlaufen.
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Unter einem „flächigen Halbzeug“ wird hierin allgemein eine sich flächig erstreckende Komponente angesehen, die zur Ausbildung eines Strukturbauteils vorgesehen ist, insbesondere eine Komponente mit einem Umfangsrand, welcher zwei entgegengesetzt orientierte Hauptflächen der Komponente verbindet, wobei der Umfangsrand eine Oberfläche mit vernachlässigbarem Flächeninhalt verglichen mit einem Flächeninhalt der Hauptflächen aufweist.
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Hierin wird unter einem „faserverstärkten Thermoplatmaterial“, einem „thermoplastischen Fasermaterial“ oder einem „thermoplastischen Faserverbundwerkstoff“ allgemein ein Werkstoff verstanden, der aus einer Vielzahl von insbesondere fadenförmigen oder fadenstückförmigen Verstärkungsfasern, wie beispielsweise Kohle-, Glas-, Keramik-, Aramid-, Bor-, Mineral-, Natur- oder Kunststofffasern oder Mischungen aus diesen gebildet ist, wobei die Verstärkungsfasern in ein Harz- oder Matrixmaterial aus einem thermoplastischen Kunststoff eingebettet sind.
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Werkzeugvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung während eines Schritts eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 die Werkzeugvorrichtung aus 1 während eines weiteren Schritts des Verfahrens;
- 3 eine Draufsicht auf ein Formwerkzeugteil der in 1 gezeigten Werkzeugvorrichtung; und
- 4 eine schematische Darstellung eines Luftfahrzeugs in einer Draufsicht, welches Strukturbauteile aufweist, die durch das Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt sind.
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In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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4 zeigt in schematischer Weise eine Draufsicht auf ein Luftfahrzeug 3. Das Luftfahrzeug 3 weist einen eine Luftfahrzeuglängsachse L3 definierenden Rumpf 300 auf. Der Rumpf 300 weist eine Außenhaut 301 auf, welche durch mehrere Strukturbauteile 2 zusammengesetzt ist. Die Strukturbauteile 2 bilden Außenhautsegmente und können, je nach lokaler Querschnittsform des Rumpfs 300, insbesondere als halbschalenförmige Komponenten ausgebildet sein. In 4 ist beispielhaft dargestellt, dass eine Oberseite der Außenhaut 301 eines in Bezug auf die Luftfahrzeuglängsachse L3 zentralen Rumpfbereichs aus insgesamt vier Strukturbauteilen 2 zusammengesetzt ist. Diese weisen hierbei jeweils eine Länge I in einem Bereich zwischen 5 Meter und 35 Meter, insbesondere zwischen 10 Meter und 35 Meter auf.
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Die 1 bis 3 zeigen eine Werkzeugvorrichtung 1 zur Herstellung der Strukturbauteile 2. In den 1 und 2 ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung der Strukturbauteile 2 dargestellt.
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Wie in 1 beispielhaft dargestellt, weist die Werkzeugvorrichtung 1 ein Formwerkzeugteil 10, eine Heizeinrichtung 20, eine Folie 30 und ein Spannsystem 40 auf.
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Das Formwerkzeugteil 10 weist eine Konturoberfläche 10a auf, deren Oberflächenverlauf der Form des herzustellenden Strukturbauteils 2 entspricht. Das in 1 beispielhaft dargestellte Formwerkzeugteil 10 weist ein Basisteil 12 in Form eines platten- oder blockförmigen Sockels und ein Formteil 14 auf, an welchem die Konturoberfläche 10a ausgebildet ist. Das Formteil 14 kann insbesondere an dem Basisteil 12 befestigt sein, optional durch eine lösbare Verbindung, wie z.B. Schrauben (nicht dargestellt) oder dergleichen. Dadurch können vorteilhaft verschiedene Formteile 14, die jeweils Konturoberflächen 10a mit verschiedenen Oberflächenverläufen aufweisen, an das Basisteil 12 gekoppelt werden. Alternativ können Basisteil 12 und Formteil 14 auch einstückig ausgebildet sein. Allgemein springt das Formteil 14 gegenüber dem Basisteil 12 vor.
