DE102008032834B4

DE102008032834B4 - Omega-Stringer zum Versteifen eines flächigen Bauteils und Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils für Schalensegmente

Info

Publication number: DE102008032834B4
Application number: DE102008032834A
Authority: DE
Inventors: Torben Jacob; Ivar Wiik
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2028-07-15
Also published as: DE102008032834A1; US8651850B2; US20100007056A1

Abstract

Omega-Stringer zum Versteifen eines flächigen Bauteils (44), insbesondere eines Faserverbundbauteils (46), wobei der Omega-Stringer aus ausgehärtetem faserverstärktem Kunststoff gebildet ist, mit einem Abschnitt (24) zum Erzeugen eines Raumes (26) für die Aufnahme eines Formkerns (36) zum Übertragen eines Drucks zum Verpressen des flächigen Bauteils (44) und des Omega-Stringers (12), und mit Mitteln (29) zum form- und/oder reibschlüssigen Positionieren des Formkerns (36) in dem Raum (26), wobei die Mittel (29) einen Vorsprung (30) zum formschlüssigen Positionieren des Formkerns (36) umfassen und/oder Flächen (42) zum reibschlüssigen Positionieren des Formkerns (36) aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Omega-Stringer zum Versteifen eines flächigen Bauteils, insbesondere eines Faserverbundbauteiles, wobei der Omega-Stringer aus einem gehärteten faserverstärkten Kunststoff gebildet ist, mit einem Abschnitt zum Erzeugen eines Raumes für die Aufnahme eines Formkerns zum Übertragen eines Drucks zum Verpressen des flächigen Bauteils und des Omega-Stringers, ein Faserverbundteil, insbesondere für Schalensegmente, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils.
DE 10 2006 031 335 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteiles für die Luft- und Raumfahrt. DE 10 2006 031 335 A1 offenbart einen Formkern, der in seiner äußeren Geometrie derart veränderbar ist, dass er zwischen einer zusammengefalteten Stellung und einer auseinandergefalteten Stellung modifizierbar ist.
DE 10 2006 031 336 A1 bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteiles in der Luft- und Raumfahrt. DE 10 2006 031 336 A1 beschreibt die Ausgestaltung eines in einem solchen Verfahren verwendeten Formkerns.
Flächige Bauteile, Stringer der eingangs genannten Art zur Versteifung dieser flächigen Bauteile sowie entsprechende Verfahren zum Herstellen der flächigen Bauteile sind aus dem Stand der Technik bekannt. Flächige Bauteile werden insbesondere im Schiffsbau sowie in der Luft- und Raumfahrt benötigt, um beispielsweise Rümpfe zu erzeugen. In der modernen Fertigung von Boots- oder Flugzeugrümpfen werden vorzugsgsweise Faserverbundwerkstoffe eingesetzt, um flächige Bauteile herzustellen.
Es ist allgemein bekannt, flächige Bauteile in Form von Faserverbundbauteilen herzustellen, die aus einer oder mehreren Schichten beispielsweise aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) bestehen. Diese Faserverbundbauteile werden mit Stringern aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff versteift, um den auftretenden Belastungen im Flugzeugbau bei möglichst geringem zusätzlichen Gewicht standzuhalten. Dabei werden im Wesentlichen zwei Arten von Stringern unterschieden: T- und Omega-Stringer. Die Stringer können im gehärteten Zustand auf eine noch nicht gehärtete (nasse) äußere Oberfläche einer Materialschicht des Faserverbundbauteils, auch als Haut bezeichnet, geklebt werden, wie es bei der vorliegenden Erfindung Anwendung findet.
Zur Herstellung von Stringer-versteiften Faserverbundbauteilen sind jedoch Stütz- bzw. Formkerne notwendig, um die formlabilen Faserhalbzeuge der Haut und die Stringer während des Herstellungsprozesses in der gewünschten Anordnung zu fixieren und abzustützen. Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zum Fertigen eines Faserverbundbauteiles ist das sogenannte Druckschlauchverfahren. Dieses Verfahren wird beispielsweise beim Bau von Sportgeräten wie Tennisschlägern oder im Sportfahrzeugbau verwendet, um Hohlräume, beispielsweise zur Aussteifung, Gewichtsreduzierung oder zum Erzeugen von Kabelkanälen, herzustellen. Zur Erzeugung der Hohlräume werden hierbei generell Druckschläuche verwendet, die relativ weich und/oder dünnwandig sind und daher ihre Form im Herstellungsprozess verändern und zudem keine exakt vordefinierte Position im Querschnitt einnehmen können. Es können sich daher in einem gewissen Rahmen Übermaßfalten und Eckradien zufällig ausbilden.
