DE3808763C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Biegeumformung von Paneelen der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Gattung.

Derartige Paneele werden aus elastisches und plastisches Umformverhalten aufweisenden Werkstoffe, wie z. B. aus Aluminium hergestellt. Bei Teilen für den angegebenen Verwendungszweck ist aus Gründen der Verminderung des Luftwiderstandes von besonderer Wichtigkeit, die der Luftströmung ausgesetzte Paneelaußenseite glatt und mit stetiger Krümmung auszuführen. Außerdem müssen solche Bauteile für Luftfahrzeuge, auch der allgemeinen Luftfahrt, mit Arbeitsmitteln herstellbar sein, die eine preisgünstige Fertigung zulassen.

Solche Paneele können entweder in Integralbauweise, bestehend aus einer Beplankung mit integrierten, einander überkreuzenden Versteifungsrippen (Rippengurte, Stringer) oder in Diffentialbauweise, das heißt mit auf die Behäutung aufgenieteten Versteifungsrippen, ausgeführt sein.

Aus der DE 31 39 836 A1 ist bereits ein Verfahren und eine Einrichtung zur Biegeumformung von Paneelen, insbesondere für die Beplankung der Zelle von Luftfahrzeugen, bekannt geworden, wonach die Umformung durch eine plastische, geradlinige Längenänderung der sich in Richtung des Wölbungsverlaufes erstreckenden Versteifungsrippen bewirkt wird, und wobei die Einleitung der Umformkräfte an den Versteifungsrippen in einem solchen Abstand von der Behäutung erfolgt, bei dem das Paneel einem Spannungsverlauf mit innerhalb der Behäutung liegender neutraler Faser unterworfen ist.

Die Erfindung geht aus von diesem Stand der Technik und hat zur Aufgabe die Verbesserung der bekannten Einrichtung in der Weise, daß zwischen je einander benachbarten Knotenstellen der Versteifungsrippen, von einer Biegeumformung zu unterwerfenden Bauteilen jeweils die der Umformung durch Längenänderung unterworfene Versteifungsrippen nach Abschluß des Umformvorganges über ihre gesamte Erstreckung eine konstante Dehnungsverteilung und damit Eigenspannungsverteilung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mittels einer Einrichtung entsprechend den Merkmalen des Anspruches 1 und in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung entsprechend den Merkmalen der dem Anspruch 1 folgenden Ansprüche.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung erlaubt die Einleitung der die Umformung bewirkenden Kräfte in bezug auf die Kraftangriffsrichtung, an dem einer Längenänderung zu unterwerfenden Abschnitten der Versteifungsrippen bzw. Rippengurte zu verändern und damit eine Krafteinleitung zu bewirken, aus der eine Eigenspannungsverteilung in den Rippengurten resultiert, die über die gesamte Erstreckung der Rippengurte zwischen je zwei einander benachbarten Knotenstellen gleichmäßigen Verlauf aufweist.

Die Krafteinleitung kann dadurch senkrecht zu den quer zur Krümmungsrichtung verlaufenden Stringern, das heißt rechtwinklig zur Linie zwischen den Schwenkachsen der schwenkbaren Umformglieder und den Kraftangriffspunkten der Glieder am Werkstück, erfolgen.

Durch die zusätzlich mögliche Schwenkbarkeit der Klemmbackenpaare an den Umformgliedern sind die Paare entsprechend dem jeweiligen Umformgrad während eines Umformvorganges, frei um ihre Schwenkachse einstellbar. Damit ist eine Krafteinleitung am Werkstück erzielbar, die sowohl Ausgleichsbewegungen des Werkzeuges, beziehungsweise der Einrichtung und auch des Werkstückes selbst, auszugleichen vermag und eine Anpassung der Klemmbacken an die sich während des Umformvorganges ändernde Richtung beziehungsweise Lage der Stringer erlaubt.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nachfolgend näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisiert in Perspektive einen Ausschnitt aus einem Paneel in umgeformtem Zustand,

Fig. 2 in schematisierter Darstellung eine Umformeinrichtung nach dem Stand der Technik in einer Umformstellung und Angabe der Richtung des Angriffs der Umformkraft am Werkstück,

