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Die Erfindung betrifft insbesondere ein Herstellungsverfahren für ein Rohr aus einem Faserverbundwerkstoff, sowie eine Anordnung zur Herstellung des Rohrs.
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Rohre aus Faserverbundwerkstoffen werden insbesondere wegen der damit erreichbaren Gewichtseinsparungen beispielsweise in Flugzeugen im Bereich der Lüftungs- und Klimaverrohrung verwendet. Im Hinblick auf den Verrohrungs- und Montageaufwand gibt es bei den bekannten Rohren aus Faserverbundwerkstoffen allerdings durchaus noch Verbesserungspotential.
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Aus der
US 5,525,288 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schlauches mit einem expandierten Abschnitt und einem kompressionsgeformten Abschnitt bekannt, einschließlich des Herstellens des expandierten Teils und des kompressionsgeformten Abschnitts integral und nahezu gleichzeitig. Das Herstellungsverfahren ist einfach und leicht, und die Anzahl der Fertigungsschritte wird reduziert und die Kosten können reduziert werden. Der Prozess bildet den expandierten Abschnitt und den kompressionsgeformten Abschnitt aus einem Rohr. Ein starres, mittleres Kernelement wird in mindestens einen Endabschnitt des Rohres eingeführt. Diese Struktur wird dann zwischen Formabschnitten montiert, die einen ausgedehnten inneren Hohlraum aufweisen, wenn sie geschlossen sind. Die Formabschnitte werden dann geschlossen und das Ende zwischen dem mittleren Kernelement und der gegenüberliegenden inneren Oberfläche der Formabschnitte werden zusammengedrückt und geformt. Danach wird das Rohr in der Form expandiert, um das Rohr an die Hohlraumoberfläche anzupassen, indem Druckfluid in das Innere des Rohres eingeführt wird. Das angepasste Rohr wird aus den Formabschnitten als Schlauch mit expandierten und kompressionsgeformten Abschnitten entfernt.
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Aus der
DE 693 07 056 T2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines laminierten Schlauches bekannt.
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Aus der
DE 198 03 965 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen mit Lang- und/oder Endlosfaserverstärkung bekannt. Ein Preform oder mehrlagige, flächige Halbzeuge werden mit einer aufblasbaren Polymerblase im Inneren versehen, in flächigem Zustand über die Schmelztemperatur des Thermoplasten erwärmt und durch Beaufschlagung der Polymerblase mit Innendruck zu einem Hohlkörper ausgeformt. Dies kann sowohl in ein Werkzeug erfolgen, auf dessen innerer Oberfläche das Halbzeug durch den Innendruck in der Polymerblase abgeformt wird als auch gegen den Gegendruck dehnfähiger, den Hohlkörper umgebende Polymerfolien.
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Aus der
US 4,182,019 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten kollapsbeständigen gewellten Schlauches aus flexiblem Elastomermaterial mit einer rohrförmigen Struktur bekannt, die vorzugsweise eine einzelne Schicht aus textiler Verstärkung aufweist, die eine gestrickte Konstruktion aufweisen kann. Die röhrenförmige Struktur wird zu einem Außendurchmesser ausgebildet, im Wesentlichen derjenige des maximalen Durchmessers des Formhohlraums, dann darin platziert und unter Wärme und Druck vulkanisiert, um zylindrische Endabschnitte und einen gewellten zentralen Abschnitt thermisch zu formen. Ein vorgeformter Drahteinsatz wird dann in die Mulden der inneren Riffelungen gebracht, um einen Widerstand gegen ein Zusammenfallen zu schaffen, wenn der Schlauch einem Vakuum oder einer Biegung ausgesetzt wird. Der Schlauch eignet sich besonders für Kfz-Kühlsysteme.
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Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Herstellungsverfahren für ein Rohr aus einem Faserverbundwerkstoff anzugeben, welches eine besonders vorteilhafte Verrohrung und Montage ermöglicht. Darüber hinaus soll eine Anordnung zur Herstellung eines entsprechenden Rohrs angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus jeweiligen Unteransprüchen.
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Nach Patentanspruch 1 ist ein Herstellungsverfahren für ein Rohr vorgesehen, bei welchem ein das Rohr zumindest teilweise ausbildender Rohrkörper aus einem aushärtbaren Faserverbundwerkstoff hergestellt ist. Bei dem Rohr handelt es sich insbesondere um ein Lüftungs- und Klimarohr, insbesondere zur Verwendung bei Luftfahrzeugen bzw. Flugzeugen, d. h. also im Luftfahrtbereich.
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Der Begriff „ein das Rohr zumindest teilweise ausbildender Rohrkörper“ soll insbesondere so verstanden werden, dass der Rohrkörper, einen, nicht unbedingt zusammenhängenden, Abschnitt der gesamten Rohrwandung des Rohrs ausbildet, und insbesondere zumindest ein Segment, insbesondere ein Ringsegment, besonders bevorzugt zumindest ein axial endseitiges Ringsegment umfasst.
