DE3543061C1

DE3543061C1 - Device for machining the longitudinal end edges of workpieces made of fibre-reinforced plastic

Info

Publication number: DE3543061C1
Application number: DE19853543061
Authority: DE
Inventors: Cord-Hermann Hagenmeyer
Original assignee: Dornier GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1985-12-05
Filing date: 1985-12-05
Publication date: 1987-06-25

Abstract

Device for machining the longitudinal end edges of angle-profiled workpieces consisting of fibre-reinforced plastic by the flat deposition of pre-impregnated fibre layers and forming in a profile mould, the device (1) comprising two clamping elements (15; 24) which are held resiliently in a splayed position at a splay angle ( alpha ) and are adjustable against the splaying effect by pressure medium actuation and the elements (15; 24) at the same time serving as templates (20, 20') for the tool guidance. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Schneidbearbeitung der Längsstirnkanten von winklig profilierten und auf einem Formträger befindlichen, aus faserver stärktem Kunststoff bestehenden Werkstücken, welche durch Ablage von vorimprägnierten Faserschichten und Umformung in einer Profilform entstehen.The invention relates to a device for cutting processing the longitudinal front edges of angularly profiled and on a mold carrier made of fiber strengthened plastic existing workpieces, which by depositing pre-impregnated Fiber layers and forming in a profile form.

Bei der Konstruktion biegesteifer Strukturen aus faserver stärkten Kunststoffen, z. B. im Flugzeugbau, kommt zunehmend integrierten, im Querschnitt U-Profilform aufweisenden Strukturelementen an Bauteilen Bedeutung zu.In the construction of rigid structures made of fiber-reinforced strengthened plastics, e.g. B. in aircraft construction, is increasingly coming integrated U-shaped profile Structural elements on components.

In bekannter Weise werden Strukturen aus dem genannten Mate rial aufgebaut, aus einem z. B. ebenen Grundgelege und mit diesen integrierten Versteifungsgelegen, wobei die Gelege gebildet sind durch Ablage einer Anzahl von Schichten aus Vorimprägnaten. Die Versteifungsgelege weisen U-Profilform auf und die einander benachbarten Seitenstege liegen anein ander an.In a known manner, structures made from the above-mentioned mate rial built from a z. B. flat basic structure and with this integrated stiffening chairs, the scrims are formed by depositing a number of layers Prepregs. The stiffening scrims have a U-profile shape on and the adjacent side webs lie against each other other.

So gebildete Strukturteile werden dann unter Druck- und Wärmebeeinflussung in einem Autoklaven ausgehärtet.Structural parts thus formed are then under pressure and Influenced heat hardened in an autoclave.

Die U-profilförmigen Versteifungselemente werden so gebil det, daß die einzelnen Schichten von Vorimprägnaten in ebe ner Abwicklung aufeinander geschichtet und danach das Gelege im noch nicht ausgehärteten Zustand um einen die Innenkontur des U-Profilkörpers bildenden Formkern aus der ebenen Ablage in die U-Profilform umgeformt wird.The U-shaped stiffening elements are thus made det that the individual layers of pre-impregnates in ebe layered on top of each other and then the clutch in the not yet hardened state around the inner contour of the U-shaped body forming core from the flat shelf is formed into the U-profile shape.

Infolge dieser Umformung des Geleges in die U-Profilform und dadurch, daß Fasermaterialien keine Streckgrenze besitzen, erfolgt zwangsläufig infolge der unterschiedlichen Abstände der Vorimprägnat-Schichten vom Umformkern eine Verschiebung der Schichten gegeneinander.As a result of this transformation of the scrim into the U-profile shape and in that fiber materials have no yield strength, takes place inevitably due to the different distances a shift in the pre-impregnated layers from the forming core of the layers against each other.

Der dadurch hervorgerufene Längenausgleich zwischen den ein zelnen Prepreg-Schichten führt dazu, daß die Längsstirnkan ten der U-Profilstege eine Stufung um die jeweilige Schicht dicke der Schichten von innen nach außen aufweisen.The resulting length compensation between the one individual prepreg layers causes the longitudinal face the U-profile webs were graded around the respective layer have thickness of the layers from the inside to the outside.

