DE102020134629A1

DE102020134629A1 - Verfahren zur Herstellung einer Außenverkleidung für Flugobjekte

Info

Publication number: DE102020134629A1
Application number: DE102020134629.8A
Authority: DE
Inventors: Olaf Steffen; Christian Ückert
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-06-23
Also published as: FR3117923A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Außenverkleidung aus einem Faserverbundwerkstoff für ein Flugobjekt, wobei die Außenverkleidung eine Öffnung für eine Türeinrichtung hat. Das Verfahren umfasst die Schritte:- Bereitstellen eines Formwerkzeuges zur Herstellung der Außenverkleidung mit Öffnung derart, dass das Formwerkzeug eine flächige, formgebende Werkzeugoberfläche zur Bildung einer äußeren Strömungsoberfläche der Außenverkleidung mit Öffnung aufweist und in der Werkzeugoberfläche im Bereich der herzustellenden Öffnung ein Kernwerkzeug hat, welches von der übrigen Werkzeugoberfläche um ein Türdickenmaß heraussteht,- Einbringen eines ersten Fasermaterials in das Formwerkzeug, indem das erste Fasermaterial auf die Werkzeugoberfläche in einem Öffnungsrandabschnitt um das Kernwerkzeug herum keilförmig in Richtung Kernwerkzeug ansteigend abgelegt wird,- Einbringen wenigstens eines zweiten Fasermaterials in das Formwerkzeug, indem das zweite Fasermaterial auf die Werkzeugoberfläche außerhalb des Öffnungsrandabschnittes und auf das bereits eingebrachte erste Fasermaterial im Öffnungsrandabschnitt derart abgelegt wird, dass das zweite Fasermaterial über das Kernwerkzeug ragt, um einen innenliegenden Öffnungsanschlag an der Außenverkleidung mit Öffnung zu bilden,- Herstellen der Außenverkleidung mit Öffnung durch Konsolidieren des das Fasermaterial einbettenden unkonsolidierten Matrixmaterials.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Außenverkleidung aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial für ein Flugobjekt, wobei die Außenverkleidung eine äußere Strömungsoberfläche, eine der äußeren Strömungsoberfläche gegenüberliegende Innenseite und in der Strömungsoberfläche eine Öffnung für eine Türeinrichtung zum Öffnen und Schließen der Öffnung hat, die in einer geschlossenen Position den Teil der äußeren Strömungsoberfläche der Öffnung bildet.
Die Erfindung betrifft ebenso eine Außenverkleidung hierzu.
Die Außenverkleidung eines Flugobjektes ist eine Art Hülle bzw. eine Art Gehäuse, um den Innenraum bzw. Innenbereich eines Flugobjektes zu schützen und den Innenbereich von dem Außenbereich, der das Flugobjekt umgibt, abzugrenzen. Dem Außenbereich zugewandt weist eine solche Außenverkleidung eine (aerodynamische) Strömungsoberfläche auf, die von einem Außenmedium umströmbar ist. Eine solche Außenverkleidung dient demnach dazu, einen Innenbereich des Flugobjektes von einem Außenbereich des Flugobjektes abzugrenzen, wobei die Außenverkleidung eine äußere Strömungsoberfläche hat, die dem Außenbereich zugewandt und von einem Außenmedium umströmbar ist, und eine der äußeren Strömungsoberfläche gegenüberliegenden und dem Innenbereich zugewandten Innenseite hat.
Die Außenverkleidung eines Flugobjektes, beispielsweise eines Flugzeuges, wird im Bereich des Rumpfes und der Flügel auch Haut bzw. Flugzeughaut genannt. Aber auch an anderen Positionen, wie beispielsweise den Triebwerken, werden die technischen Elemente im Innenraum durch eine Außenverkleidung geschützt. Im Bereich der Triebwerke wird eine derartige Außenverkleidung auch als Nacelle bezeichnet. Nur so ist ein sicherer Flugbetrieb gewährleistet.
Insbesondere zu Wartungszwecken ist es oftmals notwendig, einen Zugriff vom Außenbereich in den Innenbereich des Flugobjektes zu erhalten. So befinden sich an der Außenverkleidung von Triebwerken in der Regel ein oder mehrere Zugriffstüren (auch Access Doors genannt), um so beispielsweise Wartungstätigkeiten an den Triebwerken durchführen zu können. Da sich diese Zugriffstüren innerhalb der Strömungsoberfläche der Außenverkleidung befinden, müssen diese Zugriffstüren in den Außenverkleidungen so befestigt werden, dass ein versehentliches oder ungewolltes Öffnen im Flugbetrieb vermieden wird.
Derartige Zugriffstüren bzw. Wartungstüren sind in der Regel keine Zutrittstüren, durch die ein Mensch hindurch treten und so den Innenraum des Flugobjektes betreten oder verlassen kann. Bei den Zugriffstüren bzw. Wartungstüren handelt es sich demnach nicht um die klassische Flugzeugtür, die beispielsweise beim Boarding zum Betreten des Flugzeuges durch Passagiere und Crew genutzt wird. Vielmehr handelt es sich um Zugriffselemente, durch die einem Techniker die Gelegenheit gegeben werden soll, an die hinter der Außenverkleidung liegenden technischen Elemente zu gelangen. Es handelt sich bei derartigen Zugriffstüren bzw. Wartungstüren um Türelemente in der Außenverkleidung, die im Bedarfsfall geöffnet werden können und so den Zugriff auf dahinterliegende technische Elemente des Flugobjektes ermöglichen.
Solche Zugriffstüren bzw. Wartungstüren werden dabei in der Praxis häufig durch Verschrauben oder Vernieten befestigt, sodass bei einem Zugriff auf die dahinter liegenden technischen Elemente zunächst die Verschraubung bzw. Vernietung gelöst und die Zugriffstüren bzw. Wartungstür dann händisch entnommen werden müssen. Es sind aber auch Zugriffstüren bzw. Wartungstüren in der Praxis bekannt, die an einem Scharnier befestigt sind und über ein oder mehrere Hebel geöffnet werden können. Solche Zugriffstüren bzw. Wartungstüren finden sich dabei sehr häufig an der Außenverkleidung von Flugzeugturbinen.
Solche aus der Praxis bekannten Befestigungskonzepte zum lösbaren Befestigen solcher Zugriffstüren bzw. Wartungstüren haben den entscheidenden Nachteil, dass die zur Befestigung der Tür gewählten Elemente, wie beispielsweise Scharniere, Hebel oder Schrauben an der Außenseite der Außenverkleidung abstehen und somit ein Hindernis in der Strömungsoberfläche der Außenverkleidung darstellen. Hierdurch wird die natürliche Laminarhaltung der Umströmung der äußeren Strömungsoberfläche gestört und es kommt zu einem vorzeitigen Umschlag der laminaren Grenzschichtströmung zu einer turbulenten Grenzschichtströmung.
Es hat sich gezeigt, dass durch einen höheren Anteil laminar umströmbarer Oberflächen der Reibungswiderstand von Flugobjekten im Flugbetrieb signifikant gesenkt werden kann. Die natürliche Laminarhaltung setzt eine störungsfreie Strömungsoberfläche voraus, in der sich keine Störobjekte, wie beispielsweise Welligkeiten, Stufen sowie Köpfe von Verbindungselementen, konventionelle Griffe und Scharniere, befinden, die einen vorzeitigen Umschlag in eine turbulente Grenzschichtströmung begünstigen.
