DE60118865T2 - Verfahren zum Herstellen eines versteiften Hohlkörpers aus einem faserverstärkten Verbundmaterial - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines versteiften Hohlkörpers aus einem faserverstärkten Verbundmaterial Download PDF

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K.K. Honda Gijutsu Kenkyujo Kenji Wako-shi Takenaka
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer versteiften Hohlstruktur aus einem faserverstärkten Verbundstoff, die einen hohlen Hautabschnitt und einen Versteifungsabschnitt umfasst, in welchem ein zwischen einem Hautglied und einem Versteifer vorgesehenes Haftmittel gleichmäßig und wirkungsvoll mit einer Zugkraft ausgehärtet wird.
  • Es ist kürzlich gewünscht worden, ein Gewicht einer Transportmaschine, wie beispielsweise eines Flugzeugs und eines Kraftfahrzeugs, hinsichtlich der Erhaltung der Umwelt und der Energieersparnis zu verringern. Deshalb wurde geforscht, um für die Transportmaschine einen faserverstärkten Verbundstoff zu verwenden, der bezüglich geringen Gewichts, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Ölbeständigkeit usw. hervorragend ist.
  • Herkömmlich wurden die Glieder des faserverstärkten Verbundstoffs durch ein Haftmittel miteinander verbunden. In der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-264257 ist beispielsweise ein Verfahren offenbart worden, welches ein ungehärtetes Prepreg als Haftmittel zum Verbinden der Glieder verwendet. Die Glieder des faserverstärkten Verbundstoffs werden im Allgemeinen zusammengeleimt, während auf sie ein Druck ausgeübt wird, um das Haftmittel gleichmäßig über die gesamte Haftfläche zu verteilen. Als Verfahren zum Ausüben eines Drucks sind (i) Verfahren, die eine Klammer oder ein Pressengerät verwenden, (ii) Verfahren, die eine Schraube, eine Schraube und eine Mutter usw. verwenden, um aufgrund des Schraubdrehmoments zum Drücken eine Spannkraft zu verwenden, usw. bekannt gewesen.
  • Die EP-201479 offenbart das Verschweißen von zwei Kunststoffrohren, wobei sich eines im Inneren des anderen befindet, insbesondere eines Rohrs und einer Hülse. Die beiden Bestandteile werden im Verschweißbereich erwärmt, indem ein elektrisches Erwärmungselement verwendet wird, und danach werden sie zusammen gedrückt. Das Erwärmungselement wird auf dem äußeren Bestandteil oder der Hülse angeordnet, auf das Element wird Druck ausgeübt, bis die Verschweißung durchgeführt ist, und anschließend wird es entfernt.
  • Um große, faserverstärkte Verbundstoffglieder miteinander zu verbinden, wurden die Glieder im Allgemeinen auf einer großen, aus einem Metall gebildeten Spannvorrichtung angeordnet und mittels einer Niete, eines Bolzens, eines Klammer usw. befestigt. Im Falle der Verwendung des Bolzens usw. sollte in den faserverstärkten Verbundstoffgliedern eine große Anzahl von Bolzenöffnungen ausgebildet sein und sollten die Bolzen nach dem Verbinden aus den Öffnungen entfernt werden und die Öffnungen aufgefüllt werden. Daher verwenden solche herkömmlichen Verfahren eine große Spannvorrichtung und umfassen eine große Anzahl von Schritten, wodurch sie auffallend kostenintensiv werden.
  • Dementsprechend wäre es wünschenswert, ein Verfahren zum Herstellen einer versteiften Hohlstruktur vorzusehen, in welcher Hautglieder und ein Versteifer, die jeweils aus einem faserverstärkten Verbundstoff gefertigt sind, mit weniger Schritten wirkungsvoll miteinander verbunden werden.
  • Als Ergebnis intensiver Forschungen bezüglich des Obenstehenden haben die Erfinder festgestellt, dass eine versteifte Hohlstruktur mit weniger Schritten wirkungsvoll hergestellt werden kann, indem Hautglieder durch ein Haftmittel auf einem Versteifer angeordnet werden und das Haftmittel ausgehärtet wird, während mittels eines Bands eine Zugkraft auf die Hautglieder und den Versteifer ausgeübt wird. Die vorliegende Erfindung ist durch diese Erkenntnis bewerkstelligt worden.
