DE2642523A1

DE2642523A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines flugzeugbauteils in profilverstaerkter schalenbauweise

Info

Publication number: DE2642523A1
Application number: DE19762642523
Authority: DE
Inventors: Burkhart Dipl Ing Grob
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-22
Filing date: 1976-09-22
Publication date: 1978-03-23

Description

Verfahren und Vorrichtung zur erstellung eines
Flugzeugbauteils in profilverstärkter Schalenbauweise.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flugzeugbauteils in profilverstärkter Schalenbauweise aus faserverstärktem Kunststoff mit Einrichtungen zur Erhöhung der Festigkeit der Schale, wobei zwei Schalenteile je in einer Negativform gestaltet und mit den Einrichtungen versehen werden und anschließend die beiden Schalenteile mittels der Negativform miteinander verbunden werden.
Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens und schließlich betrifft die Erfindung ein Flugzeugbauteil, das gemäß diesem Verfahren hergestellt worden ist.
Flugzeugbauteile in Schalenbauweise aus faserverstärktem Kunststoff sind bekannt. Als Kunststoff werden insbesondere heiß- oder kalthärtende Kunststoffharze benützt und als Fasermaterial zur Verstärkung werden Glasfasern, Kohlefasern, TextiLfasern oder auch Fasern aus anderem Werkstoff verwendet.
Zur Erzielung geringen Gewichtes werden die Schalen mit verhältnismäßig dünner Wandung gestaltet. Da es jedoch notwendig ist, regelmäßig beträchtliche Biegekräfte oder Torsionskräfte auch in der Schale zu übertragen und die Schale außerdem auch eine Beulsteifigkeit und Griffestigkeit aufweisen muß und auch andere Beanspruchungen auf die Schale wirken können, muß die Schale durch besondere Einrichtungen eine Erhöhung ihrer Festigkeit bzw. Steifigkeit erfahren.
Es ist bekannt, zu diesem Zweck eine Sandwichbauweise anzuwenden, wobei verschiedenste Stützstoffe, insbesondere Schaumstoffe aus Kunststoff, Papierwaben, Aluminiumwaben od. dgl. Anwendung finden. Bei der Sandwichbauweise wird insbesondere derart vorgegangen, daß auf die Innenfläche der Schale bzw. eines Schalenteils der Stützstoff aufgelegt wird und dieser Stützstoff durch ein kunststoffgetränktes Laminat abgedeckt wird. Durch einen Absaugungsvorgang wird während der Aushärtezeit ein ausreichender Druck aufgebracht, um eine gute Abbildung der Negativform zu erreichen.
Die Sandwichbauweise ist sehr arbeitsaufwendig. Von Nachteil ist vor allem, daß jeweils in der Negativform gearbeitet werden muß, so daß die Negativform verhältnismäßig lange belegt bleibt.
Von Nachteil erscheint weiter, daß der Verbrauch von Kunst--harz vergleichsweise hoch ist, was insbesondere zu einer Gewichtserhöhung führt.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren und Vorrichtung bzw. ein Flugzeugbauteil zu schaffen, das eine wesentlich schnellere Arbeitsweise erlaubt und wobei es insbesondere möglich ist, genau an denjenigen Stellen die Einrichtungen zur Erhöhung der Festigkeit anzubringen, an denen dies besonders notwendig erscheint.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht aus von dem eingangs beschriebenen Verfahren und schlägt vor, daß jeder Negativform eine Bauchform zugeordnet wird, die ein System von rinnenartigen Vertiefungen besitzt, daß Kunstharz und Laminat im wesentlichen gleichzeitig in die Negativform und auf die Bauchform ein- bzw.
aufgebracht werden und daß das noch nasse Laminat der jweiligen IJegativform und Bauchform durch Einlegen der Bauchform in die Negativform verklebt wird und daß nach dem Aushärten die Bauchform entfernt wird.
Bei der Erfindung sind beispielsweise für ein Flugzeugbauteil, das aus zwei Schalenteilen besteht, vier Werkzeugschalen notwendige nämlich zwei Negativformen und zwei Bauchformen. An diesen vier Werkzeugschalen kann gleichzeitig gearbeitet werden, was natürlich nicht ausschließt, daß auch Vorbereitungsarbeiten außerhalb der Schalen vorgenommen werden.
