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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundstruktur, die einen dreidimensional
gekrümmten
Abschnitt und einen zylindrischen Abschnitt aufweist, und eine hierdurch
erzeugte Verbundstruktur.
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Verbund-Prepregs sind leichtgewichtig
und hochfest, sodass sie als Material für Automobile, Schiffe, Flugzeuge
etc. weit verbreitet sind. Flugzeuge, die das Verbund-Prepreg verwenden,
enthalten allgemein eine Verbundstruktur, die einen dreidimensional
gekrümmten
Abschnitt und einen zylindrischen Abschnitt aufweist. Eine solche
Verbundstruktur ist gewöhnlich
aus einer Bienenwabensandwichplatte oder einer versteiften Platte
aufgebaut.
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Die Verbundstrukturen, die aus einer
Bienenwabensandwichplatte aufgebaut sind, werden durch die Schritte
hergestellt: Schneiden eines Bienenwabenmaterials in eine gewünschte Form
zu Erhalt eines Bienenwabenkerns; Laminieren des Bienenwabenkerns
mit Häuten,
die aus einem Verbund-Prepreg hergestellt sind, auf einem Formwerkzeug
in einer Sandwichform, um eine Baugruppe bereitzustellen; und Formen
der Baugruppe durch Erhitzen unter Druck. Die FR-A-2771330 offenbart
ein solches Verfahren. Somit können
die Verbundstrukturen, die aus einer Bienenwabensandwichplatte aufgebaut
sind, durch relativ einfache Verfahren mit reduzierten Produktionskosten
hergestellt werden. Jedoch sind diese Verbundstrukturen häufig nachteilig
darin, dass ein ausreichend gewichtsmindernder Effekt nicht erreicht
wird.
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Andererseits werden Verbundstrukturen,
die aus seiner versteiften Platte aufgebaut sind, wie in der US-A-5242523
offenbart, durch die Schritte hergestellt: Laminieren von Häuten und
Versteifungselementen (Stringer und Rahmen, die jeweils aus Verbund-Prepregs
hergestellt sind, auf einem Formwerkzeug, um eine Baugruppe bereitzustellen;
und Formen der Baugruppe durch Erhitzen unter Druck unter Verwendung
eines Drucksacks etc. Die versteiften Platten, insbesondere jene,
in denen die Häute
und Versteifungselemente integral geformt sind, haben einen überragenden
Gewichtsminderungseffekt für
die Bienenwabensandwichplatten. Jedoch werden in dem Fall, wo die
versteifte Platte durch integrales Formen der Häute und der Versteifungselemente
hergestellt wird, die Versteifungselemente vorgeformt und dann mit
den Häuten
integriert, während
eine Lehre an dem Formwerkzeug benutzt wird, wodurch die Produktionskosten
ansteigen. Insbesondere, wenn die versteiften Platten für die dreidimensional
gekrümmten
Abschnitte verwendet werden, steigen die Produktionskosten merklich an.
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Es wäre wünschenswert, ein Verfahren
zur Herstellung einer ausreichend leichtgewichtigen Verbundstruktur,
die einen dreidimensional gekrümmten Abschnitt
und einen zylindrischen Abschnitt aufweist, mit reduzierten Produktionskosten
anzugeben, sowie eine durch das Verfahren hergestellte Verbundstruktur.
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Als Ergebnis intensiver Untersuchungen
im Hinblick auf das Obenstehende hat sich herausgestellt, dass eine
ausreichend leichtgewichtige Verbundstruktur, die einen dreidimensional
gekrümmten Abschnitt
und einen zylindrischen Abschnitt aufweist, mit reduzierten Produktionskosten
hergestellt werden kann, indem der dreidimensional gekrümmte Abschnitt,
der aus einer Bienenwabensandwichplatte aufgebaut ist, und der zylindrische
Abschnitt, der aus einer versteiften Platte aufgebaut ist, gleichzeitig
geformt werden. Die vorliegende Erfindung ist durch diese Erkenntnis
erreicht worden.
