DE102011006977A1

DE102011006977A1 - Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, Verstärkungselement sowie Faserverbundbauteil

Info

Publication number: DE102011006977A1
Application number: DE201110006977
Authority: DE
Inventors: Dirk Elbracht
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-10-11
Also published as: US20140113101A1; EP2694276A1; EP2694276B1; US10000050B2; WO2012136661A1

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit einem Basiselement und mit zumindest einem an dem Basiselement angebundenen Zusatzelement, wobei in zumindest einem Anbindungsbereich des Basiselementes oder des Zusatzelementes ein Verstärkungselement zur Ausbildung einer Anbindungsflache für das Zusatzelement oder das Basiselement eingesetzt wird, ein Verstärkungselement mit Faserabschnitten, die endseitig aus einer Anbindungsfläche heraustreten, sowie ein Faserverbundbauteil mit einem Basiselement, in dessen Anbindungsbereichen Verstärkungselemente eingesetzt sind, an deren Anbindungsflächen Zusatzelemente mit einer angebunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, ein Verstarkungselement zur Ausbildung einer Anbindungsfläche sowie ein nach einem derartigen Verfahren hergestelltes Faserverbundbauteil.
Schalenbauteile (z. B. Rumpf und Flügelschalen) von Flugzeugen setzen sich in der Regel aus einem schalenartigen Hautfeld und aus Langsversteifungen zusammen. Die Langsversteifungen bzw. Zusatzelemente sind großflachig an dem Hautfeld bzw. Basiselement angebunden und transportieren hauptsachlich Axiallasten. Das Hautfeld transportiert vornehmlich Schublasten, wobei durch die großflächige Anbindung der Längsversteifungen das Hautfeld in eine Vielzahl von kleinen Schubfeldern unterteilt wird. Bei Rumpfschalen in Metallbauweise werden die Längsversteifungen häufig mit dem Hautfeld vernietet oder verschweißt. Bei Rumpfschalen in Faserverbundbauweise werden bei einer bekannten Variante vorproduzierte Längsversteifungen beim Herstellungsprozess des Hautfeldes als ausgehärtete Elemente mit eingelegt. Bei einer alternativen bekannten Variante werden die Langsversteifungen als nasse Elemente auf das ausgehärtete Hautfeld geklebt. Zur Unterstützung der Verklebung bzw. um bei einem Ablosen der Verklebung ein Ausbreiten einer Delamination zu verhindern, sind die Langsversteifungen zumindest im Bereich ihrer endseitigen Auslaufe zusatzlich mit dem Hautfeld vernietet. Zudem konnen die Langsversteifungen in einzelnen Bereichen zwischen ihren Auslaufen mit dem Hautfeld vernietet sein, um den Widerstand des Hautfeldes gegen Beulen zu verbessern. Die Nieten erhohen jedoch den Montagaufwand und das Rumpfschalengewicht. Insbesondere sind die Nietbohrungen sehr prazise zu bearbeiten, um ein Schwachung des die Nietbohrungen aufnehmenden Fasermaterials zu verhindern. Zudem ist das Nietmaterial zu beachten, um Korrosionen beim Kontakt der Nieten mit bspw. Kohlenstofffasern der Längsversteifungen oder des Hautfeldes zu verhindern.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils zu schaffen, das eine verbesserte Verklebung bzw. Anbindung zumindest eines Zusatzelementes an ein Basiselement ermoglicht. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verstarkungselement zur Ausbildung einer Anbindungsfläche fur das zumindest eine Zusatzelement zu bilden sowie ein hochbelastbares Faserverbundbauteil zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verstarkungselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 und durch ein Faserverbundbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit einem Basiselement und mit zumindest einem, an dem Basiselement angebundenen Zusatzelement wird zuerst ein Formling des Basiselementes mit zumindest einem oberflachigen Anbindungsbereich bereitgestellt. Dann wird ein faserverbundartiges Verstarkungselement mit einer Anbindungsfläche zur Anbindung eines Zusatzelementes in dem Anbindungsbereich positioniert. Danach wird das Verstarkungselementes in den Basiselementenformling durch teilweises Überdecken bzw. Überlappen des Verstärkungselementes mit Faserlagen des Basiselementenformlings integriert. Anschließend wird der mit dem Verstärkungselement bestückte Basiselementenformling ausgehartet. Danach wird ein Formling des Zusatzelementes im nassen Zustand an dem Basiselement auf der Anbindungsfläche positioniert und ausgehärtet.
