WO2011070002A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung einer aus einem faserverbundwerkstoff bestehenden rumpfschale für ein luftfahrzeug - Google Patents

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    • Y02T50/40—Weight reduction

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for
  • the field of application of the present invention extends primarily to aircraft construction.
  • Hulls are usually manufactured in shell construction, in particular half-shell construction. Under half-shell construction is understood in aircraft construction of the body of the hull in usually two shells. Joined together, the two shells give a nearly round or oval cross-section of a fuselage section.
  • Fiber composites such as glass fiber or carbon fiber reinforced plastics used.
  • the shells are usually equipped with stiffening elements, eg. B. T or Omega stringer.
  • stiffening elements eg. B. T or Omega stringer.
  • the half shell for the fuselage is in a negative adhesive form
  • Laminating Adhesive Device produced by introducing fiber material and resin in various processes and cured.
  • the LKV gives the component the corresponding outer contour. After removal from the mold, machining is often carried out before assembly of the half-shells modeled in this way can be carried out.
  • a device for an efficient serial production of a fuselage shell consisting of fiber composite materials for an aircraft emerges.
  • this is provided with spaced strippers.
  • a grid of a plurality of support walls of different lengths is fixed such that their ends form a semicircle, wherein said support walls are arranged below given by the radius of the semicircle angles to the base support.
  • modular profiles are attached, which cover the spaces between the support walls and whose outer surfaces of the inner contour of the produced integral structural component in the negative correspond.
  • the grid of the supporting walls and the division of the modular profiles are designed such that the joint gap of the modular profiles is arranged in each case under the position of a stringer.
  • a suitable LKV is placed after making the complete structure of the component and the auxiliaries above this mounting substrate accurately and the previously applied to the vacuum film circumferential sealant so precompressed that a vacuum-tight seal between the vacuum skin and the LKV arises. Subsequently, the structure is evacuated on the LCP side.
  • the fuselage shell provided with the stringers is with the previously described
  • the positioning of the stringer is done via the matching geometry of recess and fitting.
  • all skin layers made of fiber composite materials are applied individually or as a package on outer surfaces of the modular profiles of the mounting carrier covered by the vacuum skin / film and the stringer profiles.
  • a sealing compound in an optimized amount is applied to the vacuum film.
  • the circulating sealing compound is compacted in such a way that a vacuum-tight seal is produced between the said vacuum skin / film and the laminating adhesive device.
  • the side of an additional ARV is vented and then vacuum pulled on the LKV side.
  • the entire structure is pressed against the LKV with atmospheric pressure.
  • ARV and LKV are moved apart and the LKV turned, to then feed them to a hardening process.
  • the manufacturing solution is quite problematic at quite strong opening angles of large hull shells. Because of the strong opening angle, the auxiliaries and the Stringerfuss vom rubbing when entering a laminating adhesive device with the adhesive skin located therein at the outer sites, so that the
  • Form surface must be designed slightly smaller. So now the stringers and the When transferring substances within the laminating adhesive device, they do not uncontrollably bridge the required gap by using them
  • Transferring vacuum film can be easily taken along, is a defined
  • the object is achieved on the basis of a device according to the preamble of claim 1 in conjunction with its characterizing features.
  • the invention includes the technical teaching that a plurality of radially outwardly extending and longitudinally adjustable actuators are mounted on the curved mounting surface of a Aufrüstmays, at the distal ends of each mold grooves are secured to receive the stringers, which with each other with flexible intermediate elements and / or other mold channels are connected to form a vacuum-tight closed curved molding surface.
  • the solution according to the invention makes it possible to press a sealing seam, which is normally present in vacuum assemblies, against the laminating adhesive device. If necessary, the adjustment of the actuators could also be carried out to varying degrees, since a larger offset gap is usually required on the side flanks than in the region of the center of the fuselage shell.
  • the contact pressure of the stringer on the component in the transfer process can be adjusted accurately, so that overpressing can be excluded. An overpressure would be possible, for example, in large, very heavy devices by unintentional bending of the ARV. Then a big load would be on the stringer, which could lead to damage.
  • the Aufrüstvoroplasty invention consists of a supporting framework, such as a steel pipe, frame and a curved molding surface, which consists of the mold channels, which may be made of plastic or metal. Furthermore, the mold channels are adjustably mounted on the basic structure by the actuators, for example pneumatic cylinders. Depending on the requirements of the fuselage shell to be produced, it is also possible to actuate several mold channels in a combined manner via a single actuator. According to a measure improving the invention, it is proposed that the actuators are mounted pivotably on the mounting surface of the basic structure via respective associated joints. As a result, the actuator together with the end attached thereto mold channel according to the planned target position can be easily installed and adjust if necessary.
  • the actuators for example pneumatic cylinders.
  • the set position remains unchangeable. This can be done by blocking the joint with the aid of clamping means or the like or can be achieved by appropriate slots during assembly.
  • the invention improving additional aspect is proposed to connect the individual mold channels with each other along the longitudinal edges with an elastic band as a flexible intermediate element airtight. In this way, the required flexibility of the device according to the invention can be generated in the radial direction in a simple manner.