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Wie in 3 erkennbar ist, welche eine Draufsicht auf die Konturoberfläche 10a zeigt, erstreckt sich die Konturoberfläche 10a in einer Werkzeuglängsrichtung L1. Insbesondere weist die Konturoberfläche 10a eine sich entlang der Werkzeuglängsrichtung L1 erstreckende erste Längsseite 10A und eine sich ebenfalls entlang der Werkzeuglängsrichtung L1 erstreckende zweite Längsseite 10B auf. Die erste und die zweite Längsseite 10A, 10B sind in Bezug auf eine Werkzeugquerrichtung C1, welche sich quer zur Werkzeuglängsrichtung L1 erstreckt, einander gegenüber gelegen. Die erste und die zweite Längsseite 10A, 10B der Konturoberfläche 10a können entlang der Werkzeuglängsrichtung L1 jeweils eine Länge l1, l2 in einem Bereich zwischen 10 Meter und 35 Meter aufweisen. In Bezug auf die Werkzeugquerrichtung C1 sind die erste und die zweite Längsseite 10A, 10B zueinander vorzugsweise in einen Abstand a10 in einem Bereich zwischen 1,5 Meter und 4 Meter angeordnet. Dadurch können an dem Formwerkzeugteil 10 relativ große, flächige Strukturbauteile 2 hergestellt werden, wie nachfolgend noch im Detail erläutert wird.
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Wie in 1 beispielhaft dargestellt ist, kann die Konturoberfläche 10a zwischen der ersten und der zweiten Längsseite 10A, 10B beispielsweise konvex gekrümmt sein. Generell springt die Konturoberfläche 10a gegenüber einer Basisfläche 12a des Basisteils 12 in einer Werkzeughochrichtung H1 vor, die sich quer zu der Basisfläche 12a bzw. quer zu der Werkzeuglängsrichtung L1 erstreckt. Wie in 2 weiterhin dargestellt ist, weist die Konturoberfläche 10a optionale Längsausnehmungen 11 auf, die sich entlang der Werkzeuglängsrichtung L1 erstrecken. Wie in 3 erkennbar ist, erstrecken sich die optionalen Längsausnehmungen 11 vorzugsweise über die gesamte Länge l1, l2 der Konturoberfläche 10a.
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Wie in 1 schematisch dargestellt und nachfolgend noch erläutert wird, dient die Konturoberfläche 10a zur Aufnahme und Verformung eines Halbzeugs 4, aus welchem ein Strukturbauteil 2 hergestellt wird. Die optionalen Längsausnehmungen 11 sind zur Aufnahme von an dem Halbzeug 4 ausgebildeten Versteifungsstrukturen 5, z.B. von sogenannten Stringern, vorgesehen.
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Die Folie 30 ist derart dimensioniert, dass mit ihr die Konturoberfläche 10a abdeckbar ist, vorzugsweise vollständig. Die Folie 30 dient zum Andrücken bzw. zum flächigen Anlegen des Halbzeugs 4 an die Konturoberfläche 10a. Die Folie 30 ist aus einem elastisch verformbaren Material, z.B. einem Silikonmaterial gebildet.
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Wie in 1 schematisch dargestellt ist, weist das Spannsystem 40 eine erste Spanneinrichtung 41 und eine zweite Spanneinrichtung 42 auf. Die Spanneinrichtungen 41, 42 sind jeweils in Bezug auf die Werkzeugquerrichtung C1 seitlich der Konturoberfläche 10a angeordnet. Die erste Spanneinrichtung 41 an der ersten Längsseite 10A der Konturoberfläche 10a des Formwerkzeugteils 10 angeordnet. Die zweite Spanneinrichtung 42 ist an der zweiten Längsseite 10B der Konturoberfläche 10b angeordnet. Die Spanneinrichtungen 41, 42 können insbesondere an das Formwerkzeugteil 10 gekoppelt sein, z.B. an diesem befestigt oder angebracht. Wie in den 1 bis 3 beispielhaft dargestellt ist, können die Spanneinrichtungen 41, 42 insbesondere an dem Basisteil 12 angeordnet sein. Allgemein sind die Spanneinrichtungen 41, 42 derart angeordnet bzw. derart anordenbar oder bewegbar, dass die Konturfläche gegenüber einer Ebene E40, in welcher die Spanneinrichtungen 41, 42 angeordnet sind, zumindest 10a in Bezug auf die Werkzeughochrichtung H1 teilweise vorspringt.
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Wie in den 1 bis 3 beispielhaft dargestellt ist, können die Spanneinrichtungen 41, 42 jeweils als eine Spannrolle ausgebildet sein, welche jeweils um eine sich entlang der jeweiligen Längsseite 10A, 10B der Konturoberfläche 10a bzw. sich entlang der Werkzeuglängsrichtung L1 erstreckende Drehachse 43, 44 drehbar sind. Wie in 3 beispielhaft gezeigt ist, können sich die Spannrollen jeweils entlang der gesamten Länge der Konturoberfläche 10a erstrecken. Wie in 3 weiterhin erkennbar ist, sind zum Drehen der Spannrollen vorzugsweise Antriebseinrichtungen 45, 46 vorgesehen. In 3 ist beispielhaft eine erste Antriebseinrichtung 45 zum Antrieb der ersten Spanneinrichtung 41 und eine zweite Antriebseinrichtung 46 zum Antrieb der zweiten Spanneinrichtung 42 vorgesehen. Die Antriebseinrichtungen 45, 46 können beispielsweise als Elektromotoren realisiert sein.
