DE2614953C3 - Verfahren zum Aufbringen einer biegsamen Folie auf eine feste Oberfläche, insbesondere eines Tragflügels - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer biegsamen Folie aus einem Kunststoff auf eine feste, Gestaltunregelmäßigkeiten und/oder konkave Abweichungen von einer optimalen Gestalt aufweisende Oberfläche, insbesondere eines Tragflügels oder eines Bootskörpers, bei dem die Folie auf die Oberfläche aufgebracht und durch Verfestigung eines zunächst flüssigen Klebstoffes mit der Oberfläche verbunden wird.

Bei der abschließenden Bearbeitung der Oberfläche eines Flugzeug-Tragflügels sind drei Punkte wesentlich: Glätte der Oberfläche, allgemeine Übereinstimmung der Oberfläche mit einer optimalen Gestalt und Verschleißfestigkeit.

Der erste Punkt ist wichtig für Metallflugzeuge, deren Oberflächen viele Unregelmäßigkeiten, die durch Nieten, Nähte usw. verursacht werden, enthalten. Solche Oberflächenunregelmäßigkeiten können die Wirksamkeit eines Tragflügels erheblich reduzieren, wenn sie zwischen der Vorderkante und dem Trennpunkt der Grenzschicht des Tragflügels angeordnet sind, indem sie die Luftströmung entlang der Oberfläche unterbrechen und Turbulenzen verursachen und dadurch den Widerstand des Tragflügels erhöhen. Die nachteiligen Wirkungen schließen erhöhten Brennstoffverbrauch, Flatterphänomene und Schwingungsproblemc 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 Gestalt, betrifft auch die Wirksamkeit des Tragflügels. Bei der Konstruktion eines Tragflügels wird eine optimale Gestalt bestimmt, um einen maximalen Auftrieb/Widerstand-Koeffizienten zu schaffen. Es ist jedoch nahezu unmöglich, einen Tragflügel zu konstruieren, der perfekt mit der mathematischen Kurve übereinstimmt, insbesondere wenn mit Metall gearbeitet wird. Ein Tragflügel aus Metall ist gewöhnlich mit einer Anzahl von inneren Unterstützungsträgern und einer äußeren Blechhaut versehen. Die Blechhaut neigt dazu, in Bereichen zwischen den Unterstützungsträgern durchzuhängen und flache konkave Abweichungen von der optimalen Gestalt zu bilden.

Der dritte Punkt, Verschleißfestigkeit, ist auch äußerst kritisch an und in der Nähe der Vorderkante des Tragflügels, welche durch Staub und andere in der Luft suspendierte Teilchen verschlissen wird.

Nach der US-PS 36 07 595 ist ein Verfahren zur Verminderung der Oberflächenunregelmäßigkeiten bei Metall-Tragflügeln bekannt, bei dem die Tragflügel 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

ίο relativ kleine Gestaltunregelmäßigkeiten berührt, ohne daß größere Abweichungen von der optimalen Gestalt korrigiert werden.

Nach der US-PS 29 73 170 ist das Überziehen eines Tragflügels mit Porzellan bekannt Auch dies erfordert hochqualifizierte Arbeitskräfte und eine aufwendige Ausrüstung und korrigiert nur kleinere Gestaltunregelmäßigkeiten. Darüber hinaus ist Porzellan ein relativ schwerer Werkstoff 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 Tragflügel mit einem harten Überzug aus Epoxidharz versehen worden, das stark mit Wolframkarbidpulver

2"j gefüllt 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 Tragflügel 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 kostpielig.

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

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Folie während des Aufbringens und des Verbindens gespannt gehalten wird. Das Spannen der Folie und der angewendete Druck während des Aufbringens der Folie verursachen eine Anpassung des Klebstoffes an Gestaltunregelmäßigkeiten und eine Füllung von konkaven Abweichungen von der optimalen Gestalt der Oberfläche. Zur gleichen Zeit verhindert das Spannen der Folie, daß diese an die Unregelmäßigkeiten und Abweichungen angepaßt wird. Anschließend wird der Klebstoff verfestigt, während die Spannung der Folie aufrechterhalten wird, so daß die Folie auf die Oberfläche durch den Klebstoff aufgeklebt wird.