  • the flexible intermediate element as a kind of hinge, wherein the actuator is provided for folding down a side edge of the molding surface which can be pivoted over it.
  • a hinge would preferably be designed to be elastic, for example as a rubber compound.
  • About the actuator can be folded down preferably rigidly connected longitudinally rigidly connected molding channels through the actuator to the inside.
  • the groove base of the molding channel is provided with vacuum connections for the molding surface.
  • the mold surface is vacuum-sealed and through the vacuum ports and associated manifold system, holes or grooves / channels for vacuum guidance can be created as needed.
  • the cavity region of the molding channel has a plurality of spaced-apart ones Having kavticiansqueritessverringernde and the desired position of the stringer to be inserted corresponding positioning.
  • the cross-section of the molding channel is preferably reduced by a few millimeters down to the outside dimensions of the stringer to be inserted thereon.
  • the stringer is then guided in a simple manner and accurately positioned.
  • magnets for fixing the stringers or the like can preferably also be attached on the back side.
  • Transfer cars with lifting mechanism are driven under the turned LKV.
  • the ARV can be mounted in a hub-reversing station to drive the rotated ARV with the permanent LKV.
  • Positioning of ARV and laminating adhesive device can e.g. B. by
  • Shell and stringers done in an autoclave. After the vacuum construction has been prepared for the hull shell in the manner according to the invention, the curing and thus the bonding of skin and stringers can be carried out in an autoclave. After curing, the auxiliaries and vacuum film are removed and the body shell removed from the laminating adhesive device taken and should preferably immediately thereafter optionally a mech. Processing and quality inspection are supplied. Subsequently, the assembly can be carried out to the finished hull.
  • FIGS. 1 shows a schematic front view of an upgrade device for
  • Figure 2 is a schematic front view of an upgrade device for
  • Figure 3 is a perspective view of an exemplary mold channel with integrated positioning
  • FIGS. 4a-4h show a schematic figure sequence for illustrating the device preferably to be carried out with the device
  • an upgrade essentially consists of a
  • Backbone 1 to form a curved Montagefikiee 3 and for producing a rigid substructure.
  • On the mounting surface 3 a plurality of radially outwardly extending actuators 4 are attached.
  • the actuators 4 are pivotally mounted by the mounting surface 3 via joints / elongated holes 5 and each have at their distal end mold grooves 6 for receiving - not shown - stringer of the fuselage shell.
  • the individual mold channels 6 are connected to each other with flexible / elastic intermediate elements 7 such that a total of a vacuum-tight closed mold surface 8 is formed.
  • the flexible intermediate elements 7 are executed in this embodiment as elastic bands.
  • a plurality of adjacent mold channels 6a, 6b are rigidly connected to one another and are articulated to the basic structure 1 via a flexible intermediate element 7 'designed as a hinge.
  • the rigidly interconnected mold channels 6a and 6b are pivotable via a common actuator 4 'in the joint produced by the flexible intermediate element 7', so that the two opposite side parts of this
  • the backbone 1 is here mounted on a sliding carriage 9 with a lifting mechanism to align the entire device for positioning relative to an overlying - not shown - laminating adhesive device.
  • the molding channel 6 of the device consisting here of a metal is provided with vacuum connections 10, via which the molding surface 8 can be evacuated.
  • the groove region of the molding channel 6 further has a groove section reducing positioning section 11, to which during production a stringer comes to rest in order to align it exactly within the device.
  • FIGS. 4a to 4h the production steps for a fuselage shell are illustrated on the basis of the device described above in FIG. 1.
  • FIG. 4a a transfer position of the device is assumed in which the actuators 4 are extended in the direction of the arrow. This results in a corresponding to the desired position curved mold surface 8, in which the arranged between the individual mold grooves 6 flexible intermediate elements 7 are stretched.
  • the molding surface 8 is subsequently covered with a vacuum film 12 in order to seal it.
  • the molding surface 8 is subsequently prefabricated
  • stringer 14 made of carbon-fiber reinforced plastic, which are respectively associated with them, are then inserted into the mold channels in such a way that, depending on the design and production method, they do not overlap at the edge, partially or completely with the auxiliary material webs 13.
  • the actuators are then retracted, so that relax the flexible intermediate elements 7 to the mold surface 8 in a
  • Upgrading associated lamination adhesive device 15 fed above or below and the actuators 4 are then returned to a transfer position extended to effect the pressing of the occupied mold surface 8 and thus the stringer on a corresponding thereto shaped counter surface of the laminating adhesive device with skin 15.
  • Atmospheric pressure is pressed to the LKV and is thus transferred to the laminating adhesive device 15.
  • the actuators 4 are retracted again in order to move the device into the retracted position (avoiding undercuts), so that the strongly curved body shell 16 can be easily removed from the mold.
  • the invention is not limited to the two previously described
  • the retraction position for strongly curved hull shells can also be effected by other intermediate elements which can be changed over the forming surface.

