DE2614953A1

DE2614953A1 - Verfahren zur glaettenden bearbeitung von festen oberflaechen mit unregelmaessigkeiten, insbesondere von tragflaechen eines flugzeugs

Info

Publication number: DE2614953A1
Application number: DE19762614953
Authority: DE
Inventors: Leroy George Fehrenkamp; James Thomas Heffernan; Jack Albert Kinzler; William Shackelford Lee
Original assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Current assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Priority date: 1975-04-16
Filing date: 1976-04-07
Publication date: 1976-12-16
Also published as: NL7603805A; US4032089A; DE2614953B2; CA1076091A; IL49270A0; SE7604421L; DE2614953C3; IL49270A; JPS51129099A; IT1058810B; FR2307861A1; BR7602353A; GB1528246A

Description

Verfahren zur glättenden Bearbeitung von festen Oberflächen mit Unregelmäßigkeiten, insbesondere von Tragflächen eines Flugzeugs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur glättenden Bearbeitung mindestens eines Teils einer festen Oberfläche mit Unregelmäßigkeiten und/oder konkaven Abweichungen von einer optimalen Gestalt. Insbesondere betrifft die Erfindung die glättende Bearbeitung von Oberflächen von Tragflächen, Bootskörpern u. dgl.

Bei der abschließenden Bearbeitung der Oberflächen eines Flugzeugflügels sind drei Punkte wesentlich; Glätte der Oberfläche, allgemeine Übereinstimmung der Oberfläche mit einer optimalen Gestaltung und Verschleißfestigkeit.

Der erste Punkt ist wichtig für Metallflugzeuge, deren Oberflächen viele Unregelmäßigkeiten, die durch Nieten, Nähte usw«

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Eingesandte Modelle werden nach 2 Monaten, falls nicht zurückgefordert, vernichtet. MDndliche Abreden, insbesondere durch Fernsprecher, bedürfen schriftlicher Bestätigung. — Die in Rechnung erstellten Kosten sind mit Rechnungsdatum ohne Abzug fällig. — Bei verspäteter Zahlung werden Bankzinsen berechnet.

Gerichtsstand und Erfüllungsort Bremen. Bremer Bank, Bremen, Nr. 23100 28 · Die Sparkasse in Bremen, Nr. 104 5855 · AIIg. Deutsche Credit-Anstalt, Bremen, Nr 202 598 · Postscheckkonto: Hamburg 339 52-202

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verursacht werden, enthalten. Selbst eine solche Oberflächenunregelmäßigkeit kann die Wirksamkeit eines Flügels erheblich reduzieren, wenn sie zwischen der Vorderkante und dem Trennpunkt der Grenzschicht des Flügels angeordnet ist, indem sie die Luftströmung entlang der Tragflächenoberfläche unterbricht und Turbulenzen verursacht und den Widerstand des Flügels erhöht. Die nachteiligen Wirkungen schließen erhöhten Brennstoffverbrauch, Flatterphänomene und Schwiiigungs- und Resonanzprobleme ein. Darüber hinaus erzeugt eine unregelmäßige Oberfläche im Gegensatz zu einer glatten Oberfläche mehr Reibungswärme, wenn sie durch ein Strömungsmittel bewegt wird.

Der zweite Punkt, Übereinstimmung mit einer optimalen Gestaltung, betrifft auch die Wirksamkeit des Flügels. Bei der Konstruktion eines Flügels für ein besonderes Flugzeug wird eine optimale Gestaltung, dargestellt durch ein mathematisches Modell oder eine Kurve, bestimmt, um einen maximalen Auftrieb/Widerstand-Koeffizienten (L/D) zu schaffen. Unglücklicherweise ist es nahezu unmöglich, einen Flügel zu konstruieren, der perfekt mit der mathematischen Kurve übereinstimmt, insbesondere wenn mit Metall gearbeitet wird. Ein Metallflügel ist gewöhnlich mit einer Anzahl von inneren Unterstützungsträgern und einer äußeren Haut aus Blech versehen. Die Metallhaut neigt dazu, in Bereichen zwischen den Trägern durchzuhängen und flache konkave Abweichungen von der optimalen Gestaltung zu bilden.

Der dritte Punkt, Verschleißfestigkeit, ist auch äußerst kritisch an und in der Nähe der Vorderkante des Flugzeugflügels, welche durch Staub und andere in der Luft suspendierte Teilchen verschlissen wird. Solcher Verschleiß der Oberfläche ergibt Unregelmäßigkeiten, deren Problematik oben erörtert worden ist.

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Oberflächenbearbeitung und Übereinstimmung mit der optimalen Gestaltung sind von besonderer Bedeutung bei den Flügeln von Flugzeugen mit Unterschallgeschwindigkeit, bei welchen die Luft entlang eines erheblichen Teiles der Oberfläche strömen muß, um Auftrieb zu erzeugen.

Um eine glatte Oberfläche zu schaffen, die nahezu mit einer optimalen Gestaltung übereinstimmt, sind die Flügel von Flugzeugen mit niedriger Geschwindigkeit, z.B. Renngleitflugzeuge, aus geformter Glaswolle konstruiert worden und durch Sandbestrahlung, Polieren usw. handbearbeitet worden. Dies erzeugt eine relativ glatte und genaue Oberfläche, aber die Handbearbeitung ist mühsam, zeitaufwendig und kostspielig. Darüber hinaus ergibt sich ein Gewichtsnachteil bei der Verwendung von solch relativ schweren Flügeln.

