DE102006031336A1

DE102006031336A1 - Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils in der Luft- und Raumfahrt

Info

Publication number: DE102006031336A1
Application number: DE102006031336A
Authority: DE
Inventors: Pierre Zahlen; Torben Jacob
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-07-07
Also published as: DE602007004219D1; EP2038107A1; WO2008003715A1; CA2651495A1; WO2008003715B1; CN101484301A; DE102006031336B4; ATE454260T1; JP2009542459A; EP2038107B1; US20100044912A1; US9492974B2; JP4940299B2; RU2009102869A; RU2437767C2; CN101484301B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundteils (22), insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, mit folgenden Verfahrensschritten: Einbringen einer elastischen Kernhülle (1) in eine Vorspanneinrichtung (3); Aufweiten der eingebrachten Kernhülle (1) zum elastischen Vorspannen derselben mittels Aktivieren der Vorspanneinrichtung (3); Einbringen eines Kernkörpers (13) durch eine Öffnung (4) der aufgeweiteten Kernhülle (1); Freigeben der Kernhülle mittels Deaktivieren der Vorspanneinrichtung (3) zum anliegenden Umschließen des Kernkörpers (13) durch die Kernhülle (1) und damit Ausbilden des Formkerns; und wenigstens abschnittsweise Ablegen von wenigstens einem Faserhalbzeug (16) auf dem ausgebildeten Formkern (14) zur Formgebung für das herzustellende Faserverbundbauteil (22).

Description

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 Stringer, welches mittels eines solchen Formkerns und/oder eines solchen Verfahrens hergestellt ist.
Obwohl auf beliebige Faserverbundbauteile anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik nachfolgend mit Bezug auf flächige, stringerversteifte Kohlefaserkunststoff (CFK)-Bauteile, beispielsweise Hautschalen, eines Flugszeugs näher erläutert.
Es ist allgemein bekannt, CFK-Hautschalen mit CFK-Stringern zu versteifen, um den im Flugzeugbereich auftretenden Belastungen bei möglichst geringem zusätzlichen Gewicht standzuhalten. Dabei werden im Wesentlichen zwei Arten von Stringern unterschieden: T- und Ω-Stringer.
Der Querschnitt von T-Stringern setzt sich aus der Basis und dem Steg zusammen. Die Basis 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 Enden mit der Hautschale verbunden sind. Ω-Stringer können entweder im ausgehärteten Zustand auf die ebenfalls ausgehärtete Hautschale geklebt, oder gleichzeitig mit der Schale Nass-in-Nass ausgehärtet werden. Letzteres wird angestrebt, weil dies prozesstechnisch günstiger ist. Zur Nass-in-Nass-Herstellung von mit Ω-Stringern versteiften Hautschalen sind jedoch Stütz- bzw. Formkerne notwendig, um die formlabilen Faserhalbzeuge während des Herstellungsprozesses in der gewünschten Ω-Form zu fixieren und abzustützen. Hautschalen mit Ω-Stringern weisen gegenüber T-Stringern den Vorteil einer besseren Infiltrierbarkeit während eines Infusionsverfahrens zum Einbringen einer Matrix, beispielsweise eines Epoxidharzes, in die Faserhalbzeuge auf. Infusionsverfahren sind gegenüber anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen, wie beispielsweise dem Prepreg-Verfahren, kostengünstig, weil dies die Verwendung von kostengünstigeren Faserhalbzeugen erlaubt.
Es besteht jedoch bei der Herstellung von Ω-Stringern das Problem, dass das gegenwärtig für den Stütz- bzw. Formkern verwendete Material kostenintensiv ist und nach dem Ausbilden der Ω-Stringer nur schwierig entfernt werden kann, so dass das in den Stringern verbleibende Material zu dem Gewicht des Faserverbundbauteils und damit zu dem Gewicht des Flugzeugs nachteilig beiträgt. Weiterhin ist problematisch, dass das in den Stringern verbleibende Material zu dem Gesamtgewicht des Flugzeugs nachteilig beiträgt.
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, einen Formkern mit den Merkmalen des Patentanspruchs 22 und/oder durch ein Faserverbundbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 30 gelöst.
Demgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, mit folgenden Verfahrensschritten bereitgestellt: Einbringen einer elastischen Kernhülle in eine Vorspanneinrichtung, Aufweiten der eingebrachten Kernhülle zum elastischen Vorspannen derselben mittels Aktivieren der Vorspanneinrichtung, Einbringen eines Kernkörpers durch eine Öffnung der aufgeweiteten Kernhülle, Freigeben der Kernhülle mittels Deaktivieren der Vorspanneinrichtung zum anliegend Umschließen des Kernkörpers durch die Kernhülle und damit Ausbilden des Formkerns, und wenigstens abschnittsweise Ablegen von wenigstens einem Faserhalbzeug auf dem ausgebildeten Formkern zur Formgebung für das herzustellende Faserverbundbauteil.
Ferner wird ein Formkern zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, insbesondere eines Stringers an einem Basisteil in der Luft- und Raumfahrt, mit einer Kernhülle, welche eine äußere Oberfläche des Formkerns bildet, und einem Kernkörper, welcher von der Kernhülle wenigstens teilweise umschlossen ist, bereitgestellt.
Weiterhin wird ein Faserverbundbauteil mit wenigstens einem Stringer, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, welches mittels eines erfindungsgemäßen Formkerns und/oder eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist, bereitgestellt.
Somit weist die vorliegende Erfindung gegenüber den eingangs genannten Ansätzen den Vorteil auf, dass das Faserverbundbauteil mittels eines kostengünstigeren Formkerns herstellbar ist, da anstelle eines teuren Materials vorteilhaft ein kostengünstigeres Material für den Formkern verwendet werden kann.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird mittels der Vorspanneinrichtung ein Vakuum an einer Außenfläche der Kernhülle zum Aufweiten derselben bei Aktivierung der Vorspanneinrichtung erzeugt. Im entspannten Zustand weist die Kernhülle vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als der zum Einschieben in die Kernhülle vorgesehene Kernkörper auf. Mittels der Vorspanneinrichtung wird die Kernhülle nun so weit bezogen auf ihren Durchmesser aufgeweitet bzw. gedehnt, dass sich der Kernkörper in Längsrichtung der Kernhülle einschieben lässt. Dazu erzeugt das Vakuum eine im Wesentlichen radial zur Kernhülle auf diese wirkende Kraft und spannt diese somit elastisch vor. Wird nun der Kernkörper in die aufgeweitete Kernhülle eingeschoben und wird nun mittels der Vorspanneinrichtung das Vakuum an der Außenfläche der Kernhülle durch die Deaktivierung der Vorspanneinrichtung freigegeben, schnürt sich die Kernhülle in radialer Richtung eng anliegend um den Kernkörper und bildet somit den Formkern aus.
Hier ergibt sich folglich der Vorteil, dass ein Kernkörper auf sehr einfache Art mit einer Kernhülle umgeben werden kann. Eine solche Kernhülle übernimmt zum Einen die Funktion der „Trennens" des Formkerns gegenüber dem CFK, so dass beim nachträglichen Entfernen des Formkerns keine Anhaftung an der CFK-Wandung mehr überwunden werden muss. Zum Anderen wird die Funktion des „Dichtens" bereitgestellt. Dadurch wird bei lufthaltigen oder porösen Kernmaterialien verhindert, dass Harz aus dem Faserverbundbauteil in den Kern eindringt und umgekehrt Luft aus dem Formkern in das CFK-Laminat entweicht.