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Abstract

Eine Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Rumpfschale (16) für ein Luftfahrzeug, die zur Verstärkung mit mehreren beabstandet zueinander angeordneten Stringern (14) versehen ist, umfassend ein Grundgerüst (1) mit mehreren Stützwänden (2) unterschiedlicher Länge zur Bildung einer gewölbten Montagefläche (3) für die herzustellende Rumpfschale (16), wobei auf der Montagefläche (3) mehrere sich nach Radialaussen erstreckende längs verstellbare Aktuatoren (4) angebracht sind, an deren distalen Enden jeweils Formrinnen (6) zur Aufnahme der Stringer (14) befestigt sind, die untereinander mit biegsamen Zwischenelementen (7) und/oder weiteren Formrinnen (6) zur Bildung einer vakuumdicht geschlossenen Formfläche (8) verbunden sind.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer aus einem
Faserverbundwerkstoff bestehenden Rumpfschale für ein Luftfahrzeug
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur
Herstellung einer aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Rumpfschale für ein Luftfahrzeug, die zur Verstärkung mit mehreren beabstandet zueinander angeordneten Stringern versehen ist, umfassend ein Grundgerüst zur Bildung einer gewölbten Montagefläche für die herzustellende Rumpfschale.
Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf den Flugzeugbau. Insbesondere Verkehrs- oder Transportflugzeuge mit großvolumigen
Rümpfen werden gewöhnlich in Schalenbauweise, insbesondere Halbschalenbauweise gefertigt. Unter Halbschalenbauweise wird im Flugzeugbau der Aufbau des Rumpfes in meist zwei Schalen verstanden. Zusammengefügt ergeben die beiden Schalen einen nahezu runden oder ovalen Querschnitt eines Rumpfabschnitts. Mehrere
Rumpfabschnitte - für Heck, Rumpfmitte und Cockpitsektion hintereinander - ergeben den Flugzeugrumpf. Vermehrt kommen zur Herstellung von Flugzeugrümpfen
Faserverbundwerkstoffe, wie glasfaser- oder kohlenfaserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz. Um den Rumpf zu versteifen und die Lasten aufnehmen zu können, werden die Schalen üblicherweise mit Versteifungselementen ausgerüstet, z. B. T- oder Omega- Stringer. Oftmals wird die Halbschale für den Flugzeugrumpf in einer Negativklebeform,
Laminier- Klebe- Vorrichtung (LKV) hergestellt, indem dort Fasermaterial und Harz in verschiedenen Verfahren eingebracht und ausgehärtet wird. Dabei gibt die LKV dem Bauteil die entsprechende Außenkontur. Nach dem Entformen erfolgt oft eine spanende Nachbearbeitung, ehe ein Zusammenbau der so modellierten Halbschalen durchgeführt werden kann.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Aus der DE 103 31 358 A1 geht eine Vorrichtung für eine effizient serienmäßige Herstellung einer aus Faserverbundwerkstoffen bestehenden Rumpfschale für ein Luftfahrzeug hervor. Zur Erhöhung der Festigkeit der Rumpfschale ist diese mit in Abstand zueinander verlaufenden Stringern versehen. Auf einem ebenen Basisträger ist ein Raster von mehreren Stützwänden unterschiedlicher Länge derart befestigt, dass deren Enden ein Halbkreis bildet, wobei die besagten Stützwände unter durch den Radius des Halbkreises vorgegebenen Winkeln zum Basisträger angeordnet sind. An den den Halbkreis bildenden distalen Enden der Stützwände sind modulare Profile befestigt, welche die Zwischenräume zwischen den Stützwänden abdecken und deren äußere Oberflächen der Innenkontur des herzustellenden integralen Strukturbauteils im Negativ entsprechen. Das Raster der Stützwände sowie die Teilung der modularen Profile sind dabei derart ausgebildet, dass der Fügespalt der modularen Profile jeweils unter der Position eines Stringers angeordnet ist. Eine passende LKV wird nach Erstellung des kompletten Aufbaus des Bauteils und der Hilfsstoffe oberhalb dieses Montageträgers passgenau aufgelegt und die zuvor auf die Vakuumfolie aufgebrachte umlaufende Siegelmasse so vorverdichtet, dass eine vakuumdichte Versiegelung zwischen der Vakuumhaut und der LKV entsteht. Anschließend wird der Aufbau LKV- seitig evakuiert. Die mit den Stringern versehene Rumpfschale wird mit der zuvor beschriebenen
Vorrichtung hergestellt, in dem zunächst die äußeren Oberflächen der modularen Profile mit einer lose aufliegenden Folie abgedeckt werden. Anschließend wird der durch die Zwischenräume zwischen den Profilen gebildete Hohlraum evakuiert, so dass die Folie angesaugt wird und formtreu in die Profilnuten und Vertiefungen eingezogen wird. Danach können Hilfsstoffe auf die tiefgezogene Vakuumhaut/folie abgelegt werden. In den von der Vakuumhaut/folie bedeckten Profilnuten werden anschließend in
Stützelementen bzw. Formstücke eingebettete Stringerprofile eingelegt.