Aluminiumflügel sind relativ leicht, aber enthalten Oberflächenunregelmäßigkeiten wie Nähte und Nieten sowie konkave Abweichungen von der optimalen Gestaltung. Diese sind manchmal durch qualifizierte Arbeitskräfte eliminiert worden, indem ein Füllmaterial über den Flügel ausgebreitet, verfestigt und dann mit einem Instrument mit einer geraden Kante besandet worden ist. Wie bei der Handbearbeitung der Flügel aus Glasfaser ist diese Methode zeitaufwendig und kostspielig.

In der US-PS 3 607 595 ist ein anderes Verfahren zur Verminderung der Oberflächenunregelmäßigkeiten in Metallflügeln offenbart, wobei die Flügel mit einem härtbaren Schaum, abgedichtet mit einem warmhärtbaren Kunstharz, bedeckt werden. Hochqualifizierte Arbeitskräfte und eine kostspielige und anspruchsvolle Ausrüstung sind erforderlich, um diese Methode zu praktizieren. Darüber hinaus werden nur relativ kleine Oberflächenunregelmäßigkeiten berührt, ohne daß größere Abweichungen von der optimalen Gestaltung korrigiert werden.

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In der US-PS 2 973 170 wird das Überziehen eines Flugzeugflügels mit Porzellan vorgeschlagen. Auch dies erfordert hochqualifizierte Arbeitskräfte und eine aufwendige Ausrüstung und korrigiert nur kleinere Oberflächeminregelmäßigkeiten. Darüber hinaus ist Porzellan ein relativ schweres Material und daher für die Verwendung bei Flugzeugen unerwünscht .

Keine der oben erörterten Methoden ist wirkungsvoll bei der Schaffung von Verschleißfestigkeit. Um diesem Problem zu begegnen; sind die Vorderkanten der Flügel mit einem harten Überzug aus Epoxykunstharz versehen worden, der stark mit WoIframkarbidpulver gesättigt ist. Das Material ist ziemlich hart und verschleißfest. Es ist jedoch auch sehr spröde, so daß es beim Verschleiß dazu neigt, in Stücken auszubrechen. Dies hinterläßt ausgeprägte Vertiefungen in der Oberfläche, was den Flügel sehr unwirksam und sogar gefährlich macht. Darüber hinaus erfordern die Techniken des Aufbringens eines harten Überzuges ebenfalls erfahrene Arbeitskräfte und eine aufwendige Ausrüstung und sind daher kostspielig.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, die Unzulänglichkeiten der bekannten Methoden zu beseitigen und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, tei welchem die oben erwähnten drei Punkte, d.h. Glätte der Oberfläche, allgemeine Übereinstimmung der Oberfläche mit einer optimalen Gestaltung und Verschleißfestigkeit, optimal erfüllt werden.

Dies wird gemäß der Erfindung gelöst durch Beschichten der Oberfläche mit einem flüssigen Klebemittel, Bedecken des Klebemittels mit einem Mantel aus biegsamem Filmmaterial unter Spannung und Verfestigen des Klebemittel^, während die Spannung des Filmmaterials aufrechterhalten wird, durch das gespannte Filmmaterial durch das Klebemittel auf die Oberfläche aufgeklebt

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wird. Das Bedecken des Klebemittels mit einem Mantel aus biegsamem Filmmaterial kann eine Druckanwendung einschließen, durch Bestreichen von einem mittleren Bereich des Mantels in Richtung der Kante mit einem glatten, mit einerKlinge versehenen Instrument, während die Spannung des Filmes aufrechterhalten wird. Die Spannung des Filmes und der angewendete Druck verursacht eine Anpassung des Klebemittelmaterials an Oberflächenunregelmäßigkeiten und eine Füllung von konkaven Abweichungen von der optimalen Gestaltung der Oberfläche. Zur gleichen Zeit verhindert die Spannung des Filmmaterials, daß das Filmmaterial an diese Unregelmäßigkeiten und Abweichungen angepasst wird. Anschließend wird das Klebemittel verfestigt, während die Spannung auf dem Filmmaterial aufrechterhalten wird, so daß der Film auf die Oberfläche durch das Klebemittel aufgeklebt wird.

Das benutzte Filmmaterial ist vorzugsweise äußerst verschleißfest. Der Film und die Klebemittelschicht sind beide recht leicht_gewichtig und dünn, so daß sie keine unangemessene Masse oder Gewicht zu dem behandelnden Gegenstand hinzufügen. Der Film kann außerdem so gewählt werden, daß er widerstandsfähig ist gegen hohe und niedrige Temperaturen und gegen ultraviolette Strahlung, ein attraktives Aussehen hat, usw.

Der gespannte Film erhöht auch die bauliche Festigkeit des Gegenstandes. Wenn der Film geeignet gefärbt ist, kann der Film die Notwendigkeit des Anstreichens des Gegenstandes beseitigen. Da er ziemlich hdtbar ist, i3t weniger Wartung erforderlich als bei Oberflächen, welche periodisch erneut angestrichen werden müssen. Wenn der Film beschädigt wird, kann er leicht ausgebessert werden. Die i-tänder des ausgebesserten Fleckens bilden nur sehr geringe Unterbrechungen in der glatten Oberfläche und können geglättet werden, um faktisch auch diese Unterbrechungen zu eliminieren.