Aus der GB-PS 13 02 893 ist zwar das Aufbringen eines dekorativen Überzuges aus einer biegsamen Folie auf unregelmäßige Oberflächen, beispielswiese von Tonschalen, bekannt. Gegebenenfalls kann dabei das Substrat zunächst mit einem druckempfindlichen Klebstoff beschichtet und dann erst mit der Folie mit Hilfe eines Vibrationshammers bedeckt werden. Die genannte GB-PS befaßt sich aber nicht mit der Problematik der vorliegenden Erfindung, nämlich dem Ausgleichen von Gestaltunregelmäßigkeiten, z. B. eines Tragflügels.

f- Die benutzte Folie ist vorzugsweise äußerst verschleißfest. Die Folie und die Klebstoffschicht sind beide recht leicht und dünn, so daß sie keine unangemessene Masse oder Gewicht zu dem behandelten Gegenstand

hinzufügen. Die Folie kann außerdem so gewählt werden, daß sie widerstandsfähig ist gegen hohe und niedrige Temperaturen sowie gegen ultraviolette Strahlung und ein attraktives Aussehen hai.

Die Folie erhöht auch die bauliche Festigkeit des Gegenstandes. Wenn die Folie gefärbt ist, kann das Anstreichen entfallen. Da sie haltbar ist, ist weniger Wartung erforderlich als bei Oberflächen, weiche periodisch erneut angestrichen werden müssen.

Der Begriff »Folie«, wie er hier benutzt wird, bezieht ι ο sich auf Blattmaterial, dessen Dicke 0,762 mm oder kleiner ist, wobei der bevorzugte Dickenbereich für die Folie zwischen 0,05 mm und 0,762 mm liegt Für eine allgemeine Verwendung hat man gefunden, daß eine Filmdicke von ungefähr 0,127 mm ausgezeichnet ist

Eine besonders geeignete Folie besteht aus einem Polyimid. Diese Folie ist leicht durchsichtig und biegsam, wobei sie jedoch im wesentlichen unelastisch ist und eine große Zugfestigkeit hat DarüDer hinaus ist sie widerstandsfähig gegen Verschleiß, Stoß, Wärme, Kälte und ultraviolette Strahlung. Sie hat eine äußerst glatte glänzende Oberfläche, weiche für die aerodynamische Wirksamkeit ideal ist, und hat außerdem ein attraktives Aussehen. Eine andere Folie, von der festgestellt worden ist, daß sie für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, besteht aus einem Polyterephthalat Die physikalischen Eigenschaften von Polyterephthalat sind im allgemeinen ähnlich denen von Polyimid, ausgenommen, daß diese Folie nicht so widerstandsfähig gegen ultraviolette Strahlung ist.

Beispiele von anderen Kunststoffen, welche für die Folie verwendet werden können, sind: Polyamide, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyäthylen und Polypropylen. Nahezu jeder Kunst- J5 stoff, der eine Folie bilden kann, kann benutzt werden, solange gewisse Grundeigenschaften vorhanden sind, die für die vorliegende Erfindung Voraussetzung sind.

Die Folie muß biegsam genug sein, um das Aufbringen auf eine unebene Oberfläche zu ermöglichen, und in der Lage sein, auf die behandelte Oberfläche aufgeklebt zu werden. Die Oberfläche der Folie sollte so glatt wie möglich sein und weniger Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweisen als die Oberfläche, welche bedeckt werden soll. Die Folie sollte vorzugsweise im wesentlichen unelastisch, aber, wenn elastisch, ausreichend nachgiebig sein, daß sie straff über die zu behandelnde Oberfläche gespannt wurden kann, ohne sich an Gestaltunregelmäßigkeiten und Vertiefungen in dieser Oberfläche anzupassen. Andere wünsehenswerte Eigenschaften wie Wärmebeständigkeit, hohe Zugfestigkeit und attraktives Aussehen können in der Folie zu verschiedenen Graden vorhanden sein, abhängig von den Erfordernissen bei einem besonderen Anwendungsgebiet

