DE4006354C2

DE4006354C2 -

Info

Publication number: DE4006354C2
Application number: DE4006354A
Authority: DE
Inventors: Richard Ing.(Grad.) 7997 Immenstaad De Renz
Original assignee: Dornier Luftfahrt GmbH
Current assignee: Fairchild Dornier GmbH
Priority date: 1990-03-01
Filing date: 1990-03-01
Publication date: 1993-05-27
Also published as: DE4006354A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Waben aus Faserverbundwerkstoffen für räumlich gekrümmte Sandwichplatten, insbesondere für Parabolspiegel mit extrem hoher Genauigkeit.

Aus der DE-OS 22 48 358 ist ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen und mit Kanälen durchsetzten Kerns unter Verwendung von Dornen für die Kanäle bekannt. Die dabei verwendeten Dorne sind nicht mit Wickelkernen vergleichbar. Die Dorne dienen dazu, bereits bestehende Fasergelege in eine bestimmte Formgebung zu zwingen, wobei die Fasergelege um die Dorne gelegt werden, aber nicht gewickelt werden im eigentlichen Sinn dieses Begriffes, einem Ablegen unter ständigem Rotieren. Die dabei entstehende quadratische oder dreieckige Form wird beibehalten. Die dort verwendeten Dorne dienen der Freihaltung von Kanälen, durch die möglicherweise entstehende Feuchtigkeit abfließen kann, um die Radareigenschaften nicht zu beeinträchtigen. Die nebeneinandergefügten einzelnen Kanäle bleiben in einer Ebene angeordnet, das heißt, sie werden nur nebeneinander aber nicht übereinander angeordnet.

Aus der DE-AS 12 33 573 ist eine Formrichtung bekannt zum Herstellen von hohlen Tragflügeln mit im Inneren in Flügellängsrichtung sich erstreckenden Versteifungsstegen aus gewebeverstärktem Kunstharz, bestehend aus zwei Formhälften und in Flügellängsrichtung sich erstreckenden Kernen. Es werden dort weder zunächst rechtwinklige Gelege gewickelt, noch werden kreuzförmige Gelege hergestellt.

Aus der DE-PS 8 43 890 sind Bauteile aus Kunststoff auf der Grundlage von wärmehärtbaren Harzen bekannt. Insbesondere ein Bauteil in Form eines plattenförmigen Hohlkörpers mit im wesentlichen parallelen Längswänden und zwischen denselben angeordneten Querstegen. Die Herstellung von kreuzförmigen Gelegen, die zu größeren Wabenblöcken verklebt werden, ist dort nicht beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Waben, insbesondere für Parabolspiegel mit extrem hoher Genauigkeit, anzugeben.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen sind Gegenstände von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird an Hand von Figuren erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine einzelne Wabenzelle,

Fig. 2 ein erstes Beispiel der Zusammenstellung mehrerer Zellen,

Fig. 3 ein zweites Beispiel der Zusammenstellung mehrerer Zellen,

Fig. 4 ein Wickelkern mit angelegten Wickelschienen,

Fig. 5 die Anbindung an eine der Polkappen,

Fig. 6 Stufen des Herstellungsprozesses einer einzelnen Zelle,

Fig. 7 eine Aushärtevorrichtung für kubische Wabenblöcke,

Fig. 8 eine Aushärtevorrichtung für nichtkubische Wabenblöcke,

Fig. 9 die Anordnung mehrerer Zellen und ihrer Spleißenden,

Fig. 10 verschiedene Aufteilung in Ringe und Ringsegmente bei größeren Anordnungen.

Die zu erzeugende Wabe besteht aus kreuzförmigen Zellen, die bei ihrer Aushärtung miteinander in situ verklebt werden. Fig. 1 zeigt eine einzelne Wabenzelle. Wird eine ebene Wabenplatte sphärisch gekrümmt, so werden die Zellwände deformiert und zwar auf der Druckseite, d. h. innen, entsprechend der innenliegenden strichpunktierten Linie, und auf der Zugseite, d. h. außen, werden die Zellwände entsprechend der außenliegenden strichpunktierten Linie deformiert. Die Zellweite W ist in x- und y-Richtung gleich groß. Die Kreuzform der Zelle entsteht dadurch, daß die vier Ecken eines Quadrats mit der Seitenlänge W in Richtung auf das Zellzentrum umgelenkt werden. Zwischen jeweils 4 Zellen entsteht dadurch eine quadratische Zelle mit einer Seitenlänge V. Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Anwendungsbeispiele verschieden geformter kreuzförmiger Zellen. Fig. 2 zeigt eine Zelle, bei der V=W/2 ist, und bei Fig. 3 beträgt V=2 W/3.