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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich, aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Flugzeugflügel, dessen Oberfläche gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bearbeitet worden ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung der Fig. 1 entlang der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt eines kleinen Teils eines Flugzeugflügels, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung bearbeitet worden ist,

Fig. k einen vergrößerten Querschnitt eines kleinen Teils eines Flugzeugflügels, dessen Oberfläche durch eine modifizierte Art des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung bearbeitet worden ist,

Fig. 5 einen detaillierten Querschnitt, der eine stumpfe Kante des Filmmaterials auf einem gemäß der vorliegenden Erfindung bearbeiteten Gegenstand zeigt,

Fig. 6 einen detaillierten Querschnitt, der eine Methode zur Glättung der stumpfen Kante der Fig. 5 zeigt, und

Fig. 7 einen detaillierten Querschnitt, der eine andere Methode zur Glättung der stumpfen Kante der Fig. 5 zeigt,

In Fig. 1 und 2 ist ein Teil eines Flügels 10 eines Flugzeuges, insbesondere eines Gleitflugzeuges, gezeigt. Der Flügel weist drei parallele I-Träger 12, lk und l6 auf, welche entlang der Länge des Flügels verlaufen. Eine Aluminiumhaut l8 bedeckt die

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Träger 12 bis l6 und gibt dem Flügel seine Grundgestalt. Die Haut l8 besteht nicht aus einem fortlaufenden Stück Aluminium, sondern ist aus Segmenten gebildet. Die Nähte, z.B. Nähte 20, 22 und 2k, an denen sich diese Segmente treffen, bilden Unregelmäßigkeiten in der äußeren Oberfläche der Aluminiumhaut l8. Andere Unregelmäßigkeiten können von den Vertiefungen gebildet werden, die durch ausgesparte Nieten 26 geformt werden. Die Plätze einer Anzahl dieser Nieten sind durch kleine χ in Fig. 2 angedeutet.

In Fig. 1 und 2 ist eine typische Anwendung der vorliegenden Erfindung zur Bearbeitung des vordersten Teiles der äußeren Oberfläche des Gleitflugzeugflügels 10 dargestellt, d.h. eines Teiles, der in der Nähe der Vorderkante 28 angeordnet ist und sich nach hinten in Richtung der Hinterkante 30 bis zu einer Linie 32 auf der Oberseite und einer Linie Jk auf der Unterseite erstreckt, wo die drei erörterten Kriterien besonders kritisch sind. Die Erfindung könnte jedoch ebenso benutzt werden, um die gesamte Oberfläche eines Flugzeugflügels zu bearbeiten sowie die Oberflächen von vielen anderen Gegenständen, die zur Bewegung durch eine Strömungsmittelumgebung vorgesehen sind.

Bei der Bearbeitung der Oberfläche wird diese zunächst gesäubert. Bei einer Aluminiumoberfläche kann die Säuberung eine Behandlung mit einer chemischen Umwandlungsschicht einschließen, welche vorhandenes Aluminiumoxid auflöst. Die Oberfläche wird dann mit einer dünnen Schicht 36 eines flüssigen Klebemittels beschichtet. Die Klebemittelschicht kann auf die gesamte zu bearbeitende Oberfläche aufgebracht werden, oder sie kann vor den Linien 32 und Jk enden, da sie während der nachfolgenden Anwendungsstufen zu einer Rückwärtsströmung veranlaßt wird. Danach wird das Klebemittel mit einem

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Mantel 38 aus durchsichtigem, flexiblen Filmmaterial unter .Spannung bedeckt. Der Filmmantel 38 wird auf der mit dem Klebemittel beschichteten Oberfläche derart positioniert, daß sein mittlerer Teil über der Vorderkante 28 angeordnet ist. Von seinem mittleren Teil aus erstreckt sich der Mantel 38 des Filmmaterials entlang der oberen und unteren Seite des Flügels in Richtung der Hinterkante 30. Spannung wird auf das Filmmaterial in einer Richtung quer zur Vorderkante 28 durch irgendeine geeignete Einrichtung aufgebracht.

In einigen Fällen kann die Spannung des Filmmaterials 38 ausreichend sein, um eine Anpassung des Klebemittels an kleinere Oberflächenunregelmäßigkeiten und konkave Abweichungen zu verursachen. In den meisten Fällen ist es jedoch vorzuziehen, Druck auf das Filmmaterial aufzubringen. Dies kann durch Bestreichen der äußeren Oberfläche des Filmmaterials in Querrichtung mit glatten plattigen Instrumenten, wie Quetschern 40 aus Hartkunststoff, von der Vorderkante 28 zu der Hinterkante 30, wie durch Pfeile in Fig. 1 angezeigt ist, geschehen. Das Filmmaterial kann zunächst geschmiert werden z.B. mit Ölspray, falls dies erwünscht ist. Während dieses Bearbeitens oder Bestreichens wird die Spannung auf dem Filmmaterial aufrechterhalten. Das Bestreichen verursacht nicht nur eine Anpassung des Klebemittels an Unregelmäßigkeiten und Vertiefungen, sondern unterstützt auch die Bildung einer Klebemittelschicht, welche genügend dünn und frei von Blasen ist, und die Glättung von Falten, welche in dem Filmmaterial vorhanden sein können. Während diese Bearbeitung mit den Quetschern 40 eine Anpassung des Klebemittels 36 an Unregelmäßigkeiten und Vertiefungen verursacht, verhindert die Spannung des Filmmaterials 38, daß das Filmmaterial ebenfalls an diese Unregelmäßigkeiten und Vertiefungen angepasst wird. Oberflächenunregelmäßigkeiten, welche die Form von Vertiefungen in der Oberfläche annehmen, und Vor-

