DE102017212860B4

DE102017212860B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings aus einem bi- oder multidirektionalen Faserhalbzeug

Info

Publication number: DE102017212860B4
Application number: DE102017212860.7A
Authority: DE
Inventors: Julian Kuntz; Ralph Männich; Enzo de Santis Mühlberger; Francois Tremblay; Margarita Heyer; Christoph Stehncken
Original assignee: Premium Aerotec GmbH
Current assignee: Premium Aerotec GmbH
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2037-07-27
Also published as: EP3434436A1; DE102017212860A1; ES2774113T3; EP3434436B1; JP7262187B2; US20190030841A1; CN209257270U; US11247418B2; JP2019055585A

Abstract

Vorrichtung (1) zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings aus einem bi- oder multidirektionalen Faserhalbzeug (9), insbesondere für ein Rumpfbauteil eines Luft-oder Raumfahrzeugs, mit:einer Mehrzahl erster Lamellen (2) und einer Mehrzahl zweiter Lamellen (3), welche über Kreuz derart miteinander koppelbar ausgebildet sind, dass sie auf einer gemeinsamen Ebene liegen und so ein Gitter (4) bilden,wobei die Lamellen (2; 3) zumindest teilweise um eine die gemeinsame Ebene schneidende Achse (5) derart elastisch biegbar ausgebildet sind, dass sich eine lokale Ausrichtung der Lamellen (2; 3) in dem Gitter (4) verändert; undeiner Anhafteinrichtung (6; 6A; 6B), welche zur temporären Anhaftung des Faserhalbzeugs (9) an dem Gitter (4) ausgebildet und derart ausgelegt ist, dass sich die lokale Faserausrichtung des Faserhalbzeugs (9) beim Biegen der Lamellen (2; 3) entsprechend mit verändert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings aus einem bi- oder multidirektionalen Faserhalbzeug sowie ein dementsprechendes Verfahren zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings aus einem bi- oder multidirektionalen Faserhalbzeug.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Folgenden in Bezug auf Faservorformlinge, im allgemeinen auch als Preform bezeichnet, für Spantstrukturen eines Luft oder Raumfahrzeugs näher erläutert wird, ist sie darauf nicht beschränkt sondern auf vielfältige gekrümmte Faservorformlinge, insbesondere für Rumpfbauteile eines Luft-oder Raumfahrzeugs, übertragbar.
Für die Herstellung von Spantstrukturen werden Textilzuschnitte eines bi- oder multidirektionalen Faserhalbzeugs auf die gewünschte Spantgeometrie drapiert. Die Drapierung wird derzeit in der Regel per Hand durchgeführt. Ein notwendiger Schritt dabei ist die Herstellung der spantspezifischen Krümmung, um so einen gekrümmten Faservorformling zu erhalten. Dazu ist in der Regel eine Verscherung und/oder Verformung des Faserhalbzeugs notwendig. Darüber hinaus wird, insbesondere nachgelagert, auch eine Anpassung an die genaue Geometrie des jeweils herzustellenden Einzelbauteils vorgenommen.
Die DE 10 2011 119 220 A1 beschreibt Einrichtungen zur Herstellung gekrümmter Bauteile aus einem Faserverbundwerkstoff.
Die DE 34 42 509 A1 beschreibt eine Bodenplatte für hochliegende Böden mit einem Gitter aus gleichartigen geschlitzten Metallstreifen.
Die DE 696 10 666 T2 beschreibt ein faserverstärktes, zusammengesetztes Bauteil mit einem Hauptelement enthaltend ein verstärkendes Fasermaterial und einem Hilfselement in Form eines faserhaltigen Vorformlings mit einem Laminat aus mehreren verstärkenden faserhaltigen Materiallagen.
Die US 2014 / 0 027 048 A1 beschreibt ein Verfahren umfassend ein Schneiden einer Verbund-Prepreglage, um eine gewünschte Schnittform zu erhalten, wobei die Verbund-Prepreglage eine gewünschte Faserorientierung aufweist, und ein Verwenden eines verformbaren Trägers zum Aufbringen der Verbund-Prepreglage mit der Schnittform auf ein Werkzeug, so dass die Verbund-Prepreglage die gewünschte Form auf dem Werkzeug aufweist.
Die US 2015/0 266 260 A1 beschreibt ein geformtes Produkt mit einem ersten Element, das einen planaren Oberflächenschichtteil und einen vorstehenden Kernteil enthält, und einem zweites Element, das damit vereinigt ist.
Die US 2015 / 0 361 612 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer gekrümmten Zellstruktur beinhaltend eine Herstellung einer expandierbaren Faserstruktur durch mehrschichtiges Weben zwischen Schichten von Kettgarnen und Schichten von Schussgarnen.
Die JP H11- 78 874 A beschreibt ein Bauteil mit Außen- und Innenschichten bestehend aus Verbundwerkstoffen, die durch Eintauchen von duroplastischen Kunstharzen in Faserverstärkungsmaterialien einschließlich hochelastischer Fasern gebildet werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings aus einem bi-oder multidirektionalen Faserhalbzeug bereitzustellen, welche eine vereinfachte und insbesondere automatisierbare Fertigung erlaubt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings aus einem bi- oder multidirektionalen Faserhalbzeug, insbesondere für ein Rumpfbauteil eines Luft-oder Raumfahrzeugs, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, und/oder durch ein Verfahren zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings, insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
Demgemäß ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings aus einem bi- oder multidirektionalen Faserhalbzeug, insbesondere für ein Rumpfbauteil eines Luft-oder Raumfahrzeugs, vorgesehen, mit einer Mehrzahl erster Lamellen und einer Mehrzahl zweiter Lamellen, welche über Kreuz derart miteinander koppelbar, insbesondere ineinander steckbar, ausgebildet sind, dass sie auf einer gemeinsamen Ebene liegen und so ein Gitter bilden, wobei die Lamellen zumindest teilweise um eine die gemeinsame Ebene schneidende Achse derart elastisch biegbar ausgebildet sind, dass sich eine lokale Ausrichtung der Lamellen in dem Gitter, insbesondere kontinuierlich, verändert; und einer Anhafteinrichtung, welche zur temporären Anhaftung des Faserhalbzeugs an dem Gitter ausgebildet und derart ausgelegt ist, dass sich die lokale Faserausrichtung des Faserhalbzeugs beim Biegen der Lamellen entsprechend mit verändert.
Darüber hinaus ist ein Verfahren zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings, insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, vorgesehen, mit den folgenden Verfahrensschritten: Aufbringen eines bi- oder multidirektionalen Faserhalbzeugs auf ein Gitter aus einer Mehrzahl erster Lamellen und einer Mehrzahl zweiter Lamellen, welche über Kreuz miteinander gekoppelt, insbesondere ineinander gesteckt, sind und auf einer gemeinsamen Ebene liegen, temporäres Anhaften des Faserhalbzeugs an dem Gitter; und elastisches Biegen der Lamellen zumindest teilweise um eine die gemeinsame Ebene schneidende Achse, wobei sich eine lokale Ausrichtung der Lamellen in dem Gitter, insbesondere kontinuierlich, verändert und sich eine lokale Faserausrichtung des Faserhalbzeugs beim Biegen der Lamellen entsprechend mit verändert.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine Verformung eines als Trägerstruktur für das Faserhalbzeug dienenden Gitters entsprechend der gewünschten Verformung des Faserhalbzeugs vorzusehen. Die Lamellen des Gitters werden dazu möglichst exakt gemäß der Orientierung der in dem Faserhalbzeug enthaltenen Fasern ausgebildet und ausgerichtet, sodass eine gleiche Orientierung der Lamellen und Fasern vorliegt, welche gemeinsam verformt werden können. Die Lamellen und Fasern verformen sich somit bei dem Biegen auf gleiche Weise. Vorteilhaft ist auf diese Weise eine gekrümmte Faserorientierung des gekrümmten Faservorformlings sehr genau einstellbar bzw. steuerbar, sodass die Qualität des Faservorformling und damit auch des herzustellenden Rumpfbauteils, insbesondere hinsichtlich mechanischer Eigenschaften, verbessert wird.
