WO2010125001A2 - Verfahren zur herstellung eines faserverbundbauteils für die luft- und raumfahrt - Google Patents

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    • Y10T156/1028—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with permanent bending or reshaping or surface deformation of self sustaining lamina by bending, drawing or stretch forming sheet to assume shape of configured lamina while in contact therewith

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a fiber composite component, in particular for aerospace, on a mandrel for producing such a fiber composite component and on a fiber composite component with at least one stiffening element, which produced by means of such a mandrel and / or such a method is.
  • CFRP planar carbon fiber reinforced plastic
  • T-stringers The cross section of T-stringers is composed of the foot and the bridge.
  • the foot forms the connecting surface to the skin shell.
  • T-Stringer stiffened skin shells is widely used in aircraft construction.
  • ⁇ stringer have approximately a hat profile, with its feet connected to the skin shell.
  • ⁇ Stringer can be glued either on the hardened or uncured shell in the hardened or uncured state, or cured simultaneously with the shell wet-on-wet. Essentially, three different joining methods are distinguished:
  • the support or mold core has the function of fixing and supporting the uncooked semi-finished fiber products of the skin shell located underneath the cavity of the hardened stringer and / or the form-labile semi-finished fiber products of the stringer in the desired ⁇ -shape during the production process.
  • the support core transmits the required autoclave pressure to the uncured joining partner.
  • the present invention seeks to provide a cheaper and lighter fiber composite component, in particular for aerospace.
  • this object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and / or 4, a mold core having the features of patent claim 12 and / or by a fiber composite component having the features of patent claim 14.
  • a method for producing a fiber composite component in particular for the aerospace industry, with the following method steps is provided: First, a mandrel made of cork material is formed with a core tool for defining an outer geometry of the mandrel. This shape created in this way - A -
  • the core is then arranged in contact with an at least partially hardened stiffening element on a base component of the fiber composite component to be produced for shaping at least one shaped section of the fiber composite component to be produced.
  • a multi-stage loading at least of the mold section with heat and / or pressure takes place for producing the fiber composite component.
  • a mandrel made of cork material is formed with a core tool for defining an outer geometry of the mandrel, said mandrel then angeord on a base member of the fiber composite component to be produced - net becomes.
  • at least one semifinished fiber product is then deposited for the shaping of at least one molding section of the fiber composite component to be produced. This is followed by a multi-stage loading at least of the mold section with heat and / or pressure to take place for producing the fiber composite component.
  • a mold core for producing a fiber composite component in particular a stiffening element, for example a stringer, is provided on a base part, with a core material having cork.
  • a fiber composite component with at least one stiffening element in particular for aerospace, which is produced by means of the mandrel according to the invention and / or the inventive method is provided.
  • the mandrel is formed of cork-containing material.
  • the present invention over the approaches mentioned above has the advantage that the fiber composite Part can be produced by means of a cheaper mold core.
  • the mandrel may also have multiple functions.
  • the stiffening element may have a cavity and, for example, be an ⁇ -stringer. But also cavities with other cross sections, such as trapezoidal, triangular, annular, wavy and the like., Are possible. Also stiffening elements without a cavity, such as T-stringer, U-stringer, L-stringer, by means of the mold core in function as a support core, for example, laterally supported. The mandrel is then partially attached to each of these geometries, e.g. as an outer support core, or completely, e.g. as inner support core, adapted and has the respective cross-sectional shape.
  • the mold core can be applied in contact with a cured or partially cured stiffening element with this on an uncured, partially cured or hardened base member as a support core of the stiffening element.
  • the mold core can be arranged on a base component and be used for producing a stiffening element on an uncured, partially cured or hardened base component, by laying semi-finished fiber products for the stiffening element to be created on the mold core.
  • the support core In a function as a pure support core, it is removed after Autoklavhärtung the fiber composite component of the stiffening element and / or removed from this.
  • the support core is dimensionally stable and at the same time elastic, which leads to a good
  • Quality of the fiber composite component leads. In addition, it is reusable and thus reduces costs. Its relatively low weight makes it easy to handle. He is also recyclable.
  • the mandrel remains as a so-called "flying support core" in and / or on the stiffening element
  • Advantages of the advantage of acoustic noise insulation which can be at least partially dispensed with additional sound insulation with conventional material.
  • a fiber composite component in the form of a fuselage shell has an improved impact behavior and improved burn-through behavior (can also be increased by additions of flame retardants) by remaining supporting cores made of cork in and / or on the stiffening elements.
  • thermal insulation is possible.
  • the mold core can be provided with at least one fixing element for fixing the mold core to the stiffening element.
  • this fixation can be carried out, for example, in the form of adhesive tapes and / or resin films and / or adhesive films which are applied locally and / or continuously.
  • the at least one fixing element is attached to the mandrel and interacts with at least one fixation element removably attachable to the reinforcing element, wherein, for example, the at least one fixing element and the at least one fixing auxiliary element are formed with magnetic strips.
  • the mandrel on one or more side surfaces, the
  • Appendix are provided on the stiffening element, be equipped with a magnetic strip.
  • This magnetic strip can be glued and / or inserted into a corresponding (eg milled or molded) groove or recess.
  • This groove or recess corresponds to the geometric cross section of the magnetic strip. This results in the advantage of a simple insertion of the magnetic strip and a residue-free fixation. In the case of thin-walled mandrels, a local thickening may take place in the region of the attachment or insertion of the magnetic strip.
  • the stiffening element is then provided on the corresponding side / surface with a removable metal strip, eg a metal strip, which cooperates with the magnetic strip.
  • the metal strip as fixation aid may also be a magnetic strip. It is advantageous that even this fixing aid is easy to apply and easy to remove.
  • reinforcing means are arranged in the region of sharp transitions of the outer geometry of the mandrel to be formed.
  • These reinforcing means in particular Eckprofil- parts, have the advantage that they form the sharp edges and corners, wherein the mandrel can be provided in this area with easy-to-produce fillets.
  • a release layer is applied to or applied to the mold core, which prevents adhesion of the material of the stiffening element or of the semi-finished fiber product and / or a matrix to the mold core.
  • the release layer can be generated directly, for example, by machining operations by means of grinding and / or polishing.
  • the release layer may also consist of a release film and / or of a liquid release agent and be additionally applied. This facilitates removal of the mold core after at least partial curing of the section of the fiber composite component created by means of the mold core.
  • Fiber semi-finished products are fabrics, scrims and fiber mats. These are provided with a matrix, for example an epoxy resin, and then cured, for example, in an autoclave. Hand lamination, prepreg, transfer molding and / or vacuum infusion processes, also in conjunction with winding technology, can be used for this purpose.
  • the mandrel is arranged on a base part of semi-finished fiber composite products and / or at least partially surrounded by semifinished fiber products for forming at least one molding section of the fiber composite component.
  • base parts for example, skin shells, pressure cups, etc.
  • ⁇ strippers but also other stiffening elements.
  • the mold core after curing, for example in the production of an ⁇ -stringer, can be pulled out of it in the longitudinal direction of the stringer, which is facilitated by the separating layer. Damage to the mold core is prevented by forming the mold core with at least one stiffening layer, for example made of tear-resistant fabric and / or with a tear-resistant release film.
  • the mandrel is formed with at least one undercut.
  • This undercut is preferably in the longitudinal direction of the mandrel.
  • stringer can be produced by means of such a mandrel with variable cross section in the longitudinal direction.
  • the mandrel may be formed by a pressing process.
  • cork flour for example, is mixed with a binder and filler of, for example, rubber granulate and pressed to the desired shape of the mandrel by means of a forming tool.
  • a mold core thus produced by means of abrading operations to a final dimension is brought, such as by cutting, grinding and polishing.
  • the mold core can also be composed of at least two core segments, for example two segments produced by pressing or else by other means, the segments being glued together. Of course, they can also be finished later.
  • the mandrel may also be formed as a hollow core with a core interior.
  • side walls can be assembled from individual plates to the final shape. It is also possible that the mandrel is pressed, wherein the interior is filled with a corresponding core.
  • the formation of the mold core as a hollow core having a core interior comprises the following sub-steps: Provision of a solid profile, which is produced for example in a pressing process. It is the outer and inner contour of the mandrel produced for example by means of milling and / or cutting tools.
  • the outer geometry of the milling and / or cutting tool for forming the core interior corresponds to the geometric cross section of the core interior.
  • the rotating milling and / or cutting tool is moved in the longitudinal direction of the solid profile in selbigem, wherein at the same time a longitudinal gap is introduced into the top wall of the mold core thus produced by the shank of the milling and / or cutting tool. This gap can be closed, for example, either with a glued strip of cork-containing material and / or with a fixing element with magnetic strip.
  • the formation of the mandrel has the following sub-steps: provision of plate goods, for example by calendering or others
  • Pressing method is produced. It then blanks are cut, folded with a folding tool and then be connected by means of the core tool.
  • the core tool serves as an external form. In an interior, another core can be introduced, this core can serve as a kind of Aufwickelkern when folding the plate goods. For folding, the plate product can be appropriately pre-scored and / or notched.
  • An inventive mold core for producing a fiber composite component, in particular a stiffening element on / on a base component in aerospace, is formed with a cork-comprising material and can be prepared as described above.
  • a fiber composite component with at least one stiffening element, in particular for aerospace, is produced with a mold core described above.
  • the fiber composite component of the mold core is arranged in abutment with the at least one stiffening element as a noise damping means and / or thermal insulation element.
  • Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a stiffening element
  • FIG. 2 shows the view according to FIG. 1 with a cross section of a first exemplary embodiment of a mold core according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic perspective view of an exemplary embodiment of a fiber composite component according to the invention during production according to a first method according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the first embodiment of the mold core according to the invention according to FIG. 2 in a forming or core tool
  • FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the first embodiment of the mold core according to the invention according to FIG. 2 in a forming or core tool
  • Fig. 5 shows a variation of the first embodiment of Fig. 4.
  • FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of a second embodiment of the mold core according to the invention with the stiffening element according to FIG. 1;
  • Fig. 7 is a schematic cross-sectional view of a third
  • FIG. 8 shows a schematic cross-sectional view of a fourth embodiment of the mold core according to the invention with the stiffening element according to FIG. 1;
  • FIG. 9 shows a schematic plan view of a plate product for the production of the fourth embodiment according to FIG. 8;
  • Fig. 10 is a side view of the plate product of Fig. 9;
  • Figure 11 is a schematic representation of a fixation of the mold core according to the first embodiment and the stiffening element of FIG. 1.
  • FIG. 12 shows a variation of the fixation shown in FIG. 11;
  • FIG. 13 shows a schematic perspective view of the exemplary embodiment of a fiber composite component according to the invention during production according to a second method according to the invention
  • 14 shows a schematic cross-sectional view of a fifth embodiment of the mold core according to the invention with the stiffening element according to FIG. 1;
  • Fig. 15a is a schematic perspective view of a
  • Fig. 15b is a schematic perspective view of a processing of the core blank of Fig. 15a.
  • 15b is a schematic perspective view of a variation of the second embodiment of the mandrel according to the invention of FIG .. 6
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a stiffening element 1 is illustrated.
  • FIG. 2 shows the view according to FIG. 1 with a cross section of a first embodiment of a mold core 7 according to the invention, and
  • FIG. 3 shows a schematic perspective view of an embodiment of a fiber composite component 10 according to the invention during production according to a first method according to the invention.
  • the stiffening element 1 in this example is a so-called ⁇ -stringer with a kind of hat profile, as shown in FIG. 1, and is perpendicular to the plane of the drawing.
  • a perspective view is shown in Fig. 3, wherein by way of example two stiffening elements 1 are illustrated, the are applied to a base member 11, for example, a shell component or a fuselage skin of an aircraft and spacecraft, not shown, for stiffening.
  • the stiffening element 1 (see Fig. 1) has two opposite, obliquely upwardly converging webs 2, which are at their upper ends by a horizontal connection, here called head 5, connected. At the lower ends of the webs 2 each outwardly facing, horizontally extending feet 3 are attached to undersides. The undersides are provided as connecting surfaces 4 for support and for attachment to the base component 11 to be stiffened (see FIG. 3).
  • the webs 2 and the head 5 enclose an approximately trapezoidal cavity 6, whose lower opening is closed by the base member 11 (see FIG. 3).
  • the stiffening elements 1 form a mold section 13 of the fiber composite component 10 with the base component 11.
  • an inner surface section 12 is arranged on the surface of the base component 11 below a respective inner space 6 of the stiffening elements 1.
  • a mold core In the interiors 6 of the stiffening elements 1 is in each case a mold core
  • the mandrel 7 fills the cavity 6 of the stiffening element 1 completely, wherein side surfaces
  • a mold core bottom surface 9 of the mold core 7 is aligned with the respective connecting surfaces 4 of the feet 3 of the stiffening element.
  • the stiffening element 1 has already been produced at a different location, including the mold core 7 Ver. can find, and at least partially hardened.
  • the term partially hardened means that the stiffening element 1 is so far established in itself that it can be transported from its place of manufacture to the base element 11, which is still unheard in this example.
  • the mold core 7 is located in the cavity 6 of the stiffening element 1.
  • the mold core bottom surface 9 covers the inner surface portion 12 of the surface of the uncured base member 11 between the connecting surfaces 4 of the feet of the stiffening element 1. With the connecting surfaces 4, the stiffening element 1 connected to the base member 11 in a further method step.
  • multistage application of at least the mold sections 13 in an autoclave with heat and / or pressure takes place in order to produce the fiber composite component 10 stiffened with the stiffening elements 1, the connecting surfaces 4 being connected to the base component 11.
  • Various manufacturing processes can be used.
  • the so-called vacuum infusion process is selected here.
  • the prepreg method is equally applicable here.
  • the inner surface portions 12 of the surface of the base member 11 are supported and held by the mold core bottom surfaces 9 of the mandrels 7 so that no pores accumulations and fiber deflections in these skin fields of the inner surface portions 12 arise. This proves to be advantageous for the uniformity, strength and the course of force in the skin field structure.
  • the mandrel 7 consists of a core material having cork, for example cork flour with binders and fillers. It is also possible to use a compound of cork granules and rubber granules, which is called rubber cork. Also possible is a composite material consisting of at least one cork layer and at least one rubber layer.
  • This core material is introduced into a core tool 14 and brought into this in the desired shape with the cross section of the mandrel 7, here an approximately trapezoidal shape. This can be done for example by pressing.
  • the binders can be activated, such as rubber by vulcanizing agents. Other methods are of course possible.
  • the mold core 7 is surrounded by a separating layer 15 which completely encloses it on all sides and is suitable for its production process and further processing in terms of the process temperature and the process pressure.
  • the separating layer 15 serves for correct separation of the mold core 7 both from the core tool 14 as well as from the stiffening element 1 and the base member 11 during demoulding.
  • the surface finish of the release layer 15 is significant to the surface of the inner surface portion 12 (see Fig. 3).
  • the release layer 15 can be created, for example, by grinding and polishing the mandrel 7 directly on the part. It is also possible to apply suitable coatings, for example of a plastic and / or liquid release agent and / or release film.
  • the mandrel 7 is cut to the desired cross-section.
  • the core tool 14 can be schematically seen as a cutting tool.
  • FIG. 5 shows the core tool 14 with a mandrel 7 in a variation of different cross section, in which the lower corner areas are replaced by reinforcing means 17, for example strips of metal, plastic or cork and / or rubber cork.
  • reinforcing means 17 for example strips of metal, plastic or cork and / or rubber cork.
  • FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of a second embodiment of the mold core 7 according to the invention with the stiffening element 1 according to FIG. 1.
  • the mold core 7 is formed with a core interior 18 which can be filled with another core during the production of the mold core 7 .
  • This type of mandrel 7 is due to its low weight, for example, to remain in the stiffening element 1, wherein a possible core from the core interior 18 is removed.
  • the mandrel 7 is used with a stiffening layer 16, which is for example a tear-resistant fabric layer. But it can also be another, stiffening material, such as a tear-resistant release film.
  • This stiffening layer 16 can also be used instead of or as a separating layer 15 (see FIGS. 4 and 5).
  • the stiffening layer 16 is particularly advantageous when the mandrel 7 is pulled out during demolding, as it protects it from damage and its reusability is increased.
  • Fig. 7 is a schematic cross-sectional view of a third embodiment of the mandrel 7 according to the invention with the stiffening element 1 shown in FIG. 1, wherein the mandrel 7 is composed of three core segments 19 here.
  • the core segments 19 here each have triangular cross sections, but are not limited thereto.
  • the core segments 19 are firmly connected to each other, for example adhesive, wherein the adhesive for the temperatures and pressures in the manufacture of the fiber composite component 10 is suitable and resistant to the matrix materials used.
  • This embodiment is suitable, for example, for larger core cross sections.
  • the core segments 19 can be made by simple core tools 14.
  • FIG. 8 illustrates a schematic cross-sectional view of a fourth exemplary embodiment of the shaped core 7 according to the invention with the stiffening element 1 according to FIG. 1.
  • FIG. 9 shows a schematic plan view of a plate product 20 for producing the mandrel 7 of the fourth exemplary embodiment according to FIG and
  • FIG. 10 shows a side view of the plate product 20 according to FIG. 9.
  • the mold core 7 also has a core interior 18.
  • the mold core 7 has a bottom wall 21 whose outer surface forms the mold core bottom surface 9.
  • a side wall 22 is connected in a folding section 24, the outer surfaces of the side walls 22 coming into contact with the inner surfaces of the webs 2 of the reinforcing element 1.
  • the ends of the side walls 22 are also connected via folding sections 24 each having a top wall 23.
  • the head walls 23 form with their outer surfaces a contact surface against the inner surface of the head 5 of the stiffening element 1.
  • the free ends of the head walls 23 overlap and are connected together in a connecting portion 25, for example glued.
  • the mandrel 7 is first cut as a folded core of sheet material 20 illustrated in FIG. 9.
  • the plate 20 extends up and down in a certain length, which corresponds to the length of the mandrel 7 or is cut to it.
  • the individual sections indicated in FIG. 8 are formed by scoring and / or scoring the folding sections 24.
  • the connecting portion 25 is also cut obliquely in this example for overlapping.
  • the folding sections 24 can, for example, additionally be provided with adhesive and / or fixed with adhesive strips after a folding operation.
  • Fig. 10 shows a side view of the plate product 20. It can be seen here that the folding sections 24 in this embodiment have V-shaped notches.
  • the plate product can be provided on one and / or both sides with a release and / or autoclave film.
  • the sheet material 20 prepared in this way can now be subjected to a folding process according to the cross-section of the mold core 7 according to FIG. 8, for example by the side walls 22 with the head walls 23 attached thereto to the left and right around the bottom wall 21 in the clockwise and counterclockwise directions are folded, wherein the free ends of the head walls 23 overlap in the connecting portion 25 and are fastened to each other.
  • the folding process can be carried out automatically in a suitable folding tool, for example in the longitudinal direction of the mandrel (perpendicular to the plane of the drawing of FIG. 9). In this case, serve a core with the cross section of the core interior 18 as a further folding tool, which is easy to imagine.
  • FIG. 11 is a schematic view of a fixing of the mold core 7 according to the first embodiment and the stiffening element 1 of FIG. 1, and FIG. 12 illustrates a variation of the fixation shown in FIG. 11. Since, in the case of an at least partially hardened stiffening element 1, the inner surfaces are already prefabricated or finished in the cavity 6, it is possible for at least one of the side surfaces 8 of the mold core 7 bearing against the stiffening element 1 to be fixed with a fixation element. to provide element 26.