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Sprünge, welche kleiner als die Dicke der Klebemittelschicht sind, können vollständig durch die Erfindung korrigiert werden. Wenn ein Vorsprung die Dicke der Klebemittelschicht übersteigt, wird sich das Filmmaterial zumindestens teilweise anpassen, so daß der Vorsprung nicht vollständig korrigiert werden kann. Eine Anwendung der Erfindung auf einen solchen Vorsprung würde aber zumindestens den Vorsprung weniger scharf oder steil machen.

Das Klebemittel erstarrt, während die Spannung auf dem FiImmateri al 3& aufrechterhalten wird. Die bevorzugten Klebemittel

der Umgebungskonnen verfestigt werden, indem sie lediglich ungestört Temperatur und umgebungsdruck ausgesetzt sind. Es können jedoch viele verschiedene Klebemittel benutzt werden, und einige können zur Verfestigung eine Erwärmung oder eine andere zusätzliche Behandlung erfordern. Das Klebemittel wird als "verfestigt" angesehen, wenn es in der Lage ist, die Position und Spannung des Filmmaterials aufrechtzuerhalten, wenn die Einrichtung zur Aufbringung der Spannung entlastet wird.

Eine Einrichtung zur Aufbringung von Spannung auf den Mantel des Filmmaterials 38 ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Es wird angemerkt, daß der Mantel 38 größer ist als der zu bedeckende Dereich, so daß es fiele und ungeklebte Teile gibt, die in der Nähe der Kanten 42 und 44 und rückwärts von den Linien 32 und 34 angeordnet sind. Spannung wird dem Filmmaterial dadurch erteilt, daß seine Kanten in Rückwärtsrichtung in Bezug auf den Flügel 10 quer zur Vorderkante gezogen werden. Die Einrichtung zur Aufbringung der Spannung enthält Seitenrahmenbauteile 46 und 48, die an ihren Enden starr durch ein rückwärtiges Rahmenbauteil 50 verbunden sind. Das vordere Ende eines jeden Seitenrahmenbauteils 46, 48 weist einen Schlitz 52 auf, der eine solche Größe und Form hat, um die

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Hinterkante 30 des Flügels 10 aufzunehmen. Obere und untere Klemmvorrichtungen sind auf dem Rahmen befestigt. Die obere Klemmvorrichtung weist einen Klemmklotz 58 und ein Klemmelement 60 auf, die an dem hinteren Rahmenbauteil 50 mit Hilfe eines Paares von Einstellstiften 5^ und 70 befestigt sind, die starr mit dem Klemmklotz 58 verbunden sind. Der freie Teil des Filmmaterials in der Nähe der Kante k2 wird zwischen dem Klemmelement 60 und dem Klemmklotz 58 durch Klemmbolzen 62 bis 66, welche durch geeignete Öffnungen in dem Klemmelement, dem Klemmklotz und dem Filmmaterial hindurchtreten, eingeklemmt. Die hinteren Teile der Einstellstifte ^k und 70 sind mit Gewinde versehen und nehmen Muttern 56 und 72 auf. Durch Einstellung der Muttern kann der Klemmklotz und das Klemmelement 60 in Richtung des hinteren Bauteils bewegt werden, um das Filmmaterial auf der Oberseite des Flügels unter Spannung zu setzen.

Die untere Klemmvorrichtung ist ein Spiegelbild der oberen Klemmvorrichtung und arbeitet in genau der/gleichen Weise. Sie enthält einen Klemmklotz 78, ein Klemmelement 80, Klemmbolzen 82 und Einstellstifte 7^ mit einer entsprechenden Mutter

Die besonderen Film- und Klebemittelmaterialien, die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden, können verändert werden. Der Begriff "Film", wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf Blattmaterial, dessen Dicke gleich 7»62 χ 10 cm oder kleiner ist, wobei der bevorzugte Dickenbereich für das FiIm-

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material zwischen 5fO8 χ 10 cm und 7»62 χ 10 cm liegt. Für eine allgemeine Verwendung hat man gefunden, daß eine

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Filmdicke von ungefähr 1,27 κ 10 cm ausgezeichnet ist. Auf jeden Fall stellen selbst Filme nahe der oberen Grenze des Bereiches, wenn aus geeignet gewählten Materialien hergestellt, keinen wesentlichen Gewichtsnachteil für viele Anwendungen dar.

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In ähnlicher Weise würden solche Filme in den meisten Fällen keine Raumprobleme darstellen, d.h. sie würden die Größe des Flügels nicht verändern, was sonst die Wirksamkeit des Flügels erheblich reduzieren würde.