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Somit umfasst ein Verfahren der vorliegenden
Erfindung zur Herstellung einer Verbundstruktur, die einen dreidimensional
gekrümmten
Abschnitt und einen zylindrischen Abschnitt aufweist, die Schritte: (a)
Platzieren einer aus einem Verbund-Prepreg hergestellten Außenhaut
auf einem Formwerkzeug; (b) Anbringen eines Bienenwabenkerns auf
einem Abschnitt der Außenhaut,
der den dreidimensional gekrümmten
Abschnitt bildet; (c) Auflagern einer aus einem Verbund-Prepreg
hergestellten Innenhaut darauf; (d) Anordnen eines vorgeformten
Rahmenelements und eines vorgeformten Stringerelements, die jeweils
aus einem Verbund-Prepreg hergestellt sind, auf einem Abschnitt
der Innenhaut, der den zylindrischen Abschnitt bildet, um eine Baugruppe
bereitzustellen; und (e) Formen der Baugruppe durch Erhitzen unter
einem Druck.
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Die Bienenwabensandwichplatte wird
allgemein unter einem Druck von angenähert 3 kg/cm2 geformt,
und die versteifte Platte wird allgemein unter einem Druck von angenähert 6 kg/cm2 geformt. Herkömmlich wird die Qualität der versteiften
Platte schlechter, wenn die Bienenwabensandwichplatte und die versteifte
Platte gleichzeitig unter einem Druck von 3 kg/cm2 geformt
werden. Wenn sie andererseits gleichzeitig unter einem Druck von
6 kg/cm2 geformt werden, ist ein Randabschnitt
eines Bienenwabenkerns, der in der Bienenwabensandwichplatte enthalten
ist, häufig
nicht in der Lage, den Druck auszuhalten, was zur Verformung (Bruch)
davon führt.
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Daher wird in der vorliegenden Erfindung
die obige Baugruppe bevorzugt durch Erhitzen unter einem Druck geformt,
während
eine elastische Platte und eine Pressplatte an einem Rippenabschnitt
angeordnet werden, wo die Außenhaut
und die Innenhaut einander überlappen,
um den Bruch des Bienenwabenkerns zu verhindern. Auch kann ein Rippenabschnitt,
der eine Breite von 500 mm oder mehr hat, den Bruch des Bienenwabenkerns
ohne die elastische Platte und die Pressplatte ausreichend verhindern.
Somit können
in einer bevorzugten Ausführung die
Bienenwabensandwichplatte und die versteifte Platte gleichzeitig
unter einem Druck von angenähert 6
kg/cm2 geformt werden, ohne Bruch des Bienenwabenkerns
und ungenügender
Formung. Der Druck beträgt
bevorzugt 6 bis 7 kg/cm2.
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Es können eine Mehrzahl vorgeformter
Rahmenelemente linear mit einem Zwischenraum an dem Abschnitt der
Innenhaut angeordnet werden, der den zylindrischen Abschnitt bildet,
wobei einer oder mehrere des vorgeformten Stringerelements durch
den Zwischenraum hindurchtritt/hindurchtreten und die vorgeformten
Rahmenelemente kreuzt/kreuzen. In diesem Fall ist es bevorzugt,
dass die Baugruppe durch Erhitzung geformt wird, während eine Formlehre
verwendet wird, die eine Kombination einer elastomeren elastischen
Lehre, die mit der Kreuzung der vorgeformten Rahmenelemente und
des vorgeformten Stringerelements in Eingriff bringbar ist, und
starrer Lehren, die in anderen Abschnitten als der Kreuzung an den
Elementen anbringbar sind, aufweist.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann
besonders zur Herstellung eines Flugzeugrumpfs geeignet angewendet
werden. Ferner ist durch das Verfahren eine Verbundstruktur der
vorliegenden Erfindung erhältlich.