  • the fixing element 26 may be applied as adhesive tape alone, either on a side surface 8 and / or on an inner surface of the cavity 6 of the stiffening element 1.
  • the fixing element 26 is a magnetic strip or a metal strip / sheet.
  • the fixing element 26 is provided with a cross section which allows the fixing element 26 to be introduced in the longitudinal direction of the mold core 7, wherein it is held positively in the mold core in the vertical direction due to the cross-sectional shape.
  • a recess with a cross-section corresponding to the fixing element 26 is formed in the upper portion of the mold core 7, wherein a surface of the Fix michellessele- element 26 abuts the inner surface of the head 5 of the stiffening element 1.
  • a Fix michianssele- element 27 is mounted, which cooperates with the fixing element 26 here via magnetic forces.
  • the fixation auxiliary element 27 in this example is a sheet metal strip which can be magnetized.
  • fixation auxiliary element 27 is applied with slight adhesion.
  • the fixing element 26 may also be glued into a simple recess, as shown in Fig. 12, in the side surface 8 of the mandrel 7.
  • Fixation element 26 and fixation auxiliary element 27 may also be both magnetic strips. In the case of a thin-walled mold core 7, such as in the second embodiment of FIG. 6, the area in which the fixing element 26 is provided with a recess, must be thickened.
  • the mold core 7 according to the invention which has a cork material, but can also be used in a manufacturing process in which the stiffening element 1 directly is formed on the base member 11.
  • 13 shows a schematic perspective view of the exemplary embodiment of a fiber composite component 10 according to the invention during production in accordance with a second method according to the invention.
  • the mandrel 7 is here, for example, an embodiment with core interior 18 according to the second embodiment of FIG. 6.
  • Two mandrels 7 are arranged on the base member 11, wherein their mold core bottom surfaces 9, the respective mecanicflä- chenabête 12 contact.
  • the mandrels 7 are covered with one or more layers of semi-finished fiber 28, which are then impregnated with a matrix to form mold sections 13 with stiffening elements.
  • the semifinished fiber product can also already be preimpregnated with resin and is then present as a prepreg. The curing process takes place as already explained above.
  • the invention is not limited to the illustrated in the figures, special method for producing a Faserverbundbau- part for aerospace.
  • the present invention concept is also applicable to fiber composite components in sports equipment or motor sports.
  • the geometry of the mandrel is modifiable in a variety of ways.
  • a plurality of mandrels can also be used to form a mandrel.
  • the aim is to create a more complex geometry by means of the large number of cores. As a result, more complex fiber composite components can be produced.
  • stiffening profiles such as T-stringer, L-stringer, U-stringer, tubes, mixed forms of said profiles and the like.
  • the mold core 7 of the invention a cork having material supported as a support core.
  • the mandrel 7 has the respective cross-section or the respective shape of the stiffening profile section to be supported.
  • a fixation can be made, for example, as above according to FIG. 11 or 12.
  • the folding core according to FIG. 8 can also, as shown in FIG. 14 in a schematic cross-sectional view of a fifth exemplary embodiment of the mold core according to the invention with the stiffening element according to FIG. 1, have a surface overlap of two head walls 23 with a large-area connecting section 25 in the head region ,
  • This embodiment is particularly suitable for stiffening elements 1, which have already hardened and whose head area no longer has to be formed by the mandrel 7.
  • this can also be composed of individual plates.
  • FIGS. 15a to 15c show schematic perspective views of a core blank 29 for a variation of the second exemplary embodiment of the mandrel according to the invention according to FIG. 6, its processing and final shape.
  • the formation of this mandrel 7 as a hollow core with a core interior 18 has the following sub-steps: Provision of a core blank 29 or full profile, which is produced, for example, in a pressing process.
  • the outer and inner contour of the mold core 7 is produced, for example, by means of milling and / or cutting tools 30.
  • the outer geometry of the milling and / or cutting tool 30 for forming the core interior 18 corresponds to the geometric cross section of the core interior 18.
  • the rotating milling and / or cutting tool 30 is moved in the longitudinal direction of the solid profile in selbigem, through the shaft 31 of the milling and / Cutting tool 30 at the same time a longitudinal gap 32 is introduced into the top wall 23 of the mold core thus manufactured.
  • This longitudinal gap 32 can be closed with magnetic strip either with a glued strip of cork material and / or with a fixing element 26 (see, for example, Fig. 11, 12).
  • the external geometry of the mandrel 7, which is to be adapted to the internal geometry of the reinforcing element 1, is produced by appropriate machining, for example milling and / or cutting, of the core blank 29.
  • the core blank 29 may also be provided with the final outer profile.
  • the invention provides a method for producing a fiber composite component 10, in particular for aerospace, comprising the following method steps: forming a mold core 7 from a cork-comprising material with a core tool 14 for defining an outer geometry of the cork
  • Mold core 7 Arranging the mold core 7 thus formed in abutment against an at least partially hardened stiffening element 1 on a base component 11 of the fiber composite component 10 to be produced for shaping at least one mold section 13 of the fiber composite component 10 to be produced; and multi-stage applying at least the molding section 13 with heat and / or pressure for producing the fiber composite component 10; and a mold core 7 and a fiber composite component 10.
  • a mold core (7) made of a cork-comprising material with a core tool (14) for fixing an outer geometry of the mold core (7); Arranging the mold core (7) thus formed in contact with an at least partially hardened stiffening element (1) on a base component (11) of the fiber composite component (10) to be produced for shaping at least a mold section (13) of the fiber composite component (10) to be produced; and multi-stage applying at least the molding section (13) with heat and / or pressure for producing the fiber composite component (10).
  • Method according to embodiment 2 characterized in that the at least one fixing element (26) is attached to the mold core (7) and cooperates with at least one fixation element (27) removably attachable to the stiffening element (1), wherein, for example the at least one fixing element (26) and the at least one fixing auxiliary element (27) are formed with magnetic strips.
  • a method characterized in that during and / or after the forming of the mandrel (7) a release layer (15) is applied to the mandrel (7), for example, by machining operations is produced by grinding and / or polishing and / or an additionally applied release film and / or a liquid release agent.
  • the mold core (7) is formed as a hollow core with a core interior (18).
  • fiber composite component (10) with at least one stiffening element (1) in particular for aerospace, which by means of a mandrel (7) according to embodiment 12 or 13 and / or a method according to at least one of the embodiments 1 to 11 is made.

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Abstract

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (10), insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, mit den folgenden Verfahrensschritten: Ausbilden eines Formkerns (7) aus einem Kork aufweisenden Material mit einem Kernwerkzeug (14) zum Festlegen einer äußeren Geometrie des Formkerns (7); Anordnen des so ausgebildeten Formkerns (7) in Anlage an einem zumindest teilgehärteten Versteifungselement (1) auf einem Basisbauteil (11) des herzustellenden Faserverbundbauteils (10) zur Formgebung von wenigstens einem Formabschnitt (13) des herzustellenden Faserverbundbauteils (10); und mehrstufiges Beaufschlagen wenigstens des Formabschnitts (13) mit Wärme und/oder Druck zum Herstellen des Faserverbundbauteils (10); sowie einen Formkern (7) und ein Faserverbundbauteil (10).

Description

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für die Luft- und Raumfahrt
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, auf einen Formkern zur Herstellung eines derartigen Faserverbundbauteils und auf ein Faserverbundbauteil mit wenigstens einem Versteifungselement, welches mittels eines solchen Formkerns und/oder eines solchen Verfahrens hergestellt ist.
Obwohl auf beliebige Faserverbundbauteile anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik nachfolgend mit Bezug auf flächige, mit Versteifungselementen, die auch als Stringer bezeichnet werden, ver- steifte kohlenstofffaserverstärkte Kunststoff (CFK) -Bauteile, beispielsweise Rumpfschalen eines Flugzeugs, näher erläutert.
Es ist allgemein bekannt, CFK-Hautschalen mit CFK-Stringern zu versteifen, um den hohen Belastungen im Flugzeugbereich bei möglichst geringem Gewicht standzuhalten. Dabei werden im Wesentlichen zwei Arten von Stringern unterschieden: T- und Ω-Stringer .
Der Querschnitt von T-Stringern setzt sich aus dem Fuß und dem Steg zusammen. Der Fuß bildet die Verbindungsfläche zur Hautschale. Die Verwendung von T-Stringer versteiften Hautschalen ist im Flugzeugbau weit verbreitet.
Ω-Stringer weisen in etwa ein Hutprofil auf, wobei dessen Fu- ße mit der Hautschale verbunden sind. Ω-Stringer können entweder im ausgehärteten oder im ungehärteten Zustand auf die ebenfalls ausgehärtete oder ungehärtete Schale geklebt, oder gleichzeitig mit der Schale Nass-in-Nass ausgehärtet werden. Im Wesentlichen werden dabei drei unterschiedliche Fügeverfahren unterschieden:
1. Secondary Bonding: Hart/hart-Verklebung mit Klebfilm
2. Co-Bonding :
Hart/nass-Verklebung optional mit Klebfilm
3. Co-Curing:
Nass /nass-Verklebung Auch Zwischenzustände, wie teilgehärtet, sind möglich. Zur Herstellung von mit ausgehärteten und/oder ungehärteten Ω- Stringern versteiften ungehärteten oder ausgehärteten Hautschalen sind jedoch Stütz- bzw. Formkerne notwendig. Einerseits hat der Stütz- bzw. Formkern die Funktion, die unter dem Hohlraum der ausgehärteten Stringer befindlichen ungehärteten Faserhalbzeuge der Hautschale und/oder die formlabilen Faserhalbzeuge der Stringer während des Herstellungsprozesses in der gewünschten Ω-Form zu fixieren und abzustützen. Andererseits überträgt der Stütz- bzw. Formkern beim Co-Bonding bzw. beim Co-Curing Verfahren den erforderlichen Autoklavdruck auf den ungehärteten Fügepartner.