Bislang wird diese Technik bei relativ kleinen bzw. kurzen Bauteilen verwendet. Dabei wird der Druckschlauch auf verschiedene Arten in das Bauteil eingebracht. Das Prinzip des Druckschlauchverfahrens kann auch bei der Herstellung eines flächigen Bauteils, beispielsweise eines Boots- oder Flugzeugrumpfes aus einem Faserverbundbauteil, eingesetzt werden. Ein derartiges Faserverbundbauteil wird beispielsweise in einem Autoklaven bei Drücken bis zu 10 bar und hohen Temperaturen gehärtet. Hierbei dient der Druckschlauch als Formkern, welcher den durch den Autoklaven erzeugten Druck bei der Härtung auf die Vorrichtung (den Stringer) und das flächige Bauteil, insbesondere auf die Haut des Faserverbundbauteils überträgt. Der Stringer besitzt einen Raum zur Aufnahme dieses Druckschlauches. Soll nun der Stringer in das Faserverbundbauteil bzw. auf die Haut integriert werden, kann der Druckschlauch zum einen manuell in die Vorrichtung eingebracht werden, wozu allerdings zumindest teilweise eine Prepreg-Lage (Prepreg: englisch für vorimprägnierte Fasern, bestehend aus Endlosfasern und einer ungehärteten Kunststoffmatrix) auf die Unterseite des Stringers aufgebracht werden muss, damit der Formkern beim Anheben und Drehen des Stringers nicht hinausfällt. Nachteilig hierbei ist allerdings, dass das Einlegen des Prepregs einen zusätzlichen Arbeitsschritt erfordert und zusätzliches Gewicht verursacht, was beides unerwünscht ist. Zum anderen kann der Druckschlauch bei geradlinigen Teilen bis zu einer bestimmten Länge in die Vorrichtung hineingezogen werden. Allerdings besteht dabei die Gefahr von Beschädigungen am Druckschlauch und der Bildung von Druckschlauchfalten, die sich bei der Integration zwischen dem Stringer und der Haut auf das Faserverbundbauteil übertragen. Bei beiden Verfahren des Einbringens des Druckschlauches in die Vorrichtung besteht die Gefahr, dass der Druckschlauch verrutscht, der Druckschlauch sich nicht exakt in der Vorrichtung positionieren lässt und keine definierte Eckradienausbildung möglich ist, da durch Ungenauigkeiten der Positionierung des Druckschlauches dieser sich unterschiedlich weit in die Eckbereiche der Vorrichtung schmiegt.
Zur Reduzierung dieser Nachteile ist vorgeschlagen worden, ein Eckprofil in Form eines Zwickels vorzusehen, der aus einem Flechtband oder einem Roving (Bündel aus unverdrehten, gestreckten Fasern) bestehen kann. Durch dieses Eckprofil werden weiterhin eine undefinierte Ansammlung der Faser-Matrix (zum Beispiel Epoxid-Harz), die zum Härten des Faserverbundbauteiles verwendet wird, und die Welligkeit des Faserverbundbauteiles verringert. Ferner wird eine Rissbildung im Faserverbundbauteil dadurch verringert, dass Ausrundungen statt Ecken vorgesehen werden. Allerdings ist zum Einlegen des Zwickels ein zusätzlicher Arbeitsschritt notwendig, ferner besteht eine gewisse Positionierunsicherheit des separaten Zwickels, wobei dessen Position nach der Integration zwischen dem Stringer und Faserverbund bzw. der Haut vor der Härtung wegen Unzugänglichkeit nicht mehr korrigiert werden. Eine automatisierte Handhabung des Zwickels für eine industrielle Fertigung fehlt bislang.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zumindest zu reduzieren und einen Stringer und ein Verfahren zu schaffen, welche(s) einen Formkern einfach, schnell und automatisierbar in eine definierte Position aufnehmen kann, wobei der Stringer einen einfach zu fertigenden Aufbau hat.