Die Positionierung des Stringers erfolgt über die zueinander passende Geometrie von Mulde und Formstück. Auf von der Vakuumhaut/folie bedeckten äußeren Oberflächen der modularen Profile des Montageträgers und die Stringerprofile werden je nach Fertigungsverfahren alle Hautschichten aus Faserverbundwerkstoffen einzeln oder als Paket aufgelegt. Anschließend wird auf die Vakuumfolie eine Siegelmasse in optimierter Menge aufgetragen. Durch passgenaues Zusammenfahren des so
vorbereiteten Aufbaus mit der LKV wird die umlaufende Siegelmasse derart verdichtet, dass eine vakuumdichte Siegelung zwischen der besagten Vakuumhaut/folie und der Laminierklebevorrichtung entsteht. Um den Transfer des kompletten Aufbaus von der Aufrüstvorrichtung (ARV) in die LKV zu vollziehen, wird die Seite einer zusätzlichen ARV belüftet und anschließend LKV-seitig Vakuum gezogen. Dadurch wird der gesamte Aufbau mit Atmosphärendruck gegen die LKV gedrückt. Schließlich werden ARV und LKV auseinandergefahren und die LKV gedreht, um diese dann einem Härtungsprozess zuzuführen.
Die Herstellungslösung ist bei recht starken Öff ungswinkeln großer Rumpfschalen recht problematisch. Denn durch die starken Öffnungswinkel können die Hilfsstoffe und die Stringerfussflächen beim Einfahren in eine Laminier-Klebe- Vorrichtung mit der darin befindlichen klebenassen Haut an den äußeren Stellen reiben, so dass die
Formfläche geringfügig kleiner ausgelegt werden muss. Damit nun die Stringer und die Hilfsstoffe bei der Übergabe innerhalb der Laminier-Klebe- Vorrichtung nicht unkontrolliert den erforderlichen Spalt überbrücken, in dem diese mit der
umschlagenden Vakuumfolie einfach mitgenommen werden, ist ein definiertes
Heranführen der Stringer und der Hilfsstoffe notwendig. Je nach Ausführung der Versteifungselemente in Längsrichtung (Stringer), welche z. B. die sogenannte Omega- Stringer (Hutpro fil) oder T- Stringer sein kann, tritt ein
Hinterschnitt auf, welcher das Auseinanderfahren von ARV und LKV unmöglich macht. Bei Omega- Stringern ist es abhängig von den Winkeln des Profils und dem Öffnungswinkel der Schale. Beim T-Stringer tritt der Hinterschnitt praktisch sofort auf, wenn die Geometrie der Kavität genau der des Stringers entspricht. Nun können die Kavitäten zur Aufnahme der Stringer so freigeschnitten werden, dass ein
Auseinanderfahren von ARV und LKV gewährleistet ist. Bei großen Öffnungswinkeln tritt dann jedoch ein weiteres Problem auf, die Fixierung der Hilfsstoffe. Sie werden üblicherweise auf dem freien Bereich zwischen den Stringerkavitäten aufgelegt und fixiert. Wir die Stringerkavität nun stark freigeschnitten, bleibt kaum noch Platz für eine saubere Positionierung der Hilfsstoffe. Weiterhin wird die äußere Geometrie des Stützelementes bzw. des Formstücks vom Hinterschnittwinkel bestimmt, d.h. die den Stringer umgebenden Formstücke werden so groß, dass sie die komplette Haut bedecken, also bis zum nächsten Stringerprofil reichen. Dies ist fertigungstechnisch problematisch.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein hierzu korrespondierendes Verfahren zur Herstellung einer aus Faserverbundwerkstoffen bestehenden Rumpfschale für ein Luftfahrzeug zu schaffen, welche/s sich für eine effiziente, reproduzierbare Serienfertigung eignet und eine zuverlässige und einfache Herstellung von stark gekrümmten Rumpfschalen gestattet. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
Verfahrenstechnisch wird die Aufgabe durch Anspruch 9 gelöst. Die jeweils rückbezogenen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Die Erfindung schließt die technische Lehre, dass auf der gewölbten Montagefläche eines Aufrüstträgers mehrere sich nach radial außen erstreckende und längs verstellbare Aktuatoren angebracht sind, an deren distalen Enden jeweils Formrinnen zur Aufnahme der Stringer befestigt sind, welche untereinander mit biegsamen Zwischenelementen und/oder weiteren Formrinnen zur Bildung einer vakuumdicht geschlossenen gewölbten Formfläche verbunden sind.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass die
Positionierung der Stringer, die Ablage der Hilfsstoffe sowie das Aufbringen der Vakuumfolie nun nicht mehr auf dem Bauteil selber, sondern auf einer separaten Aufrüstvorrichtung durchführbar ist. Hierdurch muss die eigentliche Laminier-Klebe- Vorrichtung nicht für die Zeitdauer des Aufrüstens belegt werden, da der