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Bestimmte bevorzugte Ausführungen
werden nun lediglich als Beispiel und in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, worin:
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1 ist
eine Teilperspektivansicht, die ein Beispiel einer Verbundstruktur
nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Teilschnittansicht, die eine Ausführung eines Verfahrens zur
Herstellung einer Verbundstruktur nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist
eine Teilschnittansicht, die eine andere Ausführung eines Verfahrens zur
Herstellung einer Verbundstruktur nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist
eine Perspektivansicht, die eine Ausführung einer Anordnung vorgeformter
Rahmenelemente und vorgeformter Stringerelemente auf einer Außenhaut
in einem Verfahren zur Herstellung einer Verbundstruktur nach der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist
eine Teilschnittansicht, die eine elastische Platte und eine Pressplatte
im Falle der Verwendung eines Formwerkzeugs mit einer gekrümmten Oberfläche in einem
Verfahren zur Herstellung einer Verbundstruktur nach der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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6 ist
eine Perspektivansicht, die einen Zustand zeigt, wo eine Formlehre,
die eine Kombination elastischer Lehren und starrer Lehren aufweist, an
den vorgeformten Rahmenelementen und den vorgeformten Stringerelementen,
die in 4 gezeigt sind,
vorgesehen ist;
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7(a) ist
eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer elastischen Lehre zeigt,
die bevorzugt in der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann;
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7(b) ist
eine Vorderansicht, die einen Zustand zeigt, wo die in 7(a) gezeigte elastische Lehre
mit der Kreuzung der vorgeformten Rahmenelementen und eines vorgeformten
Stringerelements in Eingriff steht, wobei eine starre Lehre damit
kombiniert ist; und
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8 ist
eine Teilsperspektivansicht, die einen Zustand der Befestigung vorgeformter
Stringerelemente und vorgeformter Rahmenelemente auf einer Innenhaut
durch Befestigungsmittel zeigt.
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Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zur
Herstellung einer Verbundstruktur, die einen dreidimensional gekrümmten Abschnitt
und einen zylindrischen Abschnitt aufweist, umfasst die Schritte:
(a) Platzieren einer aus einem Verbund-Prepreg hergestellten Außenhaut
auf einem Formwerkzeug; (b) Anbringen eines Bienenwabenkerns auf
einem Abschnitt der Außenhaut,
der den dreidimensional gekrümmten
Abschnitt bildet; (c) Auflagern einer aus einem Verbund-Prepreg
hergestellten Innenhaut darauf; (d) Anordnen eines vorgeformten
Rahmenelements und eines vorgeformten Stringerelements, die jeweils
aus einem Verbund-Prepreg hergestellt sind, auf einem Abschnitt
der Innenhaut, der den zylindrischen Abschnitt bildet, um eine Baugruppe
bereitzustellen; und (e) Formen der Baugruppe durch Erhitzen unter
einem Druck. Durch dieses Verfahren ist eine Verbundstruktur erhältlich.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Detail in Bezug auf
die 1 bis 8 nur als Beispiel erläutert.
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1 ist
eine Teilperspektivansicht, die ein Beispiel einer Verbundstruktur
zeigt, die durch ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung erhalten ist.
Eine Verbundstruktur 1, die durch ein Verfahren nach der
vorliegenden Erfindung erhalten ist, weist einen dreidimensional
gekrümmten
Abschnitt 2 und einen zylindrischen Abschnitt 3 auf.
Der dreidimensional gekrümmte
Abschnitt 2 ist aufgebaut aus einer Bienenwabensandwichplatte,
die einen Bienenwabenkern 6 zwischen einer Außenhaut 4 und
einer Innenhaut 5 enthält,
und der zylindrische Abschnitt 3 ist aufgebaut aus versteiften
Platten, die Stringer 7 und Rahmen 8 enthalten.