1 zeigt eine Abbildung einer Zugriffstür bzw. Wartungstür in der Außenverkleidung einer Triebwerksverkleidung sowie einen schematischen Querschnitt. Dieses Befestigungskonzept, wie es in 1 gezeigt ist, wird dabei sehr häufig im Stand der Technik zur Befestigung von Zugriffstüren bzw. Wartungstüren an einer Triebwerksverkleidung verwendet. An der Innenseite der Außenverkleidung wird dabei eine Auflage bzw. ein Anschlag montiert, der mithilfe von durch die äußere Strömungsoberfläche geführten Nieten an der Außenverkleidung befestigt ist. Die hierfür verwendeten Niete sind im Randbereich der Öffnung der Außenverkleidung in 1 sichtbar. Diese Auflage bzw. dieser Anschlag weist dabei ebenfalls eine Öffnung auf, die kleiner ist als die durch die jeweilige Zugriffstür bzw. Wartungstür zu verschließende Öffnung in der Strömungsoberfläche der Außenverkleidung. Hierdurch kann die Zugriffstür bzw. Wartungstür auf die in die Öffnung hineinragende Auflage geschraubt werden, sodass diese jederzeit entfernt und der Zugriff auf die dahinter liegenden technischen Elemente möglich wird. Die in 1 verwendeten Schrauben sind dabei im Randbereich der Zugriffstür bzw. Wartungstür sichtbar.
Das in der 1 als Stand der Technik gezeigte Befestigungskonzept weist dabei mehrere Nachteile auf. So wird durch die in der äußeren Strömungsoberfläche befindlichen Befestigungsmittel der Umschlag von einer laminaren Grenzschichtströmung in eine turbulente Grenzschichtströmung begünstigt. Denn sowohl die Auflage bzw. der Anschlag als auch die eigentliche Zugriffstür sind mithilfe von Befestigungsmitteln befestigt, die durch die äußere Strömungsoberfläche der Außenverkleidung hindurchgeführt sind und somit eine Störung der äußeren Strömungsoberfläche darstellen. Zugriffstüren, die in der Außenverkleidung in Strömungsrichtung am Anfang vorgesehen sind, begünstigen demnach ein sehr frühes Umschlagen der laminaren Grenzschichtströmung in eine turbulente Grenzschichtströmung, wodurch der Reibungswiderstand erhöht wird.
Ein weiteres Problem derartiger Befestigungskonzepte entsteht häufig am Übergang zwischen der Außenverkleidung und der Zugriffstür. Aufgrund von Schwankungen der Bauteildicke, die sich insbesondere bei der Herstellung der Außenverkleidung und der Zugriffstür aus einem Faserverbundwerkstoff oftmals ergeben, entsteht kein flacher, ebener bzw. bündiger Übergang von der Strömungsoberfläche der Außenverkleidung zu der Strömungsoberfläche der Zugriffstür. Vielmehr können sich hier aufgrund der schwankenden Bauteildicke von Außenverkleidung und/oder Zugriffstür Stufen ausbilden, die ebenfalls ein frühes Umschlagen der laminaren Grenzschichtströmung in eine turbulente Grenzschichtströmung begünstigen.
Bei der Verwendung eines Faserverbundwerkstoffes ergibt sich darüber hinaus das Problem, dass jedes durch das Fasermaterial hindurchgeführte Befestigungsmittel eine Beschädigung des Faserverlaufes darstellt, wodurch die Stabilität des Bauteils beeinträchtigt wird. Dem wird durch Materialaufdickungen begegnet, was jedoch mehr Gewicht in das Flugobjekt einbringt.
Aus der WO 2013/000447 A1 ist ein Konzept für die nachträgliche Abdeckung von Verbindungselementen bekannt. Die Bolzen, mit denen die Flügelvorderkante und die Fügeoberfläche miteinander verbunden werden, liegen in einer Nut unterhalb der aerodynamischen Strömungsoberfläche. Nach der Montage wird die Nut bündig mit einer Füllmasse aufgefüllt und verschlossen.
Nachteil dieser Methode ist der erhöhte Aufwand für das exakte Auftragen der Füllmasse. Da marktübliche Füllmassen sowohl bei der Aushärtung als auch bei niedrigen Außentemperaturen, wie sie im Reiseflug von Verkehrsflugzeugen auftreten, stark schrumpfen, ergeben sich unter Flugbedingungen Abweichungen von der gewünschten Sollkontur, die die Erhaltung der laminaren Strömung stören können. Zudem ist es bei dieser Lösung erforderlich, bei einem ggf. notwendigen Austausch des Bauteils zunächst die Schrauben oder Bolzen unter der Füllmasse freizulegen. Letzteres ist insbesondere für die Verwendung an Zugriffstüren, die anders als z.B. Vorderkanten von Flügeln oder Leitwerken, regelmäßig demontiert bzw. geöffnet werden, in der der Praxis nicht sinnvoll. So wird die Zugriffstür zum Prüfen des Triebwerksölstandes z.T. täglich geöffnet, so dass das Auftragen von Füllmassen und Einhalten derer Aushärtezeiten bis zum nächsten möglichen Einsatz des Luftfahrzeuges nicht realistisch ist.
Aus der US 5,213,286 A ist ein Konzept für Zugriffstüren bzw. Wartungstüren mit einem Scharniermechanismus bekannt, der über eine Handkurbel betätigt wird. Der gesamte Scharniermechanismus befindet sich dabei im Innenraum des Flugobjektes und belegt dort nicht unerheblichen Raum, der den eigentlichen technischen Geräten nunmehr nicht mehr zur Verfügung steht. Außerdem wird durch den Scharniermechanismus weiteres Gewicht in das Flugobjekt eingebracht, was dem Prinzip des Leichtbaus, insbesondere durch die Verwendung eines Faserverbundwerkstoffes, entgegensteht. Ein weiterer Nachteil besteht in der Tatsache, dass die Wartungsklappe nach außen aufschwenkt, sodass der Einsatz in sehr verwinkelten Bereichen oder an im äußeren Bereich verbauten Positionen nicht denkbar scheint.
Ein ähnliches Konzept wird auch in der US 7,789,347 A beschrieben, das sich primär auf eine als Fan Cowling Door bezeichnete Struktur bezieht, die einen großflächigen Zugang zum in der Nacelle befindlichen Triebwerk ermöglichen soll. Die Tür schwingt hierbei nach vorne auf, wenn die Tür geöffnet werden soll. Im verschlossenen Zustand greift die Tür in eine Aufnahme, wobei mithilfe eines Aktuators oder einer Federvorspannung die Tür auf die hintere Auflage gedrückt wird.
Die US 5,368,258 beschreibt ein Konzept zur aktiven Laminarhaltung bei eigentlich widriger Strukturgestaltung. So wird das Problem großer Lücken zwischen der Zugriffstür und der umliegenden Struktur durch aktive Absaugung der Grenzschicht gelöst. Nachteilig hierbei ist, dass ein zusätzliches, komplexes technisches System in das Flugzeug eingebracht wird, was gewartet werden muss und zusätzliches Gewicht mit sich bringt. Mit dem Konzept des Leichtbaus ist dies nicht vereinbar.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Herstellungsverfahren für eine aus einem Faserverbundwerkstoff gebildete Außenverkleidung mit Zugriffstür für Flugobjekte anzugeben, mit dem Außenverkleidungen mit Zugriffstür für Flugobjekte hergestellt werden können, die eine laminare Grenzschichtströmung begünstigen.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren zur Herstellung einer solchen Außenverkleidung gemäß Anspruch 1 sowie einer Außenverkleidung gemäß Anspruch 14 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Außenverkleidung aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial für ein Flugobjekt beansprucht, wobei die Außenverkleidung eine äußere Strömungsoberfläche und eine der äußeren Strömungsoberfläche gegenüberliegende Innenseite und die in der Strömungsoberfläche eine Öffnung und eine Türeinrichtung zum Öffnen und Schließen der Öffnung hat, die in einer geschlossenen Position den Teil der äußeren Strömungsoberfläche der Öffnung bildet. Insbesondere wird die Innenseite in der Regel nicht von einem Außenmedium umströmt und ist nicht von außen sichtbar, während die Außenseite bzw. Strömungsoberfläche in der Regel von außen sichtbar ist.