  • Daher dient ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Herstellen einer versteiften Hohlstruktur aus einem ersten Hautglied, einem zweiten Hautglied und einem Versteifer, die jeweils aus einem faserverstärkten Verbundstoff gefertigt sind, wobei die versteifte Hohlstruktur einen hohlen Hautabschnitt und einen Versteifer zum Verstärken des hohlen Hautabschnitts von innen umfasst, und umfasst das Verfahren die Schritte: (1) Anordnen des ersten Hautglieds und des zweiten Hautglieds auf dem Versteifer, wobei zwischen dem Versteifer und sowohl dem ersten Hautglied als auch dem zweiten Hautglied ein Haftmittel vorgesehen ist; (2) Anordnen eines Bands auf der äußeren Fläche des ersten Hautglieds und des zweiten Hautglieds; und (3) Aushärten (oder Härten) des Haftmittels, während das Band festgezogen und eine Zugkraft auf das erste Hautglied und das zweite Hautglied ausgeübt wird.
  • In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist das Haftmittel vorzugsweise eine thermisch aushärtende Haftmittellage und ist das Band besonders vorzugsweise aus einem kohlenstofffaserverstärkten Verbundstoff gefertigt. Ferner wird bevorzugt, dass an beiden Enden des Bands L-förmige Winkelplatten befestigt sind und dass zwischen den L-förmigen Winkelplatten eine die Zugkraft steuernde Beilagscheibe angeordnet ist. Es ist bevorzugt, dass für einen Haftabschnitt ein oder zwei Bänder verwendet werden, und es ist ebenfalls bevorzugt, dass zwischen dem Band und sowohl dem ersten Hautglied als auch dem zweiten Hautglied ein Puffer angeordnet ist.
  • Das erste Hautglied und das zweite Hautglied sind vorzugsweise derart verbunden, dass ein Endabschnitt des ersten Hautglieds und ein Endabschnitt des zweiten Hautglieds einander durch ein Haftmittel überlappen und auf die Endabschnitte mittels einer Druck-ausübenden Spannvorrichtung, die einen Magneten und eine Druck-aufnehmende Spannvorrichtung aus Magnetmaterial umfasst, eine Druckkraft ausgeübt wird, wenn das Haftmittel ausgehärtet wird.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer versteiften Hohlstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist für den Fall nützlich, in welchem sowohl das erste Hautglied als auch das zweite Hautglied eine halbzylindrische Gestalt aufweisen und der Versteifer eine zylindrische Gestalt aufweist. Ferner ist das Verfahren besonders nützlich für die Herstellung einer Körperstruktur eines Flugzeugs, die aus halbzylindrischen Hautgliedern und einem die Hautglieder versteifenden Körperrahmen gebildet ist.
  • Bestimmte bevorzugte Ausführungsformen werden nun nur beispielhaft und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
  • 1 eine schematische Querschnittsansicht ist, die eine Ausführungsform zeigt, bei welcher eine Körperstruktur eines Flugzeugs mittels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
  • 2 eine vergrößerte, schematische Querschnittsansicht ist, die einen Abschnitt A von 1 zeigt;
  • 3 und 4 schematische Teilansichten im Querschnitt sind, die einen Schritt zeigen, in welchem mittels einer Druck-ausübenden Spannvorrichtung bzw. einer Druck-aufnehmenden Spannvorrichtung eine Druckkraft auf die ersten und zweiten halbzylindrischen Hautglieder ausgeübt wird; und
  • 5 eine schematische Perspektivansicht ist, die eine Ausführungsform zeigt, bei welcher eine Körperstruktur eines Flugzeugs mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist.
  • Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung dient zum Herstellen einer versteiften Hohlstruktur aus einem ersten Hautglied, einem zweiten Hautglied und einem Versteifer, die jeweils aus einem faserverstärkten Verbundstoff gefertigt sind. In dem Verfahren werden das erste Hautglied und das zweite Hautglied wirkungsvoll mit dem Versteifer verbunden. Die versteifte Hohlstruktur umfasst einen hohlen Hautabschnitt und einen Versteifungsabschnitt zum Verstärken des hohlen Hautabschnitts von innen, wobei der hohle Hautabschnitt von dem ersten Hautglied und dem zweiten Hautglied gebildet ist und der Versteifungsabschnitt von dem Versteifer gebildet ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte: (1) Anordnen des ersten Hautglieds und des zweiten Hautglieds auf dem Versteifer, wobei zwischen dem Versteifer und sowohl dem ersten Hautglied als auch dem zweiten Hautglied ein Haftmittel vorgesehen ist; (2) Anordnen eines Bands auf der äußeren Fläche des ersten Hautglieds und des zweiten Hautglieds; und (3) Aushärten (oder Härten) des Haftmittels, während das Band festgezogen und eine Zugkraft auf das erste Hautglied und das zweite Hautglied ausgeübt wird.