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Bei dem Faserverbundwerkstoff kann es sich beispielsweise um ein mit einem aushärtbaren Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Harz, getränktes Gewebe handeln. Als Gewebe kommen beispielsweise Glas-, Karbonfasern und/oder andere Verstärkungsfasern in Betracht. Der Faserverbundwerkstoff kann auch eine mit Fasern, insbesondere Glasfasern, Karbonfasern oder sonstige Verstärkungsfasern versetzte Kunststoffmatrix umfassen. In Betracht kommen insbesondere sog. Prepregs.
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Unter dem Begriff „Aushärten“ und verwandten Begriffen sollen insbesondere Maßnahme verstanden werden, mit welchen das zunächst noch flexible, ungehärtete Kunststoffmaterial ausgehärtet, insbesondere verfestigt, wird. Insbesondere können diese Maßnahmen eine Beaufschlagung mit Temperatur und/oder Druck umfassen.
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Nach dem Verfahren ist vorgesehen, dass bei der Aushärtung des Faserverbundwerkstoffs des Rohrkörpers eine Innenfläche, insbesondere ein Segment der Innenseite, eines, insbesondere endseitigen bzw. endständigen, ersten Ringsegments des Rohrkörpers von außen druckbeaufschlagt gegen eine Außenfläche eines in das erste Ringsegment eingebrachten Dorns gedrückt bzw. gepresst wird.
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Die Formulierung „von außen druckbeaufschlagt“ soll insbesondere bedeuten, dass das erste Ringsegment von der Außenseite her mit einem Druck beaufschlagt wird, welcher bewirkt, dass die Wandung des Rohrsegments in Richtung zum, insbesondere auf den, Dorn gepresst bzw. gedrückt wird.
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Ferner ist nach dem Herstellungsverfahren vorgesehen, dass ein, insbesondere sich an das erste Ringsegment anschließendes, zweites Ringsegment von innen druckbeaufschlagt gegen eine Innenfläche eines zumindest das zweite Ringsegment umlaufenden Werkzeugs gedrückt bzw. gepresst wird.
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Nach dem Verfahren wird die Innenseite bzw. Innenfläche des ersten Ringsegments bei der Aushärtung an die Außenfläche des Dorns gedrückt. Dadurch kann erreicht werden, dass die Innenfläche bzw. Innenseite des ersten Ringsegments eine durch die Oberflächenrauhigkeit der Außenfläche des Dorns definierbare Rauhigkeit erhält. Entsprechendes gilt für das Werkzeug im Zusammenhang mit der Außenseite des zweiten Ringsegments.
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Werden beispielsweise Dorne bzw. Werkzeuge aus Metall verwendet, können gegenüber Bereichen, in welchen der Rohrkörper bei der Aushärtung z. B. mit einem Schlauch oder einem Druckstück mit Druck beaufschlagt wird, vergleichsweise geringe Oberflächenrauhigkeiten erzeugt werden.
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Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens liegt insbesondere darin, dass im ersten Ringsegment eine definierte, vergleichsweise glatte Innenfläche, und im zweiten Ringsegment eine definierte, vergleichweise glatte Außenfläche erzeugt werden können. Sind die ersten und zweiten Ringsegmente im Durchmesser aneinander angepasst, d. h. liegt der Außendurchmesser des zweiten Ringsegments im Bereich des Innendurchmessers des ersten Ringsegments, so kann ein Rohrsystem bereitgestellt werden, welches eine einfache Verbindung zweier aufeinanderfolgender Rohre durch Ineinanderstecken eines ersten Rohrsegments in ein zweites Rohrsegment eines darauffolgenden Rohrs ermöglicht.
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Die bei der Aushärtung durch Anpressen an den Dorn bzw. das Werkzeug erreichten vergleichsweise glatten Oberflächen, d. h. Außenflächen der zweiten Ringsegmente bzw. Innenflächen der ersten Ringsegmente ermöglichen eine vergleichsweise dichte, insbesondere luftdichte, Verbindung zweier aufeinanderfolgender Rohre. Damit kann mit dem vorgeschlagenen Herstellungsverfahren ein Rohrsystem aus Rohren aus Faserverbundwerkstoffen bereitgestellt werden, bei welchem nach Art eines Stecksystems zwei Rohre in einfacher Weise miteinander verbunden werden können.
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Zusätzliche Maßnahmen, wie etwa Überwurfmuffen und dgl., zur Abdichtung bzw. festen Verbindung zweier Rohre, insbesondere Rohrenden, können, müssen jedoch nicht zwangsweise getroffen werden.
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Bei dem Herstellungsverfahren kann vorgesehen sein, dass als Faserverbundwerkstoff ein Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, insbesondere ein Faser-Harz-Verbundwerkstoff, verwendet wird. Insbesondere kann es ich bei dem Faserverbundwerkstoff um unter dem Begriff „Prepreg“ bekannte Halbzeuge, also insbesondere Prepregmaterialien, handeln.