Diese Aufgabe wird durch einen Omega-Stringer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Faserverbundbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 und ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass ein Omega-Stringer der eingangs genannten Art aus ausgehärtetem faserverstärktem Kunststoff Mittel zum form- und/oder reibschlüssigen Positionieren des Formkerns im Raum des Stringers umfasst. Durch das Ausstatten des Stringers mit derartigen Mitteln ist es möglich, die Position des Formkerns in der Vorrichtung exakt festzulegen, ohne einen zusatzlichen Arbeitsschritt und/oder eine zusätzliche Schicht in den Faserverbund einlegen zu müssen. Weiterhin reduziert sich die Komplexität der Bewegungsabläufe, wodurch der Formkern automatisierbar in den Raum der Vorrichtung einbringbar ist.
Der Stringer zeichnet sich dadurch aus, dass die Mittel einen Vorsprung zum formschlüssigen Positionieren des Formkerns aufweisen. Derartige Vorsprünge können leicht und ohne großen zusätzlichen Materialaufwand gefertigt werden.
Vorteilhaft wird der erfindungsgemäße Stringer dadurch weitergebildet, dass der Vorsprung so ausgestaltet ist, dass der Formkern clip- oder schnappartig positioniert wird. Hierzu sind die Vorsprünge reversibel elastisch verformbar. Das Einbringen des Formkerns in den Stringer wird durch diese Ausgestaltung des Vorsprungs nicht erschwert und es ist sofort erkennbar, ob der Formkern überall richtig positioniert ist oder nicht. Sollten sich die Vorsprünge an einer Stelle nicht clip- oder schnappartig um den Formkern legen, so kann dies leicht korrigiert werden, beispielsweise dadurch, dass der Formkern etwas weiter in den Raum der Vorrichtung geschoben wird.
Eine vorteilhafte Weiterentwicklung wird dadurch erreicht, dass der Vorsprung an die Form des Formkerns angepasst ist. So wird erreicht, dass der Formkern möglichst großflächig am Vorsprung anliegt und Punkt- oder Linienbelastungen zumindest reduziert werden. So werden Spannungsspitzen an den Kontaktlinien oder -flächen von Formkern und Vorsprung und folglich die Belastung sowohl des Formkerns als auch des Vorsprungs verringert. Beschädigungen und Deformationen können so begrenzt werden.
Weitere Vorteile ergeben sich daraus, dass der Vorsprung eine Rundung mit einem Radius aufweist. Spannungen werden mithilfe der Rundungen gleichmäßiger innerhalb der Vorrichtung verteilt, die Bildung von Spannungsspitzen wird vermieden. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit eines Brechens der Vorsprünge verringert und folglich die Lebensdauer des Stringers erhöht.
Der erfindungsgemäße Stringer wird dadurch weitergebildet, dass der Vorsprung eine Schräge aufweist. Die Schräge kann dabei jeden beliebigen Winkel, insbesondere auch geringfügig negative, und jede beliebige Länge aufweisen, solange gewährleistet ist, dass der Formkern sicher formschlüssig bzw. reibschlüssig (s. u. bei negativen Winkeln) im Raum aufgenommen und positioniert wird. Eine Schräge lässt sich besonders einfach fertigen, so dass die Herstellungskosten des Stringers reduziert werden können.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung ergibt sich daraus, dass die Mittel Flächen zum reibschlüssigen Positionieren des Formkerns aufweisen. In dieser Weiterbildung kann auf das Vorsehen von Vorsprüngen verzichtet werden, wodurch sich eine weitere Vereinfachung der Herstellung der Vorrichtung ergibt. Die Flächen müssen so auf den Formkern abgestimmt sein, dass die in den Kontaktflächen zwischen dem Stringer und dem Formkern wirkende Kraft mindestens so groß ist, dass die resultierende Haftung ein sicheres Positionieren des Formkerns im Raum des Stringers gewährleistet. Es muss also eine ausreichende Klemmwirkung von den Flächen auf den Formkern ausgeübt werden. Ansonsten ist der Gestaltung der Flächen, beispielsweise der Größe und des Abstandes voneinander, keine Grenze gesetzt. So können beispielsweise die Flächen eine Struktur aufweisen, welche die Haftung zwischen dem Formkern und dem Stringer erhöht, etwa eine erhöhte Rauheit oder eine Rillenstruktur. Insbesondere können die Flächen negative Schrägen aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Faserverbundbauteil, insbesondere für Schalensegmente, umfassend

– eine oder mehrere Materialschichten,
– einen Omega-Stringer zum Versteifen des Faserverbundbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der mit der oder den Materialschicht(en) verbindbar ist, und
– einen Formkern zum Übertragen eines Drucks zum Verpressen der Materialschichten und des Omega-Stringers.