Übergabeprozess des Stringer und des Vakuumaufbaus nur einen vergleichsweise geringem Fertigungszeitanteil ausmachen. Alle Fertigungsschritte, nämlich Aufrüsten und Ablegen der zu fertigenden Halbschale in die Laminier-Klebe- Vorrichtung können parallel laufen. Die Positionierung der Stringer erfolgt durch einfaches Einlegen in die vorbereiteten Mulden der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in denen der Stringer dann sauber geführt wird. Die Vakuumfolie braucht nicht wie bisher in starken Falten gelegt werden, sondern diese wird entweder in die vorbereiteten Mulden der Formfläche tiefgezogen oder entsprechend vordrapiert und dann mit Vakuum beaufschlagt. Durch die längsverstellbaren Aktuatoren und damit bewirkte Veränderung der Formfläche können insbesondere Rumpfschalen mit starken Öffnungswinkeln unter Zuhilfenahme der Aufrüstvorrichtung hergestellt werden. Somit behindern die bei Rumpfschalen mit starken Öffnungswinkeln vorhandenen starken Hinterschnitte nicht mehr eine
Entformung und es kann trotzdem dank der erfindungsgemäß verstellbaren Formfläche exakt positioniert werden. Formstücke können bei einem schon ausgehärteten Stringer sogar teilweise oder vollständig entfallen. Beim sogenannten Co-curing- Verfahren ist die äußere Geometrie der formgebenden Stützelemente nicht mehr vom
Hinterschnittwinkel abhängig und können so stark vereinfacht werden. Zusätzlich ermöglicht es die erfindungsgemäß Lösung, eine gewöhnlich bei Vakuumaufbauten vorhandene Dichtnaht an die Laminier-Klebe- Vorrichtung zu pressen. Das Verstellen der Aktuatoren könnte erforderlichenfalls auch unterschiedlich stark durchgeführt werden, da an den Seitenflanken gewöhnlich ein größerer Offset-Spalt nötig ist als im Bereich der Mitte der Rumpfschale. Die Anpresskraft der Stringer auf das Bauteil bei dem Transferprozess kann genau eingestellt werden, so dass eine Überpressung ausgeschlossen werden kann. Eine Überpressung wäre beispielsweise bei großen, sehr schweren Vorrichtungen durch ungewolltes Durchbiegen der ARV möglich. Dann würde eine große Last auf dem Stringer liegen, was zu Schädigungen führen könnte.
Mit anderen Worten besteht die erfindungsgemäße Aufrüstvorrichtung aus einem tragenden Grundgerüst, beispielsweise einem Stahlrohr, Rahmen und einer gewölbten Formfläche, die aus den Formrinnen besteht, welche aus Kunststoff oder Metall gefertigt sein können. Die Formrinnen sind des Weiteren durch die Aktuatoren, beispielsweise Pneumatikzylinder, verstellbar am Grundgerüst montiert. Je nach Anforderungen der herzustellenden Rumpfschale können auch mehrere Formrinnen zusammengefasst über einen einzigen Aktuator betätigt werden. Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Aktuatoren über je zugeordnete Gelenke schwenkbar auf der Montagefläche des Grundgerüsts montiert sind. Hierdurch lässt sich der Aktuator samt endseitig hieran angebrachter Formrinne entsprechend der geplanten Sollposition einfach montieren und ggf. nachjustieren. Im normalen Betrieb bleibt die eingestellte Position allerdings unveränderbar. Dies kann durch Blockieren des Gelenks unter Zuhilfenahme von Klemmmitteln oder dergleichen erfolgen oder durch entsprechende Langlöcher bei der Montage erreicht werden. Gemäß eines anderen, die Erfindung verbessernden Zusatzaspekt wird vorgeschlagen, die einzelnen Formrinnen untereinander entlang der Längskanten mit einem elastischen Band als biegsames Zwischenelement luftdicht zu verbinden. Hierdurch kann in einfacher Weise die erforderliche Flexibilität der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Radialrichtung erzeugt werden.
Alternativ hierzu ist es jedoch auch denkbar, das biegsame Zwischenelement als eine Art Scharnier auszubilden, wobei der Aktuator zum Abklappen einer hierüber schwenkbaren Seitenflanke der Formfläche vorgesehen ist. Für stark gekrümmte Rumpfschalen müsste ein solches Scharnier vorzugsweise elastisch ausgelegt sein, beispielsweise als Gummigussmasse. Über den Aktuator lassen sich vorzugsweise mehrere längs aneinandergereiht starr verbundene Formrinnen durch den Aktuator nach innen abklappen. Eine Nachjustierung der Stringerlage könnte hierbei mit
auswechselbaren Anschlagplättchen in verschiedenen Dicken im verengten
Muldenbereich der Formrinne erfolgen.
Gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Nutgrund der Formrinne mit Vakuumanschlüssen für die Formfläche versehen ist. Die Formfläche ist vakuumdicht ausgelegt und durch die Vakuumanschlüsse sowie hiermit in Verbindung stehender Verteilersystem können je nach Bedarf Bohrungen oder Nute/Kanäle zur Vakuumführung erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Kavitätbereich der Formrinne mehrere beabstandet zueinander angeordnete kavitätquerschnittsverringernde und der Solllage des einzulegenden Stringers entsprechende Positionierabschnitte aufweist. An der Stelle der Positionierabschnitte verkleinert sich also der Querschnitt der Formrinne vorzugsweise um einige Millimeter bis auf So 11- Außenabmaße des hieran einzulegenden Stringers. An dieser Stelle wird der Stringer dann in einfacher Weise geführt und genau positioniert. Zusätzlich können im Bereich der Positionierabschnitte auch vorzugsweise rückseitig Magnete zur Fixierung der Stringer oder dergleichen angebracht werden.
