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Zusammengesetzte, wabenkernartige Tragflächenge-
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füge und einstufiges Verfahren zum Heißverbinden bei der Herstellung
derartiger Tragflächengefüge Die Erfindung betrifft wabenkernartige Gefüge und insbesondere
wabenkernartige Tragflächengefüge, die Biege-und Scherbeanspruchungen ausgesetzt
sind, wie z.B. Steuerflächen leines Flugzeugs, sowie ein Verfahren zur Herstellung
derartiger Tragflächengefüge. Die erfindungsgemäß herstellbaren Gefügekonstruktionen
sind überall dort verwendbar, wo gegen Biege- und/oder Scherbeanspruchung widerstandsfähige
Platten ohne Außenhauthuckel oder Vertiefungen hergestellt werden müssen.
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Bislang sind massivversteifte, langgestreckte Holme bei vielen Figzeugsteuertragflächen,
wie z.B. bei Klappen
und Querrudern, verwendet worden, um eine Bjegung
derartiger Konstruktionen in olmrichtung sowie ein Scheren in einer sehnenmäßigen
Richtung zu verhindern. Festigkeitsmäßig müßte ein derartiger massiver Längsholm
den auf solche Konstruktionen während des Fluges ausgeübten Biege- und Scherkräften
widerstehen. Besonders während ihrer Betriebsstellungen sind die Steuerflächen eines
Flugzeuges während des Fluges sowohl B'ege- wie Scherbeanspruchungen ausgesetzt.
Eine Beschädigung des Steuerflächenaufbaus durch diese Beanspruchungen wird durch
einen über die Spannweite in dem Aufbau angebrachten Längsholm verhindert. Die Versteifung
des Holms widersteht sowohl der Scherbeanspruchung, die sich entlang der sehnenartigen
Mittellinie des Steuerflächenaufbaus erstreckt, als auch der Biegebeanspruchung,
die im rechten Winkel zu der Längsachse des Holms auftritt. Der Holm stellt in erster
Linie ein tragendes Element dar, das Biege- und Scherbeanspruchungen auffängt. Wegen
der hohen Beanspruchungen wurde bislang angenommen, daß ein massiv versteifter Holm
erforderlich ist. Massiv verstreifte Holme sind jedoch unerwünscht, da sie das Gewicht
des Steuerflächenaufbaus unerwünscht erhöhen. Zusätzliches Gewicht erfordert gesteigerten
Treibstoffbedar. sowie
eine höhere Kraft, um die Steuerflächen
zu bewegen. Das zusitzliche Gewicht aufgrund massiver Holme ist jedoch nicht der
hauptsächliche Nachteil, der vielmehr in der kostenintensiven Herstellung der massiven
Holme sowie in dem Erfordernis exakter Dimensionen zu sehen ist. Die massiven Holme
ferner weisen häufig verzogene Versteifungen auf. Derartige Nachteile hat man bislang
in den Griff zu bekommen versucht, indem ein Holm auf einer Aufspannplattform verschraubt
oder starr während der Bildung von Flugzeugsteuertragflächen befestigt wurde.
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Die starre Aufspannplattform wurde verwendet, um den massiven Holm
in einer fixierten Stellung, d.h. an der unteren Außenhaut zu befestigen, während
der nachfolgenom Form- und Verbindungsstufen zu halten.
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Nachfolgend wird ausgeführt, warum ein massiver Holm präzise herzustellen
ist, wenn er in einem waben artigen Kernaufbau Verwendung finden soll, oder umgekehrt,
warum die Ntwendigkeit besteht, daß die benachbarte Wabenstruktur derart auszubilden
ist, daß Abmessungsveränderungen des Holms kompensiert werden. Es ist bekannt, daß
eine zwischen einer Außenhaut und einem waben artigen Kern angeordnete Klebstoffschicht
in den porösen wabenartigen Kern eindringt. Als Folge hiervon ist die Verbindungsschicht
dünner
als die anfängliche Klebstoffschicht, wenn man jede Schrumpfung des Klebstoffs vernachlässigt.
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Umgekehrt wird eine Klebstoffschicht nicht eindringen oder dickenmäßig
abnehmen, wenn sie zwischen einer Außenhaut und einer massiven Oberfläche, wie z.