Fig. 3 in einem Kräftediagramm die Einleitung der Umformkräfte in das Werkstück, in schematischer Darstellung und in Gegenüberstellung bekannter Ausführungen einer Umformeinrichtung gegenüber der erfindungsgemäßen Ausbildung,

Fig. 4 in schematisierter Darstellung den Aufbau der erfindungsgemäßen Umformeinrichtung in Verbindung mit der Krafteinleitung am Werkstück,

Fig. 4a schematisiert in einer ausschnittweisen Darstellung eine Draufsicht auf das Paneel mit dem Angriff der Klemmbackenpaare,

Fig. 5 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung nach Fig. 4 in einer Seitenansicht und

Fig. 6 eine Ansicht der Umformeinrichtung gesehen in Richtung des Pfeiles X der Fig. 5.

In Fig. 1 ist das Paneel 2 gezeigt, mit dessen Behäutung 3 sowie dessen einander überkreuzenden Versteifungsrippen 4 und 5.

Beispielsweise ist das Paneel bzw. Werkstück 2 ein Beplankungsteil für die Zelle von Luftfahrzeugen, wobei die einer Längenänderung zu unterwerfenden Versteifungsrippen 4 nachfolgend als Rippengurte und die sich mit diesen überkreuzenden Versteifungsrippen 5 als Stringer bezeichnet sind. Ferner sind die im Einbauzustand des Paneels 2 in der Luftströmung liegende Paneelaußenfläche 6 und die durch die sich überkreuzenden Versteifungsrippen gebildeten Knotenstellen 7 ersichtlich.

Die Knotenstellen 7 können auch so gebildet sein, daß anstelle der Stringer 5 nur Stummel derselben mit den Rippen­ gurten 4 vereinigt sind, um somit eine Ansatzmöglichkeit für den formschlüssigen Angriff der Umformeinrichtung zu erhal­ ten.

In Fig. 2 ist eine Umformeinrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik gezeigt. Die Umformeinrichtung 10 enthält Umformglieder 11, 11a, an deren freiem Ende Klemmbackenpaare 12, 12′ für den Angriff am Werkstück 2 befestigt sind. Die Umformglieder 11, 11a sind angeordnet auf einer Trägerachse 15′, die gleichzeitig die Kolbenstange des Arbeitskolbens 15 eines hydraulisch arbeitenden Servomotors 13 bildet. Der Servomotor 13 nimmt den Kolben 15 in einem Zylindergehäuse 14 unter Bildung von Zylinderkammern axial verschiebbar auf, wobei das Umformglied 11 mit dem Zylindergehäuse 14 fest verbunden ist. Das zweite Umformglied 11a ist seinerseits mit der Kolbenstange 15′ fest verbunden, so daß bei Betäti­ gung des Servomotors 13, der mit einer hier nicht darge­ stellten Druckmittel-Steuereinrichtung zusammenwirkt, die beiden Umformglieder parallel und linear zueinander ver­ stellt werden.

Hierbei werden die Umformkräfte F in Angriffspunkt A an ein­ ander benachbarten Knotenstellen 7 des Paneels 2 koaxial gegeneinander gerichtet wirksam. Dabei bleibt die Angriffs­ richtung der einander koaxial entgegengerichtet wirkenden Umformkräfte F am Werkstück 2, unabhängig vom Biegezustand des Werkstückes 2, ungeändert. Aus der linearen Übertragung der Umformkräfte F auf das Werkstück 2 resultiert eine un­ gleiche Verteilung des Biegemoments an den zwischen je zwei einander benachbarten Knotenstellen liegenden, einer Längen­ änderung zu unterwerfenden Abschnitte der Rippengurte 5. Es ergibt sich eine Konzentration der Eigenspannungen im Werk­ stück in Verbindung mit einem ungleichmäßigen Krümmungs­ verlauf der Behäutung 3 und damit der im Einbauzustand des Paneels 2 umströmten Außenfläche 6.

Im Kräftediagramm gemäß Fig. 3 sind neben Umformkräften F, die beim gezeigten Umformzustand des Paneels 2 in einem Winkel zur Lage der Stringer 5 koaxial gegeneinander gerichtet wirksam sind, Umformkräfte F′ gezeigt, die in den Angriffspunkten A am Werkstück angreifen und zur Lage der Stringer 5 entsprechend dem Umformzustand und damit zum Radius R zwischen der Schwenkachse der Umformglieder und dem Kraftangriffspunkt A rechtwinklig angreifen.

