DE102007015517A1

DE102007015517A1 - Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils

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Publication number: DE102007015517A1
Application number: DE102007015517A
Authority: DE
Inventors: Barnaby Law; Hauke Dr.-Ing. Lengsfeld
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-02
Also published as: RU2457113C2; RU2009132007A; CA2679078A1; BRPI0809550A2; JP2010523357A; CN104690988B; EP2129510B1; CN101674927A; US20100139847A1; CN104690988A; WO2008119701A1; US8911580B2; EP2129510A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich. Zunächst wird ein unausgehärtetes Vorgelege (6) aus einem bei einer ersten Härtetemperatur aushärtbaren Faserverbundmaterial in eine vorbestimmte Form geformt. Anschließend wird das unausgehärtete Vorgelege (6) mit wenigstens einem teilweise bei einer zweiten Härtetemperatur ausgehärteten Halteteil (12, 13) aus einem Faserverbundmaterial zum Halten des unausgehärteten Vorgeleges (6) in der vorbestimmten Form verbunden, wobei die zweite Härtetemperatur niedriger als die erste Härtetemperatur ist. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das mit dem wenigstens einen Halteteil (12, 13) verbundene, unausgehärtete Vorgelege (6) zum Bilden des Strukturbauteils bei der ersten Härtetemperatur ausgehärtet. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, bisher verwendete teure Werkzeuge aus Spezialstahl zum Halten von formlabilen Vorgelegen durch wenigstens ein Halteteil (12, 13) aus Faserverbundmaterialien zu ersetzen, wobei das wenigstens eine Halteteil (12, 13) eine niedrigere Härtetemperatur als das Vorgelege (6) aufweist und daher mittels einem kostengünstigeren Werkzeug hergestellt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich.
Obwohl auf beliebige Strukturbauteile anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf die Herstellung einer T-Stringer-versteiften Haut eines Luftfahrzeugs näher erläutert.
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Verfahren zur Herstellung einer T-Stringer-versteiften Haut bekannt.
Eines dieser Verfahren sieht vor, unausgehärtete T-Stringer auf einer unausgehärteten Haut anzuordnen. Die T-Stringer und die Haut sind dabei jeweils aus Kohlenstofffaserkunststoff (CFK)-Prepreg-Material ausgebildet. In einem weiteren Schritt werden Werkzeuge vorgesehen, um die T-Stringer auf der Haut vor und während eines sich anschließenden Aushärteschritts in Position zu halten, insbesondere um ein „Umfallen" des Stringer-Stegs zu verhindern.
Da das CFK-Prepreg-Material bei den für eine hohe Festigkeit der T-Stringer-versteiften Haut erforderlichen Aushärtetemperaturen im Bereich von etwa 125 bis 180°C wegen seines geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten praktisch keine Längenänderung erfährt, müssen die Werkzeuge ebenfalls aus einem Material ausgebildet sein, welches einen derart niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist und darüber hinaus den Aushärtetemperaturen standhält.
Gegenwärtig werden die Werkzeuge deshalb aus Spezialstahl gefertigt, was hohe Kosten mit sich bringt. Die Kosten resultieren dabei zum Einen aus dem hohen Materialpreis für den Spezialstahl selbst und zum Anderen aus dem hohen Aufwand für eine mechanische Bearbeitung des Materials zum Herstellen der Werkzeuge.
Weiterhin sind solche Werkzeuge relativ unflexibel, d. h. dass beispielsweise bei einer Änderung der Stringerform aufwändige Umarbeitungen der Werkzeuge erforderlich sind.
