DE3806594C2 - Abnehmbarer oder schwenkbarer Bauteil zum Verkleiden von Öffnungen im Rumpf eines Flugzeuges sowie Verfahren zur Herstellung des Bauteiles und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen abnehmbaren oder schwenkbaren Bauteil zum Verkleiden von Öffnungen im Rumpf eines Flugzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Solche Bauteile können beispielsweise als Verkleidungen oder Servicetore für Aggregate, wie Hilfsgasturbine oder Klimaanlage Verwendung finden. Im Falle von Ausfällen und Wartung der Aggregate müssen die Verkleidungen rasch entfernbar sein. Es handelt sich dabei meist um großflächige selbsttragende Schalen, die an wenigen Stellen (z. B. Scharniere) am Rumpf befestigt und über Schnellverschlüsse untereinander oder mit dem Rumpf verschlossen sind. Diese Bauteile bestehen derzeit aus Aluminium mit einer Wandstärke von wenigen Millimetern als Außenband und zahlreichen Versteifungsrippen zur Aufnahme der Verschlußkräfte, Kräfte aus dem aerodynamischen Widerstand der Verkleidung, und von Drücken, die durch Fehlfunktion der installierten Aggregate entstehen (Brand, Explosion). Teilweise werden auch schon Verbundwerkstoffe aus leichten Kernen und Fasergurten eingesetzt. Zur Gewichtseinsparung wird die Aluminiumhaut an Stellen geringer Belastung in der Wandstärke reduziert. Dazu wird chemisches Fräsen eingesetzt oder es erfolgt ein Verkleben eines Bleches mit einem anderen Blech, das Aussparungen enthält.

Ein Flugzeugbauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist durch die US-PS 4 299 871 bekanntgeworden. Bei diesem Flugzeugbauteil sind Verstärkungsprofile in L-Form durch je zwei zu beiden Seiten des langen Schenkels befindliche weitere L-Profile auf einer Grundschicht angebracht. Diese Profile bestehen aus faserverstärktem Kunststofflaminat. An den Rändern der Grundschicht sind jeweils U-förmige Endrippen aufgebracht, von welchen ein Schenkel auf der Grundschicht aufliegt und deren Basis sich quer zu dieser erstreckt. Hiebei dienen zwei entgegengesetzt orientierte L-förmige Profile dazu, das Verstärkungsprofil, welches ebenfalls L-förmig ausgebildet ist, zwischen einander zu halten und dadurch mit dem Basisbauteil zu verbinden. Dazu ist beispielsweise eine Schraubverbindung vorgesehen. Zum Zeitpunkt der Konzeption der beschriebenen Konstruktion im Airbus-Bau herrschte die Meinung der Fachkreise vor, daß Profile, welche vorwiegend aus Prepregmaterial hergestellt werden, in der Ausführung als Winkelprofile einfacher herzustellen sind als U-Profile. Außerdem bestand die Meinung, daß Konstruktionen mit Winkelprofilen der beschriebenen Bauart tragfähiger sind als Konstruktionen mit U-Profilen.

Bei der bekannten Ausführung handelt es sich um eine lokale und durch das Fertigungsverfahren bedingte Verstärkung, die an einer Stelle eingesetzt ist, die aber aufgrund der Art der Belastung des Bauteiles überhaupt nicht verstärkt werden müßte. Bauteile, wie sie Gegenstände der Anmeldung und des Vorhaltes sind, werden durch Innen- oder Außendruck belastet und verformt und sind im Hinblick auf diese Belastung steifigkeitskritisch auszulegen. Bei gewichtsoptimaler Auslegung würden dabei die Hautfelder zwischen den Profilen sowie der Steg des Profiles durch Beulen versagen und diese Stellen wären daher durch zusätzliche Prepreglagen zu verstärken.

In der DE-OS 34 18 110 ist eine ausgesteifte tragende Struktur aus faserverstärktem Kunststoff beschrieben, welche aus einem Grundgelege und einem Versteifungsgelege gebildet ist.

