DE4436748C1 - Verfahren zur Herstellung innenversteifter Hohlbauteile mit perforierter Wandung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung innenversteifter Hohlbauteile, die aus wenigstens zwei Deckblechen sowie zwischen diesen angeordneten Ver­ steifungselementen bestehen und bei denen zumindest eines der Deckbleche mit Perforationen versehen ist, wobei das Bauteil durch Innendruck- und Temperaturbe­ aufschlagung in eine umgebende Negativform expandiert wird.

Aus der Aerodynamik ist bekannt, daß eine laminare Um­ strömung von Trag- und Leitflächen den höchstmöglichen Auftrieb bei gleichzeitig geringstem Widerstand gegen die Anströmrichtung liefert. Häufig ist es aufgrund der gegebenen Profilform jedoch nicht möglich, für alle auftretenden Anströmbedingungen eine solche laminare Strömung zu gewährleisten. Selbst bei konstanten An­ strömbedingungen kann sich die Strömung an Unstetig­ keiten des Profils ablösen und turbulent werden mit der Folge verminderten Auftriebs und erhöhten Profilwider­ standes.

Wie weiterhin aus der Aerodynamik bekannt ist, kann durch kontinuierliches Absaugen der turbulenten Schicht eine weitgehende Laminarisierung der Strömung erreicht werden. Da unter Reiseflugbedingungen eine Widerstands­ verminderung zugleich auch zu einer erheblichen Treib­ stoffersparnis führt, lassen sich durch eine Strömungs­ laminarisierung betrachtliche wirtschaftliche Vorteile erzielen. Deshalb wurde bereits versucht, durch das Anbringen von Absaugöffnungen im Tragflügel zu einer solchen Strömungslaminarisierung zu gelangen. In diesem Zusammenhang stellt es eine bereits bekannte Maßnahme dar, auf der Oberfläche eines Tragflügels in Spann­ weitenrichtung verlaufende schlitzförmige Absaugöffnun­ gen vorzusehen.

Daneben besteht die Möglichkeit, im Tragflügelbereich innenversteifte dünnwandige Bauteile als sogenanntes Absaugpanels vorzusehen, indem diese mit einer perforierten Oberfläche versehen werden.

Sofern der­ artige Hohlbauteile durch einen als superplastische Umformung bezeichneten Fertigungsprozeß hergestellt werden, bei dem sie mittels Innendruckbeaufschlagung in eine Negativform expandiert werden, muß die Perforation der Oberflächenbehäufung nach dem Umformvorgang vorge­ nommen werden, da ansonsten nicht der für den Umform­ vorgang erforderliche Innendruck im Bauteil erzeugt werden kann. Eine solche nachträgliche Perforierung ist jedoch mit einem erheblichen Arbeits- und Kostenaufwand verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich auf einfache Weise mittels eines super­ plastischen Umformvorgangs innenversteifte Hohlbauteile herstellen lassen, die eine zumindest teilweise perforierte Oberfläche aufweisen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentan­ spruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen an­ gegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht dabei sowohl den Einsatz von vorperforierten Blechteilen als auch die Herstellung von Integralbauteilen mit örtlich ge­ zielter Absaugung. Die mit ihm hergestellten Bauteile sind praktisch frei von Eigenspannungen und weisen, da sie gegen die Vorrichtungsfläche der verwendeten Um­ formwerkzeuge kalibriert sind, äußerst enge Flächen­ toleranzen auf.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Bauteil während eines ersten Verfahrens­ schrittes und

Fig. 2 das in Fig. 1 dargestellte Bauteil nach dem superplastischen Umformen.