Die Integration der Anbindungsfläche in ein separates Verstarkungselement ermöglicht eine individuelle Einstellung der Anbindungsflache unabhangig von dem Basiselement. Das Verstarkungselement kann aus separaten Materialien bestehen und Faserorientierungen aufweisen, die eine optimale Krafteinleitung von dem Zusatzelement in das Basiselement und eine optimale stoffschlüssige Anbindung des Zusatzelementes erlauben. Dabei wird durch die abschnittsweise Überdeckung bzw. Einschaftung des Verstärkungselementes eine großflachige Verbindung zwischen dem Basiselement und dem Verstärkungselement geschaffen. Durch die Anordnung des Zusatzelementes im nassen Zustand an der Anbindungsflache wird eine besonders innige Verbindung zwischen der Anbindungsflache und dem Zusatzelement geschaffen, so dass das Zusatzelement über das Verstärkungselement hochbelastbar an dem Basiselement angebunden ist. Ferner lasst sich das erfindungsgemaße Verfahren in den bestehenden Fertigungsprozesses des Basiselementes integrieren, ohne dass hierdurch die Anzahl der Prozessschritte erhoht wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird das zumindest eine Verstärkungselement vor der Positionierung in dem Anbindungsbereich ausgehärtet. Hierdurch sind eine einfache Handhabung und bequeme Lagerung des Verstarkungselementes möglich.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Formling des zumindest einen Verstärkungselements zusammen mit dem Basiselementenformling ausgehartet, wodurch eine besonders belastbare Verbindung zwischen dem Verstärkungselement und dem Formling geschaffen wird. Hierzu kann das Verstärkungselement aus trockenen Fasern bestehen, die lediglich durch ein thermoplastisches Bindemittel miteinander verbunden sind.
Bevorzugterweise wird die Anbindungsflache durch einen oberflachigen Materialabtrag des zumindest einen Verstarkungselementes derart vorbereitet, dass Fasern des Verstarkungselementes nach dem Materialabtrag aus der Anbindungsflache heraustreten. Die über die Anbindungsfläche heraustretenden Fasern bewirken beim Verkleben mit dem Zusatzelement eine mechanische Verankerung über die Klebeschicht hinaus, wodurch eine Verbesserung der Festigkeit der Klebung erreicht wird, da diese nun stoffschlüssig und quasi auf Faserebene mechanisch erfolgt. Insbesondere wird die Schadenstoleranz der Klebeverbindung verbessert, da ein Versagen nur noch von Faser zu Faser stattfinden und dabei viel mehr Energie umgesetzt wird als bei einer normalen Klebung. Es wird quasi quantitativ ein neues Schadensverhalten geschaffen, da eine schnelle Ausbreitung eines Schadens behindert wird. Die Faserabschnitte konnen grundsatzlich othogonal als auch schräg angestellt zur Anbindungsfläche bzw. zur Verbindungsebene verlaufen. Die Faserabschnitte konnen auch endseitig aufgespleisst sein oder ahnlich einem Klettverschluss einen Haken- bzw. Bogenabschnitt aufweisen. Sie haben bevorzugterweise eine derartige Länge, dass sie sicher die Verbindungsebene überbrücken und in das Zusatzelement eintauchen können. Der Materialabtrag kann mittels eines Lasers erfolgen, durch dessen lokalen Hitzeeintrag tieferliegende Faserlagen des Verstärkungselements nicht belastet werden und der Materialabtrag hochprazise stattfinden kann.
Ein erfindungsgemäßes Verstärkungselement zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils hat eine Vielzahl von Faserlagen, zumindest einen Korperabschnitt zur Überlappung mit Fasermaterial eines Basiselementes, und eine Anbindungsflache zur Anbindung eines Zusatzelementes, wobei Faserabschnitte endseitig aus der Anbindungsfläche heraustreten.
