SUMMA, Wolfgang (Dekan-Fischer-Str.35, Durach, 87471, DE)
WACHINGER, Georg (Am Wasen 2, Rosenheim, 83026, DE)
MEER, Thomas (Jägerweg 53, Egmating, 85658, DE)
SUMMA, Wolfgang (Dekan-Fischer-Str.35, Durach, 87471, DE)
WACHINGER, Georg (Am Wasen 2, Rosenheim, 83026, DE)
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Sandwichstruktur (200) mit einem Faltwabenkern (201), das Verfahren aufweisend die Schritte: Anbringen eines Klebstoffs in einem ersten Bereich (302) und einem zweiten
Bereich (309) der Sandwichstruktur (200); gezieltes Positionieren des Klebstoffs in dem ersten Bereich (302) der Sandwichstruktur (200) um einen Wabensteg (301) des Faltwabenkerns (201), so dass der Klebstoff an dem zweiten Bereich (309) der Sandwichstruktur (200) reduziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem ersten Bereich (302) um einen Bereich handelt, an dem der Wabensteg (301) des Kernmaterials an eine Deckschicht (202, 203) der Sandwichstruktur (200) anschließt; wobei es sich bei dem zweiten Bereich (309) um einen Bereich auf der Deckschicht (202, 203) handelt, der zwischen zwei Wabenstegen (301, 304) liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Klebstoff als trägerloser Klebefilm auf den Faltwabenkern (201) aufgebracht wird; wobei der Klebefilm nach dem Aufbringen auf den Faltwabenkern (201) an definierten Stellen (903) eingeschnitten wird, um das geziehlte Positionieren des Klebstoffs in dem ersten Bereich (302) um den Wabensteg (301, 304) zu ermöglichen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einschneiden des Klebefims mittels eines Laserstrahls erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Klebefilm nach dem Einschneiden mittels eines Heißluftstroms an dem Wabensteg (301, 304) angeschmolzen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend den Schritt:
Beimischung magentisierbarer Partikel zu dem Klebstoff vor seiner Aufbringung auf den Wabensteg (301, 304); wobei das geziehlte Positionieren des Klebstoffs in dem ersten Bereich (302) um den Wabensteg (301, 304) zumindest teilweise durch Anlegen eines Magnetfeldes erfolgt, welches auf die magentisierbaren Partikel eine Kraft ausübt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Feldverlauf des angelegten Magnetfeldes so auf einen Verlauf des
Wabenstegs (301, 304) angepasst ist, dass sich Klebstoff durch die Kraftausübung des Magnetfeldes auf die Partikel in dem ersten Bereich (302) sammelt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Magnetfeld durch einen Magneten (1101, 1102, 1103) erzeugt wird, der in eine Richtung senkrecht zu dem Wabensteg (301, 304) bewegt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend den Schritt: Perforieren des Faltwabenkerns (201) an einer Knickstelle vor dem
Aufbringen des Klebstoffs.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Perforieren durch eine Fräse oder ein Sägeblatt erfolgt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sandwichstruktur (200) zum Einsatz in einem Luftfahrzeug bestimmt ist.
12. Werkzeug (1100) zur Herstellung einer Sandwichstruktur (200) mit einem Faltwabenkern (201), das Werkzeug aufweisend: eine Vorrichtung (1101, 1102, 1103) zum Erzeugen eines Magnetfeldes zum gezielten Positionieren eines Klebstoffs in einem ersten Bereich (302) der Sandwichstruktur (200) um einen Wabensteg (301, 304) des Faltwabenkerns (201), so dass der Klebstoff an einem zweiten Bereich (309) der Sandwichstruktur (200) reduziert wird.
13. Werkzeug nach Anspruch 12, wobei ein Feldverlauf des von der Vorrichtung erzeugten Magnetfeldes so auf einen Verlauf des Wabenstegs (301, 304) angepasst ist, dass sich Klebstoff durch die Kraftausübung des Magnetfelds auf die Partikel in dem ersten Bereich (302) sammelt.