Vorteilhaft wird ferner insbesondere die Verformung eines bei früheren Vorrichtungen verwendeten Silikonkerns vermieden, dessen Verformung geometrisch nicht einer Scherverformung eines Faserhalbzeugs entspricht.
Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße Umformprinzip eine deutlich vereinfachte Automatisierung des Prozesses sowie eine deutlich erhöhte Reproduzierbarkeit der Umformung. Auf diese Weise kann eine Reduzierung von Personalkosten und eine Prozessbeschleunigung der Herstellung erreicht werden.
Mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. eines erfindungsgemäßen Verfahrens sind insbesondere gekrümmte Faservorformlinge für C-Profile oder Z-Profile von Spanten herstellbar. Auf diese Weise können Abschnitte eines Spants, beispielsweise um 90° gekrümmte Abschnitte eines Spants mit entsprechend um 90° gekrümmten Faservorformlingen automatisiert und mit hoher Reproduzierbarkeit hergestellt werden. Anschließend können sie zu dem gewünschten Profil, beispielsweise C-Profil oder Z-Profil, umgeformt werden.
Dass die Lamellen auf einer gemeinsamen Ebene liegen ist dahingehend zu verstehen, dass sie im gekoppelten, insbesondere ineinandergesteckten, Zustand eine gemeinsame Gitterfläche bereitstellen. Es kann sich dabei auch nur um eine gemeinsame lokale Ebene handeln, sodass auch gewölbte gemeinsame Gitterflächen, beispielsweise zur Herstellung mehrfach gekrümmter Bauteile, denkbar sind. Die Oberfläche des Gitter kann daher auch eine 3D-gekrümmte Fläche abbilden. Beispielsweise können dazu in unterschiedlichen Bereichen des Gitters die Lamellen unterschiedlich hoch ausgebildet und so an eine gewünschte Bauteilgeometrie angepasst vorgesehen sein.
Darüber hinaus denkbar wären auch zumindest abschnittsweise dünne Lamellen, insbesondere in Form von Stäben, so dass sich diese nicht nur in eine sondern in mehrere Richtungen biegen können. Auf diese Weise sind auch räumliche Biegungen möglich. Entsprechend kann sich das Gitter auch an eine räumliche Geometrie anformen und/oder sich selbst durch Biegung der Lamellen räumlich verformen.
Eine Biegung um eine zumindest teilweise um eine die gemeinsame Ebene schneidende Achse ist somit dahingehend zu verstehen, dass die Biegeachse senkrecht zu dem Gitter oder auch schräg zu Abschnitten des Gitters oder zu dem gesamten Gitter ausgerichtet sein kann. Der Schnittpunkt der Achse mit der gemeinsamen Ebene braucht und wird sogar in der Regel nicht innerhalb des Gitters, sondern in einer gedachten Fortsetzung des Gitters in dessen Ebene liegen.
Neben kontinuierlich biegbaren Lamellen wäre beispielsweise auch ein Gitter vorstellbar, das Lamellen aus einer Vielzahl kurzer Lamellenstücke aufweist, die mit Drehgelenken verbunden sind. Die einzelnen Lamellenstücke würden daher trotz der Biegung der Lamellen als Ganzes gerade bleiben, und die Verformung an den Drehgelenken realisiert.
Eine Anhaftung des Faserhalbzeugs an dem Gitter ist dahingehend zu verstehen, dass eine Haftreibung zwischen Faserhalbzeug und Gitter besteht. Diese kann, muss aber nicht notwendigerweise direkt zwischen Gitter und Faserhalbzeug vorherrschen, sondern kann ggfs. auch über eine Zwischenlage, beispielsweise eine dazwischen angeordnete Membran, übertragen werden.
Insbesondere liegt ein Vorteil der vorliegenden Erfindung auch in der besonders einfachen Automatisierbarkeit von bisher zumeist händisch vorgenommenen Umformschritten für gekrümmte Faservorformlinge.
Unter einer Anhafteinrichtung ist eine einzelne oder eine Kombination von Einrichtungen oder Maßnahmen zu verstehen, welche zu einer für die gewünschte Verformung beim Biegen der Lamellen ausreichende Anhaftung des Faserhalbzeugs an einer Oberfläche des Gitters führt. Diese kann vielfältig ausgestaltet sein. Bei einer einfachen Ausführungsform kann die Anhafteinrichtung als eine Hafteinrichtung des Gitters selbst oder als ein darauf aufgebrachter lösbarer Haftvermittler ausgebildet sein. Beispielsweise können dazu klebrige, raue, zackige und/oder Nadel-Abschnitte in einem für das Faserhalbzeug unkritischen auf dem Gitter vorgesehenen Auflagebereich, beispielsweise an einem Rand des Faserhalbzeugs, vorgesehen sein. Bei weiteren Ausführungsformen kann eine Anhafteinrichtung extern des Gitters vorgesehene Einrichtungen oder Maßnahmen enthalten, beispielsweise basierend auf Unterdruck zur Ansaugung des Faserhalbzeugs oder auf mechanischem Druck zum Andrücken des Faserhalbzeugs.
Vorzugsweise wird das Faserhalbzeug derart auf das Gitter aufgelegt bzw. derart darauf ausgerichtet, dass die Fasern zumindest teilweise parallel zu den Lamellen verlaufen. Beispielsweise sind +/- 45° Fasern eines Fasergeleges entlang der +/-45° Lamellen des Gitters ausgerichtet.
Das zur Herstellung des gekrümmten Faservorformlings zu verformende Faserhalbzeug ist insbesondere als ein +/- 45° Biax-Gelege oder als ein +/- 45°, 90° Triax-Gelege ausgebildet. Die Lamellen des Gitters verlaufen in diesem Fall bevorzugt ebenfalls in +/- 45° Winkeln. Insbesondere weist das Faserhalbzeug dabei keine 0° Faser auf, welche eine Streckung oder Stauchung des Geleges behindern würde.
Beim Biegen der Lamellen verformen sich die Lamellen in einer Weise, welche einem Sollverlauf der Fasern im gekrümmten Zustand entspricht. Die Fasern des Faserhalbzeugs bzw. -geleges verformen sich daher bei der Verformung der Zellen des Gitters in gewünschter Weise, sodass sich die Faserrichtung in idealer Weise entsprechend der Verformung lokal neu orientiert.
Insbesondere werden radial außen, d.h. außerhalb einer neutralen Faser liegende Zellen eines Gitters mit +/- 45° Lamellen, welche vor dem Biegen rechteckige, beispielsweise quadratische Zellen des Gitters bilden, zu in Umfangsrichtung lang gezogenen Rauten gestreckt. Damit werden auch radial außen liegende +/-45° Fasern, beispielsweise eines +/-45° Biax-Geleges, in einer Weise verschert bzw. umorientiert, dass sie sich in der Weise langgezogener Rauten kreuzen. Umgekehrt werden radial innenliegende Zellen des Gitters zu in Umfangsrichtung gequetschten Rauten gestaucht, was in gleicher Weise zu einer entsprechenden Umorientierung bzw. Verscherung der Fasern führt. Auf diese Weise wird insbesondere eine radiale Auffächerung der +/- 45° Fasern bzw. deren Faserrichtungen erreicht.
Im Falle eines +/- 45°, 90° Triax-Geleges würden sich dabei die 90° Fasern beispielsweise entsprechend der Umformung radial mitverschieben. Die 90° Faserlagen würden dabei gegenüber den +/- 45° Lagen gleiten. Die Orientierung des Gitters würde dabei der Orientierung der+/- 45°-Lagen entsprechen, wobei die Orientierung der 90° Lage nicht vom Gitter abgebildet würde.
