DE102009023864B4 - Apparatus and method for making a Doppler - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (12) zur Herstellung eines Dopplers (10) aus einem Faserverbundmaterial für einen Flächenabschnitt (6) eines Bauteils (2), mit einer Werkzeugoberfläche (14), die flexibel ausgeführt ist und durch Ansteuerung einer Verstelleinrichtung (16) der Flächenabschnitt (6) in der Werkzeugoberfläche (14) abbildbar ist, wobei die Werkzeugoberfläche (14) in einem Flächenabschnitt (18) mit einer hohen Verformbarkeit von einer Elastomerschicht, und in einem Flächenabschnitt (20) mit einer geringeren Verformbarkeit von einer Metallschicht gebildet ist.Device (12) for producing a doubler (10) from a fiber composite material for a surface section (6) of a component (2), with a tool surface (14) which is designed to be flexible and the surface section (6) is controlled by an adjustment device (16). can be reproduced in the tool surface (14), the tool surface (14) being formed in a surface section (18) with a high deformability of an elastomer layer and in a surface section (20) with a lower deformability of a metal layer.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Dopplers aus einem Faserverbundmaterial.The invention relates to an apparatus and a method for producing a Doppler from a fiber composite material.
Im Betrieb eines Flugzeugs, beispielsweise beim Be- und Entladen oder beim Betanken, treten vereinzelt Kollisionen zwischen dem Bodenfahrzeug und dem Flugzeug auf, was häufig in einer Beschädigung der Außenhaut resultiert. Ebenso kann die Außenhaut durch Steinschlag beschädigt werden. Zur Beseitigung der Beschädigung wird bei herkömmlichen Flugzeugen in Metallbauweise ein Reparaturflicken bzw. Doppler angefertigt und dieser im Bereich der Beschädigung mit der Außenhaut verbolzt. Aufgrund der guten Verformbarkeit von Metall kann der Reparaturflicken flexibel an die jeweilige Außenkontur angepasst werden. Bei Flugzeugen, deren Strukturkomponenten wie zum Beispiel die Außenhaut aus Faserverbundmaterialien, beispielsweise kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK bzw. CFRP), hergestellt sind, ist die Verwendung von Reparaturflicken aus Metall jedoch aus Korrosionsgründen kritisch. Bekannte Verfahren zur Beseitigung der Beschädigung sehen daher vor, die Beschädigung durch ein Abtragen der beschädigten Hautschichten zu entfernen und dann in die Vertiefung einen kunststoffartigen Reparaturflicken einzusetzen. Das exakte Abtragen der beschädigten Hautschichten ist jedoch zeitaufwendig und schwierig. Insbesondere sind diese Verfahren nicht für eine strukturelle Reparatur der Primärstrukturbauteile zugelassen.In the operation of an aircraft, for example during loading and unloading or refueling, isolated collisions occur between the ground vehicle and the aircraft, which often results in damage to the outer skin. Likewise, the outer skin can be damaged by falling rocks. To eliminate the damage in conventional aircraft in metal construction a repair patch or Doppler made and this bolted in the field of damage to the outer skin. Due to the good deformability of metal, the repair patch can be flexibly adapted to the respective outer contour. However, in aircraft whose structural components such as the outer skin are made of fiber composite materials, such as carbon fiber reinforced plastics (CFRP or CFRP), the use of metal repair patches is critical for corrosion reasons. Known methods for eliminating the damage, therefore, provide to remove the damage by removing the damaged layers of skin and then insert into the recess a plastic-like repair patch. However, the exact removal of damaged skin layers is time consuming and difficult. In particular, these methods are not permitted for structural repair of the primary structural components.
