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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Hohlkonstruktionen
und damit verbundene Verfahren zum Formen solcher Konstruktionen
und spezieller ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen einer
Hohlkonstruktion, wie sie im Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 25
definiert sind.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Es
war lange der Wunsch, verschiedene Flugwerkkomponenten, wie Canards,
Winglets oder Tragflügel
als Hohlkörper
zu fertigen. Der Nutzen der Verwendung der Hohlkörper für diese Flugwerkkomponenten
beinhaltet eine wesentliche Verringerung des Gewichts, die zu einer
verbesserten Treibstoff-Effektivität und erhöhtem Leistungsverhalten führt.
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In
einer Reihe von Anwendungen soll eine Flugwerkkomponente, wie die
vordere Kante oder die Flügelspitze
eines Flugzeug-Tragflügels
eine Form haben, die, würden
sie mit herkömmlichen
Fertigungsverfahren hergestellt, mehrere Teilfertigungen und Montageverfahren
erfordern würde.
Zum Beispiel ist eine solche Tragflächenkonstruktion, die typischerweise
als eine Komponente bei der Herstellung von Flugzeug-Tragflügeln verwendet
wird, eine hohle Tragflächenschale
mit einer komplizierten; gekrümmten,
vorderen Kante und einem offenen hinteren Abschnitt. Diese Tragflächenkonstruktion
wird gewöhnlich
aus verschiedenen Teilen gefertigt, die montiert werden, mit einem
Flügelspitzen-Abschnitt
und einem hinteren Kanten-Abschnitt zusammengefügt werden und dann teilweise
in den Flugzeugrumpf eingeführt
und daran befestigt werden, um einen Flugzeug-Tragflügel zu bilden.
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Gewöhnlich wurden
diese hohlen Tragflächenkonstruktionen
durch einen systematischen Aufbau von mehreren Unterkomponenten-Baugruppen gestattet.
Die einzel nen Plattenbaugruppen umfassten ein Gemisch von Produktformen.
Diese Formen schlossen zum Beispiel stranggepresste, geschmiedete,
gegossene oder geformte Platten ein, die dann mechanisch befestigt
und mit den anderen Unterkomponenten-Baugruppen verbunden wurden, um die
Tragflächenkonstruktion
zu fertigen. An dem Teilpegel wurden einzelne Teile, die ein Verarbeiten durch
die Fertigungsstufe erforderten, dann während der Montagestufe des
Herstellungsvorgangs mit übereinstimmenden
Konstruktionen befestigt.
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Mit
der Einführung
neuer Materialsysteme im Flugzeugdesign wurden wirksame Verfahren
zum Fertigen und Integrieren von Unterbaugruppen, die aus unterschiedlichen
Materalien, wie metallischen, nichtmetallischen und Matrizen-Elementen
hergestellt sind, zunehmend wichtig, um zum Beispiel das Gewicht,
die Kosten und die Lebenserwartung der sich daraus ergebenden Flugzeugkonstruktion
zu verbessern. Es ist für
den Fachmann ein anhaltender Wunsch, Konstruktionen und Verfahren
zum Formen solcher Konstruktionen zu entwickeln, um die Gesamtzahl
von für
die Endmontage erforderlichen Konstruktionen und Schritten erheblich
zu reduzieren.
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Viele
der Verfahren, die entwickelt wurden, um hohle Tragflächen-Konstruktionen
herzustellen, nutzen superplastische Formungsverfahren (superplastic
forming – SPF),
die sich auf die Fähigkeit
bestimmter Materialien, wie Titanlegierungen stützen, um eine ungewöhnlich hohe
Zugdehnung bei einer minimalen Neigung zur Querschnittsverminderung zu
entwickeln, wenn sie den koordinierten Bedingungen einer Zeit-Temperatur-Dehnung
in einem begrenzten Bereich unterliegen. Diese Eigenschaft ist in
der Technik bekannt und wurde beim Erzeugen einer breiten Vielfalt
von stabilen, leichten Metallkonstruktionen verwendet.
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Ein
Verfahren nach dem Stand der Technik umfasst das Formen einer geschlossenen
Zellkonstruktion aus zwei oder mehr getrennten Schichten eines Plattenmaterials.
Die zwei oder mehr Schichten werden entlang der jeweiligen Kantenteile
zusammengefügt
(z. B. durch Schweißen
oder Diffusionsverbinden), um eine aufblähbare Hüllenbaugruppe zu bilden. Diese
aufblähbare
Baugruppe wird dann superplastisch geformt, um ein einstückiges Konstruktionselement
mit einer vorgegebenen Form zu erzeugen.
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Es
ist bekannt, ein oder mehr Einlass-Rohre zwischen den Platten einzuführen, die
eine Hüllen-Baugruppe
umfasst, um Gas unter Druck in das Innere der Hüllen-Baugruppe einzuspeisen,
so dass die Baugruppe mittels des superplastischen Formens in die
gewünschte
Form geformt wird. Zuerst wird das Gas-Einspeisungsrohr positioniert
und dann die Hüllen-Baugruppe
um ihren Umfang abgedichtet, um eine gasdichte Konstruktion zu bilden.
Dieses Abdichten erfordert typischerweise arbeitsintensive und kostspielige
Verfahren, wie Nahtschweißen,
teilweises Einbrandschweißen
oder Diffusionsverbinden mittels Wärme und Druck.
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Es
ist auch bekannt, eine Tragfläche
mittels einer einzelnen Platte zu formen. Die einzelne Platte wird
in eine übereinander
gefaltete Schichtkonstruktion geformt und entlang ihres Umfangs
durch ein durchgehendes Schweißen
abgedichtet, um eine dehnbare Hülle
zu bilden. Die Hüllen-Konstruktion wird
in einer begrenzenden Konstruktion, wie einer Einschluss-Hohlform
angeordnet, wobei ein Gas in den inneren Teil der Hüllen-Konstruktion
unter superplastischen Bedingungen eingeführt wird, um die einzelne Platte
zu formen oder auszudehnen. Solche Ausdehnung kann in zwei entgegengesetzten
Richtungen auftreten. Damit kann durch Ausüben von entsprechendem Innendruck
und Temperatur auf die Hüllen-Konstruktion
die Hülle
in die Umgebung der Hohlform-Struktur ausgedehnt werden, wodurch
das gewünschte
Konstruktionselement erzeugt wird.
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Diese
Verfahren nach dem Stand der Technik leiden an erheblichen Nachteilen,
zusätzlich
zu den zuvor erwähnten.
Sie erfordern zum Beispiel das Schweißen oder Diffusionsverbinden
des Umfangs der Platten-Baugruppe vor dem superplastischen Formen
und dann das Abschneiden der geschweißten Bereiche des Umfangs der
ausgedehnten Baugruppe, um die Schalenkonstruktion zu bilden. Solches
Entfernen ist arbeitsintensiv und ineffizient. Die Schweißnaht muss
entfernt werden, so dass ein oder mehr interne Teile (z. B. innere
Verstärkungsteile) leicht
in Position gebracht werden können.