Bei weiteren Ausführungsformen wäre es auch denkbar, ein 0°, 90° Biax-Gelege vorzusehen. In diesem Fall verlaufen die Lamellen bevorzugt ebenfalls in 0° und 90° Winkeln. Somit würden sich, insbesondere ausschließlich, die 90° Lamellen und Fasern beim Biegen der Lamellen radial auffächern und sich die 0° Fasern lediglich radial verschieben.
Eine geeignete Ausrichtung der Lamellen im Gitter hängt somit insbesondere von der Faserorientierung des Umzuformenden Faserhalbzeugs ab und ist dazu vorzugsweise gleichläufig.
Selbstverständlich wären jeweils auch multidimensionale Gelege mit derartigen Faserrichtungen und etwaigen weiteren Faserrichtungen denkbar, sofern die Faserlagen, die nicht in paralleler Richtung zu den Gitterleisten orientiert sind, derart im Textil angebracht sind, dass sie bei Verformung/Verscherung relativ zu den anderen Lagen gleiten können (z.B. durch ein Wirkmuster mit lockerer Fadenspannung bei einem Multiaxialgelege), so dass keine der Faserrichtungen die Verformung unmittelbar verhindert. Eine Verformung verhindern würde dagegen z. B. eine 0°-Faserrichtung bei einem +/- 45° Gitter, wenn diese so fest zu den übrigen +/- 45° Lagen verwirkt ist, dass sie nicht gleiten kann.
Nach der Verformung bzw. Krümmung kann der Faservorformling zu dem gewünschten Bauteil weiterverarbeitet werden, beispielsweise durch Abschneiden von Randbereichen des Faservorformlings und/oder weiteres Umformen zur späteren Bauteilform, beispielsweise Abkragen der Flansche eines C-Profils für die Herstellung eines Spantabschnitts und/oder Verbinden mit weiteren, bereits abgelegten Bauteillagen und/oder Aushärtung eines Binders.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Gemäß einer Weiterbildung können die ersten und zweiten Lamellen zur Kopplung zueinander korrespondierende Steckausnehmungen aufweisen, welche ineinander steckbar sind. Insbesondere ergänzen sich die Steckausnehmungen gemeinsam zu einer der Dicke der ersten und/oder zweiten Lamellen entsprechenden Tiefe. Insbesondere sind die Steck Ausnehmungen als Schlitze ausgebildet. Beispielsweise erstrecken sich die Schlitze von einer Längsseite jeweils bis ca. in die Mitte einer Lamelle. Vorzugsweise kann am Fuß eines Schlitzes eine Entspannungsbohrung vorgesehen sein, um beim Biegen auftretende Kerbwirkungen zu vermeiden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine neutrale Lamelle in das Gitter eingebracht, welche im Bereich einer theoretischen oder tatsächlichen neutralen Faser des herzustellenden gekrümmten Faservorformlings angeordnet ist. Insbesondere handelt es sich dabei um eine irreguläre, d.h. die reguläre Anordnung der Lamellen in dem Gitter unterbrechend angeordnete, Lamelle. Vorzugsweise verläuft diese neutrale Lamelle in 0° Orientierung, d.h. im gebogenen Zustand der Lamellen in Umfangsrichtung. Die neutrale Lamelle ist derart ausgebildet ist, dass sich an einer ersten Seite der neutralen Lamelle liegende Zellen des Gitters bei dem Biegen, insbesondere in Bezug auf eine Referenzrichtung, strecken und sich an einer zweiten Seite der neutralen Lamelle liegende Zellen des Gitters bei dem Biegen, insbesondere in Bezug auf eine gleiche Referenzrichtung, stauchen. Insbesondere werden direkt auf der neutralen Lamelle liegende Zellen nur entsprechend der Biegung unwesentlich verformt. Vorteilhaft kann die Umformung somit in einer vordefinierten Weise vorgesehen werden.
Die Streckung und Stauchung ist bevorzugt jeweils in Umfangsrichtung zu verstehen. Dementsprechend bleiben die Seitenlängen der einzelnen Zellen konstant. Sofern die Steckverbindungen bezogen auf die Lamellen ortsfest ausgebildet sind ist eine gestreckte Zelle daher in Umfangsrichtung gestreckt und in radialer Richtung gestaucht, während eine gestauchte Zelle in Umfangsrichtung gestaucht und in radialer Richtung gestreckt ist. Wenn sich die Zellen verscheren, strecken sie sich daher immer in eine Richtung und verkürzen sich in eine andere Richtung senkrecht dazu. Die Umfangsrichtung bildet in diesem Fall daher die Referenzrichtung.
Eine in Bezug auf die Lamellen ortsfeste Positionierung der Steckverbindungen ist vorteilhaft, da somit die Fasern des ungeformten Textilhalbzeugs selbst nicht gestaucht oder gestreckt sondern lediglich um orientiert bzw. gebogen und zueinander verschert werden.
Beispielsweise kann die neutrale Lamelle zur Aufnahme in dem Gitter ebenfalls mit Steckausnehmungen ausgebildet sein. Dementsprechend sind in Bereichen, in welchen die neutrale Lamelle eingesetzt werden soll, die Lamellen des Gitters ebenfalls mit zusätzlichen Steckausnehmungen zur Aufnahme der neutralen Lamelle ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine als Auflagefläche für das Faserhalbzeug vorgesehene verformbare Membran auf dem Gitter vorgesehen. Auf diese Weise werden Ausbauchungen des Faserhalbzeugs in die Hohlräume der Zellen bzw. Zwischenräume der Lamellen effektiv vermieden. Denkbar ist dazu, die Membran als Gittergewebe, beispielsweise Drahtgitter, vorzusehen, welches in gleicher Weise wie die Fasern verformbar ist. Insbesondere kann die Membran aber auch als eine zum Ausgleich der Biegung der Lamellen elastisch vorgespannte Membran ausgebildet sein. Beispielsweise kann sie dazu ein Elastomer enthalten. Bei einer weiteren Ausführungsform kann es sich beispielsweise um eine elastische gelochte oder geschlitzte (Gummi- bzw. Elastomer-) Membran handeln. Insbesondere kann diese, vorzugsweise entgegen der gewünschten Biegerichtung, vorgespannt sein. Insbesondere kann die Membran auf der Seite der Neutralen Faser, die beim Biegeprozess eine Stauchung in Umfangsrichtung erfährt, so vorgespannt sein, dass sie nach Durchführung des Biegeprozesses gerade entspannt ist oder immer noch leicht vorgespannt ist. Auf diese Weise wird die beim Verbiegen der Lamellen entstehende Verformung der Membran kompensiert, sodass keine Wellen oder Falten aufgeworfen werden und auch eine Ausbauchung in den Hohlraum der Zellen des Gitters vermieden wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Anhafteinrichtung eine das Gitter fluidisch kontaktierende Unterdruckbox auf. Die Unterdruckbox ist derart ausgebildet, dass damit in jeder zur Faserhalbzeugauflage vorgesehenen Zelle des Gitters ein Unterdruck anlegbar ist. Insbesondere ist dazu ein Unterdruckanschluss an der Unterdruckbox vorgesehen, an welchen eine Unterdruckquelle anschließbar ist. Vorteilhaft wird auf diese Weise das Faserhalbzeug an das Gitter angesaugt und somit die zum Verformen gewünschte Anhaftungen an das Gitter gewährleistet.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Unterdruckbox im Bereich von zur Faserauflage vorgesehenen Zellen des Gitters perforiert. Ferner sind Abdichtmittel zur, insbesondere lokalen, Abdichtung der Perforation und/oder des Gitters in Bereichen ohne Faserhalbzeugauflage, d. h in Bereichen, in welchen das Faserhalbzeug aktuell nicht aufliegt, und/oder in Randbereichen der Faserhalbzeugauflage vorgesehen. Beispielsweise können auf diese Weise am Rand des Faserhalbzeugs Zellen des Gitters, welche lediglich halb von dem Faserhalbzeug bedeckt sind, ebenfalls abgedichtet werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass ein Unterdruck im Wesentlichen an dem Faserhalbzeug anliegt. Vorteilhaft wird auf diese Weise der Unterdruck lediglich an den benötigten Stellen auf das Gitter übertragen. D.h., das Faserhalbzeug selbst ist im Wesentlichen nicht durch die Abdichtmittel sondern durch den Unterdruck an das Gitter angehaftet, wobei an dem abgedeckten Rand aber selbstverständlich auch eine geringfügige Anhaftung durch das Abdichtmittel vorliegen kann.
