EP2398636A1 - Verfahren zum herstellen eines schalenkörpers und der so erhaltene körper - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines schalenkörpers und der so erhaltene körper

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EP2398636A1
EP2398636A1 EP10704817A EP10704817A EP2398636A1 EP 2398636 A1 EP2398636 A1 EP 2398636A1 EP 10704817 A EP10704817 A EP 10704817A EP 10704817 A EP10704817 A EP 10704817A EP 2398636 A1 EP2398636 A1 EP 2398636A1
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EP
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shell
shell parts
parts
compensating
shell part
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10704817A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Biesek
Robert Alexander Goehlich
Cihangir Sayilgan
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
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the erf ⁇ ndungssiee method for producing a shell body could, for example, have the method steps described below. At least two shell parts are produced from a fiber composite material, wherein each shell part has at least one boundary edge. At least one boundary edge of at least one compensation body made of a plastically deformable material is connected. In this case, for example, to each of the shell parts at each boundary edge such a compensating body be connected, it could be attached to each shell part only one compensation body, but it could also be connected to a shell part two balancing body, while attached to another shell part no such compensation body is. The thus prepared and equipped shell parts are overlapped with each other to form the shell body, so that surface seams arise between each adjacent shell parts, wherein the at least one balancing body is arranged on at least one of the seams.
  • Such a compensating body made of a plastically deformable material makes it possible to compensate for a deviation in shape between adjoining shell parts, in that the compensating body is mechanically changed in its shape.
  • the shell parts are designed, for example, as cylinder jacket segments whose boundary edges run parallel to the longitudinal axis of a resulting cylindrical shell body, these boundary edges could diverge lengthwise in the case of particularly large shell parts.
  • the shell parts would not touch flat and flush in the intended seam, so that would result in connecting the two shell parts in the seam and tension damage to the shell parts.
  • the plastically deformable compensating bodies would be very easy to correct in shape, so that a flat contact produced within the seam can be. As a result, tension and damage to the shell parts can be prevented.
  • the assembly work for the shell body can be reduced by the number of shell divisions is reduced. Ideally, it would be conceivable to assemble only two shell parts to form a shell body, whereby only two flat seams arise, in each of which at least one compensation body is arranged. However, the method according to the invention can also be extended to more composite shell parts, whereby the advantages according to the invention are not affected.
  • Shell parts also made possible in CFRP construction, so that the shell division can be reduced.
  • a two-shell design of a shell body is therefore quite easy to handle. Due to the larger shell parts made possible overall, a reduction of the assembly effort. Compared to conventional manufacturing process, the number of shell parts and thus of seams also reduces the number of stapling elements required for joining the shell parts due to the reduced number, so that this results in weight savings.
  • Another, particularly great advantage is that the power transmission between the interconnected shell parts is particularly good due to the flat seams and also homogeneous, compared with linear seams.
  • the compensating body is laminated into the fiber composite material of the relevant shell part.
  • the shell part made of a fiber composite material usually fiber mats or fiber fabric are associated with a matrix material, so that, for example, introduced in a boundary edge, a compensation body before curing of the fiber composite material and then after curing of the fiber composite material could be firmly connected to this.
  • the balancing body could have recesses, recesses or the like in a region which is enclosed by the fiber composite material. As a result, an improved adhesion of the compensation body could be achieved - similar to a wire reinforcement.
  • the compensation body could be brought to the affected shell part by a positive connection method.
  • any suitable recesses, rivets, bushes or the like could be provided on the shell part to allow the most ideal possible load introduction into the compensation body.
  • a plurality of compensation bodies is arranged on the shell parts, so that in each case at least one compensation body is arranged in all seams.
  • the compensation body could be designed as a fold-like element whose contour is continuous with the contour of the shell part. As a result, local structural load peaks can be reduced.
  • shell parts can be formed in an advantageous development of the method at least partially each as a cylinder shell segment, so that a compensation body could be realized, for example, as an elongated, strip-like extension to the boundary edges of the shell parts. This is particularly easy to manufacture and particularly easy to adjust in shape to correct form deviations.
  • the at least one compensating body could be produced from a metallic material.
  • a metallic material such as aluminum, copper, and other materials.