Unter "Freigeben eines Vakuums" bzw. „Aufheben eines Vakuums" ist in dieser Anmeldung ein Druckangleich in dem das Vakuum aufweisenden Raum an einen Umgebungsdruck, beispielsweise den atmosphärischen Druck, zu verstehen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Öffnung der Kernhülle nach dem Deaktivieren der Vorspannein richtung mittels Verschweißen und/oder Verkleben verschlossen. Insbesondere bei einer vollständigen Ummantelung des Formkerns mit Formhalbzeugen kann somit sicher verhindert werden, dass ein Stoffaustausch zwischen dem Formkern und den Faserhalbzeugen stattfindet. Wird der Formkern vollständig mit Faserhalbzeugen umgeben, kann es erforderlich sein das Faserverbundbauteil zunächst mechanisch bearbeitet werden, um einen Zugang zu dem Formkern nach Aushärten des Faserverbundbauteils freizugeben. Anschließend kann der Formkern entfernt werden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Kernhülle durch das Deaktivieren der Vorspanneinrichtung mit einem die Öffnung ausbildenden Randbereich abdichtend an einem Umfang des Kernkörpers in Anlage gebracht wird. Hierbei umschließt die Kernhülle den Kernkörper folglich nicht vollständig. Deshalb wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung bevorzugt lediglich der von der Kernhülle umgebene Teil des Kernkörpers zum Formen und Stützen der Faserhalbzeuge zum Herstellen des Faserverbundbauteils verwendet. Dabei steht der Abschnitt des Kernkörpers, der keine Kernhülle aufweist, aus dem herzustellenden Faserverbundbauteil hervor. Ist das Faserverbundbauteil ausgehärtet, lässt sich der Kernkörper leichter aus dem Faserverbundbauteil entfernen, weil eine Bewegungsrichtung des Formkerns, insbesondere in Längsrichtung des Formkerns, freigegeben ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den schematischen Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen dabei:
1–4 mehrere Verfahrensschritte zur Herstellung des Formkerns gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5A–5C weitere Verfahrensschritte zur Herstellung des Faserverbundbauteils gemäß dem Ausführungsbeispiel; und
6 u. 7 weitere Verfahrensschritte zum Entfernen der Kernhülle gemäß dem Ausführungsbeispiel.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit jeweils den gleichen Bezugszeichen versehen worden.
1 bis 5 zeigen schematisch mehrere Verfahrensschritte gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In einem ersten Verfahrensschritt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, dargestellt in den 1A und 1B, wird eine Kernhülle 1 in ein Unterteil 2 einer Vorspanneinrichtung 3 eingebracht. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kernhülle 1 aus einem elastischen und/oder formlabilen Material, beispielsweise einem Kunststoff, insbesondere einem Polyamid und/oder einem PTFE-Kunststoff, ausgebildet.
Die Kernhülle 1 liegt mit ihrer Längsachse im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse der Vorspanneinrichtung 3 in derselben. Das Unterteil 2 ist vorzugsweise als eine erste Hälfte eines längsseitig durchgeschnittenen Rohres ausgebildet. Die Kernhülle 1 ist als ein elastischer Schlauch ausgebildet, der an seinem einen Ende 1a geschlossen ausgebildet und an seinem anderen Ende 1b mit einer Öffnung 4 versehen ist. Alternativ können das Unterteil 2 und Oberteil 5 der Vorspanneinrichtung 3 auch einteilig ausgebildet sein.
Anschließend, wie in den 2A und 2B illustriert, wird ein vorzugsweise als die zweite Hälfte des längsseitig durchgeschnittenen Rohres ausgebildetes Oberteil 5 auf das Unterteil 2 der Vorspanneinrichtung 3 aufgesetzt.
Der Querschnitt 5a des Oberteils 5 und der Querschnitt 2a des Unterteils 2 bilden im zusammengesetzten Zustand der Vorspanneinrichtung 3 einen im Wesentlichen luftdichten Rohrquerschnitt 6 aus. Der Rohrquerschnitt 6 ist vorzugsweise an den Formkernquerschnitt angepasst und im Wesentlichen trapezförmig mit gerundeten Ecken ausgebildet. Alternativ kann der Rohrquerschnitt 6 beispielsweise dreiecksförmig, oval, rund, und/oder wellenförmig ausgebildet werden.
Anformungen 7a, 7b an dem Unter- bzw. Oberteil bilden beispielsweise zusammen einen Kanal 9 aus. Der Kanal 9 wird an eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) angeschlossen.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird ein Randbereich 1c der Kernhülle 1 gegen den Rohrquerschnitt 6 luftdicht abgeschlossen, und vorzugsweise über ein rechtes Ende 3b der Vorspanneinrichtung 3 gestülpt. Der umgestülpte Randbereich 1c wird vorzugsweise mittels eines Klemmrings 10 an einem äußeren Umfang 3c der Vorspanneinrichtung befestigt.
Folglich wird ein ausreichend luftdichter Raum 11 gebildet, der durch eine Außenseite 1d der Kernhülle 1 und eine innere Wandung 3d der Vorspanneinrichtung begrenzt wird. Der Klemmring 10 verhindert dabei ein Ausdringen von Luft zwischen der Außenseite 1d der Kernhülle 1 und der Vorspanneinrichtung 3 mittels seiner Klemmwirkung.