Der Klebstoff, der zum Aufkleben der Folie benutzt wird, dient sowohl als Klebstoff als auch als Füllstoff. Die Natur des Klebstoffes wird primär von dem Kunststoff der gewählten Folie bestimmt, da er in der Lage sein muß, diese Folie auf die zu behandelnde bo Oberfläche zu kleben. Der Klebstoff kann aus einem einzigen Bestandteil bestehen oder er kann aus verschiedenen Substanzen hergestellt sein, wobei eine primär als Klebstoff und eine andere Substanz primär als Füllstoff dient. So kann z. B. ein Füllstoff wie fein zerteilte Kieselerde dem Klebstoff zugeführt werden. Ein Klebstoff, der erfolgreich beim Aufkleben von Folien aus Polyimid oder Polyterephthalat auf Aluminiumoberflächen benutzt worden ist, ist ein elastomerer Polyurethankunststoff.

Gegenstände, deren Oberflächen mit bevorzugten Folien und Klebstoffen gemäß der Erfindung behandelt worden sind, sind auf nachteilige Effekte aufgrund von Thermoschocks untersucht worden. Sie waren in der Lage, Temperaturänderungen von 176,6° C bis — 101,1⁰C zu widerstehen, ohne daß eine Trennung der aufgeklebten Folie oder andere nachteilige Effekte auftraten. Die Verschleißfestigkeit dieser Gegenstände ist ebenfalls durch Sandaufblasen geprüft worden. Die bevorzugten Folien wiesen eine große Verschleißfestigkeit auf. Darüber hinaus ist der Verschleißverlauf der Folien graduell. Sie brechen daher nicht in Stücken aus.

Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der Zeichnung eines Ausführungsbeispielses erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Tragflügel während des Aufbringens einer Folie mittels einer Spannvorrichtung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf den Tragflügel und die Spannvorrichtung gemäß F i g. 1,

F i g. 3 einen Ausschnitt des Tragflügels nach F i g. 1 in größerer Darstellung,

F i g. 4 einen Ausschnitt des Tragflügels nach F i g. 1 in größerer Darstellung beim Aufbringen der mit einer losen Schutzschicht bedeckten Folie,

F i g. 5 einen Ausschnitt des Tragflügels nach F i g. 1 in größerer Darstellung mit einer Endkante der Folie und der Schicht des Klebstoffes,

F i g. 6 den Ausschnitt nach F i g. 5 nach dem Glätten der Endkante.

Ein Tragflügel 10 eines Gleitflugzeuges weist drei parallel zueinander verlaufende Träger 12, 14 und 16 auf, welche entlang der Länge des Tragflügels 10 verlaufen. Eine Aluminiunihaut 18 bedeckt die Träger 12, 14 und 16 und gibt dem Tragflügel 10 seine Grundgcstalt. Die Aluminiumhaut 18 besteht nicht aus einem fortlaufenden Stück sondern ist aus Segmenten gebildet, deren Stoßnähte 20, 22 und 24 Gestaltunregelmäßigkeiten in der äußeren Oberfläche der Aluminiumhaut 18 bilden. Andere Gestaltunregelmäßigkeiten können von den Vertiefungen gebildet werden, die durch Nieten 26 geformt werden.

Die Aluminiumhaut wird an ihrer Oberfläche zunächst gesäubert, z. B. mit einem chemischen Mittel, welches vorhandenes Aluminiumoxid auflöst. Die Oberfläche wird dann mit einer dünnen Schicht 36 eines flüssigen Klebstoffes beschichtet. Die Schicht 36 endet vor den Linien 32 und 34, da sie während des nachfolgenden Aufbringens einer biegsamen Folie 38 zu einer Rückwärtsströmung veranlaßt wird. Der Klebstoff wird mit der Folie 38 aus druchsichtigem, biegsamen Kunststoff unter Spannung bedeckt. Die Folie 38 wird auf der mit dem Klebstoff beschichteten Oberfläche derart positioniert, daß ihr mittlerer Teil über der Vorderkante 28 des Tragflügels 10 angeordnet ist. Von seinem mittleren Teil aus erstreckt sich die Folie 38 entlang der oberen und unteren Seite des Tragflügels 10 in Richtung der Hinterkante 30. Die Folie 38 wird in einer Richtung senkrecht zur Vorderkante 28 gespannt.