Wenn zum Beispiel die Schweißnaht
nicht von z. B. der hinteren Kante entfernt wird, wird es unmöglich sein,
die zwei Hauptflächen
der ausgedehnten Baugruppe genügend
auseinanderzuspreizen, um das innere Teil positionieren zu können.
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Zusätzlich gibt
es bei den Verfahren nach dem Stand der Technik ein Risiko, dass
ein oder mehr Einlassrohre, die angeordnet sind, um das Gas in das
Innere der dehnbaren Hüllen-
oder Platten-Baugruppe einzuspeisen, fest zusammengedrückt und
funktionsunfähig
gemacht werden, während
die Schicht-Baugruppe geschweißt
wird. Die Einlassrohre werden nach dem Gebrauch typischerweise weggeworfen,
wodurch die Kosten erhöht
werden.
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Dementsprechend
gibt es einen anhaltenden Bedarf an einem Verfahren, das verwendet
werden kann, um große
Konstruktionselemente mit verringerten Herstellungs- und Montagekosten,
einer verringerten Teileanzahl (d. h. weniger Teile) und weniger
Befestigungselementen zu erzeugen, wobei das Verfahren zu einem
Konstruktionselement mit einem weniger komplizierten Gesamtaufbau
führt.
So ein Verfahren könnte
wünschenswerterweise
eine einzelne Platte verwenden, die in zwei entgegengesetzten Richtungen
superplastisch geformt wird, ohne die Notwendigkeit, die Kanten
durch Schweißen
oder Diffusionsverbinden zusammenzufügen. Wünschenswerterweise würde ein
solches Verfahren beim Herstellen einer Tragflächenkonstruktion die Notwendigkeit
beseitigen, die vorderen und/oder hinteren Kantenkonstruktionen
oder an den aerodynamischen Mittellinien zu schweißen, was
damit zu einer Tragflächenkonstruktion
mit einer durchgehenden vorderen Kante führt. Die Beseitigung des Schweißens oder
Diffusionsverbindens würde
es dem Verfahren außerdem
ermöglichen,
mit einer breiteren Vielfalt von Materialien, wie Aluminium, zu arbeiten.
Es wäre
außerdem
wünschenswert,
Konstruktionen aus einer Platte ohne die spezielle Vorbereitung
der Platte formen zu können,
die jetzt benötigt wird,
um zu ermöglichen,
dass die Platte die Gas-Einlassrohre aufnehmen und halten kann.
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Das
Dokument
US 5 384 959 ,
das die Aufgaben des Oberbegriffs von Anspruch 1 und Anspruch 25
offenbart, offenbart ein Ventilatorblatt mit einem Hohlkern für einen
Gas-Turbinenmotor mit einer durchgehenden vorderen Kante, das durch
ein superplastisches Vierblatt-Formungs-/Diffusionsverbindungsverfahren
gefertigt wurde, welches zu einer kosteneffizienten und leichten,
aber stabilen Konstruktion führt.
Mit den entgegengesetzten Seiten der Flächenplatte sind erste und zweite
Kernplatten verbunden, zwischen denen sich der hohle Kern befindet.
Um das Blatt zu fertigen, wird eine Kernblatt-Baugruppe in die vorbereitete
Flächenplatte
eingeführt,
wodurch eine Ti-Paket- (Titan-Paket) Baugruppe mit einer Vielzahl
von druckfesten Zellen gebildet wird. Das Ti-Paket wird in den Hohlraum
innerhalb einer Hohlform eingeführt,
wonach das Rotorblatt mit den vorgegebenen Entwurfseigenschaften durch
Erwärmen
der Hohlform und selektives Unterdrucksetzen der Vielzahl von Zellen
superplastisch geformt wird.
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Das
Dokument
US 5 448 829 offenbart
ein Titan-Gas-Einführungsrohr,
das in einer Senkbohrung in den Flügelhälften angeordnet ist, die verbunden
und geformt werden sollen. In der Senkbohrung innerhalb des Titanrohrs
wird eine Hülse
aus rostfreiem Stahl angeordnet, um den Verbindungskräften standzuhalten.
Um das Rohr herum ist eine externe Hülse aus rostfreiem Stahl angeordnet,
um den Gasdruck-Kräften
standzuhalten.
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Das
Dokument
US 5 457 884 offenbart
eine Vielzahl von Werkstücken,
die in einem Stapel zusammengefasst sind. Zwei der Werkstücke werden an
einer Oberfläche
an vorgegebenen Positionen von den Kanten der Werkstücke aus
bearbeitet. Die Werkstücke
sind so aufeinander gelegt, dass die bearbeiteten Oberflächen der
Werkstücke
voneinander weggerichtet sind. Zwei Werkstücke sind auf einer ihrer Oberflächen mit
einem Abdeckmaterial versehen, um ein Diffusionsverbinden an vorgegebenen
Positionen zu verhindern. Die Kanten der Werkstücke werden zusammengeschweißt, wobei
ein Rohr an den Stapel geschweißt
wird, um eine Zwischenverbindung mit dem Abdeckmaterial zu bilden,
so dass eine abgedichtete Baugruppe geformt wird. Die Werkstücke werden
durch Diffusionsverbinden mit einander verbunden. Die einstückige Konstruktion
wird erwärmt,
wobei die gegenüberliegenden
Enden der einstückigen
Konstruktion in eine vorgegebene Form geformt werden. Die einstückige Konstruktion
wird erwärmt,
wobei die bearbeiteten Teile der Werkstücke gleichwarm geschmiedet
werden und die gedrehte einstückige
Konstruktion dann intern unter Druck gesetzt wird, um ein Werkstück superplastisch zu
formen, so dass ein Artikel, z. B. ein Ventilatorblatt erzeugt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Formen einer Hohlkonstruktion
mit einer durchgehenden ersten Kante und einer vorgegebenen Form
von einer Rohlings-Anordnung mit einer durchgehenden ersten Kante,
einer oberen Fläche und
einer unteren Fläche
bereit, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, wobei die obere Fläche und
die untere Fläche
jeweils ein offenes Kantenteil haben, wobei die Rohlings-Anordnung aus einem
Material besteht, das unter superplastischen Formungsbedingungen in
die vorgegebene Form geformt werden kann, wobei das Verfahren die
Schritte umfasst:
- (a) Anordnen der Rohlings-Anordnung
in einer Einschluss-Hohlform mit einem ersten Teilstück und einem
zweiten Teilstück,
die gemeinsam einen Hohlraum mit im Wesentlichen der vorgegebenen
Form definieren;
- (b) Ausüben
einer Schließkraft
auf die zwei Teilstücke
der Einschluss-Hohlform, um die zwei Hohlform-Teilstücke zusammenzuzwängen, um die
Kantenteile der Rohlings-Anordnung dazwischen einzuschließen und
die Kantenteile fest gegeneinander zu halten, um diese Kantenteile
zeitweise gemeinsam abzudichten, um die Rohlings-Anordnung im Wesentlichen
gasdicht zu machen, wobei die im Wesentlichen gasdichte Rohlings-Anordnung
eine Paket-Baugruppe mit einer Innenseite und einer Außenseite
bildet; und
- (c) Erhöhen
des Drucks innerhalb der Paket Baugruppe in Bezug auf den Druck
außerhalb
der Paket-Baugruppe unter superplastischen Formungsbedingungen,
so dass sich wenigstens ein Teil der Paket-Baugruppe superplastisch
ausdehnt, um dem Hohlraum der Einschluss-Hohlform zu entsprechen,
und dadurch eine Hohlkonstruktion mit der vorgegebenen Form bildet;
wobei
- – das
Verfahren ferner das Positionieren eines Fluid-Einlassrohrs zwischen
der oberen Fläche und
der unteren Fläche
der Rohlings-Anordnung umfasst, so dass es vor Schritt (c) einen
Fluid-Einlassanschluss in Fluid-Verbindung mit dem Inneren der Paket-Baugruppe
gibt, gekennzeichnet dadurch, dass
- – wenigstens
ein Teilstück
der Einschluss-Hohlform ferner eine Aussparung umfasst, um das Fluid-Einlassrohr
aufzunehmen und festzuhalten.