Um die ARV und die LKV zusammenfahren zu können, muss entweder die LKV oder die ARV gedreht werden. Dazu kann die Aufrüstvorrichtung auf einem
Verschiebewagen mit Hubmechanismus unter die gewendete LKV gefahren werden. In der zweiten Lösung kann die ARV in einer Hub- Wende-Station montiert werden, um die so gedrehte ARV mit der dauerstehenden LKV zusammenzufahren. Die
Positionierung von ARV und Laminier-Klebe- Vorrichtung kann z. B. durch
Führungshülsen und -zapfen gewährleistet werden. Nach Zusammenführen der mit den Bauelementen der herzustellenden Rumpfschale belegten Aufrüstvorrichtung in die Laminier-Klebe- Vorrichtung kann der anschließende Fügeprozess/Aushärteprozess durchgeführt werden, welcher in an sich bekannter Weise aus dem allgemeinen Stand der Technik hervorgeht. Zur Herstellung einer Rumpfschale für ein Luftfahrzeug mit einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung werden die nachfolgenden Verfahrensschritte
vorgeschlagen: a) Ausfahren der Aktuatoren zur Bildung einer der Ausgangslage
entsprechenden Formfläche in Übergabestellung,
b) Aufziehen und Abdichten einer Vakuumfolie auf die Formfläche,
c) Aufkleben vorkonfektionierter Hilfsstoffbahnen in die Bereiche zwischen Kavitäten/Mulden benachbarter Formrinnen, d) Einlegen von Stringern in die Formrinnen, so dass diese parallel zu den
Hilfsstoffbahnen verlaufen,
e) Einfahren der Aktuatoren zur Bildung einer Einfahrstellung zum
beabstandeten Positionieren der belegten Formfläche unterhalb oder oberhalb einer zugeordneten Laminier- Klebe- Vorrichtung,
f) Ausfahren der Aktuatoren in die Übergabestellung zum Anpressen der belegten Formfläche an eine korrespondierend hierzu geformten Gegenfläche der Laminier- Klebe- Vorrichtung,
g) Lösen der Evakuierung seitens der Formfläche und Starten der Evakuierung seitens der Laminier-Klebe- Vorrichtung zum Übergeben des zuvor auf der Formfläche aufgebrachten Aufbaus,
h) Einfahren der Aktuatoren in die Einfahrstellung zum Auseinanderfahren von ARV und LKV.
Zusätzlich wird vorgeschlagen, im Rahmen eines dem Einlegen der Stringer folgenden zusätzlichen Zwischenschritts mit Dichtmitteln versehene Endstück in die Enden der Kavitäten/Mulden der Formrinnen einzulegen. Hierdurch wird in einfacher Weise an dieser Stelle eine durchlaufende Mulde aufgefüllt. Somit wird stirnseitig wieder eine glatte Oberfläche für die Anbindung des Dichtbandes an die Laminier-Klebe- Vorrichtungsoberfläche geschaffen.
Nachdem der Vakuumaufbau für die Rumpfschale in der erfindungsgemäßen Weise vorbereitet worden ist, können die Aushärtung und damit die Verklebung von
Außenhaut und Stringern im Autoklaven erfolgen. Nachdem der Vakuumaufbau für die Rumpfschale in der erfindungsgemäßen Weise vorbereitet worden ist, können die Aushärtung und damit die Verklebung von Haut und Stringern im Autoklaven erfolgen. Nach der Aushärtung werden die Hilfsstoffe und die Vakuumfolie entfernt und die Rumpfschale aus der Laminier-Klebe- Vorrichtung entnommen und sollte vorzugsweise unmittelbar anschließend gegebenenfalls einer mech. Bearbeitung und Qualitätsprüfung zugeführt werden. Anschließend kann die Montage zum fertigen Rumpf durchgeführt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt: Figur 1 eine schematische Frontansicht einer Aufrüstvorrichtung zur
Herstellung von Rumpfschalen gemäß einer ersten
Ausführungsform,
Figur 2 eine schematische Frontansicht einer Aufrüstvorrichtung zur
Herstellung von Rumpfschalen gemäß einer zweiten
Ausführungsform,
Figur 3 eine perspektivische Darstellung einer exemplarischen Formrinne mit integrierten Positioniermitteln, und
Figuren 4a-4h eine schematische Figurensequenz zur Veranschaulichung des mit der Vorrichtung vorzugsweise durchzuführenden
Herstellungsverfahrens .