Die Außenhaut 4,
die Innenhaut 5, die Stringer 7 und die Rahmen 8 sind
jeweils aus einem Verbund-Prepreg hergestellt. Die Form des dreidimensional
gekrümmten
Abschnitts und des zylindrischen Abschnitts ist durch 1 nicht beschränkt. Die
Verbundstruktur kann einen anderen Abschnitt haben als den dreidimensional
gekrümmten
Abschnitt und den zylindrischen Abschnitt, wie etwa einen flachen
plattenförmigen
Abschnitt, sodass ein kompliziert geformter Abschnitt aus der Bienenwabensandwichplatte
aufgebaut ist und ein einfach geformter Abschnitt aus der versteiften
Platte aufgebaut ist.
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2 ist
eine Teilschnittansicht, die eine Ausführung des Verfahrens zur Herstellung
einer Verbundstruktur nach der vorliegenden Erfindung zeigt. In 2 sind alle Elemente einfach
durch gerade Linien dargestellt, wobei jedoch die vorliegende Erfindung
hierdurch nicht eingeschränkt
ist. In der vorliegenden Erfindung wird eine aus einem Verbund-Prepreg
hergestellte Außenhaut
auf einem Formwerkzeug platziert, dann wird ein Bienenwabenkern 6 auf
einem Abschnitt der Außenhaut 4 angebracht,
der den dreidimensional gekrümmten
Abschnitt 2 bildet, und es wird eine aus einem Verbund-Prepreg
hergestellte Innenhaut 5 darauf aufgelagert. Ein vorgeformtes
Rahmenelement 8a und ein vorgeformtes Stringerelement (in 2 nicht gezeigt), die jeweils
aus einem Verbund-Prepreg hergestellt sind, werden auf einem Abschnitt
der Innenhaut 5 angeordnet, der den zylindrischen Abschnitt 3 bildet,
um eine Baugruppe bereitzustellen. Anschließend werden der dreidimensional
gekrümmte
Abschnitt 2 und der zylindrische Abschnitt 3 der
Baugruppe gleichzeitig durch Erhitzen unter einem Druck geformt,
um die Verbundstruktur herzustellen. Bei Bedarf kann ein Klebstoff
zwischen jedes der Elemente aufgetragen werden, und bei der Formung kann
ein Vakuumsack, ein Dichtmittel etc. verwendet werden.
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Ein wärmehärtendes Harz oder ein thermoplastisches
Harz, das in dem Verbund-Prepreg enthalten ist, wird durch Erhitzen
unter Druck verflüssigt, um
die Außenhaut 4,
die Innenhaut 5, das vorgeformte Rahmenelement 8a und
das vorgeformte Stringerelement integral zu bilden. Besonders bevorzugt
ist, dass die Baugruppe durch Erhitzen unter einem Druck geformt
wird, während
eine elastische Platte 10 und eine Pressplatte 11 auf
einen Rippenabschnitt angeordnet werden, wo die Außenhaut 4 und
die Innenhaut 5 einander überlappen, wie in 2 gezeigt. Im Ergebnis wird
das Verrutschen der Häute
durch Reibung unterdrückt,
die durch den ausgeübten Druck
und den Randeffekt der Pressplatte verstärkt wird, um den Bruch des
Bienenwabenkerns 6 zu verhindern, auch im Falle eines ausgeübten hohen Drucks,
von z. B. 6 kg/cm2. Auch wenn die Breite
L1 des Rippenabschnitts 500 mm oder mehr beträgt, wird ein Bruch des Bienenwabenkerns 6 ohne
die elastische Platte 10 und die Pressplatte 11 ausreichend
verhindert.