Ein besonders geeignetes Filmmaterial besteht aus einem Polyimidfilm, im Handel bekannt als 500 H Film und erhältlich von der Firma E.I. Du Pont de Nemours & Co., Wilmington, Delaware, USA. Dieser Film ist leichtgewichtig, durchsichtig und biegsam, wobei er jedoch im wesentlichen unelastisch ist und eine große Zugfestigkeit hat. Darüber hinaus ist er widerstandsfähig gegen Verschleiß, Stoß, Wärme, Kälte und ultraviolette Strahlung. Er hat eine äußerst glatte glänzende Oberfläche, welche für die aerodynamische Wirksamkeit ideal istfUnd hat außerdem ein attraktives Aussehen. Ein anderes Filmmaterial, von dem festgestellt worden ist, daß es für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, besteht aus einem Polyesterfilm, im Handel bekannt als "Mylar" und ebenfalls erhältlich von der Firma E.I. Du Pont de Nemours & Co. Die physikalischen Eigenschaften von Mylar sind im allgemeinen ähnlich zu den in Bezug auf den 500 H Film beschriebenen Eigenschaften, ausgenommen, daß dieser Film nicht so widerstandsfähig gegen ultraviolette Strahlung ist.

Nichtbeschränkende Beispiele von anderen Polymersubstanzen, welche zur Bildung geeigneter Filme verwendet werden können, sind: Nylons, Polyvinylidinchlorid, Polyvinylazetat, Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polypropylen, usw. Nahezu jedes Material, das einen Film bilden kann, kann benutzt werden, solange gewisse Grundeigenschaften, die für die vorliegpide Erfindung einschlägig sind, vorhanden sind.

Der Film muß biegsam genug sein, um eine Aufbringung auf eine

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nichtebene Oberfläche zu ermöglichen, und in der Lage sein, auf dem behandelten Material aufgeklebt zu werden. Die Oberfläche des Filmes soILte natürlich so glatt wie möglich sein und tatsächlich weniger Oberflächenunregelmäßigkeiten und Diskontinuitäten aufweisen als die Oberfläche, welche bedeckt werden soll. Der Film ist vorzugsweise im wesentlichen unelastisch, aber, wenn elastisch, muß er ausreichend nachgiebig sein, daß er straff über die zu behandelnde Oberfläche gespannt werden kann, ohne sich an Unregelmäßigkeiten und Vertiefungen in dieser Oberfläche anzupassen. Andere wünschenswerte Eigenschaften wie Wärmebeständigkeit, hohe Zugfestigkeit, attraktives Aussehen usw. können in dem Filmmaterial zu verschiedenen Graden vorhanden sein, abhängig von den Erfordernissen bei einem besonderen Anwendungsgebiet.

Das Klebemittel, das zum Aufkleben des Filmmaterials auf die zu behandelnde Überfläche benutzt wird, dient tatsächlich sowohl als Klebemittel als auch als Füller. Die Natur des Klebemittels wird primär von dem gewählten Filmmaterial bestimmt, da es in der Lage sein muß, dieses Filmmaterial auf die zu behandelnde Oberfläche zu kleben. Das Klebemittel kann aus einem einzigen Bestandteil bestehen oder es kann aus verschiedenen Substanzen hergestellt sein, wobei eine primär als ein Klebemittel und eine andere Substanz primär als Füller dient. So kann z.B. ein Füller wie fein zerteilte Kieselerde dem Klebemittel zugeführt werden. Ein Klebemittel, das erfolgreich beim aufkleben von Filmen bevorzugter Materialien, z.B. Polyimide und Polyester, auf Aluminiumoberflächen benutzt worden ist, ist ein elastomerer Polyurethankunststoff, der als Urethan RP 64O1 von der Firma Ren Plastics vertrieben wird.

Gegenstände, deren Oberflächen mit bevorzugten Filmen und Klebemitteln gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt worden sind, sind auf nachteilige Effekte aufgrund von Thermoschocks

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untersucht worden. Sie waren in der Lage, Temperaturänderungen von 176,6 C bis -101,1 C zu widerstehen, ohne daß eine Trennung des aufgeklebten Filmes oder andere nachteilige Effekte auftraten. Die Verschleißfestigkeit dieser Gegenstände ist ebenfalls durch Sandblasen geprüft worden. Die bevorzugte Filmmaterialien wiesen eine große Verschleißfestigkeit in einem Maße auf, daß angenommen werden kann, daß sie mindstens so wirksam, wenn nicht besser als die einen harten Überzug bildenden, zur Zeit benutzten Epoxy-Wolframkarbidmaterialien sind. Darüber hinaus ist der Versdieißverlauf der Filme graduell. Sie brechen daher nicht in Stücken aus.