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Bei dem Herstellungsverfahren ist vorgesehen, dass an der Außenseite des ersten Ringsegments ein dieses radial umlaufendes Druckstück überlappend mit dem Dorn angebracht wird, und dass das erste Ringsegment durch thermische Expansion des Druckstücks gegen den Dorn gedrückt wird.
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Die Verwendung eines solchen Druckstücks hat den Vorteil, dass dieses gegen die Innenseite eines bei der Herstellung des Rohrs ohnehin verwendeten Werkzeugs abgestützt werden kann. Das erste Ringsegment kann mit einem entsprechenden Druckstück in besonders einfacher Weise unter Ausbildung ausreichender Druckkräfte gegen die Außenfläche bzw. den Außenmantel des Dorns gedrückt werden.
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Die Eigenschaften des Druckstücks sind vorzugsweise derart gewählt, dass dieses im Zustand vor der Aushärtung des Rohrs, insbesondere also im kalten Zustand, in einfacher Weise in ein Werkzeug eingepasst bzw. eingelegt werden kann. Ferner ist das Druckstück vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich das Druckstück bei der Aushärtung des Faserverbundwerkstoffs unter Temperaturerhöhung durch thermische Expansion derart ausdehnt, dass das erste Ringsegment gegen den Dorn gedrückt wird, während das Druckstück an der dem Ringsegment abgewandten Seite an einem Festpunkt, beispielsweise an einer Innenseite eines Werkzeugs oder einer Werkzeughälfte, abgestützt ist. Das bedeutet insbesondere, dass das Druckstück den im kalten Zustand zwischen dem Werkzeug und dem Dorn ausgebildeten Freiraum ausfüllt so dass das erste Ringsegment druckbeaufschlagt wird.
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Das Druckstück, das insbesondere auch als eine Druckbeilage bezeichnet werden kann, kann insbesondere mehrere Einzelelemente umfassen. Insoweit kann das Druckstück bei der Durchführung des Herstellungsverfahrens aus mehreren Elementen, insbesondere Einzelelementen zusammengesetzt sein bzw. werden.
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Die Einzelelemente sind vorzugsweise derart aneinander angepasst, dass das Druckstück ringförmig vollständig, und im Wesentlichen ohne Lücken um die Außenseite des ersten Ringsegments gelegt werden kann. Bevorzugt umfasst das Druckstück zwei Halbschalen, insbesondere in symmetrischem Aufbau. Die Verwendung eines zwei- oder mehrteiligen Druckstücks kann im Hinblick auf eine vereinfachte Herstellung von Vorteil sein.
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Nach einer Variante des Herstellungsverfahrens ist vorgesehen, dass das zweite Ringsegment durch einen flexiblen Schlauch, insbesondere einen Silikonschlauch, von innen druckbeaufschlagt wird. Dabei kann die Beaufschlagung mit Druck dadurch erreicht werden, indem der Schlauch bzw. das Rohr, insbesondere der den Schlauch umfassende Bereich des Rohrs, bei der Aushärtung mit einem Überdruck oder Unterdruck beaufschlagt wird. Mit beiden Vorgehensweisen kann erreicht werden, dass sich der Schlauch aufbläht bzw. ausdehnt, so dass die Wandung des Schlauchs gegen die Innenseite des zweiten Ringsegments gedrückt wird. Insbesondere bei ausreichender Beaufschlagung mit Druck kann erreicht werden, dass die Wandung des Rohrkörpers des zweiten Ringsegments an eine Innenfläche des Werkzeugs gedrückt bzw. gepresst wird. Dadurch kann, wie bereits erwähnt, durch eine definierte Innenfläche des Werkzeugs, eine definierte, vergleichsweise glatte Außenfläche für das zweite Segment erreicht werden.
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In einer besonders bevorzugten Variante ist der Druckschlauch derart ausgebildet und wird bei der Durchführung des Verfahrens derart angeordnet, dass der Druckschlauch das zweite Ringsegment und den Dorn durchgreift. Hierzu weist der Dorn bevorzugt einen axial mittigen Durchbruch auf, durch den der Druckschlauch hindurchgeführt werden kann. Der Durchgriff durch das zweite Ringsegment kann insbesondere dadurch ermöglicht werden, indem das Werkzeug im Bereich des zweiten Ringsegments an einer Innenfläche mit dem Faserverbundwerkstoff belegt wird, so dass sich gewissermaßen ein innerer Hohlraum zumindest im Bereich des zweiten Ringsegments ergibt.