B. auf einem Flansch oder einen Längsholm aufgebracht wird, wobei eine Klebstoffschrumpfung
zu vernachlässigen ist und angenommen wird, daß Klebstoff nicht zwischen den massiven
Flächen herausgequetscht wird. Wenn daher ein wabenartiger Kern und ein Holmflansch
in planer Weise verbunden werden und eine Außenhaut auf den Kern und den Flansch
aufgebracht wird, können aerodynamisch schädliche Riffelungen oder zahnungsartige
Rauhigkeiten auf der Außenhautoberfläche auftreten, falls die verwendete Klebstoffschicht
eine gleichförmige Dicke aufweist. Solche Erscheinungen können durch Ausbildung
des Teils des wabenartigen Kerns in Nähe des Holms dadurch beseitigt werden, daß
der Teil eine größere Dicke als der Holm aufweist, d.h. die Verbindung zwischen
dem Kern und dem Holmflansch ist nicht kontinuierlich. Eine solche Unregelmäßigkeit
kann bekanntermaßen bis zu o,oi inch (o,ol.25,4 mm), im M;ttel o,oo5 inch (o,oo5.25,4
mm) betragen, falls eine zuverlässige Verbindung ohne Riefenbildung oder zahnungsartige
Rauhigkeit erzielt werden soll. Bislang ist dieses Ziel bei
Verwendung
massiver Holme zusammen mit einem zweistufigen Heißklebeverfahren erreicht worden,
wie es nachfolgend beschrieben wird: In der ersten Stufe dieses zweistufigen Heißklebeverfahrens
wird eine untere Außenhaut auf der erwähnten Aufspannplattform angeordnet, auf die
dann eine Klebstoffschicht aufgebracht wird. Hierauf wird der wabenartige Kern an
der Versteifung des Holms mit Klebstoff befestigt. Zur gleichen Zeit wird der wabenartige
Kern an der unteren Außenhaut befestigt. Ein Gratband, ein Schutzfilm oder ein Ableitgewebe
werden über dem Kern angeordnet. Der Aufbau wird in einer Gummisackanordnung abgedichtet
und in einer Hochdruckdampfbehandlung zur Aushärtung des Klebstoffs behandelt, um
die Verbindung herzustellen. Nach Herstellung der Verbindungen werden der Schutzfilm,
das bleitgewebe und das Gratband entfernt. In der zweiten Verfahrensstufe wird der
freigelegte wabenartige Kern zur gewünschten Form verarbeitet.
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Zu diesem Zeitpunkt wird die freiliegende Oberfläche des oberen Flansches
des Holms alsAnzeigewert für die Erzielung einer durchschnittlichen Unregelmäßigkeit
von
o,oo5 inch (o,oo5.25,4 mm) zwischen der oberen Fläche des Holms
und dem Bereich des waben artigen Kerns in Nähe des Holms verwendet. Dieser Mittelwert
der Unstetigkeit ist sehr schwer bei Konstruktionen- zu erreichen, deren Länge größer
als lo Fuß tlo.30,48 cm) ist. .Wenn der Kern durch ein dampfmäßiges Entölungsverfahren
gesäubert worden ist, wird die obere Außenhaut an dem Kern und dem Holm angeklebt.
Der Klebstoff wird dann in einem Autoclav gehärtet, sodaß die obere Außenhaut an
dem Kern und dem Holm gebunden wird.
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Wegen möglicher Kosteneinsparung bei Arbeitszeit, Material und Energie
ist nach einem einstufigen Heißverbindungsverfahren gesucht worden, das zur Herstellung
zuverlässiger verbundener Steuerflächenkonstruktionen eines Flugzeugs, wie z.B.
von Steuerklappen und Querrudern, verwendbar ist. Bei einem bekannten Verfahren
wird das Toleranzproblem vernachlässigt, das durch die ungleichmäßigen Abmessungen
des Holms hervorgerufen wird. Bei diesem Verfahren wird der wabenartige Kern so
bearbeitet, daß seine Außenfläche in Nähe der Holme o,o4.inch (o,o4.
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25,4 mm) größer als die Außenfläche der Holme ist. Die Klappe oder
das Querruder wurde dann in einer einzigen
Arbeitsstufe zusammengebaut.
Während des Zusammenbaus wurde ein besonderer Überzug eines schwach flüssigen Klebstoffs
auf die Holme von Hand aufgebracht, um die von ungleichmäßigen Abmessungen der Holmehervorgerufene
Fehlanpassungen auszugleichen. Die gesamte Anordnung wurde dann in einem Autoklav
erhitzt, um für eine klebemäßige Verbindung zu sorgen. Ein derartiges einstufiges
Verfahren erweist sich in vielfacher Hinsicht als nachteilig. Insbesondere erhöht
die Verwendung eines zusätzlichen Klebstoffs das Gewicht des resultierenden Aufbaus.
Ferner ist das Aufbringen des zusätzlichen Klebstoffs von Hand material- sowie zeitintensiv
und damit kostenintensiv. Auch vergrößert die Dicke der Klebstoffschicht um die
Holmbereiche herum die tJahrscheinlichkeit von Leckstellen, die sich außen von dem
Gefüge zum wabenartigen Kern erstrecken. Schließlich hat sich die Verbindung zwischen
der Außenhaut und dem Holm im Bereich des zusätzlichen Klebstoffs als unzuverlässig
herausgestellt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, für verbesserte, zusammengesetzte
Tragwerke, die Biege- und Abscherkräften geeignet widerstehen, sowie für ein kostensparendes
Verfahren zur Herstellung dieser Tragwerke zu sorgen.