14. Werkzeug nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Vorrichtung einen stabförmigen Permanentmagneten (1101, 1102, 1103) aufweist.
15. Sandwichstruktur (200) für ein Luftfahrzeug, die mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist.
16. Luftfahrzeug mit einer Sandwichstruktur (200), die mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist. |
Klebetechnische Anbindung von Faltwabenkernen in Sandwichstrukturen
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Sandwichstrukturen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Sandwichstruktur mit einem Faltwabenkern, ein Werkzeug zur Herstellung einer Sandwichstruktur mit einem Faltwabenkern, eine Sandwichstruktur für ein Luftfahrzeug und ein Luftfahrzeug mit einer Sandwichstruktur.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Für Sandwichstrukturen werden derzeit vorrangig honigwabenförmige Kerne verwendet, sog. Honeycomb Kerne. Diese weisen in Dickenrichtung, also in Richtung der Zellöffnung 104 (siehe Fig. 1), eine offene Struktur auf. Sandwichstrukturen, welche honigwabenförmige Kerne verwenden, sind in der Regel aufwändig in der Herstellung und somit teuer.
Eine Alternative bieten sog. Faltwaben. Diese Faltwaben sind aufgrund ihres kontinuierlichen Herstellungsprozesses günstiger in der Fertigung, bieten durch veränderbare Faltgeometrien einstellbare mechanische Eigenschaften und weisen eine in eine Sandwichrichtung verlaufende Drainagefunktion auf.
Da das Kernmaterial zwar gute Zugeigenschaften in Richtung der Faserorientierung aber weniger gute Eigenschaften quer zur Faserorientierung (sog. Normalspannung) aufweist, kann die Faltwabenstruktur bei einer entsprechend hohen Normalspannung delaminieren. Da eine Klebung von Faltwaben nur einseitig am Kern wirkt, treten sehr hohe Anteile an Normalkräften auf, was die Festigkeit und Stabilität der Anbindung der Faltwabe an die äußeren Laminatschichten oft schwächt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Sandwichstruktur mit einem Faltwabenkern bereitzustellen.
Es sind ein Verfahren zur Herstellung einer Sandwichstruktur mit einem Faltwabenkern, ein Werkzeug zur Herstellung einer Sandwichstruktur mit einem Faltwabenkern, eine Sandwichstruktur für ein Luftfahrzeug und ein Luftfahrzeug mit einer Sandwichstruktur gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche angegeben. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen gleichermaßen das Herstellungsverfahren, das Werkzeug, die Sandwichstruktur und das Luftfahrzeug.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Sandwichstruktur mit einem Faltwabenkern angegeben, bei dem ein Klebstoff in einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich der Sandwichstruktur angebracht wird. Beispielsweise wird der Klebstoff auf einen Wabensteg des Faltwabenkerns aufgebracht. Der Klebstoff wird danach in dem ersten Bereich der Sandwichstruktur um den Wabensteg des Faltwabenkerns positioniert, so dass der Klebstoff an dem zweiten Bereich der Sandwichstruktur reduziert wird.
In anderen Worten wird der Klebstoff in einem ersten Schritt zumindest auf den Außenflächen der Wabenstege (die später mit dem Laminatmaterial in Verbindung steht) und den dazwischen liegenden Bereichen des Faltwabenkerns verteilt und dann in einem zweiten Schritt umverteilt bzw. gezielt positioniert, so dass sich der Klebstoff schwerpunktmäßig dort sammelt, wo er tatsächlich am ehesten benötigt
wird. Von den Stellen, an denen er nicht benötigt wird, wird er hingegen abgezogen bzw. entfernt.
Auch kann der Klebstoff auf die Innenseite des Laminatmaterials aufgetragen werden, bevor das Laminatmaterial mit dem Faltwabenkern verbunden wird.
Dies kann letztendlich zu einer Gewichtsreduktion der fertigen Sandwichstruktur führen, da die Verwendung unnötigen Klebstoffs vermieden wird.