Das in Fig. 1 dargestellte Bauteil besteht im wesent­ lichen aus drei Komponenten, nämlich einem oberen Deck- oder Hautblech 1, einem unteren Deck- oder Hautblech 2 sowie einer Anzahl von Stegblechen 3 bis 7 und durch Blechstreifen, die per Diffusionsschweißen verbunden werden, gebildet sind. Das obere Hautblech 1 ist, wie in der Figur angedeutet, mit einer Perforation versehen. Zwischen diesem Hautblech 1 und den Stegblechen 3 bis 7 ist eine Dichtfolie 8 angeordnet. Im Fall des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels besteht die Dichtfolie 8 aus Molybdän, während die Hautbleche 1 und 2 sowie die Stegbleche 3 bis 7 aus Titan bzw. Titanlegierungen be­ stehen. Es ist aber im Rahmen der Erfindung selbstver­ ständlich auch möglich, andere Werkstoffe bzw. Werk­ stoffkombinationen zu verwenden. Wichtig ist dabei le­ diglich, daß die chemische Abtragscharakteristik dieser Werkstoffe unterschiedlich ist und daß sie die für den superrelastischen Umformvorgang erforderliche Umformcharakteristik besitzen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Verfahrens­ schritt ist das zu bearbeitende Bauteilpaket in ein geteiltes Werkzeug 9, 10 eingelegt, in dem die einander berührenden metallischen Flächen mittels Druck- und Temperaturbeaufschlagung von außen durch Diffusions­ schweißen miteinander fest verbunden werden.

An diesem ersten Arbeitsgang kann sich eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vorverformung des gesamten Paketes als zweiter Arbeitsgang anschließen, bei der dem Bauteil als ganzes beispielsweise eine Wölbung auf­ geprägt wird.

Nachfolgend wird der geschweißte und gegebenenfalls vorverformte Stapel durch einen superplastischen Um­ formvorgang, bei dem das Bauteil von innen mit Gasdruck beaufschlagt wird, in eine negative Endform expandiert, wobei es seine in Fig. 2 dargestellte Endgestalt ein­ nimmt. Die Stegbleche 3 bis 7 übernehmen dabei zum einem die Aufgabe der Innenversteifung des Bauteils, zum anderen können sie Lüftungskanäle bilden.

Während des superplastischen Umformvorgangs wird die Druckdichtigkeit des Stapels durch die unterhalb des oberen Hautbleches 1 angeordnete Dichtfolie 8 sicherge­ stellt. Diese Dichtfolie 8 wird, nachdem die Ränder des Bauteils passend geschnitten wurde, in einem weiteren Arbeitsgang durch ein chemisches Abtragsverfahren ent­ fernt, um auf diese Weise die Perforationsöffnungen mit den im Bauteilinneren verlaufenden Lüftungskanälen zu verbinden. Den abschließenden Arbeitsgang bildet ein weiterer chemischer Abtrag in einem anderen Bad, bei dem die auf der Oberfläche der Titanlegierungen ent­ standenen, inhärent spröden Oxidationsschichten ent­ fernt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung innenversteifter Hohlbau­ teile, die aus wenigstens zwei Deckblechen sowie zwischen diesen angeordneten Versteifungselementen bestehen und bei denen zumindest eines der Deck­ bleche mit Perforationen versehen ist, wobei das Bauteil durch Innendruck- und Temperaturbeaufschla­ gung in eine umgebende Negativform expandiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem perforier­ ten Deckblech (1) und den Versteifungselementen (3 bis 7) eine Dichtfolie (8) angeordnet wird, die zumindest im Bereich der Perforationen in einem sich an den Umformprozeß anschließenden Arbeits­ schritt entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfolie (8) aus einem metallischen Werk­ stoff besteht und durch chemische Abtragung ent­ fernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Deckbleche (1, 2) die Ver­ steifungselemente (3 bis 7) sowie die Dichtfolie (8) jeweils aus Werkstoffen mit unterschiedlichem chemischen Abtragsverhalten bestehen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfolie (8) aus Molybdän besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Deckbleche (1, 2) sowie die Ver­ steifungselemente (3 bis 7) aus Titan oder Titanle­ gierungen bestehen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vorhergehenden Arbeitsschritt die Deckbleche (1, 2) sowie die Dichtfolie (8) durch Diffusionsschweißen mit den Versteifungselementen (3 bis 7) verbunden werden.