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Die
Bildung einer gasdichten Paketanordnung auf diese Weise beseitigt
die Notwendigkeit des gesonderten Schritts nach dem Stand der Technik, die
Kanten des Pakets zusammenzuschweißen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren bereit, ein formendes
Gasmedium in die Paket-Anordnung einzuführen, um die Rohlings-Anordnung
superplastisch zu formen, ohne die Kanten der Rohlings-Anordnung
zusammenzuschweißen. Entsprechend
einem Ausführungsbeispiel
enthält dieses
Verfahren den Schritt des Anordnens eines wieder verwendbaren Einlassrohrs
zwischen der oberen und unteren Fläche der Rohlings-Anordnung, um
einen Gas-Eintrittsanschluss in der Paket-Anordnung in Fluid-Verbindung
mit deren inneren Teil zu definieren. Es werden übliche Temperatur- und Dehnungsraten
zum superplastischen Formen angewendet, während die Paket-Anordnung erwärmt und
das Paket durch Einpressen des Fluids in das Paket unter Druck gesetzt
wird, um das Paket superplastisch auszudehnen, so dass die Hohlform
gefüllt
und das Paket in die vorgegebene Form geformt wird.
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Die
in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete Einschluss-Hohlform
enthält
wünschenswerterweise
Merkmale, um ihr Leistungsverhalten und ihre Zweckmäßigkeit
zu verbessern. Zum Beispiel kann die Einschluss-Hohlform eine Sperr- und Dichtungsnut
haben, um einen gleich bleibenden Verschluss der Hohlform aufrechtzuerhalten
und eine gasdichte Abdichtung zu bilden. Die Kanten der oberen Fläche und
der unteren Fläche
können
durch das Schließen
der Hohlform in die Nut gezwängt
werden, um zu helfen, die zwei Flächen in einer gewünschten, festen
Beziehung zu halten, so dass eine gasdichte Paket-Anordnung gebildet
wird. Die Aussparung in wenigstens einem Teilstück der Einschluss-Hohlform nimmt
das wieder verwendbare Gas-Einlassrohr auf und hält es in der richtigen Position.
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Die
vorliegende Erfindung kann ein wieder verwendbares Gas-Einlassrohr
verwenden, das dazu bestimmt ist, eine Einrichtung bereitzustellen,
die das formende Gas in das Innere der Rohlings-Anordnung befördert, um
zu ermöglichen,
dass die Roh lings-Anordnung superplastisch geformt wird. Das wieder verwendbare
Gas-Einlassrohr enthält
einen Festhalte- oder Rückhaltering,
der ausgelegt ist, mit der einen oder den mehreren Aussparungen
der Einschluss-Hohlform zusammenzuwirken, um das Gas-Einlassrohr
während
des superplastischen Formungsschritts festzuhalten. Das wieder verwendbare Gas-Einlassrohr
hat wünschenswerterweise
Dichtungsstege, die ausgelegt sind, die Rohlings-Anordnung beim
Schließen
der Einschluss-Hohlform zu verformen, um eine gasdichte Abdichtung
zwischen der Einschluss-Hohlform, der Rohlings-Anordnung und dem
Gas-Einlassrohr zu gewährleisten.
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In
einer weiteren Ausführungsform
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit, ein hohles
Konstruktionselement zu formen, das eine Außenhaut und einen inneren Kern
umfasst, der mit dem Inneren der Außenhaut verbunden ist. Sowohl die
Außenhaut
als auch der innere Kern können
aus einer einzigen Platte geformt sein. Die Außenhaut und der innere Kern
können
gleichzeitig in einer einzigen Einschluss-Hohlform mit getrennten Hohlräumen für die Haut
und den Kern geformt werden.
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Dieses
Verfahren umfasst das Formen von zwei anfänglichen Rohlings-Anordnungen,
wobei jede eine obere und eine untere Fläche hat, und das Anordnen von
beiden Anordnungen in einer Einschluss-Hohlform. Die Einschluss-Hohlform
hat zwei Hohlräume,
die das gleichzeitige Formen der Haut-Baugruppe und der Kern-Baugruppe
ermöglichen.
Zwischen die obere Fläche
und die untere Fläche
von jeder Rohlings-Anordnung wird ein wieder verwendbares Einlassrohr
mit einem Festhaltering und Dichtungsstegen eingeführt, um
einen Anschluss in Fluid-Verbindung mit dem Inneren von jeder Anordnung
zu bilden. Auf die Einschluss-Hohlform wird eine Kraft ausgeübt, um jedes
wieder verwendbare Einlassrohr zwischen der oberen Fläche und
der unteren Fläche
von jeder Rohlings-Baugruppe einzuklemmen und eine Paket-Baugruppe
der Außenhaut
und eine Paket-Baugruppe des inneren Kerns zu formen. Auf die Paket-Baugruppen
wird durch die wieder verwendbaren Einlassrohre zusammen mit dem
Erwärmen
ein innerer Fluiddruck ausgeübt,
so dass die Haut-Paket-Baugruppe
und die Kern-Paket-Baugruppe durch Ausdehnen superplastisch in eine
Haut-Baugruppe bzw. eine Kern-Baugruppe verformt werden, um ihre
jeweiligen Hohlräume
der Hohlformen auszufüllen.