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Wie in 1 erkennbar, ist die Folie 30 ist mit einem ersten Randbereich 31 an die erste Spanneinrichtung 41 und mit einem zweiten Randbereich 32 an die zweite Spanneinrichtung 42 koppelbar. Beispielsweise können an den Randbereichen 31, 32 der Folie 30 Ösen (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welche zur Kopplung an den Spanneinrichtungen 41, 42 in an diesen vorgesehene Haken (nicht dargestellt), eingehängt werden. Selbstverständlich können auch andere Arten der Kopplung, insbesondere der Form- oder kraftschlüssigen Kopplung vorgesehen sein. Wenn die Folie 30 an die Spanneinrichtungen 41, 42 gekoppelt ist, deckt die Folie 30 die Konturoberfläche 10a ab, wie in 1 gezeigt ist. Die Spanneinrichtungen 41, 42 sind dazu eingerichtet, die Folie 30 relativ zu der Konturoberfläche 10a zu bewegen, insbesondere dazu, die Folie 30 in Richtung der Konturoberfläche 10a zu bewegen. Die Folie 30 ist durch die Spanneinrichtungen 41, 42 elastisch verformbar ist, um das Halbzeug 4 zur Verformung flächig an die Konturoberfläche 10a anzudrücken. Beispielsweise können hierzu die als Spannrollen ausgeführten Spanneinrichtungen 41, 42 um deren Drehachsen 41, 42 gedreht werden, sodass die Folie 30 auf die Spannrollen aufgewickelt wird.
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Die Heizeinrichtung 20 dient zum Erwärmen des flächigen Halbzeugs 4. Wie in den 1 und 2 schematisch dargestellt ist, kann die Heizeinrichtung 20 insbesondere als eine flächige Heizmatte 21 ausgebildet sein. Die Heizmatte ist vorzugsweise derart dimensioniert, dass die Konturoberfläche 10a des Formwerkzeugteils 10 vollständig mit der Heizmatte 21 abdeckbar ist, wie dies in 2 beispielhaft dargestellt ist.
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Ein Verfahren zur Herstellung der flächigen Strukturbauteile 2 für das Luftfahrzeug 3 wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die voranstehend beschriebene Vorrichtung erläutert.
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Zunächst wird ein flächiges Halbzeugs 4 auf die Konturoberfläche 10a des Formwerkzeugteils 10 aufgelegt, wie dies in 1 beispielhaft dargestellt ist. Das Halbzeug 4 ist aus einem faserverstärkten Thermoplastmaterial gebildet. Optional ist das Halbzeug 4 bereits teilweise vorgeformt. Das Halbzeug 4 weist einen ersten Seitenbereich 4A und einen diesem gegenüberliegenden zweiten Seitenbereich 4B auf. Der erste Seitenbereich 4A wird im Bereich der ersten Längsseite 10A auf die Konturoberfläche 10a aufgelegt. Der zweite Seitenbereich 4B wird im Bereich der zweiten Längsseite 10B auf die Konturoberfläche 10a aufgelegt. Die Seitenbereiche 4A, 4B des Halbzeugs 4 können jeweils eine Länge in einem Bereich zwischen 5 Meter und 35 Meter, vorzugsweise zwischen 10 Meter und 35 Meter aufweisen. Die optional dem Halbzeug 4 ausgebildeten Versteifungsstrukturen 5 werden in die optionalen Längsausnehmungen 11 der Konturoberfläche 10a eingesetzt.
