Speziell in der Luft-und Raumfahrttechnik werden häufig sogenannte Strukturbauteile bzw.

Integralbauteile eingesetzt, die-meist einseitig, unter Umständen jedoch auch beidseitig- parallel zueinander verlaufende Rippen aufweisen, während die eventuell nicht mit Rippen versehene Seite eben ist. Falls sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung des Bauteils Rippen vorhanden sind, die ungefähr senkrecht zueinander verlaufen, erhält das Bauteil eine Kassettenstruktur. Um derartige Bauteile zu krümmen, müssen aufwendige Verfahren angewandt werden, da die Rippen-insbesondere wenn sie parallel zur Krümmungsrichtung verlaufen-einen erheblichen Umformwiderstand darstellen.

Umformverfahren der eingangs beschriebenen Art werden in der Luft-und Raumfahrttechnik bereits seit langer Zeit zur Krümmung von großflächigen Bauteilen, etwa von Tragflächen oder Rumpfschalen, angewendet. Bei der Umformung von Strukturbauteilen kommen hauptsächlich Strahlmittel mit einem Partikeldurchmesser von bis zu 2-4 mm zum Einsatz.

Während das Strahlmittel zur großflächigen Bearbeitung der Bauteile mit Hilfe von Schleuderrädern aufgebracht wird, werden zur örtlich begrenzten Umformung Handstrahlanlagen eingesetzt. Diese Handstrahlanlagen werden auch zum Krümmen von Rippen verwendet. Um aufgrund der Strahlgeometrie und des Strahldurchmessers die üblicherweise flachen Rippen gezielt verformen zu können, werden die zu bearbeitenden Rippen partiell mit einer Maske abgedeckt, damit in den umzuformenden Rippenbereichen der gewünschte Dehnungsgradient erzielt wird. Zur Abdeckung der nicht zu beaufschlagenden Flächenabschnitte der Rippen wird Gummi oder ein anders stoßabsorbierendes Material eingesetzt. Die Abdeckung der Rippen erfordert einen sehr großen Aufwand, insbesondere wenn mehrere Masken angefertigt werden müssen.

Als Alternative zu dem vorbeschriebenen Kugelstrahlverfahren ist aus dem Stand der Technik das sogenannte Zangenverfahren (Eckhold-Verfahren) bekannt. Bei diesen Verfahren packt eine Zange mit einer Art Klammergriff die Rippe mit zwei beabstandeten Greifbacken an zwei benachbarten Stellen. Durch eine kurze Bewegung der beiden Greifbacken voneinander weg oder aufeinander zu, wird die Rippe entweder lokal gedehnt oder gestaucht. Durch wiederholte Anwendung entlang der Längserstreckung der Rippe können kontinuierliche konvexe oder konkave Krümmungen erzeugt werde. Die Krümmung kann durch den Zangenhub und die Anzahl der Wiederholungen dieser Anwendungen beeinflußt werden.

Auch wenn derartige Zangenverfahren automatisierbar sind, ist es als Nachteil anzusehen, daß aufgrund der geringen Dehnungen pro Zangenhub der Umformvorgang eine sehr große Zeit erfordert. Trotz der grundsätzlich möglichen Automation erfordert die Durchführung dieser Zangenverfahren vom Bediener viel Erfahrung, insbesondere wegen der Knickgefahr und des Rückfederungsverhaltens der Rippen.

Allgemein bekannt sind ferner auch sogenannte Kriechumformverfahren (Age creep forming) für Strukturbauteile. Das Bauteil wird in diesem Fall durch spanende, insbesondere durch Fräsbearbeitung zunächst in einer ebenen Gestalt hergestellt. Anschließend wird das Bauteil in eine Form eingelegt, die die Außenkonturen des fertigen Bauteils aufweist. Unter Einfluß von Druck und Temperatur wird das Bauteil an die Form angepaßt. Dieser Umformungsprozeß dauert in der Regel mehrere Stunden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß für jede Geometrie spezielle Formen angefertigt werden müssen. Außerdem ist es erforderlich, die Parameter, Temperatur, Druck und Zeit für jedes Bauteil separat zu ermitteln.

Außerdem scheidet die Anwendung des Kriechumformverfahrens für Werkstoffe aus, die für die dabei vorgenommene Wärmebehandlung nicht geeignet sind. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, das Bauteil in der Form um ein gewisses Maß zu überdehnen, um die Rückfederung nach Entfernung des Bauteils aus der Form zu kompensieren, damit die exakte gewünschte Bauteilgeometrie vorliegt.