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Die Erfindung betrifft somit zusammengesetzte Gefüge, die Biege- und
Scherbeanspruchungen widerstehen und in einem einstufigen Heißverbindungsverfahren
herstellbar sind. Das zusammengesetzte Gefüge kennzeichnet sich durch ein langgestrecktes,
primär tragendes Element in Form eines wabenartigen, eine hohe Dichte aufweisenden
Kerns mit Flügelholmabdeckungen, die jeweils eine vorbestimmte Dicke aufweisen und
mit seiner oberen und unteren Fläche verklebt sind, durch einen wabenartigen, eine
geringe Dichte aufweisenden Kern, der an dem wabenartigen, eine hohe Dichte aufweisenden
Kern und an den benachbarten Kanten der Flügelholmabdeckung befestigt ist, und durch
eine Außenhaut, die an den Flügelholmabdeckungen und an dem wabenartigen, eine geringe
Dichte aufweisenden Kern befestigt ist. Die Dicke des wabenartigen, eine geringe
Dichte aufweisenden Kerns nahe des primär tragenden Elements ist größer als die
Dicke des primär tragenden Elementes plus eine vorbestimmte Höhe der Holmabdeckungen.
Zusammengesetzte Gefüge dieser Art sind dort besonders nützlich, wo sie Biege- und
Scherbeanspruchungen ausgesetzt.sind, und zwar insbesondere in einer Ebene quer
zur Längsachse des primär tragenden Elementes. Derartige zusammengesetzte Gefüge
sind besonders
für Steuerflächen von Flugzeugen, wie z.B. Klappen,
Querruder usw., geeignet.
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Die Erfindung betrifft weiter ein einstufiges Heißverbindungsverfahren
zur Bildung zusammengesetzter, wabenartiger Gefüge, daß sich kennzeichnet durch
die Verfahrensschritte, daß erste und zweite Holmabdeckungen an gegenüberliegenden
Flächen eines langgestreckten, wabenartigen Kerns zur Bildung eines primär tragenden
Elements klebend befestigt werden, daß ein einen wabenartigen Kern darstellendes
Formelement an einer Kante des primär tragenden Elementes klebend befestigt wird
und eine Dicke aufweist, die geringfügig größer als die Dicke der Kante des primär
tragenden Elementes an dem Verbindungspunkt ist, daß eine Außenhaut klebend an den
Außenflächen der ersten und zweiten Holmabdeckung und dem das Formelement darstellenden
wabenartigen Kern befestigt wird, und daß der zusammengesetzte wabenartige Kern
in einem Ofen zur Aushärtung der Klebstoffverbindungen erhitzt wird.
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Die Erfindung betrifft ferner einen zusammengesetzten, wabenartigen
Kernaufbau, der sich kennzeichnet durch ein langgestrecktes, primär tragendes Element
mit einem langgestreckten, wabenartigen Kern und einer ersten und einer
zweiten
Holmabdeckung, die an gegenüberliegenden Kanten des wabenartigen Kerns befestigt
sind, durch ein ein Formelement darstellenden wabenartigen Kern, der Außenflächen
bildet, und durch eine Kante, die sich zwischen die Flächen erstreckt und mit einer
Kante des primär tragenden Elements verbunden ist, das sich zwischen den ersten
und zweiten Holmabdeckungen erstreckt, wobei die miteinander verbundenen Kanten
des den wabenartigen Kern darstellenden Formelementes und des primär tragenden Elementes
derart geformt sind, daß benachbarte Flächen des den wabenartigen Kern darstellenden
Formelementes und des primär tragenden Elementes unstetig sind, wobei die Unstetigkeit
einen vorbestimmten Mittelwert aufweist, und daß eine Außenhaut an der Außenfläche
des das Formelement darstellenden wabenartigen Kerns und an den benachbarten Flächen
der ersten und der zweiten Holmabdeckung befestigt sind.
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Gemäß der Erfindung wird somit für ein zusammengesetztes Gefüge aus
Holmabdeckungen und einem waben artigen Kern gesorgt, das massive Holme ersetzt.