Durch die Ansammlung des Klebstoffs an den Stegen des Kernmaterials wird die Festigkeit der Sandwichstruktur erhöht, wobei die verwendete Klebstoff- bzw. Materialmenge optimal ausgenutzt wird.
Indem der Klebstoff an den übergängen zwischen den Wabenstegen und dem Laminat gesammelt wird, entstehen Hinterschneidungen, die zu einem Formschluss führen. Hierdurch kann die Anbindung des Faltwabenkerns an die Deckhaut (Laminat) verbessert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei dem ersten Bereich um einen Bereich, an dem der Wabensteg des Kernmaterials an eine Deckschicht der Sandwichstruktur anschließt. Bei dem zweiten Bereich handelt es sich um einen Bereich auf der Deckschicht, der zwischen zwei Wabenstegen liegt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Klebstoff als trägerloser Klebefilm auf dem Faltwabenkern aufgebracht, wobei der Klebefilm nach dem Aufbringen auf den Faltwabenkern an definierten Stellen eingeschnitten wird, um das gezielte Positionieren des Klebstoffs in dem ersten Bereich um den Wabensteg zu ermöglichen.
Das Aufbringen des Klebefilms erfolgt beispielsweise durch eine Rolle, die den Klebefilm gegen die Wabenstege des Faltwabenkerns drückt. Durch das Einschneiden des Klebefilms an ausgewählten Stellen wird erreicht, dass sich der Klebefilm an die Wabenstege schmiegen kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Einschneiden des Klebefilms mittels eines Laserstrahls oder mittels einer Klinge.
Das Schneiden mit einem Laserstrahl bietet den Vorteil, dass das Schneidwerkzeug nicht geschliffen werden muss und dass sehr feine Schnitte durchführbar sind. Weiterhin kann die Steuerung des Lasers programmiert werden, so dass unterschiedliche Schnitte, je nach verwendeter Faltwabenstruktur, erzeugt werden können.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Klebefilm nach dem Einschneiden mittels eines Heißluftstroms an dem Wabensteg angeschmolzen. Durch den Heißluftstrom kann erreicht werden, dass die nach den Einschnitten losen Bereiche des Klebefilms in die gewünschte Richtung umklappen und sich so an den Wabenstegen anschmiegen. Daraufhin kann beispielsweise der Faltwabenkern gewendet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dem Klebstoff vor seiner Aufbringung auf den Wabensteg (bzw. auf des Laminat) ein Pulver aus magnetisierbaren Partikeln beigemischt. Die gezielte Positionierung des Klebstoffs in dem ersten Bereich um den Wabensteg erfolgt dann zumindest teilweise durch Anlegen eines Magnetfeldes, welche auf die magnetisierbaren Partikel eine Kraft ausübt.
Handelt es sich bei dem Klebstoff um einen fließenden Klebstoff, kann das Fließen des Klebstoffs durch das Magnetfeld beeinflusst werden. Handelt es sich bei dem Klebstoff um einen Klebefilm, kann das Umklappen der losen Bereiche des Klebefilms nach dem Einschneiden durch das Magnetfeld gesteuert werden. In diesem Fall ist kein Heißluftstrom erforderlich. Vielmehr reicht eine Erwärmung aus, um den Klebefilm an den Stegen aufzuschmelzen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Feldverlauf des angelegten Magnetfeldes so auf einen Verlauf des Wabenstegs angepasst, dass sich Klebstoff durch die Kraftausübung des Magnetfelds auf die Partikel in dem ersten Bereich sammelt.
Hierbei kann es sich beispielsweise um ein statisches Magnetfeld handeln, dessen Magnetfeldlinien entsprechend ausgebildet sind, so dass die Partikel (zusammen mit dem Klebstoff) zum ersten Bereich wandern.
Auch kann es sich bei dem Magnetfeld um ein dynamisches Magnetfeld handeln, welches beispielsweise elektrisch verändert wird, um die Partikel zu den Stegen hinzulenken.