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFUHRUNGSFORMEN
Gemäß Figur 1 besteht eine Aufrüstvorrichtung im Wesentlichen aus einem
Grundgerüst 1 zur Bildung einer gewölbten Montagefiäche 3 und zur Herstellung einer biegesteifen Unterkonstruktion. Auf der Montagefläche 3 sind mehrere sich nach radial außen erstreckende Aktuatoren 4 angebracht. Die Aktuatoren 4 sind seitens der Montagefläche 3 über Gelenke/Langlöcher 5 schwenkbar montiert und weisen jeweils an ihrem distalen Ende Formrinnen 6 zur Aufnahme - nicht weiter dargestellter - Stringer der Rumpfschale auf. Die einzelnen Formrinnen 6 sind untereinander mit biegsamen/elastischen Zwischenelementen 7 derart verbunden, dass sich insgesamt eine vakuumdicht geschlossene Formfläche 8 bildet.
Die biegsamen Zwischenelemente 7 sind diesem Ausführungsbeispiel als elastische Bänder ausgeführt.
In dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere benachbarte Formrinnen 6a, 6b starr miteinander verbunden und über ein als Scharnier ausgebildetes biegsames Zwischenelement 7' an dem Grundgerüst 1 angelenkt. Die starr miteinander verbundenen Formrinnen 6a und 6b sind über einen gemeinsamen Aktuator 4' in dem durch das biegsame Zwischenelement 7' erzeugten Gelenk schwenkbar, so dass die beiden einander gegenüberliegenden Seitenteile dieser
Aufrüstvorrichtung in Richtung Grundgerüst 1 abklappbar sind. Das Grundgerüst 1 ist hier auf einem Verschiebewagen 9 mit Hubmechanismus montiert, um die gesamte Vorrichtung zu Positionierung gegenüber einer darüber angeordneten - nicht weiter dargestellten - Laminier-Klebe- Vorrichtung auszurichten.
Gemäß Figur 3 ist die hier aus einem Metall bestehende Formrinne 6 der Vorrichtung mit Vakuumanschlüssen 10 versehen, über welche die Formfläche 8 evakuierbar ist. Der Nutbereich der Formrinne 6 weist des Weiteren einen den Nutquerschnitt verringernden Positionierabschnitt 11 auf, an welchen während der Herstellung ein Stringer zur Anlage kommt, um diese exakt innerhalb der Vorrichtung auszurichten. In der Sequenz der nachfolgenden Figuren 4a bis 4h werden die Herstellungsschritte für eine Rumpfschale unter Zugrundelegung der vorstehend in Figur 1 beschriebenen Vorrichtung illustriert: Nach Figur 4a wird eine Übergabestellung der Vorrichtung eingenommen, in dem die Aktuatoren 4 in Pfeilrichtung ausgefahren werden. Es ergibt sich hierdurch eine der Sollposition entsprechende gewölbte Formfläche 8, bei welcher die zwischen dem einzelnen Formrinnen 6 angeordneten biegsamen Zwischenelemente 7 gespannt sind. Nach Figur 4b wird die Formfläche 8 nachfolgend mit einer Vakuumfolie 12 belegt, um diese abzudichten.
Gemäß Figur 4c wird die Formfläche 8 anschließend mit vorkonfektionierten
Hilfsstoffbahnen 13 im Bereich zwischen benachbarten Formrinnen 6 belegt.
Nach Figur 4d werden anschließend in die Formrinnen 6 jeweils zugeordnete Stringer 14 aus kohlefaserverstärktem Kunststoff derart eingelegt, dass diese je nach Ausführung und Fertigungsverfahren randseitig gar nicht, teilweise oder vollständig mit den Hilfsstoffbahnen 13 überlappen.
Gemäß Figur 4e werden die Aktuatoren anschließend eingefahren, so dass sich auch die biegsamen Zwischenelemente 7 entspannen, um die Formfläche 8 in eine
Einfahrstellung zu überführen. Nach Figur 4f wird anschließend in dieser Einfahrstellung eine vollständig mit einer Haut und eventuell benötigten Druckblechen oder Hilfsstoffen belegten
Aufrüstvorrichtung zugeordnete Laminier-Klebe- Vorrichtung 15 darüber oder darunter zugeführt und die Aktuatoren 4 werden anschließend wieder in eine Übergabestellung ausgefahren, um das Anpressen der belegten Formfläche 8 und damit der Stringer an einer korrespondierend hierzu geformten Gegenfläche der Laminier-Klebe- Vorrichtung mit Haut 15 zu bewirken.