Genaue, gleichmäßige Toleranzerfordernisse sind mit diesem Gefüge leicht einhaltbar,
da die Holmabdeckungen leicht mit einer vorherbestimmten
Dicke
und die wabenartigen Kerne genau dickenmäßig herstellbar sind. Obgleich die Dicke
jeder Holmabdeckung über ihre Länge oder Breite variieren kann, ist die Dicke an
jedem Punkt vorbestimmt und gleichmäßig für alle Holmabdeckungen dergleichen Abmessungen
herstellbar. Da die Dicke der Holmabdeckung vorbestimmt ist, kann der wabenartige
Kern vor der Befestigung der Holmabdeckungen geformt werden. Ferner kann die gesamte
Außenhaut am Oberteil wie am Boden an das Gefüge aus Holmabdeckung und wabenartigem
Kern vor Aushärten des Klebstoffs des Gefüges aufgebracht werden. Da das Gefüge
vor dem Aushärten des Klebstoffs zusammengesetzt wird, ist nur ein einziger Aushärtungsverfahrensschritt
erforderlich. Auch ist eine kostspielige Aufspannplattform nicht erforderlich. Durch
Ausschaltung von Unterbrechungen, wie sie bei dem zweistufigen Verfahren z.B. zwischen
dem Vorbereiten des Gefüges zum Aushärten und dem Arbeitsgang nach dem Aushärten
notwendig ist, ist eine beträchtliche Zeitersparnis möglich, so daß die erfindungsgemäß
hergestellten Gefüge im Vergleich zu den herkömmlichen, im zweistufigen Heißverbindungsverfahren
hergestellten Gefüge beträchtlich billiger herstellbar sind.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
der Zeichnung. in letzterer sind: Fig. 1 eine Grundrißansicht einer Flugzeugklappe,
teilweise weggebrochen, wobei der Gitteraufbau von wabenartigen Kernen verhältnismäßig
hoher und verhältnismäßig niedriger Dichte gezeigt ist.
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Fig. 2 die Ansicht eines Teilquerschnitts entlang der Linie 2 - 2
der Fig. 1, Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht der Fig. 2, wobei in übertriebener
Weise die Unstetigkeit zwischen der Außenfläche des wabenartigen Kerns verhältnismäßig
geringer Dichte und der Außenfläche einer Holmabdeckung, die erforderlich ist, um
ein resultierendes zusammengesetztes Gefüge ohne Oberflächenunregelmäßigkeiten der
Außenhaut beim klebmäßigen Aufbringen letzterer auf diese Oberflächen zu erhalten,
Fig. 4 ein vergrößerter Teilgrundriß des Gitteraufbaus entlang der Linie 4-4 der
Fig. 2, Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines Querruders und
Fig.
6 eine Querschnittsansicht eines zusammengesetzten Aufbaus, der zwei wabenartige
Kerne verhältn-ismäßig geringer Dichte befestigt an einem wabenartigen Kern verhältnismäßig
hoher Dichte in übertriebener leise dargestellt zeigt, um die Unstetigkeit zwischen
den Außenflächen des wabenartigen Kerns verhältnismäßig geringer Dichte und der
Außenflächen der Holmabdeckungen und die unterschiedliche Klebstoffdicke besser
zu zeigen.
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Aus den Fig. 1 bis 4 geht der zusammengesetzte, erfindungsgemäß ausgebildete
Aufbau einer Flugzeugklappe 1o hervor.
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Die äußere Gestalt der Klappe ist von herkömmlicher Art, und zwar
mit einer an einem Haupttragflächenaufbau befestigbaren Vorderkante und mit einer
die rückwärtige Kante des Teils der Tragfläche bildenden Hinterkante, die an der
Klappe befestigt ist. Die Klappe weist ein zusammengesetztes Gefüge mit einem inneren
Unterbau und einer Außenhaut auf, die das Profil der Klappe bestimmt, das eine der
Steuerflächen eines Flugzeugs bildet. Die Erfindung bezieht sich auf die Art des
inneren Unterbaus sowie auf ein einstufiges Verfahren zur Herstellung einer
gesamten
Klappe oder zumindestens des Hinterkantenteils letzterer. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist auch zur Herstellung von Steuerflächenaufbauten, wie z.B. von Querrudern, von
fixierten Hinterkantenkeilen oder anderen keilförmigen Tragwerken verwendbar.
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Der aus den Fig. 1 bis 4 hervorgehende Innenaufbau weist gemäß der
Erfindung einen langgestreckten, eine hohe Dichte aufweisenden wabenartigen Kern
11 auf, der sich spannmäßig über die Klappe lo entlang dergleichen Längsgeraden
wie die Versteifung eines massiven Holms herkömmlicher Klappen dergleichen Gestalt
erstreckt. Der eine hohe Dichte aufweisende, wabenartige Kern besitzt ein herkömmliches
L/W Wabengitter, das so angeordnet ist, daß L die Richtung der Spannweite, W die
Richtung der Sehne und die Vertikale die offene Richtung darstellen, wie am besten
aus Fig. 4 hervorgeht. Am Oberteil und am Unterteil des eine hohe Dichte aufweisenden,
wabenartigen Kerns sind in Richtung der Spannweite ebene Holmabdeckungen 12 angeordnet.
Die Holmabdeckungen weisen eine gleichförmige Dicke auf und sind derart befestigt,
daß ihre Längskante koplanar mit der hinteren Kante des eine hohe Dichte aufweisenden
Kerns ist. Im Querschnitt gesehen,
sind der eine hohe Dichte aufweisend;
wabenartige Kern und die Holmabdeckungen daher C-förmig ausgebildet.