Beispielsweise kann das Magnetfeld auch durch einen Magneten oder eine Anordnung von Magneten (beispielsweise Permanentmagneten) erzeugt werden, wobei der Magnet (bzw. die Magnete) in eine Richtung senkrecht zu dem Wabensteg bewegt wird.
Auf diese Weise nimmt der Magnet die Partikel und somit den Klebstoff mit, so dass ein Klebstofftransport zum Wabensteg hin stattfindet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Faltwabenkern an einer Knickstelle vor dem Aufbringen des Klebstoffs perforiert.
Diese Perforation erfolgt beispielsweise mittels einer Fräse oder einem Sägeblatt. Auch kann die Perforation mittels eines Lasers erfolgen.
Wird nun der Klebstoff auf den Stegen des Faltwabenkerns aufgebracht, kann er durch die so entstandenen Löcher fließen, um sich in ausgewählten Bereichen zu sammeln.
Auf diese Weise kann die Stabilität der fertigen Sandwichstruktur weiter erhöht werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Werkzeug zur Herstellung einer Sandwichstruktur mit einem Faltwabenkern angegeben, welches eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds zum gezielten Positionieren eines Klebstoffs in einem ersten Bereich der Sandwichstruktur um einen Wabensteg des Faltwabenkerns aufweist. Die Positionierung erfolgt dabei so, dass der Klebstoff in einem zweiten Bereich der Sandwichstruktur reduziert wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Feldverlauf des von der Vorrichtung erzeugten Magnetfelds an den Verlauf des Wabenstegs angepasst, so dass sich der Klebstoff automatisch in dem ersten Bereich sammelt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung zumindest einen stabförmigen Permanentmagneten auf.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Sandwichstruktur für ein Luftfahrzeug angegeben, wobei die Sandwichstruktur mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Luftfahrzeug mit einer oben beschriebenen Sandwichstruktur angegeben, die mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Sandwichstruktur mit einem wabenförmigen Kern.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sandwichstruktur mit einem Faltwabenkern gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung der Sandwichstruktur der Fig. 2.
Fig. 4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung der Sandwichstruktur der Fig. 1.
Fig. 5 zeigt die Klebelinie eines Wabenkerns.
Fig. 6 zeigt die Klebelinie einer Faltwabe.
Fig. 7 zeigt ein Schliffbild einer Klebenahtausbüdung an einem Wabenkern.
Fig. 8 zeigt einen Arbeitsschritt eines Retikulationsverfahrens bei Wabenkernen.
Fig. 9 zeigt eine Darstellung eines eingeschnittenen Klebefilms vor dem
Aufschmelzen mit einem Heißluftfilm gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 10 zeigt eine Klebstoffansammlung an den Wabenstegen einer Faltwabe nach dem Härten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 11 zeigt ein Werkzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 12a zeigt eine Klebstoffansammlung, die durch das Werkzeug der Fig. 11 hervorgerufen ist. Fig. 12b zeigt eine weitere Klebstoffansammlung, die durch das Werkzeug der
Fig. 11 hervorgerufen ist.
Fig. 13 zeigt eine durch Fräsen hergestellte Perforation an den Wabenstegen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 14 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. ISzeigt ein Flugzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFüHRUNGSBEISPIELEN
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
In der folgenden Figurenbeschreibung werden für die gleichen oder ähnlichen Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Sandwichstruktur 100 mit einem bienenwabenförmigen Kern 101. Oberhalb und unterhalb des Kerns 101 sind Deckschichten 103, 102 angeordnet. Die Kernstruktur 101 und auch die
Kernstrukturen der anderen Figuren bestehen in der Regel, insbesondere für Anwendungen in der Luftfahrt, aus Aramidfasern (Papier) und einer Phenolharzimprägnierung. Der Aufbau lässt durch seine in Dickenrichtung offene Struktur 104 keine Drainagefunktion innerhalb des geschlossenen Sandwichs zu.