Sowohl in der Negativform als auch in der Bauchform ist es möglich, durch einen Mangelvorgang, also durch Ausdrücken u.ä., den zu verarbeitenden Kunststoff optimal zu verteilen, da die jeweiligen Formen das erforderliche Widerlager für diesen Ausdrückvorgang immer abgeben. Eine unerwünschte Beeinträchtigung schon eingearbeiteter Teile, wie dies beispielsweise bei der Sandwichbauweise zu befürchten ist, tritt hierbei nicht auf.
Sind die Negativformen und Bauchformen entsprechend vorbereitet, erfolgt die Verbindung des jeweils noch nassen Laminats, das keine zusätzlichen Bindemittel erfordert. Der Aushärtvorgang erfolgt dabei in festen Formen, so daß zusätzliche Zusammendrückmaßnahmen entbehrlich erscheinen, wenn natürlich auch die Anwendung zusätzlichen Drucks, beispielsweise athmosphärischen Drucks durch Aussagen, möglich erscheint.
Von besonderem Vorteil ist bei der Erfindung, daß auch verhältnismäßig komplizierte Gestaltungen mittels der Bauchform leicht beherrschbar sind. Die Bauchform ist dementsprechend gestaltet.
Nach dem Aushärten wird die Bauchform ausgeformt und der Schalenteil in der Negativform zur endgültigen Verbindung mit dem anderen Schalenteil vorbereitet, beispielsweise durch Entfernen des Abreißgewebes und durch Auftragen des Bindemittels. Wie an sich bekannt, können weitere Konstruktionselemente zwischen die Schalenteile eingebracht werden, beispielsweise der Holm bei der Herstellung eines Kunststoffflügels. Die weitere Verarbeitung geschieht in herkömmlicher Weise.
Da bei der Erfindung gleichzeitig an der Negativform und an der Bauchform gearbeitet werden kiiin, ergibt sich eine wesentliche Beschleunigung der Arbeitsweise. Insbesondere ist die Negativform wesentlich kürzer belegt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bauchform auf ihrer mit der Negativform zusammenwirkenden Fläche eine Vielzahl von parallelen Vertiefungeti aufweist. Auch die Abstände der einzelnen Vertiefungen sind dabei insbesondere unterschiedlich und dem gewünschten Maß der Erhöhung der Festigkeit angepaßt.
Wenn die Vertiefungen, die in der fertigen Schale die Rippen bzw. die Stege bilden, in beiden Bauchformen so angeordnet sind, daß sie bei der fertigen Schale zusammenwirken, empfiehlt es sich, die Enden der Vertiefungen sinngemäß abzuflachen Dies gilt vor allem bei der Formung einer Hinterkante eines Flügels, einer Klappe od. dgl.
Die Vertiefungen können weiter so ausgestaltet sein, daß sie Nuten aufweisen, um auf diese Weise flanschartige Gebilde an die Rippen bzw. Stege anzuformen. Diese flanschartigen Gebilde können dann zur Befestigung anderer Bauteile bzw. Beschlagteile des Flugzeuges dienen.
In der Regel wird die Bauchform einteilig sein, es kann jedoch günstig sein, die Bauchform in mehrere Teile aufzuteilen, wodurch auch verhältnismäßig komplizierte Flugzeugbauteile geschaffen werden können.
Bei einer Variante der Erfindung ist die Bauchform weich, so daß sie sich der jeweiligen Negativform anpassen kann. Bei einer weichen Bauchform empfiehlt es sich beim Einlegen der Bauchform in die Negativform eine Flächenpressung vorzunehmen, z. B.
durch Anwendung von Unterdruck, durch Belastung mit Sandsäcken oder durch ähnliche Mittel.
Die Verwendung weicher Bauchformen ergibt den Vorteil, daß an allen Verbindungsstellen des kunstharzgetränkten Laminats der Negativform und der Bauchform eiilC flächige Anlage und damit eine sichere Verklebung erreicht wird.
Wenn auch in der Regel mit einer steifen Negativform und einer weichen Bauchform gearbeitet wird, so kann ein gleichwertiges Ergebnis auch erzielt werden, wenn die Negativform nachgiebig, also weich gestaltet ist und die Bauilform vergleichsweise starr ist. Diese Abwandlung der Erfindung wird vorallem dann angewandt werden, wenn die von der Bauchform gestaltete Innenfläche besonderen Qualitätsansprüchen genügen soll.