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Die Variante, bei welcher der Schlauch sowohl den Dorn als auch das zweite Segment durchsetzt, ist im Hinblick auf eine schnelle und effiziente Durchführung des Herstellungsverfahrens von Vorteil. Was den Durchgriff durch den Dorn betrifft, so drückt der Druckschlauch lediglich an eine Innenwandung des an sich formstabilen, insbesondere aus Metall hergestellten, Dorns. Mit einem auch den Dorn durchgreifenden Druckschlauch können insbesondere im Hinblick auf Form und Struktur bevorzugte Übergangsbereiche zwischen erstem Ringsegment und weiteren Segmenten, insbesondere Zwischensegmenten, des Rohrkörpers, insbesondere dem zweiten Ringsegment, erhalten werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens werden der Dorn außenseitig und innenseitige Formflächen, insbesondere zweier Druckhalbschalen, des Werkzeugs getrennt mit dem Faserverbundwerkstoff belegt. Ferner ist vorgesehen, dass der belegte Dorn, insbesondere mit Druckstück, in ein an die belegten Formflächen unmittelbar anschließendes, radial aufgeweitetes Segment des Werkzeugs eingelegt wird.
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Zum Einlegen des Dorns kann beispielsweise bei zweiteiliger Ausgestaltung des Druckstücks, zunächst eine erste Hälfte des Druckstücks in das Werkzeug eingelegt werden. Sodann kann der belegte Dorn und daraufhin eine zweite Hälfte des Druckstücks eingelegt bzw. eingepasst werden, so dass das das erste Ringsegment vollständig vom Druckstück, d. h. von den Hälften des Druckstücks, umgeben ist bzw. umlaufen wird.
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In einer, insbesondere bei der vorbeschriebenen Vorgehensweise anwendbaren, Variante des Herstellungsverfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass der Dorn mit Druckstück zwischen zwei Werkzeughälften des Werkzeugs eingespannt wird, indem vorzugsweise der Dorn mit Druckstück in eine erste Werkzeughälfte eingesetzt wird, und danach eine den Dorn und Druckstück umgreifende zweite Werkzeughälfte mit der ersten Werkzeughälfte verbunden wird.
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Die beschriebenen Varianten zum Belegen und Zusammensetzen des Werkzeugs zur Herstellung und Aushärtung des Rohrs ermöglichen besonders einfache und kostengünstige Herstellungsverfahren, bei gleichzeitig hoher Qualität der Rohre, insbesondere der Innenflächen des ersten Segments und der Außenflächen des zweiten Segments.
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Insbesondere bei Verwendung eines wie vorab beschriebenen Werkzeugs, kann es von Vorteil sein, wenn, insbesondere vor der Verbindung der, insbesondere zwei, Werkzeughälften, oder aber auch nach Verbindung der, insbesondere zwei, Werkzeughälften der Druckschlauch in eine das innenseitig mit Faserverbundwerkstoff belegte Werkzeug und den außenseitig mit Faserverbundwerkstoff belegten Dorn axial mittig durchgreifende Rohrhöhlung eingelegt oder eingezogen bzw. eingeführt ist bzw. wird. Bei der Rohrhöhlung kann es sich insbesondere um einen zylindrischen, freien Innenraum bzw. Hohlraum im Inneren des Werkzeugs handeln. Das bedeutet insbesondere, dass der Druckschlauch entweder vor dem Zusammensetzen der Werkzeughälften oder nach dem Zusammensetzen, und insbesondere Verbinden, der Werkzeughälften eingelegt bzw. eingezogen werden kann.
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Es zeigt sich insbesondere, dass mit dem vorgeschlagenen Verfahren ein Rohr, insbesondere ein Rohrsystem, hergestellt werden kann, welches eine besonders einfache Verbindung zweier aufeinander folgender Rohre ermöglicht. Insbesondere können zwei nach dem Herstellungsverfahren hergestellte Rohre dadurch verbunden werden, dass ein zweites Segment des einen Rohrs in ein erstes Segment eines darauffolgenden Rohrs eingesteckt wird. Aufgrund der vorgeschlagenen Lage der Druckflächen, d. h. die Außenfläche des Dorns bzw. die Innenfläche des Werkzeugs, ergeben sich vergleichsweise glatte Rohroberflächen, die insbesondere eine luftdichte Verbindung zweier Rohre im Steckverbund ermöglichen.
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Es ist ein Rohr vorgesehen, insbesondere ein Lüftungs- und/oder Klimarohr, bevorzugt für die Luftfahrt bzw. Luftfahrtanwendungen. Der, entsprechend der obigen Erläuterungen zu verstehende, Rohrkörper des Rohrs ist insbesondere nach einem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Herstellungsverfahren, und/oder Ausgestaltungen und Varianten desselben, hergestellt. Wegen Vorteilen und vorteilhaften Wirkungen wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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Bei dem nach dem Herstellungsverfahren oder einer Ausgestaltung desselben hergestellten Rohr kann es möglich sein, dass dieses ein endseitiges erstes Ringsegment und ein, insbesondere sich daran anschließendes, zweites Ringsegment umfasst, wobei das erste Ringsegment als eine, insbesondere radial aufgeweitete, Muffe, insbesondere Außenmuffe, insbesondere Steckmuffe, ausgebildet ist. Insbesondere aufgeweitete Muffen eignen sich besonders gut für die Implementierung von Stecksystemen, bei welchen zur Verbindung zweier Rohre zueinander korrespondierende, insbesondere zueinander komplementäre, Muffen aufeinanderfolgender Rohre ineinander gesteckt werden.