In der DE-OS 36 14 618 ist eine Schalenstruktur aus faserverstärktem Kunststoff mit Verstärkungsstrukturen angegeben, welche Z- oder I-förmigen Querschnitt aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Bauteiles zur Verkleidung von Öffnungen, der im Vergleich zu den bekannten Verkleidungen ein wesentlich geringeres Gewicht und Korrosionsbeständigkeit aufweist, sodaß keine Wartung erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäßen U-Profile weisen gegenüber den bekannten zusammengesetzten Winkeln ein wesentlich größeres Verhältnis zwischen Steifigkeit und Gewicht auf, was insbesondere auf dem Gebiet des Flugzeugbaues ein wesentlicher Vorteil gegenüber der bekannten Lösung ist. Da jede Maßnahme zur Herabsetzung des Gewichtes der Profilzusammensetzung von eminenter Bedeutung ist, kann mit der erfindungsgemäßen Konstruktion ein dieselbe Steifigkeit wie der bekannte Bauteil aufweisender Bauteil erzielt werden, der jedoch wesentlich leichter ist.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist durch das Merkmal des Anspruches 2 gekennzeichnet.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist durch das Merkmal des Patentanspruches 3 gekennzeichnet.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist durch Anspruch 4 gekennzeichnet.

Das erste Verfahren zur Herstellung des Bauteiles gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel geht von einem Stand der Technik nach dem Oberbegriff des Anspruches 5 aus und ist erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil dieses Anspruches gekennzeichnet.

An Abschnitt 3.2.2.1 der Publikation "Glasfaserverstärkte Kunststoffe" (Herausgeber Harro Hagen), wird die allgemeine Vorgangsweise beschrieben, ein zu formendes Teil auf eine feste Matrize zu legen und durch eine Vakuumfolie bei Erzeugen eines Vakuums zwischen Folie und zu formendem Teil, letztere gegen die Matrize pressen zu lassen. Dabei ist zusätzlich eine Heizung mit Infrarotstrahlen vorgesehen. Auch bei der in der DE-OS 26 42 523 beschriebenen Herstellungsweise von Formteilen zwischen einer Negativ- und einer Bauchform ist beschrieben, daß bei weicher Bauform eine Flächenpressung vorteilhaft ist. Diese kann beispielsweise auch durch Anwendung von Unterdruck erzeugt werden.

Obwohl in diesen Entgegenhaltungen das Auflegen und Überdecken von zusätzlichen Versteifungselementen durch die Vakuumfolie nicht beschrieben ist, ist dieser Verfahrensschritt bekannt. Das erfindungsgemäße Verkleben der Vakuumfolie mit der flächigen Unterlage stellt eine bedeutend sicherere Anbringungsart für die Folie dar. Es können keine Falten entstehen, die die Herstellung des Vakuums beeinträchtigen.

Das zweite Verfahren zur Herstellung des Bauteils gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist erfindungsgemäß durch Anspruch 6 gekennzeichnet.

Das dritte Verfahren zur Herstellung des Bauteils gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel ist erfindungsgemäß durch Anspruch 7 gekennzeichnet.

Weitere für die Herstellung vorteilhafte Maßnahmen ergeben sich aus den Verfahrensschritten nach den Ansprüchen 8 und 9.

Als Kunstharz wird Epoxidharz, Phenolharz oder Polyimidharz verwendet.