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Die Holmabdeckungen und der eine hohe Dichte aufweisende, wabenartige
Kern bilden ein primär tragendes Element, das geeigneterweise die massiv versteiften
Sparren in herkömmlichen Klappen ersetzt. Bei angemessener Dichte hat sich der eine
hohe Dichte aufweisende, wabenartige Kern als stabilUgenug erwiesen, um bei anormalen
Biegebelastungen in Richtung der Spannweite und bei anormalen Scherbeanspruchungen
in Sehnenrichtung starr zu bleiben.
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Derartige Lasten und Beanspruchungen sind bis zu 2ovo % der zulässigen
Belastung aufgenommen worden. Angemessene Dichtewerte für den eine hohe Dichte aufweisenden,
wabenartigen Kern sind unten angeführt.
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An der Traglächenhinterkantenseite des primär tragenden Elementes,
das zusammengesetzt ist aus dem eine hohe Dichte aufweisenden, wabenartigen Kern
und der Holmabdeckung, ist ein wabenartiger Kern 13 mit geringer Dichte angesracht,
der auch ein L/W-Gitter aufweist. Bei diesem Gitter stimmt die Richtung jedoch mit
der Sehnenrichtung und die Richtung mit der Richtung der Spannweite
überein.
Wie bei dem eine hohe Dichte aufweisenden wabenartigen Kern ist die offene Richtung
des waben artigen Kerns geringer Dichte vertikal.
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In die Öffnungen der Zellen lla und 13a der wabenartigen Kerne in
der Stirnfläche werden Klebemittel eingefüllt, wie in Fig. 4 durch mit Pünktchen
versehenen Zellen dargestellt ist. Die äußeren, geöffneten Zellwände des eine geringe
Dichte aufweisenden Kerns bilden den Außenumfang des Tragflächenhinterkantenteils
der Klappe lo. Insbesondere bilden die offenen Zellseiten des eine geringe Dichte
aufweisenden, wabenartigen Kerns das Profil des Teils der Klappe rückwärts von dem
primär tragenden Element zu der Tragflächenhinterkante der Klappe, und zwar in ähnlicher
Weise, wie dies bei den eine geringe Dichte aufweisenden, waben artigen Kernen herkömmlicher
Klappen der Fall ist.
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Wie bereits erwähnt worden ist, wird zur Vermeidung der Bildung von
Huckeln und Vertiefungen bei der Aufbringung einer Außenhaut 14 auf ein Gefüge mit
benachbarten, porösen (wabenartigen) und unporösen (Holmabdeckung) Bereichen
für
eine Unstetigkeit zwischen diesen Bereichen gesorgt. Aus Fig. 3 geht deutlich hervor,
daß für diese Unstetigkeit gesorgt wird, indem der eine geringe Dichte aufweisende,
wabenartige Kern dicker als die Dicke der Kombination der Holmabdeckungen und des
eine hohe Dichte aufweisenden, wabenartigen Kerns am Verbindungspunkt ausgeführt
wird. Auch wenn die Abmessung der Unstetigkeit zwischen den Außenflächen der Holmabdeckungen
und dem eine geringe Dichte aufweisenden Kern in Abhängigkeit von der Größe der
Zellen des wabenartigen Kerns und der Eigenschaften des Klebstoffs variieren kann,
hat sich für eine gebräuchliche Klappe eines modernen Düsenflugzeugs, wie z.B. einer
Boeing 727, eine mittlere Abmessung von o,oo5 inch (0,00,25,4 mm) als geeignet erwxsen.
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Insbesondere die Unstetigkeit zwischen der unteren Holmdeckung und
der untern Fläche des eine geringe Dichte aufweisenden, wabenartigen Kerns und der
oberen Holmabdeckung und der oberen Fläche des eine geringe Dichte aufweisenden,
wabenartigen Kerns kann sich von 0 bis o,oo5 inch (von O bis o,oo5.25,4 mm) verändern,
solange der Mittelwert ungefähr o,oo5 inch (o,ooS.25,4 mm) ist.
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Die Erfindung hebt folglich nicht die Notwendigkeit einer Unstetigkeit
auf. Vielmehr sorgt die Erfindung für ein primär tragendes Element, das die massiven
Holme herkömmlicher Klappen ersetzt. Die Verwendung eines primär tragenden Elementes,
das aus einem eine hohe Dichte aufweisenden, wabenartigen Kern und einem Paar Holmabdeckungen
anstelle eines massiv versteiften Holms gebildet ist, weist zahlreiche Vorteile
auf. Zum einen kann in Abhängigkeit von der Größe (Weite) und der Dichte des vJabenartigen
Kerns hoher Dichte eine Verringerung des Gewichtes bei Aufrechterhaltung einer adaquatell
Festigkeit erreicht werden. Zum anderen kann, was weitaus wichtiger ist, das primär
tragende Element kostensparend unter genauer Einhaltung der abmessungsmäßigen Erfordernisse
hergestellt werden, d.h. derartige Elemente können ohne Kostenerhöhung exakt innerhalb
der Toleranzgrenzen gehalten werden. Demgegenüber ist es bei massiven Holmen schwierig,
die gleichen Erfordernisse einzuhalten. Aber auch wenn es gelingt, bei massiven
Holmen die geforderten Abmessungen einzuhalten, sind die Herstellungskosten der
Holme unangemessen.