In dem deutschen Patent
In der deutschen Patentanmeldung der Anmelderin
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Dopplers aus einem Faserverbundmaterial zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigen und die eine schnelle und flexible Herstellung von Dopplern für stark bzw. mehrfach gekrümmte Flächen vor Ort ermöglichen.The object of the present invention is to provide an apparatus and a method for producing a Doppler of a fiber composite material, which eliminate the aforementioned disadvantages and which enable a rapid and flexible production of Dopplers for heavily or multiple curved surfaces on site.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach dem Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.This object is achieved by a device according to claim 1 and by a method having the features of patent claim 7.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Dopplers aus einem Faserverbundmaterial für einen Flächenabschnitt eines Bauteils hat eine Werkzeugoberfläche, die flexibel ausgeführt ist, wobei durch Ansteuerung einer Verstelleinrichtung der Flächenabschnitt in ihr abbildbar ist. In einem Flächenabschnitt der Werkzeugoberfläche mit einer hohen Verformbarkeit ist eine Elastomerschicht und in einem Flächenabschnitt mit einer geringeren Verformbarkeit eine Metallschicht vorgesehen. Hierdurch kann das Material der Werkzeugoberfläche je nach ihrem vorgesehenen Verformungsbereich gezielt gewählt werden, so dass das Material die Verformbarkeit der Werkzeugoberfläche unterstützt bzw. die Werkzeugoberfläche der Verstelleinrichtung keinen unnötig großen Widerstand entgegensetzt. Somit können Doppler hergestellt werden, die individuell an den jeweiligen Flächenabschnitt angepasst sind. Beispielsweise ist eine Positionierung der Vorrichtung auf Flughäfen vorstellbar, so dass entsprechend beschädigte Flugzeuge schnell und zeitsparend repariert werden können. Dabei kann die Vorrichtung durch weitere Fertigungsmittel wie zum Beispiel einen Autoklaven ergänzt werden. Weiterhin ist an der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft, dass in ihr mehrere Verfahrensschritte durchführbar sind, so dass nur ein begrenzter Fertigungsmitteleinsatz notwendig ist.A device according to the invention for producing a Doppler from a fiber composite material for a surface section of a component has a tool surface which is designed to be flexible, wherein the surface section can be imaged in it by actuation of an adjusting device. An elastomer layer is provided in a surface portion of the tool surface having a high deformability, and a metal layer is provided in a surface portion having a lower deformability. In this way, the material of the tool surface can be selected selectively depending on their intended deformation range, so that the material supports the deformability of the tool surface and the tool surface of the adjusting opposes no unnecessarily great resistance. Thus, Doppler can be produced, which are individually adapted to the respective surface section. For example, a positioning of the device at airports is conceivable, so that correspondingly damaged aircraft can be repaired quickly and quickly. In this case, the device can be supplemented by further manufacturing means such as an autoclave. Furthermore, it is advantageous for the device according to the invention that several method steps can be carried out in it, so that only a limited use of production tools is necessary.
Die Vorrichtung hat vorzugsweise eine Einrichtung zum Erfassen der Geometrie des Flächenabschnitts. Die Erfassung kann elektromagnetisch, optisch oder mechanisch erfolgen und anschließend digitalisiert werden. Dies ermöglicht die genaue Erfassung des Flächenabschnitts. Beispiele sind ein Laserstrahl, Photogrammetrie und Tastfinger.The device preferably has a device for detecting the geometry of the surface section. The detection can be done electromagnetically, optically or mechanically and then digitized. This enables the accurate detection of the area section. Examples are a laser beam, photogrammetry and tactile fingers.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Verstelleinrichtung verstellbare Stützen zum Lagern der Werkzeugoberfläche auf.In one embodiment, the adjusting device on adjustable supports for storing the tool surface.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist die Verstelleinrichtung verstellbare Stempel auf, deren Kopfabschnitte die Werkzeugoberfläche bilden und verschwenkbar gelagert sind.In another embodiment, the adjusting device has adjustable punches on, the head portions form the tool surface and are pivotally mounted.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Verstelleinrichtung verstellbare Lanzen mit einem spitzenartigen Kopfabschnitt auf, wodurch eine sehr genaue Abbildung des Flächenabschnitts möglich ist. Spalte zwischen benachbarten Kopfflächen können nach dem Einstellen und Abbilden des Flächenabschnitts mit einer entsprechenden Dichtmasse aufgefüllt werden, so dass eine einheitliche flächige Werkzeugoberfläche geschaffen ist. Die Stempel, Stützen oder Lanzen der Verstelleinrichtung können elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch verfahrbar sein. Vorstellbar sind zum Beispiel Spindelantriebe oder Kolbenzylinderanordnungen.In a further embodiment, the adjustment on adjustable lances with a tip-like head portion, whereby a very accurate imaging of the surface portion is possible. Columns between adjacent top surfaces can be filled with a corresponding sealing compound after the setting and imaging of the surface section, so that a uniform planar tool surface is created. The punches, supports or lances of the adjusting device can be moved electrically, hydraulically or pneumatically. For example, spindle drives or piston-cylinder arrangements are conceivable.