Nachdem gemäß Figur 4g die Evakuierung seitens der Formfläche 8 gelöst ist, startet eine Evakuierung auf der gegenüberliegenden Gegenfläche seitens der Laminier-Klebe- Vorrichtung 15. Hierdurch werden die Stringer und die Hilfsstoffe durch den
Atmosphärendruck an die LKV gedrückt und ist somit an die Laminier-Klebe- Vorrichtung 15 übergeben. In dem in Figur 4h illustrierten letzten Verfahrensschritt werden die Aktuatoren 4 wieder eingefahren, um die Vorrichtung in die Einfahrstellung (Vermeidung von Hinterschnitten) zu überführen, damit die stark gekrümmte Rumpfschale 16 problemlos entformt werden kann. Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die beiden vorstehend beschriebenen
bevorzugten Ausführungsformen der Aufrüstvorrichtung zur Herstellung einer
Rumpfschale für ein Luftfahrzeug. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, anstelle von pneumatischen Aktuatoren
elektromotorisch betriebene Liniearantriebe oder Hydraulikzylinder zu verwenden. Ebenso kann die Einfahrstellung für stark gewölbte Rumpfschalen auch durch andere die Formfläche veränderbare Zwischenelemente bewirkt werden.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, 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 beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Bezugszeichenliste
1 Grundgerüst
2 Stützwand
3 Montagefläche
4 Aktuator
5 Gelenk
6 Formrinne
7 Zwischenelement
8 Formfläche
9 Verschiebewagen
10 Vakuumanschluss
11 Po sitionierabschnitt
12 Vakuumfolie
13 Hilfsstoffbahn
14 Stringer
15 Laminier-Klebe- Vorrichtung
16 Rumpfschale

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur Herstellung einer aus einem Faserverbundwerkstoff
bestehenden Rumpfschale (16) für ein Luftfahrzeug, die zur Verstärkung mit mehreren beabstandet zueinander angeordneten Stringern (14) versehen ist, umfassend ein Grundgerüst (1) zur Bildung eines tragfähigen biegesteifen Unterbaus mit nach außen gewölbter Montagefläche (3) zum Positiv- Aufrüsten der herzustellenden Rumpfschale (16),
dadurch gekennzeichnet, dass auf der Montagefläche (3) mehrere sich nach
Radialaußen erstreckende längs verstellbare Aktuatoren (4) angebracht sind, an deren distalen Enden jeweils Formrinnen (6) zur Aufnahme der Stringer (14) befestigt sind, die untereinander mit biegsamen Zwischenelementen (7) und/oder weiteren Formrinnen (6) zur Bildung einer vakuumdicht geschlossenen Formfläche (8) verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (4) zur Montage über je zugeordnete Gelenke (5) schwenkbar auf der Montagefläche (3) des Grundgerüsts (1) befestigt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das biegsame Zwischenelement (7) als ein elastisches Band ausgeführt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere miteinander starr verbundene Formrinnen (6a, 6b) über einen gemeinsamen Aktuator (4') verstellbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das biegsame Zwischenelement (7') als ein Scharnier ausgebildet ist, wobei der Aktuator (4') zum Abklappen einer hierüber schwenkbaren Seitenflanke der Formfiäche (8') vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Formrinne (6) mit Nuten zur Vakuumführung und Vakuumanschlüssen (10) für die Formfiäche (8) versehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Nutbereich der Formrinne (6) mehrere beabstandet zueinander angeordnete nutquerschnittsverringernde und der Sollgeometrie des einzulegenden Stringers (14) entsprechende Positionierabschnitte (11) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Grundgerüst (1) auf einem Verschiebewagen (9) mit Hubmechanismus oder einer Hub-Dreh- Vorrichtung zum Zusammenfahren von LKV und ARV und zur Positionierung der Vorrichtungen gegeneinander.
9. Verfahren zur Herstellung einer aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Rumpfschale () für ein Luftfahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem der
vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Ausfahren der Aktuatoren (4) zur Bildung einer der Ausgangslage
entsprechenden Formfiäche (8) in Übergabestellung,
b) Aufziehen und Abdichten einer Vakuumfolie (12) auf die Formfläche (8), c) Aufkleben vorkonfektionierter Hilfsstoffbahnen (13) in die Bereiche zwischen Kavitäten/Mulden benachbarter Formrinnen (6), d) Einlegen von Stringern (14) in die Formrinnen (6), so dass diese parallel zu den Hilfsstoffbahnen (13) verlaufen,
e) Einfahren der Aktuatoren (4) zur Bildung einer Einfahrstellung zum beabstandeten Positionieren der belegten Formfläche () unterhalb oder oberhalb einer zugeordneten Laminier- Klebe- Vorrichtung (15),
f) Ausfahren der Aktuatoren (4) in die Übergabestellung zum Anpressen der belegten Formfläche (8) an eine korrespondierend hierzu geformten Gegenfläche der Laminier- Klebe- Vorrichtung (15),
g) Lösen der Evakuierung seitens der Formfläche (8) und Starten der
Evakuierung seitens der Laminier- Klebe- Vorrichtung (15) zum Übergeben des zuvor auf der Formfläche (8) aufgebrachten Aufbaus,
h) Einfahren der Aktuatoren (4) in die Einfahrstellung zum Auseinanderfahren von A V und LKV.
10. Verfahren nach Anspruch 9 ,
dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt d) ein Zwischenschritt dl)
durchgeführt wird, nach dem mit Dichtmitteln versehene Endstücke in die Nutenden der Formrinnen (6) eingelegt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt d) ein Zwischenschritt d2) quer über den Bereich benachbarter Nutenden der Formrinnen (6) eine Dichtmittelspur gelegt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9 ,
dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt h) in einem abschließenden Verfahrensschritt die Rumpfschale (16) entnommen wird und anschließend zur Qualitätsprüfung gewendet wird, so dass die mit den Stringern (14) verstärkte Innenseite visuellen Prüfungen zugänglich ist.
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