Insbesondere dann, wenn für den Aushärtvorgang Wärme angewandtwiid, empfiehlt es sich, dafür zu sorgen, daß die im wesentlichen hohlen Verstärkungsrippen oder-stege, die von den Vertiefungen gebildet werden, Entlüftungsöffnungen aufweisen. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß an den Vertiefungen der Bauchform Einrichtungen angebracht werden, die Entlüftungsöffnungen im eingebrachten Werkstoff bilden oder offenhalten.
Vorsteheiid ist ausgeführt worden, daß die mit der Negativform zusammenwirkende Bauchform eine Vielzahl paralleler Vertiefungen aufweisen soll. Dies schließt natürlich nicht aus, daß die Bauchform zusätzlich hierzu noch weitere Konturen anderer Form besitzt, die beim fertigen Bauteil entsprechende Elemente bilden, die andere Funktionen er -füllen. Entsprechendes gilt für die Gestaltung der Negativform, deren Konturen die Bauchform sinngemäss angepasst ist.
Mittels des erfindungsgemässen Vorschlages lassen sich somit im gleichen Arbeitsgang zusätzlich zu den Maßnahmen zur Profilverstärkung auch noch andere Aufgaben lösen bzw.
zusätzliche Bauelemente gewinnen.
Das Flugzeugbauteil gem. der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schale auf der Innenseite eine Vielzahl von Versteifungsrippen aufweist, die voneinander einen Abstand besitzen und jeweils im wesentlichenU-Form bzw. Hutformaufweisenund aus dem Schalenwerkstoff bestehen. Dabei erstreckt sich insbesondere das Laminat, das die Rippen bildet, jeweils über eine oder mehrere Rippen bzw. Stege. Die Rippen oder Stege sind vorzugsweise hohl.
Wenn ein Flugzeugbauteil beispielsweise nur Biegekräfte zu übertragen hat, wird sich in der Regel empfehlen, daß die einzelnen Rippen oder Stege eine parallele Ausrichtung aufweisen.
Bei Beanspruchungen anderer Art, die beispielsweise zu Biegebeanspruchungen in verschiedenen Ebenen führen können, kann es sich empfehlen, den Rippen oder Stegen eine unterschiedliche Ausrichtung zu verleihen. Auch Rippen oder Stege, die keine geradlinige Ausrichtung aufweisen, beispielsweise kurvig verlaufen oder ringförmig sind, können mittels der Erfindung ohne weiteres und ohne besonderen Aufwand geschaffen werden.
Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand einiger schematischer Ausführungsbeispiele näher erlautert. Es zeigen: Fig. 1 bis Fig.5 verschiedene Einzelheiten von Elementen, die bei der Erfindung zusammenwirken, Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Negativform mit einem Schalenteil, Fig. 7 bis Fig. 12 Teildarstellungen von Schnitten von Einzelheiten der Erfindung, Fig. 13 eine schematische Darstellung des Flugzeugbauteils gem. der Erfindung, Fig. 14 und 15 Einzelteile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 16 eine Schalenteil, das in der Vorrichtung der Fig. 14 und 15 hergestellt wurde.
Die Erfindung ist in erster Linie für Großschalen für Flugzeugbauteile wie Flügel, Rumpfe, Leitwerk, Ruder, Flossen, Abdeckplatten od. dgl. gedacht, ohne hierdurch die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung zu begrenzen.
Das Wesen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere anhand der Darstellungen der Fig.1 bis 5 erkennbar. Dort ist die Herstellung eines Flügels schematisch dargestellt. Dabei wirken die Negativform 1 für den oberen Schalenteil des Flügels, die zugehörige Bauchform 4, die Negativform für den unteren Schalenteil und die zugehörige Bauchform 5 zusammen. Diese Elemente sind in den Fig.1, 2, 5 und 4 gezeigt. Die Negativform 1 und 2 besitzt dabei eine an sich bekannte Gestalt und Detailausbildung, so. daß diese nicht näher beschrieben werden muß. Während die untere Negativform die in der Fig.5 die im Schnitt gezeigte Lage einnimmt, wird zur Einbringung des Laminats und des Kunstharzes die Negativform 1 um 180 ° gewendet, so daß die Ausnehmung 21 ebenso eine Mulde bildet wie die Ausnehmung 22 der Negativform 2.