Bei einer Ausführungsform kann das gesamte Gitter mit Unterdruck geflutet werden. Dazu können die einzelnen Zellen des Gitters über entsprechende Löcher in den Lamellen fluidisch verbunden ausgebildet sein.
Bei weiteren Ausführungsformen wäre auch denkbar, lediglich die aktuell benötigten Zellen des Gitters mit Unterdruck zu beaufschlagen. Beispielsweise können die Zellen dazu jeweils eine eigene aktivierbare und deaktivierbare Unterdruckversorgungsöffnung aufweisen.
Das Gitter und/oder die Unterdruckbox kann vorzugsweise ebenfalls antihaftbeschichtet sein, sodass ein Widerstandsfreies Verbiegen des Gitters auf der Unterdruckbox ermöglicht ist.
Darüber hinaus sind unterschiedlichste Abdichtmittel denkbar. Beispielsweise kann es sich dabei um eine oder mehrere die Löcher der Perforation lokal verschließende Abdeckfolie(n) oder Abdeckplatte(n) handeln. Denkbar sind jedoch auch steuerbare Flachschieber oder Ventile, beispielsweise Magnetventile, als Abdichtmittel, welche einzelne oder Gruppen von Öffnungen der Perforation zur Unterdruckversorgung öffnen und verschließen können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Perforation der Unterdruckbox in einem ersten Bereich, in welchem sich die zur Faserhalbzeugauflage vorgesehenen Zellen des Gitters in einem entspannten bzw. nicht gebogenen Zustand der Lamellen befinden, und in einem zweiten Bereich, in welchem sich die zur Faserhalbzeugauflage vorgesehenen Zellen des Gitters in einem gebogenen Zustand der Lamellen befinden, vorgesehen. Vorteilhaft ist daran, dass auf diese Weise in beiden Zuständen und auch in etwaigen Zwischenzuständen des Gitters eine ideale Druckbeaufschlagung ermöglicht wird.
Bei einer Weiterbildung dichten die Abdichtmittel die im jeweiligen Zustand des Gitters neben den zur Faserhalbzeugauflage vorgesehenen Zellen des Gitters liegende Perforation ab. Vorteilhaft wird die Perforation auf diese Weise, je nach Zustand des Gitters, zielgerichtet in den jeweils zur Unterdruckbeaufschlagung nicht benötigten Bereichen abgedichtet. Auf diese Weise wird eine Verteilung des Unterdrucks an die jeweils benötigten Öffnungen der Perforation gewährleistet.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Abdichtmittel eine luftundurchlässige lokale Abdeckung der Perforation und/oder des Gitters auf. Vorteilhaft stellt eine derartige Abdeckung ein besonders einfach zu realisierendes Abdichtmittel dar, welches zudem flexibel einsetzbar und verschiebbar ist. Dadurch kann insbesondere auch eine Anpassung an die verschiedenen Zustände des Gitters auf einfache Weise realisiert werden. Beispielsweise kann eine Folie über die nicht benötigten Bereiche der Perforation und gegebenenfalls des Gitters gelegt werden und beim Verbiegen der Lamellen entsprechend der Verformung nachgeschoben werden. Insbesondere kann es sich bei der Abdeckung um eine flexible Folie handeln. Der Vorteil einer derartigen flexiblen Folie liegt darin, dass die Vorrichtung auf diese Weise auch leicht an unterschiedliche Bauteilgrößen oder Geometrien anpassbar ist, da die Abdeckung so unterschiedliche Konturen eines Faserhalbzeugs abdichten kann. Als weitere Möglichkeit könnte die Folie aus mehreren, sich überlappenden Stücken bestehen, sodass die notwendige Bewegung an den sich überlappenden Stoßstellen stattfindet.
Alternativ oder zusätzlich können die Abdichtmittel selektiv ansteuerbare Ventile der Perforation und/oder des Gitters aufweisen. Beispielsweise kann es sich um elektronisch zum Öffnen und Schließen ansteuerbare Ventile, beispielsweise Magnetventil handeln, die in die Öffnungen der Perforation eingebracht sind.
Bei einer Ausführungsform weist die Anhafteinrichtung eine Hafteinrichtung des Gitters selbst auf. Beispielsweise kann eine Hafteinrichtung in Form von klebrigen, rauen, zackigen und/oder Nadel-Abschnitten in einem für das Faserhalbzeug unkritischen auf dem Gitter vorgesehenen Auflagebereich vorgesehen sein, vorzugsweise an einem Rand des Faserhalbzeugs. Somit wird eine Kraftübertragung vom Gitter auf das Faserhalbzeug verbessert und ein Rutschen zusätzlich vermieden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Anhafteinrichtung eine das Faserhalbzeug an einer dem Gitter gegenüberliegenden Seite kontaktierende Andruckfläche auf. Ein Reibwert zwischen der Andruckfläche und dem Faserhalbzeug ist dabei geringer ausgebildet als ein Reibwert zwischen dem Gitter und dem Faserhalbzeug. Selbstverständlich gilt dies auch für den Reibwert zwischen einem Gitter, einer etwaigen dazwischen geschalteten Membran und dem Faserhalbzeug. Vorteilhaft ist, dass auf diese Weise eine besonders einfache Konstruktion und Steuerung der Anhafteinrichtung ermöglicht wird. Die Andruckfläche kann beispielsweise als ein die Größe des Gitters in beiden Zuständen abdeckender Stempel, beispielsweise in Form einer Festkörperplatte, ausgebildet sein, welcher an seiner Oberfläche eine Antihaftbeschichtung, beispielsweise enthaltend Polytetrafluorethylen oder ein anderes Beschichtungsmittel mit Antihaftwirkung, aufweist. Alternativ kann eine sehr glatte Oberfläche mit geringem Reibwert und hoher Abriebbeständigkeit vorgesehen sein, wie z. B. Glas oder polierter Edelstahl. An einer gegenüberliegenden Seite des Gitters ist insbesondere eine Abstützung, beispielsweise ein geeignetes flaches Bett, vorzugsweise ebenfalls antihaftbeschichtet, vorgesehen.
Denkbar ist auch eine Ausführungsform mit beheizbarer Ausbildung des Stempels zur Aktivierung eines Binders im verformten Zustand. Es kann eine Beheizung vor dem Transportschritt oder nach dem Transportschritt vor dem Auflösen der Fixierung vorgesehen sein. Hierbei kann lokal beschränktes Aufheizen vorgesehen sein.
Darüber hinaus ist auch eine umgedrehte Anordnung möglich, sodass die Andruckfläche als Basisplatte dient und zunächst das Faserhalbzeug und dann das Gitter auf die Andruckfläche aufgelegt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind das Gitter und/oder die Anhafteinrichtung als Teil eines Endeffektors zum Transport des zuvor gekrümmten Faservorformlings im gebogenen Zustand der Lamellen ausgebildet. Auf diese Weise wird eine besondere Synergie geschaffen, da keine zusätzliche Übergabe an einen Endeffektor nötig ist. Darüber hinaus kann das Bauteil auf diese Weise in der vorbestimmten umgeformten bzw. gekrümmten Konfiguration direkt an seinen Einsatzort oder an eine weitere um Formvorrichtung übergeben werden.