Ein derartiges Verstarkungselement erlaubt eine optimale Anbindung des Zusatzelementes an das Basiselement, da durch die zumindest eine Uberlappung eine sehr harmonische und kraftflussorientierte Integration des Verstarkungselements in das Basiselement möglich ist und durch die uber die Anbindungsflache und somit uber eine Verbindungsebene hinausragenden Faserabschnitte eine mechanische Verzahnung zwischen dem Verstärkungselement und dem Zusatzelement erfolgen kann. Die erfindungsgemaße Losung eignet sich daher insbesondere zur Anordnung in hochbelasteten Bereichen wie bei Ausläufen von Längsversteifungen im Flugzeugbau und in Bereichen, in denen herkömmlicherweise lokale Effekte wie Beulen zu erwarten sind.
Zudem werden durch das Verstarkungselement Ausbreitungen von Delaminationen im Verbindungsbereich verhindert.
Zur weiteren Optimierung der Integration des Verstarkungselements in das Basiselement kann dieses eine Vielzahl von Körperabschnitten zur Überlappung mit Fasermaterial des Basiselements aufweisen, die sich sternförmig von der Anbindungsflache erstrecken
Zur Verbesserung der Belastbarkeit des Verstarkungselementes bzw. zur Optimierung des Kraftflusses können zumindest einige Faserlagen unterschiedliche Faserorientierungen aufweisen.
Insbesondere wird es bevorzugt, wenn einige Fasern des Verstärkungselementes als Endlosfasern mit sich in Querrichtung der Faserlagen bzw. in Dickenrichtung des Basiselements erstreckenden Faserabschnitten ausgebildet sind, da die Faserabschnitte durch eine Abtrennung ihres sie jeweils miteinander verbindenden Bogenabschnitts bequem in die endseitig aus der Anbindungsflache heraustretenden Faserabschnitte überführt werden können.
Bevorzugterweise weist das Verstärkungselement im Bereich der Anbindungsflache zumindest eine abzutragende Faserlage auf. Insbesondere mehrere abzutragende Faserlagen können als Ausgleich von Bauteil- und Montagetoleranzen wirken. Bereits eine Faserlage stellt einen wirksamen Schutz der die jeweiligen Anbindungsflache bildenden Faserlage dar.
Zur Schaffung einer optischen Kontrolle, ob die Anbindungsfläche ausreichend vorbereitet ist, kann die zumindest eine abzutragende Faserlage markiert sein. Vorstellbar ist zum Beispiel eine Einfärbung der abzutragenden Faserlagen.
Zur Schaffung einer optischen Kontrolle, ob die Anbindungsfläche ausreichend vorbereitet ist, kann eine jeweils abzutragende Faserlage markiert sein.
Ein erfindungsgemaßes Faserverbundbauteil hat ein Basiselement mit einer Vielzahl von Anbindungsbereichen, eine Vielzahl von in den Anbindungsbereichen angeordneten faserverbundartigen Verstarkungselementen und eine Vielzahl von Zusatzelementen, die an jeweils eine Anbindungsfläche der Verstarkungselemente angebunden sind.
Ein derartiges Faserverbundbauteil zeichnet sich durch eine hochbelastbare und schadenstolerante Anbindung aus, so dass auf einen großen Teil der herkömmlichen mechanischen Befestigungsmittel verzichtet werden kann.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Faserverbundbauteil ein versteiftes Schalenbauteil eines Flugzeugs mit einem Hautfeld als Basiselement und Längsversteifungen als Zusatzelementen, wobei im Bereich von Auslaufen der Langsversteifungen in das Basiselement jeweils ein Verstarkungselement integriert ist.
Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung anhand stark vereinfachter schematischer Darstellungen näher erlautert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemaßen Faserverbundbauteils,
2 Einzelelemente des Faserverbundbauteils,
3 eine perspektive Darstellung eines erfindungsgemäßen Verstärkungselements,
4 eine Detaildarstellung des Verstarkungselementes,
5 eine perspektive Teilansicht einer vorbereiteten Anbindungsfläche des Verstärkungselementes zur Anbindung eines Zusatzelementes.
6 einen Ausschnitt eines Basiselementes des Faserverbundbauteils mit einem Anbindungsbereich zur Aufnahme des Verstärkungselementes,
7 einen Schnitt durch das Faserverbundbauteil im Bereich des zumindest einen Verstarkungselementes im Bereich seiner Anbindungsfläche, und
8 einen Schnitt durch das Faserverbundbauteil im Bereich des zumindest einen Verstärkungselementes mit ausgebildeter Anbindungsfläche.