Während die Bauchform 4 in der Darstellung der Fig.2 schon die für das Ausbringen des Laminats und des Kunstharzes bevorzugte Lage besitzt, muß sinngemäß die Bauchform 5 gem. Fig.4 ebenfalls umgewendet werden, so daß die Vertiefungen 8 von oben zugänglich sind.
In diese vier Formen 1, 2, 4 und 5 wird nun das Laminat und wird der Kunststoff eingebracht, wobei auch mit vorgetränktem Laminat gearbeitet werden kann. Die Bauchformen 4 und 5 besitzen eine größere Anzahl von Vertiefungen 7 und 8 und das Laminat und der Kunststoff wird sinngemäß den Vertiefungen angepaßt. Selbstverständlich können die Bauchformen 4 und 5 noch auf weitere Konstruktionseinzelheiten der Schalenteile Rücksicht nehmen, beispielsweise auf den später einzubringenden Holm und auf andere Bauteile. Dies ist aber in den Fig. 1 bis 5 nicht gezeigt.
Sind Laminat und Kunststoff in üblicher Weise eingebracht, werden die Bauchformen Lt und 5 gewendet und in die zugehörigen Negativformen 1 und 2 eingedrückt, und die Aushärtung wird in üblicher Weise vorgenommen bzw. abgewartet, je nachdem, welche Eigenschaften der verwandte Kunststoff besitzt.
Nach der Aushärtung werden die Bauchformen 4 und 5 herausgenommen und es ist klar, daß hierdurch Schalenbauteile entstanden sind, die entsprechend den Vertiefungen 7 bzw. 8 auf der Innenseite Rippen aufweisen. Entsprechendes gilt für die Konstruktionselemente, für die gegebenenfalls die Bauchformen Vorsprünge oder Ausnehmungen besitzen.
Zum Ausformen der Bauchformen kann vorzugsweise Preßluft angewandt werden. Nach der Ausformung wird das Abreißgewebe entfernt und es kann das Bindemittel für die abschließende Verklebung der so gestalteten Schalenteile aufgebracht werden.
Vor dem Zusammenfügen der Schalenteile werden noch die weiteren Konstruktionselemente eingelegt, beispielsweise der Holme Stege, Ruderlagerungen, Sitzschalen usw.
Soweit die Rippen im fertigen Flügel 23, wie dies in der Fig.3 gezeigt ist, insbesondere am Flügelende 24, attSeinanderliegen, werden Abflachungen 25 in derBauchform 4 und 5vorgesehen und in besonderen Fällen bei knappem Rippenabstand können die Rippen in beiden Schalenteilen jeweils auf Lücke stehen, also einen halben Rippenabstand zueinander versetzt sein.
In der Fig.6 ist eine Draufsicht auf die Negativform 2 nach der Abnahme der zugehörigen Bauchform 5 in einem anderen Maßstab gezeigt. Tn n der Negativform 2 ist daher der Schalenteil 26 mit den Rippen 18 sichtbar und auch die Ausnehmung 27, in die beispielsweise der Holm eingesetzt wird. Die Aussparung 28 ist für das Querruder vorgesehen, das prinzipiell in gleicher Weise aufgebaut werden kann wie der Flügel selbst.
Die Fig. 7 bis 12 zeigen jeweils Teilabschnitte mit verschiedenen Rippenformen, vorzugsweise in Hutgestalt. Die Rippe 12 ist rechteckig, die Rippe 13 trapezförmig, während die Rippen 14 und 17 dreieckförmig gestaltet sind. Die Rippen 15 und 16 umgeben einen Hohlraum 11 mit halbkreisförmigen bzw. halbelliptischem Querschnitt.
Es liegt auf der Hand, daß die Wandstärke der Rippen 12 bis 17 den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden kann. Diese Wandstärke kann gleich, geringer oder auch größer wie die Wandstärke der jeweiligen- Schale 10 sein.
Je nach der Ausgestaltung der Bauchformen 4 bzw. 5 kann das Laminat, das die jeweilige Rippe bildet, sich über mehrere Rippen erstrecken, wodurch sich zwischen den Rippen eine Verstärkung bzw. Verdickung der Schale selbst ergibt. Es ist aber auch ohne weiteres möglich, im Bedarfsfalle auf die Verdickung der Schale zwischen den Rippen zu verzichten, d.h. das Rippenmaterial auf tien Bereich der Rippe selbst zu begrenzen.