Ein weiterer Nachteil solcher Werkzeuge, insbesondere solcher für die Herstellung der bis zu etwa 35 Meter langen Flügelteile eines Flugzeugs, liegt in deren hohem Gewicht, welches die Handhabung solcher Werkzeuge sehr schwierig macht.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Strukturbauteilen bereitzustellen, welches ohne die vorstehend beschriebenen Werkzeuge aus Spezialstahl auskommt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich, mit folgenden Verfahrensschritten bereitgestellt. Zunächst wird ein unausgehärtetes Vorgelege aus einem bei einer ersten Härtetemperatur aushärtbaren Faserverbundmaterial in eine vorbestimmte Form geformt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das unausgehärtete Vorgelege mit wenigstens einem wenigstens teilweise bei einer zweiten Härtetemperatur ausgehärteten Halteteil aus einem Faserverbundmaterial zum Halten des unausgehärteten Vorgeleges in der vorbestimmten Form verbunden. Dabei ist die zweite Härtetemperatur niedriger als die erste Härtetemperatur. In einem noch weiteren Verfahrens schritt wird das mit dem wenigstens einen Halteteil verbundene, unausgehärtete Vorgelege zum Bilden des Strukturbauteils bei der ersten Härtetemperatur ausgehärtet.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, anstelle der teuren Werkzeuge aus Spezialstahl wenigstens ein kostengünstiges, wenigstens teilweise ausgehärtetes Halteteil aus Faserverbundmaterial zum Halten des Vorgeleges während dem Aushärten desselben bereitzustellen.
Das wenigstens eine wenigstens teilweise ausgehärtete Halteteil besteht zu diesem Zweck aus einem Faserverbundmaterial, welches bereits bei einer vergleichsweise niedrigen Härtetemperatur aushärtet. Somit können Werkzeuge zur Herstellung des wenigstens einen Halteteils auch aus einem Material vorgesehen werden, welches einen vergleichsweise hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt. Die sich somit ergebende Flexibilität bei der Wahl des Materials ermöglicht es, ein sowohl mechanisch einfach zu bearbeitendes als auch kostengünstiges Material, wie beispielsweise Aluminium, für die Werkzeuge zur Herstellung des wenigstens einen Halteteils zu verwenden, mit der Folge, dass nur geringe Kosten für die Herstellung des wenigstens einen Halteteils entstehen. Das auf diese Weise kostengünstig hergestellte wenigstens eine Halteteil wird anschließend zum Halten des unausgehärteten und damit formlabilen Vorgeleges in einer bestimmten Form mit diesem verbunden.
Das wenigstens eine Halteteil aus Faserverbundmaterial, weist ferner den Vorteil auf, dass es einen sehr ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, wie das Faserverbundmaterial des unausgehärteten Vorgeleges. Folglich kommt es zu keinen schädlichen Spannungen zwischen dem Vorgelege und dem wenigstens einen Halteteil während des Aushärtens bei der hohen Härtetemperatur.
Aus den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Verbesserungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die erste und zweite Härtetemperatur beziehen sich jeweils auf eine Temperatur, bei welcher eine Matrix des Faserverbundmaterials des Vorgeleges bzw. die Matrix des Faserverbundmaterials des wenigstens einen Halteteils aktiviert wird, d. h. eine Vernetzung zwischen den makromolekularen Hauptketten der jeweiligen Matrix stattfindet.
Unter einem Vorgelege aus Faserverbundmaterial bzw. Halteteil aus Faserverbundmaterial sind vorliegend Fasergewebe und/oder Fasergelege, insbesondere Tapegelege, zu verstehen, die vorzugsweise einen Schichtenaufbau aufweisen. Bevorzugt sind die Fasern in dem Tapegelege hinsichtlich der Beanspruchung des herzustellenden Strukturbauteils optimiert ausgelegt. Die Fasergelege und/oder Fasergewebe sind mit einer Matrix, insbesondere einer Epoxidharz-Matrix, imprägniert.
Mit „Formen" des unausgehärteten Vorgeleges in eine vorbestimmte Form ist vorzugsweise ein Warmumformen des unausgehärteten Vorgeleges gemeint. Es ist jedoch genauso möglich, das „Formen" in eine bestimmte Form mittels Ablegen des Vorgeleges auf einer vorbestimmten Geometrie, beispielsweise eines Werkzeugs oder auf dem wenigstens einem Halteteil selbst, vorzunehmen.