Beispielsweise kann die gesamte Vorrichtung bei einer Ausführungsform dazu nach dem Formen umgedreht werden, sodass das gebogene Gitter mitsamt dem verformten Faserhalbzeug angehoben werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Gitter schon zum Umformen oben liegend vorgesehen, d.h. zum Verformen auf das Faserhalbzeug von oben aufgebracht. In diesem Fall ist beispielsweise eine geeignete Unterlage mit geringem Reibwert zur Abstützung der Unterseite des Faserhalbzeugs vorgesehen. Im Falle einer auf Unterdruck basierenden Haftvorrichtung kann diese Unterlage luftdurchlässig ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings wird das Faserhalbzeug derart auf dem Gitter ausgerichtet, dass die bi- oder multidirektionalen Fasern des Faserhalbzeugs zumindest teilweise parallel zu den Lamellen verlaufen.
Ferner wird bei einer Ausführungsform des Verfahrens alternativ oder zusätzlich eine theoretische oder tatsächliche neutrale Faser des Faserhalbzeugs an einer, insbesondere irregulären, neutralen Lamelle des Gitters angeordnet und ausgerichtet. Bei dem elastischen Biegen verformen sich somit an einer ersten Seite der neutralen Lamelle liegende Fasern entsprechend einer dort, insbesondere bezüglich einer Referenzrichtung, vorherrschenden Streckung der Zellen des Gitters. Darüber hinaus verformen sich an einer zweiten Seite der neutralen Lamelle liegende Fasern, insbesondere bezüglich einer gleichen Referenzrichtung, entsprechend einer dort vorherrschenden Stauchung der Zellen des Gitters.
Ferner wird gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens das temporäre Anhaften mittels auf das Faserhalbzeug wirkendem mechanischen Druck oder auf das Faserhalbzeug wirkendem fluidischen Unterdruck vorgesehen.
Letztlich ist bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Schritt des Transports des gekrümmten Faservorformlings mittels des Gitters im gebogenen Zustand der Lamellen und/oder einer zum Anhaften eingesetzten Anhafteinrichtung vorgesehen.
Alternativ oder zusätzlich kann bei einer Ausführungsform auch vor einem Schritt eines Transports des gekrümmten Faservorformlings eine Übergabe an einen separaten Endeffektor vorgenommen werden, welche derart ausgeführt wird, dass eine zwischenzeitliche Entspannung und Rückverformung des Faservorformlings vermieden wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform folgt ein weiterer Umformschritt oder folgen mehrere weitere Umformschritte auf den Schritt des Transports des gekrümmten Faservorformlings. Beispielsweise kann eine Umformung in einer weiteren Ebene zur Erzeugung eines gewünschten Profilquerschnitts , insbesondere eines C- oder Z-Profils, vorgesehen sein.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Insbesondere sind sämtliche Merkmale und Einrichtungen und Abläufe der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragbar, und umgekehrt. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

1 eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer Vorrichtung zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings;
2 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß 1;
3 eine weitere perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach 2;
4 ein perspektivisch dargestellter Abschnitt einer Vorrichtung zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings gemäß einer weiteren Ausführungsform;
5 eine schematische Querschnittsdarstellung der Vorrichtung nach 4;
6 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach 4 und 5 in einem entspannten Zustand;
7 die Vorrichtung nach 6 in einem gebogenen Zustand;
8 eine Darstellung eines Schritts des Auflegens eines Faservorformlings auf das Gitter bei der Vorrichtung nach 4 bis 7;
9 eine Detaildarstellung des Randes des auf das Gitter aufgelegten Faserhalbzeugs gemäß 8;
10 das Faserhalbzeug gemäß 8 und 9 mit einem mit zusätzlichen Abdichtmitteln abgedeckten Rand;
11 eine schematische Querschnittansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings gemäß einer weiteren Ausführungsform;
12 eine Detaildarstellung einer auf das Gitter der Vorrichtung aufgebrachten Membran; und
13 eine schematische Querschnittansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.

Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer Vorrichtung 1 zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings in einem gebogenen Zustand.
Es handelt sich um eine Vorrichtung 1 zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings aus einem hier nicht dargestellten bi- oder multidirektionalen Faserhalbzeug für ein Rumpfbauteil eines Luft-oder Raumfahrzeugs, beispielsweise einen Spantabschnitt.
Die Vorrichtung 1 weist eine Mehrzahl erster Lamellen 2 und eine Mehrzahl zweiter Lamellen 3 auf, welche über Kreuz derart ineinander steckbar ausgebildet sind, dass sie auf einer gemeinsamen Ebene liegen und so gemeinsam ein Gitter 4 bilden. Schematisch eingezeichnet ist ferner eine die gemeinsame Ebene des Gitters 4 schneidende Achse 5, um welche die Lamellen 2, 3 elastisch gebogen sind. Auf diese Weise verformt sich die lokale Ausrichtung der Lamellen 2, 3 kontinuierlich, sodass sich die Zellen des Gitters 4, welche im entspannten Zustand quadratisch sind, erkennbar zu gestreckten oder gestauchten Rauten verändern.
Ein hier nicht dargestelltes Faserhalbzeug 9 ist auf dem Gitter 4 mittels einer hier beispielhaft als Haftbeschichtung der Lamellen ausgebildeten Anhafteinrichtung 6 temporär anhaftbar. Die Anhafteinrichtung 6 ist derart ausgelegt, dass sich die lokale Faserausrichtung des Faserhalbzeugs beim Biegen der Lamellen 2, 3 entsprechend mit verändert. Es wird daher ein dementsprechender Reibwert zwischen dem Gitter und der Anhafteinrichtung 6 bereitgestellt.
Rein beispielhaft handelt es sich bei der hier dargestellten Haftbeschichtung um ein für Faserwerkstoffe zugelassenes Klebeband. Vorzugsweise ist das Klebeband thermisch belastbar ausgebildet.
Bei weiteren Ausführungsformen kann die Anhafteinrichtung 6 aber zusätzliche Elemente und oder Maßnahmen zur Anhaftung des Faserhalbzeugs aufweisen, worauf in Bezug auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher eingegangen wird. In diesem Fall kann ein für Faserwerkstoffe zugelassenes Klebeband auch als Antihaftbeschichtung vorgesehen sein, um die Reibung zu verringern und/oder als Kontaktfläche um einen sicheren Kontakt zu gewährleisten.
Die Verformung bzw. Umformung des Faserhalbzeugs 9 mit einer solchen Vorrichtung 1 wird mittels eines Trägers vorgenommen, der das mit den ineinander gesteckten Lamellen 2, 3 in Form von verscherbaren ineinander gesteckten Leisten gebildete Gitter 4 aufweist. Die Leisten weisen vorzugsweise dieselbe Orientierung (z.B. +/-45°) wie die Faserorientierung zumindest einiger der Lagen des umzuformenden Faserhalbzeugs 9 auf. Das Faserhalbzeug wird daher vor der Verformung in der Ausrichtung der Lamellen entsprechender Faserausrichtung aufgebracht.
Wird das Gitter mit dem daran anhaftenden Faserhalbzeug durch Biegung verschert, so wird auch das Faserhalbzeug mit verschert. Mit Hilfe von Anschlägen kann die maximale Verformung / Verscherung des Gitters 4 und damit auch die gewünschte gekrümmte Geometrie, beispielsweise eine benötigte Krümmung einer Spantgeometrie, festgelegt werden.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß 1.
Diese Darstellung zeigt ebenfalls einen gebogenem Zustand des Gitters 4, welcher hier gut zu erkennen ist.