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Insbesondere bei der vorweg beschriebenen Rohrvariante mit Außenmuffe kann es von Vorteil sein, wenn das zweite Ringsegment, insbesondere eine Außenseite des zweiten Ringsegments, an einer vom ersten Ringsegment abgewandten Seite des Rohrs als eine, optional im Durchmesser reduzierte, Innenmuffe ausgebildet ist.
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Sind die Außenmuffe des ersten Ringsegments und die Innenmuffe des zweiten Ringsegments, insbesondere wie weiter oben angedeutet, im Durchmesser aneinander angepasst, so kann ein Rohr mit einem weiteren Rohr in einfacher Weise durch eine Steckverbindung verbunden werden. Das erleichtert die Montage von Rohrleitungssystemen, insbesondere Lüftungs- und/oder Klimatisierungsverrohrungen. Wegen weiterer Vorteile wird insbesondere auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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Nach Anspruch 11 ist eine Anordnung zur Herstellung eines Rohrs, insbesondere eines der weiter oben vorgeschlagenen Rohre, vorgesehen. Die Anordnung kann auch bei der Durchführung des weiter oben beschriebenen Herstellungsverfahrens verwendet werden.
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Die Anordnung umfasst ein Werkzeug mit einer ersten Halbschale und einer zweiten Halbschale, einen Dorn und ein Druckstück. Die erste und zweite Halbschale sind derart ausgebildet, dass diese zur Ausbildung einer zylinderförmigen Höhlung miteinander verbunden werden können. Bei der Anordnung ist vorgesehen, dass eine Innenfläche des aus erster und zweiter Halbschale zusammengesetzten Werkzeugs, ein sich in axialer Richtung über eine gewisse Länge erstreckendes, radial aufgeweitetes Segment umfasst, in welches der Dorn und das Druckstück zumindest teilweise eingesetzt werden können. Bevorzugt befindet sich das radial aufgeweitete Segment an einem axialen Ende des Werkzeugs, oder anders ausgedrückt, es ist von Vorteil, wenn das radial aufgeweitete Segment nach Zusammensetzen des, ggf. aus mehreren Hälften oder Segmenten zusammensetzbaren, Werkzeugs an einem axialen Endbereich des Werkzeugs ausgebildet ist bzw. wird. Insbesondere dadurch können Rohre mit axial endseitigen Außenmuffen hergestellt werden.
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Die vorgeschlagene modular aufgebaute Anordnung ermöglicht eine besonders einfache und schnelle Herstellung eines entsprechenden Rohrs. Zunächst können die Werkzeughälften und der Dorn mit dem Faserverbundmaterial belegt werden. Verwiesen wird hier auch auf obige Ausführungen. Sodann kann der Dorn mit Druckstück in eine Hälfte des Werkzeugs eingesetzt werden. Bevorzugt ist bzw. wird der Dorn derart mit Faserverbundmaterial belegt, dass der auf den Dorn aufgelegte Faserverbundwerkstoff, insbesondere in einem Überstehenden Bereich bzw. Überlappungsbereich, mit unmittelbar anschließendem Fasermaterial des belegten Werkzeugs überlappt. Auf diese Weise ist insbesondere eine Feste Verbindung zwischen dem Fasermaterial des belegten Dorns und dem Fasermaterial des belegten Werkzeugs möglich.
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Nach Einsetzen des Dorns, und ggf. des Druckstücks kann die zweite Halbschale mit der ersten Halbschale des Werkzeugs verbunden werden. In diesem Stadium, oder ggf. vor vollständigem Einsetzen des Druckstücks bzw. vor Befestigen bzw. Aufsetzen der zweiten Halbschale kann, wie bereits ausgeführt, der Druckschlauch eingesetzt bzw. eingeführt werden. Hier wird auch auf obige Ausführungen verwiesen.
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Nach einer Variante der Anordnung ist das Druckstück aus zumindest zwei Halbschalen gebildet, und wobei die zusammengesetzten Halbschalen einen inneren Durchmesser aufweisen, der im Wesentlichen einem äußeren Durchmesser einer äußeren Formfläche des Dorns entspricht. Ein solches Druckstück kann und lässt sich in einfacher Weise in das Werkzeug einlegen.
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Bei insbesondere zweiteilig ausgebildetem Druckstück kann zunächst eine Hälfte des Druckstücks in das Werkzeug eingesetzt werden, gefolgt von einem Einsetzen des belegten Dorns und einem weiteren Schritt des Einsetzens der zweiten Hälfte des Druckstücks.
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Wegen weiteren Vorteilen und Ausgestaltungen wird auf die obigen Ausführungen verwiesen, die hier mutatis mutandis Anwendung finden.