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Der in einer bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung verwendete Formdruck beträgt bevorzugt 5 bis 7 kg/cm2, noch bevorzugter 6 bis 7 kg/cm2. Nach der vorliegenden Erfindung können die Bienenwabensandwichplatte
und die versteifte Platte gleichzeitig unter einem höheren Druck
als bei herkömmlichen
Verfahren geformt werden, wo die Bienenwabensandwichplatte unter
einem Druck von gewöhnlich
3 bis 4 kg/cm2 geformt wird, was aufgrund des
Druckmangels zu einer ungenügenden
Formung führt.
Obwohl die Heiztemperatur in Abhängigkeit von
der Art des wärmehärtenden
Harzes oder des thermoplastischen Harzes gewählt werden kann, das in dem
Verbund-Prepreg enthalten ist, beträgt die Heiztemperatur allgemein
bevorzugt 120 bis 250°C.
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Um die Stringer und Rahmen mit hoher Form-
und Positionierungsgenauigkeit zu formen, kann Baugruppe unter Verwendung
einer Formlehre durch Erhitzen geformt werden. In einer bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung kann eine Mehrzahl der vorgeformten Rahmenelemente
linear mit einem Zwischenraum auf dem Abschnitt der Außenhaut
angeordnet werden, der den zylindrischen Abschnitt bildet, wobei
einer oder mehrere des vorgeformten Stringerelements durch den Zwischenraum hindurchtritt/hindurchtreten
und die vorgeformten Rahmenelemente kreuzt/kreuzen. In diesem Fall
ist es bevorzugt, dass die Baugruppe durch Erhitzen geformt wird,
während
eine Formlehre angewendet wird, die eine Kombination einer elastischen
Lehre, die mit der Kreuzung der vorgeformten Rahmenelemente und
des vorgeformten Stringerelements in Eingriff bringbar ist, und
starrer Lehren, die an den Elementen in anderen Abschnitten als
der Kreuzung anbringbar sind, umfasst. Die Verwendung einer solchen
Formlehre macht es möglich,
die versteifte Platte, insbesondere eine solche mit einfacher Form,
mit geringeren Kosten integral zu formen.
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Das Verfahren zur Herstellung einer
Verbundstruktur nach der vorliegenden Erfindung ist zur Herstellung
von Karosseriestrukturen von Automobilen, Schiffen, Flugzeugen etc.
geeignet, insbesondere von Flugzeugrümpfen mit einer Kabine, die
dem oben erwähten
zylindrischen Abschnitt entspricht, und einem Cockpit, das dem oben
erwähnten
dreidimensional gekrümmten Abschnitt
entspricht. Somit wird die Kabine, die eine einfache Form hat, aus
der integral geformten versteiften Platte aufgebaut, um das Gewicht
des Flugzeugrumpfs zu reduzieren, und das Cockpit wird aus der Bienenwabensandwichplatte
aufgebaut, um die Herstellungskosten zu senken.
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Nachfolgend werden jeweilige Elemente,
die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden, im näheren Detail
beschrieben.
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[1] Formwerkzeug
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Das in der vorliegenden Erfindung
verwendete Formwerkzeug kann aus einem Metall, einem Kohlefaser-verstärkten Kunststoff
etc. hergestellt sein. Wie in 3 gezeigt,
kann das Formwerkzeug 9 eine Formoberfläche haben, an der der Bienenwabenkern
angebracht wird, und eine Randoberfläche, an der die elastische
Platte 10 und die Pressplatte 11 angeordnet werden.
Ein Winkel ϴ1 zwischen der Formoberfläche und
der Randoberfläche
beträgt
bevorzugt 30 bis 180°.
Der Winkel ϴ1 beträgt besonders bevorzugt 45 bis
90° (60° in 3), um das Abrutschen der
Häute auch
in dem Fall zu verhindern, wo die Breiten L2 und L3 der elastischen
Platte 10 und der Pressplatte 11 kleiner gemacht
sind.