Die Außenverkleidung weist demnach in der Strömungsoberfläche eine Öffnung auf, um einen Zugriff von dem Außenbereich in den Innenbereich des Flugobjektes zu ermöglichen. Die Außenverkleidung weist des Weiteren eine Türeinrichtung zum Öffnen und Schließen der Öffnung auf, die in einer geschlossenen Position den Teil der äußeren Strömungsoberfläche der Öffnung bildet. In der geschlossenen Position der Türeinrichtung wird demnach die gesamte Strömungsoberfläche der Außenverkleidung durch die Strömungsoberfläche der Türeinrichtung einerseits und der Strömungsoberfläche der übrigen Struktur der Außenverkleidung (Außenverkleidung mit Öffnung), die um die Öffnung herum vorgesehen ist, gebildet.
Der Faserverbundwerkstoff kann dabei zur Herstellung der Außenverkleidung derart bereitgestellt werden, dass anfänglich das Fasermaterial und das Matrixmaterial getrennt vorliegen, sodass von einem trockenen Fasermaterial gesprochen werden kann. Erst nach dem Einbringen des Fasermaterials in das betreffende Formwerkzeug wird dann in einem Infusionsprozess das Matrixmaterial in das trockene Fasermaterial infundiert. Der Faserverbundwerkstoff kann aber auch derart bereitgestellt werden, dass das Fasermaterial bereits mit dem Matrixmaterial infundiert ist, sodass von sogenannten Prepregs gesprochen werden kann. Das bereits mit dem Matrixmaterial infundierte Fasermaterial wird dabei in das betreffende Formwerkzeug eingebracht, ohne dass es anschließend eines entsprechenden Infusionsprozesses bedarf. Selbst verständlich kann dieser zusätzlich je nach verwendetem Faserverbundwerkstoff durchgeführt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Herstellung der Außenverkleidung mit Öffnung (bezeichnet die Außenverkleidung ohne die eingesetzte Türeinrichtung) zunächst ein Formwerkzeug zur Herstellung dieser Außenverkleidung bereitgestellt, welches eine flächige, formgebende Werkzeugoberfläche zur Bildung der äußeren Strömungsoberfläche der Außenverkleidung mit Öffnung aufweist. Die formgebende Werkzeugoberfläche ist dabei so ausgebildet, dass es die äußere Strömungsoberfläche der herzustellenden Außenverkleidung entsprechend abbilden kann.
In dieser formgebenden Werkzeugoberfläche befindet sich im Bereich der herzustellenden Öffnung der Außenverkleidung ein Kernwerkzeug, welches hinsichtlich der Form und Geometrie der Türeinrichtung entspricht. Das Kernwerkzeug steht dabei von der übrigen, das Kernwerkzeug umgebenden Werkzeugoberfläche um ein Türdickenmaß heraus, sodass in diesem Bereich zur Herstellung der Öffnung in der Außenverkleidung kein Fasermaterial abgelegt werden soll. Die Werkzeugoberfläche im Bereich des Kernwerkzeuges wird somit durch das Kernwerkzeug besetzt, um so die Öffnung der Außenverkleidung entsprechend bilden zu können.
Es wird nun ein erstes Fasermaterial in das Formwerkzeug eingebracht, indem das erste Fasermaterial auf der Werkzeugoberfläche in einem Öffnungsrandabschnitt um das Kernwerkzeug herum keilförmig in Richtung Kernwerkzeug ansteigend abgelegt wird. Dieses erste Fasermaterial, welches in das Formwerkzeug eingebracht wird, wird dabei innerhalb des Öffnungsrandabschnittes so abgelegt, dass von dem äußeren Rand des Öffnungsrandabschnittes ausgehend von der formgebenden Werkzeugoberfläche das abgelegte erste Fasermaterial kontinuierlich in Richtung oberer Rand des Kernwerkzeuges keilförmig ansteigt. Das erste Fasermaterial wird somit vom äußeren Rand des Öffnungsrandabschnittes in Richtung Kernwerkzeug rampenförmig auf die formgebende Werkzeugoberfläche im Öffnungsrandabschnitt abgelegt.
Das erste Fasermaterial ist somit nach dem Ablegen auf die formgebende Werkzeugoberfläche im Bereich des Öffnungsrandabschnittes rampenförmig in Richtung Kernwerkzeug ausgebildet, sodass ein homogener Verlauf von der formgebenden Werkzeugoberfläche außerhalb des Öffnungsrandabschnittes in Richtung Kernwerkzeug bis zum oberen Rand des Kernwerkzeuges, der um das Türdickenmaß von der formgebenden Werkzeugoberfläche heraussteht, gebildet wird. Insbesondere befinden sich in diesem homogenen Verlauf keine Stufen oder Kanten, sodass hierauf weiteres Fasermaterial abgelegt werden kann.
Im nächsten Schritt wird nun nach dem einbringen des ersten Fasermaterials ein weiteres zweites Fasermaterial in das Formwerkzeug eingebracht, indem das zweite Fasermaterial auf die Werkzeugoberfläche außerhalb des Öffnungsrandabschnittes und auf das bereits eingebrachte erste Fasermaterial im Öffnungsrandabschnitt derart abgelegt wird, dass das zweite Fasermaterial über das Kernwerkzeug ragt, um einen innenliegenden Öffnungsanschlag an der Außenverkleidung mit Öffnung zu bilden.
Die Rampe bzw. der Keil, der durch das erste Fasermaterial im Öffnungsrandabschnitt des Formwerkzeuges gebildet wurde, wird nun für die Ablage des zweiten Fasermaterials genutzt, die im Wesentlichen die eigentliche Struktur der Außenverkleidung bildet. Außerhalb des Öffnungsrandabschnittes wird das zweite Fasermaterial für die Bildung der äußeren Strömungsoberfläche genutzt, während im Öffnungsrandabschnitt das erste Fasermaterial die äußere Strömungsoberfläche bildet. Das zweite Fasermaterial wird dabei soweit in Richtung Kernwerkzeug über den Öffnungsrandabschnitt hinaus abgelegt, dass das zweite Fasermaterial zumindest teilweise über das Kernwerkzeug ragt und dieses zumindest teilweise abdeckt. Der Abschnitt des zweiten Fasermaterials, der über das Kernwerkzeug ragt, bildet einen Öffnungsanschlag, der von außen betrachtet innenliegend in den Bereich der Öffnung hineinragt, wenn das Bauteil entformt wurde.
Anschließend wird die Außenverkleidung hergestellt, indem das Matrixmaterial, welches das Fasermaterial einbettet, konsolidiert wird. Bereits konsolidiertes Matrixmaterial wird dabei nicht noch einmal konsolidiert.
Mithilfe des vorliegenden Herstellungsverfahrens werden zwei wesentliche Vorteile erzielt. Zum einen wird durch das Kernwerkzeug mit dem vorgegebenen Türdickenmaß, das einem Dickenmaß eines Türelementes der Türeinrichtung entspricht, im Bereich der Öffnung eine Anschlagstiefe (Abstand zwischen äußerer Strömungsoberfläche und Öffnungsanschlag) realisiert, die im Herstellungsprozess nicht abhängig ist von Dickenschwankungen des Faserverbundwerkstoffes. Vielmehr werden Dickenschwankungen so gering wie möglich gehalten, um die Einhaltung der Stufenhöhe so genau wie nur möglich zu realisieren. Dabei kann reproduzierbar und prozesssicher eine Anschlagstiefe in der Öffnung realisiert werden, die dem Dickenmaß des Türelementes der Türeinrichtung entspricht. Wird die Türeinrichtung mit dem Türelement in ähnlicher Präzision gefertigt, so bilden sich an der äußeren Strömungsoberfläche im geschlossenen Zustand der Türeinrichtung keinerlei Stufen oder Kanten, die einen Umschlag in eine turbulente Grenzschichtströmung begünstigen.