Unter einem „unausgehärteten Vorgelege" ist ein nicht ausgehärtetes, auch nasses Vorgelege oder auch ein nur teilweise ausgehärtetes Vorgelege zu verstehen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird bei dem Verbinden das wenigstens eine Halteteil stoffschlüssig mit dem unausgehärteten Vorgelege, insbesondere flächig, zum Bilden eines einstückigen Strukturbauteils verbunden. Grundsätzlich wäre es denkbar, das Halteteil lediglich über geeignete Befestigungsmittel, beispielsweise Stifte, mit dem unausgehärteten Vorgelege zu verbinden und beide in diesem Zustand auszuhärten. Ein sehr viel stabileres Strukturbauteil kann je doch erzielt werden, wenn das wenigstens eine Halteteil mit dem unausgehärteten Vorgelege stoffschlüssig verbunden wird.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zum Verbinden des unausgehärteten Vorgeleges mit dem wenigstens einen Halteteil diese miteinander verpresst. Dadurch kommt es zu einer vorteilhaften Einbettung des Halteteils in dem Vorgelege, insbesondere durch das somit bewirkte Fließen der Matrix des Vorgeleges. Insgesamt wird eine höhere Festigkeit des herzustellenden Strukturbauteils erzielt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird vor dem Verbinden das wenigstens eine Halteteil mit einer einer auszubildenden Außenkontur des Vorgeleges entsprechenden Innenkontur ausgebildet. Somit lässt sich ein möglichst großflächiger, insbesondere vollflächiger, Kontakt zwischen dem Halteteil und dem Vorgelege und damit eine besonders gute Abstützung des Letzteren erzielen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vor dem Verbinden das wenigstens eine Halteteil mit einem Radius gekrümmt ausgebildet, wobei entsprechende Aussparungen in das wenigstens eine Halteteil für eine Kompensierung des sich aus einem bezogen auf eine neutrale Biegelinie verkürzten Bereichs ergebenden Materialüberschusses geschnitten werden. Die neutrale Biegelinie definiert allgemein den Bereich eines gekrümmten Körpers, in welchem das Material durch das Biegen weder gelängt noch verkürzt wird. Der verkürzte Bereich liegt bezogen auf die neutrale Biegelinie auf der Seite des Radius. Die Aussparungen, beispielsweise in etwa dreiecksförmige Einschnitte in das Halteteil, verhindern, dass in dem verkürzten Bereich zu einem Ausknicken eines Abschnitts eines Halteteils kommt. In einem weiteren Schritt kann beispielsweise das infolge der Aussparungen abschnittsweise unterbrochene Faserverbundmaterial der verkürzten Bereiche miteinander verbunden werden, insbesondere miteinander verklebt werden. Auf diese Weise lässt sehr einfach ein gekrümmtes Halteteil herstellen, welches anschließend zur Herstellung eines Strukturbauteils mit einer Rampe dienen kann. Vorteilhaft ist dabei weiterhin, dass das Halteteil selbst ohne Abänderungen an dem Werkzeug zum Herstellen des Halteteils gekrümmt ausgebildet werden kann. Somit lassen sich die Herstellungskosten weiter reduzieren.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird vor oder während dem Verbinden das Vorgelege als Profil, insbesondere als ein aus zwei L-Profilen mit dazwischen angeordnetem Blade zusammengesetztes T-Profil, und/oder das wenigstens eine Halteteil als Profil, insbesondere als L-Profil, ausgebildet. Unter einem „Profil" ist vorliegend ein Bauteil zu verstehen, welches sich in eine Raumrichtung, nachfolgend als „Längsrichtung" bezeichnet, mit einem im Wesentlichem gleich bleibenden Querschnitt erstreckt. Unter einem „Blade" sind Verstärkungslagen aus Faserverbundmaterial, welche eine geometrisch abgegrenzte Einheit, insbesondere im Inneren eines Stringers bilden, zu verstehen. Dabei können beispielsweise die L-Profile des Vorgeleges jeweils zunächst auf einem als L-Profil ausgebildeten Halteteil abgelegt werden. In einem weiteren Schritt wird anschließend ein Blade auf einem der L-Profile des Vorgeleges angeordnet. Daraufhin werden die zwei Halteteile zusammengepresst, wobei sie dann das Vorgelege zwischen sich halten. Auf diese Weise lässt sich einfach ein als T-Profil ausgebildetes Strukturbauteil erzeugen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zwei Halteteile vorgesehen, welche das Vorgelege zwischen sich aufnehmen. Unter „Aufnehmen" ist vorliegend ein wenigstens abschnittsweise oder auch vollständig umfassendes Aufnehmen zu verstehen. Somit kann das noch formlabile Vorgelege sicher abgestützt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die zwei Halteteile wenigstens abschnittsweise miteinander in Anlage gebracht. Somit lässt sich insbesondere der von dem ausgehärte ten Vorgelege einzunehmende Raum zwischen den zwei Halteteilen genau definieren.