1 zeigt ein erfindungsgemaßes Faserverbundbauteil 1 mit einem Basiselement 2, an dem eine Vielzahl von Zusatzelementen 4, 6 angebunden sind. Beispielsweise ist das Faserverbundbauteil 1 eine Schalenbauteil, insbesondere eine Rumpfschale eines Flugzeugrumpfes, mit einem Hautfeld, die durch Längsversteifungen bzw. Stringer versteift ist, wobei die Zusatzelemente 4, 6 die Stringer und das Basiselement 2 das Hautfeld repräsentieren.
Das Basiselement 2 ist ein schalenartiges Faserverbundelement und besteht vorzugsweise aus einer Vielzahl von Faserbahnen, die in einem Legeprozess wie ATL (Automatic-Tape-Laying) oder FPL (Fiber-Placement-Laying) auf einer nicht gezeigten Werkzeugoberfläche in mehreren Schichten und Orientierungen abgelegt wurden. Die Faserbahnen bestehen aus in einer duroplastischen oder thermoplastischen Harzmatrix angeordneten Kohlenstofffasergelegen und sind bevorzugterweise sogenannte Prepregs. Alternativ konnen jedoch auch Fasergelege aus Glasfasern, Aramidfasern und dergleichen verwendet werden.
Die Zusatzelemente 4, 6 haben beispielsweise jeweils einen T-formigen Querschnitt mit einem Fußabschnitt 8 und einem sich mittig vom Fußabschnitt 8 erstreckenden Stegabschnitt 10. Sie sind jeweils als ein Fasererbundelement mit einer Kunststoffmatrix und einer Vielzahl von in der Kunststoffmatrix angeordneten Fasern ausgebildet. Vorzugsweise sind die Fasern Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern und dergleichen. Die Kunststoffmatrix besteht vorzugsweise aus einem duroplastischen Kunststoff. Sie kann jedoch auch thermoplastischer Basis sein.
Die Zusatzelemente 4, 6 sind mit ihrem jeweiligen Fußabschnitt 8 an dem Basiselement 2 stoffschlüssig mittels einer sich beim Fügen der Zusatzelemente 4, 6 mit dem Basiselement 2 zum Faserverbundbauteil 1 ausbildenden Verklebung angebunden. Sie haben hierzu wie in 2 gezeigt jeweils eine sich über den Fußabschnitt 8 erstreckende Fußflache 12, die mit einem Flächenabschnitt 14 einer Oberfläche 16 des Basiselementes 2 verklebt wird. Zur Verbesserung der statischen und dynamischen Festigkeit der Verklebung sowie zur Verbesserung eines Schadensverhaltens sind zumindest in den Bereichen des Flächenabschnittes 14, in denen die Zusatzelemente 4, 6 mit ihren Ausläufen bzw. mit ihren Endabschnitten 18, 20 angeordnet sind, schraffiert dargestellte und gesondert ausgebildete Anbindungsflächen 22, 24 zur Anbindung der Zusatzelemente 4, 6 vorgesehen.
Die Anbindungsflachen 22, 24 werden jeweils von einem in 3 dargestellten separaten Verstarkungselement 26 gebildet, das integral mit dem Basiselement 2 gefugt ist bzw. in dieses integriert ist. Das Verstarkungselement 26 ist als ein Faserverbund aus einer Vielzahl von schichtweise angeordneten Faserlagen 28, 30, 32 (s. 4) mit vorzugsweise unterschiedlicher Orientierung ausgebildet. Die Faserlagen 28, 30, 32 sind vorzugsweise jeweils gelegenartig aus einer Vielzahl von Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern und drgl. gebildet. Sie sind derart zueinander angeordnet, dass das Verstärkungselement 26 einen in etwa trapezförmigen Längs- und Querschnitt mit voneinander abgewandten keilartigen Körperabschnitten 34, 36 aufweist, die flankenseitig ineinander übergehen und zwischen deren Keilflächen die Anbindungsfläche 22, 24 angeordnet ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat das Verstarkungselement 26 eine großere Erstreckung in Längsrichtung als in Querrichtung, wodurch die Anbindungsfläche 22, 24 eine rechteckige Gestalt aufweist. Allerdings kann das Verstärkungselement 26 auch andere Dimensionsverhaltnisse aufweisen. Gemessen von einer von der Anbindungsfläche 22, 24 abgewandten in diesem Ausführungsbeispiel rechteckigen Grundflache 38 ist die Anbindungsflache 22, 24 in dem Bereich des Verstärkungselements 26 angeordnet, in dem dieses seine großte Erstreckung in Dickenrichtung aufweist.