In einigen Fällen kann das Spannen der Folie 38 ausreichend sein, um eine Anpassung des Klebstoffes an kleinere Gestaltunregelmäßigkeiten und konkave Abweichungen zu verursachen. In den meisten Fällen ist es jedoch vorzuziehen, Druck auf die Folie 38 aufzubringen. Dies erfolgt durch Bestreichen der äußeren Oberfläche dei Folie 38 in Querrichtung mit zwei

glatten plattigen Werkzeugen 40 aus Hartkunststoff von der Vorderkante 28 zu der Hinterkante 30. Die Folie 38 wird dazu zunächst geschmiert, z. B. mit ölspray. Während dieses Bestreichens wird die Spannung auf der Folie 38 aufrechterhalten. Das Bestreichen verursacht nicht nur eine Anpassung des Klebstoffes an Gestaltunregelmäßigkeiten und Vertiefungen, sondern unterstützt auch die Bildung der Schicht 36, welche genügend dünn und frei von Blasen ist, und die Glättung von Falten, welche in der Folie 38 vorhanden sein können. Während diese Bearbeitung mit den Werkzeugen 40 eine Anpassung des Klebstoffes an Gestaltunregelmäßigkeiten und Vertiefungen verursacht, verhindert die Spannung der Folie 38, daß diese ebenfalls an die Gestaltunregelmäßigkeiten und Vertiefungen angepaßt wird. Wenn ein Vorsprung die Dicke der Schicht 36 übersteigt, wird sich die Folie 38 zumindest teilweise anpassen, so daß der Vorsprung nicht vollständig korrigiert werden kann. Ein solcher Vorsprung wird aber zumindest weniger scharf und steil.

Der Klebstoff verfestigt sich, während das Spannen der Folie 38 aufrechterhalten wird. Der Klebstoff wird als »verfestigt« angesehen, wenn er in der Lage ist, die Position und Spannung der Folie 38 aufrechtzuerhalten, wenn die Einrichtung zum Aufbringen der Spannung entlastet wird.

Die Folie 38 ist größer als die zu bedeckende Oberfläche des Tragflügels 10, so daß es freie Teile zwischen den Rändern 42 und 44 der Folie 38 und den Linien 32 und 34 gibt. Die Einrichtung zum Spannen der Folie 38 enthält zwei Seitenteile 46 und 48, die an ihrem einen Ende starr durch einen Quersteg 50 verbunden sind. Das vordere andere Ende eines jeden Seitenteils 46,48 weist einen der Hinterkante 30 des Tragflügels 10 angepaßten Schlitz 52 zum Aufnehmen der Hinterkante 30 auf. An dem Quersteg 50 sind eine obere und eine untere Klemmvorrichtung mit je zwei Einstellstiften 54 befestigt. Die obere Klemmvorrichtung weist einen Klemmklotz 58 und ein Klemmelement 60 auf. Der freie Teil der Folie 38 in de· Nähe des Randes 42 wird zwischen dem Klemmelement 60 und dem Klemmklotz 58 durch Klemmbolzen 62 eingeklemmt. Die hinteren Teile der Einstellstifte 54 sind mit Gewinde versehen und nehmen Muttern 56 auf. Durch Einstellen der Muttern 56 kann der Klemmklotz 58 und das Klemmelement 60 in Richtung des Querstegs 50 bewegt werden, um die Folie 38 auf der Oberseite des Tragflügels 10 zu spannen.

Die untere Klemmvorrichtung ist spiegelbildlich zu der oberen Klemmvorrichtung angeordnet und arbeitet in der gleichen Weise.

