EP2254788A2 - Verfahren zur herstellung eines fvw-bauteils, fvw-bauteil sowie ein fvw-rumpfteil eines flugzeugs - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines fvw-bauteils, fvw-bauteil sowie ein fvw-rumpfteil eines flugzeugs

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EP2254788A2
EP2254788A2 EP09708885A EP09708885A EP2254788A2 EP 2254788 A2 EP2254788 A2 EP 2254788A2 EP 09708885 A EP09708885 A EP 09708885A EP 09708885 A EP09708885 A EP 09708885A EP 2254788 A2 EP2254788 A2 EP 2254788A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
prepreg
fibers
recess
longitudinal direction
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09708885A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Kastner
Thomas Grauerholz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Operations GmbH
Original Assignee
Airbus Operations GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Operations GmbH filed Critical Airbus Operations GmbH
Publication of EP2254788A2 publication Critical patent/EP2254788A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29C70/887—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised primarily by possessing specific properties, e.g. electrically conductive or locally reinforced locally reinforced, e.g. by fillers
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    • B29C70/342—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation using isostatic pressure
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    • Y10T428/24521—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including variation in thickness with component conforming to contour of nonplanar surface

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an FVW component, an FVW component having at least one carrier component and a skin section connected thereto with a recess and a FVW fuselage section of an aircraft having a shell part with at least one recess and with a carrier component formed as a frame part ,
  • a process for the production of fiber-reinforced plastic components from a prepreg semifinished product and a dry textile semifinished product is known.
  • the dry semi-finished textile product is positioned on the prepreg semifinished product for integral reinforcement by means of a production device, and a vacuum structure is provided for the subsequent resin injection into the dry textile semifinished product.
  • the curing of the prepreg semi-finished product with the impregnated textile semifinished product applied thereto is then carried out in an autoclave.
  • a disadvantage of such a method for producing an FVW component is that due to pore formation between the prepreg semifinished product and the textile semifinished product, inadequate internal laminate quality can be achieved for the high requirements, in particular for the component quality of aerospace components.
  • an attachment device made of plastic formed from a curved carrier with an I-profile is known, wherein it is provided that the fibers extend in the flanges in one direction.
  • the object of the invention is to provide a method for producing an FVW component, which can be carried out with minimal effort to an optimized component structure.
  • the paneling section to be produced according to the invention can be, in particular, the outer skin of an aircraft component and in particular of an aircraft fuselage.
  • the outer skin may be the outer skin of a trunk section.
  • an FVW component with a planking panel in the form of a skin portion or shell part which may be in particular a fuselage shell part such as a fuselage section
  • a planking panel in the form of a skin portion or shell part which may be in particular a fuselage shell part such as a fuselage section
  • prepreg semifinished or prepreg semi-finished blanks for forming a primary component in particular in the form of a support member such as a Spants or a longitudinal member for reinforcing the Plankungsfelds and prepreg semi-finished or prepreg semi-finished blanks used to form the Plankungsfelds.
  • a text N semi-finished product or at least one layer of a textile semifinished product blank which is inserted between the prepreg semifinished products for forming the planking panel and the carrier component.
  • the primary component of the component to be manufactured In particular, a Lekssspant, a transverse bulkhead and / or a frame part of a recess to form a door or window frame of an aircraft fuselage.
  • the prepreg semifinished product is applied to a tool mold to form the planking field or a skin layer structure and then cured.
  • the prepreg semifinished product used has fibers which extend in a curve in regions in the paneling area of the component to be produced in accordance with an assumed stress flow profile or force flow profile.
  • Thestrongshneverlaufs results in particular by lines of equal tension and in particular by the main stress lines when external forces acting on the component to be manufactured in its operational use.
  • the fibers extend at least in sections along stress lines which result during operation of the component to be produced with the arrangement of planking and primary component.
  • stress lines or fibers extend in particular starting from a longitudinal direction of the cladding panel or of the component with a curvature in which the fibers increasingly orientate in the direction of the longitudinal direction of the primary component which extends transversely to the longitudinal direction of the cladding panel or component and which the primary component the point at which the fictitious extension of the longitudinal extent meets the primary component according to the first-mentioned longitudinal direction of the fibers.
  • This stress line profile can be given on the two sides of the primary component in the longitudinal direction of the cladding panel or component.
  • a method for producing an FVW component with at least one carrier component and a skin section connected thereto, in particular with a recess, wherein the carrier component is located and configured such that the carrier component runs along at least one section of the recess.
  • a pre-curing of the prepreg semifinished product for stabilization of the skin portion blank occurs. Furthermore, application of layers of a prepreg semifinished product for forming the carrier component onto the cured skin portion blank and curing of the assembly of the pre-hardened prepreg semifinished product for the skin portion and the prepreg semifinished product for the carrier component is provided.
  • the curing of the FVW component thus takes place in two Aushärt Kunststoffen, wherein in a first step, the prepreg semifinished to form a skin portion blank, ie at least stabilized in shape, and in a second step, the assembly of the hardened pre-preg semi-finished for the skin portion and the prepreg semifinished product for the support member, so that between the planking panel and the reinforcing member a high laminate quality is achieved, for example without formation of gas inclusions.
  • the high demands on the component quality of components for aircraft such as pore poverty, fiber volume content and inner laminate quality can be met.
  • the layer structure of the reinforcing parts can be applied to the paneling in a topology-oriented manner with a fiber angle profile adapted to the force and voltage profile.
  • the reinforcing fibers are at least partially applied by force and stress.
  • a CFRP prepreg semifinished product in particular a unidirectional CFRP prepreg semifinished product, is used as the prepreg semifinished product.
  • the fibers of the prepreg semifinished product can run at least partially curved and in sections along stress lines in the planking of the component to be dissected, which occur in the use thereof with planking and primary component.
  • the prepreg semifinished product can be applied to the tool mold by means of a Tapeleger device to form the planking field.
  • a prepreg semifinished product for example a unidirectional CFRP prepreg tape (UD-CFRP prepreg tape) is applied to a working surface of a mold, resulting in the field of Manufacturing shorter lead times with higher utilization of manufacturing potential and resulting reduced manufacturing cost of composite products.
  • the non-productive times caused by manual work can be reduced to a minimum with high production quality.
  • the fibers of the prepreg semi-finished mats for the skin portion and the support member may be carbon, glass and / or aramid fibers.
  • the prepreg semifinished product can be cured in particular in an autoclave.
  • the curing preferably takes place after a predetermined temperature and vacuum curve under pressure in the autoclave.
  • the process parameters can be adjusted and optimized based on the material values of the prepreg resin. It can be provided that a dependence on the material characteristics of the injection resin is taken into account in order to achieve a strength and weight-optimized component.
  • the prepreg semifinished products can in particular form overlap joints and peripheral joints. This makes it possible to reduce the number of conventional fasteners, such as longitudinal and circumferential rivets.
  • the fibers of the prepreg semifinished products run along the longitudinal direction of the respective mats running in the longitudinal extent of the prepreg semifinished mats, their orientations at any point along the longitudinal direction of the respective prepreg semifinished product mat being maximally 2, 5 degrees apart (O 1 ) and / or with a deviation ( ⁇ 2 ) of not more than 5 degrees from the longitudinal direction of the respective prepreg semifinished mat run.
  • a plurality of the prepreg semi-finished mats or all of the prepreg semi-finished mats used for the formation of the skin section can be laid down in several layers such that a first section of at least 0.5 m in length in the longitudinal direction relative to the initial state of the respective Prepreg semi-finished mat uncurved state, at least a second section of at least 2.0 m in length along the longitudinal direction from the initial state curved state with a maximum change of direction ( ⁇ 3 ) of at least 15 degrees with respect to the longitudinal extent of the fibers in the initial state of the respective prepreg semi-finished mat and a third section of at least 0.5 m in length, with respect to the initial state of the prepreg semifinished mat, in an unbent state.
  • the prepreg semi-finished mats used can in particular have a width (B) between 0.5 m and 2.0 m and a length (L) between 4 m and 25 m.
  • an edge section of the recess of the skin section formed in the method which has the second section nearby, has a curved course with a radius of 200 to 300 mm and the fibers of the third section run transversely with respect to the same fibers of the first section seen to the longitudinal direction between 100 and 200 mm offset from one another.
  • an edge portion of the recess (16), which the second portion (A12, A22) is nearby has a curved course with a radius of 100 to 200 mm and the fibers of the third portion (A13) with respect to the same fibers of the first section (A11) seen transversely to the longitudinal direction (X) seen between 200 and 400 mm offset from each other.
  • the recess may have a peripheral edge line closed, wherein the support member extends at least along a portion of the edge of the recess to the stiffening.
  • the produced component can in particular be a fuselage part of an aircraft. Furthermore, it can be provided that the recess forms a window or door cutout of the body part.
  • the carrier component on the component to be produced may be a longitudinal bulkhead and / or a transverse bulkhead of an aircraft fuselage.
  • the produced carrier component may form a frame part, which circumscribes the edge line (16a) of the window or door cutout (16) of the aircraft fuselage and carrier component sections (51, 55) extending along the circumferential direction (XU) of the shell part (2) along the longitudinal direction (XL) of the shell part extending edge portions (53, 57) and in the circumferential direction (XU) of the shell part (2) extending support member portion (51, 55) and adjacent thereto located in the longitudinal direction (XL) of Shell part extending edge portion (53, 57) respectively connecting corner regions (52, 54, 56, 58).
  • the prepreg semi-finished mats (4) deposited in at least one longitudinally curved second section (A12, A22) are deposited such that their first sections (A11, A21) each have a direction which intersects the edge portions (53, 57) extending in the longitudinal direction (XL) of the shell portion, the curved second portion (A12, A22) along a corner portion (52, 54, 56, 58) and the third portion (A11) along a Circumferential direction (XU) of the shell part (2) extending support member portion (51, 55) extends.
  • the fibers of the third section (A13) viewed in relation to the same fibers of the first section (A11) transversely to the longitudinal direction (X), can be offset from one another by 0.1 m to 1.0 m.
  • the prepreg semifinished mats for forming the support member may be laid on the skin portion together with prepreg semifinished mats for forming the shell portion such that they have longitudinal bandages (22), circumferential bandages (24) and / or longitudinally of the body portion to be manufactured. or push braces (26) of the body part.
  • the prepreg semifinished products are placed as a Doppler or a Doppler arrangement, ie that several layers of prepreg semifinished products are superimposed.
  • the at least one Doppler can be applied to the planking field in a planar manner as a surface doppler (patch).
  • a surface doppler is to be understood as meaning, in particular, a reinforcing overlay applied to the planking field in the case of primary components of high rigidity to be fixed on the planking panel, in particular for window or door frames.
  • the Doppler be used in particular as arranged on the inside of the aircraft skin crack brakes.
  • At least one layer of a dry textile semifinished product is applied in sections between the prepreg semifinished product for forming the shell part and the prepreg semifinished product to form an intermediate layer on the prepreg semifinished product.
  • the at least one textile semifinished product is applied at least in sections between the semifinished product for the planking field and the semifinished product for the at least one primary component on the planking field.
  • the stiffness difference between the rigidity of the primary components and the rigidity of the paneling field can be equalized and stiffness jumps can at least be minimized.
  • the at least one layer of textile semifinished product can be positioned on the planking panel by means of a manufacturing device, for example one or more stencils.
  • the primary components or rear parts of the planking of the component to be produced may be longitudinal ribs (stringer), transverse ribs and / or frame parts, such as door or window frames.
  • the textile semifinished product is arranged on the prepreg semifinished product to form the planking field.
  • the textile semifinished product for forming the primary component is arranged in particular on the planking field before it is soaked.
  • the textile semifinished product for forming the primary component is fixed in particular by the second curing step on the planking panel.
  • the prepreg semifinished product for forming the planking panel may in particular have at least one cutout from which an opening of the component to be produced, such as a window or door cutout, is formed.
  • the textile semifinished product for forming the primary or reinforcing part is applied to the prepreg semifinished product in such a way that it extends at least in sections along an edge section or the edge of the opening.
  • the at least one textile semifinished product is formed by its spatial arrangement on the prepreg semifinished product as a reinforcing profile of a planking field, in particular to absorb bending forces of the planking field.
  • the textile semifinished product can in this case be stabilized or fixed at least in sections by one or more removable support profiles during the production of the component.
  • the textile semifinished products used according to the invention for the production of the reinforcing profiles can be largely automated and thus produced inexpensively.
  • the textile semifinished product is preferably formed from at least one textile structure of carbon, glass and / or aramid fibers and prefabricated by means of sewing, braiding, weaving, embroidering and / or gluing.
  • the textile semifinished product can be arranged in the form of a woven, laid, multiaxial fabric, knitted fabric, knitted fabric and / or braid on the planking panel.
  • the textile semifinished product is impregnated in a preferred embodiment of the method according to the invention by means of an RTM process (resin transfer molding process). In this case, a vacuum structure can be provided for the resin injection.
  • the viscosity of the matrix material in particular for the method steps according to the invention, provision can be made in particular for the viscosity of the matrix material to be adjusted in such a way that a required fiber resin ratio, in particular in the range of 60/40 ⁇ 15%, is achieved for the prepreg semifinished products and / or for impregnating the textile semifinished products ,
  • an epoxy resin is used as the matrix material for impregnating the semifinished fiber product.
  • a nonwoven material can be introduced into the tool mold in addition or as an alternative to the viscosity adjustment.
  • the nonwovens absorb excess resin content to maintain the fiber resin ratio and prevent negative properties due to excessive amounts of injected resin.
  • the curing of the combination of the prepreg semifinished product for the planking field and the textile semifinished product arranged thereon is preferably carried out in an autoclave.
  • the curing preferably takes place after a predetermined temperature and vacuum curve under pressure in the autoclave, in particular as a function of the material characteristics of the injection resin used.
  • the process parameters can be adjusted and optimized based on the material values of the injection resin. It can be disregarded to take into account a dependence of the temperature and / or vacuum curve and / or the material values of the material characteristics of the prepreg resin, so that a strength and weight-optimized component is achieved.
  • the directional angle of the fiber path may differ by 10% from the directional angle of the voltage curve, in each case with respect to the planking or component longitudinal direction.
  • the section of the fiber course with this agreement provided with a permitted deviation can be in particular 5% of the length of the respective semifinished product.
  • a "heavy use case” of the component is regarded as “use” in particular, that is to say, for example, in the case of an aircraft fuselage a typical main load case for the overall aircraft which occurs as required during takeoff, landing and / or cruising flight.
  • the FVW component produced by the method according to the invention can be, in particular, a fuselage segment of an aircraft with a door frame or window unit, which is a planking panel which consists of a prepreg semifinished product is formed, and has a primary component or reinforcing member thereon, which is formed from a textile semi-finished product, wherein the textile semifinished product was impregnated with matrix material and cured.
  • an FVW component (1) with at least one carrier component (8) and a skin section (2) connected thereto is provided with a recess, wherein the carrier component (8) along at least a portion (16b) of the recess (6) for forming a frame part, characterized in that the skin portion (2) is formed of several arrangements of a plurality of layers of fibers whose orientations at each point along the longitudinal extent of the respective prepreg semi-finished mat by a maximum of 2.5 degrees from each other wherein a first portion (A11, A21) each has a direction intersecting a support member portion (51, 55), a second portion (A12, A22) whose fibers are at an angle to the fibers of the first portion and along another extending to the first edge portion Shinbauteil- section (52, 54, 56, 58) extend, and a third portion (A11) along one of the two Iten edge portion adjoining edge portion (53, 57) extends.
  • a course of fibers according to an embodiment of the method according to the invention and in particular provided that an edge portion of the recess (16), the second portion (A12, A22) is nearby, a curved course with a radius of 200 to 300 mm and the fibers of the third section (A13), viewed in relation to the same fibers of the first section (A11) transversely to the longitudinal direction (X), are between 100 and 200 mm offset from one another.
  • the recess (16) may have an edge line closed along the circumference, and the support member (8) may extend at least along a portion of the edge of the recess.