Diese Stufung erfordert die Bearbeitung der Längsstirnkanten an den Seitenstegen der U-profilförmigen Versteifungs elemente. Die Bearbeitung wird beispielsweise mittels Ultraschallmesser vorgenommen. This grading requires the machining of the longitudinal front edges on the side bars of the U-shaped stiffening elements. The processing is, for example, by means of Ultrasound knife made.

Um zu maßgerechten Werkstücken zu gelangen, werden die Be schneidewerkzeuge mittels einer Schablone geführt. Bekannte Ausbildungen von Schablonen sind ebenfalls aus faserver stärkten Kunststoffen gebildet, wobei eine Beschädigung der Schablonenflächen nicht ausgeschlossen werden kann.In order to arrive at made-to-measure workpieces, the Be cutting tools guided using a template. Known Formations of templates are also made of fiber strengthened plastics, causing damage to the Stencil areas cannot be excluded.

Ein Problem für die Bearbeitung der Längsstirnkanten der U-profilförmigen Versteifungselemente ergibt sich aus der Tatsache, daß nach der Umformung infolge der auftretenden Spannungen zwischen den einzelnen Prepreg-Schichten ein starkes Rückfedern der Seitenstege auftritt. Für eine maß genaue Bearbeitung der Seitenstege muß das Gelege für den Bearbeitungsvorgang zwangsläufig in der Endkontur gehalten werden.A problem for machining the longitudinal front edges of the U-shaped stiffening elements result from the The fact that after the reshaping due to the occurring Tensions between the individual prepreg layers strong rebound of the side webs occurs. For a measure the clutch for the Machining process inevitably held in the final contour will.

Bei längeren Verstärkungsprofilen (<0,5 m) ist ein kontur genaues Aufsetzen von Bearbeitungsschablonen mit feststehen den Beschneidkanten unmöglich.With longer reinforcement profiles (<0.5 m) there is a contour exact placement of processing templates with fixed the trimming edges impossible.

Gegenüber bekannten Einrichtungen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe es ermöglicht wird, auch bei längeren, U-Profilform aufweisenden Werkstücken ein kontur genaues Aufsetzen von Bearbeitungsschablonen mit feststehend angeordneten Beschneidkanten zu ermöglichen. Compared to known facilities It is an object of the present invention to provide a device create, with the help of which it is also possible longer workpieces with a U-profile shape exact placement of processing templates with fixed to allow arranged trimming edges.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Vor richtung nach den Merkmalen des Hauptanspruches und in weiterer Ausgestaltung des Haupterfindungsgedankens nach den Merkmalen der Unteransprüche gelöst.The task is inventively by a front direction according to the features of the main claim and in further development of the main inventive idea according to the Features of the subclaims solved.

Die Vorrichtung läßt sich auch bei großer Länge infolge der in aufgespreizter Lage gehal tenen Schenkel der Vorrichtung konturgenau auf das Werk stück, welches auf dem Formträger aufliegt, aufbringen, obwohl dessen Schenkel eine nach außen auffedernde Lage einnehmen. Das Aufsetzen der Vorrichtung ist, auch bei gro ßer Werkstücklänge bzw. Vorrichtungslänge, durch minimalen Bedienungsaufwand möglich.The device can also in the case of great length as a result of being in a spread position th leg of the device to the contour of the work Apply the piece that rests on the mold carrier, although whose legs have an outward springing position take in. The device is attached, even with large ß workpiece length or device length, by minimal Operating effort possible.

Infolgedessen, daß bei Beaufschlagung des Schlauches über die gesamte Länge die Schenkel der Vorrichtung gegen die Schenkel des Werkstückes angedrückt und das Werkstück so mit gegen den Formträger gepreßt wird, ist der Sitz der Schenkellängskante (Schnittkante) an allen Stellen des Werkstückes in einwandfreier Lage garantiert.As a result, that when the hose is loaded over the entire length of the legs of the device against the Leg of the workpiece pressed and the workpiece like this is pressed against the mold carrier, is the seat of the longitudinal leg edge (Cutting edge) at all points of the workpiece in perfect location guaranteed.