In F i g. 3 ist die Art und Weise gezeigt, in welcher die Schicht 36 des Klebstoffes sich an die Gestaltunregelmäßigkeiten der Oberfläche der Aluminiumhaut 18, wie

z. B. Stoßnähte 20 und 22 und Vorsprünge 87, an konkave Abweichungen, wie z. B. Nietausnehmungen 84 und kleine Dellen 86, anpaßt. Die Aluminiumhaut 18 hängt sehr flach durch im Bereich zwischen den Trägern 12 und 14. Dies stellt eine Abweichung von der optimalen Gestalt des Tragflügels 10 in diesem Bereich dar. Wie durch die größere Dicke der Schicht 36 an der Stelle 36b im Unterschied zu der Stelle 36a angezeigt ist, dient der Klebstoff dazu, den Durchhang zwischen den

ίο Trägern 12 und 14 auszufüllen. Die Folie 38 paßt sich weder an die Gestaltunregelmäßigkeiten noch an den Durchhang zwischen den Trägern 12 und 14 an.

Um einen perfekten Oberflächenzustand zu gewährleisten, kann eine Schutzschicht 94 lose zwischen die Fo lie 38 und das Werkzeug 40 während des Aufbringens eingelegt sein (F i g. 4). Die Schutzschicht 94 wird durch eine nicht dargestellte Einrichtung in ihrer Lage gehalten.

Eine Naht 102 zwischen zwei Streifen der Folie 38 stellt nur eine sehr kleine Gestaltunregelmäßigkeit des Tragflügels 10 dar, und selbst diese Naht 102 kann durch Aufbringen eines Füllers und/oder durch Sandblasen geglättet werden. Auf jeden Fall verläuft die Naht 102 parallel zur Richtung der Luftströmung während der Benutzung des Tragflügels 10, so daß sie einen minimalen Widerstand für die Strömung bietet.

Wenn ein Streifen der Folie 38 auf den Tragflügel 10 aufgebracht ist und der Klebstoff sich ausreichend verfestigt hat, werden die freien Teile der Folie 38 längs

ίο der Linien 32 und 34 abgeschnitten, was stumpfe Kanten 96 hinterläßt. Wenn diese Kanten 96 weit genug von der Vorderkante 28 des Tragflügels 10 entfernt liegen, stellen sie keinen größeren Verlust der Flügelwirksamkeit dar. Sie können jedoch durch verschiedene Techniken geglättet werden. In Fig.6 wird Klebstoff, der identisch ist mit dem Klebstoff der Schicht 36, auf dem Tragflügel 10 in der Nachbarschaft der Kante 96 ausgebreitet, gehärtet und dann sandbestrahlt, um eine glatte abgeschrägte Kante 99 zu bilden.

ίο Um einen Riß 104 in der Folie 38 zu reparieren, wird ein kleines Stück 106 der Folie über den Riß 104 gelegt. Anschließend wird ein Schnitt 108 längs der strichpunktierten Linie in F i g. 2 durchgeführt. Dies ermöglicht das Entfernen eines kleinen Stückes der alten Folie 38, die den Riß 104 enthält, und gleichzeitig das Herstellen eines Ausbesserungsfleckens 110 der neuen Folie, welcher die gleiche Form und Größe wie das entfernte Stück aufweist. Anschließend wird Klebstoff auf den Bereich aufgebracht, von dem die Folie entfernt worden

so ist, und der Ausbesserungsfleck 110 auf das Klebemittel gebracht. Nachdem der Klebstoff erstarrt ist, können die Nähte des Ausbesserungsfieckens iiO in der gleichen Weise, wie bei der Naht 102 beschrieben ist, geglättet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbringen einer biegsamen Folie aus einem Kunststoff auf eine feste, Gestaltunregelmäßigkeiten und/oder konkave Abweichungen von einer optimalen Gestalt aufweisende Oberfläche, insbesondere eines Tragflügels oder eines Bootskörpers, bei dem die Folie auf die Oberfläche aufgebracht und durch Verfestigung eines zunächst flüssigen Klebstoffes mit der Oberfläche verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie während des Aufbringen und des Verbindens gespannt gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche die Vorderkante des Tragflügels umfaßt, wobei das Gespannthalten im wesentlichen senkrecht zur Vorderkante erfolgt.