  • Sowohl das erste Hautglied als auch das zweite Hautglied und der Versteifer sind aus einem faserverstärkten Verbundstoff gefertigt. Der faserverstärkte Verbundstoff kann aus einer Verstärkungsfaser gebildet sein, wie beispielsweise einer Kohlenstofffaser, einer Glasfaser, einer Aramidfaser usw., die mit einem Harz imprägniert ist, wie beispielsweise einem Polyester, einem Epoxidharz, einem Bismaleimidharz, einem Phenolharz, einem Melaminharz, einem Silikonharz usw.
  • Obwohl die Gestalten der Hautglieder und des Versteifers nicht besonders eingeschränkt sind, ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung in dem Fall nützlich, in welchem das erste Hautglied und das zweite Hautglied eine halbzylindrische Gestalt aufweisen und der Versteifer eine zylindrische Gestalt aufweist. Ferner ist das Verfahren besonders nützlich für die Herstellung einer Körperstruktur eines Flugzeugs, die aus halbzylindrischen Hautgliedern und einem die Hautglieder versteifenden Körperrahmen gebildet ist. Mit Bezug auf die Zeichnungen, jedoch ohne die Einschränkung des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung zu beabsichtigen, welcher durch die hier beigefügten Ansprüche festgelegt ist, wird untenstehend ausführlich eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, in welcher eine Körperstruktur eines Flugzeugs hergestellt wird, indem ein erstes halbzylindrisches Hautglied und ein zweites halbzylindrisches Hautglied mit einem zylindrischen Versteifer verbunden werden, der als Körperrahmen fungiert.
  • (1) Anordnen der Hautglieder auf dem Versteifer
  • Wie in 1 gezeigt, wird ein erstes halbzylindrisches Hautglied 4a auf der unteren halbkreisförmigen Seite eines aus einem faserverstärkten Verbundstoff gebildeten, zylindrischen Versteifers 6 angeordnet, wobei eine Haftmittellage 5a in einem ungehärteten (nicht ausgehärteten) Zustand zwischen dem ersten halbzylindrischen Hautglied 4a und dem zylindrischen Versteifer 6 vorgesehen ist. Danach wird ein zweites halbzylindrisches Hautglied 4b auf der oberen halbkreisförmigen Seite des zylindrischen Versteifers 6 angeordnet, wobei zwischen diesen eine Haftmittellage 5b in einem ungehärteten Zustand vorgesehen ist. Sowohl das erste halbzylindrische Hautglied 4a als auch das zweite halbzylindrische Hautglied 4b sind aus einem gehärteten, faserverstärkten Verbundstoff gefertigt.
  • Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Haftmittel ist nicht besonders eingeschränkt. Im Fall der Herstellung der Körperstruktur des Flugzeugs usw. wird bevorzugt, dass das Haftmittel unter großer Belastung kriechfest ist und eine Widerstandsfähigkeit gegen Wärme, Wasser, Öl und Lösungsmittel, wie beispielsweise Benzin usw., aufweist. Bevorzugte Beispiele des Haftmittels schließen thermisch aushärtende Haftmittel ein, wie beispielsweise Haftmittel auf Epoxidbasis, Haftmittel auf Phenolbasis und Haftmittel auf Resorcinbasis. Ein Kunststoffgummi oder ein Thermoplasthaftmittel können mit dem thermisch aushärtenden Haftmittel gemischt werden. Obwohl das Haftmittel auf den Versteifer und/oder die Hautglieder aufgebracht werden kann, wird bei dieser Ausführungsform vorzugsweise eine Haftmittellage verwendet, die das thermisch aushärtende Haftmittel umfasst. Im Allgemeinen beträgt die Aushärtungstemperatur (Härtungstemperatur) des thermisch aushärtenden Haftmittels vorzugsweise 120°C bis 180°C. Im Fall der Verwendung einer unten beschriebenen, Druck-ausübenden Spannvorrichtung, die einen Magneten und eine Druck-aufnehmende Spannvorrichtung aus Magnetmaterial umfasst, ist die Aushärtungstemperatur vorzugsweise niedriger als eine Temperatur, gegen welche der Magnet und das Magnetmaterial widerstandsfähig sind. Insbesondere können "AF163-2K" mit einer Aushärtungstemperatur von 120°C, hergestellt von der 3M-Company, U.S.A., "FM300-2" mit einer Aushärtungstemperatur von 120°C bis 180°C, hergestellt von der Cytec Fiberite Inc., U.S.A. usw. vorzugsweise als Haftmittel verwendet werden.