Hierbei sind die Fußpunkte A′ der Stringer 5 und der Rippen 4 auf der Behäutung 3 und der Biegeabstand p des Angriffs der Umformkräfte F beziehungsweise F′ im Angriffspunkt A vom Fußpunkt A′ ersichtlich.

Ferner ist der Differenzabstand h zwischen den Fußpunkten A′ und den Krümmungsscheitelpunkt D der Beplankung bzw. Behäutung 3 in einem gegebenen Krümmungszustand des Werkstückes 2 angedeutet. Die Differenz zwischen den Punkten C, C′ in der Wirkungslinie der koaxial zueinander gerichteten Umformkräfte F gegenüber den Umformkräften F′ läßt die Differenz der in den Rippengurten 4 beim Umformvorgang im gezeigten Umformzustand wirksamen Biegespannungen, hervorgerufen durch die unterschiedliche Richtung des Angriffs der Umformkräfte F gegenüber den Kräften F′, erkennen.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausbildung, sind die mit 111, 111a bezeichneten Umformglieder relativ zueinander schwenkbar angeordnet.

Im Bereich des einen Endes der Umformglieder 111, 111a sind, wie bei der bekannten Ausbildung nach Fig. 2, die mit dem Werkstück 2 in Eingriff bringbaren Klemmbackenpaare 112, 112′ angeordnet, welche die einer Umformung zu unterwerfenden Rippengurte 4 zwischen sich fassen und die formschlüssig an einander benachbarten Knotenstellen 7 des Paneels angreifen.

Im Bereich des entgegengesetzten Endes der Umformglieder greift hier der Servomotor 113 an. Dabei stützt sich dessen Arbeitskolben 115 am Umformglied 111 und der Arbeitszylinder 114 am Umformglied 111a gelenkig ab. In Fig. 5 ist das Lagerauge 123 des Arbeitskolbens bzw. der Kolbenstange 115′ gezeigt.

Bezogen auf die Längserstreckung der Umformglieder 111, 111a, ist zwischen den Klemmbackenpaaren 112, 112′ und dem Servomotor 113 ein Ankerteil 130 angeordnet, das als Abstützung und als getrennte Schwenklagerung für eine voneinander unabhängige Relativschwenkbewegung der Umformglieder 111, 111a in Richtung der Schwenkebene E-E (Fig. 1) dient. Sowohl der Zylinder 114, als auch der Arbeitskolben 115 des Servomotors 113 greift mittels eines Schwenklagers 120, 121 an den Umformgliedern 111, 111a gelenkig an.

Das Ankerteil 130 trägt mittels Lagern 134, 134a schwenkbar die Umformglieder 111, 111a. Das Ankerteil 130 enthält ferner Einstellmittel zur Veränderung des Abstandes L der Achsen der Lager 134, 134a, wie aus der konstruktiven Ausbildung gemäß der nachfolgend beschriebenen Ausführungs­ form der Einrichtung nach den Fig. 5 und 6 zu erkennen ist.

In den Fig. 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei mit Teilen der Fig. 1 bis 4 korrespondierende Teile gleich benannt und mit glei­ chen Bezugsziffern versehen sind.

Die Umformglieder 111, 111a sind hier in der Art eines geschlossenen Rahmens ausgeführt, dessen Durchbrechung 150 zur Aufnahme von Teilen des Servomotors 113, sowie von Teilen des Ankers 130 dient. An dem die Umformglieder 111, 111a bildenden Rahmen lagern sich die Klemmbackenpaare 112, 112′.