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Wie in 1 außerdem gezeigt ist, wird das Halbzeugs 4 mit der Folie 30 abgedeckt. Die Folie 30 wird mit ihrem ersten Randbereich 31 an die erste Spanneinrichtung 41 und mit ihrem zweiten Randbereich 32 an die zweite Spanneinrichtung 42 gekoppelt. Anschließend erfolgt ein elastisches Verformen der Folie 30 mittels der Spanneinrichtungen 41, 42 derart, dass das Halbzeug 4 flächig an die Konturoberfläche 10a des Formwerkzeugteils 10 angedrückt wird. Hierzu werden die Spanneinrichtungen 41, 42 derart angeordnet bzw. derart bewegbar, dass die Folie 30 in Richtung der Ebene E40 bewegt wird. Beispielsweise kann eine oder beide der als Spannrollen ausgeführten Spanneinrichtungen 41, 42 um deren jeweilige Drehachse 43, 44 gedreht werden, wie dies in 2 durch die Pfeile P1 und P2 schematisch dargestellt ist. Die durch die Pfeile P1 und P2 schematisch dargestellte Drehrichtung ist dabei derart, dass die Folie 30 auf die Spannrollen aufgewickelt wird. Dadurch wird die sich in Bezug auf die Werkzeugquerrichtung C1 zwischen den Spanneinrichtungen 41, 42 befindliche Materialmenge der Folie 30 verringert, der sich zwischen den Spanneinrichtungen 41, 42 befindliche Teil der Folie 30 wird in Richtung der Ebene E40 bewegt und die Folie 30 wird an das Halbzeug 4 angelegt. In der Folge wird das Halbzeug 4 fest an die Konturoberfläche 10a angedrückt und erhält dadurch die von der Konturoberfläche 10a vorgegeben Form, wie in 2 beispielhaft dargestellt. Wie in 2 erkennbar ist, wird der erste Seitenbereich 4A des Halbzeugs 4A im Bereich der ersten Längsseite 10A an die Konturoberfläche 10a des Formwerkzeugs 10 und der zweite Seitenbereich 4B des Halbzeugs 4 im Bereich der zweiten Längsseite 10B an die Konturoberfläche 10a des Formwerkzeugs 10 angedrückt.
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Weiterhin erfolgt ein Erwärmen des Halbzeugs 4 mittels der Heizeinrichtung 20 auf eine Temperatur, bei welcher das Thermpolastmaterial thermoplastisch verformbar ist. Hierzu kann beispielsweise die als Heizmatte 21 ausgeführte Heizeinrichtung 20 auf die Folie 30 aufgelegt werden, wie dies in 2 schematisch dargestellt ist. Optional kann die Heizmatte 21 auch direkt auf das Halbzeug 4 aufgelegt werden, bevor dieses mit der Folie 30 abgedeckt wird. Durch die Erwärmung des Thermoplastmaterials, z.B. auf eine Temperatur im Fließtemperaturbereich des Materials, wird dieses plastisch verformbar und erhält somit durch die von der Folie 30 ausgeübte Kraft die Form der Konturoberfläche 10a.
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Auf diese Weise lassen sich insbesondere große, flächige Strukturbauteile 2 mit einer Länge in einem Bereich zwischen 5 und 35 Metern besonders effizient herstellen. Durch die Elastizität der Folie 30 werden infolge der Erwärmung auftretende Längenänderungen problemlos ausgeglichen. Weiterhin können auch verschiedene Formen der Strukturbauteile 2 mit ein und derselben Folie 30 hergestellt werden. Die elastische Verformung der Folie 30 mittels eines mechanischen Spannsystems sorgt insbesondere für einen konstruktiv einfachen Aufbau der Werkzeugvorrichtung 1.
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Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkzeugvorrichtung
- 2
- Strukturbauteil
- 3
- Luftfahrzeug
- 4
- Halbzeug
- 4A
- erster Seitenbereich des Halbzeugs
- 4B
- zweiter Seitenbereich des Halbzeugs
- 5
- Versteifungsstrukturen
- 10
- Formwerkzeugteil
- 10a
- Konturoberfläche
- 10A
- erste Längsseite der Konturoberfläche
- 10B
- zweite Längsseite der Konturoberfläche
- 11
- Längsausnehmungen
- 12
- Basisteil
- 12a
- Basisfläche
- 14
- Formteil
- 20
- Heizeinrichtung
- 30
- Folie
- 31
- erster Randbereich der Folie
- 32
- zweiter Randbereich der Folie
- 40
- Spannsystem
- 41
- erste Spanneinrichtung
- 42
- zweite Spanneinrichtung
- 43
- Drehachse der ersten Spanneinrichtung
- 44
- Drehachse der zweiten Spanneinrichtung
- 45
- erste Antriebseinrichtung
- 46
- zweite Antriebseinrichtung
- 300
- Rumpf
- 301
- Außenhaut
- a10
- Abstand der ersten und der zweiten Längsseite
- C1
- Werkzeugquerrichtung
- E40
- Ebene
- H1
- Werkzeughochrichtung
- l
- Länge des Strukturbauteils
- L1
- Werkzeuglängsrichtung
- l1
- Länge der ersten Längsseite
- l2
- Länge der zweiten Längsseite
- L3
- Luftfahrzeuglängsachse
- P1, P2
- Pfeile