Durch Ausbildung eines der das Werkstück fassenden Schenkel der Spannelemente als in eine Spreizstellung zurück federnde Zunge kann dieser eine Winkelbewegung in Richtung auf den Schenkel des Werkstückes ausführen. Dabei ist von Vorteil, wenn bei der Verwendung eines aushärtbaren Schaumes zur Festlegung der Lage einer der Werkstückform angepaßten Einsatzplatte kein Scharnier für die Verschwenkung des Schenkels der Vor richtung vorhanden ist, welches durch den Schaum in seiner Funktionsfähigkeit beeinträchtigt werden kann.By forming one of the legs holding the workpiece of the clamping elements as in a spread position bouncy tongue this can an angular movement towards the leg of the workpiece. It is an advantage if at the use of a curable foam to determine the Position of an insert plate adapted to the workpiece shape Hinge for pivoting the leg of the front direction is present, which is due to the foam in its Functionality can be impaired.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind aus der nachfolgenden Beispielsbeschreibung erkennbar.Further advantageous configurations of the device are recognizable from the example description below.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Er findung dargestellt und in der folgenden Beispielsbeschrei bung näher erläutert. Es zeigtIn the drawing is an embodiment according to the Er shown and in the following example description exercise explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine Ansicht der Vorrichtung in Verbindung mit dem zu bearbeitenden Werkstück und dem das Werkstück tragenden Formträger, wobei sich die Vorrichtung in Arbeits stellung befindet, Fig. 1 is a view of the device in connection with which the device is to be machined workpiece and the workpiece supporting mold carrier, in working position,

Fig. 2 die Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 1, jedoch entgegen Fig. 1 in Öff nungsstellung, Fig. 2 is a view of the apparatus of Fig. 1, however, contrary to Fig. 1 drying posture in Publ,

Fig. 3 und 4 Einzelheiten der Druckluft führungen im Längsschnitt, FIGS. 3 and 4 details of the compressed air guided in longitudinal section;

Fig. 5 einen beispielsweisen Gelegeaufbau in perspektivi scher Darstellung, Fig. 5 is an exemplary scrim construction in perspektivi shear representation,

Fig. 6 einen Querschnitt durch das Versteifungselement im Umformzustand mit unbearbeiteten Längsstirnkanten. Fig. 6 shows a cross section through the stiffening element in the deformed state with unprocessed longitudinal end edges.

In Fig. 1 und 2 ist mit 1 die Vorrichtung mit dem zu bearbeitenden, aus faserverstärktem Kunststoff gebildeten Werkstück 2 und mit 3 der Formträger bezeichnet, der sowohl für das Umformen des Versteifungsgeleges in die Profilform (T-Form; U-Form; L-Form oder dergleichen), als auch für den Einspann- und Beschneidevorgang Verwendung findet.In Fig. 1 and 2, with 1 the apparatus to be processed with the called fiber-reinforced plastic workpiece formed 2 and 3, the mold support, both for the forming of the reinforcing ply in the profile shape (T-shape, U-shape; L- Form or the like), as well as for the clamping and trimming process.

Das zu bearbeitende Werkstück 2 ist ein im Endzustand im Querschnitt U-profilförmiges Versteifungselement V mit einem Steg 10 und Schenkeln 11. Eine Anzahl derartiger Versteifungselemente V bildet gemeinsam mit einem Grundelement G ein ausgesteiftes Bauteil, welches z. B. als tragendes Strukturelement im Flugzeugbau (Fig. 5, 6) Verwendung findet.The workpiece 2 to be machined is a stiffening element V with a web 10 and legs 11 which is U-shaped in cross section in the final state. A number of such stiffening elements V together with a base element G form a stiffened component which, for. B. is used as a supporting structural element in aircraft construction ( Fig. 5, 6).

Der Aufbau der Elemente V bzw. G ist aus Fig. 5 und 6 erkennbar. Sie werden gebildet durch schichtweises Ablegen soge nannter Vorimprägnate (Prepregs) aufeinander, die aus mit Kunststoff imprägnierten Faserschichten F _S bzw. F _S′ mit bestimmter Faserausrichtung (z. B. unidirektionaler Ausrich tung) bestehen.The structure of the elements V and G can be seen from FIGS. 5 and 6. They are formed by layering so-called pre-impregnates (prepregs) on top of one another, which consist of fiber impregnated fiber layers F _S or F _S 'with a certain fiber orientation (e.g. unidirectional orientation).