Mithilfe des erfindungsgemäßen Stringers lässt sich die Herstellung von flächigen Bauteilen, insbesondere die Herstellung eines Faserverbundbauteiles durch Reduktion und Simplifikation der Prozessschritte deutlich vereinfachen. Die undefinierte Ansammlung von Harz, welches für das Aushärten des Faserverbundbauteiles verwendet wird, die Rissbildung im Faserverbundbauteil durch das Vorsehen von Ausrundungen und die Welligkeit des Faserverbundbauteiles werden deutlich verringert. Zum Versteifen des flächigen Bauteils ist der Stringer mit dem flächigen Bauteil verbindbar. Dies kann mithilfe jeder geeigneten Verbindungstechnik, etwa durch Nieten oder Verschrauben, geschehen. Der Stringer kann aus einem Material hergestellt sein, welches auf die Materialschichten des Faserverbundes/der Haut abgestimmt ist, so dass die Verbindung von Stringer und dem Faserverbund/der Haut besonders einfach realisierbar ist, beispielsweise durch Verkleben. Die sonstigen Vorteile, die für den Omega-Stringer genannt wurden, gelten ebenfalls für das flächige Bauteil bzw. den Faserverbund.
Das flächige Bauteil wird vorteilhafterweise dadurch weitergebildet, dass der Formkern als Druckschlauch ausgeführt ist. Der Druckschlauch ist an einen Innenraum eines Autoklaven anschließbar, so dass der vom Autoklaven erzeugte Druck und die vom Autoklaven erzeugte Temperatur entlang der Stringer, in das flächige Bauteil, insbesondere in den Faserverbundbauteil einbringbar ist. So lässt sich eine gleichmäßige Aushärtung und eine Verpressung der Materialschichten des Faserverbundbauteiles sowie eine gleichmäßige Integration bzw. Verbindung des Stringers mit den Materialschichten einfach realisieren. Wie oben erwähnt, lässt sich erfindungsgemäß das Einbringen des Druckschlauches in den Stringer automatisieren. Auf diese Weise lässt sich die Fertigung des Faserverbundbauteiles vereinfachen und damit kostengünstiger gestalten.
Vorzugsweise wird das flächige Bauteil dadurch weitergebildet, dass die Materialschicht oder die Materialschichten zumindest teilweise aus härtbarem Material, wie Faserverbundmaterial, insbesondere aus kohlenstofffaser- oder glasfaserverstärktem Kunststoff, aufgebaut ist bzw. sind. Auf diese Weise lassen sich Schalensegmente auf kostengünstige und einfache Weise herstellen, die leicht und dennoch hoch belastbar sind. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Stringer durch Verkleben mit den Materialschichten zu verbinden, was eine im Vergleich etwa zu dem Vernieten oder Verschrauben einfachere Verbindungstechnik ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteiles, wobei das Faserverbundbauteil umfasst:

– eine oder mehrere Materialschichten,
– einen Omega-Stringer zum Versteifen des Faserverbundbauteils, wobei der Omega-Stringer aus ausgehärtetem faserverstärktem Kunststoff gebildet ist, mit einem Abschnitt zum Erzeugen eines Raumes für die Aufnahme eines Formkerns zum Übertragen eines Drucks zum Verpressen der Materialschichten und des Omega-Stringers, wobei der Omega-Stringer mit der oder den Materialschicht(en) verbindbar ist und Mittel zum form- und/oder reibschlüssigen Positionieren des Formkerns in dem Raum aufweist,
– umfassend folgende Schritte:
– Einbringen des Formkerns in den Raum des Omega-Stringers,
– form- und/oder reibschlüssiges Positionieren des Formkerns in dem Raum mithilfe der Mittel,
– Aufbringen des den Formkern beinhaltenden Omega-Stringers auf die nicht ausgehärtete(n) Materialschicht oder Materialschichten,
– Verpressen der Materialschichten, sowie
– Aushärten der Materialschicht bzw. Materialschichten sowie Verbinden des Omega-Stringers mit der oder den Materialschicht(en).