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Ferner kann wegen der genauen Dimensionierung des primär tragenden
Elementes das gesamte zusammengesetzte Gefüge
(z.B. die Klappe)
in einem einstufigen Heißklebeverfahren hergestellt werden, wie nachfolgend dargelegt
wird.
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Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Klappe 1o wird durch eine vordere
Kante oder einen Ansatz 15 vervollständigt, der an den nach vorne ragenden Teilen
der Holmabdeckungen 12 befestigt ist. Da die StärKe des Materials, aus dem der Ansatz
für gewöhnlich gebildet wird, meist größer als die Dicke der Außenhaut 14 ist, sind
die nach vorn ragenden Teile der Holmabdeckungen unterschnitten daLgestellt. Als
Folge davon wird eine bündige Überlappverbindung an der Außenfläche der Klappe erzeugt.
Zur Verstärkung sind ferner Platten 15a vorgesehen, die auf der Innenseite der Klappe
angeordnet sind, so daß die Vorderkante der Holmabdeckungen die benachbarten Flächen
letzterer und den Ansatz 15 überlagern. Vorzugsweise ist der Ansatz angenietet.
Andere Befestigungsmöglichkeiten sind aber wählbar.
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Unter bestimmten Bedingungen kann ein zusammengesetztes Getüge adäquate
Wizerstandsfähigkeit aufweisen,falls der wabenartige Kern des primär tragenden Elements
eine Dichte
(geringe Dichte) entsprechend der Dichte der Außenhaut
aufweist, die von dem wabenartigen Kern getragen ist.
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In einem solchen Fall können der wabenartige Kern des primär tragenden
Elements und der wabenartige Kern, der die Außenhaut trägt, einheitlich hergestellt
und auf die exakte Form bearbeitet werden. Wenn anderenfalls der die Außenhaut tragenden,
wabenartigen Kern zwecks Erhöhung der Festigkeit dichter hergestellt werden soll,
kann ein wabenartiger Kern einheitlich hoher Dichte zu einem die Außenhaut tragenden
Kern und einem primär tragenden Kern verarbeitet werden. Ein Ausführungsbeispiel
eines zusammengesetzten Gefüges (Querruder), bei dem die beiden wabenartigen Kerne
die gleiche Dichte aufweisen und die in einheitlicher Weise hergestellt sind, geht
aus Fig. 5 hervor. Fig. 5 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts eines Querruders
20 mit einem einheitlichen, wabenartigen Kern 21. Der einheitliche, wabenartige
Kern 21 ist bearbeit oder so geformt, daß er einen Tragflächenhinterkantenbereich
in Form des Tragflächenhinterteils des Querruders 20 sowie ein Vorderkantenbereich
22 aufweist, der der Vorderkante der Klappe zugewandt, jedoch im Abstand von dieser
angeordnet ist. Der Vorderkantenbereich 22 ist an den oberen und unteren Flächen
im
angemessenen Ausmaß unterschnitten, um für die Unstetigkeit nach Verbinden der oberen
und unteren Holmabdeckungen 23 mit den unterschnittenen Bereichen zu sorgen. Die
Holmabdeckungen ragen nach außen von dem Vorderkantenbereich 22 des wabenartigen
Kerns 21 vor. Wie bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten, zusammengesetzten Gefüge
(Klappe) wird eine Außenhaut 24 an den Holmabdeckungen und dem Tragflächenhinterkantenbereich
des einheitlichen Kerns befestigt. Weiterhin wird eine U-förmige Vorderkante 25
an dem nach vorne ragenden Teil der Holmabdeckungen 23 befestigt.
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Bei bestimmten zusammengesetzten Gefügen kann es notwendig sein, daß
sich der die Außenhaut tragende Kern nach außen von den einander gegenüberliegenden
Seiten des wabenartigen Kerns des primär tragenden Elementes erstreckt.
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Bei solchen Gefügen kann es sich um Gefüge für Flugzeugsteuerflächen,
leichtgewichtige Spante usw. handeln.