Gemäß einer Weiterbildung wird das unausgehärtete mit dem wenigstens einen Halteteil verbundenen Vorgelege vor dem Aushärten auf einer Haut, insbesondere aus Faserverbundmaterial angeordnet, wobei das Vorgelege und/oder das wenigstens eine Halteteil in Kontakt mit der Haut gebracht werden. In dem sich anschließenden Aushärteprozess lässt sich somit eine Stringer-versteiftes Haut erzeugen, wobei die Haut das Vorgelege von einer Seite abstützt und das wenigstens eine Halteteil insbesondere einen Steg des Vorgeleges abstützt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Matrix des Vorgeleges mit einem Heißhärter, insbesondere Diaminodiphenylsulphon, welche insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 110 und 200°C aushärtet und/oder eine Matrix des wenigstens einen Halteteils mit einem Kalthärter vorgesehen, insbesondere Isophorondiamin oder einen Kalthärter auf Anhydrit-Basis, welcher insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 20 und 100°C aushärtet. Mit dem Heißhärter können die gewünschten Eigenschaften des Strukturbauteils hinsichtlich Festigkeit erzielt werden, während mit dem Kalthärter eine kostengünstige Herstellung des Strukturbauteils erreicht wird, da ein kostengünstiges Material für das Werkzeug zur Herstellung des Halteteils verwendet werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das Faserverbundmaterial des Vorgeleges Kohlenstofffasern und/oder das Faserverbundmaterial des wenigstens einen Halteteils Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern und/oder Naturfasern auf. Bei den Kohlenstofffasern des Halteteils handelt es sich vorzugsweise um sehr günstige, weil nicht hochwertige Fasern. Somit lässt sich ein Strukturbauteil mit der gewünschten hohen Festigkeit erzielen, während das Halteteil kostengünstig hergestellt werden kann. Wird das Halteteil aus GFK gebildet, ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass eine Schlagzähigkeit des Strukturbauteils erhöht wird. Ferner ergibt sich ein verbesserter Korrosionsschutz und Schutz gegenüber Blitzeinschlägen in Fällen, bei denen das Strukturbauteil mit metallischen Verbindungselementen in Verbindung steht.
