DE2112588A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung plattenförmiger Bauelemente in Sandwichbauweise - Google Patents

Description

Messe rschmitt-^ölkow-Blohm Gesellschaft mit beschränkter Haftung, München

Ottobrunn> den 22. 2. 1971 B 512 dN/kr 7193

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung plattenförmiger Hauelemente in Sandwichbauweise

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung plattenförmiger Bauelemente in Sandwichbauweise aus einer Zellen bildenden Kernschicht und die Zellen verschließenden Deckplatten, Lei der benachbarte Zellen durch öffnungen in den Zellenwänden miteinander verbunden sind.

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Die Verwendbarkeit von Sandwichbauteilen beim Aufbau mechanisch und thermisch belasteter Bauteile z.B. von Flugkörpern ο.dgl. ist vielseitig und weitgehend von deren physikalischen Eigenschaften abhängig, z.B. von ihrem spezifischen Gewiclnt, ύ ihrer Hitzebeständigkeit und ihrer Verarbeitbarkeit, z.B. der Schweißbarkeit des Materials, aus welchem sie bestehen.

Jede Art von Bauplatten in Sandwichbauweise schließt Räum© ein, die hermetisch abgeschlossen sein könnten, wenn 'ichit bei. der Herstellung dieser Bauelemente wechselnde Tempera,— türen auftreten würden, durch welche das eingeschlossene Gas einen unerwünschten Druckanstieg erfahren würde. Man war daher genötigt, kleine Entlüftungslöcher in den Zellenwänden vorzusehen, durch die man auch schon eine Küh 1 f 1 üsaigke 1 tr In^ die_Zeligy;nnenra]an^^ (DT-VS 1 176 820). Diese

Maßnahme ist allerdings zur Kühlung der Bauelemente nicht ausreichend, aa die Kühlflüssigkeit, infolge der relativ kleinen Öffnungsquerschnitte zu trägem Umlauf gezwungen, nicht imstande ist, uie anfallende Wärme rechtzeitig abssvitragen. Insbesondere beim Einsatz der Zellenkern-üauelemente an Hochgeschwindigkeits-Flugkörpem kann das schv7erwieger\de Nachteile im Gefolge haben, veil die z.B. durch Gasreibujig bei hohen Geschwindigkeiten entstandens Wärma gefährliche Deforraierungen aerodynamisch wichtiger Bauteile verursaohen kann.

-lan hat das Probiere der Wärmebelastbarkeit dieser plattenförmigen Bauelemente daher auf andere Weise-zu lösen versucht.

Unter Vernachlässigung der üblichen Konstruktionsgewohn — heiten, nach Vielehen für die Außenhaut von Flugkörpern in. der Regel Leichtmetall verwendet wird, .iat man in na neben Fallen. höher schmelzende Metalle gewählt'·

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So sind z.B. die Sandwichbauteile für die Einlaufe und auch für die Schubdüsen von Triebwerksanlagen oder andere großflächige Verkleidungsteile von Hochgeschwindigkeits-Fiugkörpern, uie sich infolge Gasreibung im Betrieb stark auf- ■j ueizen, aus Titan oder Titanlegierungen gebaut werden. Diese Werkstoffe haben aber den Nachteil, uaß sie infolge ihrer Härte nur schwer bearbeitbar sind. Außerdem sind die Schweiß- und ilartlöt-Technologien noch nicht für alle hierbei verwendeten Hartmetallegierungen erarbeitet worden. In der „sgel bietet jedoch nur die Schweißverbindung ausreichende Sicherheit gegen ungewolltes Lösen der Verbindungen, jo daß bei der Benützung von Hartmetallegierungen wie Titan erhebliche Schwierigkeiten bei der Herstellung von Sandwichbauteilen auftreten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, r.üjl ein Bauelement. in Sandwichbauweise vorzuschlagen, aas hohen Forderungen entspricht, u.h. welches leicht ist, hohen Temperaturen standhält und dazu in der üblichen Weise geschweißt werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung plattenförmiger Bauelemente der eingangs erwähnten Art, bei welchen benachbarte Zellen du rch_t öffnungen in den Zellenwänden miteinander verbunden sind, c.adurch, .uäß die relativ großen öffnungen durch Aufbörde lung eingeschit — tenet Zellenwände gebildet und zum Durchführen von Werkzeugen, 7..U. Schweißelektroden,- genutzt werden.