  • (2) Anordnen des Bands auf den Hautgliedern
  • Wie in 1 gezeigt werden als Nächstes zwei Bänder 1 auf den äußeren Flächen der halbzylindrischen Hautglieder 4a und 4b angeordnet, die einem Abschnitt entsprechen, wo der zylindrische Versteifer 6 von innen angeordnet ist. In der vorliegenden Erfindung ist vorzuziehen, dass an beiden Enden jedes Bands 1 L-förmige Winkelplatten 2 angeordnet und befestigt sind, wie in den 1 und 2 gezeigt. Zwischen den L-förmigen Winkelplatten 2 ist vorzugsweise eine Zugkraftsteuernde Beilagscheibe 3 vorgesehen. Die L-förmige Winkelplatte und die Zugkraftsteuernde Beilagscheibe, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind vorzugsweise aus einem leichtgewichtigen, hochfesten Material gefertigt, wie beispielsweise Aluminium, Eisen, rostfreiem Stahl usw. und sind noch bevorzugter aus Aluminium gefertigt.
  • Das Band weist bei der Aushärtungstemperatur des Haftmittels vorzugsweise eine ausreichende Wärmebeständigkeit auf, und es ist bevorzugt, dass die Zugkraft durch die thermische Aufweitung des Bands nicht verringert wird. Ferner weist das Band einen bestimmten Grad an Weichheit, Biegsamkeit oder Elastizität auf, so dass die Zugkraft durch eine abschnittsweise Unregelmäßigkeit oder eine winzige Unebenheit usw. der Hautglieder nicht verringert wird. Das für das Band verwendete Material ist vorzugsweise ein kohlenstofffaserverstärkter Verbundstoff, Eisen oder rostfreier Stahl. Insbesondere ist das Band vorzugsweise aus einem kohlenstofffaserverstärkten Verbundstoff gefertigt, um die Verringerung der Zugkraft aufgrund der thermischen Aufweitung des Bands zu verhindern. Obwohl die Anzahl der Bänder, die für einen Abschnitt verwendet werden, in welchem der Versteifer mit den Hautgliedern verbunden ist, nicht besonders eingeschränkt ist, falls nur eine gewünschte Zugkraft erhalten werden muss, beträgt die Anzahl hinsichtlich der Verbesserung der Arbeitsleistungsfähigkeit vorzugsweise zwei oder weniger. Die Länge des Bands kann derart gesteuert werden, dass durch das Festziehen des Bands eine gewünschte Zugkraft erhalten wird. Die Dicke des Bands beträgt hinsichtlich der Verarbeitbarkeit, Haltbarkeit usw. vorzugsweise 1,5 mm bis 4 mm, obwohl sie nicht besonders eingeschränkt ist.
  • Es wird bevorzugt, dass zwischen dem Band 1 und jedem Hautglied ein Puffer 7 vorgesehen ist, um die Anpassungsfähigkeit des Bands 1 an das Hautglied zu verbessern, wie in 2 gezeigt. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Puffer ist vorzugsweise eine Silikonlage oder eine Teflonlage. Die Dicke des Puffers ist nicht besonders eingeschränkt und beträgt vorzugsweise 3 mm bis 5 mm.
  • Das erste Hautglied, das zweite Hautglied und der Versteifer werden an der vorgeschriebenen Position vorzugsweise mittels eines Stifts, einer Schraube und einer Mutter, einer Niete, einer Lagenklammer usw. eingesetzt, bevor das Band auf die äußeren Flächen der Hautglieder gelegt wird. Die Anzahl der Stifte usw. ist wünschenswerterweise so gering wie möglich, um ein Ansteigen der Schritte zu vermeiden.