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[2] Außenhaut und Innenhaut
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Die Außenhaut und die Innenhaut sind
jeweils aus einem Verbund-Prepreg hergestellt, das ein Gewebe aus
Verstärkungsfassern,
wie etwa Carbonfaser, Glasfaser, Aramidfaser etc., sein kann, das mit
einem wärmehärtenden
oder thermoplastischen Harz imprägniert
ist. Bevorzugt ist das wärmehärtende Harz
Epoxyharz, und bevorzugt ist das thermoplastische Harz Nylon. Die
Außenhaut
und die Innenhaut sind bevorzugt aus dem gleichen Material hergestellt,
obwohl sie auch aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein
können.
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[3] Bienenwabenkern
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Der in der vorliegenden Erfindung
verwendete Bienenwabenkern kann aus Papier, mit Harz imprägniertem
Papier, Kunststoff, Aluminium, Stahl etc. hergestellt sein. Unter
diesen wird für
den Bienenwabenkern bevorzugt ein Aramidfaser-verstärktes wärmehärtendes
Harz mit hoher spezifischer Festigkeit verwendet, und in diesem
Fall ist das wärmehärtende Harz
bevorzugt Phenolharz.
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Der Bienenwabenkern hat bevorzugt
einen durch Abschrägung
erzeugten verjüngten
Abschnitt. In 3 kann
der Bienenwabenkern-Randwinkel ?2 30 bis 90° betragen, bevorzugt 30 bis
45°, um
einen Bruch des Bienenwabenkerns ausreichend zu verhindern. In dem
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann der Bienenwabenkern-Randwinkel
größer gemacht
werden als in herkömmlichen
Methoden, gewöhnlich
30 ° oder
weniger, sodass der verjüngte Abschnitt,
der ein Totraum ist, klein gemacht werden kann, um die Verbundstruktur
in unterschiedlichen Formen zu gestalten.
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[4] Vorgeformtes Stringerelement
und vorgeformtes Rahmenelement
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Die Form des vorgeformten Stringerelements
und des vorgeformten Rahmenelements unterliegt keiner besonderen
Einschränkung
und sie können
T-förmig
sein, wie in 2 gezeigt,
oder C-förmig,
J-förmig
etc. Ferner unterliegt auch die Anzahl und die Positionsbeziehung
der vorgeformten Stringerelements und des vorgeformten Rahmenelements,
die auf der Innenhaut angeordnet sind, keiner besonderen Beschränkung, und
sie können
so sein wie in 4 gezeigt.
In 4 sind vorgeformte
Rahmenelemente 8b, 8c und 8d, die jeweils
einen Basisabschnitt und einen vorstehenden Abschnitt aufweisen,
mit einem Zwischenraum linear angeordnet, und vorgeformte Stringerelemente 7a und 7b,
die jeweils einen Basisabschnitt und einen vorstehenden Abschnitt
haben, gehen durch den Zwischenraum hindurch und kreuzen die vorgeformten
Rahmenelemente 8b, 8c und 8d.
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Jeder Basisabschnitt der vorgeformten
Rahmenelemente 8b, 8c und 8d hat teilweise
eine Stufe.
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Das vorgeformte Stringerelement und
das vorgeformte Rahmenelement können
jeweils vorgeformt sein, indem eine Mehrzahl von Verbund-Prepregs
laminiert werden und indem ein darin enthaltenes Harz reagieren
gelassen wird oder diese miteinander verschweißt werden. Jedes der Verbund-Prepregs, die für das vorgeformte
Stringerelement und das vorgeformte Rahmenelement verwendet werden,
ist bevorzugt ein Gewebe aus Verstärkungsfaser, wie etwa Carbonfaser,
Glasfaser, Aramidfaser etc., das mit wärmehärtendem oder thermoplastischem
Harz imprägniert
ist. Das wärmehärtende Harz
ist bevorzugt ein Epoxyharz, und das thermoplastische Harz ist bevorzugt
ein Nylon. Das vorgeformte Stringerelement und das vorgeformte Rahmenelement
sind bevorzugt aus dem gleichen Material hergestellt, obwohl sie
auch aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein können. Ferner
ist es besonders bevorzugt, dass das vorgeformte Stringerelement,
das vorgeformte Rahmenelement, die Außenhaut und die Innenhaut aus
dem gleichen Material hergestellt sind. Das vorgeformte Stringerelement
und das vorgeformte Rahmenelement werden bevorzugt in einem halbausgehärteten Zustand
auf der Innenhaut angeordnet.