  • a shell part made of a fiber composite material having at least one boundary edge on which at least one compensating body made of a plastically deformable material at the at least one boundary edge arranged to compensate for deviations in form. From several such shell parts, for example, a shell body could be assembled. It would be possible to reduce the production costs but also that
  • Shell part is connected with two boundary edges and one compensating body at a boundary edge with a shell part, which has two boundary edges, but no own compensation body.
  • the adaptation of the shape deviations could be achieved accordingly by changes in shape of the compensation body of a shell part according to the invention.
  • the invention is achieved by a shell body made of a fiber composite material having at least one above shell part according to the invention.
  • a fuselage section for a vehicle for example an aircraft, with at least one shell body solves the problem, wherein the shell body is composed of at least one shell part according to the invention and a further shell part.
  • a vehicle with at least one fuselage section according to the invention fulfills the task.
  • Fig. 1 shows a conventional method for producing a shell body based on two shell parts.
  • Fig. 2 shows a schematic overview of the inventive method for producing a shell body based on two shell parts.
  • FIG. 3 shows a three-dimensional view of a shell part according to the invention with two compensation bodies.
  • Fig. 4a and b show a schematic overview of shell body with three or four shell parts.
  • Fig. 5 is an overview of the inventive method for producing a shell body according to the invention there.
  • FIG. 6 an aircraft is shown having at least one body portion, which is made of a shell body according to the invention.
  • FIG. 1 illustrates by way of example how, according to current, conventional methods, several shell parts made of fiber composite materials could be connected to form a common shell body.
  • two shell parts 2 and 4 are shown here, which are designed as cylinder jacket segments and are placed on one another so that boundary edges 6 and 8 of the upper shell part 2 can be connected to boundary edges 10 and 12 of the lower shell part 4.
  • the connection is made for example with a series of stapling elements, which are distributed over the seams 14 and 16. From this, for example, fuselage sections 18 of an aircraft can be manufactured.
  • FIG. 2 the inventive method for producing a shell body 19 is shown.
  • an upper shell part 20 and a lower shell part 22 are connected to each other.
  • Both shell parts 20 and 22 have boundary edges 24, 26, 28 and 30.
  • Balancing body 32, 34, 36 and 38 arranged.
  • the shell parts 20 and 22 are made of a fiber composite material, such as CFRP
  • the compensation body 32 to 38 are formed of a metallic material, the plastically deformed casual.
  • the upper shell part 20 is shown as an example, which as
  • Cylinder shell segment is executed.
  • compensation body 32 and 38 are arranged, which are used to compensate for deviations in shape.
  • These compensating bodies 32 and 38 are preferably designed so that their shape is continuously connected to the shape of the upper shell part 20. By avoiding discontinuities, structural load peaks can be minimized or eliminated altogether.
  • the material of the balancing bodies 32 and 38 could be titanium or other metallic material.
  • a completely cohesive connection with the upper shell part 20 could be produced for example by lamination or the like.
  • a shell body 44 is shown by way of example, which consists of three shell parts 46, 48 and 50. Balancing bodies 52 to 62 could also be arranged on these shell parts 46 to 50, by means of which deviations in shape can be compensated.
  • a further variant of a shell body 64 is shown, are used in the four shell parts 66 to 72, where balancing body 74 to 88 are arranged. It goes without saying that for each seam and a single compensation body could be sufficient, could possibly be dispensed with in a three or four-shell division and a compensation body within a single interface entirely, so that, for example, in a three-shell division only at least two Balancing body are used in a four-shell division at least two or three compensation body.
  • the inventive method is illustrated by a schematic block diagram yet.
  • the method according to the invention comprises, for example, the production 90 of at least two shell parts made of a fiber composite material.
  • This manufacturing could include laying and laminating fiber mats or fiber bundles.
  • This process is followed by the tying 92 of at least one compensation body on a plastically deformable material to at least one boundary edge of at least one of the shell parts produced.
  • the tying could include all the aforementioned joining methods, for example the positive joining, the cohesive joining by lamination or the like or gluing.
  • the shell parts are overlapped 94, so that to form flat seams between each adjacent Shell parts a shell body is formed.
  • At least one compensating body is arranged in at least one of the seams. Shape deviations are compensated in each overlap by shape change 96 of the compensating body.
  • the shell parts are connected 98 at the seams.
  • FIG. 6 shows an aircraft 100 which has one or more fuselage sections 102, which are produced by the method according to the invention.