  • a FVW fuselage part of an aircraft is provided with a shell part (2) with at least one recess (16, 42) and with a carrier component (8) formed as a frame part, which surrounds the edge line (16a) of the recess (16 , 42) of the aircraft fuselage to the stiffening thereof and comprises: along the circumferential direction (XU) of the shell part (2) extending support member sections (51, 55), along the longitudinal direction (XL) of the shell part extending edge portions (53, 57) and corner portions (52, 54, 56, 58) each having a support member portion (51, 55) extending in the circumferential direction (XU) of the shell portion (2) and an adjacent thereto in the longitudinal direction (XL) of the shell portion Edge portion (53, 57) connects.
  • the recess may in particular form a window or door cutout of the body part.
  • Figure 1 is a representation of a section of a FVW component according to a first embodiment of the invention with the materials used and
  • FIG. 2 a representation of a section of an FVW component according to a further exemplary embodiment of the invention
  • Figure 3 is a schematic representation of a used in the inventive method for forming the shell member and the formation of the support member prepreg semi-finished in its initial state before placing on the mold or on an already applied prepreg semi-finished and
  • FIG. 4 shows the prepreg semifinished product shown in FIG. 3, which is curved along the longitudinal direction in sections and along a support component to be applied to the shell part and is placed on the tool mold or an already applied prepreg semifinished product to form the shell part.
  • a component is produced or a component is provided which is formed from a combination of a carrier component or primary component and a shell or skin portion or a planking portion.
  • the skin portion may, in particular, be a curved shell portion of the FVW component to be produced, which is shaped in a manner to be described in three dimensions.
  • the skin portion or planking portion or the planking panel may in particular have a recess 16, which has a circumferentially closed or circumferential edge line 16a, that is located in the interior of the skin portion, or may be an open recess, which thus located at the edge of the skin portion 2 and is not completely surrounded by the skin portion 2.
  • the recess 16 as a closed recess, this can be provided in particular the opening for a door to be installed in the skin section 2 or for a window to be installed in the skin section 2.
  • the carrier component ⁇ may in particular be a carrier part which extends along the edge 16a or a portion of the edge 16a of the recess 16 for reinforcing the respective edge line of the recess.
  • the carrier component is generally a component which is structurally connected to the skin portion and which supports the skin portion in a planar manner or over a narrow region in comparison to the flat extension of the skin portion and stabilizes against external forces.
  • the carrier components may be stringers or frames of an aircraft shell and in particular of an aircraft fuselage.
  • the prepreg semifinished mats can be elongate, so that the longitudinal extent or the length coordinate runs along the longer side of the respective prepreg semifinished mat.
  • the fibers of the prepreg semi-finished mats have a roughly straight course relative to one another by a maximum of 5 degrees under the abovementioned specification of a deviation of the fibers at each point of the longitudinal coordinate. That is, these prepreg semi-finished mats 4 are formed such that their fibers are straight with a deviation of at most 5 degrees from a longitudinal direction of the respective mat.
  • the line or line of curvature in the cladding panel 2 extends in a curvilinear manner in the longitudinal direction of the fibers F or prepreg mats.
  • the prepreg semifinished product or the prepreg semifinished product mat 4 used in each case has sufficiently long fibers which follow the stress lines at least in sections, so that the fibers are curved in sections.
  • the fiber length can also be substantially shorter than the respectively considered stress line and the stress line can be simulated by a plurality of successively arranged fibers of the prepreg semifinished product 4.
  • a plurality of prepreg semi-finished mats 4 or all prepreg semi-finished mats 4 are thus formed such that their fibers with a maximum deviation of 5 degrees from the straight longitudinal extent of the respective mat or that their fibers straight with a maximum deviation of 5 Grad extend from a longitudinal direction of the respective mat.
  • Their orientations at each point along the longitudinal extent of the respective prepreg semifinished product mat deviate from each other by a maximum of 2.5 degrees (angle Ci 1 ) and / or run in a straight line, ie in this context with a deviation (angle ⁇ 2 ) of at most 5 degrees from a longitudinal direction of the respective mat.
  • the fibers F of the prepreg semi-finished mats 4 used are in particular not braided or Diagram 3 shows schematically a prepreg semifinished product 4 used to form the shell part and to form the carrier component in its initial state before being placed on the tool mold or on an already laid prepreg semifinished product.
  • the prepreg semi-finished mat 4 has a large number of Fasestrnature F, of which only a small selection is shown.
  • the curvilinear course for illustrating the definition of the course of the fibers is shown in an exaggerated manner. The same also applies to the fibers F shown in FIG. 4.
  • FIG. 4 shows the prepreg semifinished product shown in FIG. 3, which is curved along the longitudinal direction L in sections and along a carrier component to be applied to the shell part and to form the shell part is placed in this form on the mold or an already applied prepreg semi-finished product.
  • a plurality of prepreg semifinished mats 4 are deposited in a plurality of superimposed layers such that the fibers of the prepreg semifinished mats 4 in sections along stress lines of equal internal stresses and in particular of principal stress lines run, which result in the skin portion of the component to be produced upon the action of assumed external forces on the same.
  • These stress lines or fibers circulate around a carrier component 8, as shown in FIG. 1, and in particular also in the presence of a recess 16 whose edge portion 16a is stiffened by a carrier component 8.
  • the carrier component 8 is in particular of elongate shape and extends along the edge of the recess.
  • a plurality of prepreg semifinished products (4) are laid down such that their fibers extend along an edge portion 16a of the recess 16 with an at least sectioned curve with a change of direction of at least 15 degrees in the longitudinal extension of the fibers.
  • a skin section with a closed recess 16 shown in FIG two inflection points W11, W12 and W21, W22 extending along a longitudinal axis 20 and extending to a circumferential end region of the recess to current stress lines.
  • the stress lines along which fibers of the prepreg semifinished products according to the invention run are obtained starting from a fiber direction on a section A11 or A21 located farther away from a carrier component 8 or recess 16 extending transversely thereto, in a subsequent section A12 or A22 Change of direction of at least 15 degrees. It can be provided as a preferred upper limit of 75 degrees.
  • the stress lines pass by the carrier component 8 or the recess 16
  • the semi-finished mats are placed in such a way that the fibers likewise pass by the carrier component 8 or the recess 16, so that the Region A12 and A22 each have a turning point W11 and W21.
  • the prepreg semi-finished mats having a curved portion may be offset from one another or superimposed or overlapping each other.
  • the prepreg semi-finished mats can be shaped in particular rectangular.
  • Its longitudinal axis X may in particular be the center line between the longer mutually opposite edge lines of the prepreg semifinished product mat 4.
  • In the curved state ( Figure 4) form in particular at an angle extending Longitudinal axes X-A11, X-A12, X-A13 of the respective sections A11, A12 and A13 with said angles from.
  • the produced carrier component 8 can form a frame part, which circumscribes the edge line 16a (in particular the inner edge line) of the window or door cutout 16 of the aircraft fuselage and carrier component sections 51, 55 running along the circumferential direction XU of the shell part 2, one along the longitudinal direction XL of the shell part extending edge portions 53, 57 and extending in the circumferential direction XU of the shell part 2 support member section 51, 55 and adjacent thereto located in the longitudinal direction XL of the shell part extending edge portion 53, 57 respectively connecting corner regions 52, 54, 56 58 has.
  • the prepreg semifinished products 4 deposited in several layers with at least one longitudinally curved second section A12, A22 can be laid down in such a way that their first sections A11, A21 each have a direction which supports the support components extending in the circumferential direction XU of the shell part 2.
  • Sections (51, 55) intersects, the curved second section A12, A22 extends along a corner region 52, 54, 56, 58 and the third section A11 along an extending in the longitudinal direction XL of the shell part edge portion 53, 57.
  • the fibers of the third section A13 can be offset from one another by 0.1 m and 1 m, viewed in relation to the same fibers of the first section A11, viewed transversely to their longitudinal direction X.
  • the prepreg semifinished products 4 deposited in at least one longitudinally curved second section A12, A22 are laid down in such a way that their first sections A11, A21 each have a direction corresponding to the longitudinal direction XL the shell portion extending edge portions 53, 57 intersects, the curved extending second portion A12, A22 along a corner region 52, 54, 56, 58 and the third portion A11 along a circumferential direction XU of the shell part 2 extending support member portion 51, 55 extends.
  • the fibers of the third section A13 can be offset from one another by 0.1 m and 1 m, viewed in relation to the same fibers of the first section A11, viewed transversely to their longitudinal direction X.
  • the prepreg semi-finished mats 4 for forming the carrier component 8 on the skin section 2 can be placed together with prepreg semifinished mats 4 for forming the shell part 2 such that they are longitudinal bandages 22, circumferential bandages 24 and / or push bandages 26 with respect to the longitudinal direction of the body part to be produced form the trunk part.
  • the produced component or body part has the described fiber profile corresponding to the prepreg semifinished products applied in the described manner.
  • layers of a textile semifinished product 10 are applied to the latter hardened prepreg semifinished products 4 for forming the carrier component 8, 12, 14, a precuring of the prepreg semifinished product 4 for stabilizing the skin portion preform, optionally impregnating the semifinished textile product 10 with matrix material and curing the assembly of precured skin portion preform and the prepreg semifinished product 10 for bidding the carrier component.
  • At least one semifinished textile product as a dressing such as a longitudinal band 22, peripheral bandage 24 and push band 26, be placed on the textile semi-finished and reinforced with heart so that then hardening of the assembly of pre-hardened prepreg semifinished product 4, the textile semifinished product 10 for forming the primary component 8, 12, 14 and the textile semifinished product 22, 24, 26 for forming at least one association takes place.
  • a semifinished textile product as a dressing such as a longitudinal band 22, peripheral bandage 24 and push band 26
  • a longitudinal bandage 22 has fibers which, when correspondingly laid on the same, extend in the longitudinal direction 20 and a circumferential bandage 24 has fibers which, when correspondingly applied, extend transversely to the longitudinal direction 20 or in the circumferential direction of the component 1.
  • the pusher assembly 26 has fibers, which at the same laying on the same at an angle between 15 and 75 degrees to the longitudinal direction 20 and at an angle between 15 and 75 degrees to the circumferential direction of the component 1 extend.
  • bandages 22, 24, 26, bandages can intersect. In special applications an additional stabilization and strength of the component 1 can be achieved with expected voltage curves.
  • the dressings 22, 24, 26 are shown schematically in FIGS. 1 and 2 as dashed lines to show their longitudinal directions, since they have an elongated shape, but the dressings have a width depending on the application, which is not shown in the figures. Alternatively or additionally, it is provided to provide fibers in the dressings 22, 24, 26, which run in sections in the direction of voltage curves.
  • circumferential bandages 24 and / or push bandages 26 are arranged, whose longitudinal directions can in particular at least partially parallel or at an angle to each other.
  • the circumferential bandages 24 and push bandages 26 can be of the same or similar shape.
  • Textile semi-finished products for the formation of primary components 8, 12, 14 and optionally textile semi-finished or Doppler for use as longitudinal bandages 22, 24 perimeters and push braces 26 are placed on the provided for forming a planking 2 and previously cured prepreg semi-finished.
  • the longitudinal bandages 22, circumferential bandages 24 and push bandages 26 applied in the production of the component 1 on the prepreg semifinished product are single-layer or multi-layer textile semi-finished products, each having an elongated shape and comprising fibers which follow the course of the component 1 to be produced in the planking 2 resulting stress lines, which may be the same as the aforementioned or others, follow in the manner described.
  • the shape of the blank of the longitudinal bandages 22, circumferential bandages 24 and push bandages 26 may correspond to the shape of the stress lines, ie elongated and have a sectionally constant width over the longitudinal extent, and have a straight and / or curved longitudinal extent.
  • the bandages, ie the longitudinal bandages 22, circumferential bandages 24 and push bandages 26 are placed on the cured prepreg semifinished product in such a way that the fiber profiles of the bandages correspond to the essential stress profiles to be expected in the component 1 and match in a predetermined manner.
  • the two-stage manufacturing process with the laying and curing of the planking 2 and the subsequent application of the textile semifinished product for the primary component 8, 12, 14 with a further hardening phase extended in an advantageous manner, since the component 1 is selectively reinforced on the basis of the stress lines occurring in the component 1. In this way, the strength and stability of the component 1 is improved with optimum weight.
  • the term longitudinal direction of a bandage 22, 24, 26 is understood to mean the longitudinal direction of the fibers in the respective bandage, which may have a position-dependent and thus constant or non-constant orientation.
  • the component longitudinal direction or longitudinal axis 20 results from the shape of the component 1 to be produced. If this is formed overall elongated, the component longitudinal direction extends in the longitudinal extension of the component. In the event that the component 1 is an aircraft fuselage or aircraft fuselage part, the component longitudinal direction runs in the direction of the fuselage longitudinal axis. In the event that several recesses 16 in the planking. 2 are provided, the longitudinal direction may be the direction in which the recesses 16 are arranged one behind the other.
  • FIG. 1 shows a fiber composite material (FVW) component 1 with the relevant for its production characteristics.
  • the component 1 has a planking panel 2, which in particular can be a part of an aircraft fuselage paneling panel, which forms an outer skin of an aircraft.
  • the planking panel 2 is formed from a prepreg semifinished product 4.
  • primary components or reinforcing members 8 in the form of schematically indicated transverse edge 12 and longitudinal edge 14 (stringer) are provided, which are made of textile semi-finished products 10.
  • the component 1 in the illustrated embodiment has a planking panel 2 with a rectangular window opening 16 with rounded corner areas 18 and on the planking panel 2 and arranged next to the window opening 16 as a rear primary components arranged transverse edge 12 and longitudinal edge 14.
  • additional frame elements not shown are to be arranged.
  • a prepreg semi-finished product 4 was applied to a tool mold, not shown, and then cured.
  • a CFRP prepreg was used which has fibers which, according to the voltage curves in the planking 2 of the component 1 to be produced, which is provided with primary components 8, 12, 14, extend in regions curvilinearly and in particular have mutually different fiber progressions , That is to say the fiber angles, that is to say the angles of the longitudinal direction of these fibers with respect to a reference direction, change in the course of the longitudinal direction of the fibers.
  • the courses of the fibers are provided such that the fibers extend at least in sections along lines of force or stress which result during operation of the component 1 to be produced with a planking and at least one primary component 8, 12, 14.
  • These lines of force or fibers run in particular starting from a longitudinal direction of the paneling panel with a curvature in which the fibers are oriented increasingly in the direction of the longitudinal direction of the primary component 8, 12, 14, which has the primary component 8, 12, 14 at the location the fictitious extension of the longitudinal extent according to the former Longitudinal direction of the fibers to the primary component 8, 12, 14 meets.
  • a internal pressure-dimensioned layer structure with a fiber angle of 10730760 ° (S13) or a shear-dimensioned layer structure with a fiber angle of 30760710 ° (S18) with respect to the longitudinal axis 20 of the component 1 be provided.
  • the prepreg semifinished product 4 can be applied to the tool mold by means of a fiber placement system to produce the planking panel 2 in order to provide fibers with predetermined orientations. As a result, the non-productive times due to manual work can be reduced to a minimum with high production quality.
  • the applied prepreg semifinished product 4 is then cured to produce the planking panel 2 after a predetermined temperature and pressure curve in an autoclave.
  • a single-layer or multi-layer layer of textile semifinished product 10 is arranged on the hardened planking panel 2, this preferably having at least partially fiber progressions, in the direction of force and voltage curve in the primary component 8, 12, 14 when using the total Component 1 run.
  • the textile semi-finished product 10 may be formed of at least one textile structure of carbon, glass and / or aramid fibers and be prefabricated by means of sewing, braiding, weaving, embroidery and / or gluing.
  • the textile semifinished product 10 is preferably arranged on the planking panel 2 in the form of a woven, laid, multiaxial fabric, knitted fabric, knitted fabric and / or braid.
  • textile semi-finished products 10 have been applied as Doppler in the form of longitudinal bandages 22, circumferential bandages 24 and push bandages 26 on the planking panel 2, so that the planking panel 2 integrally reinforcing Doppler arrangement is formed.