In einem nächsten Verfahrensschritt nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in den 3A und 3B gezeigt, wird die Vorspanneinrichtung 3 aktiviert, d.h. die Vakuumpumpe wird zur Evakuierung des Raums 11 geschaltet. Dadurch legt sich die Augenseite 1d der Kernhülle 1 eng an die innere Wandung 3d der Vorspanneinrichtung 3 an. Dies bedingt eine Aufweitung des elastischen Materials der Kernhülle 1, wodurch dieses, insbesondere in radialer Richtung, d.h. senkrecht zur Längsrichtung, vorgespannt wird.
In die derart aufgeweitete Öffnung 1b der Kernhülle 1 wird in einem nächsten Verfahrensschritt ein formstabiler Kernkörper 13 eingeschoben.
Anschließend wird die Vorspanneinrichtung 3 deaktiviert, d.h. das Vakuum in dem Raum 11 wird freigegeben, wodurch der Druck in dem Raum 11 an einen Außendruck, also den atmosphärischen Druck, angeglichen wird.
Im entspannten Zustand ist ein Durchmesser D1 der Kernhülle 1 geringer als ein Durchmesser D2 des Kernkörpers 13. Die vorgespannte Kernhülle entspannt sich somit nur geringfügig und legt sich dabei fest in Umfangsrichtung um den Kernkörper 13.
Der Klemmring 10 kann nachfolgend entfernt und der somit hergestellte Formkern 14 aus der Vorspanneinrichtung 3 entnommen werden, wie in 4A und 4B dargestellt.
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Randbereiche 1c der Kernhülle vorzugsweise zusammengeschweißt. Ein derartiges Zusammenschweißen verhindert einen Stoffaustausch zwischen dem Kernkörper 13 und dem herzustellenden Faserverbundbauteil (dargestellt in 5B), während sich der Kernkörper 13 im Inneren desselben befindet.
Alternativ kann der Kern 13 mit einer derartigen Länge ausgebildet sein, dass er in dem in den 3A und 3B dargestellten Verfahrensschritt über das öffnungsseitige Ende 3b der Vorspanneinrichtung 3 vorsteht. Wird der Klemmring 10 entfernt, können die Randbereiche 1c aus geometrischen Gründen nicht zusammengeschweißt werden, sondern legen sich eng um den hervorstehenden Abschnitt 13a (wie dargestellt in 5B) des Kernkörpers 13.
Der Formkern 14 eignet sich zum Herstellen eines Faserverbundbauteils 22, welches geometrische Abschnitte aufweisen soll, die wenigstens abschnittsweise denen des Formkerns 14 entsprechen.
Allgemein kann der Formkern 14 in verschiedenen Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, wie beispielsweise einem Handlaminier-, Prepreg- oder Vakuuminjektionsverfahren eingesetzt werden. Im Folgenden soll allerdings der Einsatz des Formkerns in einem Vakuuminfusionsverfahren exemplarisch dargestellt werden.
5A bis 5C illustrieren weitere Verfahrensschritte zur Herstellung des Faserverbundbauteils gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Die Formkerne 14 können, wie in 5A illustriert, auf einem Basisteil 15 aus Faserhalbzeugen, beispielsweise aus Fasergelege, angeordnet werden. Anschließend werden weitere Faserhalbzeuge 16 derart flächig auf den Formkernen abgelegt, dass sie wenigstens abschnittsweise mit diesen in Kontakt sind und eine innere Form annehmen, die der äußeren Form der Formkerne entspricht.
5B zeigt eine Ansicht entlang der Pfeilrichtung A in der 5A. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Formkern 14 verwendet, der den vorstehenden Abschnitt 13a aufweist, welcher nicht von der Kernhülle 1 bedeckt ist. In dem Randbereich 1d der Kernhülle wird ein Dichtkitt 18 eingebracht. Anschließend werden die weiteren Faserhalbzeuge 16 sowie das Basisteil 15 mit einer Dichtfolie 19 luftdicht abgedeckt. Die Dichtfolie 19 schließt dabei mit dem Dichtkitt 18 ab, wobei der Dichtkitt 18 den Raum zwischen der Dichtfo lie 19 und der Kernhülle 1 luftdicht abdichtet. Ferner kann ein Füllstück 20 eingebracht werden, das den Formkern im Bereich zwischen dem Ende des Faserhalbzeuges 16 und dem Dichtkitt stützt.