  • a body portion 102 could for example be composed of one or more shell bodies, which in turn are formed from individual shell parts by means of the inventive method.

Abstract

In einem Verfahren zum Herstellen eines Schalenkörpers (19) werden mindestens zwei Schalenteile (20, 22) aus einem Faserverbundmaterial hergestellt, mindestens ein Ausgleichskörper (32, 34, 36, 38) aus einem plastisch verformbaren Material wird an mindestens einer Begrenzungskante (24, 26, 28, 30) mindestens eines Schalenteils (20, 22) angebunden, die Schalenteile (20, 22) werden zum Ausbilden des Schalenkörpers unter Bildung von flächigen Nahtstellen (40, 42) zwischen jeweils aneinander angrenzenden Schalenteilen (20, 22) überlappt, wobei der mindestens eine Ausgleichskörper (32, 34, 36, 38) an mindestens einer der Nahtstellen (40, 42) angeordnet ist. Zum Ausgleichen von Formabweichungen in jeder Überlappung werden die entsprechenden Ausgleichskörper in ihrer Form verändert und an den Nahtstellen (40, 42) werden die Schalenteile (20, 22) miteinander verbunden.

Description

VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES SCHALENKÖRPERS UND DER SO ERHALTENE KÖRPER
VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2009 009 491.1, eingereicht am 18. Februar 2009 und der US-Provisional
Application 61/153,534, eingereicht am 18. Februar 2009, deren Inhalte hierin durch Referenz inkorporiert werden.
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schalenkörpers, ein
Schalenteil für einen Schalenkörper, einen Schalenkörper, einen Rumpfabschnitt eines Fahrzeugs, sowie ein Fahrzeug, beispielsweise ein Flugzeug.
TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG Zum Herstellen großformatiger Schalenkörper werden üblicherweise mehrere Schalenteile getrennt voneinander hergestellt und dann zu einem Schalenkörper zusammengesetzt und miteinander verbunden. Im Fahrzeugbau und besonders bei der Herstellung von Flugzeugrümpfen, hat sich dieses Verfahren bewährt, da die Handhabung einzelner kleinerer Schalenteile während ihrer Aussteifung und Oberflächenbehandlung deutlich einfacher ist als bei einem großformatigen, einstückigen und geschlossenen Schalenkörper.
Aufgrund der getrennten Herstellung der Schalenteile kann nicht garantiert werden, dass die Schalenteile beim Zusammenbau des Schalenkörpers unmittelbar vollständig bündig zusammenpassen, da sich besonders bei größeren Schalenteilen auch bei sehr engen Toleranzen die Abweichungen von der Sollgeometrie stärker auswirken und die Begrenzungskanten der Schalenteile relativ zueinander auseinanderlaufen könnten. Bei der Verwendung metallischen Materials ist jedoch eine einfache Korrektur der Form der Schalenteile möglich, indem die Schalenteile durch entsprechendes Biegen geringfügig plastisch verformt werden. Bei der Verwendung moderner Faserverbundwerkstoffe zum Herstellen von großformatigen Schalenkörpern ist dies jedoch nicht ohne weiteres möglich, da beispielsweise CFK oder GFK eine außerordentlich hohe Festigkeit aufweisen, die ein Verformen auch in engen Grenzen kaum zulassen. Eine Anpassung von Geometrien eines Schalenteils zum Ausgleichen von Formabweichungen ist dementsprechend bei aus Faserverbundwerkstoffen hergestellten Schalenteilen nicht möglich, ohne deren Integrität zu gefährden.
Alternativ zu einer plastischen Verformung der Schalenteile wäre bei aus Faserverbundwerkstoffen hergestellten Schalenteilen eine Verdickung der jeweiligen zueinander gewandten Begrenzungskanten denkbar, so dass Formabweichungen durch Abtragen von Material an der äußeren Oberfläche kompensiert werden könnten. Dies wäre jedoch äußerst arbeitsintensiv und langwierig und könnte ferner auch die Integrität der Schalenteile in Mitleidenschaft ziehen.
Ein anderer Ausweg aus diesem Problem wäre die Herstellung einstückiger Schalenkörper, was aufgrund der Größe im Fahrzeugbau und insbesondere im Flugzeugbau sehr aufwändig und teuer ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es könnte demnach als Aufgabe der Erfindung angesehen werden, ein Verfahren zum Herstellen eines Schalenkörpers vorzuschlagen, bei dem sowohl die Herstellung des Schalenkörpers in mehrteiliger Bauweise gestattet wird, andererseits aber auch eine einfache Kompensation von Formabweichungen ermöglicht wird.