  • (3) Aushärten des Haftmittels
  • Das Haftmittel wird ausgehärtet oder gehärtet, während das Band festgezogen und die Zugkraft auf die Hautglieder ausgeübt wird. Obwohl ein Verfahren zum Ausüben der Zugkraft nicht besonders eingeschränkt ist, ist es bevorzugt, dass die L-förmigen Winkelplatten 2 mittels Nieten 9 usw. auf den Enden des Bands 1 befestigt werden, dass die Zugkraft-steuernde Beilagscheibe 3 zwischen den L-förmigen Winkelplatten 2 angeordnet ist und dass die Bänder 1 mittels einer Kombination aus einer Schraube und einer Mutter 8 festgezogen werden, wie in 2 gezeigt. Die Zugkraft kann ausgewählt werden, indem eine Dicke der Zugkraft-steuernden Beilagscheibe 3 gesteuert wird. Bei diesem Verfahren, welches die L-förmige Winkelplatte und die Zugkraft-steuernde Beilagscheibe verwendet, wird die Zugkraft gleichmäßig auf den gesamten Verbindungsabschnitt in der äußeren Fläche ausgeübt. Im Gegensatz dazu wird bei einem Verfahren, bei welchem ein Band, welches länger ist als der Umfang der Hautglieder und die gleiche Breite wie der Verbindungsabschnitt aufweist, um den Umfang herum angeordnet ist, damit beide Enden des Bands in entgegengesetzte Richtungen gezogen werden, die Zugkraft unvermeidbar auf den vom Verbindungsabschnitt verschiedenen Abschnitt ausgeübt, wodurch das gleichmäßige Ausüben der Zugkraft auf den gesamten Verbindungsabschnitt in der äußeren Fläche misslingt.
  • Die Zugkraft wird vorzugsweise derart gesteuert, dass ein Haftdruck im Verbindungsabschnitt 0,025 kgf/cm2 bis 2 kgf/cm2 beträgt. Insbesondere beträgt Haftdruck vorzugsweise 0,2 kgf/cm2 bis 1 kgf/cm2. Wenn der Haftdruck weniger als 0,025 kgf/cm2 beträgt, misslingt es oft, dass die Haftflächen der Hautglieder und des Versteifers mit dem Haftmittel gleichmäßig in Kontakt treten, wodurch die Verbindungsstärke zwischen den Hautgliedern und dem Versteifer verringert wird. Andererseits verbessert sich die Verbindungsstärke nur geringfügig, selbst wenn der Haftdruck von mehr als 2 kgf/cm2 noch weiter angehoben wird.
  • Wie in den 3 und 4 gezeigt, überlappen ein Endabschnitt des ersten halbzylindrischen Hautglieds 4a und ein Endabschnitt des zweiten halbzylindrischen Hautglieds 4b einander vorzugsweise und ist zwischen den Endabschnitten, wenn die Zugkraft ausgeübt wird, vorzugsweise ein Haftmittel vorgesehen, wie beispielsweise eine nicht ausgehärtete Haftmittellage 17. Die Anzahl der Haftmittellagen kann in Anhängigkeit vom überlappten Bereich ausgewählt werden, und die Anzahl beträgt vorzugsweise eins. Im Fall der Verwendung von zu vielen Haftmittellagen weist die sich ergebende, versteifte Hohlstruktur oft eine unzulängliche Maßgenauigkeit auf. Im Übrigen sind die Gestalten der Hautglieder nicht auf die Zeichnungen beschränkt und können die Hautglieder andere Gestalten aufweisen.
  • Im Schritt des Aushärtens des Haftmittels ist es bevorzugt, dass die Endabschnitte der ersten und zweiten halbzylindrischen Hautglieder 4a und 4b zwischen einer Druck-ausübenden Spannvorrichtung 10 aufgenommen sind, die einen Magneten und eine Druck-aufnehmende Spannvorrichtung 11 aus Magnetmaterial umfasst, wodurch durch eine Anziehungskraft zwischen dem Magneten und dem Magnetmaterial eine Druckkraft auf die Endabschnitte ausgeübt wird, wie in den 3 und 4 gezeigt. Die Druck-ausübende Spannvorrichtung 10 umfasst einen Griff 12, einen magnetischen Abschnitt 13 und Magnete 14 und wird in Verbindung mit der Druck-aufnehmenden Spannvorrichtung 11 verwendet. Daher wird die Druckaufnehmende Spannvorrichtung 11 auf dem Endabschnitt des zweiten halbzylindrischen Hautglieds 4b angeordnet und wird die Druck-ausübende Spannvorrichtung 10 danach auf dem Endabschnitt des ersten halbzylindrischen Hautglieds 4a angeordnet, um die Druckkraft auszuüben. Eine Druck-aufnehmende Fläche der Druckaufnehmenden Spannvorrichtung 11 weist vorzugsweise eine Gestalt auf, die zu der Gestalt der äußeren Fläche des zweiten halbzylindrischen Hautglieds 4b passt, und eine Druck-ausübende Fläche der Druck-ausübenden Spannvorrichtung 10 weist vorzugsweise eine Gestalt auf, die zu der Gestalt der äußeren Fläche des ersten halbzylindrischen Hautglieds 4a passt. Anstelle der dargestellten Spannvorrichtung 11 können andere Druck-ausübende Spannvorrichtungen, die einen Magneten umfassen, verwendet werden, so dass durch eine Anziehungskraft zwischen den Druck-ausübenden Spannvorrichtungen eine Druckkraft auf die Endabschnitte der ersten und zweiten halbzylindrischen Hautglieder 4a und 4b ausgeübt wird.