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Nach einer Variante der Anordnung ist der Dorn hohlzylinderartig ausgebildet, und weist an einem axialen Ende vorzugsweise einen sich radial nach außen erstreckenden, insbesondere umlaufenden, Flansch auf. Durch die hohlzylindrische Ausgestaltung kann beispielsweise der Druckschlauch in einfacher Weise in das Werkzeug eingesetzt bzw. eingelegt werden. Verwiesen wird auch auf obige Ausführungen. Der umlaufende Flansch kann insbesondere zur Ausrichtung des Dorns am Werkzeug, insbesondere an jeder der Werkzeughälften, dienlich sein. Außerdem kann der Flansch dazu verwendet werden oder dazu dienen, etwaige sich radial erstreckende Flansche oder Laschen an das erste Ringsegment anzuformen. Wegen weiterer Vorteile und vorteilhafter Wirkungen wird insbesondere auch auf die Ausführungen weiter oben und weiter unten verwiesen.
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Die hierin beschriebene Erfindung ermöglicht es insbesondere im Endbereich eines FVK Rohres (FVK = Faser verstärkter Kunststoff), oder eines in Struktur und Aufbau ähnlichen Rohres, einen glatten Rohrendbereich zu schaffen. Insbesondere ist es möglich, im Rohrendbereich eine definierte Innenfläche herzustellen, wohingegen der in axialer Richtung vom Rohrendbereich weglaufende Teil des Rohres zumindest größten Teils, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig einen definierten Außenbereich abbildet, d. h. eine definierte Außenfläche aufweist. Definierte Innenfläche und Außenfläche sollen dabei bedeuten, dass entsprechende Flächen insbesondere definierte oder im Wesentlichen definierte Werte hinsichtlich Oberflächenrauheit usw. aufweisen.
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Zur Herstellung der Rohre ist insbesondere vorgesehen, dass der Rohrendbereich auf einen Dorn laminiert wird, der dann im Werkzeug eingebettet wird. Der Druck auf das Bauteil wird im Endbereich bevorzugt über eine, den Rohrendbereich von außen vorzugsweise umlaufende, Druckbeilage aufgebracht, die sich unter Temperatur ausdehnt.
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Durch Verwendung eines Innendorns mit einer äußeren Druckbeilage ist es möglich, ein einteiliges Klimarohr mit glatter Innenfläche an einem oder mehreren Rohrenden herzustellen. Mit solchen Rohren kann eine Rohrleitung im Plug-In Konzept (Stecker-Muffen System) realisiert werden. Insbesondere können bei entsprechender Ausgestaltung mehrere Rohre endseitig ineinander gesteckt werden, wobei die glatte Innenseite des einen Rohrendes mit der glatten Außenseite des nachfolgenden oder vorausgehenden Rohrendes zur Anlage kommen.
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Wegen der definierten Oberflächen kann bei den so verbundenen Rohren eine vergleichsweise hohe Dichtigkeit erreicht werden.
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Die Rohrenden können zur weiteren Abdichtung in einem Folgeschritt miteinander verklebt werden.
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Segmente mit definierter Außenseite (Stecker) werden bevorzugt in „NDS“ (Niederdruckschlauch) Technik, und Segmente mit definierter Innenseite (Muffe) werden bevorzugt in Vakuumlaminiertechnik über einen Dorn hergestellt.
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Es wird ein kombiniertes Werkzeugkonzept vorgeschlagen, welches in bestimmten Teilbereichen des Rohrs definierte Innenflächen und in anderen Bereichen definierte Außenflächen abbildet.
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Vorteile ergeben sich insbesondere durch die erreichbare leichtere Bauweise, eine reduzierte Durchlaufzeit in der Produktion, und die geringere Anzahl von Einzelteilen.
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Insbesondere kann eine vorteilhafte integrierte Bauweise eines Werkzeugs mit Silikondruckbelage und „NDS-Technik“ zur Formung Glatter Innenflächen im Bereich der Bauteilmuffen umgesetzt werden. Vorteilhaft ist insbesondere die Kombination von Dorn und Schlauch in einem Werkzeug.
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Die Herstellung eines hierin vorgeschlagenen Rohrs sowie ein entsprechendes Rohr und eine Werkzeuganordnung werden nachfolgend mit Bezug zu den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Axialschnittschnitt einer zur Herstellung eines Rohrs ausgebildeten Werkzeuganordnung; und
- 2 einen Querschnitt durch ein entsprechend hergestelltes Rohr.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Darstellung der Figuren nicht zwingend maßstabsgetreu ist. Ferner können Abstände und Dimensionen von Elementen oder Bauteilen aus Gründen der deutlicheren Erkennbarkeit größer als unbedingt erforderlich dargestellt sein.
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Die Werkzeuganordnung 1 umfasst ein Werkzeugunterteil 2, ein Werkzeugoberteil 3, einen Dorn 4, ein eine erste Halbschale 5 und eine zweite Halbschale 6 umfassendes Druckstück. Ferner umfasst die Anordnung eine axial endständig anzubringende Anschlussplatte 7 und eine an einer axial abgewandten Seite anzubringende Abschlussplatte 7a. Die Werkzeuganordnung 1 umfasst ferner einen Druckschlauch 8.