Bislang ist vorgesehen, bei einem Autoklavprozess zum Verkleben der ausgehärteten Ω-Stringer mit der ungehärteten Haut als Stützkern zum Beispiel profilierte Folienschläuche aus beispielsweise Polyamid (PA) bzw. Fluorpolymer (FEP) oder Hohlprofile aus Silikongummi zu verwenden. Der Autoklavdruck wirkt dabei innenseitig auf den Folienschlauch bzw. das Silikonprofil, welche wiederum den Autoklavdruck auf das ungehär- tete Hautlaminat unter dem Ω-Stringer übertragen. Nach dem Härtungsprozess werden die Stützkerne wieder entfernt.
Die bisher untersuchten Stützkernwerkstoffe führen nicht immer zu einer reproduzierbar guten Bauteilqualität. Die erfor- derliche Innenkontur kann nicht immer erzeugt werden. So genannte „Schlauchplatzer" führen zu porösen Laminaten bzw. zu unzureichenden Klebfugen und damit zu aufwendiger Nacharbeit oder zu Ausschuss.
Es besteht bei der Herstellung von mit Ω-Stringern versteif- ten Hautschalen auch das Problem, dass die gegenwärtig für den Stütz- bzw. Formkern verwendeten Materialien kostenintensiv (insbesondere Hohlprofile aus Silikongummi wegen geringer Standzeit und möglicher Beschädigungen) sind und nach dem Ausbilden der Ω-Stringer nur schwierig entfernt werden können (z.B. wegen Folieneinschlüssen), so dass das in den Stringern verbleibende Material zu dem Gesamtgewicht des Flugzeugs nachteilig beiträgt. Weiterhin können sich Porenansammlungen und Faserauslenkungen im Hautfeld ergeben, was sich nachteilig für die Gleichmäßigkeit, Festigkeit und den Kraftverlauf in der Hautfeldstruktur auswirken kann.
Für eine akustische Geräuschdämpfung ist es bekannt, einen Verbund aus CFK und Gummi auf die Hautfelder zwischen den Stringern aufzubringen.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstigeres und leichteres Faserverbundbauteil, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, bereitzustellen .
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder 4, einen Formkern mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 und/oder durch ein Faserverbundbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst.
Demgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, mit den folgenden Verfahrensschritten geschaffen: Zunächst wird ein Formkern aus einem Kork aufweisenden Material mit einem Kernwerkzeug zum Festlegen einer äußeren Geometrie des Formkerns ausgebildet. Dieser so erstellte Form- - A -
kern wird dann in Anlage an einem zumindest teilgehärteten Versteifungselement auf einem Basisbauteil des herzustellenden Faserverbundbauteils zur Formgebung von wenigstens einem Formabschnitt des herzustellenden Faserverbundbauteils ange- ordnet. Ein mehrstufiges Beaufschlagen wenigstens des Formabschnitts mit Wärme und/oder Druck erfolgt zum Herstellen des Faserverbundbauteils .
Bei einem weiteren Verfahren zur Herstellung eines Faserver- bundbauteils, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, wird ein Formkern aus einem Kork aufweisenden Material mit einem Kernwerkzeug zum Festlegen einer äußeren Geometrie des Formkerns ausgebildet, wobei dieser Formkern dann auf einem Basisbauteil des herzustellenden Faserverbundbauteils angeord- net wird. Auf diesem wird dann wenigstens abschnittsweise wenigstens ein Faserhalbzeug zur Formgebung von wenigstens einem Formabschnitt des herzustellenden Faserverbundbauteils abgelegt. Dem schließt sich ein mehrstufiges Beaufschlagen wenigstens des Formabschnitts mit Wärme und/oder Druck zum erfolgt zum Herstellen des Faserverbundbauteils an.
Ferner wird ein Formkern zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, insbesondere eines Versteifungselementes, beispielsweise eines Stringers, an einem Basisteil, mit einem Kernwerkstoff, der Kork aufweist, bereitgestellt.
Weiterhin wird ein Faserverbundbauteil mit wenigstens einem Versteifungselement, insbesondere für Luft- und Raumfahrt, welches mittels des erfindungsgemäßen Formkerns und/oder dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, bereitgestellt.
Eine der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Ideen besteht darin, dass der Formkern aus einem Kork aufweisenden Material ausgebildet wird.
Somit weist die vorliegende Erfindung gegenüber den eingangs genannten Ansätzen den Vorteil auf, dass das Faserverbundbau- teil mittels eines kostengünstigeren Formkerns herstellbar ist. Der Formkern kann außerdem mehrere Funktionen aufweisen.
Das Versteifungselement kann einen Hohlraum aufweisen und beispielsweise ein Ω-Stringer sein. Aber auch Hohlräume mit anderen Querschnitten, wie zum Beispiel trapezförmige, drei- eckförmige, ringförmige, wellenförmige u.dgl., sind möglich. Auch Versteifungselemente ohne Hohlraum, wie zum Beispiel T- Stringer, U-Stringer, L-Stringer, sind mittels des Formkerns in Funktion als Stützkern zum Beispiel seitlich abstützbar. Der Formkern ist dann jeweils an diese Geometrien teilweise, z.B. als äußerer Stützkern, oder vollständig, z.B. als innerer Stützkern, angepasst und weist die jeweilige Querschnittsform auf.
Zunächst kann der Formkern in Anlage an ein ausgehärtetes oder teilgehärtetes Versteifungselement mit diesem auf ein ungehärtetes, teil- oder auch ausgehärtetes Basisbauteil als Stützkern des Versteifungselementes aufgebracht werden.
Weiterhin kann der Formkern auf einem Basisbauteil angeordnet werden und zur Herstellung eines Versteifungselementes auf einem ungehärteten, teil- oder ausgehärteten Basisbauteil benutzt werden, indem auf dem Formkern Faserhalbzeuge für das zu erstellende Versteifungselement abgelegt werden.
In einer Funktion als reiner Stützkern wird er nach Autoklavhärtung des Faserverbundbauteils aus dem Versteifungselement entnommen und/oder von diesem abgenommen. Der Stützkern ist formstabil und gleichzeitig elastisch, was zu einer guten
Qualität des Faserverbundbauteils führt. Zudem ist er mehrfach verwendbar und senkt damit Kosten. Sein relativ geringes Gewicht macht ihn gut handhabbar. Außerdem ist er recyclebar.
In einer weiteren Funktion verbleibt der Formkern als so genannter „fliegender Stützkern" im und/oder am Versteifungselement. Dazu ergibt sich zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen der Vorteil einer akustischen Geräuschdämmung, wobei zumindest teilweise auf eine zusätzliche Schalldämmung mit herkömmlichem Material verzichtet werden kann. Ein Faserverbundbauteil in Form einer Rumpfschale weist durch verblei- bende Stützkerne aus Kork in und/oder an den Versteifungselementen ein verbessertes Impactverhalten sowie ein verbessertes Durchbrandverhalten (kann auch durch Zusätze von Flammhemmern gesteigert werden) auf. Außerdem wird so eine, zumindest teilweise, thermische Isolierung ermöglicht.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung.
In dem Fall, in welchem das Versteifungselement zumindest teilgehärtet, d. h. vorgehärtet oder ausgehärtet, ist, kann der Formkern mit zumindest einem Fixierungselement für ein Fixieren des Formkerns an dem Versteifungselement versehen sein. Insbesondere wenn der Formkern im Bauteil verbleibt, kann diese Fixierung zum Beispiel in Form von Klebebändern und/oder Harzfilmen und/oder Klebfilmen, die lokal und/oder kontinuierlich aufgebracht werden, erfolgen.
Wenn der Formkern wieder entfernt werden soll, ist dabei bevorzugt, dass das zumindest eine Fixierungselement am Form- kern angebracht wird und mit zumindest einem am Versteifungselement entfernbar anbringbaren Fixierungshilfselement zusammenwirkt, wobei beispielsweise das zumindest eine Fixierungselement und das zumindest eine Fixierungshilfselement mit Magnetstreifen ausgebildet werden. Dabei kann zum Beispiel der Formkern an einer oder mehreren Seitenflächen, die zur
Anlage an das Versteifungselement vorgesehen sind, mit einem Magnetstreifen ausgerüstet sein. Dieser Magnetstreifen kann aufgeklebt und/oder in eine entsprechende (z.B. gefräste oder eingeformte) Nut oder Ausnehmung eingefügt sein. Diese Nut oder Ausnehmung entspricht dem geometrischen Querschnitt des Magnetstreifens. Damit ergibt sich der Vorteil eines einfachen Einführens des Magnetstreifens und einer rückstandsfrei- en Fixierung. Bei dünnwandigen Formkernen kann im Bereich der Anbringung bzw. Einfügung des Magnetstreifens eine lokale Aufdickung erfolgen. Das Versteifungselement ist dann auf der korrespondierenden Seite/Fläche mit einem entfernbaren Me- tallstreifen, z.B. ein Blechstreifen, der mit dem Magnetstreifen zusammenwirkt, versehen. Der Metallstreifen als Fixierungshilfsmittel kann auch ein Magnetstreifen sein. Vorteilhaft dabei ist, dass auch dieses Fixierungshilfsmittel leicht applizierbar und leicht entfernbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden im Bereich scharfkantig auszubildender Übergänge der äußeren Geometrie des auszubildenden Formkerns Verstärkungsmittel angeordnet. Diese Verstärkungsmittel, insbesondere Eckprofil- teile, weisen den Vorteil auf, dass sie die scharfen Kanten und Ecken ausbilden, wobei der Formkern in diesen Bereich mit leicht herzustellenden Ausrundungen versehen werden kann.