Anschließend wird ein Vakuum an den von der Dichtfolie abgedichteten Raum angelegt und eine Verbindung zu diesem Raum mit der Matrix 21 vorgesehen. Wird der Raum unterhalb der Dichtfolie nun evakuiert, verteilt sich die Matrix 21 gleichmäßig in den Faserhalbzeugen 16 und in dem Basisteil 15. Vorzugsweise bildet die Kernhülle 1 hier eine Dichtschicht, welche ein Eindringen der Matrix 21 in den Kernkörper 13 und/oder ein Ausdringen von Stoffen, insbesondere Luft, aus dem Kernkörper 13 in das herzustellende Faserverbundbauteil 22 verhindert.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Anordnung 17 in einem Autoklav oder Ofen (nicht dargestellt) angeordnet und unter Druck und/oder Wärme ausgehärtet. Deshalb ist die Kernhülle 1 vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, das den notwendigen Prozesstemperaturen im Bereich von beispielsweise 180 Grad standhält ohne seine Funktionen „Dichten" und „Trennen" zu verlieren und/oder sich außerhalb vorgegebener Toleranzen zu verformen.
Die ausgehärtete Anordnung 17 weist nun ein Faserverbundbauteil 22, wie gezeigt in 5C, mit einer harten Schale 23 auf, welche mit in etwa Ω-förmigen Stringern 24 verstärkt ist.
Zum Entfernen der Formkerne 14 existieren verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann der Kernkörper 13, der beispielsweise aus wasserlöslichem Material ausgebildet ist, mittels eines Wasserstrahls ausgeschwemmt werden. Dazu ist eine Ausspülvorrichtung 25 vorgesehen, welche einen Schlauch 26 aufweist, mittels welchem Wasser und ausgeschwemmtes Kernkörpermaterial 27 abgeführt wird.
Alternativ kann der Kernkörper 14 einfach aus dem Ω-förmigen Stringer 24 in Längsrichtung herausgezogen werden. Die Kernhülle 1 ist dazu auf ihrer Innenseite mit einer gleitfähigen Beschichtung versehen oder aus einem geeignet gleitfähigen Material hergestellt, d.h. die Kernhülle 1 weist beispielsweise eine Trennschicht auf, welche ein Anhaften des Kernkörpers 14 an der Kernhülle 1 verhindert. Die Kernhülle 1 verbleibt somit in dem Ω-förmigen Stringer 24, trägt aber nur geringfügig zum Gewicht des Bauteils 22 bei.
Obwohl die Kernhülle 1 in dem Ω-förmigen Stringer 24 verbleiben könnte, besteht die Möglichkeit, die Kernhülle 1 auf verschiedene Weisen zu entfernen.
6 und 7 zeigen weitere Verfahrensschritte zum Entfernen der Kernhülle gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 6 illustriert, wird eine Leine 29 an einem Befestigungspunkt 30 an der Kernhülle 1 befestigt. Anschließend wird eine Kraft F in Längsrichtung des Stringers 24 auf die Leine 29 aufgebracht und somit die Kernhülle 1 aus dem Stringer 24 herausgezogen. Bevorzugt weist die Kernhülle 1 dabei eine Trennschicht auf, welche ein Anhaften des hergestellten Faserverbundbauteils 22 an der Kernhülle 1 verhindert. Alternativ kann ein Druckstempel mittels dem die Kernhülle 9 herausgedrückt wird verwendet werden.
In 7 wird ein Luftdruck P entlang der Längsrichtung des Stringers 24 auf das geschlossene Ende 1a der Kernhülle 1 aufgebracht und presst die Kernhülle 1 aus dem Stringer 24 in dessen Längsrichtung aus diesem heraus.
Besonders vorteilhaft kann das erläuterte Verfahren auch zur Herstellung von Formkernen 14 mit einem in Längsrichtung L variablen Querschnitt verwendet werden. Wird beispielsweise ein wasserlöslicher Kernkörper 13 verwendet, kann der Formkern 14 nach dem wenigstens teilweise Aushärten des Faserverbundbauteils 22 und Ausspülen des Kernkörpers 13 problemlos aus dem hergestellten Stringer 24, der dann einen variablen Querschnitt aufweist, entformt werden. Das Kernkörpermaterial 27 kann später zum Ausbilden eines neuen Kernkörpers 13 wieder verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren dargestellte, spezielle Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils in der Luft- und Raumfahrt beschränkt.