Darüber hinaus sind in 2 Steckausnehmungen 7 der die ersten und zweiten Lamellen 2, 3 dargestellt, welche sich gemeinsam zu einer der Dicke der ersten und/oder zweiten Lamellen 2, 3 entsprechenden Tiefe ergänzen. Es handelt sich dabei um quer zur Lamellen-Längsrichtung verlaufende Schlitze, welche sich von einer Längsseite jeweils bis ca. in die Mitte einer Lamelle 2, 3 erstrecken. Dabei sind die Steckausnehmungen der ersten und zweiten Lamellen jeweils gegensätzlich orientiert ausgebildet, sodass sie ineinander steckbar sind. Am Fuß eines Schlitzes ist jeweils eine Entspannungsbohrung vorgesehen.
3 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht einer Vorrichtung nach 1 und 2.
Erkennbar weist die Vorrichtung eine Vielzahl erster und zweiter Lamellen 2, 3 auf. Diese sind in +/- 45° Ausrichtung orientiert. Beispielsweise kann es sich bei den Lamellen jeweils um flexible Leisten handeln. Als Material eignen sich verschiedenste biegbare Werkstoffe wie beispielsweise Edelstahl, Federstahl, GFK, CFK, Thermoplaste, oder dergleichen. Beispielhaft sind in der dargestellten Ausführungsform über 100 Lamellen ineinandergesteckt, welche sehr flexibel sind. Das daraus resultierende Gitter ist auf beiden Seiten flach.
In dem Gitter 4 ist ferner eine neutrale Lamelle 8 in Form einer einzelnen Leiste in eine dritten Richtung eingearbeitet, welche eine 0° Ausrichtung aufweist. Die neutrale Lamelle 8 ist ebenfalls mit Steckausnehmungen ausgebildet, wobei die Lamellen 2, 3 des Gitters 4 ebenfalls mit zusätzlichen Steckausnehmungen zur Aufnahme der neutralen Lamelle 8 ausgebildet sind.
Die neutrale Lamelle 8 definiert eine neutrale Faser der Verformung, d. h. eine Linie, entlang der keine Scherverformung stattfindet. Dies gilt vorzugsweise gleichermaßen für die Verformung des Gitters 4 als auch des Faserhalbzeugs 9. An einer ersten Seite der neutralen Lamelle 8 liegende Zellen des Gitters 4 strecken sich somit bei dem Biegen der Lamellen 2, 3, während an einer zweiten Seite der neutralen Lamelle 8 liegende Zellen des Gitters gestaucht werden.
Das Faserhalbzeug 9 kann bei Anlegung eines Unterdrucks mithilfe von Löchern oder Kanälen in dem Gitter 4 daran angesaugt werden. Die durch die Lamellen 2, 3 gebildeten Zellen sind dazu bei dieser Ausführungsform fluidisch über zwischen den Steckausnehmungen angeordnete zusätzliche Löcher verbunden, um eine Luftzirkulation bzw. einen Druckausgleich zwischen den Zellen zu ermöglichen.
4 zeigt einen perspektivisch dargestellten Abschnitt einer Vorrichtung zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings gemäß einer weiteren Ausführungsform. 5 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung der Vorrichtung nach 4.
Die Vorrichtung 1 weist bei dieser Ausführungsform ebenfalls ein Gitter 4 wie in Bezug auf die 1 bis 3 erläutert auf.
Die Anhafteinrichtung 6A dieser Ausführungsform umfasst jedoch zusätzlich eine unter dem Gitter angeordnete eine hohle Box, welche als Unterdruckbox 16 ausgebildet ist. Ferner sind Abdichtmittel 13 zur Abdichtung von Bereichen ohne Faserhalbzeugauflage vorgesehen.
Zur Beaufschlagung des Gitters 4 mit Unterdruck ist an einer Seitenfläche der Unterdruckbox 16 ein Anschluss 12 an eine Unterdruckquelle vorgesehen, beispielsweise zum Anschluss eines in 4 dargestellten Staubsaugerschlauchs.
An der Oberseite der Unterdruckbox 16 ist eine in 5 dargestellte Perforation 14 in Form einer Anordnung von Löchern vorgesehen, durch welche ein an die Unterdruckbox 16 angelegter Unterdruck in das Gitter 4 übertragen werden kann. Über nicht durch das Faserhalbzeug 9 abgedeckte Zellen sowie nicht mit dem Gitter 4 in Kontakt stehende Löcher der Perforation 14 sind als Abdeckung ausgebildete Abdichtmittel 13 aufgebracht. Ferner sind weitere zusätzliche Abdichtmittel 13 am Rand des Faserhalbzeugs 9 zur Abdichtung seitlicher nicht durch das Faserhalbzeug abgedeckter Zellen des Gitters 4 vorgesehen und mit geeigneten Befestigungsmitteln 10 an dem Gitter 4 befestigt.
Das auf dem Gitter 4 platzierte Faserhalbzeug 9 wird auf diese Weise an das Gitter 4 angesaugt, wie mit den senkrechten dicken Pfeilen in 5 symbolisiert, sodass eine Haftreibung zwischen dem Faserhalbzeug 9 und den seitlichen Flanken der Lamellen 2, 3 und damit eine Anhaftung des Faserhalbzeugs 9 an das Gitter 4 entsteht.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 1 nach 4 und 5 in einem entspannten Zustand, während 7 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 1 in einem gebogenen Zustand zeigt.
Aufgrund der Verformung des Gitters beim Biegen verschiebt sich auch die von dem Gitter 4 bedeckte Fläche auf der Unterdruckbox 16. Somit existieren Löcher der Perforation 14 der Unterdruckbox 16, die nur im entspannten Zustand gemäß 6 bzw. zu Beginn der Verformung unter dem Gitter 4 liegen, jedoch im gebogenen Zustand bzw. am Ende der Verformung neben dem Gitter 4 liegen. Umgekehrt existieren auch Löcher der Perforation, welche zu Beginn der Verformung außerhalb des Gitters 4 liegen und am Ende der Verformung darunter liegen.
Zur Abdichtung der jeweils neben dem Gitter 4 liegenden Löcher wird die Perforation 14 in neben dem Gitter liegenden Bereichen durch die Abdeckung mit abgedeckt. Ansonsten würden Löcher, die außerhalb des Gitters 4 liegen, Falsch- oder Fehlluft saugen und die für das auf dem Gitter 4 liegende Faserhalbzeug 9 zur Verfügung stehende Ansaugkraft verringern. Die als Abdichtmittel 13 vorgesehene Abdeckung ist dementsprechend ausgebildet, um sich mit der Verformung des Gitters 4 mit zu verschieben, wie in 5 mit den horizontalen kleineren Pfeilen dargestellt.
Da sich die Form und die Längen der Außenkanten des Gitters 4 bei Biegen verändern, ist die Abdeckung ferner flexibel ausgebildet, hier beispielhaft in Form einer flexiblen Folie. Darüber hinaus besteht die Abdeckung hier beispielhaft aus mehreren gegeneinander verschiebbaren Teilstücken.
8 zeigt eine Darstellung eines Schritts des Auflegens eines Faservorformlings 9 auf das Gitter 4 bei der Vorrichtung nach 4 bis 6. 9 zeigt eine Detaildarstellung des Randes des auf das Gitter aufgelegten Faserhalbzeugs in 8.
Erkennbar existieren am Rand des Faserhalbzeugs lediglich teilweise abgedeckte Zellen des Gitters 4. Für diese Bereiche wird bei der dargestellten Ausführungsform ein zusätzliches Abdichtmittel 13 vorgesehen, welches in 10 dargestellt ist.
10 zeigt das Faserhalbzeug 9 gemäß 8 und 9 mit einem mit zusätzlichen Abdichtmitteln 13 abgedeckten Rand.