Wie in 4 gezeigt weist das Verstärkungselement 26 im Bereich der Anbindungsfläche 24 bzw. seiner größten Dickenerstreckung zusatzlich eine Vielzahl von vorzugsweise als Endlosfasern ausgeführten Fasern 40, 42, 44 auf. Die Endlosfasern 40, 42, 44 haben jeweils eine Vielzahl von in Dickenrichtung bzw. Querrichtung der Faserlagen 28, 30, 32 verlaufenden Faserabschnitten 46, 48, die über einzelne Bogenabschnitte 50 miteinander verbunden sind. Die Bogenabschnitte 50 sind im Bereich von den Faserlagen 28, 30 positioniert, die bei einer Vorbereitung der Anbindungsflache 22, 24 für die Klebung abgetragen werden. Zur Kenntlichmachung der abzutragenden Faserlagen 28, 30 sind sie im Vergleich zu tieferliegenden Faserlagen 32 in 4 farblich markiert.
Wie in 5 gezeigt, bildet nach der Vorbereitung der Anbindungsfläche 22, 24, d. h. nach einem Abtrag der Faserlagen 28, 30 und nach einem Abtrennen der Bogenabschnitte 50, die ehemals tieferliegende Faserlage 32 die äußere Faserlage. Zudem treten durch das Abtrennen der Bogenabschnitte 50 die Faserabschnitte 46, 48 einzeln uber die Faserlage 32 hervor und somit endseitig aus der Anbindungsfläche 22, 24 heraus.
Wie in 6 ausschnitthaft gezeigt weist das Basiselement 2 zur Aufnahme der Verstärkungselemente 26 eine Vielzahl von Anbindungsbereichen 52 auf, deren jeweilige Einzelflache 54 der Grundfläche 38 des jeweiligen Verstärkungselements 26 entspricht.
Im Folgenden werden bevorzugte Verfahren zur Herstellung des Faserverbundbauteils erläutert:
Wie in 7 gezeigt wird zu Beginn ein Formling des Basiselements 2 durch schichtweises Ablegen von trockenen oder vorimprägnierten Faserbahnen 55 auf einer Werkzeugoberflache ausgebildet. Dann werden die Anbindungsbereiche 52 definiert. Dabei werden die Anbindungsbereiche 52 jeweils derart paarweise vorgesehen, dass der Abstand zwischen den Anbindungsbereichen 26 eines Paares jeweils dem Abstand zwischen den Endabschnitten 18, 20 der Zusatzelemente 4, 6 entspricht und dass der seitliche Abstand zwischen zwei Paaren jeweils einem Soll-Abstand benachbarter Zusatzelemente 4, 6 entspricht. Danach werden die Verstärkungselemente 26 in den Anbindungsbereichen 52 bzw. auf deren Einzelflachen 54 positioniert. Die Verstärkungselemente 26 konnen im ausgeharten Zustand oder als trockene, lediglich mit einem Binder benetzte Formlinge ausgebildet sein. Nach der Positionierung der Verstärkungselemente 26 werden die übrigen Schichten des Basiselementenformlings gelegt, wobei zur Integration der Verstärkungselemente 26 einzelne Faserbahnen 56, 58 des Basiselementenformlings über die keilartigen Körperabschnitte 34, 36 der Verstärkungselemente 26 gelegt werden. Nach dem Ablegen samtlicher Schichten wird der mit den Verstärkungselementen 26 bestückte Basiselementenformling zum Basiselement 2 ausgehärtet und konsolidiert. Wenn die Verstarkungselemente 26 als trockene Formlinge in den Anbindungsbereichen 26 positioniert wurden, werden diese beim Harteprozess des Basiselementenformlings mit getränkt und mit konsolidiert, so dass die Fasern der Verstärkungselemente 26 und die Fasern des Basiselementes 2 in einer gemeinsamen Harzmatrix aufgenommen sind. Nach der Integration der Verstarkungselemente 26 in die Anbindungsbereiche 52 bzw. nach dem Legen der Faserbahnen 56, 58 ragen die Verstarkungselemente 24 im Bereich der Anbindungsflächen 22, 24 uber sie umgebende Flachenabschnitte des Basiselements 2 um die Anzahl der Faserlagen 28, 30 hinaus, die bei der Ausbildung der Anbindungsflächen 22, 24 abgetragen werden.