Zur Durchführung des Verfahrens hat sich eine Vorrichtung nach Anspruch 10 besonders gut bewährt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt,

Fig. 2 eine zur Herstellung dienende und von einem Rahmen umschlossene Rast in schaubildlicher Darstellung,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt, und

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine flächige Unterlage, deren Form in Längs- und Querrichtung der gewünschten Form der Verkleidung angepaßt ist. Im dargestellten Beispiel verläuft die Unterlage 1 in Querrichtung eben, in Längsrichtung kann sie z. B. kreisbogenförmig sein. Auf diese Unterlage wird eine Grundschicht 2 aus faserverstärktem, aushärtbaren Kunstharz aufgelegt. Die Unterlage 1 ist mit einem geeigneten Mittel beschichtet, damit die Grundschicht 2 nicht anhaftet. Auf die Grundschicht 2 wird in Abstand zueinander eine Mehrzahl von U-Profilen 4 aufgelegt, deren Schenkel 6A den Schenkeln 6A′ eines Endprofils 4′ zugekehrt sind. Anschließend wird je ein L-Profil 5 bzw. 5′ aus faserverstärktem, aushärtbaren Kunstharz am Übergang zwischen Grundschicht 2 und dem Basisteil 6 des U-Profils 4 an der den Schenkeln 6A abgekehrten Seite des Basisteils 6 bzw. 6′ angebracht. Auf alle U- und L-Profile 4, 4′, 5, 5′ wird, wie Fig. 1 zeigt, eine Rast 14 aufgelegt, welche, wie in Fig. 2 dargestellt, aus einem Rahmen 15 mit Griffen 16 sowie zwischen den Längsseiten 17, 18 eingespannten winkelförmigen Brücken 19 besteht, wobei an die Querseiten 20, 21 Leisten 22, 23 anschließen. Im dargestellten Gebrauchszustand der Rast sitzt, wie Fig. 1 zeigt, die Rast mit ihren Leisten 22, 23 und den horizontalen Schenkeln 24 der Brücken 19 auf den oberen Schenkeln 6A, 6A′ der U-Profile 6, 6′ auf und hintergreift mit den Querleisten 20, 21 sowie den lotrechten Schenkeln 25 der Brücken 19 die L-Profile 5, 5′, sodaß die Profile, 4, 5, 4′, 5′ in ihrer Lage auf der Grundschicht 2 festgelegt sind.

Über die auf diese Weise gebildete Anordnung wird eine Vakuumfolie 7 gelegt und an den Rändern der Grundschicht 2 mit der Unterlage 1 verklebt. Der Raum zwischen der Vakuumfolie 7, der Unterlage 1, der Rast 14, der Grundschicht 2 und den Profilen 4, 5, 4′, 5′ wird anschließend evakuiert. In einem Autoklaven erfolgt dann die Aushärtung bei einer Temperatur von 120 bis 315°C, vorzugsweise 160-282°C bzw. 170-200°C, und bei einem Druck von 4 bis 10 bar, vorzugsweise 5 bar. Nach der Aushärtung werden die Vakuumfolie 7 und die Rast 14 entfernt.