Die sphärische Verformbarkeit des Wabenkerns hängt neben der Wabenhöhe H (in z-Richtung) hauptsächlich ab vom Verhältnis W zu V. Die verklebten Zellwände mit der Länge L=W-V sind nicht verformbar; verformbar sind die 4/4 der Quadrate mit der Seitenlänge V. Alle Zellwände eines eben bearbeiteten und dann verformten Wabenkerns liegen an einer sphärischen Fläche nur tangential an, d. h., die Kehlenbildung bei der Verklebung über die Länge der Zellenwände ist nicht konstant. Bezogen auf die Symmetrieachsen aller Zellen ist jedoch die Veränderung der Kehlenbildung über die Länge aller Zellwände symmetrisch. Bei einer nicht akzeptablen tangentialen Anlage der Zellwände und wenn eine quasi thermoplastische Umformung nicht möglich ist, so ist eine mechanische Bearbeitung im verformten Zustand erforderlich.

Die Herstellung der einzelnen Zellen erfolgt im Wickelverfahren dadurch, daß auf einer möglichst mehrspindeligen Maschine quadratische Gelege gewickelt werden. Fig. 4 zeigt den kreuzförmigen Wickelkern 2, der durch Einlegen von quadratischen Schienen 4 mit der Seitenlänge V/2 zum Quadrat mit der Seitenlänge W ergänzt wird.

Fig. 5 zeigt die Polkappen 6 der gewickelten Gelege 14, die an ihrem Ende 10 kreisrund sind und so in den quadratischen Querschnitt übergehen, daß die Fadenablage stets auf geodätischen Linien erfolgt. Die Polkappen 6 fixieren die vier quadratischen Schienen 4 an ihren Enden. Nach dem Wickelvorgang werden die Gelege 14 im Polkappenschlußbereich 12 durchtrennt, die Polkappen 6 demontiert, die durch das Einlegen der quadratische Schienen 4 mit der Seitenlänge V/2 entstandenen Wickellagen zum Gelegezentrum hingebogen werden (Fig. 6).

Je nach Zeitspanne zwischen Wickeln und Härten ist eine Zwischenlagerung bei tiefen Temperaturen erforderlich.

Fig. 7 und 8 zeigen Aushärtevorrichtungen für kubische und nichtkubische Wickelblöcke. Ein Blockgelege entsteht grundsätzlich durch Aneinanderreihen und Übereinanderstapeln von Wickelkernen 2 mit den Zellengelegen 14 und Dazwischenfügen der Vorrichtungsteile 16, welche die nichtkreuzförmigen Zellen bilden. Die Blockgelege sind zwischen Vorrichtungsbestandteilen 20, 22 24 eingeschlossen und mit geeigneten Mitteln 26 abgedichtet.

Zu unterscheiden sind kubische Wabenblöcke und solche Wabenblöcke, die mit Blick auf ihre spätere Verspleißung eine nichtkubische Form haben müssen. Im Fall der nichtkubischen Wabenblöcke müssen Kerne 2 und Schienen 4 für angeschnittene Zellen so gestaltet werden, daß Spleißenden 18 entstehen. Die Spleißenden 18 dürfen die Verformbarkeit der Wabe nicht beeinträchtigen. Fig. 9 zeigt die Anordnung mehrerer Zellen mit Spleißenden 18.

Die Anhärtung des Wabenblocks erfolgt unter Autoklavbedingungen, die so gewählt sind, daß die Ausformung gerade möglich ist. Die Endaushärtung erfolgt im verspleißten und verformten Zustand auf der reflektierenden Deckschicht, die auf der Laminier- und Klebevorrichtung aufliegt.