Vorzugsweise wird eine Trennschicht auf den Formkern aufge- bracht bzw. auf ihm erzeugt, welche ein Anhaften des Materials des Versteifungselementes bzw. des Faserhalbzeugs und/oder einer Matrix an dem Formkern verhindert. Die Trennschicht kann beispielsweise durch Bearbeitungsvorgänge mittels Schleifen und/oder Polieren direkt erzeugt werden. Die Trennschicht kann aber auch aus einer Trennfolie und/oder aus einem Flüssigtrennmittel bestehen und zusätzlich aufgebracht werden. Dadurch wird ein Entfernen des Formkerns nach dem wenigstens teilweisen Aushärten des mittels des Formkerns geschaffenen Abschnitts des Faserverbundbauteils erleichtert.
Unter Faserhalbzeugen sind Gewebe, Gelege und Fasermatten zu verstehen. Diese werden mit einer Matrix, beispielsweise einem Epoxidharz, versehen und anschließend beispielsweise in einem Autoklav ausgehärtet. Hierzu können Handlaminier-, Prepreg-, Spritzpress- und/oder Vakuuminfusionsverfahren, auch in Verbindung mit Wickeltechnik, zur Anwendung kommen.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Formkern auf einem Basisteil aus Faserverbundhalbzeugen angeordnet und/oder mit Faserhalbzeugen zum Ausbilden wenigstens eines Formabschnitts des Faserverbundbauteils wenigstens teilweise umgeben. Somit können vorteilhaft Basis- teile, beispielsweise Hautschalen, Druckkalotten etc, mit Ω- Stringern aber auch anderen Versteifungselementen ausgebildet werden. Alternativ oder zusätzlich können auch separate Faserverbundbauteile, die gänzlich in ihrer Form durch den Formkern definiert werden, hergestellt werden.
Der Formkern kann nach dem Aushärten, beispielsweise bei der Herstellung eines Ω-Stringers, aus diesem in Längsrichtung des Stringers herausgezogen werden, was durch die Trennschicht erleichtert wird. Ein Beschädigen des Formkerns wird dadurch verhindert, dass der Formkern mit zumindest einer Versteifungsschicht, zum Beispiel aus reißfestem Gewebe und/oder mit einer reißfesten Trennfolie, ausgebildet wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Formkern mit wenigstens einem Hinterschnitt ausgebildet. Dieser Hinterschnitt liegt vorzugsweise in Längsrichtung des Formkerns. Somit lassen sich mittels eines solchen Formkerns Stringer mit in deren Längsrichtung variablem Querschnitt herstellen .
Der Formkern kann mittels eines Pressverfahrens ausgebildet sein. Dabei wird zum Beispiel Korkmehl mit einem Binder und Füllstoff aus beispielsweise Gummigranulat vermischt und zu der gewünschten Gestalt des Formkerns mittels eines Formwerk- zeugs gepresst. Es ist auch möglich, dass ein so hergestellter Formkern mittels abtragender Bearbeitungen auf ein Endmaß gebracht wird, wie zum Beispiel mittels Schneiden, Schleifen und auch Polieren.
Der Formkern kann auch aus zumindest zwei Kernsegmenten, zum Beispiel zweier mit Pressverfahren oder auch auf anderem Wege hergestellter Segmente, zusammengesetzt werden, wobei die Segmente aneinander geklebt werden. Sie können nachträglich natürlich auch noch endbearbeitet werden.
Der Formkern kann auch als Hohlkern mit einem Kerninnenraum gebildet werden. Dabei können Seitenwände aus einzelnen Platten zur endgültigen Form zusammengesetzt werden. Es ist auch möglich, dass der Formkern gepresst wird, wobei der Innenraum mit einem entsprechenden Kern ausgefüllt ist.
In einer anderen Ausführung weist das Ausbilden des Formkerns als Hohlkern mit einem Kerninnenraum folgende Teilschritte auf: Bereitstellen eines Vollprofils, das zum Beispiel in einem Pressverfahren hergestellt ist. Es wird die Außen- und Innenkontur des Formkerns zum Beispiel mittels Fräs- und/oder Schneidwerkzeuge erzeugt. Die Außengeometrie des Fräs- und/oder Schneidwerkzeugs zum Ausbilden des Kerninnenraums entspricht dem geometrischen Querschnitt des Kerninnenraums. Das rotierende Fräs- und/oder Schneidwerkzeug wird in Längs- richtung des Vollprofils in selbigem bewegt, wobei durch den Schaft des Fräs- und/oder Schneidwerkzeugs gleichzeitig ein Längsspalt in die Kopfwand des so gefertigten Formkerns eingebracht wird. Dieser Spalt kann beispielsweise entweder mit einem aufgeklebten Streifen aus einem Kork aufweisenden Mate- rial und/oder mit einem Fixierungselement mit Magnetstreifen geschlossen werden.
In einer noch anderen Ausführung weist das Ausbilden des Formkerns folgende Teilschritte auf: Bereitstellen von Plat- tenware, die zum Beispiel durch Kalandrieren oder andere
Pressverfahren hergestellt ist. Es werden dann Zuschnitte zugeschnitten, die mit einem Faltwerkzeug gefaltet und dann mittels des Kernwerkzeugs verbunden werden. Dabei dient das Kernwerkzeug als äußere Form. In einem Innenraum kann ein weiterer Kern eingebracht sein, wobei dieser Kern beim Falten der Plattenware als eine Art Aufwickelkern dienen kann. Zum Falten kann die Plattenware entsprechend vorgeritzt und/oder mit Kerben versehen werden.
Ein erfindungsgemäßer Formkern zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, insbesondere eines Versteifungselementes an/auf einem Basisbauteil in der Luft- und Raumfahrt, ist mit einem Kork aufweisenden Material ausgebildet und kann wie oben beschrieben hergestellt werden.
Ein Faserverbundbauteil mit wenigstens einem Versteifungsele- ment, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, ist mit einem oben beschriebenen Formkern hergestellt.
In einer weiteren Ausführungsform ist bei dem Faserverbundbauteil der Formkern in Anlage an dem wenigstens einen Ver- steifungselement als Geräuschdämpfungsmittel und/oder thermisches Isolationselement angeordnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie- Ie näher erläutert. Es zeigen dabei:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Versteifungselementes;
Fig. 2 die Ansicht nach Fig. 1 mit einem Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Formkerns ;
Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils beim Herstellen gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren; Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Formkerns nach Fig. 2 in einem Form- bzw. Kernwerkzeug;
Fig. 5 eine Variation des ersten Ausführungsbeispiels nach Fig. 4;
Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Formkerns mit dem Versteifungselement nach Fig. 1 ;
Fig. 7 eine schematische Querschnittsansicht eines dritten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Form- kerns mit dem Versteifungselement nach Fig. 1 ;
Fig. 8 eine schematische Querschnittsansicht eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Formkerns mit dem Versteifungselement nach Fig. 1 ;
Fig. 9 eine schematische Draufsicht auf eine Plattenware zur Herstellung des vierten Ausführungsbeispiels nach Fig. 8 ;
Fig. 10 eine Seitenansicht der Plattenware nach Fig. 9;
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Fixierung des Formkerns nach dem ersten Ausführungsbeispiel und des Versteifungselementes nach Fig. 1 ;
Fig. 12 eine Variation der in Fig. 11 dargestellten Fixierung;
Fig. 13 eine schematische perspektivische Ansicht des Aus- führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils beim Herstellen gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren; Fig. 14 eine schematische Querschnittsansicht eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Formkerns mit dem Versteifungselement nach Fig. 1 ;
Fig. 15a eine schematische perspektivische Ansicht eines
Kernrohlings für eine Variation des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Formkerns nach Fig. 6;
Fig. 15b eine schematische perspektivische Ansicht einer Bearbeitung des Kernrohlings nach Fig. 15a; und
Fig. 15b eine schematische perspektivische Darstellung einer Variation des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Formkerns nach Fig. 6.
In allen Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente - sofern nichts anders angegeben ist - mit jeweils den gleichen Bezugszeichen versehen worden.
Es wird zunächst Bezug auf die Figuren 1 bis 3 genommen.
In Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Versteifungselementes 1 illustriert. Fig. 2 zeigt die Ansicht nach Fig. 1 mit einem Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Formkerns 7 und Fig. 3 stellt eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Faserverbundbau- teils 10 beim Herstellen gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren dar.
Das Versteifungselement 1 ist in diesem Beispiel ein so genannter Ω-Stringer mit einer Art Hutprofil, wie in Fig. 1 ge- zeigt ist, und steht senkrecht auf der Zeichnungsebene. Eine perspektivische Ansicht ist in Fig. 3 dargestellt, wobei beispielhaft zwei Versteifungselemente 1 illustriert sind, die auf einem Basisbauteil 11, zum Beispiel einem Schalenbauteil oder einer Rumpfhaut eines nicht gezeigte Luft- und Raumfahrzeugs, zur Versteifung aufgebracht sind.
Das Versteifungselement 1 (siehe Fig. 1) weist zwei gegenüberliegende, schräg nach oben auf einander zulaufende Stege 2 auf, die an ihren oberen Enden durch eine horizontale Verbindung, hier Kopf 5 genannt, verbunden sind. An den unteren Enden der Stege 2 sind jeweils nach außen weisende, horizontal verlaufende Füße 3 mit Unterseiten angebracht. Die Unterseiten sind als Verbindungsflächen 4 zur Auflage und zur Anbringung auf dem zu versteifenden Basisbauteil 11 (siehe Fig. 3) vorgesehen. Die Stege 2 und der Kopf 5 umschließen einen, in etwa trapezförmigen Hohlraum 6, dessen untere Öffnung durch das Basisbauteil 11 (siehe Fig. 3) verschlossen ist.