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in der oben beschriebenen Abfolge ausgeführt, jedoch sind auch andere Abfolgen denkbar.
Die Verfahrensschritte des Einbringens und das form- und/oder reibschlüssige Positionieren des Formkerns, insbesondere des Druckschlauches in die bzw. in dem Stringer, lassen sich erfindungsgemäß mit einem großen zeitlichen und räumlichen Abstand von den übrigen Verfahrensschritten ausführen. Es ist denkbar, dass diese Verfahrensschritte von einem Zulieferer ausgeführt werden, der den Stringer und den Formkern, insbesondere den Druckschlauch als Einheit für die Herstellung verwendungsfertig liefert, so dass diese Verfahrensschritte ein Outsourcing-Potential aufweisen.
Soll ein Faserverbundbauteil hergestellt werden, dessen Materialschichten aus glasfaser- oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff aufgebaut ist, besteht zudem die Möglichkeit, den Stringer beim Aushärten und Verpressen der Materialschichten mit den Materialschichten zu verkleben. Somit kann das Härten, Verpressen und das Verbinden in einem Arbeitsschritt vorgenommen werden, wodurch sich der Aufwand zur Fertigung des Faserverbundbauteiles verringert.
Die übrigen für den Stringer und das Faserverbundbauteil aufgeführten Vorteile gelten ebenso für das erfindungsgemäße Verfahren.
Obwohl auf beliebige Faserverbundbauteile anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik nachfolgend mit Bezug auf flächige, stringer-versteifte Kohlefaserkunststoff(CFK)-Bauteile, anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen
1 die erfindungsgemäßen Omega-Stringer in einer ersten Ausführungsform,
2 den in 1 dargestellten Omega-Stringer, mit einem aufgenommenen Formkern,
3 eine zweite Ausführungsform eines Omega-Stringers mit einem aufgenommenen Formkern
4 eine dritte Ausführungsform eines Omega-Stringers mit einem aufgenommenen Formkern,
5a) bis 5d) die wesentlichen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines flächigen Bauteils unter Verwendung eines Omega-Stringers gemäß der ersten Ausführungsform und eines Formkerns, welcher als ein dimensionsstabiler, querschnittsgeformter Druckschlauch ausgeführt ist, und
6 ein flächiges Bauteil, insbesondere ein Faserverbundbauteil, das mit einem Omega-Stringer gemäß einem der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen versteift ist.
1 zeigt den erfindungsgemäßen Omega-Stringer 12 in einer ersten Ausführungsform. Der Omega-Stringer 12 umfasst eine Wandung 16 mit jeweils einem ersten, einem zweiten und einem dritten Wandungsabschnitt 18, 20, 22 mit einer ersten, zweiten und dritten Oberfläche 19, 21 und 23. Die Wandungsabschnitte 18, 20 und 22 gehen jeweils ineinander über. Die ersten und dritten Oberflächen 19 und 23 des ersten und des dritten Wandungsabschnitts 18 und 22 verlaufen im Wesentlichen entlang einer x-Achse gemäß einem in 1 definierten Koordinatensystem. Die zweite Oberfläche 21 des zweiten Wandungsabschnitts 20 verläuft in einem frei wählbaren Winkel zu der ersten bzw. zu der dritten Oberfläche 19 bzw. 23. Die einzelnen Wandabschnitte 18, 20 und 22 können beliebig dimensioniert werden. Die dadurch erzeugte Höhe H des Omega-Stringers 12 kann 30 mm betragen. Auf diese Weise kann zum einen eine Versteifung eines späteren Faserverbundbauteils 46 (vgl. 5 und 6) erzielt werden, zum anderen entsteht ein Abschnitt 24, mithilfe dessen ein Raum 26 definiert wird. Der Stringer 12 weist weiterhin an einem zum Raum 26 hin zeigenden Ende 28 des ersten Wandungsabschnitt Mittel 29 zum form- und/oder reibschlüssigen Positionieren eines Formkerns 36 (vgl. 2) im Raum 26 des Omega-Stringers 12 in Form eines Vorsprungs 30 auf. Dieser Vorsprung 30 weist in der in 1 dargestellten Ausführungsform eine Rundung 32 mit einem frei wählbaren Radius R1 auf, der beispielsweise 3 mm betragen kann. Eine Längsachse L des Stringers 12 erstreckt sich im Wesentlichen entlang der durch das Koordinatensystem definierten z-Achse (vgl. 6).