Nach der Endbearbeitung der Baugruppen wird die Tragflächenkonstruktion
durch Einführen
der Kern-Baugruppe in die Haut- Baugruppe
und dem gemeinsamen Befestigen der Baugruppen gebildet. Diese Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung bietet die Fähigkeit, eine komplette Tragflächenkonstruktion
einschließlich
einer Haut- und einer verstärkten,
inneren Kernkonstruktion aus zwei Platten eines Anfangsmaterials
unter Anwendung von nur einem Formungsschritt in der Hohlform zu
bilden.
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Eine
noch weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Formen einer
Hohlkonstruktion mit einer durchgehenden ersten Kante und einer
vorgegebenen Form von einer Rohlings-Anordnung mit einer oberen
Fläche
und einer unteren Fläche
bereit, wie sie im Anspruch 25 definiert ist, wobei die obere Fläche und
die untere Fläche
jeweils ein offenes Kantenteil haben, wobei die Rohlings-Anordnung
aus einem Material besteht, das unter superplastischen Formungsbedingungen in
die vorgegebene Form geformt werden kann, wobei die Vorrichtung
umfasst:
- (a) ein Fluid-Einlassrohr, das angepasst
ist, um zwischen der oberen Fläche
und der unteren Fläche
der Rohlings-Anordnung angeordnet zu werden; und
- (b) eine Einschluss-Hohlform mit:
- (1) einem ersten Teilstück
und einem zweiten Teilstück,
die gemeinsam einen ersten Hohlraum mit im Wesentlichen der vorgegebenen
Form definieren, wobei das erste Teilstück und das zweite Teilstück angepasst
sind, unter Druck zusammengezwängt
zu werden, um die Kantenteile der Rohlings-Anordnung dazwischen
einzuschließen
und die Kantenteile fest gegeneinander zu halten, um diese Kantenteile
zeitweise gemeinsam abzudichten, um die Rohlings-Anordnung im Wesentlichen
gasdicht zu machen; gekennzeichnet dadurch, dass die Einschluss-Hohlform
ferner umfasst:
- (2) eine Aussparung, die in wenigstens einem Teilstück der Einschluss-Hohlform angeordnet
ist, um das Fluid-Einlassrohr aufzunehmen und festzuhalten; und
- (3) eine Dichtungseinrichtung, um zu helfen, eine gasdichte
Abdichtung in der Rohlings-Anordnung aufrechtzuerhalten.
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Damit
kann eine Tragflächenkonstruktion
gebildet werden, ohne den Umfang der Konstruktion vor oder während des
Formens gesondert zu schweißen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
ist das Fluid-Einlassrohr wieder verwendbar, wobei die Einschluss-Hohlform
einen Sperr-Wulst und eine Dichtungsnut hat, um eine gasdichte Abdichtung
aufrechtzuerhalten. Das wieder verwendbare Gas-Einlassrohr wird
in die Aussparung der Einschluss-Hohlform eingeführt und kann das Innere der
Paket-Baugruppe
in Fluid-Verbindung mit einer Quelle von unter Druck stehendem Fluid
halten.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Um
die weitere Erörterung
der Erfindung zu erleichtern, werden die folgenden Zeichnungen bereitgestellt,
in denen zeigen:
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1 eine
Draufsicht einer einzelnen Platte, die in eine anfängliche
Rohlings-Anordnung geformt wurde;
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2 eine
Querschnittsansicht der Rohlings-Anordnung von 1,
entlang der Linie 2-2 von 1;
-
3 das
wieder verwendbare Gas-Einlassrohr, das in die Rohlings-Anordnung eingeführt wurde;
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4 eine
Querschnittsansicht, die die in einer Einschluss-Hohlform vor dem
vollständigen
Verschließen
der Hohlform angeordnete Rohlings-Anordnung zeigt;
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5 eine
perspektivische Teilansicht eines Teilstücks der Einschluss-Hohlform, die die
Aussparung für
das Fluid-Einlassrohr darin zeigt;
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6 eine
Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
des wieder verwendbaren Gas-Einlassrohrs;
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7 eine
Flächenansicht,
die die Rohlings-Anordnung (mit dem angebrachten Gas-Einlassrohr)
auf dem unteren Teilstück
der Einschluss-Hohlform
liegend zeigt, bevor die Hohlform geschlossen ist;
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8 eine
Querschnittsansicht, die die in der Einschluss-Hohlform nach dem
superplastischen Formungsverfahren angeordnete, aufgeblähte Paket-Baugruppe
zeigt;
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9 eine
Querschnittsansicht einer geformten, hohlen Tragflächenkonstruktion,
nachdem sie von der Hohlform entfernt wurde;
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10 eine
Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, die sowohl
die Haut-Rohlings-Anordnung als auch die Kern-Rohlings-Anordnung
veranschaulicht, die in unterschiedlichen Hohlräumen der gleichen Einschluss-Hohlform vor
dem superplastischen Formen angeordnet sind;
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11 eine
Querschnittsansicht, die die aufgeblähte Haut-Paket-Baugruppe und
die aufgeblähte Kern-Paket-Baugruppe
zeigt, die in der Einschluss-Hohlform nach dem superplastischen
Formen angeordnet sind; und
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12 eine
Querschnittsansicht, die die in die Hautkonstruktion von 11 eingeführte Kernkonstruktion
von 11 zeigt, nachdem beide von der Einschluss-Hohlform
entfernt wurden.
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Diese
Zeichnungen sind nur für
veranschaulichende Zwecke vorgesehen und sollten nicht verwendet
werden, um den Umfang der Ansprüche übermäßig einzuschränken.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 und 2 zeigen
eine einzelne Platte, die über
sich selbst gefaltet wurde und im Verfahren dieser Erfindung verwendet
werden soll, um eine hohle Tragflächenkonstruktion zu erzeugen.
Die einzelne Platte hat superplastische Eigenschaften, das heißt, das
Plattenmaterial weist die Eigenschaft einer ungewöhnlich hohen
Zugdehnung bei einer minimalen Neigung zur Querschnittsverminderung
auf, wenn es in einem begrenzten Temperaturbereich und Dehngeschwindigkeitsbereich
verformt wird. Wie dem Fachmann bekannt ist, weisen eine Reihe von Materialien,
wie Titan, Titanlegierungen, Aluminium, rostfreier Stahl, thermoplastische
Kunststoffe und Metall-Matrix-Verbunde superplastische Eigenschaften
auf. Diese Erfindung ist mit allen superplastischen Materialien
nutzbar, allein oder in Verbindung miteinander (z. B. mit übereinander
gelegten Platten aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien). Der
superplastische Temperaturbereich ändert sich abhängig von
dem verwendeten, spezifischen Material. Zum Beispiel weisen Titanlegierungen
im Allgemeinen superplastische Eigenschaften bei Temperaturen zwischen
etwa 1500°F
(815°C)
und etwa 1800°F
(982°C)
auf. Aluminium weist im Allgemeinen superplastische Eigenschaften
bei Temperaturen zwischen etwa 800°F (427°C) und 1000°F (538°C) auf. Die bevorzugte Ausdehnungsgeschwindigkeit ändert sich
ebenfalls abhängig
von dem verwendeten, spezifischen Material.