  • Die Größe und die Magnetkraft des bei der Druck-ausübenden Spannvorrichtung verwendeten Magnets kann in Übereinstimmung mit der Dicke und dem Bereich der Endabschnitte der Hautglieder, dem Typ des bei der Druck-aufnehmenden Spannvorrichtung verwendeten Magnetmaterials usw. in geeigneter Weise ausgewählt werden. Im Allgemeinen werden die Größe und die Magnetkraft vorzugsweise derart ausgewählt, dass die von der Druck-ausübenden Spannvorrichtung und der Druckaufnehmenden Spannvorrichtung vorgesehene Druckkraft in den Endabschnitten 0,025 kgf/cm2 bis 0,8 kgf/cm2 beträgt. Insbesondere beträgt Druckkraft vorzugsweise 0,2 kgf/cm2 bis 0,6 kgf/cm2. Wenn die Druckkraft weniger als 0,025 kgf/cm2 beträgt, misslingt es oft, dass die Endabschnitte der Hautglieder mit dem Haftmittel gleichmäßig in Kontakt treten, wodurch die Verbindungsstärke zwischen den Hautgliedern verringert wird, und sich ein Fall ergibt, in welchem die Druck-ausübende Spannvorrichtung und die Druck-aufnehmende Spannvorrichtung aufgrund ihres eigenen Gewichts ausfallen. Wenn die Druckkraft 0,8 kgf/cm2 übersteigt, verbessert sich die Verbindungsstärke andererseits nur geringfügig und wird es schwierig, die Druck-ausübende Spannvorrichtung und die Druck-aufnehmende Spannvorrichtung anzulegen und abzunehmen.
  • Der für die Druck-aufnehmende Spannvorrichtung verwendete Magnet ist hinsichtlich der Betriebsfähigkeit vorzugsweise ein Permanentmagnet. Im Fall der Verwendung des thermisch aushärtenden Haftmittels weist der Magnet vorzugsweise eine Temperaturbeständigkeit von 130°C oder mehr auf. Als solcher Magnet kann beispielsweise der von Sumitomo Special Metals Co., Ltd. hergestellte "NEOMAX-39SH" verwendet werden, der eine Temperaturbeständigkeit von 140°C aufweist. Wie in 3 gezeigt, kann die Druck-ausübende Spannvorrichtung 10 den magnetischen Abschnitt 13 und den Griff 12 umfassen, die die Magneten 14 miteinander verbinden, um die Handhabung zu verbessern.
  • In den 3 und 4 weist der magnetische Abschnitt 13 eine solche Gestalt auf, dass er zum Anordnen ein aus einem faserverstärkten Verbundstoff gefertigtes Balkenglied 16 verwenden kann. Im Übrigen sind die Gestalten des Magnets und des magnetischen Abschnitts nicht auf die 3 und 4 beschränkt und kann die Druck-ausübende Spannvorrichtung eine verschiedene Gestalt aufweisen. Ferner ist es vorzuziehen, dass die Druck-ausübende Spannvorrichtung ein Paar Magnete umfasst, die so angeordnet sind, dass deren Magnetpole in entgegengesetzte Richtungen weisen, wie in den 3 und 4 gezeigt, wodurch die Magnete veranlasst werden, ringsum verlaufende, magnetische Wege zu bilden, wodurch die Druckkraft auf die gesamte Verbindungsfläche der Endabschnitte ausgeübt wird.