Fig. 2 zeigt eine Sandwichstruktur 200 mit einer Faltwabe 201. Der Pfeil 204 zeigt die Richtung der Zellöffnung. Auch hier sind oberhalb und unterhalb der Faltwabe
201 Deckschichten 203, 202 vorgesehen, um die Sandwichstruktur auszubilden. Der in Dickenrichtung geschlossene Aufbau (Drainagefunktion in Richtung 204) lässt dem Klebstoff je Seite nur einen einseitigen Zugang zum Kernmaterial, welches in Fig. 3 mit den Bezugszeichen 302, 303, 306 und 307bezeichnet ist.
Fig. 3 zeigt die Stege 301, 304 einer Faltwabe, die zwischen den Laminatschichten
202 und 203 angeordnet sind. Die Lamiatschichten 202, 203 sind an ihren Innenseiten 309, 310 mit Klebstoff benetzt. Die Faltwabe ist nur an ihrer jeweiligen Außenseite mit Klebstoff benetzt. So ist die Faltwabe an der Oberseite nur in den Bereichen 302, 303 benetzt, nicht aber im Bereich 305. Dementsprechend ist die
Faltwabe an ihrer Unterseite nur in den Bereichen 306, 307 benetzt, nicht aber im Bereich 308.
Die einersteits einseitige Belastung und der damit verbundene hohe Anteil an Normalkräften, die bei einer solchen Sandwichstruktur auftreten können, kann zu einem Versagen der Bindung zwischen dem Phenolharz und dem Aramidpapier führen.
Fig. 4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Sandwichstruktur mit einer Honeycomb Wabe. Die Stege 401, 404 der Honeycomb Wabe sind an beiden Seiten mit Klebstoff 402, 403, 405, 406 benetzt.
Fig. 5 zeigt eine Klebelinie einer Honeycomb Wabe.
Fig. 6 zeigt die Klebelinien 601, 602, 603 einer Faltwabe vergleichbarer Zellweite.
Verglichen mit einer Sandwichstruktur mit Honigwabenkern fallen die Oberflächen der vorhandenen Klebelinien bei den Faltwaben deutlich geringer aus als bei den normalen Honigwaben (Honeycomb Waben) mit vergleichbarer Zellweite (siehe Fig. 5 und Fig. 6). Nur entlang der vorhandenen Klebelinien ist überhaupt ein Kontakt zwischen dem Kernmaterial und den Deckschichten 202, 203 mit der Klebeschicht möglich.
Wie aus dem Vergleich der Fig. 5 und 6 deutlich wird, ist die Fläche bzw. die Länge der Klebelinien der Faltwabe deutlich geringer als die der Honeycomb Wabe.
Um die Stabilität der Sandwichstruktur zu erhöhen, kann die Kehlnaht bei den Faltwaben stärker ausgeprägt werden, so dass die Klebefläche so weit vergrößert wird, dass die Kräfte besser in den Kern eingeleitet werden können.
Fig. 7 zeigt ein Schliffbild einer Kehlnahtausbildung an einem Wabenkern. Es ist der Wabensteg 401 zu sehen, der in dem Klebefilm 701 mittels Kehlnat 402 eingebettet ist. Im Allgemeinen ist ein Klebefilm 701 mit einem Trägermaterial vorgesehen. Die Kehlnat 402 sorgt für eine Anbindung des Wabenstegs 401 an das Laminat 102. Das Bezugszeichen 702 zeigt die Einbettmasse, die zur Probenpräparation verwendet wurde.
Die für Sandwichbauteile überwiegend verwendeten Klebstofftypen sind heißhärtende Filme mit einem Trägermaterial (z. B. Polyamidgewebe). Solche Klebstofffilme bieten die Möglichkeit, die Klebstoffmenge über die gesamte Bauteilfläche konstant zu halten und somit überall ausreichend Klebstoff zur
Verfügung zu stellen. Benetzte Flächen zwischen den Stegen sind dabei oft unnützes Zusatzgewicht und werden nicht benötigt. Dies kommt besonders bei den Faltwaben zum Tragen, da hier die betroffenen Flächen zwischen den Stegen noch größer sind als bei Honigwabestrukturen.