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Die
einzelne Platte wird in eine anfängliche Rohlings-Anordnung 10 geformt,
die gestaltet ist, um zu gewährleisten,
dass die endgültige
hohle Tragflächenkonstruktion
nach dem superplastischen Formungsschritt die gewünschte Form
und Dicke hat. Die einzelne Platte wird aus einer ebenen Anordnung in
eine anfängliche
Rohlings-Anordnung
mittels herkömmlicher
Verfahren wie Rollformen oder Bremsformen gebildet. Die Platte wird
vor dem Formen typischerweise von 0,020 Zoll (0,05 cm) bis 0,200
Zoll (0,5 cm) dick und von 6 Zoll (15,24 cm) × 12 Zoll (30,48 cm) bis 48
Zoll (121,92 cm) × 96
Zoll (243,84 cm) groß sein.
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Die
Rohlings-Anordnung wird in der Regel die Form einer Schale mit einer
glatten, durchgehenden vorderen Kante und einem offenen, nicht befestigten,
hinteren Abschnitt haben. Die Rohlings-Anordnung 10 hat
eine obere Fläche 12 und
eine untere Fläche 14,
wobei jede Kantenteile 16 hat. Bezugsziffer 18 kennzeichnet
die vordere, umgebogene Kante, an der die obere Fläche 12 und
die untere Fläche 14 verbunden
sind. Der Kantenteil einer Fläche
besteht aus allen Umfangskanten der Fläche, außer der umgebogenen Kante (z.
B. außer
der umgebogenen Kante 18). Damit würde für eine rechteckige Platte, die
zur Hälfte
in Längsrichtung
umgebogen ist, der Kantenteil aus den drei Kanten bestehen, die
nicht die umgebogenen Kanten sind.
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Mit
Bezug auf 3 ist eine Einrichtung vorgesehen,
die Formungsgase in das Innere der Rohlings-Anordnung 10 richtet.
Die Einrichtung beinhaltet ein Gas-Einlassrohr 50, von
dem ein Teil zwischen der oberen Fläche 12 und der unteren
Fläche 14 der Rohlings-Anordnung 10 angeordnet
ist, um eine Fluid-Verbindung zwischen der Quelle des unter Druck stehenden
Gases (nicht dargestellt) und dem Inneren der Rohlings-Anordnung 10 bereitzustellen.
Während
des superplastischen Formungsschritts wird an das Innere der Rohlings-Anordnung 10 Gasdruck
angelegt.
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Mit
Bezug jetzt auf 4 und 5 wird die Rohlings-Anordnung 10 mit
dem angebrachten Gas-Einlassrohr in einer Einschluss-Hohlform 20, wie
einem Formungswerkzeug oder einer anderen einschränkenden
Konstruktion angeordnet. Die Einschluss-Hohlform 20 definiert
einen Hohlraum 22, der so gestaltet ist, dass er mit der
gewünschten, endgültigen Entwurfsform
der hohlen Tragflächenkonstruktion übereinstimmt.
Zum Beispiel kann die vorgegebene Form eine Verbundkrümmung haben und
kann zum Beispiel die vorgegebene Form einer vorderen Kante eines
Flugzeug-Tragflügels
definieren. Die Größe und die
Form des sich daraus ergebenden Konstruktionselements sind durch
die Abmessungen der Einschluss-Hohlform 20 und dem verwendeten
Platten-Rohmaterial beschränkt.
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Die
Einschluss-Hohlform 20 hat vorzugsweise ein oberes Teilstück 24 und
ein unteres Teilstück 26,
die unter einer Kraft, wie zum Beispiel einer Hydraulikpresse zusammengebracht
werden können. Die
Innenflächen
des oberen Teilstücks 24 und
des unteren Teilstücks 26 der
Einschluss-Hohlform 20 können einfach oder kompliziert
und können
gleich oder unterschiedlich sein. Die sich ergebende Konstruktionskomponente
kann eine beliebige, einfache oder komplizierte Gestaltung haben,
die durch superplastisches Formen in zwei entgegengesetzte Richtungen
mittels einer einzelnen Einschluss-Hohlform geformt werden können.
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Die
Einschluss-Hohlform 20 enthält eine Sperr-Wulst- und Dichtungsnut-Konstruktion,
die fast den gesamten Umfang der Einschluss-Hohlform durchzieht,
wie unten erörtert
wird. Diese Konstruktion unterstützt
das Aufrechterhalten einer gasdichten Abdichtung, wenn die Einschluss-Hohlform 20 geschlossen
ist. Die Sperr- und Dichtungsnut-Konstruktion umfasst einen Sperr-Wulst 28 in
einem Teilstück 24 der
Einschluss-Hohlform 20 und eine ausgerichtete, dazu passende
Dichtungsnut 30 im anderen Teilstück 26. Jedes Teilstück der Hohlform
kann den Wulst oder die Nut haben. Wenn die Einschluss-Hohlform 20 mit
der Rohlings-Anordnung 10 am Platz geschlossen ist, erstreckt
sich der Sperr-Wulst 28 in die Dichtungsnut 30 und
stimmt mit ihr überein,
wodurch die obere Fläche 12 und
die untere Fläche 14 der
Rohlings-Anordnung 10 gemeinsam
abgedichtet werden, ohne die Notwendigkeit des Schweißens, des
Diffusionsverbindens oder anderer Verbindungsverfahren. Der Sperr-Wulst 28 und die
Dichtungsnut 30 können
eine beliebige Größe und Form
haben, solange eine gasdichte Abdichtung gebildet wird, wenn die
obere und untere Hohlform geschlossen sind. Typischerweise wird
der Wulst 28 einen rechteckigen Querschnitt von annähernd 0,004 Zoll
(0,01 cm) in der Höhe
und 0,30 Zoll (0,76 cm) in der Breite haben. Der Wulst kann außerdem zwei
parallele Wulste umfassen oder U- oder
W-förmig
sein.
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Die
Einschluss-Hohlform 20 kann außerdem Einrichtstifte 23 und
entsprechende, damit übereinstimmende
Schlitze 25 enthalten, um das Ausrichten des oberen Teilstücks 24 und
des unteren Teilstücks 26 der
Einschluss-Hohlform 20 während des Schließens zu
unterstützen.
Die Einrichtstifte 23 sind vorzugsweise annähernd ¼ Zoll
(0,63 cm) hoch und befinden sich entweder im oberen Teilstück 24 oder
im unteren Teilstück 26 der
Einschluss-Hohlform 20. Die passenden Schlitze 25 sind
in dem entsprechenden Hohlform-Teilstück angeordnet und sind geformt,
um die Einrichtstifte 23 beim Schließen der Hohlform aufzunehmen.