  • Wie in den 3 und 4 gezeigt, sind zwischen der Druck-ausübenden Fläche der Druck-ausübenden Spannvorrichtung 10 und der äußeren Fläche des ersten halbzylindrischen Hautglieds 4a Puffer 15 vorgesehen, um die Durchführbarkeit des Entfernens der Druck-ausübenden Spannvorrichtung 10 und die Anpassungsfähigkeit zwischen der Druck-ausübenden Spannvorrichtung 10 und dem ersten halbzylindrischen Hautglied 4a zu verbessern. Der Puffer ist vorzugsweise eine Silikonlage oder eine Teflonlage. Die Dicke des Puffers ist nicht besonders eingeschränkt und beträgt vorzugsweise 1 mm bis 3 mm. Im Fall der Verwendung des Puffers wird die Magnetkraft des bei der Druck-ausübenden Spannvorrichtung verwendeten Magnets vorzugsweise derart ausgewählt, dass die von der Druck-ausübenden Spannvorrichtung und der Druck-aufnehmenden Spannvorrichtung durch den Puffer vorgesehene Druckkraft in den Endabschnitten 0,025 kgf/cm2 bis 0,8 kgf/cm2 beträgt. Ferner können die Hautglieder an der vorgeschriebenen Position mittels eines Stifts, einer Schraube und einer Mutter, einer Niete, einer Lagenklammer usw. eingesetzt werden, bevor die Druck-ausübende Spannvorrichtung und die Druck-aufnehmende Spannvorrichtung auf die ersten und zweiten Hautglieder gesetzt werden. Die Anzahl der Stifte usw. ist wünschenswerterweise so gering wie möglich, um ein Ansteigen der Vorgänge zu vermeiden.
  • 5 ist eine schematische Perspektivansicht, die eine Ausführungsform zeigt, bei welcher eine Körperstruktur eines Flugzeugs mittels eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. In dieser Ausführungsform werden die Bänder 1 um den Verbindungsabschnitt der ersten und zweiten halbzylindrischen Hautglieder 4a und 4b angeordnet, um eine vorbestimmte Zugkraft auszuüben, und werden die Druck-ausübende Spannvorrichtung 10 und die Druck-aufnehmende Spannvorrichtung 11 auf den Endabschnitten der ersten und zweiten halbzylindrischen Hautglieder 4a und 4b angeordnet, um eine vorbestimmte Druckkraft auszuüben, wodurch die zylindrischen Versteifer 6 mit dem ersten halbzylindrischen Hautglied 4a und dem zweiten halbzylindrischen Hautglied 4b verbunden werden. In dieser Erfindung kann jedes Glied mittels nur einer kleinen Spannvorrichtung, wie beispielsweise einer in 5 gezeigten Anordnungsspannvorrichtung 18, ohne herkömmliche große Spannvorrichtung an der vorbestimmten Position festgesetzt werden.
  • Im Fall der Verwendung des thermisch aushärtenden Haftmittels können der Versteifer, das erste Hautglied und das zweite Hautglied miteinander verbunden werden, indem sie auf die Aushärtungstemperatur des Haftmittels oder höher erwärmt werden, während die Zugkraft und die Druckkraft ausgeübt werden. Ein Erwärmungsverfahren ist nicht besonders eingeschränkt. Obwohl nur die Verbindungsabschnitte mittels eines Heißgebläses usw. örtlich erwärmt werden können, werden der Versteifer und die Hautglieder aufgrund der thermischen Aufweitung eines örtlich erwärmten Abschnitts oft zerstört. Daher ist es bevorzugt, dass der Versteifer, die Hautglieder und das Haftmittel mittels eines die Brenntemperatur haltenden Ofens usw. gleichmäßig erwärmt werden. Im Fall der Verwendung der Druck-ausübenden Spannvorrichtung und der Druck-aufnehmenden Spannvorrichtung ist die Erwärmungstemperatur niedriger als eine Temperatur, gegen die der Magnet in der Druck-ausübenden Spannvorrichtung beständig ist, und zwar vorzugsweise 100°C bis 130°C und noch bevorzugter 110°C bis 120°C. Wenn die Erwärmungstemperatur niedriger ist als 100°C, ergibt sich ein Fall, in welchem das thermisch aushärtende Haftmittel nicht genügend gehärtet wird, wodurch eine ausreichende Verbindungsfestigkeit misslingt.