In 2 ist der in 1 illustrierte Omega-Stringer 12 zusammen mit dem in den Raum 26 eingebrachten Formkern 36 dargestellt. Zur besseren Unterscheidbarkeit ist der Umriss des Formkerns 36 gestrichelt dargestellt und weist ein gewisses Untermaß gegenüber dem Raum 26 auf. Der Formkern 36 kann aber auch so dimensioniert sein, dass er den Raum 26 komplett ausfüllt, wie es in 4 der Fall ist. Die Vorsprünge 30 sind so gewählt, dass diese einen Hinterschnitt X bilden und den Formkern 36 zumindest teilweise umfassen, sobald dieser in den Raum 26 eingebracht ist. Weiterhin wird der Formkern 36 durch die Vorsprünge 30 formschlüssig im Raum 26 positioniert und insbesondere ein Herausfallen des Formkerns 36 beispielsweise beim Anheben oder Drehen des Omega-Stringers 12 verhindert. Der Formkern 36 ist im dargestellten Beispiel der Form des Raumes 26 angepasst, insbesondere weist er eine zweite Rundung 38 mit einem zweiten Radius R2 auf, der dem Radius R1 der Rundung 32 der Vorsprünge 30 entspricht.
In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Omega-Stringers 12 dargestellt. Die Vorsprünge 30 sind in diesem Fall als Schräge 40 ausgeführt, wobei ein von der Schräge 40 mit der Vertikalen eingeschlossene Winkel α beliebig gewählt werden kann, solange gewährleistet ist, dass der Formkern 36 sicher im Raum 26 positioniert wird. Der Winkel α kann insbesondere Werte im Bereich von –5° bis +45° annehmen.
Weiterhin können auch die Schrägen 40 beliebig dimensioniert werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Formkern 36 genauso geformt wie in 2, jedoch ist es denkbar, den Formkern 36 so zu formen, dass er an die Schrägen 40 der Vorsprünge 30 angepasst ist. Der durch die Vorsprünge 30 erzeugte Hinterschnitt X, also die Erstreckung der Vorsprünge 30 in x-Richtung kann ungeachtet ihrer Ausgestaltung beliebig gewählt werden und beispielsweise 2 mm betragen. Auch geringfügig negative Werte sind denkbar, solange ein ausreichend fester Klemmsitz gewährleistet werden kann. Ansonsten ist der Omega-Stringer gleich dem aufgebaut, der in 1 dargestellt ist.
In 4 ist der Omega-Stringer 12 in einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei weist er keine Vorsprünge auf. Die Positionierung des Formkerns 36 im Raum 26 wird über Flächen 42 realisiert, die so gestaltet sind, dass sie eine Klemmwirkung auf den Formkern 36 ausüben, so dass der Formkern 36 im Raum 26 gehalten wird. Ferner füllt der Formkern 36 in diesem Beispiel den Raum 26 komplett aus, weist also eine Form auf, die der des Raumes 26 entspricht. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich der Formkern 36 im Raum 26 verschieben kann. Ist der Formkern 36 vollständig in den Raum 26 eingebracht, ist folglich seine Position eindeutig festgelegt. Ansonsten ist der Omega-Stringer gleich dem aufgebaut, der in den 1 und 2 dargestellt ist.