Nach der Konsolidierung des mit den Verstärkungselementen 26 bestückten Basiselement 2 werden, wie in 8 gezeigt, die Anbindungsflächen 22, 24 der Verstärkungselemente 26 zur Anbindung der Zusatzelemente 4, 6 vorbereitet. Dabei werden die Verstarkungselemente 26 im Bereich der Anbindungsflachen 22, 24 quasi eingeebnet, so dass die vorbereiteten Anbindungsflächen 22, 24 stufenlos in die sich umgebenden Flächenabschnitte übergehen und mit den außeren Faserlagen 56 eine ebene und durchgehende Oberfläche 16 bilden. Hierzu werden die über die sie umgebenden Flachenabschnitte hinausragenden Faserlagen 28, 30 flachig abgetragen und die anbindungsseitigen Bogenabschnitte 50 der in Dickenrichtung verlaufenden Faserabschnitte 46, 48 werden entfernt, so dass diese freigelegt sind und endseitig aus der Anbindungsfläche 22, 24 heraustreten (siehe auch 5). Die Vorbereitung der Anbindungsflächen 22, 24 erfolgt bevorzugterweise mittels elektromagnetischer Strahlung wie Laserstrahlung.
Nach der Vorbereitung der Anbindungsflachen 22, 24 werden nasse, harzgetrankte Formlinge der Zusatzelemente 4, 6 mit ihren Endabschnitten 18, 20 auf den Anbindungsflachen 22, 24 positioniert.
Abschließend wird der Aufbau einem Autoklavprozess zugeführt, bei dem die Harzmatrix der Zusatzelementenformlinge durch Hitzeeinwirkung zunachst verflüssigt und dann ausgehärtet wird. Dabei werden die Zusatzelementenformlinge endseitig durch den im Autoklaven herrschenden Druck derart gegen die Anbindungsflächen 22, 24 gedruckt, dass die freistehenden senkrecht zur Verbindungsebene orientierten Faserabschnitte 46, 48 in die Zusatzelementenformlinge gedruckt werden und somit eine Brückenfunktion über die Verklebung hinaus erfüllen. Die Zusatzelemente 4, 6 sind somit nach dem Autoklavprozess nicht nur stoffschlüssig an dem Basiselement 2 bzw. stoffschlussig an den Verstärkungselementen 26 angebunden, sondern erfindungsgemaß zumindest auch mit den Verstärkungselementen 26 über die aus der Anbindungsflache 22, 24 heraustretenden und aus der Verbindungsebene hinausragenden Faserabschnitten 46, 48 mechanisch verzahnt.
Offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit einem Basiselement und mit zumindest einem an dem Basiselement angebundenen Zusatzelement, wobei in zumindest einen Anbindungsbereich des Basiselementes oder des Zusatzelementes ein Verstärkungselement zur Ausbildung einer Anbindungsfläche für das Zusatzelement oder das Basiselement eingesetzt wird, ein Verstärkungselement mit Faserabschnitten, die endseitig aus einer Anbindungsfläche heraustreten, sowie ein Faserverbundbauteil mit einem Basiselement, in dessen Anbindungsbereichen Verstarkungselemente eingesetzt sind, an deren Anbindungsflächen Zusatzelemente mit einer angebunden sind.