Zum anderen wird durch das Kernwerkzeug und das Ablegen des ersten Fasermaterials erreicht, dass der Öffnungsanschlag in der Öffnung der Außenverkleidung aus dem Material gebildet werden kann, welches außerhalb des Öffnungsrandabschnittes die äußere Strömungsoberfläche bildet. Im Bereich der Öffnung wird dasjenige Fasermaterial, welches außerhalb des Öffnungsrandabschnittes die äußere Strömungsoberfläche bildet, in Richtung Innenraum zurückgesetzt, sodass es keiner Notwendigkeit bedarf, einen zusätzlichen Anschlag an der Innenseite der Außenverkleidung mithilfe von durch die äußere Strömungsoberfläche geführten Befestigungsmitteln zu montieren. Auf derartige Befestigungsmittel, mit denen ein solcher Anschlag an der Innenseite der Außenverkleidung befestigt wird (siehe 1), kann somit verzichtet werden. Vielmehr wird der Öffnungsanschlag integral aus dem Fasermaterial des Kernwerkzeuges, welches außerhalb des Öffnungsrandabschnittes die äußere Strömungsoberfläche bildet, gebildet.
Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Verwendung von offenen Formwerkzeugkonzepten für die Herstellung der Außenverkleidung mit Öffnung. Denn bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren bedarf es keines geschlossenen Formwerkzeuges, um die Außenverkleidung mit der gewünschten Maßhaltigkeit herzustellen. Vielmehr kann auf ein offenes Formwerkzeug zurückgegriffen werden, obwohl offene Formwerkzeugkonzepte in der Praxis zu Schwankungen der Dickenmaße führen. So wird nach dem Einbringen aller Fasermaterialien ein Vakuumaufbau hergestellt, unter dem das eingebrachte Fasermaterial vakuumdicht eingeschlossen ist. Anschließend wird das Fasermaterial evakuiert und gegebenenfalls mit Matrixmaterial infundiert. Unter Druck- und/oder Temperaturbeaufschlagung, beispielsweise in einem Autoklaven, wird nun das Matrixmaterial unter dem Vakuumaufbau konsolidiert. Trotz der dabei entstehenden Schwankungen der Maßhaltigkeit in Dickenrichtung kann prozesssicher eine definierte Anschlagstiefe für die Türeinrichtung erreicht werden, um somit einer korrespondierenden Türeinrichtung eine entsprechende laminare Grenzschichtströmung zu begünstigen.
Die Türeinrichtung, mit der die Öffnung der Außenverkleidung verschlossen werden kann, weist dabei ein Türelement auf, welches hinsichtlich der flächigen Ausdehnung der Form und Geometrie der Öffnung entspricht und insbesondere im Rahmen von Toleranzen ein Dickenmaß hat, das dem Türdickenmaß bzw. der Anschlagtiefe entspricht. Des Weiteren kann die Türeinrichtung weitere Elemente aufweisen, um die Stabilität zu verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Formwerkzeug zur Herstellung der Außenverkleidung ein erstes Formwerkzeug ist, wobei ein zweites Formwerkzeuges zur Herstellung der passenden Türeinrichtung derart bereitgestellt wird, dass das zweite Formwerkzeug zur Bildung der äußeren Strömungsoberfläche der Türeinrichtung eine formgebende Werkzeugoberfläche und eine Kavität aufweist, deren Tiefenmaß dem Türdickenmaß des Kernwerkzeuges des ersten Formwerkzeuges entspricht, wobei Fasermaterial in das zweite Formwerkzeug durch Ablegen des Fasermaterial in die vorgesehene Kavität des zweiten Formwerkzeuges, und wobei die Türeinrichtung durch Konsolidieren des das Fasermaterial einbettenden Matrixmaterials hergestellt wird.
Hierdurch kann in einem weiteren Prozessschritt auch die Türeinrichtung hergestellt werden, um die Türeinrichtung für die Außenverkleidung bereitzustellen, wobei die Türeinrichtung mithilfe eines zweiten Formwerkzeuges hergestellt wird, welches eine Kavität mit einem Tiefenmaß aufweist, das dem Türdickenmaß des Kernwerkzeuges des ersten Formwerkzeuges entspricht. Der Grund der Kavität kann dabei eine formgebende Werkzeugoberfläche zur Bildung der äußeren Strömungsoberfläche der Türeinrichtung darstellen. Hierdurch kann prozesssicher eine Türeinrichtung hergestellt werden, deren Dickenmaß des Türelementes dem Türdickenmaß bzw. der Anschlagtiefe der Außenverkleidung mit Öffnung entspricht.
Aufgrund der Tatsache, dass beide Prozesse durch das Türdickenmaß aufeinander abgestimmt sind, wird eine Außenverkleidung mit einer Türeinrichtung hergestellt, bei der in der geschlossenen Position der Türeinrichtung keine Stufen oder Kanten existieren, die einen Umschlag von der laminaren Grenzschichtströmung in eine turbulente Grenzschichtströmung begünstigen.
Gemäß einer Ausführungsform hierzu ist vorgesehen, dass ein zumindest teilweises geschlossenes zweites Formwerkzeug bereitgestellt wird, das eine erste Formwerkzeughälfte mit der Kavität und wenigstens eine zweite Formwerkzeughälfte hat, wobei nach dem Einbringen des Fasermaterials in die Kavität der ersten Formwerkzeughälfte mittels der mindestens zweiten Formwerkzeughälfte das zweite Formwerkzeug geschlossen wird, so dass das Fasermaterial zumindest in einem an den Rand der Kavität angrenzenden Randabschnitt von der zweiten Formwerkzeughälfte abgedeckt wird.
Durch die Verwendung eines geschlossenen Formwerkzeuges ausschließlich für die Türeinrichtung können die Kosten für die Herstellung einer Außenverkleidung mit Türeinrichtung signifikant gesenkt werden, da die Außenverkleidung mit Öffnung in einem offenen Formwerkzeugkonzept hergestellt werden kann. Das geschlossene Formwerkzeug für die Türeinrichtung ist dabei günstiger in der Herstellung und liefert prozesssicher die entsprechende Maßhaltigkeit der Türdicke, die mit dem Türdickenmaß bzw. der Anschlagstiefe der Außenverkleidung korrespondieren muss.
So kann prozesssicher eine Außenverkleidung mit Türeinrichtung hergestellt werden, die eine laminare Grenzschichtströmung begünstigt.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Formwerkzeug zur Herstellung der Außenverkleidung ein erstes Formwerkzeug ist, wobei ein zweites Formwerkzeug zur Herstellung der passenden Türeinrichtung derart bereitgestellt wird, dass das zweite Formwerkzeug zur Bildung der äußeren Strömungsoberfläche der Türeinrichtung eine formgebende Werkzeugoberfläche aufweist, wobei Fasermaterial in das zweite Formwerkzeug eingebracht wird, indem Fasermaterial auf die Werkzeugoberfläche des zweiten Formwerkzeuges abgelegt wird, um eine Faserpreform für die Herstellung der Türeinrichtung zu bilden, wobei eine Vakuumabdeckung über der Faserpreform erstellt und die Türeinrichtung durch Konsolidieren des das Fasermaterial einbettenden Matrixmaterials hergestellt wird, und wobei mittels einer Sensoreinrichtung kontinuierlich während des Konsolidierens des Matrixmaterials die Dicke der Faserpreform detektiert und mittels einer Steuereinrichtung Parameter des Konsolidierungsprozesses in Abhängigkeit von der detektierten Dicke der Faserpreform und einer vorgegebenen Soll-Dicke angepasst werden.