Ferner ist die einzelne Abfolge einzelner Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens auf vielfältige Arten veränderbar. Auch die Ausgestaltung der einzelnen Verfahrensschritte kann modifiziert werden. Beispielsweise kann ein Absaugen der Kernhülle anstelle eines Herauspressens unter Druck zum Entfernen der Kernhülle aus dem hergestellten Stringer erfolgen.
Weiterhin ist die Geometrie des Formkerns auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Ferner können auch mehrere Formkerne verwendet werden, um einen einzigen Formkern auszubilden, der mit Fasergelegen umlegt wird. Dabei ist es das Ziel, eine komplexere Geometrie mittels der Vielzahl an Formkernen zu schaffen. Folglich können komplexere Faserverbundbauteile hergestellt werden.

1: Kernhülle
1a: geschlossenes Ende der Kernhülle
1b: offenes Ende der Kernhülle
1c: Randbereich der Kernhülle
1d: Außenseite der Kernhülle
2: Unterteil der Vorspanneinrichtung
3: Vorspanneinrichtung
3a: kanalseitiges Ende
3b: öffnungsseitiges Ende
3c: äußerer Umfang
3d: innere Wandung
4: Öffnung der Kernhülle
5: Oberteil der Vorspanneinrichtung
5a: Querschnitt des Oberteils
5b: Querschnitt des Unterteils
6: Rohrquerschnitt
7a, 7b: Anformungen
9: Kanal
10: Klemmring
11: luftdichter Raum
13: Kernkörper
13a: hervorstehender Abschnitt
14: Formkern
15: Basisteil
16: Faserhalbzeuge
17: Anordnung
18: Dichtkitt
19: Dichtfolie
20: Füllstück
21: Matrix
22: Faserverbundbauteil
23: Schale
24: Ω-förmige Stringer
25: Ausspülvorrichtung
26: Schlauch
27: Kernkörpermaterial
29: Leine
30: Befestigungspunkt
D1: Durchmesser Kernhülle
D2: Durchmesser Kernkörper
P: Luftdruck
L: Längsrichtung

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (22), insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, mit folgenden Verfahrensschritten: – Einbringen einer elastischen Kernhülle (1) in eine Vorspanneinrichtung (3); – Aufweiten der eingebrachten Kernhülle (1) zum elastischen Vorspannen derselben mittels Aktivieren der Vorspanneinrichtung (3); – Einbringen eines Kernkörpers (13) durch eine Öffnung (4) der aufgeweiteten Kernhülle (1); – Freigeben der aufgeweiteten Kernhülle (1) mittels Deaktivieren der Vorspanneinrichtung (3) zum anliegendend Umschließen des Kernkörpers (13) durch die Kernhülle (1) und damit Ausbilden des Formkerns (14); und – wenigstens abschnittsweise Ablegen von wenigstens einem Faserhalbzeug (16) auf dem ausgebildeten Formkern (14) zur Formgebung für das herzustellende Faserverbundbauteil (22).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Vorspanneinrichtung (3) ein Vakuum an einer Außenfläche (1d) der Kernhülle (1) zum Aufweiten derselben bei Aktivierung der Vorspanneinrichtung (3) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Vorspanneinrichtung (3) ein Vakuum an einer Außenfläche (1d) der Kernhülle (1) bei Deaktivierung der Vorspanneinrichtung (3) freigegeben wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (3) als ein Rohrabschnitt mit einem geschlossenen Querschnitt (6) ausgebildet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (3) mit einem Unterteil (2) und einem Oberteil (5) zum längsseitigen Öffnen der Vorspanneinrichtung (3) zum Einlegen der Kernhülle (1) ausgebildet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (3) mit einer Öffnung (3b) zum Einführen des Kernkörpers (13) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernhülle (1) im Bereich (1c) ihrer Öffnung (4) in der Öffnung (3b) der Vorspanneinrichtung (3) zum luftdichten Verschließen derselben angebracht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (4) der Kernhülle (1) nach dem Deaktivieren der Vorspanneinrichtung (3) mittels Verschweißen und/oder Verkleben verschlossen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernhülle (1) durch das Aktivieren der Kernhülle (1) mit einem die Öffnung (4) ausbildenden Randbereich (1c) abdichtend an einem Umfang des Kernkörpers (13) in Anlage gebracht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (14) nach Deaktivieren der Vorspanneinrichtung (3) aus der Vorspanneinrichtung (3) entnommen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (14) auf einem Basisbauteil (15) aus Faserverbundhalbzeugen angeordnet wird und/oder mit Faserhalbzeugen (16) zum Ausbilden wenigstens eines Abschnitts des Faserverbundbauteils (22) wenigstens teilweise im Bereich der Kernhülle (1) umgeben wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (14) aus den ihn umgebenden Faserhalbzeugen (16) zum Ausbilden des Faserverbundbauteils (22) hervorstehend angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der hervorstehende Abschnitt (13a) des Formkerns (14) mit Dichtelementen (18) zum Abdichten der Faserhalbzeuge (16) wenigstens während des Einbringens einer Matrix (21) versehen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkerns (14) vollständig von Faserhalbzeugen (16) zum Ausbilden des Faserverbundbauteils (22) umschlossen angeordnet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Matrix (21) in das wenigstens eine Faserhalbzeug (16) mit dem Formkern (14) eingebracht wird und anschließend unter Druck und/oder Wärme zu dem Faserverbundbauteil (22) wenigstens teilweise ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens teilweise ausgehärtete Faserverbundbauteil (22) zum Entfernen des Kernkörpers (13) und/oder der Kernhülle (1) mechanisch bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernkörper (13) nach dem wenigstens teilweise Aushärten des Faserverbundbauteils (22) aus diesem entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernkörper (13) mittels Auswaschen, Absaugen und/oder mechanischen Herausziehens des Kernkörpers (13) aus dem Faserverbundbauteil (22) entfernt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernhülle (1) aus dem wenigstens teilweise ausgehärteten Faserverbundbauteil (22) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernhülle (1) mittels Druckluft, Ansaugen, Auswaschen und/oder mechanischen Herausziehens entfernt wird, wobei ein geeignetes Eingriffselement (30) an der Kernhülle (1) mit einem Mittel (29) zum Entfernen der Hülle in Eingriff gebracht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Herstellung des Faserverbundbauteils (22) als ein Handlege-, Prepreg-, Spritzpress- und/oder Vakuuminfusionsverfahren ausgebildet wird.
Formkern (14) zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (22), insbesondere eines Stringers (24) an einem Basisteil (15) in der Luft- und Raumfahrt, mit: einer Kernhülle (1), welche eine äußere Oberfläche des Formkerns (14) bildet; und einem Kernkörper (13), welcher von der Kernhülle (1) wenigstens teilweise umschlossen ist.
Formkern nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernhülle (1) als Trennschicht ausgebildet ist, welche ein Anhaften des herzustellenden Faserverbundbauteils (22) an der Kernhülle (1) verhindert.
Formkern nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernhülle (1) als Dichtschicht ausgebildet ist, welche ein Eindringen einer Matrix (21) aus dem herzu stellenden Faserverbundbauteil (22) in den Kernkörper (13) und/oder ein Ausdringen von Stoffen, insbesondere Luft, aus dem Kernkörper (13) in das herzustellende Faserverbundbauteil (22) verhindert.
Formkern nach wenigstens einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernhülle (1) ein elastisches und/oder formlabiles Material aufweist.
Formkern nach wenigstens einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernhülle (1) einen Kunststoff, insbesondere ein Polyamid und/oder einen PTFE-Kunststoff aufweist.
Formkern nach wenigstens einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (14) einen in seiner Längsrichtung variablen Querschnitt aufweist.
Formkern nach wenigstens einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (14) Ω-förmig, trapezförmig, dreiecksförmig, oval, rund und/oder wellenförmig ausgebildet ist.
Formkern nach wenigstens einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (14) und/oder die Kernhülle (1) ein wasserlösliches Material aufweist.
Faserverbundbauteil (22) mit wenigstens einem Stringer (24), insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, welches mittels eines Formkerns (14) nach wenigstens einem der Ansprüche 22 bis 29 und/oder einem Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21 hergestellt ist.