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Die Herstellung des Rohrs kann nach folgendem Verfahren durchgeführt werden, wobei insbesondere Bezug zu 1 genommen wird.
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Zunächst können der von der Werkzeuganordnung gelöste Dorn 4 und getrennt voneinander jeweils das Werkzeugoberteil 3 sowie das Werkzeugunterteil 2 mit einem Halbzeug aus einem Faserverbundmaterial, insbesondere mit sog. Prepregs P, belegt werden. Die Reihenfolge des Belegens kann im Wesentlichen frei gewählt werden.
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Konkret werden eine Außenfläche des Dorns 4 und jeweilige Innenflächen des Werkzeugunterteils 2 und Werkzeugoberteils 3 getrennt voneinander mit Prepregmaterial belegt. Das Werkzeugunterteil 2 und Werkzeugoberteil 3 werden jeweils in zur Aushärtung vorgesehenen Formflächen 9 mit Prepregmaterial P belegt, während an axialen Enden vorhandene radial zurückversetzte Flächen, die ein radial aufgeweitete Segmente 10 bilden, nicht mit Prepregmaterial P belegt werden.
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Der Dorn 4 wird derart mit Prepregmaterial P belegt, so dass dieses axial vom Dorn 4 übersteht, und bei Anordnung des belegten Dorns 4 im Werkzeug, wie in der 1 gezeigt, mit dem Prepregmaterial P des Werkzeugoberteils 3 und Werkzeugunterteils 2 in einem Überlappungsbereich U überlappt. Durch eine Belegung der jeweiligen Außenfläche des Dorns 4 und der jeweiligen Innenflächen des Werkzeugunterteils 2 und Werkzeugoberteils 3 mit ausreichender Überlappung U kann erreicht werden, dass die gesondert belegten Segmente bei der Aushärtung sicher miteinander verbunden werden.
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Der fertig belegte Dorn 4 kann dann, ggf. zusammen, oder auch nach Einsetzen der ersten Halbschale 5 des Druckstücks, in das aufgeweitete Segment 10 in das fertig belegte Werkzeugunterteil 2 eingesetzt werden. Daraufhin kann, sofern noch nicht zusammen mit dem Dorn 4 geschehen, die zweite Halbschale 6 des Druckstücks auf den Dorn 4 aufgesetzt werden, und zwar derart, dass dieses axial fluchtend zur ersten Halbschale 5 zum liegen kommt.
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Nach entsprechender Anordnung und Ausrichtung der genannten Komponenten kann das belegte Werkzeugoberteil 3 auf das mit Dorn 4 und Druckstück versehene Werkzeugunterteil 2 aufgesetzt, und mit diesem verbunden, insbesondere verschraubt werden.
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Als nächstes kann der Druckschlauch 8 in die in der Werkzeuganordnung 1 ausgebildete zylindrische Rohrhöhlung, welche die beiden Werkzeughälften und den Dorn 4 axial durchgreift, eingesetzt werden. Das Einlegen des Druckschlauchs 8 kann auch zu einem anderen Zeitpunkt, beispielsweise vor der Anbringung des Werkzeugoberteils 3, erfolgen.
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Als weiterer Schritt können nun die Anschlussplatte 7 und die Abschlussplatte 7a angebracht werden, mit welchem die Werkzeuganordnung für die Aushärtung des Prepregmaterials P fertig montiert ist.
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Zur Aushärtung des Prepregmaterials P wird dieses mit einer geeigneten Aushärtungstemperatur und Druck beaufschlagt. Eine Druckbeaufschlagung des an der Innenwandung des Werkzeugoberteils 3 und Werkzeugunterteils 2 anliegenden Prepregmaterials P erfolgt über den Druckschlauch 8, der bei Druckbeaufschlagung das Prepregmaterial P gegen die Innenwandung des Werkzeugunterteils 2 bzw. Werkzeugoberteils 3 drückt bzw. presst.
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Eine Beaufschlagung des an der Außenseite des Dorns 4 anliegenden Prepregmaterials P erfolgt dadurch, dass das Druckstück 5, 6 thermisch expandiert und so, abgestützt in den radial aufgeweiteten Segmenten 10 das Prepregmaterial P gegen die Außenfläche des Dorns 4 drückt.
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Nach fertiger Aushärtung kann das Rohr, insbesondere der Rohrkörper aus der Werkzeuganordnung entnommen werden. Auf Grund der Tatsache, dass das Prepregmaterial P in einem ersten Ringsegment 11 mit einer Innenseite gegen die glatte Außenseite des aus Metall hergestellten Dorns 4 mit definierter Oberfläche, insbesondere Oberflächenrauhigkeit, gedrückt wird, hat das erste Ringsegment 11 eine definierte, insbesondere vergleichsweise glatte, Innenfläche.
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Entsprechendes gilt für den Rohrkörper zumindest in einem vom ersten Ringsegment 11 axial abgewandten zweiten Ringsegment 12, wobei hier durch das Anpressen des Prepregmaterials P an eine definierte Innenfläche des Werkzeugunterteils 2 und Werkzeugoberteils 3 das zweite Ringsegment 12 eine definierte, insbesondere vergleichsweise glatte, Außenfläche aufweist.