uei dem Sandwichbauteil nach der Erfindung ist durch die Vielte der Öffnungen ein voluminöser, und deshalb besonders wirksamer Strom zum Kühlen der Zellen- und Deckwände gewähr leistet, uer in der Lage ist, uie im Betrieb anfallende Wärme rechtzeitig abzuführen, r.ir.o Veränderung der Durchf lußgeschviindigkeit bzw. up.e Durchs at ζ vo lumens gestattet 3 ine feinfühlig« Abstiiruxiung auf die jeweils Cüvüiiscu-Le Küiiiteai— peratur.

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Die Aufbördelung der eingeschnittenen Zellenwände hat den weiteren Vorteil in Gefolge, daß die abgebogenen Wandteile das strömende Kühlmedium zu einer kräftigen Verwirbelung veranlassen. Durch diesen Effekt wird der Wärmeübergang von ü den Zellen auf das Kühlmedium intensiviert.

Darüber hinaus wird durch die Aufbördelung der aufgeschi.ttenen Ränder eine wesentliche Versteifung der Seilen bzw, eine Erhöhung ihrer Widerstandskraft gegen mechanische Beanspruchung erreicht, ^ei Anwendung des Erfindungsgedanlcens ist es ferner möglich, durch einzelne von den Öffnungen in "ellervwänden gebildete Durchlaßkanäle, 2.B. solche mit besonders hoher Wärmebelastung, einen stärkeren Fluß des Kühlmediums hindurchzuschicken als durch die übrigen; etwa durch Anlegen einer größeren Kühlmitte!druckdifferenz. Es kann also in vorteilhafter Weise für bestimmte Bereiche der zu kühlenden Fläche eine individuelle KUh lungs anordnung getroffen werden.

Es ist üblich, bei der Herstellung von Sandwichbaute ilen nur auf einer Linie nebeneinander liegende Zellen nit öffnungen zu versehen, -uei der Sandwichbauplatte nach der Erfindung hat das zur Folge, uaß. sogenannte Heiß3teilen, die Gicli im Betrieb bei sehr hohen Geschwindigkeiten durqh Gasreib-umg ausbilden können, auf keinen Fall von den Kühlmittelfltaß· "umwandert" werden können. Der Kühlnittelfluß geht vi:elmer%r in gerader Richtung durch das gan2e Bauteil hindurch und t?eijtreicht alle Zellen in.gleicher Weise. -

Jio Weite der Öffnungen in den Zellenwänden ermöglicht es ferner, ueL der Herstellung dar Sandwichbauplatten, z. D. mit einem Schviein-elektrodenhalter, u.urch diese öffnungen in das Innere jeder Zelle einzufahren. Es werden durch diese Möglichkeit u.a. bedeutende· Einsparungen an Arbeitszeit; erzielt.

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Gemäß weiteren Einzelheiten der Erfindung wird das fertig aufgebaute Sandtwichbauelenent im Spritz- oder Tauchverfahren ndt einer wärmeisolierenden Schicht versehen oder es kann auch einen keramischen Schutzanstrich erhalten.

ueide Eigenheiten der Sandwichbauplatte nach der Erfindung, sowohl die optimale Kühlung als auch die Aufbringung der \:ärineisqlierentden Schicht, haben in vorteilhafter Weise zur Folge, daß auch spezifisch leichte, uühelos zu bearbeitende und schweißbare Werkstoffe, z.B. Aluminium oder desssn Legierungen, für hoch wärxnebelastbare Sandwichbau teile verwendet werden können. ■ ■■.-.;■ ·■·..· ■■·.-■ -'.-.■■ ·::-■ ■.-.-—,M; ·■.··. ■:-