  • the formed as longitudinal bandages Doppler 22 have in particular longitudinal force flow fibers and the longitudinal associations or fibers thereof extend in sections parallel to the longitudinal axis 20 of the component or the planking panel 2 on the component. If the component 1 is a fuselage or fuselage segment of an aircraft, longitudinal bandages are provided on the planking field, which run in the installed state in the trunk longitudinal direction.
  • the longitudinal bandages 22 follow in their longitudinal direction the course of force and stress lines which extend in the longitudinal direction of the component and spaced from the contour of the top or bottom of the window opening 16:
  • the force and stress lines and the longitudinal bandages run thus starting from a first portion, the or the fibers of which runs or extend in the direction of the longitudinal axis of the component, streamlined around the window opening 16 around.
  • the longitudinal bandage may extend in a section or middle region 28 along the window cutout 16 in a straight line or in a curve. Behind the transverse to the longitudinal axis 20 of the component 1 extending central axis of the window section of the longitudinal bandage then preferably extends symmetrically to the central axis of the window opening 16 in the manner described above.
  • the longitudinal bandage extends in its longitudinal direction from said first portion over a curved portion and the central region 28 in turn over a curved portion 30 and then preferably merges into a straight longitudinal portion 32.
  • longitudinal braces 22 or fibers thereof extend, in particular, along a region in which a plurality of windows arranged in succession in the longitudinal axis 20 of the fuselage are located.
  • the circumferential bandage runs symmetrically to the central axis of the window opening 16 running, for example, in the longitudinal axis of the component 1.
  • the circumferential bandage extends outside of the longitudinal axis of the component Recess 16 in the circumferential direction of the manufactured component 1 or body part or transverse to its longitudinal axis and on the recess 16 to, and from a distance from the recess 16 curved to dodge the recess 16 or circumvent this streamlined, ie, the circumferential extent extends into a direction in which the circumferential band 24 moves away from the central axis of the recess 16 extending in the circumferential direction of the component and in a direction in which the circumferential bandage 26 bypasses the recess 16.
  • the circumferential bandages 24 or fibers thereof thus follow with respect to e.g. transverse to the longitudinal axis 20 of the component 1 extending central axis of the recess 16 on both sides of the recess 16 and according to the force and voltage profile spaced from the contour of side portions 34 of the recess 16 so that the dressings have a central portion 36 which on both sides via a respective curved portion 38th in a peripheral portion 40 passes.
  • the curvature sections 38 are formed in such a way that the center and peripheral sections 36, 40 of adjacent circumferential braces 24 run parallel to one another in sections and overlap the longitudinal braces 22 in sections in the region of the curvature sections 30.
  • the push braces 26 or fibers thereof can extend in a straight line next to the circumferential braces 24 and overlap the longitudinal braces 22 in each case in the region of their curvature sections 30 in sections.
  • the shear bandages 26 running outside the recess extend in the longitudinal axis 20 of the component 1 from a longitudinal axis position which also has the interior of the recess 16 up to a longitudinal axis position which, viewed from there, extends beyond the semifinished product for the component Primary component 8, 12, 14 is located.
  • the described Doppler 22, 24, 26 are flat and applied as a surface Doppler applied to the planking field 2.
  • the positioning of the Doppler 22, 24, 26 on the Plankungsfeld 2 takes place in a method according to the invention by means of a manufacturing apparatus, not shown, using multiple templates. As a result, a weight-optimized reinforcement of the window cutout 16 is achieved.
  • the Doppler 22, 24, 26 are applied in sections between the paneling 2 and the primary components 12 on the planking panel 2, wherein the textile semi-finished products are arranged for the primary components 12 in particular before impregnation of the textile semifinished product 10 on the planking panel 2.
  • the textile semifinished product 10 is subsequently impregnated with matrix material by means of an RTM process (resin transfer molding process), wherein a vacuum structure for the resin injection is preferably provided.
  • RTM process resin transfer molding process
  • a partial vacuum is applied in the tool mold and the textile semifinished products 10 are impregnated with the injection resin, which is supplied via a feed line (not shown).
  • An associated resin storage chamber and conveying means for supplying the resin are not shown in the figure.
  • matrix material for impregnation of the fiber semifinished product 10 an epoxy resin is used as matrix material for impregnation of the fiber semifinished product 10.
  • the viscosity of the resin is adjusted so that a required fiber resin ratio, in particular in the range of 60/40 ⁇ 15%, is achieved.
  • a nonwoven material may be introduced into the tool mold in addition or as an alternative to the viscosity adjustment.
  • the nonwovens absorb excess resin content to maintain the fiber resin ratio and prevent negative properties due to excessive amounts of injected resin. Locations with resin accumulations, in particular in the corner regions 18 of the window frames, can be prevented thereby.
  • the FVW component 1 is cured or cured.
  • the hardening of the fabric semi-finished product 10 arranged on the planking panel 2 can be carried out vacuum assisted in an autoclave at a predetermined temperature, pressure and vacuum curve as a function of the material characteristics of the injection resin. That is, according to the invention, the curing of the FVW component takes place in two curing steps, wherein in a first step, the prepreg semifinished product 4 and in a second step, the impregnated textile semifinished product 10 is cured together with the pre-cured prepreg semifinished product 4, so that between the planking 2 and the reinforcing parts 8 a high quality laminate is achieved.
  • the layer structure of the reinforcing parts 8 on top of the planking field 2 is topology-oriented with a fiber angle course adapted to the force and voltage profile.
  • the textile semifinished product 10 is spatially formed, in particular to absorb bending forces of the planking panel 2.
  • the textile semifinished product 10 is in this case fixed in sections by removable support profiles during the production of the FVW component 1.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the invention with a planking panel 2, which has an approximately oval window cutout 42 in comparison with the exemplary embodiment shown in FIG. Due to the force or voltage curve in the region of the approximately round window cutout 42, in this application no longitudinal bandages but circumferential bandages 24 and push bandages 26 are placed on the paneling panel 2.
  • a Doppler is placed on the planking panel 2 on each side, viewed transversely to the longitudinal axis of the component or torso part on each side, wherein the longitudinal direction extends in sections curved and transverse to the longitudinal axis of the component or body part.
  • the circumferential bandages 24 extend transversely and according to the force flow profile in the component at a predetermined distance, preferably in sections in a straight line, for example at an angle of approximately 90 ° to the longitudinal axis 20 of the component or paneling panel 2. From this area remote from the recess of the circumferential bandage , Which is present on both sides of the recess with respect to the longitudinal axis 20 of the component, each circumferential bandage 24 extends according to the force and voltage profile of the component spaced from the contour of the window section 42 on this streamlined over.
  • the circumferential bandages 24 each have two areas remote from the recess, which face each other with respect to the component longitudinal axis 20, and a center portion 36 lying between these areas, the transition on both sides being remote from that of the recess lying region to the central portion 36 via a respective curved portion 38 takes place with a turning point.
  • Doppler formed in the form of Schubverb chorusen 26 Doppler arranged to transmit occurring in the component shear forces and shear stresses on the planking field.
  • the push braces 26 extend along and spaced from the four corner regions 18 of the window cutout 16 and at an angle to the component longitudinal axis 20, i. their longitudinal directions extend at an angle between ⁇ 10 and ⁇ 80 degrees and in particular between ⁇ 30 and ⁇ 60 degrees to this.
  • the push braces 26 are formed in a straight line in the illustrated embodiment.
  • each pusher assembly is located so that it intersects a located on the side of the circumferential band 24.
  • the area-heavy line of the recess is to be taken in the particular direction considered.
  • the textile semifinished product 10 is placed on the hardened planking panel 2 and impregnated with matrix material. Subsequently, the textile semifinished product 10 is cured together with the prepreg semifinished product 4.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines FVW-Bauteils (1) mit einem Beplankungsfeld (2) und einem Primärbauteil (8) zur Verstärkung des FVW-Bauteils (1), mit den Schritten: Aufbringen eines Prepreg-Halbzeugs (4) auf eine Werkzeugform zur Ausbildung des Beplankungsfelds (2), wobei in dem Prepreg-Halbzeug (4) Fasern entsprechend eines angenommenen Kraftflussverlaufs in dem Beplankungsfeld (2) des herzustellenden Bauteils (1) bereichsweise krummlinig verlaufen; Härten des Prepreg-Halbzeugs (4); Aufbringen von Lagen eines Textil-Halbzeugs (10) auf das gehärtete Prepreg- Halbzeug (4) zur Ausbildung des Primärbauteils (8); Tränken des Textil-Halbzeugs (10) mit Matrixmaterial und Härten der Baugruppe aus vorgehärtetem Prepreg-Halbzeug (4) und Textil- Halbzeug (10); FVW-Bauteil mit zumindest einem Trägerbauteil und einem mit diesem verbundenen Hautabschnitt mit einer Ausnehmung sowie ein FVW-Rumpfteil eines Flugzeugs mit einem Schalenteil mit zumindest einer Ausnehmung und mit einem als Rahmenteil gebildeten Trägerbauteil.

Description

Verfahren zur Herstellung eines FVW-Bauteils, FVW-Bauteil sowie ein FVW-
Rumpfteil eines Flugzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines FVW-Bauteils, ein FVW- Bauteil mit zumindest einem Trägerbauteil und einem mit diesem verbundenen Hautabschnitt mit einer Ausnehmung sowie ein FVW-Rumpfteil eines Flugzeugs mit einem Schalenteil mit zumindest einer Ausnehmung und mit einem als Rahmenteil gebildeten Trägerbauteil.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist bekannt, Faserverbundwerkstoffbauteile (FVW-Bauteile) aus in Prepreg-Technik vorgefertigten Halbzeugen herzustellen. Bei diesen Verfahren wird ein großflächiges Hautfeld als Beplankungsfeld sowie Versteifungsprofile als Integralverstärkungen verwendet. Das Hautfeld kann durch automatisches Legen hergestellt werden. Nachteilig bei diesen Verfahren ist, dass Versteifungsprofile mit nicht abwickelbarer Geometrie im Gegensatz zu dem automatisch erfolgenden Legen des Beplankungsfelds manuell aufgebracht werden müssen. Ein derartiger manuell auszuführender Arbeitsgang erhöht die Fertigungskosten für die Herstellung der integralverstärkten Beplankungsfelder.
Aus der DE 101 56 123 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen aus einem Prepreg-Halbzeug und einem trockenen Textil-Halbzeug bekannt. Das trockene Textil-Halbzeug wird zur Integralversteifung mittels einer Fertigungsvorrichtung auf dem Prepreg-Halbzeug positioniert und ein Vakuum-Aufbau für die folgende Harz-Injektion in das trockene Textil-Halbzeug vorgesehen. Die Aushärtung des Prepreg-Halbzeugs mit dem auf dieses aufgebrachten, getränkten Textil-Halbzeug erfolgt anschließend in einem Autoklaven. Nachteilig bei einem derartigen Verfahren zur Herstellung eines FVW-Bauteils ist, dass es aufgrund von Porenbildung zwischen dem Prepreg-Halbzeug und dem Textil-Halbzeug zu einer den hohen Anforderungen, insbesondere an die Bauteilqualität von Luftfahrtbauteilen, nicht genügenden inneren Laminatqualität kommen kann. Aus der DE 697 06 403 T2 ist eine aus einem gekrümmten Träger mit einem I-Profil gebildete Befestigungsvorrichtung aus Kunststoff bekannt, wobei vorgesehen ist, dass die Fasern in den Flanschen in einer Richtung verlaufen.
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung eines FVW-Bauteils bereitzustellen, das mit minimalem Aufwand zu einer optimierten Bauteilsstruktur durchführbar ist.
Weiterhin ist Aufgabe der Erfindung sowie ein FVW-Bauteil mit einem Hautabschnitt, der eine Ausnehmung aufweist, und mit einem Trägerbauteil, das mit dem Beplankungsabschnitt verbunden ist, sowie ein FVW-Rumpfteil eines Flugzeugs, das leicht gebaut ist und bei einem einfachen oder effizienten Herstellungsverfahren eine optimale Festigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den auf diese rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäß herzustellenden Beplankungsabschnitt kann es sich insbesondere um die Außenhaut eines Flugzeug-Bauteils und insbesondere eines Flugzeug-Rumpfes handeln. Die Außenhaut kann dabei die Außenhaut eines Rumpfabschnitts sein.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines FVW-Bauteils mit einem Beplankungsfeld in Form eines Hautabschnitts oder Schalenteils, das insbesondere ein Flugzeugrumpf-Schalenteil wie z.b. ein Rumpfabschnitt sein kann, werden Prepreg-Halbzeuge oder Prepreg-Halbzeugzuschnitte zur Bildung eines Primärbauteils insbesondere in Form eines Trägerbauteils wie z.B. eines Spants oder eines Längsträgers zur Verstärkung des Beplankungsfelds sowie Prepreg-Halbzeuge oder Prepreg-Halbzeugzuschnitte zur Bildung des Beplankungsfelds verwendet. Zur Verbindung des Trägerbauteils und des Beplankungsfelds kann zusätzlich ein Text N- Halbzeug oder zumindest eine Lage eines Textil-Halbzeugzuschnitts verwendet werden, das zwischen die Prepreg-Halbzeuge zur Bildung des Beplankungsfelds und des Trägerbauteils eingelegt werden. Das Primärbauteil des herzustellenden Bauteils kann insbesondere ein Längsspant, ein Querspant und/oder ein Rahmenteil einer Ausnehmung zur Ausbildung eines Tür- oder Fensterrahmens eines Flugzeugs- Rumpfes sein. Das Prepreg-Halbzeug wird dabei zur Ausbildung des Beplankungsfelds oder eines Hautlagenaufbaus auf eine Werkzeugform aufgebracht und anschließend ausgehärtet.
Das verwendete Prepreg-Halbzeug weist Fasern auf, die entsprechend eines angenommenen Spannungsflussverlaufs oder Kraftflussverlaufs in dem Beplankungsfeld des herzustellenden Bauteils bereichsweise kurvenförmig verlaufen. Der Spannungsflussverlaufs ergibt sich insbesondere durch Linien gleicher Spannung und insbesondere durch die Hauptspannungslinien, wenn äußere Kräfte auf das herzustellende Bauteil in dessen betrieblichem Einsatz wirken. Insbesondere verlaufen die Fasern zumindest abschnittsweise entlang von Spannungslinien, die sich im Betrieb des herzustellenden Bauteils mit der Anordnung aus Beplankung und Primärbauteil ergeben. Diese Spannungslinien bzw. Fasern verlaufen insbesondere ausgehend von einer Längsrichtung des Beplankungsfelds bzw. des Bauteils mit einer Krümmung, bei der die Fasern sich zunehmend in Richtung der Längsrichtung des Primärbauteils orientieren, die quer zur Längsrichtung des Beplankungsfelds bzw. Bauteils verläuft und die das Primärbauteil an der Stelle hat, an der die fiktive Verlängerung der Längserstreckung gemäß der erstgenannten Längsrichtung der Fasern auf das Primärbauteil trifft. Dieser Spannungslinien-Verlauf kann in der in Längsrichtung des Beplankungsfelds bzw. Bauteils gesehen auf beiden Seiten des Primärbauteils gegeben sein.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur Herstellung eines FVW-Bauteils mit zumindest einem Trägerbauteil und einem mit diesem verbundenen Hautabschnitt insbesondere mit einer Ausnehmung vorgesehen, wobei das Trägerbauteil derart gelegen und gestaltet ist, dass das Trägerbauteil entlang zumindest eines Abschnitts der Ausnehmung verläuft. Dabei erfolgt ein Aufbringen von Lagen von Prepreg- Halbzeugmatten zur Ausbildung eines Hautabschnitt-Rohteils auf eine Werkzeugform zur Ausbildung des Hautabschnitts, wobei die Prepreg-Halbzeugmatten in ihrem Ausgangszustand jeweils aus Fasern gebildet sind, die entlang der in der Längserstreckung der Prepreg-Halbzeugmatten verlaufenden Längsrichtung derselben verlaufen, wobei eine Mehrzahl der Prepreg-Halbzeugmatten in mehreren Lagen derart abgelegt werden, dass ein erster Abschnitt im gegenüber dem Ausgangszustand in der Längsrichtung ungekrümmten Zustand, mindestens ein zweiter Abschnitt in entlang der Längsrichtung gegenüber dem Ausgangszustand gekrümmter Weise mit einem größten Richtungswechsel von zumindest 15 Grad gegenüber der Längserstreckung der Fasern im Ausgangszustand der jeweiligen Prepreg-Halbzeugmatte und ein dritter Abschnitt gegenüber dem Ausgangszustand in der Längsrichtung ungekrümmten Zustand verläuft, so dass die Fasern dieser Prepreg-Halbzeugmatten entlang den bei einer angenommenen Belastung des herzustellenden Bauteils mit äußeren Kräften auftretenden und einen Randabschnitt der Ausnehmung umlaufenden Linien gleicher Spannungen verlaufen.