Die im Querschnitt U-profilförmigen Versteifungselemente V sind gebildet durch die ebene Ablage einer Anzahl von Prepreg-Schichten F _S′, die im noch nicht ausgehärteten Zu stand um den Formträger 3 umgeformt sind. Der Umformung folgt die Wärmebehandlung unter Druck in einem Autoklaven.The cross-sectionally U-shaped stiffening elements V are formed by the flat placement of a number of prepreg layers F _S ', which in the not yet cured state were formed around the mold carrier 3 . The forming is followed by the heat treatment under pressure in an autoclave.

Bei der Umformung des Geleges aus der ebenen Ablage um den Formträger 3 verschieben sich die einzelnen, einander benach barten Schichten F _S′ infolge des unterschiedlichen Abstan des der Schichten F _S′ vom Formträger 3 und aufgrund dessen, daß z. B. aus Glas, Kohlenstoff oder Bor bestehende Verstei fungsfasern keine Streckgrenze besitzen. Dabei bilden sich gestufte Längsstirnkanten 12, an den U-Profilschenkeln 11. Die gestuften Längsstirnkanten 12 der Schenkel 11 (Fig. 6) müssen mit Schneidwerkzeugen (Ultraschallmesser) auf Maß bearbeitet werden.In the reshaping of the scrim from the flat storage around the mold carrier 3 , the individual, mutually neigh disclosed layers F _S 'due to the different stan of the layers F _S ' from the mold carrier 3 and due to the fact that z. B. existing glass, carbon or boron stiffening fibers have no yield strength. In this case, stepped longitudinal end edges 12 form on the U-profile legs 11 . The stepped longitudinal end edges 12 of the legs 11 ( FIG. 6) must be machined to size using cutting tools (ultrasonic knives).

Die Vorrichtung 1 weist ein im Querschnitt U-profil förmiges Spannelement 15 auf, dessen Steg 16 Schenkel 17 bzw. 18 trägt, von denen der Schenkel 17 als Andrückschenkel mit der Schenkel längskante 20 und der Schenkel 18 gemeinsam mit einem Trägerprofil 22 zur Aufnahme eines zweiten Spannelements 24 mit seine Längskante 20′ dient. Das Spannelement 24 weist den zweiten Schenkel 27 für die Werkstückaufnahme zur Anlage am Schenkel 11 des Werkstückes 2 in Schließrichtung der Vorrichtung auf.The device 1 has a cross-sectionally U-shaped clamping element 15 , the web 16 carries legs 17 and 18 , of which the leg 17 as a pressing leg with the leg longitudinal edge 20 and the leg 18 together with a support profile 22 for receiving a second Clamping element 24 with its longitudinal edge 20 ' is used. The clamping element 24 has the second leg 27 for the workpiece holder for abutment on the leg 11 of the workpiece 2 in the closing direction of the device.

Das Spannelement 24 ist mittels Verschraubungen 26 über einen Be festigungssteg 25 am Spannelement 15 befestigt. Ferner weist der Schenkel 27 einen Abschnitt reduzierter Wand stärke auf, der als Scharnier und zugleich Feder 32 wirkt, wobei die Grundstellung des Schenkels 27 eine um einen Winkel α geneigte Lage einnimmt, so daß die Vorrichtung in Ruhestellung ohne Behin derung über das auf dem Formträger 3 aufliegende, zu bearbei tende Werkstück 2 gelegt werden kann.The clamping element 24 is fastened by means of screw connections 26 via a fastening web 25 to the clamping element 15 . Furthermore, the leg 27 has a portion of reduced wall thickness, which acts as a hinge and at the same time spring 32 , the basic position of the leg 27 assumes a position inclined by an angle α , so that the device in the rest position without hindrance to that on the mold carrier 3 resting, to be machined workpiece 2 can be placed.