In dieser Ausführungsform kann für die Herstellung der Türeinrichtung ebenfalls ein offenes Formwerkzeugkonzept verwendet werden, wobei die Dicke des Türelementes bzw. der Türeinrichtung mithilfe einer Sensoreinrichtung überwacht wird. Wird nun eine Abweichung von einer vorgegebenen Soll-Dicke mithilfe der Sensoreinrichtung erfasst, so werden mittels einer Steuereinrichtung während des Konsolidierungsprozesses die einstellbaren Parameter dieses Prozesses angepasst bzw. verändert, um so die vorgegebene Soll-Dicke anzunähern. Einstellbare Parameter eines solchen Prozesses können beispielsweise die Parameter eines Autoklavprozesses sein. Hierbei können insbesondere Parameter wie der Temperaturverlauf und/oder der Druckverlauf bzw. die Temperatur und/oder der Druck angepasst werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach Bereitstellen einer passenden Türeinrichtung (bspw. durch Herstellen) die Türeinrichtung in die Öffnung der hergestellten Außenverkleidung eingesetzt und in einem Türrandabschnitt an dem gebildeten Öffnungsanschlag der Außenverkleidung insbesondere lösbar angeordnet wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die Türeinrichtung an dem Öffnungsanschlag der Außenverkleidung klebend angeordnet wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Türeinrichtung mittels mehrerer mechanischer Verbindungselemente an dem Öffnungsanschlag der Außenverkleidung kraft- und/oder formschlüssig angeordnet wird, indem die Verbindungselemente im Türrandabschnitt der Türeinrichtung von außen durch den Türrandabschnitt der Türeinrichtung in den Öffnungsanschlag der Außenverkleidung eingesetzt werden.
Bei dieser Ausführungsform wird die Türeinrichtung mithilfe von Schrauben oder Nieten, die durch die äußere Strömungsoberfläche der Türeinrichtung hindurchgeführt sind, an dem innenliegenden Öffnungsanschlag kraft- und/oder formschlüssig befestigt. Im Bedarfsfall können die Verbindungselemente gelöst und die Türeinrichtung entnommen werden, um so einen Zugang in den Innenraum zu ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die Verbindungselemente nur an zwei gegenüberliegenden Seiten des Türrandabschnittes eingesetzt werden. An den beiden übrigen Seiten des Türrandabschnittes werden dabei keine Verbindungselemente eingesetzt.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die beiden Seiten des Türrandabschnittes, an denen die Verbindungselemente vorgesehen sind, entlang einer Hauptströmungsrichtung, mit der die äußere Strömungsoberfläche im bestimmungsgemäßen Gebrauch angeströmt wird, verlaufen. Die Verbindungselemente liegen dann in Hauptströmungsrichtung betrachtet hintereinander, wodurch der negative Einfluss dieser Verbindungselemente, die in der äußeren Strömungsoberfläche eine Störung darstellen, auf ein Minimum reduziert werden kann. Dadurch entsteht nur entlang dieser Seiten ein Umschlag in eine turbulente Grenzschichtströmung, während in den übrigen Bereichen der Türeinrichtung auch weiterhin eine laminare Grenzschichtströmung begünstigt wird.
Die beiden übrigen Seiten des Türrandabschnittes, die nicht mit den Verbindungselementen versehen sind, liegen dabei quer zur Hauptström ungsrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Formwerkzeug zur Herstellung der Außenverkleidung derart bereitgestellt wird, dass die flächige, formgebende Werkzeugoberfläche eine Krümmung in zumindest eine Krümmungsrichtung zur Bildung einer gekrümmten äußeren Strömungsoberfläche der Außenverkleidung hat, wobei eine Türeinrichtung mit einer Krümmung in diese zumindest eine Krümmungsrichtung bereitgestellt wird, deren Krümmung geringer ist als die Krümmung der Außenverkleidung.
Wird die Türeinrichtung nun in die Öffnung der Außenverkleidung eingesetzt, wobei die Öffnung ebenfalls der Krümmung der Außenverkleidung folgt, so kann die Türeinrichtung umlaufend mit Ihrem Türanschlag nur dann an dem Öffnungsanschlag der Außenverkleidung anliegen, wenn die Türeinrichtung die Krümmung der Außenverkleidung annimmt. Es ist daher besonders vorteilhaft, wenn die Türeinrichtung nur an denjenigen Seiten des Türrandabschnittes an dem Öffnungsanschlag der Außenverkleidung befestigt wird, die das jeweilige Ende der Krümmung darstellen. So kann die Türeinrichtung unter Spannung in die Öffnung der Außenverkleidung eingesetzt werden, wodurch die Türeinrichtung an den beiden übrigen Seiten an dem Öffnungsanschlag anliegt und dort angedrückt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Keileinleger aus dem ersten Fasermaterial bereitgestellt wird, der eine Ausnehmung für das Kernwerkzeug hat, wobei der Keileinleger auf die Werkzeugoberfläche im Öffnungsrandabschnitt abgelegt wird, indem das Kernwerkzeug in die Ausnehmung des Keileinlegers geführt wird.
Der Keileinleger wird dabei aus dem ersten Fasermaterial gebildet und wird am Stück in das Formwerkzeug eingebracht. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Keileinleger in einem vorherigen Prozessschritt separat hergestellt wurde. Der Keileinleger kann dabei aus trockenen Fasermaterial, vorimprägnierten Fasermaterial (Prepregs), teilkonsolidiert, vorkonsolidiert oder vollständig konsolidiert bereitgestellt werden. Teilkonsolidiert meint hierbei, dass das Matrixmaterial in nur bestimmten Teilen des Keileinlegers konsolidiert ist. Vorkonsolidiert meint, dass das Matrixmaterial noch nicht vollständig konsolidiert ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Keileinleger aus einem Glasfasermaterial oder einem Kohlenstofffasermaterial als erstes Fasermaterial gebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens ein innenliegender Verschlussmechanismus bereitgestellt wird, der an der Innenseite der Außenverkleidung und an einer Innenseite der Türeinrichtung befestigt und mit einem von außen zugänglichen Betätigungshebel derart in Wirkverbindung gebracht wird, dass mittels des innenliegenden Verschlussmechanismus die Türeinrichtung von einer geöffneten Position in die geschlossene Position gebracht wird, in der die Türeinrichtung mit dem Türanschlag an den innenliegenden Öffnungsanschlag der Außenverkleidung gedrückt wird.
Hierdurch wird es möglich, dass die Türeinrichtung von innen gehalten wird, so dass auf durch die äußere Strömungsoberfläche geführte Verbindungselemente zur Befestigung der Türeinrichtung verzichtet werden kann. Lediglich der Betätigungshebel verbleibt in der äußeren Strömungsoberfläche, wodurch die Begünstigung einer turbulenten Grenzschichtströmung auf ein Minimum reduziert wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 Befestigungskonzept an einer Nacelle nach dem Stand der Technik
2a Schematische Darstellung der Herstellung der Außenverkleidung mit Öffnung
2b Darstellung einer Außenverkleidung hergestellt gemäß 2a
3 Schematische Darstellung der Herstellung der Türeinrichtung
4 Schematische Darstellung eines Befestigungskonzeptes nach einer ersten Ausführungsform
5 Schematische Darstellung eines Befestigungskonzeptes nach einer zweiten Ausführungsform

1 zeigt ein Befestigungskonzept an einer Außenverkleidung einer Triebwerksverkleidung, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dabei wird um die bestehende Öffnung herum, in die die Tür (auch Access Door genannt) eingesetzt werden soll, an der Innenseite eine Auflage montiert, die mithilfe von durch die äußere Strömungsoberfläche geführte Befestigungsmittel angeordnet ist. Auf den in die Öffnung hineinragenden Teil der Auflage wird dann die Tür geschraubt. Wie in 1 zu erkennen ist, sind dabei in der äußeren Strömungsoberfläche sowohl die Befestigungsmittel der Auflage an der äußeren Verkleidung als auch die Befestigungsmittel der Tür an der Auflage sichtbar, die eine Störung der äußeren Strömungsoberfläche darstellen. Dies gilt es mit der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.