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Die
Einschluss-Hohlform sollte groß genug sein,
um den Teil der Rohlings-Anordnung 10 zu halten, der superplastisch
verformt wird, um die endgültige
Konstruktion zu formen. Wünschenswerterweise wird
die Rohlings-Anordnung 10 groß genug sein, so dass sich
die Kantenteile 16 der oberen Fläche 12 und der unteren
Fläche 14 zum
Umfang der Teilstücke über den
Wulst und die Nut der Abdichtung hinaus erstrecken. Damit erstreckt
sich, wenn die Einschluss-Hohlform 20 geschlossen ist (d.
h. die oberen und unteren Teilstücke
werden zusammengebracht), der Sperr-Wulst 28 in die Dichtungsnut 30, wobei
die Kantenteile 16 von jeder Fläche der Rohlings-Anordnung 10 zwischen
dem Sperr-Wulst und der Dichtungsnut eingeschlossen werden, wodurch die
jeweiligen Kantenteile 16 der Rohlings-Anordnung 10 in
einer festen Beziehung gehalten und gemeinsam abgedichtet werden.
Damit wird die Konstruktion fluid-dicht an allen Seiten geschlossen
(außer
für das
Gas-Einlassrohr) und kann unter Druck stehendes Gas enthalten und
damit gezwungen sein, sich durch das unter Druck stehende Gas auszudehnen.
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In 5 hat
das untere Teilstück 26 der
Einschluss-Hohlform 20 eine Aussparung 40, um
das Gas-Einlassrohr anzuordnen, zu halten und festzuhalten, das
sich in Fluid-Verbindung mit dem inneren Teil der Rohlings-Anordnung
befindet. Das obere Teilstück 24 der
Hohlform 20 hat eine spiegelbildliche Aussparung. Alternativ
kann die Aussparung 40 in nur einem Teilstück (entweder
dem oberen Teilstück 24 oder
dem unteren Teilstück 26)
der Einschluss-Hohlform 20 angeordnet sein. Ungeachtet dessen,
wo die Aussparung oder die Aussparungen angeordnet sind, muss eine
fluid-dichte Abdichtung gebildet werden, wenn die Hohlform geschlossen
ist. Das Gas-Einlassrohr
sollte mit den Aussparungen 40 des oberen Teilstücks 24 und
des unteren Teilstücks 26 der
Einschluss-Hohlform 20 ausgerichtet sein, so dass, wenn
die Einschluss-Hohlform 20 geschlossen ist, sich der innere
Teil der Rohlings-Anordnung 10 in Fluid-Verbindung mit
der Quelle des unter Druck stehenden Gases befinden kann, um während des
superplastischen Formens angewendet zu werden.
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6 zeigt
ein bevorzugtes Gas-Einlassrohr 50. Das Gas-Einlassrohr 50 wird
vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das sich vom Plattenmaterial
unterscheidet, wodurch geholfen wird, das Diffusionsverbinden des
Gas-Einlassrohrs 50 mit der Rohlings-Anordnung 10 während des
superplastischen Formens zu verhindern. So kann das Rohr 50 eine Legierung
aus rostfreiem Stahl sein, wenn das Plattenmaterial Titan ist.
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Das
Gas-Einlassrohr 50 hat ein längliches Zylinder-Element 52,
das ausgelegt ist, um sich teilweise in das Innere der Rohlings-Anordnung 10 zu erstrecken.
Das Zylinder-Element 52 enthält eine innere Bohrung 51,
die entlang seiner gesamten Länge ausgebildet
ist, um das Formungsgas von der externen Quelle des unter Druck
stehenden Gases (nicht dargestellt) in das Innere der Rohlings-Anordnung 10 zu
leiten. Der Durchmesser der inneren Bohrung 51 ist so bemessen,
dass während
des superplastischen Formungsschritts eine ausreichende Gasströmung von
der externen Quelle ermöglicht
wird.
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Das
wieder verwendbare Gas-Einlassrohr 50 enthält am Zylinder 52 Dichtungsstege 54.
Wenn sich die Einschluss-Hohlform 20 schließt, vorformt
sich ein Teil des Kantenteils 16 der oberen Fläche 12 und ein
Teil des Kantenteils 16 der unteren Fläche 14 der Rohlings-Anordnung 10 um
den Zylinder 52 und die Dichtungsstege 54 herum,
wodurch eine gasdichte Abdichtung zwischen der Außenseite
des Rohrs 50 und der Rohlings-Anordnung 10 gebildet
wird. Zur gleichen Zeit wird eine gasdichte Abdichtung zwischen
der Außenseite
der Rohlings-Anordnung 10 und der Einschluss-Hohlform 20 gebildet.
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Das
Gas-Einlassrohr 50 enthält
außerdem einen
Führungs-/Festhaltering 56,
um zu helfen, das Rohr 50 während des superplastischen
Formungsschritts in Position zu halten. Nach dem Platzieren des
Gas-Einlassrohrs 50 in der Rohlings-Anordnung 10,
dem Platzieren der Rohlings-Anordnung 10 in der Einschluss-Hohlform 20 und
dem Schließen
der Hohlform, stimmt der Führungs-/Festhaltering 56 mit der
(den) entsprechenden Aussparungen) 40 der Einschluss-Hohlform 20 überein und
liegt genau außerhalb
der Kantenteile 16 der Rohlings-Anordnung 10 (siehe 7).
Der Führungs-/Festhaltering 56 wird
an den Zylinder 52 angeschweißt oder in ihn hinein gearbeitet
und ist so bemessen, dass er das Gas-Einlassrohr 50 innerhalb
der Rohlings-Anordnung 10 während des superplastischen
Formungsschritts fest zurückhält.
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Das
Gas-Einlassrohr 50 umfasst außerdem einen Verbindungsanschluss 58,
der am äußeren Ende
des Einassrohrs 50 befestigt ist, um eine zweckmäßige Verbindung
zur Formungsgas-Quelle bereitzustellen. Vorzugsweise wird das Anschlussstück 58 an
das Gas-Einlassrohr 50 angeschweißt, oder, weniger bevorzugt,
kann das An schlussstück 58 am
Rest des Rohrs durch einen Druckanschluss befestigt werden oder
es wird einstückig
in das Gas-Einlassrohr 50 gearbeitet.
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Das
Gas-Einlassrohr 50 wird zwischen der oberen Fläche 12 und
der unteren Fläche 14 der Rohlings-Anordnung 10 eingebaut,
so dass es mit den Aussparungen 40 der Einschluss-Hohlform 20 ausgerichtet
sein wird, wenn die Rohlings-Anordnung 10 in der Hohlform 20 positioniert
wurde. Für das
Gas-Einlassrohr 50 ist keine spezielle Vorbereitung der
Rohlings-Anordnung 10 erforderlich. Vielmehr sind alle
erforderlichen Merkmale in der Einschluss-Hohlform 20 und
dem wieder verwendbaren Gas-Einlassrohr 50 vorhanden.