In der Zeichnung ist das Verfahren gemäß der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Zellenstruktur ohne Boden- und Deckplatte in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 eine Zellenwand mit Einschnitten zur Bildung der,, Durchflußöffnung in Draufsicht;

Fig. 3 die Zellenwand nach Fig. 2 mit auf gebördelten Rändern (Lappen) der Durchflußöffnung,

Fig..4 das Anlegen der SchwelBpunkte beim Defestigen einer Deckplatte in Schnitt IV - IV gemäß Fig. 3.

Aus zwei gebogenen und zugairjnengefugten Blechstreifen 1, 2 bestehende, ein regelmäßiges Sechseck bildende Zellen 3,5 stellen ein Gitterwerk dar, das mittels in Fig. 1 nicht dar-Deckplatten verschlossen vird.

Die sich beim Zusammenfügen eier Blechstreifen 1, 2 bildende νcnneinsame. Wand 4 zweier bönactibarter Zellen 2 und 5 hat doppelte Blechstarke.

Die Ränder der Öffnungen 6 in den Wänden 4 sind in Fig. 1 glatt und anders gestaltet als in Fig. 2 bis 4:

Hier entstehen die großflächigen Öffnungen 6 durch Aufbiegung der durch die Einschnitte 7, 8/ 9 gebildeten Lappen. 10, 11, 12,. 1-3. Die hochstehenden Lappen 10 bis 13 dienen als Störkörper für den Kühlstrom, der das gesamte Sandwichbauteil durchfließt. Gleichzeitig erhöhen sie seine Belastbarkeit.

In Fig. 4 ist die Verschweiöung einer der Deckplatten 14 mit dem Zellenkern dargestellt. Die Halter 15, 16 der Schweißelektroden 17, 18 sind zur Sandwichbauplatte 19 relativ verschieblich angeordnet, wobei die Elektrode 17 auf die Deckplatte 14 aufgesetzt wird, während die Gegenelektrode 18, die in Ihrem Halter 16 gemäß dem Pfeil 20 iäncjsverschieblich gelagert ist, durch die Öffnungen 6 in die Zellen eingeschoben wird, um im Zelleninnern zur Anlegung der erforderlichen Schweißpur.kte auf die Flansche 21 dear Zellenwände 4 aufgesetzt zu werden.

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Claims (4)

Messerschmltt-Bölkow-Blohm Ottobrunn, den 22. 2. 1971 Gesellschaft mit B 512 dN/au beschränkter Haftung, . 7193 München Pa ten tansp rüche

1.. Verfahren zur Herstellung plattenförmiger Baueleir-ente in Sandwichbauweise aus einer Zellen bildenden Kernschicht und die Zellen verschließenden Deckplatten, bei welchen benachbarte Seilen durch öffnungen in den Zellenwänden miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß relativ große Öffnungen (6) durch Aufbördelung der eingeschnittenen Zellenwände (4) gebildet und zum Durchführen von Werkzeugen, z.B. Schweißelektroden (17/ 18), benützt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebördelten Ränder (Lappen IO - 13) der öffnungen (6) als Störkörper für die Strömung eines das Zelleninnere durchströmenden Kühlmediums' ausgebildet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß das fertig aufgebaute Bauelement im Spritz- oder Tauchverfahren mit einer wärmeisolierenden Schicht versehen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e kenn zeichnet , daß das fertig aufgebaute Bauelement mit eineja keramische.} Schutzanstrich versehen v/ i rd.

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Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4. gekennzeichnet, durch an sich bekannte wabenförmige Zellen (3) , deren Wandungen (4) zu den Wachbarzellen mit mindestens einem Drittel der Wandfläche betragenden großflächigen öffnungen (6 ) mit als Versteifungsstege aufgebördelten Randleisten (Lappen 10 - 13) versehen sind.

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