Bezugszeichenliste

1: Faserverbundbauteil
2: Basiselement
4: Zusatzelement
6: Zusatzelement
8: Fußabschnitt
10: Stegabschnitt
12: Fußflache
14: Flächenabschnitt
16: Oberfläche
18: Endabschnitt
20: Endabschnitt
22: Anbindungsfläche
24: Anbindungsflache
28: Faserlage
30: Faserlage
32: Faserlage
34: Korperabschnitt
36: Korperabschnitt
38: Grundfläche
40: Faser
42: Faser
44: Faser
46: Faserabschnitt
48: Faserabschnitt
50: Bogenabschnitt
52: Anbindungsbereich
54: Einzelfläche
55: Faserlage
56: Fasermaterial
58: Fasermaterial

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (1) mit einem Basiselement (2) und mit zumindest einem an dem Basiselement (2) angebundenen Zusatzelement (4, 6), mit den Schritten: – Bereitstellen eines Formlings des Basiselementes (2) mit zumindest einem oberflächigen Anbindungsbereich (52), – Positionieren eines faserverbundartigen Verstarkungselementes (26) mit einer Anbindungsfläche (22, 24) zur Anbindung des Zusatzelementes (4, 6) in dem Anbindungsbereich (52) des Basiselementes, – Integrieren des Verstarkungselementes (26) in den Basiselementenformling durch teilweises überlappen des Verstärkungselementes mit Faserlagen (56, 58) des Basiselementenformlings, – Aushärten des mit dem Verstarkungselement (26) bestückten Basiselementenformlings, – Positionieren eines Formlings des Zusatzelementes im nassen Zustand an dem Basiselement (2) an der Anbindungsfläche (22, 24), und – Ausharten des Zusatzelementenformlings.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Verstarkungselement (26) vor der Positionierung in dem Anbindungsbereich (52) ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Formling des zumindest einen Verstärkungselements (26) zusammen mit dem Basiselementenformling ausgehartet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Anbindungsflache (22, 24) durch einen oberflächigen Abtrag des zumindest einen Verstarkungselements (26) derart vorbereitet wird, dass nach dem Abtrag Faserabschnitte (46, 48) endseitig aus der zumindest einen Anbindungsfläche (22, 24) heraustreten.
Verstärkungselement (26) zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (1), mit einer Vielzahl von schichtweise angeordneten Faserlagen (28, 30, 32), mit zumindest einem Körperabschnitt (34, 36) zur Überlappung mit Fasermaterial eines das Verstarkungselement (26) aufnehmenden Basiselements (2), und mit einer Anbindungsflache (22, 24) zur Anbindung eines Zusatzelementes (4, 6), wobei Faserabschnitte (46, 48) endseitig aus der Anbindungsfläche (22, 24) heraustreten.
Verstärkungselement nach Anspruch 5, wobei eine Vielzahl von die Anbindungsflache (22, 24) sternförmig umgebenden Körperabschnitten (34, 36) zur Überlappung mit Fasermaterial eines das Verstarkungselement (26) aufnehmenden Basiselements (2) vorgesehen sind.
Verstarkungselement nach Anspruch 5 oder 6, wobei zumindest einige Faserlagen (28, 30, 32) unterschiedliche Faserorientierung haben.
Verstarkungselement nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei einige Fasern als Endlosfasern (40, 42, 44) mit sich in Querrichtung der Faserlagen erstreckenden Faserabschnitten (44, 46) ausgebildet sind.
Verstarkungselement nach einem der Anspruche 5 bis 8, wobei zur Ausbildung der Anbindungsflache (22, 24) zumindest eine abzutragende Faserlage (28, 30) vorgesehen ist.
Verstärkungselement nach Anspruch 9, wobei zumindest eine jeweils abzutragende Faserlage (28, 30) markiert ist.
Faserverbundbauteil (1) hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 4, mit einem Basiselement (2) mit einer Vielzahl von Anbindungsbereichen (52), eine Vielzahl von in den Anbindungsbereichen (52) angeordneten faserverbundartigen Verstarkungselementen (26) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, und mit einer Vielzahl von Zusatzelementen (4, 6), die an einer jeweiligen Anbindungsflache (22, 24) der Verstärkungselemente (26) angebunden ist.
Faserverbundbauteil nach Anspruch 11, wobei es ein versteiftes Schalenbauteil eines Flugzeugs ist mit einem Hautfeld als Basiselement (2) und Langsversteifungen als Zusatzelementen (4, 6), wobei im Bereich von Ausläufen (18, 20) der Längsversteifungen in das Hautfeld jeweils ein Verstärkungselement (26) integriert ist.