Anschließend erfolgt ein Vorhärten des Prepreg-Halbzeugs zur Stabilisierung des Hautabschnitt-Rohteils. Weiterhin ist ein Aufbringen von Lagen eines Prepreg- Halbzeugs zur Ausbildung des Trägerbauteils auf das gehärteten Hautabschnitt- Rohteils und ein Härten der Baugruppe aus dem vorgehärtetem Prepreg-Halbzeug für den Hautabschnitt und dem Prepreg-Halbzeug für das Trägerbauteil vorgesehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Aushärten des FVW-Bauteils also in zwei Aushärtschritten, wobei in einem ersten Schritt das Prepreg-Halbzeug zur Ausbildung eines Hautabschnitt-Rohteils vorgehärtet, d.h. in seiner Form zumindest stabilisiert wird, und in einem zweiten Schritt die Baugruppe aus dem vorgehärtetem Prepreg-Halbzeug für den Hautabschnitt und dem Prepreg-Halbzeug für das Trägerbauteil gehärtet wird, so dass zwischen dem Beplankungsfeld und dem Verstärkungsteil eine hohe Laminatqualität z.B. ohne Bildung von Gaseinschlüssen erreicht wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere die hohen Anforderungen an die Bauteil-Qualität von Bauteilen für Flugzeuge, wie beispielsweise Porenarmut, Faservolumengehalt und innere Laminatqualität erfüllt werden. Weiterhin vorteilhaft ist, dass der Lagenaufbau der Verstärkungsteile topologieorientiert mit einem an den Kraft- und Spannungsverlauf angepassten Faserwinkelverlauf auf das Beplankungsfeld aufgebracht werden kann. Dadurch werden die Verstärkungsfasern zumindest teilweise kraft- und spannungsgewichtet aufgebracht. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als Prepreg-Halbzeug ein CFK- Prepreg-Halbzeug, insbesondere ein unidirektionales CFK-Prepreg-Halbzeug verwendet.
Die Fasern des Prepreg-Halbzeugs können zumindest teilweise kurvenförmig und abschnittsweise entlang von Spannungslinien in der Beplankung des zerzustellenden Bauteils verlaufen, die im Einsatz desselben mit Beplankung und Primärbauteil auftreten.
Die Prepreg-Halbzeug kann zur Ausbildung des Beplankungsfelds mittels einer Tapeleger-Vorrichtung auf die Werkzeugform aufgebracht werden. Insbesondere durch den Einsatz derartiger automatischer Legevorrichtungen mit einem oder mehreren verfahrbaren Auftragsköpfen mittels denen ein Prepreg-Halbzeug, beispielsweise ein unidirektionales CFK-Prepreg-Band (UD-CFK-Prepreg-Band) auf eine Arbeitsoberfläche einer Werkzeugform aufgebracht wird, ergeben sich im Bereich der Fertigung kürzere Durchlaufzeiten mit einer höheren Auslastung des Fertigungspotentials und daraus resultierend verringerte Herstellungskosten der Verbundwerkstoffprodukte. Die durch manuelle Arbeiten bedingten Nebenzeiten können bei hoher Fertigungsqualität auf ein Minimum reduziert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Fasern der Prepreg- Halbzeugmatten für den Hautabschnitt und das Trägerbauteil Kohle-, Glas- und/oder Aramidfasern sein.
Das Prepreg-Halbzeug kann insbesondere in einem Autoklaven ausgehärtet werden. Die Aushärtung erfolgt vorzugsweise nach einem vorbestimmten Temperatur- und Vakuumverlauf unter Druck in dem Autoklaven. Die Prozessparameter können hierbei anhand der Werkstoffwerte des Prepreg-Harzes eingestellt und optimiert werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Abhängigkeit von den Werkstoffkennwerten des Injektions-Harzes zu berücksichtigt wird, um ein festigkeits- und gewichtsoptimiertes Bauteil zu erreichen. Die Prepreg-Halbzeuge können insbesondere Überlappverbindungen und Umfangsstöße bilden. Dadurch ist es möglich die Anzahl herkömmlicher Verbindungselemente, wie beispielsweise Längs- und Umfangsniete, zu reduzieren.
Nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Fasern der Prepreg-Halbzeugmatten entlang der in der Längserstreckung der Prepreg-Halbzeugmatten verlaufenden Längsrichtung der jeweiligen Matten verlaufen, wobei deren Orientierungen an jeder Stelle entlang der Längsrichtung der jeweiligen Prepreg-Halbzeugmatte um maximal 2,5 Grad voneinander abweichen (O1) und/oder mit einer Abweichung (α2) von maximal 5 Grad von der Längsrichtung der jeweiligen Prepreg-Halbzeugmatte verlaufen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Mehrzahl der Prepreg- Halbzeugmatten oder sämtliche der für die Bildung des Hautabschnitts verwendeten Prepreg-Halbzeugmatten in mehreren Lagen derart abgelegt werden, dass ein erster Abschnitt von mindestens 0,5 m Länge im in der Längsrichtung gegenüber dem Ausgangszustand der jeweiligen Prepreg-Halbzeugmatte ungekrümmtem Zustand, mindestens ein zweiter Abschnitt von mindestens 2,0 m Länge in entlang der Längsrichtung gegenüber dem Ausgangszustand gekrümmtem Zustand mit einem größten Richtungswechsel (α3) von zumindest 15 Grad gegenüber der Längserstreckung der Fasern im Ausgangszustand der jeweiligen Prepreg- Halbzeugmatte und ein dritter Abschnitt von mindestens 0,5 m Länge in gegenüber dem Ausgangszustand der Prepreg-Halbzeugmatte ungekrümmtem Zustand verlaufen.
Die verwendeten Prepreg-Halbzeugmatten können insbesondere eine Breite (B) zwischen 0,5 m und 2,0 m und eine Länge (L) zwischen 4 m und 25 m haben.
Nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hat ein Randabschnitt der Ausnehmung des bei dem Verfahren gebildeten Hautabschnitts, dem der zweite Abschnitt nahegelegen ist, einen kurvenförmigen Verlauf mit einem Radius von 200 bis 300 mm und verlaufen die Fasern des dritten Abschnitts gegenüber denselben Fasern des ersten Abschnitts quer zu deren Längsrichtung gesehen zwischen 100 und 200 mm zueinander versetzt. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein Randabschnitt der Ausnehmung (16), dem der zweite Abschnitt (A12, A22) nahegelegen ist, einen kurvenförmigen Verlauf mit einem Radius von 100 bis 200 mm hat und die Fasern des dritten Abschnitts (A13) gegenüber denselben Fasern des ersten Abschnitts (A11) quer zu deren Längsrichtung (X) gesehen zwischen 200 und 400 mm zueinander versetzt verlaufen.
Dabei kann die Ausnehmung eine entlang des Umfangs geschlossene Randlinie haben, wobei sich das Trägerbauteil zumindest entlang eines Abschnitts des Rands der Ausnehmung zu deren Versteifung erstreckt.
Das hergestellte Bauteil kann insbesondere ein Rumpfteil eines Flugzeugs sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmung einen Fenster- oder Türausschnitt des Rumpfteils bildet. Dabei kann das Trägerbauteil am herzustellenden Bauteil ein Längsspant und/oder ein Querspant eines Flugzeugs-Rumpfes sein.
Das hergestellte Trägerbauteil kann ein Rahmenteil bilden, das die Randlinie (16a) des Fenster- oder Türausschnitts (16) des Flugzeugs-Rumpfes umläuft und entlang der Umfangsrichtung (XU) des Schalenteils (2) verlaufende Trägerbauteil-Abschnitte (51 , 55), einen entlang der Längsrichtung (XL) des Schalenteils verlaufende Randabschnitte (53, 57) und einen in der Umfangsrichtung (XU) des Schalenteils (2) verlaufenden Trägerbauteil-Abschnitt (51 , 55) und einen benachbart an diesem gelegenen in der Längsrichtung (XL) des Schalenteils verlaufenden Randabschnitt (53, 57) jeweils verbindende Eckbereiche (52, 54, 56, 58) aufweist.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die mit mindestens einem in Längsrichtung gekrümmt verlaufenden zweiten Abschnitt (A12, A22) in mehreren Lagen abgelegten Prepreg-Halbzeugmatten (4) derart abgelegt werden, dass deren erste Abschnitte (A11 , A21) jeweils eine Richtung aufweist, die die in Umfangsrichtung (XU) des Schalenteils (2) verlaufenden Trägerbauteil-Abschnitte (51 , 55) schneidet, der gekrümmt verlaufende zweite Abschnitt (A12, A22) entlang eines Eckbereichs (52, 54, 56, 58) und der dritte Abschnitt (A11) entlang eines in Längsrichtung (XL) des Schalenteils verlaufenden Randabschnitts (53, 57) verläuft. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Fasern des dritten Abschnitts (A13) gegenüber denselben Fasern des ersten Abschnitts (A11) quer zu deren Längsrichtung (X) gesehen zwischen 0,1 m und 1,0 m zueinander versetzt verlaufen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die mit mindestens einem in Längsrichtung gekrümmt verlaufenden zweiten Abschnitt (A12, A22) in mehreren Lagen abgelegten Prepreg-Halbzeugmatten (4) derart abgelegt werden, dass deren erste Abschnitte (A11 , A21) jeweils eine Richtung aufweist, die die in Längsrichtung (XL) des Schalenteils verlaufende Randabschnitte (53, 57) schneidet, der gekrümmt verlaufende zweite Abschnitt (A12, A22) entlang eines Eckbereichs (52, 54, 56, 58) und der dritte Abschnitt (A11) entlang eines Umfangsrichtung (XU) des Schalenteils (2) verlaufenden Trägerbauteil-Abschnitts (51 , 55) verläuft. Dabei können die Fasern des dritten Abschnitts (A13) gegenüber denselben Fasern des ersten Abschnitts (A11) quer zu deren Längsrichtung (X) gesehen zwischen 0,1 m und 1 ,0 m zueinander versetzt verlaufen.
Generell können nach der Erfindung die Prepreg-Halbzeugmatten zur Bildung des Trägerbauteils auf dem Hautabschnitt zusammen mit Prepreg-Halbzeugmatten zur Bildung des Schalenteils derart aufgelegt werden, dass diese in Bezug auf die Längsrichtung des herzustellenden Rumpfteils Längsverbände (22), Umfangsverbände (24) und/oder Schubverbände (26) des Rumpfteils bilden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass die Prepreg- Halbzeuge als Doppler oder eine Doppleranordnung aufgelegt werden, d.h. dass mehrere Lagen von Prepreg-Halbzeugen übereinander gelegt werden. Der zumindest eine Doppler kann flächig, als Flächendoppler (Patch) ausgebildet, auf das Beplankungsfeld aufgebracht warden. Unter einem Flächendoppler wird in diesem Zusammenhang insbesondere eine auf das Beplankungsfeld aufgebrachte Verstärkungsauflage bei auf dem Beplankungsfeld zu fixierenden Primärbauteile hoher Steifigkeit, insbesondere für Fenster- oder Türrahmen, verstanden. Die Doppler werden insbesondere als auf der Innenseite der Flugzeughaut angeordnete Rissbremsen verwendet. Tritt im Einsatz des herzustellenden Bauteils ein Riss in der Außenhaut des Bauteils auf und pflanzt sich dieser fort, wird dieser - bei einer entsprechenden Ausbildung und Anordnung der Doppler - nur bis zu dem Bereich der Außenhaut mit Doppler und nicht mehr weiter fortschreiten. Dadurch kann die Schadenstoleranz derartiger Strukturen verbessert und die Entdeckung der Beschädigung des Bauteils bei einer Sichtinspektion erleichtert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass abschnittsweise zwischen dem Prepreg-Halbzeug zur Ausbildung des Schalenteils und dem Prepreg- Halbzeug zur Ausbildung eines Trägerbauteils zumindest eine Schicht eines trockenen Textil-Halbzeugs zur Ausbildung einer Zwischenschicht auf dem Prepreg-Halbzeug aufgebracht wird. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass vor dem Härten der Baugruppe aus dem vorgehärtetem Prepreg-Halbzeug für den Hautabschnitt und dem Prepreg-Halbzeug für das Trägerbauteil das Textil-Halbzeug mittels eines RTM- Prozesses und/oder eine Injektionsverfahrens mit Harz getränkt wird.
Als Matrixmaterial für das Prepreg-Halbzeug und/oder für das Tränken des trockenen Textil-Halbzeugs mit einer Viskosität von 10Λ5 m Pas ± 20% verwendet wird.
Vorzugsweise wird das zumindest eine Textil-Halbzeug mindestens abschnittsweise zwischen dem Halbzeug für das Beplankungsfeld und dem Halbzeug für das zumindest eine Primärbauteil auf dem Beplankungsfeld aufgebracht. Dadurch kann der Steifigkeitsunterschied zwischen der Steifigkeit der Primärbauteile und der Steifigkeit des Beplankungsfeld angeglichen und Steifigkeitssprünge zumindest minimiert werden.
Die zumindest eine Lage aus Textil-Halbzeug kann mittels einer Fertigungsvorrichtung, beispielsweise einer oder mehreren Schablonen, auf dem Beplankungsfeld positioniert werden.
Die Primärbauteile oder Hinterbauteile der Beplankung des herzustellenden Bauteils können Längsspante (Stringer), Querspante und/oder Rahmenteile, wie z.B. Tür- oder Fensterrahmen, sein. In entsprechender Weise wird das Textil-Halbzeug auf dem Prepreg-Halbzeug zur Ausbildung des Beplankungsfelds angeordnet. Das Textil- Halbzeug zur Ausbildung des Primärbauteils wird insbesondere vor dem Tränken desselben auf dem Beplankungsfeld angeordnet. Das Textil-Halbzeug zur Ausbildung des Primärbauteils wird insbesondere durch den zweiten Aushärteschritt, auf dem Beplankungsfeld fixiert. Das Prepreg-Halbzeug zur Ausbildung des Beplankungsfelds kann insbesondere zumindest einen Ausschnitt aufweisen, aus dem eine Öffnung des herzustellenden Bauteils, wie z.B. einen Fenster- oder Türausschnitt, gebildet wird. Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Textil-Halbzeug zur Ausbildung des Primär- oder Verstärkungsteils derart auf das Prepreg-Halbzeug aufgebracht wird, dass dieses zumindest abschnittsweise entlang eines Randabschnitts oder des Rands der Öffnung verläuft. Dadurch kann eine gewichtsoptimierte Verstärkung des Beplankung- Randbereichs des Ausschnitts oder der Öffnung erreicht werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das zumindest eine Textil- Halbzeug durch seine räumliche Anordnung auf dem Prepreg-Halbzeug als Verstärkungsprofil eines Beplankungsfelds ausgebildet, insbesondere um Biegekräfte des Beplankungsfelds aufzunehmen. Das Textil-Halbzeug kann hierbei während der Herstellung des Bauteils zumindest abschnittsweise von einem oder mehreren abnehmbaren Stützprofilen stabilisiert oder fixiert werden.