2a zeigt schematisch die Herstellung einer Außenverkleidung 10 mit Öffnung 13 in einer Querschnittsdarstellung. Es wird zunächst ein erstes Formwerkzeug 100 bereitgestellt, das eine erste formgebende Werkzeugoberfläche 110 aufweist, welche die spätere äußere Strömungsoberfläche 11 der Außenverkleidung 10 bilden soll. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste formgebende Werkzeugoberfläche 110 eben ausgebildet, was in der Praxis jedoch in der Regel durch eine gekrümmte bzw. leicht gekrümmte Oberfläche ersetzt werden wird, um die Soll-Form der Außenverkleidung entsprechend nachzubilden. Ein solches leicht gekrümmtes Bauteil ist dabei in der 2b gezeigt, wie es gemäß des Verfahrens der 2a hergestellt werden kann.
Im Ausführungsbeispiel der 2a wird des Weiteren ein Kernwerkzeug 120 bereitgestellt, das auf einen Teil der formgebenden Werkzeugoberfläche 110 des Formwerkzeuges 100 aufgelegt wird. Denkbar ist aber auch, dass das Kernwerkzeug 120 integraler Bestandteil des Formwerkzeuges 100 ist. Das Kernwerkzeug 120 wird dabei in den Bereich eingesetzt, wo die spätere Öffnung 13 der herzustellenden Außenverkleidung 10 liegen soll. Das Kernwerkzeug 120 besetzt somit den Platz für die spätere Öffnung 13, sodass an dieser Stelle kein Fasermaterial abgelegt werden kann.
Das Kernwerkzeug 120 steht dabei mit einem Türdickenmaß d von der übrigen formgebenden Werkzeugoberfläche 110 nach oben hin ab, wobei das Türdickenmaß d letztlich die Tiefe der Öffnung bis zu einem später noch näher erläuterten Anschlag definiert.
Im ersten Schritt wird ein erstes Fasermaterial 20 in einem Öffnungsrandabschnitt 130 der formgebenden Werkzeugoberfläche 110 abgelegt, wobei der Öffnungsrandabschnitt mit einem gewissen Abstand um das Kernwerkzeug 120 herum vorgesehen ist. Der Öffnungsrandabschnitt 130 definiert somit einen umlaufenden Abschnitt um das Kernwerkzeug 120 herum, der in dem später hergestellten Bauteil einen Randabschnitt der Öffnung 13 bildet.
In diesen Öffnungsrandabschnitt 130 wird nun das erste Fasermaterial 20 keilförmig bzw. rampenförmig in Richtung Kernwerkzeug ansteigend abgelegt, und zwar derart, dass am oberen Rand 122 des Kernwerkzeuges 120 das erste Fasermaterial 20 bündig abschließt. Ausgehend von der formgebenden Werkzeugoberfläche 110 des Formwerkzeuges 100 steigt das erste Fasermaterial 20 keilförmig bzw. rampenförmig bis zu diesen oberen Rand 122 des Kernwerkzeuges 120 an und bildet so einen homogenen, kontinuierlich ansteigenden Verlauf von der formgebenden Werkzeugoberfläche 110 bis zum oberen Rand 122, an dem sich eine Kernwerkzeug-Oberfläche 124 anschließt.
Das erste Fasermaterial 20 wird dabei vorzugsweise um das gesamte Kernwerkzeug 120 herum in dieser Art abgelegt.
Im nächsten Schritt wird nun ein zweites Fasermaterial 21 in das Formwerkzeug 100 eingebracht, indem das zweite Fasermaterial 21 auf die formgebende Werkzeugoberfläche 110 außerhalb des Öffnungsrandabschnittes 130, auf das im Öffnungsrandabschnitt 130 keilförmig bzw. rampenförmig abgelegte erste Fasermaterial 20 sowie teilweise auf die obere Kernwerkzeug-Oberfläche 124 des Kernwerkzeuges 120 abgelegt wird. Der Teil des zweiten Fasermaterials 21, der zumindest teilweise auf der oberen Kernwerkzeug-Oberfläche 124 abgelegt wird, ragt somit zumindest teilweise über das Kernwerkzeug 120 und bildet so einen innen liegenden Öffnungsanschlag 14, an dem die später einzusetzende Türeinrichtung (nicht dargestellt) in der geschlossenen Position anschlägt.
Durch das Kernwerkzeug 120 und das im Öffnungsrandabschnitt 130 des Kernwerkzeuges 120 keilförmig bzw. rampenförmig abgelegte erste Fasermaterial 20 wird das zweite Fasermaterial 21, welches außerhalb der Öffnung 13 und des Öffnungsrandabschnittes 130 die äußere Strömungsoberfläche 11 bildet, nach innen bzw. in Richtung Innenbereich bzw. in Richtung Innenseite 12 abgelenkt, sodass ein nach innen versetzter Öffnungsanschlag 14 integral aus dem zweiten Fasermaterial 21, welches eigentlich die äußere Strömungsoberfläche 11 bildet, gebildet wird. Es bedarf somit im Öffnungsrandabschnitt 130 keine zusätzlichen Verbindungselemente, um einen innenliegenden zusätzlichen Anschlag zu befestigen, sowie dies im Stand der Technik der Fall ist (siehe 1).
Die äußere Strömungsoberfläche 11 der Außenverkleidung 10 wird dabei sowohl teilweise aus dem zweiten Fasermaterial 21 sowie aus dem ersten Fasermaterial 20 im Bereich des Öffnungsrandabschnittes 130 gebildet.
Dabei ist denkbar, dass das zweite Fasermaterial 21 vollständig auf der oberen Kernwerkzeug-Oberfläche 124 abgelegt wird, wobei in einem späteren Prozessschritt dann eine Öffnung in das zweite Fasermaterial 21 eingebracht wird, um so einen entsprechenden Zugriff in den Innenbereich zu ermöglichen. Dies vereinfacht die Faserablage des zweiten Fasermaterials 21, erfordert jedoch einen zusätzlichen Prozessschritt.
Durch diese Herstellung einer Außenverkleidung 10 wird es des Weiteren möglich, dass der Abstand zwischen der äußeren Strömungsoberfläche 11 der Außenverkleidung und dem Öffnungsanschlag 14 unabhängig von Dickenschwankungen bei der Konsolidierung des Matrixmaterials prozesssicher reproduzierbar ist, sodass die hieraus definierte Anschlagstiefe (Abstand zwischen äußere Strömungsoberfläche 11 und Öffnungsanschlag 14) nur noch von den Toleranzen bei der Herstellung des Kernwerkzeuges 120 abhängt.
Der in 2a schematisch dargestellte Aufbau zur Herstellung der Außenverkleidung 10 kann des Weiteren durch einen (nicht dargestellten) Vakuumaufbau abgedeckt und dann evakuiert werden, um das Matrixmaterial in das Fasermaterial zu infundieren und anschließend in einem Autoklavprozess zu konsolidieren. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, derartige Außenverkleidungen für Flugobjekte in einem offenen Formwerkzeugkonzept herzustellen, ohne dass Schwankungen in der Anschlagstiefe befürchtet werden müssen, die später zu Stufen oder Kanten in der äußeren Strömungsoberfläche 11 bei geschlossener Türeinrichtung führen und somit eine turbulente Grenzschicht begünstigen.