Um bei Honeycombs, wie in Fig. 8 dargestellt, eine gewünschte Verteilung des Klebstoffs auf den Wabenstegen zu erreichen, können trägerlose Klebefilme verwendet werden, woraufhin dann ein sog. Retikulationsverfahren durchgeführt wird. Hierzu wird ein Heißluftstrom durch die Honigwabe geleitet. Der aufgelegte Klebefilm verflüssigt sich durch die Wärme und wird durch den Luftstrom zu einer Blase ausgebildet. Mit steigender Erwärmung werden die Wandstärken der Blase immer dünner, bis die Blase 801 zerstört wird. Anschließend legt sich der gesamte Klebstoff an die Wabenstege.
Einer der Arbeits schritte eines Retikulationsverfahrens ist in Fig. 8 gezeigt. Eine Voraussetzung für das Funktionieren dieses Verfahrens ist neben den offenen Zellen des Kernmaterials ein trägerloser Klebefilm 801, der sich aufschmelzen lässt. Aufgrund ihrer geschlossenen Struktur ist dieses Verfahren bei Faltwaben allerdings nicht anwendbar.
Die Faltwaben, die für die erfindungsgemäße Sandwichstruktur verwendet werden, können mit Hilfe eines zweiachsigen Prägepiotters (X-Y-Plotter) hergestellt werden, der die Knickkanten der Waben erzeugt. Dieses Verfahren bietet die Möglichkeit, die Faltgeometrien der Faltwaben flexibel gestalten zu können. Die Werkzeugkosten sind gering.
Auch kann der Prägepiotter dazu verwendet werden, kleine Poren in die Knickkanten mit einzuprägen (siehe Fig. 13). Diese sollen später dem Klebstoff die Möglichkeit geben, an diesen Stellen durch das Wabenmaterial zu fließen und nach dem Aushärten eine Hinterschneidung auszubilden. Ein solcher Formschluss hat Vorteile für die mechanischen Eigenschaften der Sandwichstruktur.
Wird allerdings eine Walzentechnik in die Herstellung der Sandwichstruktur mit einbezogen, kann es passieren, dass die Poren durch das Aushärten des Phenolharzes, welches immer nach dem Prägen und dem „Aufstellen" der Wabe erfolgen muss, wieder geschlossen werden.
Im Folgenden werden drei Verfahren zur Herstellung einer optimierten klebetechnischen Anbindung von Faltwabenkernen in Sandwichstrukturen beschrieben, mit deren Hilfe die Sandwichstrukturen hergestellt werden können. Die im Folgenden beschriebenen Verfahren können auch miteinander kombiniert werden.
Retikulationsverfahren für Faltwaben:
Die Sandwichstruktur mit Faltwabenkern kann durch eine Kombination aus trägerlosem Klebefilm, spezifischem Einschneiden des Klebefilms und einer Erwärmung des Klebefϊlms erzeugt werden.
Es wird hierbei ein Klebefilm auf die Faltwabenstege aufgebracht. Der Klebefilm besitzt allerdings kein Trägervlies. Bei dem Klebefilm handelt es sich beispielsweise um 3M Scotch-Weld™ AF163-2U Wt.06.
Nachdem der Klebefilm auf das Kernmaterial aufgebracht wurde und ggf. unter Zuhilfenahme von Wärme leicht angedrückt wurde (z. B. mittels eines Laminierrollers), wird der Klebefilm an bestimmten Stellen eingeschnitten. Das Einschneiden erfolgt beispielsweise entlang der Täler der Faltwabe (siehe Fig. 9). Auf diese Weise kann der Klebestoff zum Zusammenziehen gezwungen werden.
Das Einschneiden erfolgt beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Schneidwerkzeugs (beispielsweise einem Messer) oder auch mittels Laserbestrahlung. Für den weiteren Verfahrensablauf wird zwischen
Laminatoberseite und Laminatunterseite unterschieden, so dass eine obere und untere Klebestelle ausgebildet werden.