In Fig. 3 ist die Art und Weise gezeigt, in welcher das Klebemittel 36 an die Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche der Aluminiumhaut l8 und ebenfalls an konkave Abweichungen von der optimalen Gestalt der Oberfläche angepasst wird. Es wird angemerkt, daß die untere Grenzoberfläche der Klebemittelschicht sich an die obere Oberfläche der Aluminiumhaut anpasst, um Unregelmäßigkeiten, wie z.B. Nietenausnehmungen 84, Nähte 20 und 22, einen kleinen Vorsprung 87 und eine kleine Delle 86 auszugleichen. Die Aluminiumhaut l8 bildet einen sehr flachen Durchhang oder eine Konkavität im Bereich zwischen den Trägern 12 und l4. Dies stellt eine Abweichung von der optimalen Gestalt des Flügels in diesem Bereich dar. Wie durch die größere Dicke der Klebemittelschicht an der Stelle 36b im Unterschied zu der Stelle 36a angezeigt ist, dient das Klebemittel dazu, die Konkavität zischen den Trägern und 14 auszufüllen. Das Filmmaterial 38 passt sich weder an die Unregelmäßigkeiten noch an die Konkavität zwischen den Trägern 12 und l4 an. Daher ist die vorliegende Oberfläche glatter, d.h. freier von geringfügigen Unregelmäßigkeiten, und genauer, d.h. näher an der optimalen allgemeinen Gestalt als die Oberfläche der ursprünglichen Aluminiumhaut. Die be-

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vorzugten Filme sind auch, glatter und polierter in einem mikroskopischen Maßstab als die Aluminiumhaut. Die relative Dicke der Klebemittelschicht und des Filmmaterials in Bezug auf die Aluminiumhaut ist in den Figuren zu Zwecken der Darstellung übertrieben dargestellt. Darüber hinaus ist die Klebemittelschicht dicker als das Filmmaterial gezeigt, um verschiedene Einzelheiten darzustellen. Die Klebemittelschicht ist jedoch normalerweise dünner als die Filmschicht.

In Fig. 4 ist eine abgeänderte Ausführungsform des Verfahrens dargestellt, bei welchem ein Streifen 9k aus Schutzmaterial lose zwischen das Filmmaterial 38 und den Quetscher ko während der Bearbeitung mit dem letzteren gelegt ist. Der Streifen 94 des Schutzmaterials kann durch eine geeignete Einrichtung in Stellung gehalten werden. Obwohl der Quetscher 40 normalerweise das Filmmaterial nicht wesentlich ankratzt oder verdirbt, kann der Schutzstreifen 94 benutzt werden, um einen perfekten Oberflächenzustand zu gewährleisten.

Fig. 4 stellt die Wirkung der Bearbeitung mit dem Quetscher dar. So ist z.B. der Bereich links von dem Quetscher 40 bearbeitet worden, und es kann festgestellt werden, daß die Klebemittelschicht in diesem Bereich sowohl an die Oberfläche der Aluminiumhaut l8, z.B. durch Füllen der Nietenvertiefung 88, als auch an die glatte Unterseite des Filmmaterials 38 angepasst ist. In dem Bereich rechts vom Quetscher ist das Klebemittel nicht in die Nietenvertiefung 90 gezwungen worden und es sind z.B. Blasen 98 und 100 in der Nachbarschaft sowohl des Filmmaterials 38 als auch der Haut l8 vorhanden.

ßei der Bearbeitung der Vorderkante und benachbarter Bereiche eines Flugzeugflügels in großangelegten kommerziellen Operationen kann es möglich sein, ein einziges Stück Filmmaterial zu ver-

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wenden. In einigen Fällen, wie z.B. in kleinangelegten Operationen oder wo die Form des Flügels dies vorschreibt, kann es jedoch praktischer sein, den Bereich mit einer Anzahl von Segmenten des Filmmaterials zu bedecken. Fig. 2 stellt ein Segment 38 des Filmmaterials dar, welches gerade aufgebracht wird, und ein anderes Segment 38' des Filmmaterials, das bereits aufgebracht ist. Die hinteren Kantenlinien des Filmes sind etwas nach hinten von den Trennpunkten der Grenzschicht für den Flügel angeordnet, so daß der ausschlaggebendste Teil des Flügels bedeckt ist. Die Naht 102 zwischen den beiden Segmenten stellt nur eine sehr kleine Unregelmäßigkeit in der Tragflächenoberfläche dar, und selbst diese Naht kann weiter durch Aufbringung eines geeigneten Füllers auf die Naht und/ oder durch Sandblasen geglättet werden. Auf jeden Fall verläuft die Naht 102 parallel zur Richtung der Luftströmung während der Benutzung des Flügels, so daß sie einen minimalen Widerstand für die zugehörige Strömung bietet.

Wenn ein Segment des Filmmaterials auf den Flügel 10 aufgebracht worden ist und das Klebemittel sich ausreichend verfestigt hat, werden die freien Teile des Segmentes längs der Linien 32 und 3^ abgeschnitten, was stumpfe Kanten hinterläßt, wie an der Stelle 96 in Fig. 5 gezeigt ist. Wenn diese Kanten weit genug von der Vorderkante des Flügels entfernt liegen, stellen sie keinen größeren Verlust der Flügelwirksamkeit dar, selbst unter Berücksichtigung der Tatsache, daß sie quer zur Bewegungsrichtung des Flügels verlaufen. Sie können jedoch durch verschiedene Techniken, von denen zwei in den Fig. 6 und 7 dargestellt sind, geglättet werden. In Fig. 6 wird ein Füller, der identisch mit dem Klebemittel 36 sein kann, auf den Flügel in der Nachbarschaft der stumpfen Kante 96 des Filmmaterials ausgebreitet, gehärtet und dann sandbestrahlt, um eine glatte abgeschrägte Kante 99 zu bilden. In Fig. 7 werden sowohl das

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.Filmniaterial 3& wie auch das Klebemittel "}b sandbestrahlt, um eine glatte, abgeschrägte Kante 9&a zu bilden.