In Fig. 3 bilden die Versteifungselemente 1 mit dem Basisbauteil 11 einen Formabschnitt 13 des Faserverbundbauteils 10. Dabei ist jeweils ein Innenflächenabschnitt 12 auf der Ober- fläche des Basisbauteils 11 unterhalb eines jeweiligen Innenraums 6 der Versteifungselemente 1 angeordnet. In den Innenräumen 6 der Versteifungselemente 1 ist jeweils ein Formkern
7 angeordnet, wie in Fig. 2 im Querschnitt verdeutlicht wird. Es können aber auch mehrere Formkerne 7 hintereinander ange- ordnet sein.
In diesem Beispiel füllt der Formkern 7 den Hohlraum 6 des Versteifungselementes 1 vollständig aus, wobei Seitenflächen
8 des Formkerns 7 an den Innenseiten der Stege 2 und des Kop- fes 5 des Versteifungselementes 1 anliegen und diese kontaktieren. Eine Formkernbodenfläche 9 des Formkerns 7 fluchtet mit den jeweiligen Verbindungsflächen 4 der Füße 3 des Versteifungselementes 1.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist das Versteifungselement 1 bereits an einem anderen Ort hergestellt worden, wozu auch der Formkern 7 Ver- wendung finden kann, und zumindest teilgehärtet sein kann. Hier bedeutet der Begriff teilgehärtet, dass das Versteifungselement 1 soweit in sich gefestigt ist, dass es von seinem Herstellungsort auf das, in diesem Beispiel noch ungehär- tete Basisbauteil 11 transportiert werden kann. Dabei befindet sich der Formkern 7 in dem Hohlraum 6 des Versteifungselementes 1. Beim Anordnen auf dem Basisbauteil 11 bedeckt die Formkernbodenfläche 9 den Innenflächenabschnitt 12 der Oberfläche des ungehärteten Basisbauteils 11 zwischen den Verbindungsflächen 4 der Füße des Versteifungselementes 1. Mit den Verbindungsflächen 4 wird das Versteifungselement 1 mit dem Basisbauteil 11 in einem weiteren Verfahrensschritt verbunden .
Dazu erfolgt mehrstufiges Beaufschlagen wenigstens der Formabschnitte 13 in einem Autoklav mit Wärme und/oder Druck, um das mit den Versteifungselementen 1 versteifte Faserverbundbauteil 10 herzustellen, wobei die Verbindungsflächen 4 mit dem Basisbauteil 11 verbunden werden. Dabei können verschie- dene Fertigungsverfahren angewendet werden. Vorzugsweise wird hier das so genannte Vakuuminfusionsverfahren gewählt. Das Prepreg-Verfahren ist hier jedoch genauso anwendbar.
Dabei werden die Innenflächenabschnitte 12 der Oberfläche des Basisbauteils 11 durch die Formkernbodenflächen 9 der Formkerne 7 so gestützt und gehalten, dass sich keine Porenansammlungen und Faserauslenkungen in diesen Hautfeldern der Innenflächenabschnitte 12 ergeben. Dies erweist sich als vorteilhaft für die Gleichmäßigkeit, Festigkeit und den Kraft- verlauf in der Hautfeldstruktur.
Im Weiteren wird die Erstellung der Formkerne 7 anhand der Figuren 4 bis 10 beschrieben.
Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Formkerns 7 in einem Querschnitt. Der Formkern 7 besteht aus einem Kernwerkstoff, der Kork aufweist, zum Beispiel Korkmehl mit Bindemitteln und Füllstoffen. Es ist auch ein Compound aus Korkgranulat und Gummigra- nulat, was als Gummikork bezeichnet wird, möglich. Möglich ist auch ein Verbundwerkstoff bestehend aus zumindest einer Korkschicht und zumindest einer Gummischicht. Dieser Kernwerkstoff wird in ein Kernwerkzeug 14 eingebracht und in diesem in die gewünschte Form mit dem Querschnitt des Formkerns 7, hier eine etwa trapezförmige Gestalt, gebracht. Dies kann zum Beispiel durch Pressen erfolgen. Durch Aufbringung von Wärme können die Bindemittel aktiviert werden, wie zum Beispiel Gummi durch Vulkanisierstoffe. Andere Verfahren sind selbstverständlich möglich.
In diesem Beispiel ist der Formkern 7 mit einer Trennschicht 15 umgeben, welche ihn auf allen Seiten vollständig umschließt und für sein Herstellungsverfahren und Weiterbe- und Verarbeitung hinsichtlich der Prozesstemperatur und dem Pro- zessdruck geeignet ist. Die Trennschicht 15 dient zur korrekten Trennung des Formkerns 7 sowohl vom Kernwerkzeug 14 wie auch vom Versteifungselement 1 und dem Basisbauteil 11 beim Entformen. Die Oberflächenbeschaffenheit der Trennschicht 15 ist bedeutend für die Oberfläche des Innenflächenabschnitts 12 (siehe Fig. 3) . Die Trennschicht 15 kann zum Beispiel mittels Schleifen und Polieren des Formkerns 7 direkt am Teil erstellt werden. Auch ist es möglich, geeignete Beschichtun- gen, zum Beispiel aus einem Kunststoff und/oder Flüssig- Trennmittel und/oder Trennfolie, aufzubringen.
Es ist auch in anderer Ausführung möglich, dass der Formkern 7 auf den gewünschten Querschnitt zugeschnitten wird. Dann kann das Kernwerkzeug 14 zum Beispiel schematisch als Schneidwerkzeug gesehen werden.
Fig. 5 zeigt das Kernwerkzeug 14 mit einem Formkern 7 in einer Variation mit unterschiedlichem Querschnitt, bei welchem die unteren Eckbereiche durch Verstärkungsmittel 17, beispielsweise Leisten aus Metall, Kunststoff oder Kork und/oder Gummikork, ersetzt sind. So kann der Formkern 7 besonders gut ausgebildete Eckbereiche erhalten, indem die Verstärkungsmit- tel 17 in einem separaten Werkzeug angefertigt werden. Beim Entfernen der Formkerne 7 aus den Versteifungselementen 1 können diese Verstärkungsmittel 17 je nach Ausführung mit entfernt werden oder im Versteifungselement 1 verbleiben.
Fig. 6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Formkerns 7 mit dem Versteifungselement 1 nach Fig. 1. In dieser Ausführung ist der Formkern 7 mit einem Kerninnenraum 18 ausgebildet, welcher bei der Herstellung des Formkerns 7 mit einem weiteren Kern ausgefüllt sein kann. Diese Art des Formkerns 7 eignet sich aufgrund seines geringen Gewichts beispielsweise zum Verbleib im Versteifungselement 1, wobei ein eventueller Kern aus dem Kerninnenraum 18 entfernt wird.
Hier wird der Formkern 7 mit einer Versteifungsschicht 16 verwendet, die zum Beispiel eine reißfeste Gewebeschicht ist. Es kann aber auch ein anderer, versteifender Werkstoff, beispielsweise eine reißfeste Trennfolie, sein. Diese Versteifungsschicht 16 kann auch anstelle oder als Trennschicht 15 (siehe Fig. 4 und 5) Verwendung finden. Die Versteifungsschicht 16 ist besonders vorteilhaft, wenn der Formkern 7 beim Entformen herausgezogen wird, da er dadurch vor Beschädigungen geschützt und seine Wiederverwendbarkeit erhöht wird.
In Fig. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Formkerns 7 mit dem Versteifungselement 1 nach Fig. 1 gezeigt, wobei der Formkern 7 hier aus drei Kernsegmenten 19 zusammengesetzt ist. Die Kernsegmente 19 weise hier jeweils dreieckige Querschnitte auf, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Kernsegmente 19 sind miteinander fest verbunden, zum Beispiel ver- klebt, wobei der Klebstoff für die Temperaturen und Drücke beim Herstellen des Faserverbundbauteils 10 geeignet und gegenüber den verwendeten Matrixwerkstoffen beständig ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist zum Beispiel für größere Kern- querschnitte geeignet. Die Kernsegmente 19 können durch einfache Kernwerkzeuge 14 hergestellt werden.
Fig. 8 illustriert eine schematische Querschnittsansicht eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Form- kerns 7 mit dem Versteifungselement 1 nach Fig. 1. Hierzu stellt Fig. 9 eine schematische Draufsicht auf eine Plattenware 20 zur Herstellung des Formkerns 7 des vierten Ausführungsbeispiels nach Fig. 8 dar und Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht der Plattenware 20 nach Fig. 9.
Der Formkern 7 weist ebenfalls wie das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 einen Kerninnenraum 18 auf. Der Formkern 7 besitzt eine Bodenwand 21, deren Außenfläche die Formkernbodenfläche 9 bildet. An den Enden der Bodenwand 21 ist jeweils eine Seitenwand 22 in einem Faltabschnitt 24 angebunden, wobei die Außenflächen der Seitenwände 22 an den Innenflächen der Stege 2 des Versteifungselementes 1 zur Anlage kommen. Die Enden der Seitenwände 22 sind auch über Faltabschnitte 24 jeweils mit einer Kopfwand 23 verbunden. Die Kopfwände 23 bilden mit ihren Außenflächen eine Anlagefläche an die Innenfläche des Kopfes 5 des Versteifungselementes 1. Die freien Enden der Kopfwände 23 überlappen sich und sind in einem Verbindungsabschnitt 25 miteinander verbunden, zum Beispiel verklebt.