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[5] Elastische Platte
und Pressplatte
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Die in der vorliegenden Erfindung
verwendete elastische Platte und die Pressplatte können eine einfache
flache Plattenform haben, unabhängig
von der Form des Formwerkzeugs. Auch wenn, wie in 5 gezeigt, das Formwerkzeug 9 eine
gekrümmte Form
hat, erlaubt die Verwendung der elastischen Platte 10 aufgrund
ihrer Elastizität,
dass der ausgeübte
Druck auf die Häute
gleichmäßig übertragen wird.
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In 5 kann
die Breite L2 der elastischen Platte 10 und die Breite
L3 der Pressplatte jeweils 10 mm oder mehr betragen, um den Bruch
des Bienenwabenkerns ausreichend zu verhindern, und zur praktischen Anwendung
betragen sie bevorzugt 40 bis 250 mm. Die elastische Platte und
die Druckplatte haben jeweils eine Dicke von bevorzugt 0,3 bis 2
mm, besonders bevorzugt 0,5 bis 1 mm. Wenn die Dicke kleiner als
0,3 mm ist, wird der Bruch des Bienenwabenkerns nicht ausreichend
verhindert. Wenn andererseits die Dicke mehr als 2 mm beträgt, passen
die Platten häufig
nicht mit der Form des Formwerkzeugs zusammen. Somit sind die elastische
Platte und die Pressplatte, die in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden, sehr dünn,
sodass sie weder zu einem Hindernis beim Anlegen eines Vakuumsacks
bilden noch den Vakuumsack aufreißen.
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Die elastische Platte ist bevorzugt
aus einem Elastomer hergestellt, das flexibel und wärmebeständig ist,
besonders bevorzugt aus Silikongummi. Die Pressplatte ist bevorzugt
aus einem Material hergestellt, das eine exzellente Festigkeit und
Steifigkeit und geringe thermische Ausdehnung hat. Als ein solches
Material können
Metalle erwähnt
werden, wie etwa Stahl, rostfreier Stahl und Aluminium; Graphit; Kohlefaser-verstärkte Kunststoffe
etc. Unter diesen ist Aluminium besonders bevorzugt.
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[6] Formlehre
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6 zeigt
einen Zustand, wo die oben erwähnte
Formlehre 12, die eine Kombination der elastischen Lehren 13 und
der starren Lehren 14 aufweist, auf den vorgeformten Stringerelementen 7a und 7b und
den vorgeformten Rahmenelementen 8b, 8c und 8d vorgesehen
ist, wie in 4 gezeigt.
Die elastischen Lehren 13 stehen mit den Kreuzungen der
vorgeformten Rahmenelemente 8b, 8c und 8d und
den vorgeformten Stringerelementen 7a und 7b in
Eingriff. Die starren Lehren 14 werden in anderen Abschnitten
als den Kreuzungen an den Elementen angebracht. So wird in einer
bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung die elastische Lehre und die starre Lehre
bevorzugt in Kombination miteinander verwendet, während die
Nachteile jeder Lehre kompensiert werden. D. h. die elastische Lehre
kann an der eine komplizierte Form aufweisenden Kreuzung verwendet
werden, um eine hohe Dimensionsgenauigkeit zu erzielen, während die
starren Lehren die elastische Lehre an vorbestimmten Stellen fixieren,
um eine hohe Positionsgenauigkeit zu erzielen.