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Fig. 6 ist die Ansicht eines Querschnitts, die eine erfindungsgemäße
Ausführungsform einer Platte zeigt, bei der sich wabenartige Kerne 31 und 32 geringer
Dichte, die eine Außenhaut tragen, nach außen von einem langgestreckten, wabenartigen
Kern 33 hoher Dichte erstrecken, die an Kernen geringer Dichte befestigt sind. Obere
und untere
Holmabdeckungen 3 sind an einem waben artigen Kern 33
hoher Dichte betestigt. Die Höhe der Kombination aus dem wabenartiyen Kern hoher
Dichte und den Holmabdelckungen, die das primär tragende Element bildet, ist wiederum
geringfügig kleiner als die Höhe der benachbarten Bereiche der wabenartigen Kerne
31 und 32 geringer Dichte, wie deutlich aus Fig. 6 hervorgeht. An den Holmabdekzungen
und den treiliegenden, benachbarten Flächen der wabenartigen Kerne 31 und 32 geringer
Dichte ist eine Außenhaut 35 befestigt. Hervorzuheben ist, daß bei der erfindungsgemäßen
Ausführungsform die Breite des wabenartigen Kerns hoher Dichte und die Breite der
Holmabdeckungen 34 gleich ist. Die Holmabdeckungen erstrecken sich folglich nicht
über eine Seite des waben artigen Kerns hoher Dichte hinaus, wie in Bezug auf die
anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele dargelegt worden ist. Falls es notwendig
ist, können die wabenartigen Kerne der primär tragenden Elemente der zuvor beschriebenen
Ausführungsformen auch den gesamten Bereich zwischen den Holmabdeckungen einnehmen.
Da bei der errindungsgemäßen Ausführungsform nach Fig. 6 wie bei den anderen
beschriebenen
Aus i:ührungsformen ein wabenartiger Kern hoher Dichte als Teil des primär tragenden
Elementes orgesehen is-, kann die Dichte des die Außenhaut trayenden Kerns wie des
Kerns des primär tragenden Elementes gleich hoch oder gleich niedrig sein. In diesem
Fall können die beiden wabenartigen Kerne in einheitlicher leise hergestellt werden.
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Die wabenartlgen Kerne, die Holmabdeckungen und Außenhäute können
aus verschiedenen Materialien, wie z.B.
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Aluminium, einer Alluminiumlegierung, Titan, einer Titanleerung, Stahl,
einer Stahllegerung, Glasfaserglas oder anderen kunstharzverstärkten Fasern, Papiererzeugnissen
oder hochtemperaturbeständigen Nylons, wie Polyamiden, in Abhängigkeit davon hergestellt
werden, wie das resultierende, zusammengesetzte Gefüge verwendet werden soll.
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Als l'lebstofte können Epoxyharze, Akrylpolymere, Phenolharze oder
andere nichtflüchtige Klebstoffe entsprechend dem angemessen herzustellenden Festigkeitserfordernis
der Verbindung verwendet werden.
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Ein normaler wabenartiger Kern aus einer Aluminiumlegierung mit dem
Gitter L/W ist durch seine Dichte charakterisiert. Ein wabenartiget Kern geringer
Dichte bedeutet in diesem Zusammenhang eine Dichte zwischen 2,1 und 4,5 Pound/Fuß³,und
ein wabenartiger Kern hoher Dichte bedeutet eine Dichte zwischen 7,1 und 55 Pound/Fuß3.
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So ergibt z.B. bei einer tatsächlichen Innenklappe einer Boeing 727
bei Anwendung der Erfindung und einer normalen Aluminiumlegierung, wie sie bei Flugzeugen
üblich ist, ein primär tragendes Element mit einem wabenartigen, eine hoehe Dichte
aufweisenden Kern eine Dichte von 12 Pound/Fuß³, wobei 2/16 inch. große Zellen mit
einer Wandstärke von o,oo3 inch, einer Breite von o,75 inch, einer Höhe ungefähr
2,5 inch und einer Länge von ungefähr 15 Fuß (15.30,48 cm) Verwendung finden. Der
wabenartige Kern geringer Dichte, der die Außenhaut trägt, weist eine Dichte von
3,1 lbs/Fuß3 auf und ist aus 3/16 inch großen Zellen mit einer Wandstärke von o,ool
inch, einer Höhe von ungefähr 2,5 inch an der Grenzfläche zwischen den wabenartigen
Kernen hoher und niedriger Dichte, einer Breite von ungefähr 14,8 inch. und einer
Länge von ungefähr 15 Fuß gebildet. Die Holmabdeckungen weisen
eine
Dicke von o,1 inch, eine Breite von 2,0 inch und eine Länge von ungefähr 15 Fuß
auf. Die obere Außenhaut hat eine Dicke von o,ol2 inch und die untere Außenhaut
eine Dicke von o,ol6 inch. Der Klebstoff ist ein moderlert wärmegehärteter, veränderbarer
Epoxyharz, z.B.
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ein.imodifivierter Epoxyharz FM-73 der Fa. American Cyanide oder der
Ewpoxyarz 9628 der Fa. Hysol Corporation. Die Dicke des Klebstoffs zwischen der
Außenhaut und den Holmabdeckungen, zwischen der Außenhaut und dem wabenartigen Kern
geringer Dichte und zwischen den Holmabdeckungen und dem wabenartigen Kern hoher
Dichte ist o,ol inch. Die Dicke des Klebstoffs zwischen den wabenartigen Kernen
hoher und niedriger Dichte ist o,o5 inch.