Bevorzugterweise ist die Vorrichtung eigenbeheizt, so dass zum Beispiel ein externer Autoklav nicht notwendig ist. Hierdurch lässt sich die Anzahl der benötigten Fertigungsmittel reduzieren.Preferably, the device is self-heated, so that, for example, an external autoclave is not necessary. As a result, the number of required production means can be reduced.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Dopplers aus einem Faserverbundmaterial für einen Flächenabschnitt eines Bauteils wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer flexiblen Werkzeugoberfläche bereitgestellt. Dann wird der Flächenabschnitt in der Werkzeugoberfläche abgebildet und der Doppler wird in der Vorrichtung auf der Werkzeugoberfläche angefertigt. Abschließend wird der Doppler an dem Flächenabschnitt befestigt.In a method according to the invention for producing a Doppler from a fiber composite material for a surface section of a component, a device according to the invention with a flexible tool surface is provided. Then, the surface portion is imaged in the tool surface and the Doppler is made in the device on the tool surface. Finally, the Doppler is attached to the surface portion.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass nicht nur Doppler für ebene Flächenabschnitte angefertigt werden können, sondern auch Doppler für stark bzw. mehrfach gekrümmte Flächenabschnitte. Die Doppler können hochflexibel schnell und vor Ort angefertigt werden, so dass zum Beispiel entsprechend beschädigte Flugzeuge vor Ort repariert werden können. Weiterhin kann der Doppler in sämtlichen Größen gefertigt und aus verschiedenen Materialien bestehen bzw. verschiedene Schichtstrukturen aufweisen. Dadurch, dass der Doppler in der an den Flächenabschnitt angepassten Werkzeugoberfläche hergestellt wird, weist der Doppler eine hohe Passgenauigkeit auf. Ferner kann bei einer Reparatur auf das aufwendige Abtragen der beschädigten Hautschichten verzichtet werden, wodurch viel Zeit eingespart werden kann.The solution according to the invention has the advantage that not only Doppler can be made for flat surface sections, but also Doppler for strongly or multiply curved surface sections. The Doppler can be made highly flexible quickly and on-site, so that, for example, correspondingly damaged aircraft can be repaired on site. Furthermore, the Doppler can be made in all sizes and consist of different materials or have different layer structures. The fact that the Doppler is produced in the tool surface adapted to the surface section, the Doppler has a high accuracy of fit. Furthermore, can be dispensed with the costly removal of damaged skin layers in a repair, which much time can be saved.