3a zeigt in einer schematischen Darstellung die Herstellung der passenden Türeinrichtung 30 mittels eines geschlossenen Formwerkzeugkonzeptes. Hierfür wird ein zweites Formwerkzeug 200 bereitgestellt, das in einer ersten Formwerkzeughälfte 210 eine Kavität 230 aufweist, in die Fasermaterial 31 eingebracht wird. Anschließend, wenn die Kavität 230 mit dem Fasermaterial 31 gefüllt ist, wird das Formwerkzeug 200 mit einer korrespondierenden zweiten Formwerkzeughälfte 220 geschlossen. Das im Fasermaterial 31 in der Kavität 230 enthaltene Matrixmaterial, welches auch nach dem Einbringen des Fasermaterials 31 in dieses infundiert werden kann, wird nun konsolidiert, um so die Türeinrichtung 30 herzustellen.
Durch die Verwendung eines geschlossenen Formwerkzeugkonzeptes kann die Dicke der Türeinrichtung 30 durch die fest vorgegebene Höhe h der Kavität 230 (definiert zwischen dem Grund der Kavität 230 und der Innenseite der oberen Formwerkzeughälfte 220) prozesssicher reproduziert werden, sodass Dickenschwankungen lediglich von der Genauigkeit bei der Herstellung des Formwerkzeuges 200 abhängen. Die Höhe h der Kavität 230 entspricht dabei der Höhe des Kernwerkzeuges 120, die wiederum dem Türdickenmaß d entspricht. Damit passt die herzustellende Türeinrichtung 30 exakt in die durch das Kernwerkzeug 120 gebildete Öffnung der Außenverkleidung 10, ohne dass Stufen oder Kanten in der äußeren Strömungsoberfläche verbleiben. Mithilfe eines solchen Herstellungsverfahrens kann somit unter Verwendung eines offenen Formwerkzeugkonzeptes zumindest bei der Herstellung der Außenverkleidung eine laminar umströmbare Außenverkleidung hergestellt werden.
Das in 2a gezeigte erste Fasermaterial 20 kann dabei in Form eines Keileinlegers eingebracht werden, der eine Ausnehmung hat, in die das Kernwerkzeug 120 passt. Der Keileinleger ist dabei so vorkonfiguriert, dass er als Ganzes in den Öffnungsrandabschnitt 130 eingesetzt werden kann. Der Keileinleger weist dabei bereits die gewünschte Keilform bzw. Rampenform auf.
4 zeigt einen Querschnitt durch den Schnitt A-A im Bereich des Öffnungsanschlages 14, wie in 2a gezeigte ist. Die Außenverkleidung 10 weist im Ausführungsbeispiel der 4 dabei eine Krümmung auf, wobei die einzusetzende Türeinrichtung 30 dieser Krümmung folgen muss, um die Öffnung 13 in der geschlossenen Position der Türeinrichtung 30 vollständig abdecken zu können. Die Türeinrichtung 30 weist dabei eine Krümmung auf, die geringer ist als die Krümmung der Außenverkleidung 10. Mit anderen Worten, der Radius der Krümmung der Außenverkleidung 10 ist dabei kleiner als der Radius der Krümmung der Türeinrichtung 30. Die Türeinrichtung 30 kann dabei auch keine Krümmung aufweisen und als Ebene bzw. flaches Element hergestellt sein.
Zunächst wird die Türeinrichtung 30 mithilfe von Verbindungselementen 40 an einer ersten Seite 41 eines Türrandabschnittes befestigt. An der gegenüberliegenden zweiten Seite 42 des Türrandabschnittes steht die Türeinrichtung um ein Maß von dem Öffnungsanschlag 14 der Außenverkleidung 10 ab, da die Türeinrichtung 30 der Krümmung der Außenverkleidung 10 nicht folgt, sondern eine zu der Krümmung der Außenverkleidung 10 geringere Krümmung oder gar keine Krümmung hat. Im Anschluss daran wird nun an der gegenüberliegenden zweiten Seite 42 die Türeinrichtung auf den Öffnungsanschlag 14 der Außenverkleidung 10 gedrückt und an der zweiten Seite 42 dann ebenfalls mit Verbindungselementen 40, beispielsweise Schrauben oder Nieten, an der Außenverkleidung 10 befestigt. Die Türeinrichtung 30 wird so in die Krümmung der Außenverkleidung 10 gezwungen und liegt dadurch bündig an dem umlaufenden Öffnungsanschlag 14 der Außenverkleidung 10 an. Hierdurch wird es möglich, eine solche Türeinrichtung 30 ausschließlich an denjenigen Seiten zu befestigen, die quer zur Krümmungsrichtung liegen, wobei das in der Regel diejenigen Seiten der Außenverkleidung darstellen, die entlang einer Hauptströmungsrichtung vorliegen. Hierdurch werden Störungen der äußeren Strömungsoberfläche auf ein Minimum reduziert.
Die Türeinrichtung 30 wird dabei unter einer gewissen Vorspannung an dem Öffnungsanschlag 14 befestigt. Die Verbindungselemente 40 sind dabei so angeordnet, dass für jede Seite die axiale Ausrichtung der Verbindungselemente 40 der Hauptströmungsrichtung, mit der die Türeinrichtung 30 im bestimmungsgemäßen Gebrauch angeströmt wird, entspricht. In der Regel ist die Hauptströmungsrichtung die Geradeausbewegung des Flugobjektes.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei der die Türeinrichtung 30 mithilfe eines Verschlussmechanismus 50 von innen in der geschlossenen Position gehalten wird. Eine Hebelvorrichtung 51, die mit einem Betätigungshebel 52 in Wirkverbindung steht, übt auf die Türeinrichtung 30 in der geschlossenen Position aus eine Verschlusskraft in Richtung Innenseite 12 der Außenverkleidung 10 auf, um die Türeinrichtung 30 in der geschlossenen Position zu halten. Dabei wird die Türeinrichtung 30 mit ihrem Türanschlag 32 an den Öffnungsanschlag 14 der Außenverkleidung gedrückt. Durch ein Betätigen des Betätigungshebels 52 wird über die Hebelvorrichtung 51 die auf die Türeinrichtung 30 ausgeübte Verschlusskraft gelöst und die Türeinrichtung 30 kann aus der Öffnung 13 herausgenommen und in die geöffnete Position überführt werden.