Vorzugsweise ist das Strukturbauteil als ein Stringer, als ein Spant oder als eine Haut mit wenigstens einem Stringer oder wenigstens einem Spant ausgebildet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Von den Figuren zeigen:
1 in einer Querschnittsansicht einen Verfahrenszustand eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 in einer Querschnittsansicht einen Verfahrenszustand eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 in einer perspektivischen Querschnittsansicht einen Verfahrenszustand eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 in einer Querschnittsansicht einen Verfahrenszustand eines Verfahrens gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5A in einer perspektivischen Ansicht einen Verfahrenszustand eines Verfahrens gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
5B in einer perspektivischen Ansicht einen weiteren Verfahrenszustand gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 5A.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
1 zeigt in einer Querschnittsansicht einen Verfahrenszustand eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Eine Anordnung 1 weist eine Haut 2, vorzugsweise aus nichtausgehärtetem CFK, welche auf einer Laminiervorrichtung 3 angeordnet ist. Auf ihrer Oberseite 4 steht die Haut 2 in stoffschlüssigem Kontakt mit einem Fuß 5a, 5b eines unausgehärteten Vorgeleges 6, welches einen T-förmigen Querschnitt aufweist. Das unausgehärtete Vorgelege 6 wurde durch Verpressen von zwei spiegelsymmetrischen L-Profilen 7, 8, vorzugsweise jeweils aus unausgehärtetem, eine Epoxidharz-Matrix aufweisendem CFK-Tapegelege, mit einem dazwischen angeordneten Blade 9, vorzugsweise ebenfalls aus unausgehärtetem, eine Epoxidharz-Matrix aufweisendem CFK-Tapegelege, hergestellt. Das Blade 9 bildet mit zwei Schenkeln 10, 11 der L-Profile 7 bzw. 8 einen Steg 5c des Vorgeleges 6 aus. Die L-Profile 7, 8 des Vorgeleges 6 selbst wurden vorzugsweise mittels Warmumformen in die dargestellte L-Form gebracht.
Das noch unausgehärtete Vorgelege 6 befindet sich in einem noch formlabilen Zustand. Für eine Aufrechterhaltung der in 1 dargestellten T-Form des Vorgeleges 6 sind zwei formstabile Halteteile 12, 13, welche vorzugsweise jeweils als ein L-Profil aus wenigstens teilweise ausgehärtetem GFK (Glasfaserkunststoff) ausgebildet sind, spiegelsymmetrisch vorgesehen worden. Insbesondere der Steg 5c des Vorgeleges 6 wird dabei durch die Halteteile 12, 13 abgestützt. Eine Außenkontur 14, 15 der L-Profile 7 bzw. 8 des Vorgeleges 6 wird dazu stoffschlüssig mit einer Innenkontur 16 bzw. 17 der Halteteile 12 bzw. 13 in Kontakt gebracht.
Die Halteteile 12, 13 werden bei einer Aushärtetemperatur von ungefähr 80°C unter Aktivierung eines Kalthärters, beispielsweise Isophorondiamin, mittels eines Werkzeuges aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Die Halteteile 12, 13 weisen dabei vorzugsweise einen Aufbau aus zwei Schichten Glasfasergewebe auf, welche mit einer den Kalthärter umfassenden Epoxidharz-Matrix imprägniert sind.
Zum Bilden des Strukturbauteils wird die Anordnung 1 aus 1 in einen Vakuumsack eingepackt und beispielsweise im Autoklaven ausgehärtet (nicht dargestellt). Die Aushärtung im Autoklaven erfolgt bei ungefähr 180°C, wobei ein entsprechender Heißhärter, beispielsweise Diaminodiphenylsulphon, in der Matrix des Vorgeleges 6 bzw. der L-Profile 7, 8 und des Blades 9 aushärtet. Das erzeugte Strukturbauteil gleicht dann der in 1 dargestellten Anordnung 1, jedoch sind alle Bauteile 2, 6, 12, 13 ausgehärtet und einstückig fest miteinander verbunden und bilden einen Stringer auf einer Haut aus.
Das Ausführungsbeispiel aus 2 unterscheidet sich gegenüber dem aus 1, dadurch dass die Halteteile 12, 13. als Z-Profile mit sich senkrecht zu Füßen 12a, 12b bzw. 13a, 13b erstreckendem Steg 12c bzw. 13c ausgebildet werden, wobei die Halteteile 12, 13 jeweils an ihrem einen den Füßen 12b, 13b zugeordneten Ende 21, 22, vorzugsweise im Bereich des Stegs 5c bzw. des Blades 9 des Vorgeleges 6 miteinander in Anlage gebracht werden.