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In einigen Fällen wird es bevorzugt, die Dichte in einem der beiden
Kerne in Abhängigkeit von der erforderlichen iderstandsfähigkeit zu variieren. So
ist z.B. bei Klappen der Boeing 737 die Dichte des Kerns des verwendeten primär
tragenden Elements ungefähr 12 Pound/Fuß3. Diese Dichte erhöht sich auf 21 Pound/Fuß³,
wenn Betätigungshebel an dem primär tragenden Element angebracht werden.
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Das einstufige Heißklebeverfahren gemäß der Erfindung zur Bildung
der erfindungsgemäßen zusammengesetzten Gefüge schließt Im allgemeinen das Zusammenbauen
des primär tragenden Elementes, des wabenartigen Kerns,der die Außenhaut trägt,
und das Aufbringen letzterer sowie das Erwärmen der zusammengebauten Einheit In
einem Ofen ein.
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Vor dem Zusammenbauen werden der wabenartige Kern oder die Kerne bezüglich
ihrer Außenflächen formmäßig mit einem-Grundhobel mit einem von einer Ventilkolbenstange
betätigten Messer bearbeitet. Da die Holma.odeckungen eine gleichförmige, vorbestimmte
Dicke aufweisen, kann die Unstetigkeit zwischen benachbarten Flächen des primär
tragenden Elements und dem waben artigen Kern geringer Dichte, der die Außenhaut
trägt, mit einer Genauigkeit gebildet werden, die eine exakte Aufrechterhaltung
des Raumes zwischen diesen Flächen gewährleistet. Wird angenommen, das zusammengesetzte
Gefüge bilde eine Klappe, so wird der wabenartige Kern geringer Dichte zur gleichen
Zeit auf sein aerodynamisches Profil bearbeitungsmäßig gebracht. Die untere Außenhaut
(d.h. die der Klappe) wird dann auf eine Werkzeuganordnung auf gebracht und der
Klebstoff wird auf die freiliegende Seite der Außenhaut aufgebracht. Die untere
Holmabdeckung wird in SEliung
gebracht und auf der Außenhaut in
geeigneter Lage aurgebracht. Hierauf wird der Teil der freiliegenden fläche der
unteren Holmabdeckung, der mit dem wabenartigen Kern hoher Dichte in Berührung kommen
soll, mit dem Klebstoff überzogen. Der zuvor befestigte (oder einheitlich geformte),
wabenartige Kern des primär tragenden Elementes und der wabenartige Kern geringer
Dichte werden auf der unteren Außenhaut bzw. auf der unteren Holmabdeckung angeordnet.
Die obere Holmabdeckung kann dann an dem wabenartigen Kern des primär tragenden
Elementes mit einem Klebstoff befestigt werden. Die obere Außenhaut wird dann an
der freiliegenden Fläche des wabenartigen Kerns geringer Dichte und an der oberen
Holmabdeckung mit einem Klebstoff befestigt. Der zusammengebaute Klappenaufbau wird
dann in einer Beutelform abgedichtet und der Klebstoff wird in einem aufgeheizten
Autoklav gehärtet. kJenn ein bei moderierter Wärme erhärterer, modifizierter Epoxyharz
als Klebstoff verwende-t wird, beträgt die Temperatur des Autoklav vorzugsweise
2500F.
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Die Schritte beim Zusammenbauen sind variierbar. Die wabenartigen
Kerne können z.B. einzeln in die gewünschte
Form gebracht werden,
worauf die beiden Holmabdeckungen an dem wabenartigen Kern des primär tragenden
Elements mit Klebstoff befestigt, der wabenartige Kern, der die Außenhaut trägt,
an dem wabenartigen Kern des primär tragenden Elements angebracht, die Holmabdeckungen
dann mit Klebstoff beschichtet und die Außenhäute darauf befestigt werden. Diese
alternativen Schritte des Zusammenbauens schließen die Notwendigkeit aus, die wabenartigen
Kerne vor dem Erhärten der Klebstoffe der gesamten Anordnung zu verbinden.
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Auch die Reihenfolge der einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist variierbar. Ferner können andere zusammengesetzte Elemente als Klappen
und Querruder gebildet werden. Die Dicke der Holmabdeckungen kann je nach den variierbaren
Festiglceitserfordernissen und den daran zu befestigenden Bauteilen variieren. Jedoch
muß die Dicke jeder Holmabdeckung an irgendeinem Punkt bekannt und gleichmäßig für
die Holmabdeckungen gleicher Form sein. Die Unstetigkeit zwischen der Außenfläche
der Holmabdeckungen und der Außenfläche des wabenartigen Kerns geringer Dichte nahe
der Holmabdeckung muß aufrechterhalten werden.
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