In dieser Ausführungsform bildet lediglich der Betätigungshebel 52 eine Störung auf der äußeren Strömungsoberfläche, wobei auf andere Verbindungselemente vollständig verzichtet werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Außenverkleidung
11: äußere Strömungsoberfläche
12: Innenseite
13: Öffnung
14: Öffnungsanschlag
20: erstes Fasermaterial
21: zweites Fasermaterial
30: Türeinrichtung
31: Fasermaterial der Türeinrichtung
32: Türanschlag
40: Verbindungselemente
41: erste Seite des Türanschlages/Öffnungsanschlages
42: zweite Seite des Türanschlages/Öffnungsanschlages
50: Verschlussmechanismus
51: Hebelvorrichtung
52: Betätigungshebel
100: Formwerkzeug/erstes Formwerkzeug
110: formgebende Werkzeugoberfläche des ersten Formwerkzeuges
120: Kernwerkzeug
122: oberer Rand des Kernwerkzeuges
124: Kernwerkzeug-Oberfläche
130: Öffnungsrandabschnitt
200: Formwerkzeug/zweites Formwerkzeug
210: erste Formwerkzeughälfte des zweiten Formwerkzeuges
220: zweite Formwerkzeughälfte des zweiten Formwerkzeuges
230: Kavität des zweiten Formwerkzeuges

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2013/000447 A1 [0014]
US 5213286 A [0016]
US 7789347 A [0017]
US 5368258 [0018]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Außenverkleidung (10) aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial für ein Flugobjekt, wobei die Außenverkleidung (10) eine äußere Strömungsoberfläche (11), eine der äußeren Strömungsoberfläche (11) gegenüberliegende Innenseite (12) und in der Strömungsoberfläche eine Öffnung (13) für eine Türeinrichtung (30) zum Öffnen und Schließen der Öffnung (13) hat, die in einer geschlossenen Position den Teil der äußeren Strömungsoberfläche (11) der Öffnung (13) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst - Bereitstellen eines Formwerkzeuges zur Herstellung der Außenverkleidung (10) mit Öffnung (13) derart, dass das Formwerkzeug eine flächige, formgebende Werkzeugoberfläche zur Bildung der äußeren Strömungsoberfläche (11) der Außenverkleidung (10) mit Öffnung (13) aufweist und in der Werkzeugoberfläche im Bereich der herzustellenden Öffnung (13) ein Kernwerkzeug (120) hat, welches von der übrigen Werkzeugoberfläche um ein Türdickenmaß heraussteht, - Einbringen eines ersten Fasermaterials (20) in das Formwerkzeug, indem das erste Fasermaterial (20) auf die Werkzeugoberfläche in einem Öffnungsrandabschnitt (130) um das Kernwerkzeug (120) herum keilförmig in Richtung Kernwerkzeug (120) ansteigend abgelegt wird, - Einbringen wenigstens eines zweiten Fasermaterials (21) in das Formwerkzeug, indem das zweite Fasermaterial (21) auf die Werkzeugoberfläche außerhalb des Öffnungsrandabschnittes (130) und auf das bereits eingebrachte erste Fasermaterial (20) im Öffnungsrandabschnitt (130) derart abgelegt wird, dass das zweite Fasermaterial (21) über das Kernwerkzeug (120) ragt, um einen innenliegenden Öffnungsanschlag (14) an der Außenverkleidung (10) mit Öffnung (13) zu bilden, - Herstellen der Außenverkleidung (10) mit Öffnung (13) durch Konsolidieren des das Fasermaterial einbettenden unkonsolidierten Matrixmaterials.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug zur Herstellung der Außenverkleidung (10) ein erstes Formwerkzeug (100) ist, wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist: - Bereitstellen eines zweiten Formwerkzeuges (200) zur Herstellung der passenden Türeinrichtung (30) derart, dass das zweite Formwerkzeug (200) zur Bildung der äußeren Strömungsoberfläche (11) der Türeinrichtung (30) eine formgebende Werkzeugoberfläche und eine Kavität aufweist, deren Tiefenmaß dem Türdickenmaß des Kernwerkzeuges (120) des ersten Formwerkzeuges (100) entspricht, - Einbringen von Fasermaterial in das zweite Formwerkzeug (200) durch Ablegen des Fasermaterial in die vorgesehene Kavität (230) des zweiten Formwerkzeuges (200), und - Herstellen der Türeinrichtung (30) durch Konsolidieren des das Fasermaterial einbettenden Matrixmaterials.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zumindest teilweises geschlossenes zweites Formwerkzeug (200) bereitgestellt wird, das eine erste Formwerkzeughälfte (210) mit der Kavität und wenigstens eine zweiten Formwerkzeughälfte (220) hat, wobei nach dem Einbringen des Fasermaterials in die Kavität der ersten Formwerkzeughälfte (210) mittels der mindestens zweiten Formwerkzeughälfte (220) das zweite Formwerkzeug (200) geschlossen wird, so dass das Fasermaterial zumindest in einem an den Rand der Kavität angrenzenden Randabschnitt von der zweiten Formwerkzeughälfte (220) abgedeckt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug zur Herstellung der Außenverkleidung (10) ein erstes Formwerkzeug (100) ist, wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist: - Bereitstellen eines zweiten Formwerkzeuges (200) zur Herstellung der passenden Türeinrichtung (30) derart, dass das zweite Formwerkzeug (200) zur Bildung der äußeren Strömungsoberfläche (11) der Türeinrichtung (30) eine formgebende Werkzeugoberfläche aufweist, - Einbringen von Fasermaterial in das zweite Formwerkzeug (200), indem Fasermaterial auf die Werkzeugoberfläche des zweiten Formwerkzeuges (200) abgelegt wird, um eine Faserpreform für die Herstellung der Türeinrichtung (30) zu bilden, - Erstellen einer Vakuumabdeckung über der Faserpreform und Herstellen der Türeinrichtung (30) durch Konsolidieren des das Fasermaterial einbettenden Matrixmaterials, - wobei mittels einer Sensoreinrichtung kontinuierlich während des Konsolidierens des Matrixmaterials die Dicke der Faserpreform detektiert und mittels einer Steuereinrichtung Parameter des Konsolidierungsprozesses in Abhängigkeit von der detektierten Dicke der Faserpreform und einer vorgegebenen Soll-Dicke angepasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Bereitstellen einer passenden Türeinrichtung (30) die Türeinrichtung (30) in die Öffnung (13) der hergestellten Außenverkleidung (10) eingesetzt und in einem Türrandabschnitt an dem gebildeten Öffnungsanschlag (14) der Außenverkleidung (10) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Türeinrichtung (30) an dem Öffnungsanschlag (14) der Außenverkleidung (10) klebend angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Türeinrichtung (30) mittels mehrerer mechanischer Verbindungselemente (40) an dem Öffnungsanschlag (14) der Außenverkleidung (10) kraft- und/oder formschlüssig angeordnet wird, indem die Verbindungselemente (40) im Türrandabschnitt der Türeinrichtung (30) von außen durch den Türrandabschnitt der Türeinrichtung (30) in den Öffnungsanschlag (14) der Außenverkleidung (10) eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (40) nur an zwei gegenüberliegenden Seiten des Türrandabschnittes eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug zur Herstellung der Außenverkleidung (10) derart bereitgestellt wird, dass die flächige, formgebende Werkzeugoberfläche eine Krümmung in zumindest eine Krümmungsrichtung zur Bildung einer gekrümmten äußeren Strömungsoberfläche (11) der Außenverkleidung (10) hat, wobei eine Türeinrichtung (30) mit einer Krümmung in diese zumindest eine Krümmungsrichtung bereitgestellt wird, deren Krümmung geringer ist als die Krümmung der Außenverkleidung (10).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Keileinleger aus dem ersten Fasermaterial (20) bereitgestellt wird, der eine Ausnehmung für das Kernwerkzeug (120) hat, wobei der Keileinleger auf die Werkzeugoberfläche im Öffnungsrandabschnitt (130) abgelegt wird, indem das Kernwerkzeug (120) in die Ausnehmung des Keileinlegers geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Keileinleger teilkonsolidiert, vorkonsolidiert oder vollständig konsolidiert bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Keileinleger aus einem Glasfasermaterial oder einem Kohlenstofffasermaterial als erstes Fasermaterial (20) gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein innenliegender Verschlussmechanismus (50) bereitgestellt wird, der an der Innenseite (12) der Außenverkleidung (10) und an einer Innenseite (12) der Türeinrichtung (30) befestigt und mit einem von außen zugänglichen Betätigungshebel (52) derart in Wirkverbindung gebracht wird, dass mittels des innenliegenden Verschlussmechanismus (50) die Türeinrichtung (30) von einer geöffneten Position in die geschlossene Position gebracht wird, in der die Türeinrichtung (30) mit dem Türanschlag (32) an den innenliegenden Öffnungsanschlag (14) der Außenverkleidung (10) gedrückt wird.
Außenverkleidung (10) erhältlich gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.