Die erfindungsgemäß zur Herstellung der Verstärkungsprofile verwendeten textilen Halbzeuge können weitgehend automatisiert und damit kostengünstig hergestellt sein. Das Textil-Halbzeug wird vorzugsweise aus zumindest einem textilen Gebilde aus Kohle-, Glas- und/oder Aramidfasern ausgebildet und mittels Nähen, Flechten, Weben, Sticken und/oder Kleben vorgefertigt. Insbesondere kann das Textil-Halbzeug in Form eines Gewebes, Geleges, Multiaxialgewebes, Gestrickes, Gewirkes und/oder Geflechts auf dem Beplankungsfeld angeordnet werden. Das Textil-Halbzeug wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels einem RTM- Prozess (Resin Transfer Moulding-Prozess) getränkt. Dabei kann ein Vakuum-Aufbau für die Harz-Injektion vorgesehen sein.
Bei den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten kann insbesondere vorgesehen sein, dass für die Prepreg-Halbzeuge und/oder zum Tränken der Textil-Halbzeuge die Viskosität des Matrixmaterials derart eingestellt wird, dass ein gefordertes Faserharzverhältnis, insbesondere im Bereich von 60/40 ±15%, erreicht wird. Die Viskosität des verwendeten Matrixmaterials liegt insbesondere bei Nu = 10Λ5 m Pas ± 20%. Als Matrixmaterial zur Tränkung des Faser-Halbzeugs wird beispielsweise ein Epoxidharz verwendet.
Zur Aufnahme von überschüssigem Matrixmaterial kann zusätzlich oder alternativ zu der Viskositätseinstellung ein Vliesmaterial in die Werkzeugform eingebracht warden. Die Vliese nehmen überflüssige Harzanteile auf, um das Faserharzverhältnis einzuhalten und verhindern negative Eigenschaften durch zuviel injizierte Harzmengen.
Die Aushärtung der Kombination des Prepreg-Halbzeugs für das Beplankungsfeld und des darauf angeordneten Textil-Halbzeugs wird vorzugsweise in einem Autoklaven durchgeführt. Die Aushärtung erfolgt vorzugsweise nach einem vorbestimmten Temperatur- und Vakuumverlauf unter Druck in dem Autoklaven, insbesondere in Abhängigkeit der Werkstoffkennwerte des verwendeten Injektions-Harzes. Die Prozessparameter können hierbei anhand der Werkstoffwerte des Injektions-Harzes eingestellt und optimiert werden. Dabei kann davon abgesehen werden, eine Abhängigkeit des Temperatur- und/oder Vakuumverlaufs und/oder der Werkstoffwerte von den Werkstoffkennwerten des Prepreg-Harzes zu berücksichtigen, so dass ein festigkeits- und gewichtsoptimiertes Bauteil erreicht wird.
Bei der genannten Übereinstimmung der Verläufe von Fasern und Spannungslinien bei Prepreg- und/oder textilem Halbzeug und/oder Verbänden wird in diesem Zusammenhang insbesondere eine Abweichung von 10% zugelassen. D.h. in diesem Fall kann sich der Richtungswinkel des Faserverlaufs um 10% von dem Richtungswinkel des Spannungsverlaufs, jeweils bezogen auf die Beplankungs- oder Bauteil-Längsrichtung, unterscheiden. Der Abschnitt des Faserverlaufs mit dieser mit zugelassener Abweichung vorgesehenen Übereinstimmung kann insbesondere 5% der Länge des jeweiligen Halbzeugs lang sein. Als „Einsatz" wird in diesem Zusammenhang insbesondere ein Hauptlastfall des Bauteils angesehen, also z.B. bei einem Flugzeugrumpfteil ein bei Start, Landung und/oder Reiseflug anforderungsgemäß auftretender typischer Hauptlastfall für das Gesamtflugzeug.
Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte FVW-Bauteil kann insbesondere ein Rumpfsegment eines Flugzeugs mit einer Türrahmen- oder Fenstereinheit sein, das ein Beplankungsfeld, das aus einem Prepreg-Halbzeug gebildet ist, und ein darauf gelegenes Primärbauteil oder Verstärkungsteil, das aus einem Textil-Halbzeug gebildet ist, aufweist, wobei das Textil-Halbzeug mit Matrixmaterial getränkt und ausgehärtet wurde.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein FVW-Bauteil (1) mit zumindest einem Trägerbauteil (8) und einem mit diesem verbundenen Hautabschnitt (2) mit einer Ausnehmung vorgesehen, wobei das Trägerbauteil (8) entlang zumindest eines Abschnitts (16b) der Ausnehmung (6) zur Ausbildung eines Rahmenteils verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Hautabschnitt (2) aus mehreren Anordnungen von jeweils mehreren Lagen von Fasern gebildet ist, deren Orientierungen an jeder Stelle entlang der Längserstreckung der jeweiligen Prepreg-Halbzeugmatte um maximal 2,5 Grad voneinander abweichen, wobei ein erster Abschnitte (A11 , A21) jeweils eine Richtung aufweist, die einen Trägerbauteil-Abschnitt (51 , 55) schneidet, einen zweiten Abschnitt (A12, A22), dessen Fasern winklig zu den Fasern des ersten Abschnitts und entlang eines weiteren an den ersten Randabschnitt anschließenden Trägerbauteil- Abschnitts (52, 54, 56, 58) verlaufen, und ein dritter Abschnitt (A11) entlang eines an den zweiten Randabschnitt anschließenden Randabschnitts (53, 57) verläuft.
Bei dem hergestellten Bauteil kann ein Verlauf von Fasern entsprechend einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und insbesondere vorgesehen sein, dass ein Randabschnitt der Ausnehmung (16), dem der zweite Abschnitt (A12, A22) nahegelegen ist, einen kurvenförmigen Verlauf mit einem Radius von 200 bis 300 mm hat und die Fasern des dritten Abschnitts (A13) gegenüber denselben Fasern des ersten Abschnitts (A11) quer zu deren Längsrichtung (X) gesehen zwischen 100 und 200 mm zueinander versetzt verlaufen. Dabei kann insbesondere weiterhin vorgesehen sein, dass ein Randabschnitt der Ausnehmung (16), dem der zweite Abschnitt (A12, A22) nahegelegen ist, einen kurvenförmigen Verlauf mit einem Radius von 100 bis 200 mm hat und die Fasern des dritten Abschnitts (A13) gegenüber denselben Fasern des ersten Abschnitts (A11) quer zu deren Längsrichtung (X) gesehen zwischen 200 und 400 mm zueinander versetzt verlaufen. Bei dem FVW-Bauteil kann die Ausnehmung (16) eine entlang des Umfangs geschlossene Randlinie haben und kann sich das Trägerbauteil (8) zumindest entlang eines Abschnitts des Rands der Ausnehmung erstrecken. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein FVW-Rumpfteil eines Flugzeugs mit einem Schalenteil (2) mit zumindest einer Ausnehmung (16, 42) und mit einem als Rahmenteil gebildeten Trägerbauteil (8) vorgesehen, das die Randlinie (16a) der Ausnehmung (16, 42) des Flugzeugs-Rumpfes zu deren Versteifung umläuft und aufweist: entlang der Umfangsrichtung (XU) des Schalenteils (2) verlaufende Trägerbauteil-Abschnitte (51 , 55), entlang der Längsrichtung (XL) des Schalenteils verlaufende Randabschnitte (53, 57) und Eckbereiche (52, 54, 56, 58), die jeweils einen in der Umfangsrichtung (XU) des Schalenteils (2) verlaufenden Trägerbauteil- Abschnitt (51 , 55) und einen benachbart an diesem gelegenen in der Längsrichtung (XL) des Schalenteils verlaufenden Randabschnitt (53, 57) verbindet. Die Ausnehmung kann insbesondere einen Fenster- oder Türausschnitt des Rumpfteils bilden.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
Figur 1 eine Darstellung eines Ausschnitts eines FVW-Bauteils gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit den verwendeten Materialien und
Figur 2 eine Darstellung eines Ausschnitts eines FVW-Bauteils gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bildung des Schalenteils und zur Bildung des Trägerbauteils verwendeten Prepreg-Halbzeug in seinem Ausgangszustand vor dem Auflegen auf die Werkzeugform oder auf ein bereits aufgelegtes Prepreg-Halbzeug und
Figur 4 das in der Figur 3 dargestellte Prepreg-Halbzeug, das im Bereich und entlang eines auf das Schalenteil aufzubringenden Trägerbauteils abschnittsweise entlang der Längsrichtung gekrümmt ist und zur Bildung des Schalenteils in dieser Form auf die Werkzeugform oder ein bereits aufgelegtes Prepreg-Halbzeug aufgelegt wird. Erfindungsgemäß wird ein Bauteil hergestellt oder ist ein Bauteil vorgesehen, das aus einer Kombination aus einem Trägerbauteil oder Primär-Bauteil und einem Schalenoder Hautabschnitt oder einem Beplankungsabschnitt gebildet ist. Der Hautabschnitt kann insbesondere ein gekrümmter Schalenabschnitt des herzustellenden FVW- Bauteils sein, der in dreidimensional zu beschreibender Weise geformt ist.
Der Hautabschnitt oder Beplankungsabschnitt oder das Beplankungsfeld kann insbesondere eine Ausnehmung 16 aufweisen, die eine entlang des Umfangs geschlossene oder umlaufender Randlinie 16a aufweist, also im Inneren des Hautabschnitts gelegen ist, oder kann eine offene Ausnehmung sein, die also am Rand des Hautabschnitts 2 gelegen und nicht vollständig von dem Hautabschnitt 2 umgeben ist. Bei der Ausgestaltung der Ausnehmung 16 als geschlossene Ausnehmung kann diese insbesondere die Öffnung für eine in den Hautabschnitt 2 einzubauende Tür oder für ein in den Hautabschnitt 2 einzubauendes Fenster vorgesehen sein. Das Trägerbauteil δ kann insbesondere ein Trägerteil sein, das sich entlang des Rands 16a oder eines Abschnitts des Rands 16a der Ausnehmung 16 zur Verstärkung der jeweiligen Randlinie der Ausnehmung erstreckt. Erfindungsgemäß ist das Trägerbauteil generell eine strukturell mit dem Hautabschnitt verbundenes Bauteil, das flächig oder über einen im Vergleich zu der flächigen Erstreckung des Hautabschnitts schmalen Bereich den Hautabschnitt stützt und gegen äußere Kräfte stabilisiert. Z.B. können die Trägerbauteile Stringer oder Spante einer Flugzeugschale und insbesondere eines Flugzeugrumpfes sein.
Aufgrund des Ausbildens einer Strukturverbindung zumindest eines Trägerbauteils oder Primär-Bauteils 8 auf dem Hautabschnitt 2 ergeben sich beim betrieblichen Einsatz des herzustellenden Bauteils mit dem Auftreten auf das Bauteil wirkender äußerer Kräfte in dem Hautabschnitt abschnittsweise kurvenförmige Spannungslinien in dem Hautabschnitt 2. Bei der erfindungsgemäßen Herstellung des Bauteils 1 erfolgt zunächst ein Aufbringen einer Mehrzahl von Prepreg-Halbzeugmatten 4 auf eine Werkzeugform zur Ausbildung des Hautabschnitts 2. Dabei werden Lagen von Prepreg-Halbzeugmatten 4 zur Ausbildung eines Hautabschnitt-Vorformlings oder - Rohlings auf eine Werkzeugform zur Ausbildung des Hautabschnitts 2 mit der Ausnehmung 16 aufgelegt, die in vorbestimmten Grenzen einheitlich verlaufende Fasern aufweisen. Unter einheitliche Erstreckung der Fasern einer Matte in vorbestimmten Grenzen wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass deren Orientierungen an jeder Stelle entlang der Längserstreckung oder einer Längenkoordinate der jeweiligen Prepreg-Halbzeugmatte um maximal 2,5 Grad voneinander abweichen. Die Prepreg-Halbzeugmatten können insbesondere länglich gebildet sein, so dass die Längserstreckung oder die Längenkoordinate entlang der längeren Seite der jeweiligen Prepreg-Halbzeugmatte verläuft. Die Fasern der Prepreg- Halbzeugmatten haben unter der vorgenannten Maßgabe einer Abweichung der Fasern an jeder Stelle der Längenkoordinate relativ zueinander um maximal 5 Grad jeweils einen in etwa geradlinigen Verlauf. D.h., dass diese Prepreg-Halbzeugmatten 4 derart gebildet sind, dass deren Fasern geradlinig mit einer Abweichung von maximal 5 Grad von einer Längsrichtung der jeweiligen Matte verlaufen, Dabei wird ein Teil der Prepreg-Halbzeugmatten 4 derart aufgelegt, dass die Fasern entsprechend eines angenommenen Kraftfluss- oder Spannungslinien-Verlaufs in dem Beplankungsfeld 2 beim Einsatz des herzustellenden Bauteils 1 bereichsweise krummlinig in der Längsrichtung der Fasern F oder der Prepregmatten gesehen verlaufen. Das Prepreg- Halbzeug oder die jeweils verwendete Prepreg-Halbzeugmatte 4 weist ausreichend lange Fasern auf, die den Spannungslinien zumindest abschnittsweise folgen, so dass die Fasern abschnittsweise kurvenförmig verlaufen. Die Faserlänge kann auch wesentlich kürzer als die jeweils betrachtete Spannungslinie sein und die Spannungslinie durch mehrere hintereinander angeordnete Fasern des Prepreg- Halbzeugs 4 nachgebildet werden.
Nach der Erfindung ist eine Mehrzahl von Prepreg-Halbzeugmatten 4 oder sämtliche Prepreg-Halbzeugmatten 4 sind also derart gebildet, dass deren Fasern mit einer Abweichung von maximal 5 Grad von der geradlinigen Längserstreckung der jeweiligen Matte oder dass deren Fasern geradlinig mit einer Abweichung von maximal 5 Grad von einer Längsrichtung der jeweiligen Matte verlaufen. Deren Orientierungen weichen dabei an jeder Stelle entlang der Längserstreckung der jeweiligen Prepreg- Halbzeugmatte um maximal 2,5 Grad voneinander abweichen (Winkel Ci1) und/oder verlaufen geradlinig, d.h. in diesem Zusammenhang mit einer Abweichung (Winkel α2) von maximal 5 Grad von einer Längsrichtung der jeweiligen Matte. Die Fasern F der verwendeten Prepreg-Halbzeugmatten 4 sind insbesondere nicht geflochten oder gewebt, sondern erstrecken sich an jeder Steller ihrer Längserstreckung entlang der Längsrichtung L der jeweiligen Prepreg-Halbzeugmatte 4. Di Figur 3 zeigt schematisch ein zur Bildung des Schalenteils und zur Bildung des Trägerbauteils verwendeten Prepreg-Halbzeug 4 in seinem Ausgangszustand vor dem Auflegen auf die Werkzeugform oder auf ein bereits aufgelegtes Prepreg-Halbzeug. Die Prepreg- Halbzeugmatte 4 weist eien Vielzahl von Fasesträngen F auf, von denen nur eine geringe auswahl gezeigt ist. Dabei ist der krummlinige Verlauf zur Veranschaulichung der Definietion des Verlaufs der Fasern in übertriebner Weise dargestellt. Dasselbe gilt auch für die in der Figur 4 dargestellten Fasern F. Die Figur 4 zeigt das in der Figur 3 dargestellte Prepreg-Halbzeug, das im Bereich und entlang eines auf das Schalenteil aufzubringenden Trägerbauteils abschnittsweise entlang der Längsrichtung L gekrümmt ist und zur Bildung des Schalenteils in dieser Form auf die Werkzeugform oder ein bereits aufgelegtes Prepreg-Halbzeug aufgelegt wird.