Die zusätzlichen Abdichtmittel 13 dienen dazu, um das Ansaugen von Fehlluft am Rand des Gitters 4 zu vermeiden, insbesondere in dem in 9 gezeigten Zwischenraum zwischen dem geraden Ende des Faserhalbzeugs 9 und dem gezackten Rand des mit Unterdruck beaufschlagten Gitters 4. Dieses zusätzliche Abdichtmittel 13 ist ebenfalls als Abdeckung ausgebildet, jedoch im Unterschied zu der Folie in 4 hier beispielhaft als elastische Kunststoffmatte. Das zusätzliche Abdichtmittel 13 kann, wie hier dargestellt, am Rand des Gitters 4, oder bei weiteren Ausführungsformen auch auf weiteren Abschnitten des Gitters 4 liegen. Dementsprechend kann es sich auch bei dem zusätzlichen Abdichtmittel 13 um eine flexible oder mehrteilige Abdeckung handeln.
11 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer Vorrichtung 1 zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor in Bezug auf die 4 bis 11 beschriebenen Ausführungsformen durch eine zusätzliche Membran 11, welche zwischen dem Gitter 4 und dem Faservorformlinge 9 vorgesehen ist.
Die Membran 11 ist bei dieser auf Ansaugung durch Unterdruck basierenden Ausführungsform luftdurchlässig und verformbar ausgebildet. Sie dient der Stützung des Faserhalbzeugs in gestauchten Bereichen des Gitters, um so eine lokale Ausbauchung in Gitter-Zwischenräume, d.h. in Hohlräume der einzelnen Zellen, zu vermeiden.
12 zeigt eine Detaildarstellung einer Ausführungsform einer auf das Gitter 4 der Vorrichtung 1 aufgebrachten Membran 11.
Die Membran 11 ist hier beispielhaft als Metallgitter ausgebildet. Die Fäden des Metallgitters weisen eine gleiche Ausrichtung wie die Lamellen 2, 3 des Gitters 4 auf.
Mittels des zusätzlichen Metallgitters wird das Faserhalbzeug 9 in den Gitter-Zwischenräumen von unten gestützt. Da sich die Fäden des Metallgitters in Lamellenrichtung erstrecken bleibt das Metallgitter und damit auch das Lamellen-Gitter 4 aber dennoch verformbar.
Bei weiteren Ausführungsformen kann anstatt eines Metallgitters jedoch auch eine, beispielsweise gelochte oder geschlitzte, Gummimembran eingesetzt werden. Vorzugsweise wird diese entsprechend einer vorbestimmten Krümmung des herzustellenden Faservorformlings vorgespannt, um die Verformung des Gitters 4 ohne Ausbauchungen zu kompensieren. Die Gummimembran müsste dann so auf das Gitter 4 aufgespannt werden, dass die Verformung der Gummimembran durch das Gitter definiert wird und damit dann auch der Verformung des Textils entspricht (d. h. nicht der natürlichen Verformung von Gummi).
Bei einer weiteren Ausführungsform ist es auch denkbar, anstatt einer solchen Membran 11 das Gitter 4 selbst engmaschiger, d.h. aus deutlich kleineren Lamellen zu fertigen, sodass das Gitter 4 kleinere Zellen bzw. kleinere Zwischenräume aufweist und das Faserhalbzeug 9 somit besser gestützt wird.
13 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer Vorrichtung 1 zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
Die sich hier unterscheidende Anhafteinrichtung 6B dieser Ausführungsform umfasst ein das Gitter tragendes flaches Bett und weist eine das Faserhalbzeug 9 an einer dem Gitter 4 gegenüberliegenden Seite kontaktierende Andruckfläche 15 auf.
Die Andruckfläche 15 ist beispielsweise als ein die Größe des Gitters in beiden Zuständen abdeckender Stempel in Form einer Festkörperplatte ausgebildet, welcher an der Oberfläche eine Antihaftbeschichtung aufweist. Auf diese Weise ist ein Reibwert zwischen der Andruckfläche 15 und dem Faserhalbzeug 9 geringer als ein Reibwert zwischen dem Gitter 4 und dem Faserhalbzeug 9. Bei Aufbringung mechanischen Drucks durch die Andruckfläche 15, welcher in 13 mit vertikalen Pfeilen symbolisiert ist, wird somit eine Haftreibung zwischen dem Gitter 4 und dem Faserhalbzeug 9 aufgebaut. Die Verformung unter mit dem Stempel aufgebrachtem mechanischem Druck kann daher in gleicher vorgenommen werden, wie in Bezug auf die vorangehenden Ausführungsformen bei Aufbringung von Unterdruck beschrieben.
Ferner kann auch hier optional eine Membran 11 zur Unterstützung des Faserhalbzeugs 9 auf dem Gitter 4 vorgesehen werden. Vorzugsweise wird hier eine (ggfs. vorgespannte) Gummimembran eingesetzt, welche aber nicht gelocht zu sein braucht.
Mittels einer Vorrichtung gemäß einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind insbesondere Faservorformlinge für C-Profile für Spante herstellbar, beispielsweise zur Herstellung von 90°-Abschnitten eines Spants. Dementsprechend kann der hergestellte Faservorformling anschließend zu dem gewünschten Bauteil weiterverarbeitet werden, beispielsweise durch Abschneiden von Randbereichen, gegebenenfalls durch weiteres Umformen zur späteren Bauteilform,. Beispielsweise kann dies das Abkragen der Flansche des C-Profils für einen Spantabschnitt beinhalten.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Beispielsweise kann ein Faserhalbzeug auch auf dem gebogenen Gitter 4 liegend erhitzt werden, um einen im Textil des Faserhalbzeugs befindlichen Binder zu aktivieren, der die Verformung fixiert. In diesem Fall kann der gekrümmte Faservorformling nach dem Abkühlen dann von einem herkömmlichen Greifer aufgenommen und weiter transportiert und/oder verarbeitet werden.
Eine weitere denkbare Ausführungsform der Vorrichtung im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist eine gleichzeitige Ausbildung der Vorrichtung als Endeffektor. Dazu wird die Vorrichtung 1 beispielsweise mit der Ansaug-Unterkonstruktion einer Anhafteinrichtung 6A, d. h. samt der Unterdruckbox 16 und den Abdichtmitteln 13, nach dem Verformen gemeinsam mit dem gekrümmten Faservorformling umgedreht. Der Faservorformling wird dann mittels des mit der Vorrichtung integral gebildeten Endeffektors weitertransportiert, beispielsweise direkt auf eine weitere Bauteil-Preform positioniert. Daher kann der gekrümmte Faservorformling bei dieser Ausführungsform auch erst auf der Bauteil-Preform erwärmt werden, sodass eine Fixierung der Form des Faservorformlings gleichzeitig mit einer Fixierung auf der Bauteil-Preform vorgenommen wird. Beispielsweise kann die Bauteil-Preform in Form von bereits abgelegten aber noch nicht verbundenen weiteren Lagen für das herzustellende Bauteil, ausgebildet sein.
Bei der Verwendung von Elastomer- oder Gummimembranen auf dem Gitter 4, entweder unter dem Faserhalbzeug 9 oder über diesem, kann eine vorteilhafte Ausgestaltung darin liegen, diese Membran nur teilweise bzw. abschnittsweise vorgespannt auf das Gitter aufzubringen. Durch die unterschiedliche Verformung des Gitters und des Materials der Membran, beispielsweise Gummi, wird vermieden, dass sich das Gitter 4 an der radial inneren Seite in Längsrichtung, beispielsweise auf der Innenseite der Biegung in Richtung Innenflansch eines Spantpreforms, verkürzt. Die Membran wird somit gestaucht und kann ohne Vorspannung ausbeulen. Durch eine Vorspannung der Membran bleibt sie hingegen stets eben, sodass ein Ausbeulen vermieden wird und das Faserhalbzeug stets optimal unterstützt wird.