In den 5a) bis 5d) sind die wesentlichen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Faserverbundbauteiles 46 dargestellt. Im dargestellten Beispiel wird der Omega-Stringer 12, welcher in den 1 und 2 gezeigt ist, verwendet. Der verwendete Formkern 36 ist als ein dimensionsstabiler, querschnittsgeformter Druckschlauch 48 ausgeführt und weist eine Form auf, die der entspricht, die in den 2 und 3 dargestellt ist. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die bereits in den 1 bis 3 diskutierte und für das Verfahren nicht wesentliche Teile des Omega-Stringers 12 und des Formkerns 36 bei der Illustration der Verfahrensschritte in den 5a) bis 5d) weggelassen. Im ersten Schritt, der in 5a) dargestellt ist, wird der Druckschlauch 48 im Wesentlichen in Richtung der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung in den Raum 26 des Omega-Stringers 12 eingebracht. Der Druckschlauch 48 wird solange in den Raum 26 mit einer Kraft hineingeschoben, bis dass dieser die Vorsprünge 30 kurzzeitig elastisch verformt und/oder sich der Schlauch selbst kurzzeitig elastisch verformt. Ist der Druckschlauch 48 vollständig in den Raum 26 eingebracht, nehmen der Schlauch und die Vorsprünge 30 wieder ihre ursprüngliche Stellung ein und umfassen den Druckschlauch 48 zumindest teilweise, so dass dieser nicht mehr aus dem Raum 26 herausfallen kann. Dies entspricht einer typischen clip- oder schnappartigen Befestigung. Diese Situation ist beim in 5b) dargestellten Verfahrensschritt erreicht. Der Omega-Stringer 12 wird anschließend gemäß 5c) zusammen mit dem sich im Raum 26 befindenden Druckschlauch 48 auf eine Materialschicht 50 des Faserverbundbauteiles 46 aufgebracht. Diese Materialschicht 50 kann die einzige Materialschicht 50 des Faserverbundbauteiles 46 sein, jedoch ist es ebenfalls möglich, mehrere Materialschichten 50 vorzusehen. Die Oberfläche, mit der die Materialschicht 50 mit dem Omega-Stringer 12 in Kontakt steht, stellt eine Haut 54 dar. Im Schritt, der in 5c) dargestellt ist, ist die vorzugsweise aus kohlenstofffaser- oder glasfaserverstärktem Kunststoff bestehende Materialschicht 50, insbesondere die Haut 54, nicht ausgehärtet (nass). Vorzugsweise ist der Omega-Stringer 12 aus demselben Material hergestellt wie die Materialschicht 50. Im nächsten Schritt, der in 5d) dargestellt ist, wird der Druckschlauch 48 an den Innenraum eines nicht dargestellten Autoklaven angeschlossen und mit einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur beaufschlagt. Hierzu wird vorzugsweise ein Inertgas wie Stickstoff verwendet. Aufgrund der Druckbeaufschlagung expandiert der Druckschlauch 48 ein wenig, so dass Hohlräume, die sich zwischen dem Omega-Stringer 12 und dem Druckschlauch 48 bilden können, ausgefüllt werden. Weiterhin werden der Omega-Stringer 12 und die Haut 54 der Materialschicht 50 aufgrund der Druckbeaufschlagung miteinander verpresst und die Materialschicht 50 aufgrund der Temperaturbeaufschlagung ausgehärtet. Beim Aushärten wird der Omega-Stringer 12 mit der Materialschicht 50 fest verklebt und das Faserverbundbauteil 46 ist hergestellt.
In 6 ist eine Draufsicht auf die Haut 54 eines flächigen Bauteils 44, insbesondere eines Faserverbundbauteils 46, das mit einem Omega-Stringer gemäß einem der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen versteift ist, dargestellt. Das Faserverbundbauteil 46 ist gemäß dem in 5 dargestellten Verfahren hergestellt. Hierbei besteht die Materialschicht 50 aus kohlenstofffaser- oder glasfaserverstärktem Kunststoff. Entsprechende Fasern 52 sind durch die gestrichelten Linien dargestellt. Die Omega-Stringer 12 werden vorzugsweise so auf die Materialschicht 50 aufgebracht, dass sie im Wesentlichen entlang der durch das Koordinatensystem definierten z-Richtung verlaufen, jedoch kommt es für die Versteifung des Faserverbundbauteils nicht auf die Ausrichtung der Omega-Stringer 12 an.