Fig. 9 zeigt eine Darstellung einer Faltwabenstruktur mit einem darauf angebrachten eingeschnittenen Klebefilm (für die Unterseite der Sandwichstruktur) vor dem
Aufschmelzen mit einem Heißluftföhn. Der Klebefilm 901 ist beispielsweise an dem Bereich 903 eingeschnitten, so dass sich lose Bereiche 902 des Klebefilms bilden, welche bisher nicht von den Stegen der Faltwabe gestützt werden.
Aufgrund der Einwirkung der Schwerkraft wird auf der späteren Unterseite der Sandwichstruktur der Klebefilm längs und quer zur Wabe eingeschnitten und mit einem Heißluftföhn oder Gebläse leicht angeschmolzen, so dass sich der Klebstoff bereits größtenteils an die Stege legen kann. Nun wird der vorbereitete Kern umgedreht und auf die untere Deckhaut (Laminat) der Sandwichstruktur aufgebracht (siehe beispielsweise Bezugszeichen 202 der Fig. 3).
Nun kann mit der oberen Klebung begonnen werden. Hierzu wird zunächst wieder die Oberseite mit einem Klebefilm bestückt und angedrückt. Nach dem erneuten Einschneiden des Films (hier sind nur die Längsschnitte nötig) ist es im Gegensatz zur Unterseite möglich unmittelbar die obere Deckhaut 203 aufzulegen, ohne dass hierfür ein Heißluftföhn verwendet werden muss, da die Schwerkraft ein Ankleben des losen Klebefilms an die obere Deckhaut verhindert. Die Härtung des Klebefilms erfolgt anschließend wieder mit standardisierten Verfahren. Hierdurch kann eine bis zu fünffach höhere Schälfestigkeit gegenüber dem geschlossenen Standardfilmklebstoff erreicht werden.
Fig. 10 zeigt die Klebstoffansammlung an den Stegen 601, 602 einer Faltwabe nach dem Härten. Wie aus Fig. 10 ersichtlich, hat sich der Klebstofffilm an den Seitenrändern 1001, 1002 der Stege angeschmiegt.
Magnetisierbarer Klebstoff:
Eine weitere Möglichkeit den Klebstoff an die Wabenstege zu positionieren besteht darin, Magnetfelder zu verwenden. Hierzu werden dem Klebstoff magnetische Partikel beispielsweise in Form von sog. Nanoferriten beigemischt, die den Klebstoff magnetisierbar machen. Bei den Nanoferriten kann es sich um MagSilica Partikel der
Fa. Degussa handeln. Es sind aber auch andere Partikel von anderen Herstellern verwendbar.
Um eine ausreichende Magnetisierbarkeit zu erreichen, sind dem Klebstoff zwei bis fünfzehn Gewichtsprozent beigemischt. Das Gewichtsverhältnis hängt beispielsweise von der Viskosität des Klebstoffs ab. Je dünnflüssiger ein Harz (Klebstoff) ist, desto weniger Nanoferrite sind notwendig, um den Klebstoff zu bewegen. Mit steigendem Ferritanteil steigen auch die auf den Klebstoff einwirkenden Kräfte. Zudem hat der Füllstoffanteil auch einen Einfluss auf die Viskosität. Die Viskosität steigt ebenfalls mit dem Anteil des Füllstoffs. Je nach Anwendungsfall werden andere
Gewichtsprozente der Partikel beigemischt, um ein Optimum aus steigender Kraft und sinkender Beweglichkeit (also steigender Viskosität) einzustellen.
Der so vorbereitete Klebstoff kann nun gleichmäßig auf die Deckhaut aufgebracht werden. Dies kann mittels Walzen oder Rakeln geschehen. Nach dem Auflegen der Faltwaben wird ein spezielles Werkzeug zum Verteilen des Klebstoffs eingesetzt.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung des Werkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Werkzeug 1100 umfasst Magnetbahnen 1101, 1102, 1103, die entsprechend der Zickzackform der Knickstellen der Faltwabe (siehe Fig. 6) angeordnet sind. Die Magnetbahnen werden beispielsweise jeweils durch die Pole eines entsprechenden Stabmagneten ausgebildet. Wird nun das Sandwichbauteil auf dem Werkzeug platziert und dabei das Werkzeug so ausgerichtet, dass die magnetischen Feldlinien an den Knickstellen wirken können, kann der Klebstoff an den Knickstellen angesammelt werden, wo er auch benötigt wird. Weiterhin weist das Werkzeug einen Rahmen mit einem Haltebereich 1104 auf, der zum Führen des Werkzeugs dient.