  • Im Allgemeinen können der Versteifer, die Hautglieder und das Haftmittel für 60 bis 70 Minuten bei der Erwärmungstemperatur erwärmt werden, während die Zugkraft ausgeübt wird, um eine beständige Verbindungsstärke vorzusehen. In dem Fall, in welchem der Versteifer oder die Hautglieder groß bemessen sind, sind der Versteifer oder das Hautglied aufgrund von Spannung und Verformung durch das Erwärmen und Abkühlen oft einer Belastung ausgesetzt, was zu einem möglichen Bersten führt. Daher ist es bevorzugt, dass das Erwärmen schrittweise oder über eine lange Zeitspanne behutsam durchgeführt wird, wie in diesem Fall beispielsweise 4 bis 8 Stunden.
  • Falls der Stift usw. zum Anordnen verwendet wird, kann der Stift usw. nach dem Haftvorgang von der sich ergebenden, versteiften Hohlstruktur entfernt oder kann darin zurückgelassen werden. Im Fall des Entfernens des Stifts usw. kann die sich ergebende Öffnung mit einem Epoxidharz usw. überzogen werden. Im Fall des Zurücklassens des Stifts usw. wird vorzugsweise ein Senkstift verwendet und kann ein Loch im Kopf des Stifts mit einem Epoxidharz usw. überzogen werden, um das Korrodieren des Stifts zu verhindern.
  • Wie vorstehend ausführlich beschrieben, kann die versteifte Hohlstruktur mittels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, bei welcher eine Mehrzahl der faserverstärkten Verbundstoffglieder mit weniger Schritten miteinander verbunden werden, wirkungsvoll hergestellt werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen einer versteiften Hohlstruktur aus einem ersten Hautglied (4a), einem zweiten Hautglied (4b) und einem Versteifer (6), die jeweils aus einem faserverstärkten Verbundstoff gefertigt sind, wobei die versteifte Hohlstruktur einen hohlen Hautabschnitt (4a, 4b) und einen Versteifer (6) zum Verstärken des hohlen Hautabschnitts von innen umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (1) Anordnen des ersten Hautglieds und des zweiten Hautglieds auf dem Versteifer, wobei zwischen dem Versteifer und sowohl dem ersten Hautglied (4a) als auch dem zweiten Hautglied (4b) ein Haftmittel (5a, 5b) vorgesehen ist; (2) Anordnen eines Bands (1) auf der äußeren Fläche des ersten Hautglieds und des zweiten Hautglieds; und (3) Aushärten des Haftmittels, während das Band festgezogen und eine Zugkraft auf das erste Hautglied und das zweite Hautglied ausgeübt wird.
  2. Verfahren zum Herstellen einer versteiften Hohlstruktur gemäß Anspruch 1, bei welchem das Haftmittel (5a, 5b) eine thermisch aushärtende Haftmittellage ist.
  3. Verfahren zum Herstellen einer versteiften Hohlstruktur gemäß Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Band (1) aus einem mit Kohlenstofffasern verstärktem Verbundstoff gefertigt ist.
  4. Verfahren zum Herstellen einer versteiften Hohlstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem an beiden Enden des Bands (1) L-förmige Winkelplatten (2) befestigt sind und zwischen den L-förmigen Winkelplatten eine die Zugkraft steuernde Beilagscheibe (3) angeordnet ist.
  5. Verfahren zum Herstellen einer versteiften Hohlstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem ein oder zwei Bänder (1) verwendet werden.
  6. Verfahren zum Herstellen einer versteiften Hohlstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem ein Endabschnitt des ersten Hautglieds (4a) und ein Endabschnitt des zweiten Hautglieds (4b) einander durch ein Haftmittel (17) überlappen und auf die Endabschnitte mittels einer Druck ausübenden Spannvorrichtung, die einen Magnet (14) und eine Druck aufnehmende Spannvorrichtung (11) aus Magnetmaterial umfasst, eine Druckkraft ausgeübt wird, während das Haftmittel aushärtet.
  7. Verfahren zum Herstellen einer versteiften Hohlstruktur gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem zwischen dem Band (1) und sowohl dem ersten Hautglied (4a) als auch dem zweiten Hautglied (4b) ein Puffer (7) angeordnet ist.
  8. Verfahren zum Herstellen einer versteiften Hohlstruktur gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das erste Hautglied (4a) und das zweite Hautglied (4b) eine halbzylindrische Gestalt aufweisen und der Versteifer eine zylindrische Gestalt aufweist.
  9. Verfahren zum Herstellen einer versteiften Hohlstruktur gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die versteifte Hohlstruktur (4a, 4b) eine Körperstruktur eines Flugzeugs ist.
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