Wenn das Filmmaterial auf einem bearbeiteten Gegenstand zerrissen oder beschädigt werden sollte, ist es nicht erforderlich, daß gesamte Segment des Filmmaterials zu ersetzen, vielmehr kann in zufriedenstellender Weise eine Ausbesserung vorgenommen werden. In Fig. 2 ist ein Riß 104 in dem ursprünglichen Filmmaterial gezeigt. Um diesen Hiß zu reparieren, wird ein kleines Stück des Filmmaterials 106 über den Hiß 104 angeordnet. Anschließend wird ein Schnitt längs der strichpunktierten Linie 10(3 durchgeführt. Dies ermöglicht die Entfernung eines kleinen Stückes des alten Filmmaterials, das den Hiß 104 enthält, und gleichzeitig die Schaffung eines Ausbesserungsfleckens des neuen Filmmaterials, welcher die gleiche Form und Größe wie das entfernte Stück aufweist. Anschließend kann Klebemittel auf den Bereich aufgebracht werden, von dem das Filmmaterial entfernt worden ist, und der neue Flecken auf das Klebemittel gebracht werden, um einen Ausbesserungsflecken, wie den Ausbesserungsflecken 110 zu schaffen. Nachdem das Klebemittel erstarrt ist, können die Nähte des Fleckens in der gleichen Weise, wie bei der Naht 102 oben beschrieben ist, geglättet werden.

Die vorliegende Erfindung kann für gewisse spezielle Verwendungen abgeändert werden. Sie kann z.B. modifiziert werden für die Verwendung als ein Mittel zur Heparatur von relativ tiefen Dellen in einem Flugzeugflügel im Gegensatz zu den flachen Oberflächenunregelmäßigkeiten und konkaven Abweichungen, die oben erörtert worden sind. Die Delle könnte zunächst mit einem flüssigen Füller gefüllt werden, der möglicherweise identisch mit dem flüssigen Klebemittel ist, das zur Befestigung des Filmmaterials auf der Oberfläche verwendet wird. Diese

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vorhergehende tiefe Füllung würde dann verfestigt und anschließend würde Klebemittel- und Filminaterial, wie oben beschrieben, aufgebracht. Die Erfindung kann auch zur Schaffung einer Enteisungsvorrichtving für die Vorderkante eines Flugzeugflügels benutzt werden. Eine erste Schicht des Klebemittels wird aufgetragen. Feine Heizdrähte, gegebenenfalls in Form einer äußerst dünnen gedruckten Schaltung, werden dann auf die erste Klebemittelschicht aufgebracht. Nach geeigneter Verfestigung der ersten Schicht wird eine zweite Klebemittelschicht über den Heizdrähten aufgebracht. Schließlich würde wie gewöhnlich das Filmmaterial aufgebracht.

Es wird angemerkt, daß die Verwendung der vorliegenden Erfindung für die Vorderkante und benachbarte Teile von Flugzeugflügeln niedriger Geschwindigkeit eine 10%-ige bis 15%-ige Erhöhung der Flügelgenauigkeit ergibt, d.h. Abwesenheit von geringeren Unregelmäßigkeiten und allgemeine Übereinstimmung mit der optimalen Gestalt. Dies wiederum wird eine Erhöhung der Flügelwirksamkeit in der Größenordnung von 5/ό ergeben. Die Verzweigungen der vorliegenden Verbesserung sind noch schlagender, wenn berücksichtigt wird, daß in der Vergangenheit eine Erhöhung der Flügelgenauigkeit von 2 oder 3% als eine größere Verbesserung betrachtet worden ist.

Zusätzlich zu diesen drei größeren Vorteilen kann die Erfindung auch, abhängig von den Eigenschaften des gewählten Filmmaterials, die bauliche Festigkeit des Gegenstandes aufgrund seiner Zugfestigkeit erhöhen. Sxe kann auch helfen, Flatterphänomene und Schwingungsprobleme zu regeln, in dem die natürliche Resonanzfrequenz des Gegenstandes gedämpft oder geändert wird.

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Darüber hinaus kann gemäß der Erfindung auf das Erfordernis des Anstreichens der bearbeiteten Oberflächen verzichtet werden. Die nachfolgende Wartung ist vernachlässigbar verglichen mit der von gestrichenen Oberflächen. Durch die Bearbeitung der vorliegenden Erfindung wird auch die zu behandelnde Oberfläche abgedichtet, so daß die Oberfläche, wenn sie z.ß. aus Metall besteht, gegen Korrosion geschützt ist. Sie schafft außerdem eine äußerst glatte polierte Oberflächengüte, welche dem Strömungsmittel, das relativ zu der Oberfläche strömt, einen minimalen Reibungswiderstand bietet, so daß die Wärmeerzeugung reduziert werden kann.

Die zwei Schritte des AufbringeiB des Klebemittels und des Filmmaterials auf die Oberfläche können gleichzeitig durchgeführt werden, wobei zunächst das Klebemittel aif der Unterseite des Filmmaterials ausgebreitet und dann die zusammengesetzte Einheit auf die Oberfläche aufgebracht wird. In ähnlicher Weise kann der gesamte Flügel eines Flugzeuges bedeckt werden oder können viele andere Teile einer Vielzahl von Flugzeugtypen bearbeitet werden, sowie andere Gegenstände, die für eine Relativbewegung in einer Strömungsmittelumgebung, z.B. Bootskörper, vorgesehen sind.