In anderen Worten wird der Klebstoff durch das Magnetfeld transportiert. Die Magnetfelder können dabei durch einen oder mehrere Permanentmagnete oder auch durch einen Elektromagneten (oder eine Kombination aus Permanent- und Elektromagneten) erzeugt werden.
In einer einfachen Ausführungsform weist das Werkzeug lediglich einen einzigen linienförmigen Magneten oder Stabmagneten auf, der unter der Sandwichstruktur entlanggezogen wird. Beispielsweise ist der Magnet parallel zur Drainagerichtung (siehe Pfeil 204 der Fig. 2) ausgerichtet und wird senkrecht zur Drainagerichtung bewegt. Durch das Bewegen des Magneten wird der Klebstoff entsprechend den Feldlinien angesammelt und mitgezogen. Beim Auftreffen auf den durchgehenden Wabensteg verbleibt der Klebstoff an der Auftreffstelle, so dass sich dann eine Kehlnaht ausbildet. Auf der anderen Seite des Steges beginnt der Vorgang von neuem.
Auf diese Weise kann beispielsweise eine Anreicherung von Klebstoff an jeweils einer Seite der Stege erfolgen. Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Herstellung von Halbzeugen in einem kontinuierlichen Herstellungsprozess.
Die Fig. 12a und 12b zeigen Klebstoffansammlungen 1201 und 1202, welche durch die magnetischen Kräfte eines solchen Werkzeugs entstanden sind.
Perforierte Wabenstege:
Insbesondere dieses Verfahren kann mit den beiden zuvor genannten Verfahren kombiniert werden. Es wird mit einem Fräser, der einen Durchmesser von beispielsweise 0,5 bis 1 mm aufweist, eine Perforation in die Knickstelle der Faltwabe eingebracht.
Fig. 13 zeigt eine solche durch Fräsen hergestellte Perforation an den Wabenstegen 601. Die Wabenstege 601 weisen an ihren Ober- und Unterseiten Perforationslöcher 1301, 1302 oder Perforationsschlitze auf.
Der gleiche Effekt kann durch ein Sägeblatt mit entsprechender Dicke erzielt werden. Abhängig von der Viskosität des Klebstoffs, der Tiefe und der Breite der Einfräsung bildet sich nach dem Aushärten des Klebstoffs eine Hinterschneidung. Ein so erzeugter Formschluss, ähnlich eines Reißverschlusses, kann die Festigkeit der fertigen Sandwichstruktur deutlich erhöhen.
Fig. 14 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Schritt 1 wird Klebstoff auf den Wabenstegen eines Faltwabenkerns aufgebracht. In Schritt 2 wird der Klebstoff in den Bereichen, an denen die Wabenstege die Laminatdeckschichten berühren, gesammelt und aus den Bereichen, in denen er nicht benötigt wird, entfernt.
In Schritt 3 wird der Klebstoff dann ausgehärtet.
Das gezielte Positionieren des Klebstoffs nach dem Aufbringen erfolgt beispielsweise durch eine Kombination aus magnetischer Kraftausübung auf in Klebstoff enthaltene Partikel und der Führung des angesammelten Klebstoffs durch entsprechende Perforationen.
Fig. 15 zeigt ein Luftfahrzeug 1500 mit Sandwichstrukturen gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dem Luftfahrzeug handelt es sich um ein Passagierflugzeug. Die Sandwichstrukturen 1501 sind beispielsweise zur Verstärkung des Rumpfes eingesetzt.
Ergänzend sei daraufhingewiesen, dass „umfassend" und „aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