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Die elastische Lehre kann jede Form
haben, solange sie in Kombination mit den starren Lehren angewendet
werden kann, und kann an der Kreuzung des vorgeformten Stringerelements
und der vorgeformten Rahmenelemente angesetzt werden. Um eine exzellente
Formungsgenauigkeit zu erhalten, ist die Breite der elastischen
Lehre in der Anordnungsrichtung des vorgeformten Rahmenelements bevorzugt
ein wenig größer in einem
freien Zustand als dann, wenn sie in Kombination mit den starren Lehren
für die
Formung einer Verbundstruktur kombiniert wird. Z. B. ist die Breite
L4 der elastischen Lehre 13 vor dem in 7(a) gezeigten Formungsvorgang bevorzugt
größer als
die Breite L5 der elastischen Lehre 13 nach dem in 7(b) gezeigten Formungsvorgang, und insbesondere
genügen
sie der Beziehung von 2% < [(L4 – L5)/L5] × 100% < 5%. Die elastische
Lehre ist bevorzugt aus einem elastischen wärmebeständigen und lösbaren Elastomer
hergestellt, besonders bevorzugt aus Silikongummi.
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Die starre Lehre ist von der Form
her nicht kritisch und sie kann jede Form haben, solange sie die
Positionsgenauigkeit der Verbundstruktur in Kombination mit der
elastischen Lehre einhalten kann. Die starre Lehre ist bevorzugt
aus einem Material mit ausgezeichneter Dimensionsstabilität, Festigkeit
und Steifigkeit und geringer thermischer Ausdehnung hergestellt.
Als ein solches Material können
Metalle erwähnt
werden, wie etwa Stahl, rostfreier Stahl und Aluminium; Graphit;
Kohlefaser-verstärkte
Kunststoffe etc. Unter diesen ist Aluminium besonders bevorzugt.
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Die oben erwähnte Formlehre wird bevorzugt
zusammen mit zwei oder mehr Befestigungsmitteln verwendet, um das
vorgeformte Stringerelement und/oder das vorgeformte Rahmenelement
auf der Außenhaut
zu fixieren. Z. B. können
Enden der vorgeformten Rahmenelemente an der Innenhaut 4 mit Fixierungsmitteln 15 befestigt
werden, wie in 8 gezeigt
(starre Lehren etc. sind nicht gezeigt). Die relative Positionsgenauigkeit
der vorgeformten Stringerelemente und der vorgeformten Rahmenelemente wird
durch die Verwendung der Kombination der elastischen Lehre und der
starren Lehre sichergestellt, sodass lediglich das Fixieren der
Elemente an Enden mit den Fixierungsmitteln die gesamte Positionsgenauigkeit
ohne eine große
Positionierungslehre etc. sicherstellen kann. Das Fixierungsmittel
kann eine Schmelzverklebung durch Teilerhitzung mittels eines Trockners,
eines Niedertemperaturlötkolbens etc.
sein, sowie ein mechanisches Begrenzungsmittel, wie etwa eine Schraube,
eine Krampe etc.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
oben in Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen erläutert worden
ist, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, und
es sind im Umfang der Ansprüche der
vorliegenden Erfindung zahlreiche Varianten und Modifikationen möglich.
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Wie oben im Detail beschrieben, kann
in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung eine ausreichend leichtgewichtige
Verbundstruktur, die einen dreidimensional gekrümmten Abschnitt und einen zylindrischen
Abschnitt aufweist, mit reduzierten Produktionskosten durch einfache
Prozesse hergestellt werden, die einen Schritt umfassen, eine Bienenwabensandwichplatte
und eine versteifte Platte gleichzeitig zu formen. Ferner kann die
Verbundstruktur unter einem so hohen Druck wie angenähert 6 kg/cm2 geformt werden, um hierdurch eine ungenügende Formung
aufgrund von Druckmangel zu verhindern. Das Verfahren der vorliegenden
Erfindung ist für
die Produktion des Flugzeugrumpfs besonders nützlich.