Eine Einstelleinrichtung 140 enthält einen auf das Gewinde der Ankerstange 131 des Ankerteiles 130 aufschraubbaren und arretierbaren Gewindering 142. Dieser stützt sich an der Schulter 144, der die Zapfen der Lager 134, 134a tragenden, auf der Ankerstange 131 verschiebbaren Lagerbüchse 143 so ab, daß je nach Einstellung des Gewinderinges 142 eine entsprechende Einstellung des Abstandes L der Achsen der Lager 134, 134a an den beiden Umformgliedern 111, 111a und damit eine Änderung der Richtung des Kraftangriffs der Umformkraft F′ bewirkt wird. Daraus resultiert, daß die Umformkraft F′ entsprechend der Ausbildung des Bauteils bzw. Werkstücks 2 während des Umformvorganges, beziehungsweise in End-Umformstellung der Glieder 111, 111a zueinander, senkrecht zur Erstreckung der Stringer 5 beziehungsweise rechtwinklig zum Schwenkradius R, um den die Umformglieder 111, 111a schwenkbar sind, im Kraftangriffspunkt A an den Rippengurten 4 angreift. Es ist anstelle der gezeigten Einstelleinrichtung zur Veränderung des Abstandes L auch eine Ausbildung denkbar, mit deren Hilfe eine Lageveränderung der Lager 134, 134a mit dem Ankerteil 130 in Richtung der Längserstreckung der Umformglieder 111, 111a ermöglicht wird. Eine solche Änderung des Abstandes zwischen den Angriffspunkten A der Umformkraft F′ und den Achsen der Schwenklager 134, 134a, das heißt eine Veränderung des Radius bzw. Abstands R, läßt die Verwendung der Einrichtung auf Bauteile unterschiedlicher Abmessungen zu.

Die Einrichtung weist ferner eine Hubbegrenzung 160 auf, die eine in das Umformglied 111a fest eingesetzte Schraube 161 und eine auf deren Gewinde aufschraubbare und arretierbare Stellmutter 162 enthält.

Außerdem ist eine sich an der Stellmutter 162 der Hubbegrenzung 160 abstützende Federungseinrichtung 170 vorgesehen. Die Feder dient dazu, die Umformglieder 111, 111a bei drucklosem Stellmotor 113 in einer vorbestimmten Öffnungsstellung zu halten. Daraus resultiert ein leichteres Aufsetzen der Einrichtung auf das Bauteil.

Die Einrichtung kann als mobiles Werkzeug oder als Komponente einer feststehenden Bearbeitungseinheit ausgeführt sein.

Bei der vorliegenden Ausführungsform der Einrichtung sind die Klemmbackenpaare 112, 112′ an den Umformgliedern 111, 111a um Achsen 180 quer zur Richtung der Umformkraft F′ frei schwenkbar angeordnet. Mittels der so gelagerten Klemmbackenpaare 112, 112′ ist während des gesamten Umformvorganges eine selbsttätige Anpassung an die Lage beziehungsweise den Umformgrad der Stringer 5 gewährleistet und damit eine einwandfreie Übertragung der Umformkraft F auf das Bauteil 2 ermöglicht. Ferner ist noch eine Einstellschraube 178 gezeigt, die zur einstellbaren Begrenzung des Öffnungsweges der Einrichtung dient.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Biegeumformung von Paneelen für die Beplankung der Zelle von Luftfahrzeugen, Raketen oder dergleichen, wobei die Paneele auf einer Behäutung einseitig angeordnete, unter Bildung von Knotenstellen einander überkreuzenden Versteifungsrippen aufweisen, mit zwei kraftbetätigten, relativ gegeneinander verstellbaren Umformgliedern, die jeweils ein an in Richtung des Biegeverlaufs einander benachbarten Knotenstellen formschlüssig angreifende und dabei die jeweils in dieser Richtung verlaufende Versteifungsrippe kraftschlüssig zwischen sich fassende Klemmbackenpaare aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellbarkeit der beiden Umformglieder (111, 111a) gegeneinander in einer Schwenkbarkeit besteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbarkeit der beiden Umformglieder (111, 111a) mit Hilfe getrennter Lager (134, 134a) erfolgt, die an einem gemeinsamen Ankerteil (130) im Abstand voneinander angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (L) zwischen den Lagern (134, 134a) veränderbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (R) zwischen den Lagern (134, 134a) und den Klemmbackenpaare (112, 112′) jeweils veränderbar ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Klemmbackenpaare (112, 112′) jeweils um eine senkrecht zur Richtung des Biegungsverlaufs angeordnete Achse (180) frei schwenkbar sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftbetätigung der beiden Umformglieder (111, 111a) durch einen Servomotor (113) erfolgt, der zwischen den freien Enden der Umformglieder über Schwenklager (120, 121) angreift.