Durch das Spannelement 15 und das Spannelement 24 ist ein im Querschnitt rechteckiger Aufnahmeraum 40 gebildet, in den ein aus flexiblem Werkstoff gebildetes, über einen Kompressor aufblasbares Schlauchteil 41 eingesetzt ist. Das Schlauch teil 41 stützt sich an einem Andrücksteg 31 der Spannschiene 24 ab so, daß beim Aufblasen des Schlauchteiles 41 auf das Spannelement 24 gegen die rückfedernde Wirkung über den Abschnitt reduzierter Wandstärke des Schenkels 27 eine Verstellkraft wirkt, die den Schenkel 27 gegen den Schenkel 11 des Werkstückes 2 drückt. Das Schlauchteil 41 ist am einen Ende abgeschlossen durch ein Einsatzstück 43 und mit einer Druckmittel zuführung 42 versehen.The clamping element 15 and the clamping element 24 form a receiving space 40 which is rectangular in cross section and into which a hose part 41 made of flexible material and inflatable via a compressor is inserted. The hose part 41 is supported on a pressure web 31 of the tensioning rail 24 so that when the hose part 41 is inflated onto the tensioning element 24, against the resilient effect over the section of reduced wall thickness of the leg 27, an adjusting force acts which forces the leg 27 against the leg 11 of the workpiece 2 presses. The hose part 41 is closed at one end by an insert 43 and provided with a pressure medium supply 42 .

In der Endstellung des Schenkels 27 liegt das Werkstück 2 am Formträger 3 an und wird an diesem gehalten. Die Schenkellängs kante 20′ des zweiten Spannelements 24 bildet die zweite Kante für die Führung des Werkzeuges. Schrauben 36 (Fig. 2) ver hindern ein zu weites Ausfedern des Schenkels 27.In the end position of the leg 27 , the workpiece 2 bears against the mold carrier 3 and is held thereon. The leg longitudinal edge 20 'of the second clamping element 24 forms the second edge for guiding the tool. Screws 36 ( FIG. 2) prevent the leg 27 from extending too far.

Es ist ferner noch eine Einsatzplatte 34 vorgesehen, die mit tels Einstellschrauben 35 auf die Werkstückform einstellbar ist.An insert plate 34 is also provided, which can be adjusted to the workpiece shape by means of adjusting screws 35 .

Der Raum zwischen dem Steg 16 des Spannelements 15 und der Platte 34 kann mit einem Kern 37 aus aushärtbarem Schaumstoff ver sehen werden. Nach Bearbeitung der Längsstirnkanten 12 des Werkstückes 2, in einer Lage (Fig. 1) in der das Auffedern der Schenkel 11 unterbunden ist, wird die Vorrichtung ge öffnet durch Drucklosschalten des Schlauchteiles 41. Der Schenkel 27 federt dadurch in seine Neutralstellung (Fig. 2) zurück und die Vorrichtung 1 kann ohne Schwierigkeiten vom Werk stück 2 abgenommen werden. Auch auf sehr lange Werkstücke kann die Vorrichtung ohne Schwierigkeiten und ohne Fehlaus richtung aufgesetzt und gespannt werden.The space between the web 16 of the clamping element 15 and the plate 34 can be seen ver with a core 37 made of curable foam. After machining the longitudinal end edges 12 of the workpiece 2 , in a position ( FIG. 1) in which the springing of the legs 11 is prevented, the device is opened by depressurizing the hose part 41 . The leg 27 springs back into its neutral position ( Fig. 2) and the device 1 can be easily removed from the workpiece 2 . Even on very long workpieces, the device can be placed and clamped without difficulty and without misalignment.

Claims

1. Device for cutting the longitudinal end edges of angularly profiled and located on a mold carrier, made of fiber-reinforced plastic consist of the workpieces, which result from the flat placement of pre-impregnated fiber layers and forming in a pro filform, characterized marked,

- That two clamping elements ( 15 and 24 ) with legs ( 17 and 27 ), which are connected to one another and together form a U-profile shape, are provided, which by means of an inflatable hose part ( 41 ) against the action of a spring ( 32 ) on the workpiece ( 2 ) can be pressed on,
- That the leg longitudinal edge ( 20 or 20 ' ) each form a guide for the cutting tool and
- That between the workpiece ( 2 ) and the web ( 16 ) of the U-profile shape, an insert plate ( 34 ) is arranged for setting the cutting edge.

2. Device according to claim 1, characterized in that one of the workpiece ( 2 ) gripping legs ( 17 or 27 ) of the clamping elements ( 15 or 24 ) is designed as a spring-back in a spreading position.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the space between the clamping elements ( 15, 24 ) formed U-profile shape and the insert plate ( 34 ) is filled with a curable foam.