Wie 3 zu entnehmen, kann das in Anlagebringen gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 2 auch lediglich abschnittsweise erfolgen. Die Enden 21, 22 der Halteteile 12, 13 befinden sich dabei in Längsrichtung 23 über einen Abschnitt 24 hinweg in Anlage, während sie in einem sich an den Abschnitt 24 in Längsrichtung 23 anschließenden Abschnitt 25 ausgespart sind.
Daraus ergibt sich weiterhin der bereits beschriebene Vorteil, dass die Halteelemente 12, 13 einen zueinander definierten Abstand einnehmen und gleichzeitig Material und damit Gewicht eingespart werden kann.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 unterscheidet sich von dem gemäß 2 dadurch, dass sich das Blade 9 zwischen den Enden 21, 22 hindurch erstreckt, wobei die Enden 21, 22 an dem Blade anliegen. Dadurch wird ein konstanter Abstand der Halteteile 12, 13 zueinander gewahrt.
5A zeigt ein L-Profil 26 aus wenigstens teilweise ausgehärteten GFK mit Schenkeln 31, 32, wobei aus dem Schenkel 31 dreieckige Aussparungen (exemplarisch angedeutet mit dem Bezugszeichen 33) ausgeschnitten sind. Anschließend, wie in 5B dargestellt, wird das L-Profil 26 um einen Radius 34 gekrümmt. Eine neutrale Biegelinie 35 erstreckt sich dabei im Wesentlichen in der Ebene des Schenkels 32. Die in dem gekrümmten Zustand des L-Profils 26 geschlossenen Aussparungen 33 werden dann verklebt, um ein stabiles L-Profil 26 zu erzeugen, welches anschließend als das Halteteil 12 oder 13 gemäß den vorstehenden Ausführungsbeispielen eingesetzt werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Beispielsweise kann anstelle eines unausgehärteten Vorgeleges auch ein nicht-imprägnierter Faserformling verwendet werden, welcher erst nachdem er mit wenigstens einem wenigstens teilweise mittels eines Kalthärters ausgehärteten Halteteil zum Halten des Faserformlings in einer vorbestimmten Form verbunden bzw. innerhalb desselben angeordnet wurde, mit einer einen Heißhärter aufweisenden Matrix imprägniert und anschließend ausgehärtet wird.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich, mit folgenden Verfahrensschritten. Zunächst wird ein unausgehärtetes Vorgelege aus einem bei einer ersten Härtetemperatur aushärtbaren Faserverbundmaterial in eine vorbestimmte Form geformt. Anschließend wird das unausgehärtete Vorgelege mit wenigstens einem teilweise bei einer zweiten Härtetemperatur ausgehärteten Halteteil aus einem Faserverbundmaterial zum Halten des unausgehärteten Vorgeleges in der vorbestimmten Form verbunden, wobei die zweite Härtetemperatur niedriger als die erste Härtetemperatur ist. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das mit dem wenigstens einen Halteteil verbundene, unausgehärtete Vorgelege zum Bilden des Strukturbauteils bei der ersten Härtetemperatur ausgehärtet. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, bisher verwendete teure Werkzeuge aus Spezialstahl zum Halten von formlabilen Vorgelegen durch wenigstens ein Halteteil aus Faserverbundmaterial zu ersetzen, wobei das wenigstens eine Halteteil eine niedrigere Härtetemperatur als das Vorgelege aufweist, und daher mittels einem kostengünstigeren Werkzeug hergestellt werden kann.