Diese Aufgabe könnte durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst werden. Das erfϊndungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Schalenkörpers könnte beispielsweise die nachfolgend geschilderten Verfahrensschritte aufweisen. Es werden mindestens zwei Schalenteile aus einem Faserverbundmaterial hergestellt, wobei jedes Schalenteil mindestens eine Begrenzungskante aufweist. Bei mindestens einer Begrenzungskante wird mindestens ein Ausgleichskörper aus einem plastisch verformbaren Material angebunden. Dabei könnte beispielsweise an jedes der Schalenteile an jeder Begrenzungskante ein derartiger Ausgleichskörper angebunden werden, es könnte an jedes Schalenteil lediglich jeweils nur ein Ausgleichskörper angebracht werden, es könnten allerdings auch an einem Schalenteil zwei Ausgleichskörper angebunden werden, während an einem anderen Schalenteil kein derartiger Ausgleichskörper angebracht ist. Die so hergestellten und ausgerüsteten Schalenteile werden zum Ausbilden des Schalenkörpers miteinander überlappt, so dass flächige Nahtstellen zwischen jeweils aneinander angrenzenden Schalenteilen entstehen, wobei der mindestens eine Ausgleichskörper an mindestens einer der Nahtstellen angeordnet ist.
Durch einen derartigen Ausgleichkörper aus einem plastisch verformbaren Material besteht die Möglichkeit, eine Formabweichung zwischen aneinander grenzenden Schalenteilen zu kompensieren, indem der Ausgleichskörper mechanisch in seiner Form verändert wird. Sind die Schalenteile beispielsweise als Zylindermantelsegmente ausgeführt, deren Begrenzungskanten parallel zur Längsachse eines resultierenden zylindrischen Schalenkörpers verlaufen, könnten bei besonders großen Schalenteilen diese Begrenzungskanten der Länge nach auseinanderlaufen. Würde eine Überlappung zwischen derart voneinander abweichenden Schalenteilen hergestellt, würden sich die Schalenteile nicht flächig und bündig in der vorgesehen Nahtstelle berühren, so dass bei Verbinden der beiden Schalenteile im Bereich der Nahtstelle Spannungen und Beschädigungen der Schalenteile resultieren würden. - A -
Wird jedoch eine Überlappung zwischen einem Ausgleichskörper und einem Schalenteil oder zwischen zwei Ausgleichskörpern hergestellt, wobei die Ausgleichskörper jeweils fest mit einem Schalenteil verbunden sind, würden sich die plastisch verformbaren Ausgleichskörper sehr leicht in ihrer Form korrigieren lassen, so dass ein flächiger Kontakt innerhalb der Nahtstelle hergestellt werden kann. Dadurch können Spannung und Beschädigungen der Schalenteile verhindert werden.
Dies ist besonders sinnvoll bei der Fertigung von Schalenteilen aus Kohlefaserverbundwerkstoffen, die sich in ausgehärtetem Zustand praktisch in ihrer Form nicht mehr verändern lassen.
Der Montageaufwand für den Schalenkörper lässt sich reduzieren, indem die Anzahl der Schalenteilungen reduziert wird. Im Idealfall wäre es vorstellbar, lediglich zwei Schalenteile zu einem Schalenkörper zusammenzusetzen, wodurch lediglich zwei flächige Nahtstellen entstehen, in denen jeweils mindestens ein Ausgleichskörper angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich allerdings auch auf mehr zusammenzusetzende Schalenteile erweitern, wodurch die erfindungsgemäßen Vorteile nicht in Mitleidenschaft gezogen werden.