In Fig. 3 bezeichnet 1, wie in Fig. 1, eine flächige Unterlage, deren Form in Längs- und Querrichtung der gewünschten Form der Verkleidung angepaßt ist. Im dargestellten Beispiel verläuft die Unterlage 1 in Querrichtung eben, in Längsrichtung kann sie z. B. kreisbogenförmig sein. Auf diese Unterlage wird eine Grundschicht 2 aus faserverstärktem, aushärtbaren Kunstharz aufgelegt. Die Unterlage 1 ist mit einem geeigneten Mittel beschichtet, damit die Grundschicht 2 nicht anhaftet. Über einen Kern 3 mit rechteckförmigem Querschnitt wird beidseitig der Schmalseiten ein U-Profil 4 aus faserverstärktem, aushärtbaren Kunstharz angebracht. Der Kern 3 besteht beispielsweise aus Aluminium und ist ebenfalls mit einem geeigneten Mittel beschichtet, damit das Profil 4 nicht anhaftet, bzw. daß der Kern 3 nachträglich entfernbar ist. Die Form des Kerns 3 ist in seiner Längsrichtung der Form der Unterlage 1 in deren Längsrichtung (senkrecht zur Zeichenebene) angepaßt. Eine Mehrzahl der auf diese Weise gebildeten Einheiten von Kern 3 samt zwei U-Profilen 4 wird in Abstand zueinander auf die Grundschicht 2 aufgelegt. Anschließend wird je ein L-Profil 5 aus faserverstärktem, aushärtbaren Kunstharz am Übergang zwischen Grundschicht 2 und dem Basisteil 6 des U-Profils 4 angebracht. Über die auf diese Weise gebildete Anordnung wird eine Vakuumfolie 7 gelegt und an den Rändern der Grundschicht 2 mit der Unterlage 1 verklebt. Der Raum zwischen der Vakuumfolie 7 und der Unterlage 1 wird anschließend evakuiert. In einem Autoklaven erfolgt dann wiederum die Aushärtung bei einer Temperatur von 120 bis 315°C, vorzugsweise 160-282°C bzw. 170-200°C und bei einem Druck von 4 bis 10 bar, vorzugsweise 5 bar. Nach der Aushärtung werden die Vakuumfolie 7 und die Kerne 3 entfernt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, kann der ausgehärtete fertige Bauteil nach Fig. 3 (oder Fig. 1) mit einer Deckschicht 8 aus faserverstärktem, aushärtbaren Kunstharz versehen werden. Zuerst wird in den Raum zwischen den U-Profilen 4 je ein Gummisack 9 mit einem Einlaßstutzen 10 eingelegt, der am Ende des Bauteils herausragt. Anschließend wird die Deckschicht 8 auf die frei stehenden Schenkel 11 der U-Profile 4 aufgelegt. Über die gesamte Anordnung wird nun eine Vakuumfolie 12 in Form eines Sackes gestülpt, wobei die Einlaßstutzen 10 aus der Vakuumfolie 12 herausragen und mit dieser an der Übergangsstelle 13 luftdicht verklebt werden. Der Raum zwischen der Vakuumfolie 12 und den Gummisäcken 9 wird nun evakuiert und im Autoklaven erfolgt die Aushärtung der Deckschicht 8 bei den oben genannten Temperaturen und Drücken, wobei über die Einlaßstutzen 10 ein Druckausgleich stattfindet. Nach dem Aushärten werden die Vakuumfolie 12 und die Gummisäcke 9 entfernt.

Claims (10)

1. Abnehmbarer oder schwenkbarer Bauteil zum Verkleiden von Öffnungen im Rumpf eines Flugzeuges, wobei der Bauteil aus einer Grundschicht besteht, auf der in Abstand zueinander eine Mehrzahl von parallel zueinander liegenden Profilen aus faserverstärktem, ausgehärtetem Kunstharz angebracht sind, deren Basisteil quer zur Grundschicht verläuft, wobei die Endprofile als U-Profile ausgebildet sind und am Übergang zwischen Grundschicht und Basisteil der zwischen den Endprofilen gelegenen Profile jeweils ein L-Profil angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß alle Profile als U-Profile (4, 4′) ausgebildet sind, deren ein Schenkel an der Grundschicht (2) anliegt, daß das L-Profil (5) auf der dem Schenkel abgewandten Seite aller U-Profile (4, 4′) angebracht sind, und daß die Schenkel der endseitigen U-Profile (4′) einander zugekehrt sind.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel zumindest einiger aufeinanderfolgender U-Profile (4, 4′) den Schenkeln (6A′) eines Endprofiles (4′) zugekehrt sind (Fig. 1).

3. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel benachbarter U-Profile (4) einander zugewandt sind (Fig. 3, 4).

4. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den freistehenden Schenkel (11) der U-Profile (4) eine Deckschicht (8) angebracht ist, die aus faserverstärktem ausgehärtetem Kunstharz besteht (Fig. 4).