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur glättenden Bearbeitung mindestens eines Teils einer festen Oberfläche mit Unregelraaßigkeiten und/oder konkaven Abweichungen von einer optimalen Gestalt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a. Beschichten der Überfläche mit -einem flüssigen Klebemittel,

b. Bedecken des Klebemittels mit einem Mantel aus biegsamen Filmmaterial unter Spannung, und

c. Verfestigen des Klebemittels, während die Spannung des Filmmaterials aufrechterhalten wird, wodurch das gespannte Filmmaterial durch das Klebemittel atif die Oberfläche aufgeklebt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebemittel veranlaßt wird, sich vor der Verfestigung den Unregelmäßigkeiten und/oder konkaven Abweichungen anzupassen, und daß dem Filmmaterial vor der Verfestigung des Klebemittels genügend Spannung erteilt wird, um mindestens teilweise eine Anpassung des Filmmaterials an die Unregelmäßigkeiten und/oder konkaven Abweichungen zu verhindern.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedecken des Klebemittels die Anwendung von Druck auf das Filmmaterial fortschreitend von einem mittleren Bereich

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des Mantels aus Filmmaterial in Richtung seines Randes einschließt.

^i. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein Streifen aus Schutzmaterial zwischen den Film und die Einrichtung zur Druckbeaufschlagung gelegt wird.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung auf das Filmmaterial nach Verfestigung des Klebemittels aufgehoben wird und das Klebemittel dann weiter verfestigt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche vor dem Beschichten mit dem Klebemittel gereinigt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche einen unbearbeiteten Teil und das Filmmaterial einen ungeklebten Teil, der dem unbearbeiteten Teil der Oberfläche benachbart ist, aufweist und daß der ungeklebte Teil des Filmmaterials abgeschnitten wird und die Schnittkante des Filmmaterials geglättet wird, um einen glatten Übergang zwischen dem Filmmaterial und dem unbearbeiteten Teil der Oberfläche zu schaffen.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die stumpfe Schnittkante durch Aufbringen eines flüssigen Füllers an der Kante und durch Glätten des Füllers geglättet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, daß die

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Schnittkante durch Sandbestrahlung geglättet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche die Vorderkante einer Tragfläche aufweist und daß die Spannung auf das Filmmaterial in einer im allgemeinen senkrecht zur Vorderkante verlaufenden Richtung aufgebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche obere und untere Teile der Tragfläche unmittelbar in der Nähe der Vorderkante aufweist und daß das Klebemittel mit einer Mehrzahl von Streifen aus Filmmaterial bedeckt wird, die entlang der Länge der Tragfläche aneinander anstoßend angeordnet sind, wobei jeder Streifen einen mittleren Teil, der nahe der Vorderkante angeordnet ist, und zwei Endkanten, die jeweils auf der oberen τιηα unteren Oberfläche angeordnet sind, aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet,daß das Filmmaterial aus einem Polymer besteht und im wesentlichen unelastisch ist,

13· Verfahren nach Anspruch 1, daduarch gekennzeichnet, daß das Klebemittel sich verfestigt, wenn es ungestört der Umgebungstemperatur und dem Umgebungsdruck ausgesetzt ist.

lh. Verfahren nach Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebemittel einen Polyurethankunststoff enthält.

15· Stabiler Gegenstand, der für eine Relativbewegung in einer

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Strömungsmittelnmgebung geeignet ist und der eine feste Grundoberfläche mit Unregelmäßigkeiten und/oder konkaven Abweichungen von einer optimalen Gestalt aufweist, gekennzeichnet durch ein erstarrtes Klebemittel (36) auf der Grundoberfläche (l8) und einen gespannten Mantel (38) a\is Filnimaterial, der das Klebemittel bedeckt und durch das Klebemittel auf der Oberfläche befestigt ist, wobei das Klebemittel den Unregelmäßigkeiten und/oder konkaven Abweichungen (84, 86, 87) der Oberfläche als auch der Gestalt des Filmmaterials angepasst ist.

l6.Gegenstand nach Anspruch 151 dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand eine Tragfläche (10) eines Fliigzeuges langsamer Geschwindigkeit ist und daß die Oberfläche die Vorderkante (28) der Tragfläche und den oberen und unteren Teil der Tragfläche unmittelbar in der Nähe der Vorderkante enthält .

17.Gegenstand nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Streifen des Filmmaterials vorgesehen sind, die entlang der Länge der Tragfläche aneinanderfanstoßend angeordnet sind und jeder einen mittleren Teil, der nahe der Vorderkante angeordnet ist, und zwei Endkanten (32, 3k), die jeweils auf dem oberen und unteren Teil angeordnet sind, aufweist.

l8. Gegenstand nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß das Filmmaterial aus einem Polymer besteht und im wesentlichen unelastisch ist.

19· Gegenstand nach Anspruch 15 und l8, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebemittel einen Polyurethankunststoff enthält.

Bremen, den 30. März 1976 Für den Anmelder:

Meissner & Bolte Patentanwälte

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