Die Bearbeitung der Wabenblöcke auf Höhe erfolgt durch Fräsen mit diamantbestücktem Werkzeug. Die Verspleißung der Wabenblöcke erfolgt mit geeigneten Hilfswerkzeugen in der Form, daß störende Auswirkungen auf die Genauigkeit des Reflektors möglichst gering gehalten werden. Die sich berührenden Spleißenden werden sorgfältig aneinander angepaßt. Die Spleißung erfolgt vorzugsweise nicht mit Spleißkleber, sondern mit kaltaushärtendem flüssigen oder pastösem Kleber, vorzugsweise im ebenen Zustand.

Das vorgeschlagene Verfahren ist allgemein auf Faserverbundwerkstoffe anzuwenden, d. h. neben CFK auch für GFK und AFK (Aramidfaserkunststoff) sowie auf faserverstärkte Keramiken.

Zur Erzielung von absoluter Spannungsfreiheit ist an das Epoxidharz die Forderung zu stellen, daß das Wickellaminat bei niedrigen Temperaturen so aushärtet, daß die Wabe entformt werden kann und daß die Endaushärtung der Wabe im verformten Zustand zur Spannungsfreiheit führt, so daß die angehärtete Wabe in einem gewissen Maß thermoplastische Eigenschaften aufweist.

Die Faserorientierung beim Wickelprozeß wird vorzugsweise in einem isotropen Aufbau mit den Wickelwinkeln 0°/±60° vorgenommen. Sollte nicht, wie im Hinblick auf den Ausdehnungskoeffizienten, die Isotropie im Vordergrund stehen, sondern beispielsweise, im Hinblick auf die Druckfestigkeit, das Vorsehen von 0°-Lagen in Richtung der Zellachse, so wird der Aufbau mit den Wickelwinkeln ±5°/±55°/±65° vorgeschlagen.

Vorteilhaft für den vorgeschlagenen Anwendungsfall sind auch vorimprägnierte Rovings, ebenso wie mit Thermoplasten vorimprägnierte Fasern.

Bei der Herstellung größerer Bauteile, beispielsweise einer Antennenreflektorschale mit einem Durchmesser von 2,8 m, wird vorgeschlagen, den Reflektor in Ringe und Ringsegmente aufzuteilen. Dazu werden die in Fig. 10 dargestellten Vorschläge gemacht.

Inbesondere die Varianten I und II sind für den Fall zu bevorzugen, daß der störende Einfluß der Spleiße durch symmetrische Anordnung der Segmente und mit deren steigender Anzahl abnehmen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Waben aus Faserverbundwerkstoff für räumlich gekrümmte Platten in Sandwichbauweise, dadurch gekennzeichnet, daß

- um einen Wickelkern (2) mit kreuzförmigen Querschnitt, in dessen Aussparungen Wickelschienen (4) derartig liegen, daß sie den kreuzförmigen Querschnitt des Wickelkerns (2) zu einem quadratischen Querschnitt ergänzen, Fasergelege gewickelt werden, die zunächst einen quadratischen Querschnitt aufweisen,
- vor einer Anhärtung der Gelege die Wickelschienen (4) aus den Aussparungen des Wickelkerns (2) entfernt werden,
- die Ecken des quadratischen Geleges zum Gelegezentrum hin in die Aussparungen hinein umgebogen werden, so daß ein Gelege (14) mit kreuzförmigem Querschnitt entsteht,
- mehrere Gelege (14) zu größeren Wabenblöcken verklebt und in Aushärtevorrichtungen gegeben werden, wobei in den Zwischenräumen zwischen Kreuzen Vorrichtungsteile (16) eingebracht werden und
- nach dem Aushärten der Wickelkerne (2) und die Vorrichtungsteile (16) aus den Wabenblöcken entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserorientierung im isotropen Aufbau mit Wickelwinkeln von 0°/±60° erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserorientierung mit Wickelwinkeln von ±5°/±55°/±65° erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorimprägnierte Rovings verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit Thermoplasten vorimprägnierte Fasern verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder einzelner Wabenblöcke zu einer späteren Spleißung vorbereitet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verspleißung mit kaltaushärtendem, flüssigem oder pastösem Kleber erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelege (14) nach dem Wickeln bei tiefen Temperaturen zwischengelagert werden.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß kreisförmig gestaltete Platten, beispielsweise Reflektorschalen, aus mehreren Ringen und Ringsegmenten zusammengesetzt werden.