5. Verfahren zur Herstellung des Bauteiles nach Anspruch 1 und 2, wobei die Grundschicht auf eine flächige Unterlage aufgelegt wird, deren Form in Längs- und Querrichtung der gewünschten Form der Verkleidung für die Öffnung entspricht, und die U-Profile auf die Grundschicht aufgelegt werden und anschließend die L-Profile auf die den Schenkeln abgekehrte Seite des Basisteiles zumindest der inneren U-Profile angebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf die U-Profile eine diese mit den L-Profilen zusammenhaltende, von einem Rahmen umschlossene Rast aufgelegt wird, in an sich bekannter Weise eine Vakuumfolie über die auf diese Weise gebildete Anordnung gelegt und an den Rändern der Grundschicht mit der flächigen Unterlage verklebt wird, worauf, wie ebenfalls bekannt, der Raum zwischen Vakuumfolie und flächiger Unterlage evakuiert und eine Aushärtung bei erhöhter Temperatur und Druck erfolgt und anschließend die Vakuumfolie und die Rast entfernt werden.

6. Verfahren zur Herstellung des Bauteiles nach Anspruch 1, wobei die Grundschicht auf eine flächige Unterlage aufgelegt wird, deren Form in Längs- und Querrichtung der gewünschten Form der Verkleidung für die Öffnung entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen nachträglich entfernbaren an sich bekannten Kern mit rechteckförmigem Querschnitt beidseitig der Schmalseiten des Kernes die U-Profile angebracht werden und die Einheit U-Profile samt Kern auf die Grundschicht aufgelegt wird, wobei der Kern der Form der flächigen Unterlage in Längsrichtung angepaßt ist, daß anschließend die L-Profile beidseitig der U-Profile angebracht werden, daß in an sich bekannter Weise eine Vakuumfolie über die auf diese Weise gebildete Anordnung gelegt und an den Rändern der Grundschicht mit der flächigen Unterlage verklebt wird, worauf der Raum zwischen Vakuumfolie und flächiger Unterlage evakuiert und in an sich bekannter Weise eine Aushärtung bei erhöhter Temperatur und Druck erfolgt und anschließend die Vakuumfolie und die Kerne entfernt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Herstellung des Bauteiles in den Raum zwischen den U-Profilen jeweils ein in sich geschlossener Gummisack mit einem Einlaßstutzen eingelegt wird, daß eine Deckschicht aus faserverstärktem, aushärtbarem Kunstharz auf die frei stehenden Schenkel der U-Profile aufgelegt und über die gesamte Anordnung in an sich bekannter Weise eine Vakuumfolie in Form eines Sackes gestülpt wird, wobei die Einlaßstutzen aus der Vakuumfolie herausragen und mit dieser an der Übergangsstelle luftdicht verklebt werden, worauf der Raum zwischen Vakuumfolie und den Gummisäcken evakuiert und eine Aushärtung der Deckschicht bei erhöhter Temperatur und Druck erfolgt und anschließend die Vakuumfolie und Gummisäcke entfernt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushärtung bei einer Temperatur von 120 bis 315°C, vorzugsweise 160 bis 282°C bzw. 170 bis 200°C erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Aushärten bei einem Druck von 4 bis 10 bar, vorzugsweise 5 bar, erfolgt.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, umfassend eine flächige Unterlage zum Auflegen der Grundschicht, und ein die aufgelegten Profile festlegendes Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug als Rast (14) ausgebildet ist, welche aus einem Rahmen (15) mit Griffen (16) sowie zwischen den Längsseiten (17, 18) eingespannten winkelförmigen Brücken (19) besteht, wobei an die Querseiten (20, 21) Leisten (22, 23) anschließen und die mit ihren Leisten (22, 23) und den horizontalen Schenkeln (24) der Brücken (19) auf den oberen Schenkeln (6A, 6A′) der U-Profile (6, 6′) aufsitzt und mit den Querleisten (20, 21) sowie den lotrechten Schenkeln (25) der Brücken (19) der L-Profile (5, 5′) hintergreift.