Bei der Variante nach der Fig. 12 ist an die Rippe 17 ein Flansch 29 angeformt, der sich beispielsweise dadurch erreichen läßt, daß die Vertiefung, in die dieRippe 17 eingeformt ist, noch eine zusätzliche Nut besitzt, die die Biegung des Flansches 29 erlaubt. Der Flansch 29 kann zur Befestigung von Beschlagteilen od. dgl. dienen.
Die Fig. 13 zeigt, wie bei einem Flugzeugbauteil deckelartiger Gestalt sich kreuzende Rippen 19 und 20 vorgesehen sein können. Dabei sind die Rippen 19 im einen Schalenteil und die Rippen 20 im anderen Schalenteil angeordnet. In snngemäß ähnlicher Weise wie bei dem an der Fig.1 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel wirkt die Negativform 3 mit der Bauchform 6 zusammen, in der die Vertiefungen 9 parallel nebeneinander eingeformt sind. Nach Einbringen von Laminat und Kunstharz in die Form wird schließlich n&ch dem Zusammenfügen von Negativform und Bauchform der Schalenteil 30 (Fig.16) mit einer Vielzahl parallel nebeneinander liegender Rippen 19 erhalten und der Schalenteil 30 kann dann mit einem sinngemäß ähnlich aufgebauten Schalenteil mit sich kreuzenden Rippen 20 verbunden werden.
Es wird bemerkt, daß mittels der Erfindung nicht nur Rippen bei der Flügelherstellung gestaltet werden können Die erfindungsgemäßen Vorteile werden auch bei der gestaltung von Stegen anderer Ausrichtung und Funktion erhalten.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines profilverstärkten Flugzeugbauteils in Schalenbauweise aus faserverstärktem Kunststoff mit Einrichtungen zur Erhöhung der Festigkeit der Schale, wobei zwei Schalenteile je in ener Negativform gestaltet und mit diesen Einrichtungen versehen werden und anschließend die beiden Schalenteile mittels der Negativformen miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Negativform (1, 2, 3) eine Bauchform (Li> (4, 5 6) zugeordnet wirda die ein System von rinnenartigen Vertiefungen (7, 8 9' besitzt, daß Kunststoff und Laminat im wesentlichen gleichzeitig in die Negativform und auf die Bauchform ein- bzw. aufgebra;ht werden, daß das noch nasse Laminat der jeweiligen Negativform und Bauchform durch Einbringung der Bauchform in die Negativform verklebt wird und daß nach dem Aushärten dieBauchformen entfernt werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieBauchform (Lt> (4, 5, 6) auf ihrer mit der Negativform (1, 2, 3) zusammenwirkenden Fläche eine Vielzahl von parallelen Vertiefungen (7, 8, 9) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der einzelnen Vertiefungen (8) unterschiedlich und dem gewünschten Maß der Erhöhung der Festigkeit angepaßt sind.
4. Vorrichtung nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Vertiefungen abgeflacht sind.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprühen dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen Nuten aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauchform aus mehreren Teilen besteht.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine weiche Bauchform.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine eckige Querschnittsform der Vertiefungen.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine abgerundete Querschnittsform der Vertiefungen.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen an den Vertiefungen der Bauchform, die Entlüftungsöffnungen m eingebrachten Werkstoff bilden oder offenhalten.
11. Flugzeugbauteil in profilvertärkter Schalenbauweise aus faserverstärktem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (10) auf der Innenseite eine Vielzahl von Versteifungsrippen (12 - 18) oder Stege aufweist, die voneinander einen Abstand besitzen und jeweils im wesentlichen U-Form aufweisen und aus dem Schalenwerkstoff bestehen.
12. Flugzeugbauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat, das die Rippen (12 - 18) oder Stege bildet, sich jeweils über mehrere Rippen oder Stege erstreckt.
13. Flugzeugbauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat, das die Rippen (12 - 18) oder Stege bildet, sich jeweils über eine Rippe oder einen Steg erstreckt.
14. Flugzeugbauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen bzw. Stege hohl sind.
15. Flugzeugbauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen ¢9, 20) bzw. Stege verbundener Schalenteile eine unterschiedliche Ausrichtung aufweisen.
16. Flugzeugbauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen bzw. Stege verbundener Schalenteile aneinander anschließen.
17. Flugzeugbauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen bzw. Stege verbundener Schalenteile um einen halben Rippenabstand bzw. Stegabstand zueinander versetzt sind.