Durch das erfmdungsgemäße Verfahren wird der Toleranzausgleich von großen
Schalenteilen auch in CFK-Bauweise ermöglicht, so dass die Schalenteilung reduziert werden kann. Eine zweischalige Bauweise eines Schalenkörpers ist demnach durchaus gut handhabbar. Durch die ermöglichten größeren Schalenteile erfolgt insgesamt eine Reduzierung des Montageaufwands. Im Vergleich zu herkömmlichen Herstellverfahren wird aufgrund der verringerten Anzahl von Schalenteilen und damit von Nahtstellen auch die Anzahl notwendiger Heftelemente zum Zusammenfügen der Schalenteile reduziert, so dass sich dadurch eine Gewichtsersparnis ergibt. Ein weiterer, besonders großer Vorteil liegt darin, dass die Kraftübertragung zwischen den miteinander verbundenen Schalenteilen aufgrund der flächigen Nahtstellen besonders gut und außerdem homogen ist, verglichen mit linienförmigen Nahtstellen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfmdungsgemäßen Verfahrens ist der Ausgleichskörper in das Faserverbundmaterial des betreffenden Schalenteils einlaminiert. Bei der Herstellung des Schalenteils aus einem Faserverbundwerkstoff werden üblicherweise Fasermatten oder Fasergelege mit einem Matrixmaterial in Verbindung gebracht, so dass beispielsweise in einer Begrenzungskante ein Ausgleichskörper vor Aushärten des Faserverbundwerkstoffs eingebracht und dann nach Aushärten des Faserverbundwerkstoffs fest mit diesem verbunden werden könnte. Als eine mögliche Anpassung könnte der Ausgleichskörper Vertiefungen, Ausnehmungen oder dergleichen in einem Bereich aufweisen, der von dem Faserverbundwerkstoff umschlossen wird. Hierdurch könnte eine verbesserte Haftung des Ausgleichskörpers - ähnlich wie bei einer Drahtarmierung - erreicht werden.
In einer weiteren, vorteilhaften Weiterbildung des erfmdungsgemäßen Verfahrens könnte der Ausgleichskörper an das betroffene Schalenteil auch durch ein formschlüssiges Verbindungsverfahren gebracht werden. Hierfür könnten eventuell passende Aussparungen, Nieten, Buchsen oder dergleichen an dem Schalenteil vorgesehen werden, um eine möglichst ideale Lasteinleitung in den Ausgleichskörper zu ermöglichen.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Mehrzahl von Ausgleichskörpern an den Schalenteilen angeordnet, so dass in sämtlichen Nahtstellen jeweils mindestens ein Ausgleichskörper angeordnet ist.
Dadurch kann sichergestellt werden, dass bei besonders großen herzustellenden
Schalenkörpern an jeder Nahtstelle eine entsprechende Kompensation der
Formerweichung möglich ist. Bei einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens könnte der Ausgleichskörper als falzartiges Element ausgeführt sein, dessen Kontur sich stetig an die Kontur des Schalenteils anschließt. Dadurch können lokale Strukturlastspitzen abgemindert werden.
Bei der Herstellung von Fahrzeugrümpfen und besonders von Flugzeugrümpfen können die Schalenteile in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest bereichsweise jeweils als ein Zylindermantelsegment geformt werden, so dass ein Ausgleichskörper beispielsweise als länglicher, streifenartiger Fortsatz an den Begrenzungskanten der Schalenteile realisiert werden könnte. Dies ist besonders einfach zu fertigen und besonders leicht in der Form anzupassen, um Formabweichungen zu beheben.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens könnte der mindestens eine Ausgleichskörper aus einem metallischen Werkstoff hergestellt werden. Zum Erreichen eines besonders vorteilhaften Gewicht zu Festigkeits- Verhältnisses empfiehlt sich die Verwendung von Titan, es sind jedoch auch andere Werkstoffe möglich.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Schalenteil aus einem Faserverbundmaterial mit mindestens einer Begrenzungskante, an der zum Ausgleichen von Formabweichungen mindestens ein Ausgleichskörper aus einem plastisch verformbaren Material an der mindestens einen Begrenzungskante angeordnet. Aus mehreren derartigen Schalenteilen könnte beispielsweise ein Schalenkörper zusammengesetzt werden. Es wäre zum Reduzieren der Herstellkosten aber auch denkbar, dass ein
Schalenteil mit zwei Begrenzungskanten und jeweils einem Ausgleichskörper an einer Begrenzungskante mit einem Schalenteil verbunden wird, das zwar zwei Begrenzungskanten aufweist, allerdings keine eigenen Ausgleichskörper. Die Anpassung der Formabweichungen könnte dementsprechend durch Formänderungen der Ausgleichkörper des einen erfindungsgemäßen Schalenteils erreicht werden. Gleichermaßen wird die Erfindung durch einen Schalenkörper aus einem Faserverbundmaterial mit mindestens einem obigen erfindungsgemäßen Schalenteil gelöst. Ebenso löst ein Rumpfabschnitt für ein Fahrzeug, beispielsweise ein Flugzeug, mit mindestens einem Schalenkörper die Aufgabe, wobei der Schalenkörper aus mindestens einem erfindungsgemäßen Schalenteil und einem weiteren Schalenteil zusammengesetzt ist. Weiterhin erfüllt ein Fahrzeug mit mindestens einem erfindungsgemäßen Rumpfabschnitt die Aufgabe.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren
Rückbeziehungen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Verfahren zum Herstellen eines Schalenkörpers auf Basis von zwei Schalenteilen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Übersicht über das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Schalenkörpers auf Basis von zwei Schalenteilen.