Zur Herstellung eines Schalenteils oder Schalenabschnitt mit einem topologieorientierten Verlauf der Fasern im herzustellenden Bauteil werden eine Mehrzahl von Prepreg-Halbzeugmatten 4 in mehreren übereinander angeordneten Lagen derart abgelegt, dass die Fasern der Prepreg-Halbzeugmatten 4 abschnittsweise entlang von Spannungslinien gleicher innerer Spannungen und insbesondere von Hauptspannungslinien verlaufen, die sich in dem Hautabschnitt des herzustellenden Bauteils bei dem Einwirken angenommener äußerer Kräfte auf dasselbe ergeben. Diese Spannungslinien bzw. Fasern umlaufen ein Trägerbauteil 8, wie dies in der Figur 1 dargestellt ist, und insbesondere auch bei einem Vorhandensein einer Ausnehmung 16, deren Randabschnitt 16a von einem Trägerbauteil 8 versteift ist. Das Trägerbauteil 8 ist insbesondere länglicher Gestalt und verläuft entlang des Rands der Ausnehmung.
Erfindungsgemäß wird insbesondere eine Mehrzahl von Prepreg-Halbzeugmatten (4) derart abgelegt, dass deren Fasern mit einem zumindest abschnittsweisen Kurvenverlauf mit einem Richtungswechsel von zumindest 15 Grad in der Längserstreckung der Fasern gesehen entlang eines Randabschnitts 16a der Ausnehmung 16 verlaufen. In dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Hautabschnitts mit einer geschlossenen Ausnehmung 16 weist der Verlauf der entlang einer Längsachse 20 verlaufenden und sich auf einen umlaufenen Endbereich der Ausnehmung zu laufenden Spannungslinien zwei Wendepunkte W11 , W12 bzw. W21 , W22 auf. Die Spannungslinien, entlang denen erfindungsgemäß Fasern der Prepreg-Halbzeugmatten verlaufen, erhalten ausgehend von einer Faserrichtung an einem weiter von einem quer zu diesem verlaufenden Trägerbauteil 8 bzw. der Ausnehmung 16 entfernt gelegenen Abschnitt A11 bzw. A21 in einem nachfolgenden Abschnitt A12 bzw. A22 einen Richtungswechsel von zumindest 15 Grad. Dabei kann als bevorzugte Obergrenze maximal 75 Grad vorgesehen sein. In einem wiederum darauf folgenden Abschnitt A13 bzw. A23, in dem die Spannungslinien an dem Trägerbauteil 8 bzw. der Ausnehmung 16 vorbeilaufen, sind die Halbzeugmatten derart aufgelegt, dass die Fasern ebenso an dem Trägerbauteil 8 bzw. der Ausnehmung 16 vorbeilaufen, so dass der Bereich A12 bzw. A22 jeweils einen Wendepunkt W11 bzw. W21 aufweist. Bei Weiterverfolgung der Spannungslinien, krümmen sich diese, wie der Figur 1 entnommen werden kann, in dazu umgekehrter Weise auf die Breitenkoordinate des ersten Längsabschnitts A11 bzw. A21 zurück, so dass die Halbzeugmatten derart aufgelegt werden, dass die Fasern einen Richtungswechsel von zumindest 15 Grad und maximal 75 Grad vollziehen und auch jeweils einen Wendepunkt W12 bzw. W22 aufweisen, um in einem nachfolgenden Abschnitt A14 bzw. A24 die Orientierung wiederum der Längsachse 20 zu haben. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergeben sich auch für Spannungslinien, die sich quer zur Längsachse 20 auf das Trägebauteils bzw. die Ausnehmung zu und an dieser vorbei laufen, der beschriebene Verlauf, so dass auch zu diesen Spannungslinien Prepreg-Halbzeugmatten derart aufgelegt werden, dass sich die Fasern auf jeder Seite des Trägebauteils bzw. der Ausnehmung 16 zwei Richtungswechsel von jeweils zumindest 15 Grad und maximal 75 Grad haben.
Die Prepreg-Halbzeugmatten mit gekrümmtem Abschnitt können versetzt zueinander oder überinander oder einander überlappend aufgelegt werden. Die Prepreg- Halbzeugmatten können insbesondere rechteckig geformt sein. Deren Längsachse X kann insbesondere die Mittellinie zwischen den längeren einander gegenüber liegenden Randlinien der Prepreg-Halbzeugmatte 4 sein. Im gekrümmt aufgelegten Zustand (Figur 4) bilden sich insbesondere zueinander winklig verlaufende Längsachsen X-A11 , X-A12, X-A13 der jeweiligen Abschnitte A11 , A12 bzw. A13 mit den genannten Winkeln aus.
Das hergestellte Trägerbauteil 8 kann ein Rahmenteil bildeen, das die Randlinie 16a (insbesondere die innere Randlinie) des Fenster- oder Türausschnitts 16 des Flugzeugs-Rumpfes umläuft und entlang der Umfangsrichtung XU des Schalenteils 2 verlaufende Trägerbauteil-Abschnitte 51 , 55, einen entlang der Längsrichtung XL des Schalenteils verlaufende Randabschnitte 53, 57 und einen in der Umfangsrichtung XU des Schalenteils 2 verlaufenden Trägerbauteil-Abschnitt 51 , 55 und einen benachbart an diesem gelegenen in der Längsrichtung XL des Schalenteils verlaufenden Randabschnitt 53, 57 jeweils verbindende Eckbereiche 52, 54, 56, 58 aufweist.
Erfindungsgemäß kann die mit mindestens einem in Längsrichtung gekrümmt verlaufenden zweiten Abschnitt A12, A22 in mehreren Lagen abgelegten Prepreg- Halbzeugmatten 4 derart abgelegt werden, dass deren erste Abschnitte A11 , A21 jeweils eine Richtung aufweist, die die in Umfangsrichtung XU des Schalenteils 2 verlaufenden Trägerbauteil-Abschnitte (51 , 55) schneidet, der gekrümmt verlaufende zweite Abschnitt A12, A22 entlang eines Eckbereichs 52, 54, 56, 58 und der dritte Abschnitt A11 entlang eines in Längsrichtung XL des Schalenteils verlaufenden Randabschnitts 53, 57 verläuft. Die Fasern des dritten Abschnitts A13 können gegenüber denselben Fasern des ersten Abschnitts A11 quer zu deren Längsrichtung X gesehen zwischen 0,1 m und 1 ,0 m zueinander versetzt verlaufen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die mit mindestens einem in Längsrichtung gekrümmt verlaufenden zweiten Abschnitt A12, A22 in mehreren Lagen abgelegten Prepreg-Halbzeugmatten 4 derart abgelegt werden, dass deren erste Abschnitte A11 , A21 jeweils eine Richtung aufweist, die die in Längsrichtung XL des Schalenteils verlaufende Randabschnitte 53, 57 schneidet, der gekrümmt verlaufende zweite Abschnitt A12, A22 entlang eines Eckbereichs 52, 54, 56, 58 und der dritte Abschnitt A11 entlang eines Umfangsrichtung XU des Schalenteils 2 verlaufenden Trägerbauteil-Abschnitts 51 , 55 verläuft. Die Fasern des dritten Abschnitts A13 können gegenüber denselben Fasern des ersten Abschnitts A11 quer zu deren Längsrichtung X gesehen zwischen 0,1 m und 1 ,0 m zueinander versetzt verlaufen. Die Prepreg-Halbzeugmatten 4 zur Bildung des Trägerbauteils 8 auf dem Hautabschnitt 2 können zusammen mit Prepreg-Halbzeugmatten 4 zur Bildung des Schalenteils 2 derart aufgelegt werden, dass diese in Bezug auf die Längsrichtung des herzustellenden Rumpfteils Längsverbände 22, Umfangsverbände 24 und/oder Schubverbände 26 des Rumpfteils bilden.
Das hergestellte Bauteil bzw. Rumpfteil hat den beschriebenen Faserverlauf entsprechend der in beschriebener Weise aufgelegten Prepreg-Halbzeuge.Zur Ausbildung des Trägerbauteils oder des Primär-Bauteils 8, 12, 14 auf dem Hautabschnitt 2 erfolgt ein Aufbringen von Lagen eines Textil-Halbzeugs 10 auf das gehärtete Prepreg-Halbzeug 4 zur Ausbildung des Trägerbauteils 8, 12, 14, ein Vorhärten des Prepreg-Halbzeugs 4 zur Stabilisierung des Hautabschnitt-Vorformlings, optional ein Tränken des Textil-Halbzeugs 10 mit Matrixmaterial und ein Härten der Baugruppe aus vorgehärtetem Hautabschnitt-Vorformling und dem Prepreg-Halbzeug 10 zur Bidlung des Trägerbauteils.
Optional können zusätzlich zumindest ein Textil-Halbzeug als Verband, wie ein Längsverband 22, Umfangsverband 24 und Schubverband 26, zur Verstärkung des Bauteils auf das Textil-Halbzeug aufgelegt und mit Herz getränkt werden, so dass dann ein Härten der Baugruppe aus vorgehärtetem Prepreg-Halbzeug 4, dem Textil- Halbzeug 10 zur Ausbildung des Primärbauteils 8, 12, 14 und dem Textil-Halbzeug 22, 24, 26 zur Ausbildung zumindest eines Verbandes erfolgt.
Generell können erfindungsgemäß auf in Richtung der Längsachse 20 des Bauteils 1 gesehen und quer zur Längsachse 20 des Bauteils 1 gesehen auf jeder Seite eines Primär-Bauteils 8, 12, 14 und insbesondere eines eine Ausnehmung 16 umgebenden Primär-Bauteils 8, 12, 14 zumindest ein Längsverband 22, Umfangsverband 24 und/oder Schubverband 26 angeordnet werden. Ein Längsverband 22 weist dabei Fasern auf, die beim entsprechenden Auflegen desselben in der Längsrichtung 20 verlaufen und ein Umfangsverband 24 weist dabei Fasern auf, die beim entsprechenden Auflegen desselben quer zur Längsrichtung 20 oder in Umfangsrichtung des Bauteils 1 verlaufen. Die Schubverband 26 weist dabei Fasern auf, die beim entsprechenden Auflegen desselben in einem Winkel zwischen 15 und 75 Grad zur Längsrichtung 20 als auch in einem Winkel zwischen 15 und 75 Grad zur Umfangsrichtung des Bauteils 1 verlaufen. Bei der Verwendung mehrerer Verbände 22, 24, 26 können sich Verbände kreuzen. In speziellen Anwendungen kann dadurch bei zu erwarteten Spannungsverläufen eine zusätzliche Stabilisierung und Festigkeit des Bauteils 1 erreicht werden.
Die Verbände 22, 24, 26 sind in den Figuren 1 und 2 schematisch als Strichlinien zur Darstellung ihrer Längsrichtungen gezeichnet, da diese eine längliche Formgebung haben, jedoch haben die Verbände eine je nach dem Anwendungsfall vorgesehene Breite, die in den Figuren nicht wiedergegeben ist. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, in den Verbänden 22, 24, 26 Fasern vorzusehen, die abschnittsweise in Richtung von Spannungsverläufen verlaufen.
Dabei können auch in Richtung zur Längsachse 20 des Bauteils 1 gesehen und quer zur Längsachse 20 des Bauteils 1 gesehen auf jeder Seite eines Primär-Bauteils 8, 12, 14 und insbesondere eines eine Ausnehmung 14 umgebenden Primär-Bauteils 8, 12, 14 mehrere Längsverbände 22, Umfangsverbände 24 und/oder Schubverbände 26 angeordnet werden, deren Längsrichtungen insbesondere zumindest abschnittsweise parallel oder winklig zueinander verlaufen können. Dabei können weiterhin insbesondere die Umfangsverbände 24 und Schubverbände 26 von derselben oder von ähnlicher Gestalt sein.
Textil-Halbzeuge zur Ausbildung von Primär-Bauteilen 8, 12, 14 und optional Textil- Halbzeuge oder Doppler zur Verwendung als Längsverbände 22, Umfangsverbände 24 und Schubverbände 26 werden auf das zur Ausbildung einer Beplankung 2 vorgesehene und zuvor gehärtete Prepreg-Halbzeug gelegt. Die bei der Herstellung des Bauteils 1 auf dem Prepreg-Halbzeug aufgelegten Längsverbände 22, Umfangsverbände 24 und Schubverbände 26 sind ein- oder mehrschichtige Textil- Halbzeuge jeweils länglicher Form, die Fasern aufweisen, die dem Verlauf von beim Einsatz der herzustellenden Bauteils 1 in der Beplankung 2 entstehenden Spannungslinien, die dieselben wie die vorgenannten oder weitere sein können, in der beschriebenen Art folgen. Die Form des Zuschnitts der Längsverbände 22, Umfangsverbände 24 und Schubverbände 26 kann der Form der Spannungslinien entsprechen, d.h. länglich gebildet und eine abschnittsweise konstante Breite über die Längserstreckung haben, und eine gerade und/oder kurvenförmige Längserstreckung aufweisen. Die Verbände, d.h. die Längsverbände 22, Umfangsverbände 24 und Schubverbände 26 werden derart auf das gehärtete Prepreg-Halbzeug aufgelegt, dass die Faserverläufe der Verbände den wesentlichen beim Bauteil 1 zu erwartenden Spannungsverläufen entsprechen und in einem vorbestimmten Weise übereinstimmen. Da die in der Beplankung 2 des Bauteils 1 bei dessen Einsatz zu erwartenden Spannungsverläufe wegen der Anordnung eines Primärbauteils 8, 12, 14 auf der Beplankung 2 in der Beplankung im Bereich des Primär-Bauteils 1 abschnittsweise kurvenförmig verlaufen, verlaufen auch die Fasern im Textil-Halbzeug der Verbände 22, 24, 26 vorzugsweise kurvenförmig, d.h. die Faserwinkel, d.h. die Winkel der Längsrichtung dieser Fasern gegenüber einer konstanten Referenzrichtung ändern sich im Verlauf der Längsrichtung der Fasern gesehen.
Durch die Aufbringung der Verbände 22, 24, 26 auf das Textil-Halbzeug für die Beplankung 2 wird das zweistufige Herstellungsverfahren mit dem Auflegen und Härten der Beplankung 2 und dem anschließenden Aufbringen des Textil-Halbzeugs für das Primär-Bauteil 8, 12, 14 mit einer weiteren Härtungsphase auf vorteilhafte Weise erweitert, da das Bauteil 1 gezielt an Hand der im Bauteil 1 auftretenden Spannungslinien verstärkt wird. Auf diese Weise wird die Festigkeit und Stabilität des Bauteils 1 bei optimalem Gewicht verbessert.
Unter dem Begriff Längsrichtung eines Verbandes 22, 24, 26 wird die Längsrichtung der Fasern im jeweiligen Verband verstanden, die eine positionsabhängige und dabei konstante oder nicht konstante Orientierung haben können. Die Bauteil-Längsrichtung oder -Längsachse 20 ergibt sich aus der Form des herzustellenden Bauteils 1. Wenn dieses insgesamt länglich gebildet ist, verläuft die Bauteil-Längsrichtung in der Längserstreckung des Bauteils. Für den Fall, dass das Bauteil 1 ein Flugzeug-Rumpf oder Flugzeug-Rumpfteil ist, verläuft die Bauteil-Längsrichtung in Richtung der Rumpf- Längsachse. Für den Fall, dass mehrere Ausnehmungen 16 in der Beplankung 2 vorgesehen sind, kann die Längsrichtung die Richtung sein, in der die Ausnehmungen 16 hintereinander angeordnet sind.
Figur 1 zeigt ein Faserverbundwerkstoff(FVW)-Bauteil 1 mit den für dessen Herstellung relevanten Merkmalen. Das Bauteil 1 weist ein Beplankungsfeld 2 auf, das insbesondere ein Teil eines Flugzeugrumpf-Beplankungsfeldes sein kann, das eine Außenhaut eines Flugzeugs ausbildet. Das Beplankungsfeld 2 ist aus einem Prepreg- Halbzeug 4 gebildet. Auf einer Innenfläche 6 des Beplankungsfelds 2 sind Primärbauteile oder Verstärkungsteile 8 in Form schematisch angedeuteter Querspante 12 und Längsspante 14 (Stringer) vorgesehen, die aus Textilen- Halbzeugen 10 hergestellt sind. Das Bauteil 1 in der dargestelten Ausführungsform hat ein Beplankungsfeld 2 mit einem rechteckigen Fensterausschnitt 16 mit abgerundeten Eckbereichen 18 sowie auf das Beplankungsfeld 2 aufgebrachte und neben dem Fensterausschnitt 16 als Hinterbau-Primärbauteile angeordnete Querspante 12 und Längsspante 14. Weiterhin können zusätzliche Rahmenelemente, die nicht dargestellt sind, angeordnet sein.