Zum spannungsfreien Anordnen des Dopplers an dem Flächenabschnitt ist es vorteilhaft, wenn bei der Abbildung des Flächenabschnittes bzw. bei der Einstellung der Werkzeugoberfläche die jeweilige Materialdicke des Dopplers berücksichtigt wird.For stress-free positioning of the Doppler on the surface portion, it is advantageous if the respective material thickness of the Doppler is taken into account when imaging the surface portion or when setting the tool surface.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Flächenabschnitt mit einem elektromagnetischen Taststrahl, beispielsweise einem Laser, abgetastet. Das Ergebnis wird dann digitalisiert und die Werkzeugoberfläche entsprechend eingestellt.In one embodiment, the surface portion is scanned with an electromagnetic scanning beam, such as a laser. The result is then digitized and the tool surface adjusted accordingly.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Flächenabschnitt mittels Photogrammmetrie erfasst.In another embodiment, the surface portion is detected by photogrammetry.
Der Doppler kann mechanisch, beispielsweise mittels Niet- oder Bolzenverbindungen, und/oder stoffschlüssig, beispielsweise mittels einer Klebung oder Schweißung, mit dem Flächenabschnitt verbunden werden. Diese Verbindungen sind schnell herstellbar und verlässlich, wobei die Klebung gleichzeitig als Dichtmittel zwischen dem Flächenabschnitt und dem Doppler dient und darüber hinaus in die Beschädigung eindringen und diese zusätzlich stabilisieren kann.The Doppler can be mechanically, for example by means of rivet or bolt connections, and / or materially connected, for example by means of gluing or welding, with the surface portion. These compounds are quick to produce and reliable, the bond also serves as a sealant between the surface portion and the Doppler and also penetrate into the damage and can additionally stabilize.
Der Doppler wird vorzugsweise aus thermoplastischen oder aus duroplastischen Halbzeugen wie Textil- und Prepreg-Faserhalbzeuge hergestellt. Dieses Material ist flexibel verformbar und zeichnet sich im gehärteten Zustand durch eine hohe mechanische, thermische und chemische Beständigkeit aus. Ebenso kann der Doppler aus einer Materialmischung wie zum Beispiel GLARE® bestehen.The Doppler is preferably made of thermoplastic or thermoset semi-finished products such as textile and prepreg semi-finished fiber products. This material is flexibly deformable and is characterized by a high mechanical, thermal and chemical resistance in the hardened state. Likewise, the Doppler can consist of a material mixture such as GLARE ® .
Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous embodiments are the subject of further subclaims.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to schematic drawings. Show it:
In den Figuren tragen gleiche konstruktive Elemente die gleichen Bezugsziffern, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit bei mehreren gleichen konstruktiven Elementen in einer Figur jeweils nur ein Element mit einem Bezugszeichen versehen ist.In the figures, the same structural elements bear the same reference numerals, wherein for reasons of clarity in several identical structural elements in a figure only one element is provided with a reference numeral.
Die Herstellung des Dopplers
Die Werkzeugoberfläche
Gemäß
Die Verstelleinrichtung
Ferner hat die Vorrichtung
Des Weiteren hat die Vorrichtung
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Dopplers
Die Beschädigung
Offenbart ist ein Verfahren zum Herstellen eines Dopplers
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Bauteilcomponent
- 44
- Außenhautshell
- 66
- Flächenabschnittsurface section
- 88th
- Beschädigungdamage
- 1010
- Dopplerdoubler
- 1212
- Vorrichtungcontraption
- 1414
- Werkzeugoberflächetool surface
- 1616
- Verstelleinrichtungadjustment
- 1818
- gekrümmter Flächenabschnittcurved surface section
- 2020
- ebener Flächenabschnittplane surface section
- 2222
- Außenflächeouter surface
- 2424
- Innenflächepalm
- 2626
- gekrümmter Körperabschnittcurved body section
- 2828
- ebener Körperabschnittlevel body section
- 3030
- Stützesupport
- 3232
- GrundflächeFloor space
- 3434
- Kopfabschnittheader
- rr
- Radius InnenflächeRadius inner surface
- RR
- Radius WerkzeugoberflächeRadius tool surface
- ss
- Materialdicke Flächenabschnitt/DopplerMaterial thickness area section / Doppler
Claims (12)
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- 2009-06-04 DE DE200910023864 patent/DE102009023864B4/en active Active
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