Fig. 3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Schalenteils mit zwei Ausgleichskörpern.
Fig. 4a und b zeigen eine schematische Übersicht über Schalenkörper mit drei oder vier Schalenteilen. Fig. 5 stellt in einer Übersicht das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Schalenkörpers da.
In Fig. 6 wird ein Flugzeug gezeigt, dass mindestens einen Rumpfabschnitt aufweist, der aus einem erfindungsgemäßen Schalenkörper hergestellt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Fig. 1 stellt exemplarisch dar, wie nach aktuellen, hergebrachten Verfahren mehrere Schalenteile aus Faserverbundwerkstoffen zu einem gemeinsamen Schalenkörper miteinander verbunden werden könnten.
Beispielhaft werden hier zwei Schalenteile 2 und 4 dargestellt, die als Zylindermantelsegmente ausgeführt sind und aufeinandergesetzt werden, so dass sich Begrenzungskanten 6 und 8 des oberen Schalenteils 2 mit Begrenzungskanten 10 und 12 des unteren Schalenteils 4 verbinden lassen. Die Verbindung erfolgt beispielsweise mit einer Reihe von Heftelementen, die über die Nahtstellen 14 und 16 verteilt sind. Hieraus lassen sich beispielsweise Rumpfabschnitte 18 eines Flugzeugs fertigen.
Bei Schalenteilen in CFK-Bausweise kann keine Korrektur der Formabweichungen bei der Montage behoben werden, da sich CFK- Schalenteile im ausgehärteten Zustand nur noch minimal verformen lassen. Um die beiden Schalenteile 2 und 4 über einen langen Bereich in herkömmlicher Bauweise zu montieren, sind sehr enge Toleranzen notwendig, damit die Begrenzungskanten 6 und 10 bzw. 8 und 12 auf einer Linie verlaufen. Derartige enge Toleranzen sind mit heutigen Fertigungsverfahren nicht oder nur sehr kostenintensiv einzuhalten.
In Fig. 2 wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Schalenkörpers 19 gezeigt. In diesem Beispiel werden ein oberes Schalenteil 20 und ein unteres Schalenteil 22 miteinander verbunden. Beide Schalenteile 20 und 22 weisen Begrenzungskanten 24, 26, 28 und 30 auf. Exemplarisch sind an jeder dieser Begrenzungskanten 24-30 Ausgleichskörper 32, 34, 36 und 38 angeordnet. Während die Schalenteile 20 und 22 aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sind, beispielsweise CFK, sind die Ausgleichskörper 32 bis 38 aus einem metallischen Material gebildet, das sich plastisch verformen lässig.
Beim Zusammenfügen der Schalenteile 20 und 22 entstehen flächige Nahtstellen 40 und 42, in denen sich die Schalenteile 20 und 22 überlappen. In dem gezeigten Beispiel wird die Überlappung durch die Ausgleichskörper 32 bis 38 realisiert, die sich in ihrer Form ändern lassen könnten, sollten sich Formabweichungen an den Begrenzungskanten 24-30 befinden. Durch leichtes Biegen können die Nahtstellen 40 und 42 so korrigiert werden, dass eine bündige Berührung der Ausgleichskörper 32-38 bzw. der Schalenteile 20 und 22 hergestellt ist. In den Nahtstellen 40 und 42 können die beiden Schalenteile 20 und 22 dann durch gängige Verbindungsverfahren miteinander verbunden werden.