Die vorliegende Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen im Detail beschrieben worden, wobei sich naheliegende Modifikationen und Ergänzungen ergeben können. Insbesondere ist die Gestaltung der Vorsprünge 30 nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Denkbar wäre beispielsweise, die Vorsprünge 30 verschiebbar auszugestalten, so dass der Formkern 36 oder der Druckschlauch 48 verriegelt werden können.

Claims

Omega-Stringer zum Versteifen eines flächigen Bauteils (44), insbesondere eines Faserverbundbauteils (46), wobei der Omega-Stringer aus ausgehärtetem faserverstärktem Kunststoff gebildet ist, mit einem Abschnitt (24) zum Erzeugen eines Raumes (26) für die Aufnahme eines Formkerns (36) zum Übertragen eines Drucks zum Verpressen des flächigen Bauteils (44) und des Omega-Stringers (12), und mit Mitteln (29) zum form- und/oder reibschlüssigen Positionieren des Formkerns (36) in dem Raum (26), wobei die Mittel (29) einen Vorsprung (30) zum formschlüssigen Positionieren des Formkerns (36) umfassen und/oder Flächen (42) zum reibschlüssigen Positionieren des Formkerns (36) aufweisen.
Omega-Stringer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (30) so ausgestaltet ist, dass der Formkern (36) clip- oder schnappartig positioniert wird.
Omega-Stringer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (30) an die Form des Formkerns (36) angepasst ist.
Omega-Stringer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (30) eine Rundung (32) mit einem Radius (R1) aufweist.
Omega-Stringer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (30) eine Schräge (40) aufweist.
Faserverbundbauteil (46), insbesondere für Schalensegmente, umfassend – eine oder mehrere Materialschichten (50), – einen Omega-Stringer (12) zum Versteifen des Faserverbundbauteils (46) nach einem der vorherigen Ansprüche, der mit der oder den Materialschicht(en) (50) verbindbar ist, und – einen Formkern (36) zum Übertragen eines Drucks zum Verpressen der Materialschichten (50) und des Omega-Stringers (12).
Faserverbundbauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (36) als dimensionsstabiler, querschnittsgeformter Druckschlauch (48) ausgeführt ist.
Faserverbundbauteil nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht oder die Materialschichten (50) zumindest teilweise aus härtbarem Material, wie Faserverbundmaterial, insbesondere aus kohlenstofffaser- oder glasfaserverstärktem Kunststoff, aufgebaut ist bzw. sind.
Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils (46), insbesondere für Schalensegmente, wobei das Faserverbundbauteil (46) umfasst: – eine oder mehrere Materialschichten (50), – einen Omega-Stringer (12) zum Versteifen des Faserverbundbauteils (46), wobei der Omega-Stringer (12) aus ausgehärtetem faserverstärktem Kunststoff gebildet ist, mit einem Abschnitt (24) zum Erzeugen eines Raumes (26) für die Aufnahme eines Formkerns (36) zum Übertragen eines Drucks zum Verpressen der Materialschichten (50) und des Omega-Stringers (12), wobei der Omega-Stringer (12) mit der oder den Materialschicht(en) (50) verbindbar ist und Mittel (29) zum form- und/oder reibschlüssigen Positionieren des Formkerns (36) in dem Raum (26) aufweist, umfassend folgende Schritte: – Einbringen des Formkerns (36) in den Raum (26) des Omega-Stringers (12), – form- und/oder reibschlüssiges Positionieren des Formkerns (36) in dem Raum (26) mithilfe der Mittel (29), – Aufbringen des den Formkern (36) beinhaltenden Omega-Stringers (12) auf die nicht ausgehärtete(n) Materialschicht oder Materialschichten (50), – Verpressen der Materialschichten (50), sowie – Aushärten der Materialschicht bzw. Materialschichten (50) sowie Verbinden des Omega-Stringers (12) mit der oder den Materialschicht(en) (50).