Nach dem vierten Ausführungsbeispiel wird der Formkern 7 als ein Faltkern aus einer Plattenware 20, die in Fig. 9 illustriert ist, zunächst zugeschnitten. In Fig. 9 erstreckt sich die Plattenware 20 nach oben und unten in einer bestimmten Länge, die der Länge des Formkerns 7 entspricht oder darauf zugeschnitten wird. In der Breite der Plattenware 20, d.h. hier in der Fig. 9 von links nach rechts, werden die oben un- ter Fig. 8 angegebenen einzelnen Abschnitte durch Einritzen und/oder Einkerben der Faltabschnitte 24 gebildet. Der Verbindungsabschnitt 25 wird ebenfalls in diesem Beispiel zur Überlappung schräg angeschnitten. Die Faltabschnitte 24 kön- nen zum Beispiel zusätzlich mit Klebstoff versehen und/oder nach einem Faltvorgang mit Klebestreifen fixiert werden. Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht der Plattenware 20. Hierbei ist ersichtlich, dass die Faltabschnitte 24 in dieser Ausführung V-förmige Kerben aufweisen. Optional kann die Plattenware ein- und/oder beidseitig mit einer Trenn- und/oder Autoklavfolie versehen werden.
Die so vorbereitete Plattenware 20 kann nun gemäß dem Querschnitt des Formkerns 7 nach Fig. 8 einem Faltvorgang unter- zogen werden, indem zum Beispiel die Seitenwände 22 mit den daran befestigten Kopfwänden 23 links und rechts um die Bodenwand 21 jeweils im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn gefaltet werden, wobei die freien Enden der Kopfwände 23 im Verbindungsabschnitt 25 überlappen und aneinander befes- tigt werden. Der Faltvorgang kann automatisch in einem geeigneten Faltwerkzeug erfolgen, zum Beispiel in Längsrichtung des Formkerns (senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 9) . Dabei kann ein Kern mit dem Querschnitt des Kerninnenraums 18 als weiteres Faltwerkzeug dienen, was leicht vorstellbar ist.
Beim Transport der Versteifungselemente 1 mit innen angeordneten Formkernen 7 als Stützkerne, beim Anordnen auf dem Basisbauteil 11 und zu anderen Zwecken kann eine Fixierung von Versteifungselement 1 und Formkern 7 nötig sein. Fig. 11 ist eine schematische Darstellung einer Fixierung des Formkerns 7 nach dem ersten Ausführungsbeispiel und des Versteifungselementes 1 nach Fig. 1, und Fig. 12 illustriert eine Variation der in Fig. 11 dargestellten Fixierung. Da bei einem zumindest teilgehärteten Versteifungselement 1 die Innenflächen im Hohlraum 6 bereits vorgefertigt bzw. fertig ausgebildet sind, ist es möglich, zumindest eine der am Versteifungselement 1 anliegenden Seitenflächen 8 des Formkerns 7 mit einem Fixie- rungselement 26 zu versehen. In einer nicht gezeigten Ausführung kann das Fixierungselement 26 als Klebeband allein, entweder auf einer Seitenfläche 8 und/oder auf einer Innenfläche des Hohlraums 6 des Versteifungselementes 1 angebracht sein. In der in Fig. 11 und 12 gezeigten Ausführung ist das Fixierungselement 26 jeweils ein Magnetstreifen oder ein Metallstreifen/blech. In Fig. 11 ist das Fixierungselement 26 mit einem Querschnitt versehen, der es erlaubt, das Fixierungselement 26 in Längsrichtung des Formkerns 7 einzuführen, wo- bei es in senkrechter Richtung dazu aufgrund der Querschnittsform formschlüssig im Formkern gehalten ist. Hier ist eine Ausnehmung mit einem zu dem Fixierungselement 26 korrespondierenden Querschnitt in den oberen Abschnitt des Formkerns 7 eingeformt, wobei eine Oberfläche des Fixierungsele- mentes 26 an der Innenfläche des Kopfes 5 des Versteifungselementes 1 anliegt. An der gegenüberliegenden Außenseite des Kopfes 5 ist ein Fixierungshilfselement 27 angebracht, welches mit dem Fixierungselement 26 hier über Magnetkräfte zusammenwirkt. Das Fixierungshilfselement 27 ist in diesem Bei- spiel ein Metallblechstreifen, welcher magnetisierbar ist.
Damit wird eine rückstandsfreie Fixierung von Formkern 7 und Versteifungselement 1 möglich, wobei das Fixierungshilfselement 27 leicht haftend aufgebracht ist. Vor einer Autoklavfahrt nach dem Positionieren des Versteifungselementes auf dem Basisbauteil 11 wird das Fixierungshilfselement 27 wieder entfernt. Das Fixierungselement 26 kann auch in eine einfache Ausnehmung, wie in Fig. 12 gezeigt, in die Seitenfläche 8 des Formkerns 7 eingeklebt sein. Fixierungselement 26 und Fixie- rungshilfselement 27 können auch beide Magnetstreifen sein. Im Falle eines dünnwandigen Formkerns 7, wie zum Beispiel im zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 6, muss der Bereich, in welchem das Fixierungselement 26 mit einer Ausnehmung vorgesehen ist, aufgedickt sein.
Der erfindungsgemäße Formkern 7, welcher einen Korkwerkstoff aufweist, kann aber auch bei einem Fertigungsverfahren angewendet werden, bei welchem das Versteifungselement 1 direkt auf dem Basisbauteil 11 gebildet wird. Hierzu zeigt Fig. 13 eine schematische perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils 10 beim Herstellen gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren.
Der Formkern 7 ist hier zum Beispiel eine Ausführung mit Kerninnenraum 18 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 6. Zwei Formkerne 7 sind auf dem Basisbauteil 11 angeordnet, wobei ihre Formkernbodenflächen 9 die jeweiligen Innenflä- chenabschnitte 12 kontaktieren. Die Formkerne 7 sind mit einer oder mehreren Lagen Faserhalbzeug 28 belegt, welche dann mit einer Matrix getränkt werden, um Formabschnitte 13 mit Versteifungselementen zu bilden. Das Faserhalbzeug kann aber auch schon mit Harz vorimprägniert sein und liegt dann als Prepreg vor. Der Aushärtevorgang erfolgt wie bereits oben erläutert .
Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren dargestellte, spezielle Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbau- teils für die Luft- und Raumfahrt beschränkt.
So ist beispielsweise der vorliegende Erfindungsgedanke auch auf Faserverbundbauteile im Sportgeräte- oder Motorsportbereich, anwendbar.
Ferner ist die Geometrie des Formkerns auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Ferner können auch mehrere Formkerne verwendet werden, um ei- nen Formkern auszubilden. Dabei ist es das Ziel, eine komplexere Geometrie mittels der Vielzahl an Formkernen zu schaffen. Folglich können komplexere Faserverbundbauteile hergestellt werden.
Auch andere Versteifungsprofile, wie zum Beispiel T-Stringer, L-Stringer, U-Stringer, Rohre, Mischformen der genannten Profile u.dgl. können mit dem erfindungsgemäßen Formkern 7 aus einem Kork aufweisenden Material als Stützkern gestützt werden. Dazu weist der Formkern 7 den jeweiligen Querschnitt bzw. die jeweilige Form des zu stützenden Versteifungsprofilabschnitts auf. Eine Fixierung kann zum Beispiel wie oben gemäß der Fig. 11 oder 12 vorgenommen werden.
Der Faltkern nach Fig. 8 kann auch, wie in Fig. 14 in einer schematischen Querschnittsansicht eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Formkerns mit dem Verstei- fungselement nach Fig. 1 gezeigt ist, im Kopfbereich eine flächige Überlappung zweier Kopfwände 23 mit einem großflächigen Verbindungsabschnitt 25 aufweisen. Diese Ausführung eignet sich besonders für Versteifungselemente 1, welche bereits ausgehärtet sind und deren Kopfbereich nicht mehr durch den Formkern 7 geformt werden muss.
Anstelle eines Faltkerns kann dieser auch aus Einzelplatten zusammengesetzt sein.
Es ist weiterhin möglich, den Formkern 7 aus einem Vollmaterial herzustellen. Dazu zeigen Fig. 15a bis 15c schematische perspektivische Ansichten eines Kernrohlings 29 für eine Variation des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Formkerns nach Fig. 6, seine Bearbeitung und Endform. Da- zu weist das Ausbilden dieses Formkerns 7 als Hohlkern mit einem Kerninnenraum 18 folgende Teilschritte auf: Bereitstellen eines Kernrohlings 29 bzw. Vollprofils, das zum Beispiel in einem Pressverfahren hergestellt ist. Es wird die Außen- und Innenkontur des Formkerns 7 zum Beispiel mittels Fräs- und/oder Schneidwerkzeuge 30 erzeugt. Die Außengeometrie des Fräs- und/oder Schneidwerkzeugs 30 zum Ausbilden des Kerninnenraums 18 entspricht dem geometrischen Querschnitt des Kerninnenraums 18. Das rotierende Fräs- und/oder Schneidwerkzeug 30 wird in Längsrichtung des Vollprofils in selbigem bewegt, wobei durch den Schaft 31 des Fräs- und/oder Schneidwerkzeugs 30 gleichzeitig ein Längsspalt 32 in die Kopfwand 23 des so gefertigten Formkerns eingebracht wird. Dieser Längsspalt 32 kann entweder mit einem aufgeklebten Streifen aus einem Kork aufweisenden Material und/oder mit einem Fixierungselement 26 (siehe z.B. Fig. 11, 12) mit Magnetstreifen geschlossen werden. Die Außengeometrie des Formkerns 7, welche der Innengeo- metrie des Versteifungselementes 1 anzupassen ist, wird durch entsprechende Bearbeitung, zum Beispiel Fräsen und/oder Schneiden, des Kernrohlings 29 hergestellt. Der Kernrohling 29 kann aber auch schon mit dem endgültigen Außenprofil versehen sein.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils 10, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, mit den folgenden Verfahrensschritten: Ausbilden eines Formkerns 7 aus einem Kork aufweisenden Material mit einem Kernwerkzeug 14 zum Festlegen einer äußeren Geometrie des
Formkerns 7; Anordnen des so ausgebildeten Formkerns 7 in Anlage an einem zumindest teilgehärteten Versteifungselement 1 auf einem Basisbauteil 11 des herzustellenden Faserverbundbauteils 10 zur Formgebung von wenigstens einem Formabschnitt 13 des herzustellenden Faserverbundbauteils 10; und mehrstufiges Beaufschlagen wenigstens des Formabschnitts 13 mit Wärme und/oder Druck zum Herstellen des Faserverbundbauteils 10; sowie einen Formkern 7 und ein Faserverbundbauteil 10.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegende Erfindung
1. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils
(10), insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, mit folgenden Verfahrensschritten: Ausbilden eines Formkerns (7) aus einem Kork aufweisenden Material mit einem Kernwerkzeug (14) zum Festlegen einer äußeren Geometrie des Formkerns (7); Anordnen des derart ausgebildeten Formkerns (7) in Anlage an einem zumindest teilgehärteten Versteifungselement (1) auf einem Basisbauteil (11) des herzustellenden Faserverbundbauteils (10) zur Formgebung von wenigstens einem Formabschnitt (13) des herzustellenden Faserverbundbauteils (10); und mehrstufiges Beaufschlagen wenigstens des Formabschnitts (13) mit Wärme und/oder Druck zum Herstellen des Faser- Verbundbauteils (10) .
2. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass zumindest ein Fixierungselement (26) für ein Fixie- ren des Formkerns (7) an dem Versteifungselement (1) vorgesehen wird.
3. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 2, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass das zumindest eine Fixierungselement (26) am Formkern (7) angebracht wird und mit zumindest einem am Versteifungselement (1) entfernbar anbringbaren Fixierungshilfselement (27) zusammenwirkt, wobei beispielsweise das zumindest eine Fixierungselement (26) und das zumin- dest eine Fixierungshilfselement (27) mit Magnetstreifen ausgebildet werden.
4. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils
(10), insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, mit fol- genden Verfahrensschritten:
Ausbilden eines Formkerns (7) aus einem Kork aufweisenden Material mit einem Kernwerkzeug (14) zum Festlegen einer äußeren Geometrie des Formkerns (7); Anordnen des derart ausgebildeten Formkerns (7) auf ei- nem Basisbauteil (11) des herzustellenden Faserverbundbauteils (10) und wenigstens abschnittsweise Ablegen von wenigstens einem Faserhalbzeug (28) auf dem ausgebildeten Formkern (7) zur Formgebung von wenigstens einem Formabschnitt (13) des herzustellenden Faserverbundbau- teils (10) ; und mehrstufiges Beaufschlagen wenigstens des Formabschnitts (13) mit Wärme und/oder Druck zum Herstellen des Faserverbundbauteils (10) .
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass der Formkern (7) zumindest teilweise mit zumindest einer Versteifungsschicht (16) aus reißfestem Gewebe und/oder einer reißfesten Trennfolie ausgebildet wird.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass beim Ausbilden des Formkerns (7) im Bereich scharfkantig auszubildender Übergänge der äußeren Geometrie des auszubildenden Formkerns (7) Verstärkungsmittel (17) angeordnet werden.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass beim und/oder nach dem Ausbilden des Formkerns (7) eine Trennschicht (15) auf den Formkern (7) aufgebracht wird, welche beispielsweise durch Bearbeitungsvorgänge mittels Schleifen und/oder Polieren und/oder einer zusätzlich aufgebrachten Trennfolie und/oder einem Flüssigtrennmittel erzeugt wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass der Formkern (7) aus zumindest zwei Kernsegmenten (19) zusammengesetzt wird.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass der Formkern (7) als Hohlkern mit einem Kerninnenraum (18) gebildet wird.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass das Ausbilden des Formkerns (7) folgende Teilschritte aufweist: Bereitstellen von Plattenware (20); Zuschneiden von Zuschnitten;
Falten der Zuschnitte mit einem Faltwerkzeug; und Verbinden der Zuschnitte mittels des Kernwerkzeugs (14) .
11. Verfahren nach zumindest einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 9, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass der Formkern (7) mit einem Pressverfahren ausgebildet wird.
12. Formkern (7) zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (10), insbesondere eines Versteifungselementes (1) an einem Basisbauteil (11) für die Luft- und Raumfahrt, wobei der Formkern (7) mit einem Kork aufweisenden Materi- al ausgebildet ist.
13. Formkern (7) nach Ausführungsbeispiel 12, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass der Formkern (7) nach einem Verfahren nach zumin- dest einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 11 hergestellt ist.
14. Faserverbundbauteil (10) mit wenigstens einem Versteifungselement (1), insbesondere für die Luft- und Raum- fahrt, welches mittels eines Formkerns (7) nach Ausführungsbeispiel 12 oder 13 und/oder eines Verfahrens nach zumindest einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 11 hergestellt ist.
15. Faserverbundbauteil (10) nach Ausführungsbeispiel 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Formkern (7) in Anlage an dem wenigstens einen Versteifungselement (1) als Geräuschdämpfungsmittel, thermisches Isolationselement, und/oder zur Verbesserung des Impactverhaltens und/oder des Durchbrandverhaltens angeordnet ist.
B e z u g s z e i c h e n l i s t e
1 Versteifungselement
2 Steg
3 Fuß
4 Verbindungsfläche
5 Kopf
6 Hohlraum
7 Formkern
8 Seitenfläche
9 Formkernbodenfläche
10 Faserverbundbauteil
11 Basisbauteil
12 Innenflächenabschnitt
13 Formabschnitt
14 Kernwerkzeug
15 Trennschicht
16 VersteifungsSchicht
17 Verstärkungsmittel
18 Kerninnenraum
19 Kernsegment
20 Plattenware
21 Bodenwand
22 Seitenwand
23 Kopfwand
24 Faltabschnitt
25 Verbindungsabschnitt
26 Fixierungselement
27 Fixierungshilfselement
28 Faserhalbzeug
29 Kernrohling
30 Fräs- und/oder Schneidwerkzeug
31 Schaft
32 Längsspalt

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Formkern (7) zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (10) eines Versteifungselementes (1) an einem Basisbauteil (11) für die Luft- und Raumfahrt, wobei der Formkern (7) mit einem Kork aufweisenden Material als VoIl- profil oder als Hohlkern mit einem Kerninnenraum (18) ausgebildet ist.
2. Formkern (7) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Formkern (7) zumindest teilweise zumindest eine Versteifungsschicht (16) aus reißfestem Gewebe und/oder eine reißfeste Trennfolie aufweist.
3. Formkern (7) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Formkern (7) im Bereich scharfkantiger Übergänge seiner äußeren Geometrie mit Verstärkungsmitteln (17) versehen ist.
4. Formkern (7) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass der Formkern (7) aus zumindest zwei Kernsegmenten (19) zusammengesetzt ist.
5. Formkern (7) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass der Formkern (7) aus gefalteten Zuschnitten einer Plattenware (20) ausgebildet ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils
(10) für die Luft- und Raumfahrt, mit folgenden Verfahrensschritten :
Ausbilden eines Formkerns (7) nach einem der vorherge- henden Ansprüche aus einem Kork aufweisenden Material mit einem Kernwerkzeug (14) zum Festlegen einer äußeren Geometrie des Formkerns (7);
Anordnen des derart ausgebildeten Formkerns (7) in Anlage an einem zumindest teilgehärteten Versteifungselement (1) auf einem Basisbauteil (11) des herzustellenden Faserverbundbauteils (10), wobei zumindest ein Fixierungselement (26) für ein Fixieren des Formkerns (7) an dem Versteifungselement (1) vorgesehen wird, oder Anordnen des derart ausgebildeten Formkerns (7) auf ei- nem Basisbauteil (11) des herzustellenden Faserverbundbauteils (10) und wenigstens abschnittsweise Ablegen von wenigstens einem Faserhalbzeug (28) auf dem ausgebildeten Formkern (7) zur Formgebung von wenigstens einem Formabschnitt (13) des herzustellenden Faserverbundbau- teils (10) ; und mehrstufiges Beaufschlagen wenigstens des Formabschnitts (13) mit Wärme und/oder Druck zum Herstellen des Faserverbundbauteils (10) .
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass das zumindest eine Fixierungselement (26) am Formkern (7) angebracht wird und mit zumindest einem am Versteifungselement (1) entfernbar anbringbaren Fixierungs- hilfselement (27) zusammenwirkt, wobei beispielsweise das zumindest eine Fixierungselement (26) und das zumindest eine Fixierungshilfselement (27) mit Magnetstreifen ausgebildet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass beim und/oder nach dem Ausbilden des Formkerns (7) eine Trennschicht (15) auf den Formkern (7) aufgebracht wird, welche beispielsweise durch Bearbeitungsvorgänge mittels Schleifen und/oder Polieren und/oder einer zusätzlich aufgebrachten Trennfolie und/oder einem Flüs- sigtrennmittel erzeugt wird.
9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass das Ausbilden des Formkerns (7) folgende Teil- schritte aufweist:
Bereitstellen von Plattenware (20); Zuschneiden von Zuschnitten;
Falten der Zuschnitte mit einem Faltwerkzeug; und Verbinden der Zuschnitte mittels des Kernwerkzeugs (14) .
10. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 9, dadur ch ge ke nn z e i chne t , dass der Formkern (7) mit einem Pressverfahren ausgebildet wird.
11. Faserverbundbauteil (10) mit wenigstens einem Versteifungselement (1), insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, welches mittels eines Formkerns (7) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder eines Verfah- rens nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 10 hergestellt ist, wobei der Formkern (7) in Anlage an dem wenigstens einen Versteifungselement (1) als Geräuschdämpfungsmittel, thermisches Isolationselement, und/oder zur Verbesserung des Impactverhaltens und/oder des Durchbrandverhaltens angeordnet ist.
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