In Fig. 3 wird exemplarisch das obere Schalenteil 20 gezeigt, welches als
Zylindermantelsegment ausgeführt ist. An den Begrenzungskanten 24 und 26 sind Ausgleichskörper 32 und 38 angeordnet, die zum Ausgleichen von Formabweichungen genutzt werden. Diese Ausgleichskörper 32 und 38 sind bevorzugt so gestaltet, dass sich deren Form stetig an die Form des oberen Schalenteils 20 anschließt. Durch die Vermeidung von Unstetigkeiten können Strukturlastspitzen minimiert oder gänzlich eliminiert werden.
Zum Bereitstellen einer optimalen plastischen Verformbarkeit bei gleichzeitiger Festigkeit könnte das Material der Ausgleichskörper 32 und 38 Titan oder ein anderer metallischer Werkstoff sein. Neben dem Verbinden durch gängige formschlüssige Verfahren, beispielsweise Nieten, Verschrauben oder dergleichen, könnten auch moderne Klebeverfahren und Schweißverfahren zum Einsatz kommen. Andererseits könnte auch eine völlig stoffschlüssige Verbindung mit dem oberen Schalenteil 20 beispielsweise durch Einlaminieren oder dergleichen hergestellt werden. In Fig. 4a wird exemplarisch ein Schalenkörper 44 gezeigt, der aus drei Schalenteilen 46, 48 und 50 besteht. An diesen Schalenteilen 46 bis 50 könnten ebenfalls Ausgleichskörper 52 bis 62 angeordnet werden, durch die Formabweichungen ausgeglichen werden können.
In Fig. 4b wird schließlich eine weitere Variante eines Schalenkörpers 64 gezeigt, bei dem vier Schalenteile 66 bis 72 eingesetzt werden, an denen Ausgleichskörper 74 bis 88 angeordnet sind. Es versteht sich von selbst, dass für jede Nahtstelle auch ein einziger Ausgleichskörper ausreichen könnte, möglicherweise könnte bei einer Drei- oder Vier-Schalenteilung auch auf einen Ausgleichskörper innerhalb einer einzelnen Nahtstelle gänzlich verzichtet werden, so dass beispielsweise bei einer Drei-Schalenteilung lediglich mindestens zwei Ausgleichskörper verwendet werden, bei einer Vier- Schalenteilung mindestens zwei oder drei Ausgleichskörper.
Weiterhin ist einem einschlägigen Fachmann klar, dass eine Teilung in mehr als vier Schalenteile erfolgen könnte, ohne den erfmdungsgemäßen Gedanken verlassen zu müssen.
In Fig. 5 wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines schematischen Blockschaltbilds noch verdeutlicht. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst beispielsweise das Herstellen 90 von mindestens zwei Schalenteilen aus einem Faserverbundmaterial. Dieses Herstellen könnte etwa das Legen und Laminieren von Fasermatten oder Faserbündeln umfassen. Gefolgt wird dieser Verfahrens schritt von dem Anbinden 92 mindestens eines Ausgleichskörpers auf einem plastisch verformbaren Material an mindestens eine Begrenzungskante mindestens eines der hergestellten Schalenteile. Das Anbinden könnte sämtliche vorgenannten Verbindungsverfahren umfassen, beispielsweise das formschlüssige Verbinden, das stoffschlüssige Verbinden durch Laminieren oder dergleichen oder das Kleben. In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Schalenteile überlappt 94, so dass unter Bildung von flächigen Nahtstellen zwischen jeweils aneinander angrenzenden Schalenteilen ein Schalenkörper gebildet wird. Mindestens ein Ausgleichskörper ist in mindestens einer der Nahtstellen angeordnet. Formabweichungen werden in jeder Überlappung durch Formänderung 96 des Ausgleichskörpers ausgeglichen. Schließlich werden die Schalenteile an den Nahtstellen verbunden 98.
Fig. 6 zeigt schließlich ein Flugzeug 100, welches einen oder mehrere Rumpfabschnitte 102 aufweist, die mit dem erfmdungsgemäßen Verfahren hergestellt sind. Ein derartiger Rumpfabschnitt 102 könnte beispielsweise aus einem oder mehreren Schalenkörpern zusammengesetzt werden, die wiederum aus einzelnen Schalenteilen mittels des erfmdungsgemäßen Verfahrens ausgebildet sind.