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Gemäß 5 ist
die Aussparung 40 so geformt, dass sie mit dem Gas-Einlassrohr 50 übereinstimmt
und erstreckt sich von der Außenkante
der Einschluss-Hohlform 20 in den Hohlraum 22.
Die Aussparung 40 enthält
den Kanal 42, der so ausgelegt ist, dass er mit dem Festhaltering 56 übereinstimmt.
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Die
Rohlings-Anordnung 10 mit dem eingebauten Gas-Einlassrohr 50 wird
im unteren Teilstück 26 der
Einschluss-Hohlform 20 angeordnet, wie in 7 veranschaulicht
ist (welche nicht maßstabsgerecht
ist – zum
Beispiel ist die Größe des Rohrs 50 der
Klarheit halber übertrieben
dargestellt). Die Rohlings-Anordnung 10 wird in der Hohlform 20 angeordnet,
so dass wenigstens etwas vom Kantenteil 16 der oberen Fläche und
der unteren Fläche
außerhalb
des Hohlraums 22 und vorzugsweise außerhalb des Wulstes 28 und
der Nut 30 liegt, wobei der Führungs-/Festhaltering 56 außerhalb
des Wulstes 38 und der Nut 30, aber innerhalb
der Hohlform 20 liegt. Der Ring 56 ist vorzugsweise
so positioniert, dass er angrenzend an der Kante des hinteren Kantenteils 16 liegt.
Die Bereiche des Kantenteils 16, die außerhalb des Hohlraums 22 liegen,
ermöglichen
es, dass die Kantenteile 16 fest abgedichtet sind, wenn
die Hohlform 20 geschlossen ist, wie unten beschrieben
ist.
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Während des
Schließens
der Einschluss-Hohlform 20 durch Ausüben einer Klemmkraft, zum Beispiel
mittels einer Hydraulikpresse, stimmt der Führungs-/Festhaltering 56 mit
dem entsprechenden Teil der Aussparung 40 der Einschluss-Hohlform 20 (d.
h. Kanal 42) überein,
um das Gas-Einlassrohr 50 in Position zu führen und
zu halten. Der anhaltende Klemmdruck (z. B. von der Hydraulikpresse)
auf die oberen und unteren Hälften
der Einschluss-Hohlform 20 bewirkt, dass die Dichtungsstege 54 des
Rohrs 50, die Nut 30 und der Wulst 28 die
Rohlings-Anordnung 10 verformen, wobei damit eine gasdichte
Abdichtung zwischen dem Gas-Einlassrohr 50 und den angrenzenden
Kantenteilen 16 der Rohlings-Anordnung 10 (so
dass durch das Rohr strömende
Gas nicht um seinen äußeren Umfang ausströmt) und
eine gasdichte Abdichtung zwischen der oberen Fläche 12 und der unteren
Fläche 14 der Rohlings-Anordnung 10 (die
drei Kantenteile 16 werden durch Wulst 28 und
Nut 30 verformt und abgedichtet) gebildet wird, die nun
als Paket-Baugruppe 60 bezeichnet wird. Die gasdichte Abdichtung
zwischen dem Gas-Einlassrohr 50 und den Kantenteilen 16 der
Paket-Baugruppe 60 und die gasdichte Abdichtung zwischen
der oberen Fläche 12 und
der unteren Fläche 14,
die durch das Schließen
der Einschluss-Hohlform 20 erzeugt werden, ist zeitweilig. Nach
dem superplastischen Formungsschritt wird die Hohlform 20 geöffnet, wobei
der Klemmdruck entfernt wird, wodurch die gasdichte Abdichtung zwischen
dem Gas-Einlassrohr 50 und den Kantenteilen 16 der
Paket-Baugruppe 60 und
die gasdichte Abdichtung zwischen der oberen Fläche 12 und der unteren
Fläche 14 aufgehoben
wird. Die Fähigkeit,
eine zeitweise gasdichte Abdichtung zu bilden, beseitigt die Notwendigkeit
des Schweißens
oder Diffusionsverbindens des Umfangs der Rohlings-Anordnung 10 oder
Paket-Baugruppe 60 vor dem superplastischen Formungsschritt
und beseitigt die Notwendigkeit, das geschweißte Teil von der superplastisch
geformten Konstruktion abzuschneiden.
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Nachdem
die Einschluss-Hohlform 20 vollständig geschlossen wurde und
die gasdichten Abdichtungen gebildet wurden, ist die Paket-Baugruppe 60 bereit,
superplastisch geformt zu werden. Um das auszuführen, wird ein Druckunterschied
zwischen den inneren und äußeren Teilen
der Paket-Baugruppe 60 erzeugt, während sie erwärmt wird.
Der Druckunterschied wird durch das Einspeisen eines Fluids, wie
einem Formungsgas (z. B. Argon, Stickstoff, Pressluft oder anderer
geeigneter Gase) durch das Gas-Einlassrohr 50 erzeugt,
wobei dadurch der Fluiddruck im inneren Teil der Paket-Baugruppe 60 erhöht wird.
Zusammenwirkend mit der Errichtung eines Druckunterschieds zwischen
dem inneren und dem äußeren Teil
der Paket-Baugruppe 60 wird die Paket-Baugruppe 60 auf
eine Temperatur im superplastischen Temperaturbereich des Materials
erwärmt.
Das Erwärmen
kann auch beginnen, bevor der Druckunterschied erzeugt wird. In
Folge dessen dehnt sich die Paket-Baugruppe 60 superplastisch aus
und füllt
dadurch den Hohlraum 22 der Einschluss-Hohlform 20 aus.
Mit anderen Worten, die Paket-Baugruppe 60 wird auf die
durch den Hohlraum 22 definierte, vorgegebene Form superplastisch
verformt.
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Superplastische
Formungsbedingungen (Zeit, Temperatur, Druck usw.) sind in der Technik
bekannt, wobei beliebige, geeignete superplastischen Formungsbedingungen
im Verfahren dieser Erfindung angewendet werden können. Im
Allgemeinen wird der superplastische Schritt vorzugsweise bei einer
Temperatur im Bereich von annähernd
1500°F (815°C) bis 1800°F (982°C) ausgeführt. Der
Druckunterschied wird bei einer Geschwindigkeit (Anstiegsgeschwindigkeit)
von vorzugsweise zwischen 0,10 psi (0,6895 kPa) pro Minute und 100
psi (689,5 kPa) pro Minute erhöht.
Der Druck wird auf einen Maximaldruck im Bereich von 0,1 psi bis
100 psi, vorzugsweise im Bereich von etwa 10 psi bis etwa 100 psi
(68,59 bis 689,5 kPa) angehoben. Der Druck wird aufrechterhalten,
bis das Formen abgeschlossen ist. Der optimale Druckbereich und
die Dehnungsgeschwindigkeit hängen
vom Material, seiner Dicke und der Anordnung der Komponenten ab.