Zur Ausbildung des Hautlagenaufbaus des Beplankungsfelds 2 wurde ein Prepreg- Halbzeug 4 auf eine nicht dargestellte Werkzeugform aufgebracht und anschließend ausgehärtet. Als Prepreg-Halbzeug 4 wurde ein CFK-Prepreg verwendet, das Fasern aufweist, die entsprechend der Spannungsverläufe in der Beplankung 2 des herzustellenden Bauteils 1 , das mit Primärbauteilen 8, 12, 14 versehen ist, bereichsweise krummlinig verlaufen und die insbesondere zueinander unterschiedliche Faserverläufe haben. D.h. die Faserwinkel, also die Winkel der Längsrichtung dieser Fasern gegenüber einer Referenzrichtung ändern sich im Verlauf der Längsrichtung der Fasern gesehen. Dabei sind die Verläufe der Fasern derart vorgesehen, dass die Fasern zumindest abschnittsweise entlang von Kraft- oder Spannungslinien verlaufen, die sich im Betrieb des herzustellenden Bauteils 1 mit einer Beplankung und zumindest einem Primärbauteil 8, 12, 14 ergeben. Diese Kraftlinien bzw. Fasern verlaufen insbesondere ausgehend von einer Längsrichtung des Beplankungsfelds mit einer Krümmung, bei der die Fasern sich zunehmend in Richtung der Längsrichtung des Primärbauteils 8, 12, 14 orientieren, die das Primärbauteil 8, 12, 14 an der Stelle hat, an der die fiktive Verlängerung der Längserstreckung gemäß der erstgenannten Längsrichtung der Fasern auf das Primärbauteil 8, 12, 14 trifft. Je nach der Gestaltung des Beplankungsfelds 2 und/oder von Primärbauteilen 8, 12, 14 kann beispielsweise ein innendruckdimensionierter Lagenaufbau mit einer Faserwinkelfolge von 10730760° (S13) oder ein schubdimensionierter Lagenaufbau mit einer Faserwinkelfolge von 30760710° (S18) bezüglich der Längsachse 20 des Bauteils 1 vorgesehen sein.
Das Prepreg-Halbzeug 4 kann zur Herstellung des Beplankungsfelds 2 mittels einer Fiber-Placement-Anlage auf die Werkzeugform aufgebracht werden, um Fasern mit vorgegebenen Orientierungen vorzusehen. Dadurch können die durch manuelle Arbeiten bedingten Nebenzeiten bei hoher Fertigungsqualität auf ein Minimum reduziert werden.
Das aufgebrachte Prepreg-Halbzeug 4 wird zur Herstellung des Beplankungsfelds 2 anschließend nach einem vorbestimmten Temperatur- und Druckverlauf in einem Autoklaven gehärtet.
In einem weiteren Arbeitsschritt wird eine ein- oder mehrschichtige Lage aus Textil- Halbzeug 10 auf dem gehärteten Beplankungsfeld 2 angeordnet, wobei dieses vorzugsweise zumindest teilweise Faserverläufe aufweist, die in Richtung von Kraft- und Spannungsverlauf im Primärbauteil 8, 12, 14 beim Einsatz des Gesamt-Bauteils 1 verlaufen.
Das Textil-Halbzeug 10 kann aus zumindest einem textilen Gebilde aus Kohle-, Glas- und/oder Aramidfasern ausgebildet und mittels Nähen, Flechten, Weben, Sticken und/oder Kleben vorgefertigt sein. Vorzugsweise wird das Textil-Halbzeug 10 in Form eines Gewebes, Geleges, Multiaxialgewebes, Gestrickes, Gewirkes und/oder Geflechts auf dem Beplankungsfeld 2 angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurden Textil-Halbzeuge 10 als Doppler in Form von Längsverbänden 22, Umfangsverbänden 24 und Schubverbänden 26 auf dem Beplankungsfeld 2 aufgebracht, so dass eine das Beplankungsfeld 2 integral verstärkende Doppleranordnung entsteht.
Die als Längsverbände ausgebildeten Doppler 22 weisen insbesondere Längskraftfluss-Fasern auf und die Längsverbände oder Fasern derselben erstrecken sich abschnittsweise parallel zu der Längsachse 20 des Bauteils bzw. des Beplankungsfelds 2 an dem Bauteil. Wenn das Bauteil 1 ein Rumpf oder Rumpf- Segment eines Flugzeugs ist, sind Längsverbände am Beplankungsfeld vorgesehen, die im verbauten Zustand in der Rumpf-Längsrichtung verlaufen. Bei dem Vorsehen eines Fensterausschnitts folgen die Längsverbände 22 in ihrer Längsrichtung dem Verlauf von Kraft- und Spannungslinien, die in Längsrichtung des Bauteils und beabstandet von der Kontur der Ober- bzw. Unterseite des Fensterausschnitts 16 verlaufen: Die Kraft- und Spannungslinien und die Längsverbände verlaufen somit ausgehend von einem ersten Abschnitt, der bzw. dessen Fasern in Richtung der Längsachse des Bauteils verläuft bzw. verlaufen, stromlinienförmig um den Fensterausschnitt 16 herum. Vorzugsweise verläuft der in der Längsachse des Bauteils verlaufende Längsverband, der quer zu der Längsachse gesehen auf der Höhe der Quererstreckung des Fensterausschnitts 16 verläuft, in einem größeren Abstand in der Längsrichtung gesehen vor dem Fensterausschnitt geradlinig, ist in der Nähe des Fensterausschnitts kurvenförmig und verändert dabei seine Richtung derart, dass dieser stromlinienförmig den Fensterausschnitt 16 umläuft. In seiner Längsrichtung gesehen kann der Längsverband in einem Abschnitt oder Mittelbereich 28 entlang des Fensterausschnitts 16 geradlinig oder kurvenförmig verlaufen. Hinter der quer zur Längsachse 20 des Bauteils 1 verlaufenden Mittelachse des Fensterausschnitts verläuft der Längsverband dann vorzugsweise symmetrisch zur Mittelachse des Fensterausschnitts 16 in der zuvor beschriebenen Weise. Somit verlängert sich der Längsverband in seiner Längsrichtung von dem genannten ersten Abschnitt aus über einen kurvenförmigen Abschnitt und den Mittelbereich 28 wiederum über einen Krümmungsabschnitt 30 und geht dann vorzugsweise in einen geradlinigen Längsabschnitt 32 über.
Bei der Anwendung der Erfindung auf ein Bauteil 1 , das ein Flugzeugrumpf ist und dessen Ausnehmungen 16 Fensterausschnitte sind, erstrecken sich Längsverbände 22 oder Fasern derselbeninsbesondere entlang eines Bereichs, in dem mehrere in der Längsachse 20 des Flugzeugrumpfes hintereinander angeordnete Fenster gelegen sind. Vorzugsweise verläuft der Umfangsverband symmetrisch zu der z.B. in der Längsachse des Bauteils 1 verlaufenden Mittelachse des Fensterausschnitts 16. Der Umfangsverband verläuft in der Längsachse des Bauteils gesehen außerhalb der Ausnehmung 16 in der Umfangsrichtung des herzustellenden Bauteils 1 bzw. Rumpfteils oder quer zu dessen Längsachse und auf die Ausnehmung 16 zu, und ab einem Abstand zur Ausnehmung 16 kurvenförmig, um der Ausnehmung 16 auszuweichen oder diese stromlinienförmig zu umgehen, d.h. der Umfangsverband erstreckt sich in einer Richtung, mit der sich der Umfangsverband 24 von der in Umfangrichtung des Bauteils verlaufenden Mittelachse der Ausnehmung 16 weg und in eine Richtung bewegt, in der der Umfangsverband 26 die Ausnehmung 16 umgeht. Im weiteren Verlauf des Umfangsverbands 24 in der Umfangsrichtung des Bauteils 1 verläuft dieser entlang der Ausnehmung 16 an dieser vorbei, und dabei vorzugsweise abschnittsweise geradlinig. Weiterhin können Doppler 24 als Textil-Halbzeuge, die als Umfangsverbände 22 ausgeführt sind, Kraftflussfasern in der Umfangsrichtung des fertigen Bauteils 1 bzw. des Rumpfes oder Rumpfsegments (Rumpfteils) aufweisen, die sich abschnittsweise quer oder in einem Winkel α von 90°±15% zu der Längsachse 20 des Bauteils 1 und somit des Beplankungsfeldes 2 erstrecken. Der Verlauf des Umfangsverbands 24 um eine in der Beplankung 2 vorhandenen oder vorgesehenen Ausnehmung 16 ist also stromlinienförmig, so dass der Umfangsverband 24 um die Ausnehmung 16 herum verläuft.
Im Bereich der Ausnehmung 16 oder eines Fensterausschnitts 16 folgen somit die Umfangsverbände 24 oder Fasern derselben in Bezug auf die z.B. quer zur Längsachse 20 des Bauteils 1 verlaufenden Mittelachse der Ausnehmung 16 beidseitig der Ausnehmung 16 und entsprechend dem Kraft- und Spannungsverlauf beabstandet von der Kontur von Seitenbereichen 34 der Ausnehmung 16, so dass die Verbände einen Mittenabschnitt 36 aufweisen, der beidseitig über jeweils einen Krümmungsabschnitt 38 in einen Umfangsabschnitt 40 übergeht. Die Krümmungsabschnitte 38 sind derart als Radien ausgebildet, dass die Mitten- und Umfangsabschnitte 36, 40 benachbarter Umfangsverbände 24 abschnittsweise parallel zueinander verlaufen und die Längsverbände 22 im Bereich der Krümmungsabschnitte 30 abschnittsweise überdecken.
Die weiterhin vorgesehenen, als Schubverbände 26 ausgebildeten Doppler 26 sind beabstandet zu den vier Eckbereichen 18 des Fensterausschnitts 16 angeordnet, wobei diese Schubfasern aufweisen können, die zur Übertragung von Schubkräften und Schubspannungen in einem Winkel ß von ±45°±15° zu der Längsachse 20 des Bauteils 1 oder Rumpfs bzw. des Beplankungsfeldes 2 verlaufen. Die Schubverbände 26 oder Fasern derselben können sich geradlinig neben den Umfangsverbänden 24 erstrecken und die Längsverbände 22 jeweils im Bereich von deren Krümmungsabschnitten 30 abschnittsweise überdecken. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist erstrecken sich die außerhalb der Ausnehmung verlaufenden Schubverbände 26 in der Längsachse 20 des Bauteils 1 gesehen von einer Längsachsenposition, die auch das Innere der Ausnehmung 16 aufweist bis zu einer Längsachsenposition, die von dort aus gesehen jenseits des Halbzeugs für das Primärbauteil 8, 12, 14 gelegen ist.
Die beschriebenen Doppler 22, 24, 26 sind flächig und als Flächendoppler ausgebildet auf das Beplankungsfeld 2 aufgebracht. Die Positionierung der Doppler 22, 24, 26 auf dem Beplankungsfeld 2 erfolgt bei einem erfindungsgemäßen Verfahren mittels einer nicht dargestellten Fertigungsvorrichtung unter Verwendung mehrerer Schablonen. Dadurch wird eine gewichtsoptimierte Verstärkung des Fensterausschnitts 16 erreicht. Die Doppler 22, 24, 26 werden abschnittsweise zwischen dem Beplankungsfeld 2 und den Primärbauteilen 12 auf das Beplankungsfeld 2 aufgebracht, wobei die Textil- Halbzeuge für die Primärbauteile 12 insbesondere vor dem Tränken des Textil- Halbzeugs 10 auf dem Beplankungsfeld 2 angeordnet werden.
Das Textil-Halbzeug 10 wird anschließend mittels einem RTM-Prozess (Resin Transfer Moulding-Prozess) mit Matrixmaterial getränkt, wobei vorzugsweise ein Vakuum- Aufbau für die Harz-Injektion vorgesehen wird. In der Injektionsphase wird ein Teilvakuum in der Werkzeugform angelegt und die Textil-Halbzeuge 10 mit dem über eine nicht dargestellte Zufuhrleitung zugeführten Injektionsharz getränkt. Eine zugeordnete Harz-Vorratskammer und Fördermittel zur Zuführung des Harzes sind in der Figur nicht dargestellt. Als Matrixmaterial zur Tränkung des Faser-Halbzeugs 10 wird ein Epoxidharz verwendet. Die Viskosität des Harzes wird derart eingestellt, dass ein gefordertes Faserharzverhältnis, insbesondere im Bereich von 60/40 ±15%, erreicht wird. Die Viskosität des verwendeten Matrixmaterials liegt insbesondere bei Nu = 10Λ5 m Pas ± 20%. Zur Aufnahme von überschüssigem Matrixmaterial kann zusätzlich oder alternativ zu der Viskositätseinstellung ein Vliesmaterial in die Werkzeugform eingebracht wird. Die Vliese nehmen überflüssige Harzanteile auf, um das Faserharzverhältnis einzuhalten und verhindern negative Eigenschaften durch zuviel injizierte Harzmengen. Stellen mit Harzansammlungen, insbesondere in den Eckbereichen 18 der Fensterrahmen, können dadurch verhindert werden.
Anschließend wird das FVW-Bauteil 1 gehärtet oder ausgehärtet. Die Aushärtung des auf dem Beplankungsfeld 2 angeordneten Textil-Halbzeugs 10 kann Vakuumunterstützt in einem Autoklaven bei vorbestimmtem Temperatur-, Druck- und Vakuumverlauf in Abhängigkeit der Werkstoffkennwerte des Injektions-Harzes durchgeführt werden. Das heißt, erfindungsgemäß erfolgt das Aushärten des FVW- Bauteils in zwei Härtungsschritten, wobei in einem ersten Schritt das Prepreg- Halbzeug 4 und in einem zweiten Schritt das getränkte Textil-Halbzeug 10 zusammen mit dem vor-gehärteten Prepreg-Halbzeug 4 gehärtet wird, so dass zwischen dem Beplankungsfeld 2 und den Verstärkungsteilen 8 eine hohe Laminatqualität erreicht wird. Dadurch sind hohe Anforderungen an die Bauteilqualität von Luftfahrtbauteilen, wie beispielsweise Porenarmut, Faservolumengehalt und innere Laminatqualität erfüllbar. Weiterhin vorteilhaft ist, dass der Lagenaufbau der Verstärkungsteile 8 auf dem Beplankungsfeld 2 topologieorientiert mit einem an den Kraft- und Spannungsverlauf angepassten Faserwinkelverlauf erfolgt.
Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Textil- Halbzeug 10 räumlich ausgebildet, insbesondere um Biegekräfte des Beplankungsfelds 2 aufzunehmen. Das Textil-Halbzeug 10 wird hierbei während der Herstellung des FVW-Bauteils 1 abschnittsweise von abnehmbaren Stützprofilen fixiert.
Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Beplankungsfeld 2, das gegenüber dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einen etwa ovalen Fensterausschnitt 42 aufweist. Aufgrund des Kraft- oder Spannungsverlaufs im Bereich des näherungsweise runden Fensterausschnitts 42 werden in diesem Anwendungsfall keine Längsverbände, sondern Umfangsverbände 24 und Schubverbände 26 auf dem Beplankungsfeld 2 aufgelegt. Dabei werden bei diesem Anwendungsfall quer zur Längsachse des Bauteils bzw. Rumpfteils gesehen auf jeder Seite jeweils ein Doppler als Umfangsverband 24 auf das Beplankungsfeld 2 aufgelegt, wobei die Längsrichtung abschnittsweise kurvenförmig und dabei quer zur Längsachse des Bauteils bzw. Rumpfteils verläuft. Die Umfangsverbände 24 erstrecken sich quer und entsprechend des Kraftflussverlaufs im Bauteil in einer vorbestimmten Entfernung vorzugsweise abschnittsweise geradlinig z.B. in einem Winkel von etwa 90° zu der Längsachse 20 des Bauteils bzw. des Beplankungsfeldes 2. Von diesem von der Ausnehmung entfernt liegenden Bereich des Umfangsverbands aus, der in Bezug auf die Längachse 20 des Bauteils auf beiden Seiten der Ausnehmung vorhanden ist, verläuft jeder Umfangsverband 24 entsprechend dem Kraft- und Spannungsverlauf des Bauteils beabstandet von der Kontur des Fensterausschnitts 42 an diesem stromlinienförmig vorbei. Somit weisen die Umfangsverbände 24 jeweils zwei von der Ausnehmung entfernt liegende Bereiche, die in Bezug auf die Bauteil-Längsachse 20 einander gegenüber liegen, und einen zwischen diesen Bereichen liegenden Mittenabschnitt 36 auf, wobei der auf beiden Seiten vorliegende Übergang von dem von der Ausnehmung entfernt liegenden Bereich zu dem Mittenabschnitt 36 über jeweils einen Krümmungsabschnitt 38 mit einem Krümmungswendepunkt erfolgt.
Weiterhin werden Doppler in Form von Schubverbänden 26 ausgebildete Doppler zur Übertragung von im Bauteil auftretenden Schubkräften und Schubspannungen auf dem Beplankungsfeld angeordnet. Die Schubverbände 26 verlaufen entlang und beabstandet zu den vier Eckbereichen 18 des Fensterausschnitts 16 und winklig zu der Bauteil-Längsachse 20, d.h. deren Längsrichtungen verlaufen mit einem Winkel zwischen ±10 und ±80 Grad und insbesondere zwischen ±30 und ±60 Grad zu dieser. Die Schubverbände 26 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel geradlinig ausgebildet. Weiterhin ist jeder Schubverband so gelegen, dass dieser einen auf dessen Seite gelegenen Umfangsverband 24 kreuzt.
Für den Fall, dass die zumindest eine Ausnehmung nicht symmetrisch zur jeweils betrachteten Längrichtung gebildet ist, ist statt der Mittelachse die Flächen-Schwerlinie der Ausnehmung in der jeweils betrachteten Richtung zu nehmen. Offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung eines FVW-Bauteils 1 mit einem Beplankungsfeld 2, insbesondere einem Flugzeugrumpf-Beplankungsfeld, aus einem Prepreg-Halbzeug 4, das zumindest ein Verstärkungsteil 8 aus einem Textil-Halbzeug 10 aufweist, wobei das Prepreg-Halbzeug 4 zur Ausbildung des Beplankungsfelds 2 auf eine Werkzeugform aufgebracht und ausgehärtet wird. In einem weiteren Arbeitsschritt wird das Textil-Halbzeug 10 auf dem ausgehärteten Beplankungsfeld 2 angeordnet und mit Matrixmaterial getränkt. Anschließend wird das Textil-Halbzeug 10 zusammen mit dem Prepreg-Halbzeug 4 gehärtet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines FVW-Bauteils (1) mit zumindest einem Trägerbauteil (8) und einem mit diesem verbundenen Hautabschnitt (2) mit einer Ausnehmung, wobei das Trägerbauteil (8) derart gelegen und gestaltet ist, dass das Trägerbauteil entlang zumindest eines Abschnitts (16b) der Ausnehmung verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Aufbringen von Lagen von Prepreg-Halbzeugmatten (4) zur Ausbildung eines Hautabschnitt-Rohteils auf eine Werkzeugform zur Ausbildung des Hautabschnitts (2), wobei die Prepreg-Halbzeugmatten (4) in ihrem Ausgangszustand jeweils aus Fasern (F) gebildet sind, die entlang der in der Längserstreckung der Prepreg-Halbzeugmatten (4) verlaufenden Längsrichtung (X) derselben verlaufen, wobei eine Mehrzahl der Prepreg-Halbzeugmatten (4) in mehreren Lagen derart abgelegt werden, dass ein erster Abschnitt (A11) im gegenüber dem Ausgangszustand in der Längsrichtung (X) ungekrümmten Zustand, mindestens ein zweiter Abschnitt (A12, A22) in entlang der Längsrichtung (X) gegenüber dem Ausgangszustand gekrümmter Weise mit einem größten Richtungswechsel (α3) von zumindest 15 Grad gegenüber der Längserstreckung der Fasern (F) im Ausgangszustand der jeweiligen Prepreg- Halbzeugmatte (4) und ein dritter Abschnitt (A11) gegenüber dem Ausgangszustand in der Längsrichtung (X) ungekrümmten Zustand verläuft, so dass die Fasern dieser Prepreg-Halbzeugmatten (4) entlang den bei einer angenommenen Belastung des herzustellenden Bauteils mit äußeren Kräften auftretenden und einen Randabschnitt der Ausnehmung umlaufenden Linien gleicher Spannungen verlaufen;
Vorhärten des Prepreg-Halbzeugs (4) zur Stabilisierung des Hautabschnitt- Rohteils;
Aufbringen von Lagen eines Prepreg-Halbzeugs (10) zur Ausbildung des Trägerbauteils (8) auf das gehärteten Hautabschnitt-Rohteils (4); Härten der Baugruppe aus dem vorgehärtetem Prepreg-Halbzeug (4) für den Hautabschnitt (2) und dem Prepreg-Halbzeug (10) für das Trägerbauteil (8).
2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (F) der Prepreg-Halbzeugmatten (4) entlang der in der Längserstreckung der Prepreg- Halbzeugmatten (4) verlaufenden Längsrichtung (X) der jeweiligen Matten verlaufen, wobei deren Orientierungen an jeder Stelle entlang der Längsrichtung (X) der jeweiligen Prepreg-Halbzeugmatte (4) um maximal 2,5 Grad voneinander abweichen (Ci1) und/oder mit einer Abweichung (a2) von maximal 5 Grad von der Längsrichtung der jeweiligen Prepreg-Halbzeugmatte (4) verlaufen.
3. Verfahren nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Prepreg-Halbzeugmatten (4) in mehreren Lagen derart abgelegt werden, dass ein erster Abschnitt (A11) von mindestens 0,5 m Länge (L) im in der Längsrichtung (X) gegenüber dem Ausgangszustand der jeweiligen Prepreg- Halbzeugmatte (4) ungekrümmtem Zustand, mindestens ein zweiter Abschnitt (A12, A22) von mindestens 2,0 m Länge (L) in entlang der Längsrichtung (X) gegenüber dem Ausgangszustand gekrümmtem Zustand mit einem größten Richtungswechsel (α3) von zumindest 15 Grad gegenüber der Längserstreckung der Fasern im Ausgangszustand der jeweiligen Prepreg-Halbzeugmatte (4) und ein dritter Abschnitt (A11) von mindestens 0,5 m Länge (L) in gegenüber dem Ausgangszustand der Prepreg- Halbzeugmatte (4) ungekrümmtem Zustand verlaufen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prepreg-Halbzeugmatten (4) eine Breite (B) zwischen 0,5 m und 2,0 m und eine Länge (L) zwischen 4 m und 25 m haben.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randabschnitt der Ausnehmung (16), dem der zweite Abschnitt (A12, A22) nahegelegen ist, einen kurvenförmigen Verlauf mit einem Radius von 200 bis 300 mm hat und die Fasern des dritten Abschnitts (A13) gegenüber denselben Fasern des ersten Abschnitts (A11) quer zu deren Längsrichtung (X) gesehen zwischen 100 und 200 mm zueinander versetzt verlaufen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randabschnitt der Ausnehmung (16), dem der zweite Abschnitt (A12, A22) nahegelegen ist, einen kurvenförmigen Verlauf mit einem Radius von 100 bis 200 mm hat und die Fasern des dritten Abschnitts (A13) gegenüber denselben Fasern des ersten Abschnitts (A11) quer zu deren Längsrichtung (X) gesehen zwischen 200 und 400 mm zueinander versetzt verlaufen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (16) eine entlang des Umfangs geschlossene Randlinie hat und dass sich das Trägerbauteil (8) zumindest entlang eines Abschnitts des Rands der Ausnehmung erstreckt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hergestellte Bauteil ein Rumpfteil eines Flugzeugs ist.
9. Verfahren nach dem Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (16, 42) einen Fenster- oder Türausschnitt des Rumpfteils bildet.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerbauteil (8) am herzustellenden Bauteil ein Längsspant (14) und/oder ein Querspant (12) eines Flugzeugs-Rumpfes ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hergestellte Trägerbauteil (8) ein Rahmenteil bildet, das die Randlinie (16a) des Fenster- oder Türausschnitts (16) des Flugzeugs-Rumpfes umläuft und entlang der Umfangsrichtung (XU) des Schalenteils (2) verlaufende Trägerbauteil- Abschnitte (51 , 55), einen entlang der Längsrichtung (XL) des Schalenteils verlaufende Randabschnitte (53, 57) und einen in der Umfangsrichtung (XU) des Schalenteils (2) verlaufenden Trägerbauteil-Abschnitt (51 , 55) und einen benachbart an diesem gelegenen in der Längsrichtung (XL) des Schalenteils verlaufenden Randabschnitt (53, 57) jeweils verbindende Eckbereiche (52, 54, 56, 58) aufweist.
12. Verfahren nach dem Patentanspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die mit mindestens einem in Längsrichtung gekrümmt verlaufenden zweiten Abschnitt (A12, A22) in mehreren Lagen abgelegten Prepreg-Halbzeugmatten (4) derart abgelegt werden, dass deren erste Abschnitte (A11 , A21) jeweils eine Richtung aufweist, die die in Umfangsrichtung (XU) des Schalenteils (2) verlaufenden Trägerbauteil-Abschnitte (51 , 55) schneidet, der gekrümmt verlaufende zweite Abschnitt (A12, A22) entlang eines Eckbereichs (52, 54, 56, 58) und der dritte Abschnitt (A11) entlang eines in Längsrichtung (XL) des Schalenteils verlaufenden Randabschnitts (53, 57) verläuft.
13. Verfahren nach dem Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des dritten Abschnitts (A13) gegenüber denselben Fasern des ersten Abschnitts (A11) quer zu deren Längsrichtung (X) gesehen zwischen 0,1 m und 1 ,0 m zueinander versetzt verlaufen.
14. Verfahren nach dem Patentanspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die mit mindestens einem in Längsrichtung gekrümmt verlaufenden zweiten Abschnitt (A12, A22) in mehreren Lagen abgelegten Prepreg-Halbzeugmatten (4) derart abgelegt werden, dass deren erste Abschnitte (A11 , A21) jeweils eine Richtung aufweist, die die in Längsrichtung (XL) des Schalenteils verlaufende Randabschnitte (53, 57) schneidet, der gekrümmt verlaufende zweite Abschnitt (A12, A22) entlang eines Eckbereichs (52, 54, 56, 58) und der dritte Abschnitt (A11) entlang eines Umfangsrichtung (XU) des Schalenteils (2) verlaufenden Trägerbauteil-Abschnitts (51 , 55) verläuft.
15. Verfahren nach dem Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des dritten Abschnitts (A13) gegenüber denselben Fasern des ersten Abschnitts (A11) quer zu deren Längsrichtung (X) gesehen zwischen 0,1 m und 1 ,0 m zueinander versetzt verlaufen.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prepreg-Halbzeugmatten (4) zur Bildung des Trägerbauteils (8) auf dem Hautabschnitt (2) zusammen mit Prepreg-Halbzeugmatten (4) zur Bildung des Schalenteils (2) derart aufgelegt werden, dass diese in Bezug auf die Längsrichtung des herzustellenden Rumpfteils Längsverbände (22), Umfangsverbände (24) und/oder Schubverbände (26) des Rumpfteils bilden.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abschnittsweise zwischen dem Prepreg-Halbzeug (4) zur Ausbildung des Schalenteils und dem Prepreg-Halbzeug (10) zur Ausbildung eines Trägerbauteils (12, 14) zumindest eine Schicht eines Textil-Halbzeugs (10) zur Ausbildung einer Zwischenschicht auf dem Prepreg-Halbzeug (4) aufgebracht wird.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Härten der Baugruppe aus dem vorgehärtetem Prepreg-Halbzeug (4) für den Hautabschnitt (2) und dem Prepreg-Halbzeug (10) für das Trägerbauteil (8) das Textil-Halbzeug (10) mittels eines RTM-Prozesses und/oder eine Injektionsverfahrens mit Harz getränkt wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Matrixmaterial mit einer Viskosität von 10Λ5 m Pas ± 20% verwendet wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der Prepreg-Halbzeugmatten (4) für den Hautabschnitt (2) und das Trägerbauteil (8) Kohle-, Glas- und/oder Aramidfasern sind.
21. FVW-Bauteil (1) mit zumindest einem Trägerbauteil (8) und einem mit diesem verbundenen Hautabschnitt (2) mit einer Ausnehmung, wobei das Trägerbauteil (8) entlang zumindest eines Abschnitts (16b) der Ausnehmung (6) zur Ausbildung eines Rahmenteils verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Hautabschnitt (2) aus mehreren Anordnungen von jeweils mehreren Lagen von Fasern gebildet ist, deren Orientierungen an jeder Stelle entlang der Längserstreckung der jeweiligen Prepreg- Halbzeugmatte um maximal 2,5 Grad voneinander abweichen, wobei ein erster Abschnitte (A11 , A21) jeweils eine Richtung aufweist, die einen Trägerbauteil-Abschnitt (51 , 55) schneidet, einen zweiten Abschnitt (A12, A22), dessen Fasern winklig zu den Fasern des ersten Abschnitts und entlang eines weiteren an den ersten Randabschnitt anschließenden Trägerbauteil-Abschnitts (52, 54, 56, 58) verlaufen, und ein dritter Abschnitt (A11) entlang eines an den zweiten Randabschnitt anschließenden Randabschnitts (53, 57) verläuft.
22. FVW-Bauteil (1) nach dem Patentanspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Randabschnitt der Ausnehmung (16), dem der zweite Abschnitt (A12, A22) nahegelegen ist, einen kurvenförmigen Verlauf mit einem Radius von 200 bis 300 mm hat und die Fasern des dritten Abschnitts (A13) gegenüber denselben Fasern des ersten Abschnitts (A11) quer zu deren Längsrichtung (X) gesehen zwischen 100 und 200 mm zueinander versetzt verlaufen.
23. FVW-Bauteil (1) nach dem Patentanspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Randabschnitt der Ausnehmung (16), dem der zweite Abschnitt (A12, A22) nahegelegen ist, einen kurvenförmigen Verlauf mit einem Radius von 100 bis 200 mm hat und die Fasern des dritten Abschnitts (A13) gegenüber denselben Fasern des ersten Abschnitts (A11) quer zu deren Längsrichtung (X) gesehen zwischen 200 und 400 mm zueinander versetzt verlaufen.
24. FVW-Bauteil (1 ) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (16) eine entlang des Umfangs geschlossene Randlinie hat und dass sich das Trägerbauteil (8) zumindest entlang eines Abschnitts des Rands der Ausnehmung erstreckt.
25. FVW-Rumpfteil eines Flugzeugs mit einem Schalenteil (2) mit zumindest einer Ausnehmung (16, 42) und mit einem als Rahmenteil gebildeten Trägerbauteil (8), das die Randlinie (16a) der Ausnehmung (16, 42) des Flugzeugs-Rumpfes zu deren Versteifung umläuft und aufweist: entlang der Umfangsrichtung (XU) des Schalenteils (2) verlaufende Trägerbauteil-Abschnitte (51 , 55), entlang der Längsrichtung (XL) des Schalenteils verlaufende Randabschnitte (53, 57) und Eckbereiche (52, 54, 56, 58), die jeweils einen in der Umfangsrichtung (XU) des Schalenteils (2) verlaufenden Trägerbauteil-Abschnitt (51 , 55) und einen benachbart an diesem gelegenen in der Längsrichtung (XL) des Schalenteils verlaufenden Randabschnitt (53, 57) verbindet.
26. FVW-Rumpfteil nach dem Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung einen Fenster- oder Türausschnitt des Rumpfteils bilden.
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