Ergänzend ist daraufhinzuweisen, dass "Aufweisen" oder "Umfassen" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei daraufhingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebenen Ausführungsbeispielen beschrieben werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
B E Z U G S Z E I C H E N
2 Schalenteil
4 Schalenteil
6 Begrenzungskante
8 Begrenzungskante
10 Begrenzungskante
12 Begrenzungskante
14 Nahtstelle
16 Nahtstelle
18 Schalenkörper / Rumpfabschnitt
19 Schalenkörper
20 oberes Schalenteil
22 unteres Schalenteil
24 Begrenzungskante
26 Begrenzungskante
28 Begrenzungskante
30 Begrenzungskante
32 Ausgleichskörper
34 Ausgleichskörper
36 Ausgleichskörper
38 Ausgleichskörper
40 flächige Nahtstelle
42 flächige Nahtstelle
44 Schalenkörper
46 Schalenteil
48 Schalenteil
50 Schalenteil
52 Ausgleichskörper
54 Ausgleichskörper 56 Ausgleichskörper
58 Ausgleichskörper
60 Ausgleichskörper
62 Ausgleichskörper
64 Schalenkörper
66 Schalenteil
68 Schalenteil
70 Schalenteil
72 Schalenteil
74 Ausgleichskörper
76 Ausgleichskörper
78 Ausgleichskörper
80 Ausgleichskörper
82 Ausgleichskörper
84 Ausgleichskörper
86 Ausgleichskörper
88 Ausgleichskörper
90 Herstellen der Schalenteile
92 Anbinden der Ausgleichskörper
94 Überlappen der Schalenteile
96 Formänderung des Ausgleichskörpers
98 Verbinden der Schalenteile
100 Flugzeug
102 Rumpfab schnitt

Claims

P A T E N T A N S P R U C H E
1. Verfahren zum Herstellen eines Schalenkörpers (19, 44, 64), aufweisend die Schritte:
- Herstellen (90) mindestens zweier Schalenteile (46, 48, 50, 66, 68, 70, 72) aus einem Faserverbundmaterial mit jeweils mindestens einer
Begrenzungskante (24, 26, 28, 30),
Anbinden (92) mindestens eines Ausgleichskörpers (34, 36, 38, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88) aus einem plastisch verformbaren Material an mindestens eine Begrenzungskante mindestens eines Schalenteils,
Überlappen (94) der Schalenteile zum Ausbilden des Schalenkörpers unter Bildung von flächigen Nahtstellen (40, 42) zwischen jeweils aneinander angrenzenden Schalenteilen, wobei der mindestens eine Ausgleichskörper an mindestens einer der Nahtstellen angeordnet ist, - Ausgleichen von Formabweichungen in jeder Überlappung durch
Formänderung (96) des Ausgleichskörpers und Verbinden (98) der Schalenteile an den Nahtstellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ausgleichskörper in das Faserverbundmaterial des betreffenden Schalenteils einlaminiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ausgleichskörper an das betreffende Schalenteil durch ein formschlüssiges Verbindungsverfahren gebracht wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Ausgleichskörpern an den Schalenteilen angeordnet wird, so dass an sämtlichen Nahtstellen jeweils mindestens ein Ausgleichskörper angeordnet ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Ausgleichskörper als falzartiges Element ausgeführt wird, dessen Kontur sich stetig an die Kontur des Schalenteils anschließt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalenteile zumindest bereichsweise als Zylindermantelsegment ausgeformt werden.
7. Schalenteil aus einem Faserverbundmaterial mit mindestens einer Begrenzungskante und mindestens einem plastisch verformbaren Ausgleichskörper, wobei das Schalenteil mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.
8. Schalenkörper, aufweisend mindestens zwei unter Bildung mindestens einer flächigen Nahtstelle überlappender Schalenteile aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei in mindestens einer Nahtstelle ein an einem Schalenteil angebundener Ausgleichskörper zum Ausgleichen von Formabweichungen positioniert ist.
9. Rumpfabschnitt aufweisend mindestens einen Schalenkörper aus einem Faserverbundwerkstoff, der mindestens zwei unter Bildung mindestens einer flächigen Nahtstelle überlappender Schalenteile besitzt, wobei in mindestens einer Nahtstelle ein an einem Schalenteil angebundener Ausgleichskörper zum Ausgleichen von Formabweichungen positioniert ist.
10. Fahrzeug mit mindestens einem Rumpfabschnitt nach Anspruch 9.
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