1: Anordnung
2: Haut
3: Laminiervorrichtung
4: Oberfläche
5a: Fuß
5b: Fuß
5c: Steg
6: Vorgelege
7: L-Profil
8: L-Profil
9: Blade
12: Halteteil
12a: Fuß
12b: Fuß
12c: Steg
13: Halteteil
13a: Fuß
13b: Fuß
13c: Steg
14: Außenkontur
15: Außenkontur
16: Innenkontur
17: Innenkontur
21: Ende
22: Ende
23: Längsrichtung
24: Abschnitt
25: Abschnitt
26: L-Profil
31: Schenkel
32: Schenkel
33: Aussparung
34: Radius
35: Biegelinie

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils, insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich, mit folgenden Verfahrensschritten: Formen eines unausgehärteten Vorgeleges (6) aus einem bei einer ersten Härtetemperatur aushärtbaren Faserverbundmaterial in eine vorbestimmte Form; Verbinden des unausgehärteten Vorgeleges (6) mit wenigstens einem wenigstens teilweise bei einer zweiten Härtetemperatur ausgehärteten Halteteil (12, 13) aus einem Faserverbundmaterial zum Halten des unausgehärteten Vorgeleges (6) in der vorbestimmten Form, wobei die zweite Härtetemperatur niedriger als die erste Härtetemperatur ist; und Aushärten des mit dem wenigstens einen Halteteil (12, 13) verbundenen, unausgehärteten Vorgeleges (6) zum Bilden des Strukturbauteils bei der ersten Härtetemperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Schritt des Verbindens das wenigstens eine Halteteil (12, 13) stoffschlüssig mit dem unausgehärteten Vorgelege (6), insbesondere flächig, zum Bilden eines einstückigen Strukturbauteils verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden des unausgehärteten Vorgeleges (6) mit dem wenigstens einen Halteteil (12, 13) diese miteinander verpresst werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt des Verbindens das wenigstens eine Halteteil (12, 13) mit einer einer auszubildenden Außenkontur (14, 15) des Vorgeleges (6) entsprechenden Innenkontur (16, 17) ausgebildet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt des Verbindens das wenigstens eine Halteteil (12, 13) mit einem Radius (34) gekrümmt ausgebildet wird, wobei entsprechende Aussparungen (33) in das wenigstens eine Halteteil (12, 13) für eine Kompensierung des sich aus einem bezogen auf eine neutrale Biegelinie (35) verkürzten Bereichs ergebenden Materialüberschusses geschnitten werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während dem Schritt des Verbindens das Vorgelege (6) als Profil, insbesondere als ein aus zwei L-Profilen (7, 8) mit dazwischen angeordnetem Blade (9) zusammengesetztes T-Profil, und/oder das wenigstens eine Halteteil (12, 13) als Profil, insbesondere als L-Profil, ausgebildet werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verbinden zwei Halteteile (12, 13) vorgesehen werden, welche das Vorgelege (6) zwischen sich aufnehmen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verbindens die zwei Halteteile (12, 13) wenigstens abschnittsweise miteinander in Anlage gebracht werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das unausgehärtete mit dem wenigstens einen Halteteil (12, 13) verbundene Vorgelege (6) vor dem Aushärten auf einer Haut (2), insbesondere aus Faserverbundmaterial, angeordnet wird, wobei das Vorgelege (6) und/oder das wenigstens eine Halteteil (12, 13) in Kontakt mit der Haut (2) gebracht werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Matrix des Vorgeleges (6) mit einem Heißhärter, insbesondere Diaminodiphenylsulphon, welcher insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 110 Grad und 200 Grad aushärtet, und/oder eine Matrix des wenigstens einen Halteteils (12, 13) mit einem Kalthärter vorgesehen werden, insbesondere Isophorondiamin oder einen Kalthärter auf Anhydrit-Basis, welcher insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 20 Grad und 100 Grad aushärtet.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbundmaterial des Vorgeleges (6) mit Kohlenstofffasern und/oder das Faserverbundmaterial des wenigstens einen Halteteils (12, 13) mit Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern und/oder Naturfasern ausgebildet werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil als ein Stringer, als ein Spant oder als eine Haut (2) mit wenigstens einem Stringer (6, 12, 13) oder wenigstens einem Spant ausgebildet wird.