Die Vorspannung der Gummimembran kann bei einer Ausführungsform dergestalt vorgesehen werden, dass auf der Innenseite der Krümmung die Spannung zu Beginn der Verformung maximal ist und gegen Null geht, wenn der Endzustand der Verformung erreicht ist. Auf der Außenseite der Krümmung kann die Vorspannung entsprechend andersherum vorgesehen sein, so dass sie dort zu Beginn der Verformung gegen Null geht und maximal wird, wenn der Endzustand der Verformung erreicht ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Vorspannung der Membran aber auch auf der Außenseite genau so groß wie auf der Innenseite vorgesehen sein, so dass im unverformten bzw. entspannten Zustand des Gitters dieses auch ohne äußere Kräfte gerade bleibt.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: erste Lamellen
3: zweite Lamellen
4: Gitter
5: Achse
6: Anhafteinrichtung
6A; 6B: Anhafteinrichtung
7: Steckausnehmungen
8: neutralen Lamelle
9: Faserhalbzeug
10: Befestigungsmittel
11: Membran
12: Unterdruckanschluss
13: Abdichtmittel
14: Perforation
15: Andruckfläche
16: Unterdruckbox

Claims

Vorrichtung (1) zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings aus einem bi- oder multidirektionalen Faserhalbzeug (9), insbesondere für ein Rumpfbauteil eines Luft-oder Raumfahrzeugs, mit: einer Mehrzahl erster Lamellen (2) und einer Mehrzahl zweiter Lamellen (3), welche über Kreuz derart miteinander koppelbar ausgebildet sind, dass sie auf einer gemeinsamen Ebene liegen und so ein Gitter (4) bilden, wobei die Lamellen (2; 3) zumindest teilweise um eine die gemeinsame Ebene schneidende Achse (5) derart elastisch biegbar ausgebildet sind, dass sich eine lokale Ausrichtung der Lamellen (2; 3) in dem Gitter (4) verändert; und einer Anhafteinrichtung (6; 6A; 6B), welche zur temporären Anhaftung des Faserhalbzeugs (9) an dem Gitter (4) ausgebildet und derart ausgelegt ist, dass sich die lokale Faserausrichtung des Faserhalbzeugs (9) beim Biegen der Lamellen (2; 3) entsprechend mit verändert.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Lamellen (2; 3) zur Kopplung zueinander korrespondierende Steckausnehmungen (7) aufweisen, welche ineinander steckbar sind, insbesondere sich gemeinsam zu einer der Dicke der ersten und/oder zweiten Lamellen (2; 3) entsprechenden Tiefe ergänzen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine, insbesondere irreguläre, neutrale Lamelle (8) in das Gitter (4) eingebracht ist, welche im Bereich einer theoretischen oder tatsächlichen neutralen Faser des herzustellenden gekrümmten Faservorformlings angeordnet und derart ausgebildet ist, dass sich an einer ersten Seite der neutralen Lamelle (8) liegende Zellen des Gitters (4) bei dem Biegen strecken und sich an einer zweiten Seite der neutralen Lamelle (8) liegende Zellen des Gitters (4) bei dem Biegen stauchen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine als Auflagefläche für das Faserhalbzeug (9) vorgesehene verformbare Membran (11), insbesondere eine zum Ausgleich der Biegung der Lamellen (2; 3) elastisch vorgespannte Membran, auf dem Gitter (4) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anhafteinrichtung (6A) eine das Gitter (4) fluidisch kontaktierende Unterdruckbox (16) aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass damit in jeder zur Faserhalbzeugauflage vorgesehenen Zelle des Gitters (4) ein Unterdruck anlegbar ist, insbesondere mittels eines an der Unterdruckbox (16) vorgesehenen Unterdruckanschlusses (12), an welchen eine Unterdruckquelle anschließbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei die Unterdruckbox (16) im Bereich von zur Faserauflage vorgesehenen Zellen des Gitters (4) perforiert ist und Abdichtmittel (13) zur Abdichtung der Perforation (14) und/oder des Gitters (4) in Bereichen ohne Faserhalbzeugauflage und/oder in Randbereichen der Faserhalbzeugauflage vorgesehen sind, sodass ein Unterdruck im Wesentlichen an dem Faserhalbzeug (9) anliegt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die Perforation (14) in einem ersten Bereich, in welchem sich die zur Faserhalbzeugauflage vorgesehenen Zellen des Gitters (4) in einem entspannten Zustand der Lamellen (2; 3) befinden, und in einem zweiten Bereich, in welchem sich die zur Faserhalbzeugauflage vorgesehenen Zellen des Gitters (4) in einem gebogenen Zustand der Lamellen (2; 3) befinden, vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Abdichtmittel (13) die im jeweiligen Zustand neben den zur Faserhalbzeugauflage vorgesehenen Zellen des Gitters (4) liegende Perforation (14) abdichten, wobei die Abdichtmittel (13) insbesondere eine luftundurchlässige lokale Abdeckung und/oder selektiv ansteuerbare Ventile der Perforation (14) und/oder des Gitters (4) aufweisen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anhafteinrichtung (6) eine Hafteinrichtung des Gitters (4) selbst aufweist, insbesondere in Form von klebrigen, rauen, zackigen und/oder Nadel-Abschnitten in einem für das Faserhalbzeug (9) unkritischen auf dem Gitter (4) vorgesehenen Auflagebereich, bevorzugt an einem Rand des Faserhalbzeugs (9).
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anhafteinrichtung (6B) eine das Faserhalbzeug (9) an einer dem Gitter (4) gegenüberliegenden Seite kontaktierende Andruckfläche (15) aufweist, wobei ein Reibwert zwischen der Andruckfläche (15) und dem Faserhalbzeug (9) geringer als ein Reibwert zwischen dem Gitter (4) und dem Faserhalbzeug (9) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gitter (4) und/oder die Anhafteinrichtung (6; 6A; 6B) als Teil eines Endeffektors zum Transport des zuvor gekrümmten Faservorformlings im gebogenen Zustand der Lamellen (2; 3) ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung eines gekrümmten Faservorformlings, insbesondere mit einer Vorrichtung (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, mit den folgenden Verfahrensschritten: Aufbringen eines bi- oder multidirektionalen Faserhalbzeugs (9) auf ein Gitter (4) aus einer Mehrzahl erster Lamellen (2) und einer Mehrzahl zweiter Lamellen (3), welche über Kreuz miteinander gekoppelt sind und auf einer gemeinsamen Ebene liegen, temporäres Anhaften des Faserhalbzeugs (9) an dem Gitter (4); und elastisches Biegen der Lamellen (2; 3) zumindest teilweise um eine die gemeinsame Ebene schneidende Achse (5), wobei sich eine lokale Ausrichtung der Lamellen (2; 3) in dem Gitter (4) verändert und sich eine lokale Faserausrichtung des Faserhalbzeugs (9) beim Biegen der Lamellen (2; 3) entsprechend mit verändert.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Faserhalbzeug (9) derart auf dem Gitter (4) ausgerichtet wird, dass die bi- oder multidirektionalen Fasern des Faserhalbzeugs (9) zumindest teilweise parallel zu den Lamellen (2; 3) verlaufen und/oder eine theoretische oder tatsächliche neutrale Faser des Faserhalbzeugs (9) an einer, insbesondere irregulären, neutralen Lamelle (8) des Gitters (4) angeordnet und ausgerichtet wird und sich bei dem elastischen Biegen an einer ersten Seite der neutralen Lamelle (8) liegende Fasern entsprechend einer dort vorherrschenden Streckung der Zellen des Gitters (4) verformen und sich an einer zweiten Seite der neutralen Lamelle (8) liegende Fasern entsprechend einer dort vorherrschenden Stauchung der Zellen des Gitters (4) verformen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das temporäre Anhaften mittels auf das Faserhalbzeug (9) wirkendem mechanischem Druck oder auf das Faserhalbzeug (9) wirkendem fluidischem Unterdruck vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei ein Schritt des Transports des gekrümmten Faservorformlings mittels des Gitters (4) im gebogenen Zustand der Lamellen (2; 3) und/oder einer zum Anhaften eingesetzten Anhafteinrichtung (6; 6A; 6B) vorgesehen ist.