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Der Dorn 4 sowie das Werkzeugunterteil 2 und das Werkzeugoberteil 3 sind zumindest im Bereich des ersten und zweiten Ringsegments 11 und 12 mit entsprechend definierten, insbesondere glatten Oberflächen ausgebildet. Die am Rohrkörper entstehende glatte Innenfläche des ersten Ringsegments 11 und die glatte Außenfläche des zweiten Ringsegments 12 ermöglichen die Implementierung eines Rohrleitung-Stecksystems.
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Insbesondere kann bei entsprechend passend ausgebildeten Durchmessern das zweite Ringsegment 12 in ein erstes Ringsegment 11 eines darauffolgenden Rohrkörpers bzw. Rohrs eingesteckt werden. Durch die vergleichsweise glatt ausgebildeten Innen- und Außenflächen kann dabei eine beispielsweise gegenüber Luft oder Luftströmungen dichte Verbindung zweier Rohre hergestellt werden. Bei Bedarf können miteinander verbundene erste und zweite Ringsegmente noch miteinander verklebt werden. Zu nennen wäre hier beispielsweise eine Verklebung der Kontaktflächen zwischen erstem und zweitem Ringsegment.
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Es soll bemerkt werden, dass der Dorn 4 an einem axialen Ende, in der Darstellung der 1 linkerhand gelegen, einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 16 aufweisen kann. Dieser Flansch 16 ist bevorzugt dazu vorgesehen, den Dorn 4, ggf. zusammen mit dem Druckstück ordnungsgemäß relativ zum Werkzeugunterteil 2 und Werkzeugoberteil 3 zu positionieren und auszurichten. Der Dorn kann auch dazu verwendet werden, an das erste Rohrsegment 11 radial abstehende Flansche oder Laschen anzuformen.
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Wie in 1 zumindest angedeutet ist, kann der Rohrkörper im Bereich des ersten Ringsegments 11 als eine, radial insbesondere aufgeweitete, Außenmuffe ausgebildet sein, deren Innendurchmesser an den Außendurchmesser des Rohrkörpers im Bereich des zweiten Ringsegments 12 angepasst ist.
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2 zeigt einen Querschnitt eines nach der oben beschriebenen Verfahrensweise unter Verwendung der entsprechenden Werkzeuganordnung hergestellten Rohrs 13 bzw. eines Rohrkörpers. Wie aus 2 ersichtlich ist, weist das Rohr 13 an einem, in der Darstellung der 2 dem linken, axialen Ende eine in Bereich des ersten Ringsegments 11 ausgebildete, gegenüber dem restlichen Rohrkörper radial aufgeweitete, Außenmuffe auf 14. Die Außenmuffe 14 hat wegen der Anlage am Dorn 4 während der Aushärtung eine definierte und vergleichsweise glatte Innenfläche.
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Am entgegen gesetzten Ende des Rohrs 13 weist dieses eine im Bereich des zweiten Ringsegments 12 ausgebildete Innenmuffe 15 auf. Auf Grund der Anlage an der Innenfläche des Werkzeugunterteils 2 und Werkzeugoberteils 3 während der Aushärtung weist die Innenmuffe 15 eine definierte und vergleichsweise glatte Außenfläche auf.
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Be Verwendung zweier mit entsprechenden Durchmessern hergestellten Rohren 13 kann die Innenmuffe 15 in die Außenmuffe 14 eines darauffolgenden Rohrs eingeführt, insbesondere eingesteckt werden, wobei insbesondere wegen der vergleichsweise glatten Außen- und Innenflächen eine dichte, insbesondere Luftdichte, Verbindung der beiden Rohre 13 erreicht werden kann. Das erleichtert deutlich den Aufbau bzw. die Montage eines Lüftungs- und/oder Klimatisierungssystems, insbesondere in Flugzeugkabinen.
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Insbesondere im Zusammenhang mit dem in Bezug zu den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiel wird deutlich, dass das hierin vorgeschlagene Herstellungsverfahren, Rohr sowie die vorgeschlagene Werkzeuganordnung, ein einfach zu handhabendes und vergleichsweise einfach zu installierendes Rohrleitungssystem, insbesondere für Lüftungs- und/oder Klimaanwendung in Flugzeugen oder für den Flugzeugbereich liefert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkzeuganordnung
- 2
- Werkzeugunterteil
- 3
- Werkzeugoberteil
- 4
- Dorn
- 5
- erste Halbschale
- 6
- zweite Halbschale
- 7
- Anschlussplatte
- 7a
- Abschlussplatte
- 8
- Druckschlauch
- 9
- Formfläche
- 10
- aufgeweitetes Segment
- 11
- erstes Ringsegment
- 12
- zweites Ringsegment
- 13
- Rohr
- 14
- Außenmuffe
- 15
- Innenmuffe
- 16
- Flansch