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Die
oben beschriebenen Zeit-, Temperatur- und Druckbedingungen zum superplastischen
Formen können
sich verändern,
solange sie in geeigneten Bereichen aufrechterhalten werden, d.
h. in Bereichen, in denen die Bedingungen ausreichend sein würden, um
ein superplastisches Formen für
die eine oder mehreren Platten des verwendeten Materials und der
Hohlform zu bewirken.
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Sobald
die Paket-Baugruppe 60 superplastisch in eine vorgegebene
Form (gemäß 8)
geformt (ausgedehnt) wurde, wird der Druckunterschied beseitigt
(z. B. wird der Druck der Paket-Baugruppe abgelassen), die Einschluss-Hohlform 20 wird
geöffnet,
das wieder verwendbare Gas-Einlassrohr 50 wird von der
Paket-Baugruppe 60 entfernt und die geformte Baugruppe
wird von der Hohlform 20 entfernt. Die geformte Baugruppe
kann dann entsprechend gereinigt und bearbeitet werden, um die endgültige Konstruktion
(z. B. eine Tragflächenkonstruktion)
zu bilden. Das Gas-Einlassrohr 50 kann beim
nächsten
Zyklus wieder verwendet werden.
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9 zeigt
eine Konstruktion 62 mit einer vorgegebenen Form, wie einem
Flugzeug-Tragflügel, der
im Allgemeinen hohl ist und eine Verbundkrümmung aufweist, die durch dieses
Verfahren gebildet wurde. Die durch dieses Verfahren gebildete Konstruktionskomponente
(Tragflächenkonstruktion)
hat unter anderem eine relativ glatte Außenfläche, die ihre konstruktive
Integrität
und das aerodynamische Leistungsverhalten verbessert.
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Entsprechend
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann eine durch das Verfahren dieser
Erfindung hergestellte Tragflächenkonstruktion,
wie in 12 veranschaulicht ist, eine innere
Kern-Baugruppe 70 enthalten, um die relative Festigkeit
der Tragflächenkonstruktion
zu erhöhen. Die
Kern-Baugruppe 70 ist in einer Haut-Baugruppe 72 angeordnet
und ist vorzugsweise daran angeheftet.
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Sowohl
die Haut-Baugruppe 72 als auch die Kern-Baugruppe 70 können durch
das Verfahren der vorliegenden Erfindung geformt werden. Damit können die
Haut-Baugruppe 72 und die Kern-Baugruppe 70 aus
einer einigen Materialplatte geformt werden, die in zwei Platten
getrennt wird, von denen dann jede in die zwei Rohlings-Anordnungen
geformt wird, die in die Hohlräume
der gleichen Hohlform oder in zwei getrennte Hohlräume platziert
und superplastisch geformt werden.
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Dieses
Verfahren der Erfindung umfasst die Schritte des Formens von zwei
anfänglichen
Rohlings-Anordnungen, wobei jede eine obere und eine untere Fläche hat.
Jede dieser Rohlings-Anordnungen wird dann in einer Einschluss-Hohlform
angeordnet. 10 zeigt eine Einschluss-Hohlform 74,
in der der superplastische Formungsschritt ausgeführt werden
kann. Die Hohlform 74 hat zwei getrennte Hohlräume 22a und 22b,
einen für
die Haut-Rohlings-Anordnung 76 und einen für die Kern-Rohlings-Anordnung 78.
Mit so einer Hohlform mit Doppel-Hohlräumen können die Baugruppen gleichzeitig
geformt werden. Alternativ können
zwei getrennte Hohlformen verwendet werden.
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Zwischen
die obere und untere Fläche
von jeder Rohlings-Anordnung wird ein Einlassrohr (vorzugsweise
wieder verwendbar), wie das in 6 gezeigte
(oder mit einer beliebigen anderen, geeigneten Gestaltung) eingeführt, um
einen Anschluss in Fluid-Verbindung mit dem Inneren zu definierten,
wobei die zwei Rohlings-Anordnungen, jeweils mit einem angebrachten
Einlassrohr, gemäß 10 in
der Hohlform positioniert werden. Auf die Einschluss-Hohlform 74 wird
eine Kraft ausgeübt,
um die wieder verwendbaren Einlassrohre zwischen den jeweiligen
oberen Flächen
und unteren Flächen
der Rohlings-Anordnungen einzuklemmen, so dass eine Haut-Paket-Baugruppe 72 und
eine Kern-Paket-Baugruppe 70 gebildet werden. Auf die Paket-Baugruppen werden
Druckunterschiede (zwischen Innen und Außen) unter superplastischen
Formungsbedingungen ausgeübt,
so dass sich die Haut-Paket-Baugruppe 72 und die Kern-Paket-Baugruppe 70 superplastisch
ausdehnen, um gemäß 11 die
Hohlräume auszufüllen. Sobald
sich die Paket-Baugruppen genügend
superplastisch ausgedehnt haben, wird der Druck gelöst, die
Einschluss-Hohlform 74 wird geöffnet, die wieder verwendbaren
Einlassrohre werden entfernt und für die Verwendung während des
nächsten
Fertigungszyklus aufgehoben, wobei die ausgedehnten Konstruktionen
von der Einschluss-Hohlform entfernt und durch Abgraten des überschüssigen Materials
nachbearbeitet werden. Die endgültige Tragflächenkonstruktion
wird durch das Einführen der
Kern-Baugruppe 70 in die Haut-Baugruppe 72 gebildet,
wie in 12 veranschaulicht ist. Die
innere Kern-Baugruppe kann dann mit der äußeren Haut-Baugruppe mittels
herkömmlicher
Verfahren, wie Schweißen,
Adhäsionskleben
oder mechanischen Befestigungen zusammengefügt werden.
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Diese
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bietet die Fähigkeit, gleichzeitig die zwei Hauptteile
einer Tragflächenkonstruktion
zu erzeugen. Die gleichzeitige Herstellung verringert die Gesamt-Produktionszeit.
Das Einfügen
des inneren Kerns in die Haut erzeugt eine stabilere und steifere Endkonstruktion.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in erheblichem Detail in Bezug auf bestimmte
bevorzugte Varianten davon beschrieben wurde, sind andere Varianten
möglich,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung, der in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist, abzuweichen. Das Verfahren dieser Erfindung kann zum Beispiel
verwendet werden, um Konstruktionen für den Gebrauch außerhalb
des Gebiets der Luftfahrt zu bilden, z. B. Konstruktionen für die Verwendung
in Booten, Kraftfahrzeugen, Gebäuden, Möbeln, Eisenbahnwaggons,
Klinik-Ausrüstungen, Architektur-Täfelungen
oder beliebigen anderen Anwendungen, die eine geschlossene Metallform
erfordern.