Zum Stand der Technik zählt außerdem das aus der US 4,329,862 bekannte Verfahren zur Kugelstrahlumformung von plattenförmigen Bauteilen, insbesondere von Tragflügelstrukturen. Dabei ist jedoch nicht vorgesehen, daß die mit Strahlmittel zu beaufschlagenden Tragflügelbauteile durch Rippen verstärkt sind. Die vorgenannte US- Patentschrift lehrt vielmehr, das Bauteil in einem ersten Schritt durch eine beidseitige Strahlmittelbeaufschlagung zu strecken und anschließend durch eine lediglich einseitige Strahlmittelbeaufschlagung in eine andere Richtung zu krümmen.

Schließlich besteht eine in der Praxis angewandte Methode zum Umformen von Strukturbauteilen darin, diese mit Hilfe moderner CNC-Fräsmaschinen aus Vollmaterial zu fräsen. Abgesehen von dem erheblichen Materialaufwand ist dies lediglich bei schwach gekrümmten Strukturen möglich. Der Kostenaufwand für das in großer Dicke bereitzustellende Rohmaterial ist erheblich. Daher ist dieses Verfahren-insbesondere für großflächige Bauteile-nur in sehr wenigen Fällen wirtschaftlich einsetzbar. Außerdem resultieren auch aus der spanenden Bearbeitung starke Rückfederungseffekte im fertigen Bauteil, die dessen Maßhaltigkeit beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Umformen von Strukturbauteilen vorzuschlagen, mit dem sich auf zuverlässige und kostengünstige Weise unterschiedlichste Geometrien an den fertig bearbeiteten Bauteilen realisieren lassen.

Ausgehend von dem Umformverfahren der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf gegenüberliegenden Längsseiten jeweils einer Rippe angeordnete, sich gegenüberliegende Oberflächenbereiche der Rippen gleichzeitig mit Partikeln des Strahlmittels beaufschlagt werden.

Da die beaufschlagten Oberflächenbereiche sich direkt gegenüber liegen, wird eine Verwerfung bzw. ein Verzug der Rippe in Richtung quer zu ihrer Längserstreckung sicher verhindert. Ein derartiger Verzug ist insbesondere dann zu befürchten wenn eine Rippe-wie beim Handstrahlverfahren nach dem Stand der Technik-lediglich einseitig mit Strahlmittel beaufschlagt wird. Zum anderen wird durch das gleichzeitig von beiden Seiten her auf die Rippenoberfläche auftreffende Strahlmittel die Wirksamkeit jedes einzelnen Partikeltreffers erhöht. Die Energieverluste durch elastische Materialverformungen sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren minimiert. Je nach dem, in welcher Höhe der Rippe-bezogen auf den Grundkörper-die beidseitige Strahlmittelbeaufschlagung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt, lassen sich sowohl konvexe als auch konkave Krümmungen des so behandelten Strukturbauteils erzielen. Die Stärke des Krümmungsradius wird dabei durch die Größe und Geschwindigkeit der Partikel des Strahlmittels sowie die Dauer der Strahlbehandlung beein-flußt. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Umformung von Strukturbauteilen ausschließlich durch Beaufschlagung der Rippen erfolgen kann, so daß auf eine zusätzliche Behandlung des Grundkörpers verzichtet werden kann. Eine Automatisierung des vorgeschlagenen Verfahrens ist gleichfalls möglich, insbesondere wenn die Geometrie des behandelten Strukturbauteils Online gemessen und in einer Regelstrategie zur Steuerung des Verfahrens einbezogen wird.

Nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann entweder ein an einen Rippenfuß angrenzender Längsstreifen der Rippe oder ein an einen Rippenkopf angrenzender Längsstreifen der Rippe mit Partikeln des Strahlmittels beaufschlagt werden, wobei die Breite der Längsstreifen maximal der Höhe der Rippen entsprechen kann.

Im vorstehend zuerst genannten Fall werden die Längs-und/oder Querrippen des Bauteils im Fußbereich durch die Strahlmittelbeaufschlagung verlängert. Hieraus ergibt sich eine konkave Krümmung des Bauteils, wobei der Begriff konkav auf die mit den Rippen versehene Seite des plattenförmigen Grundkörpers bezogen ist.

Im alternativen Fall wird eine konvexe Krümmung des Bauteils durch eine Verlängerung der Längs-und/oder Querrippen im Kopfbereich, d. h. in der Nähe ihrer Längsrichtung verlaufenden Stirnseite, erzielt.

Wird das erfindungsgemäße Verfahren bei Strukturbauteilen mit einer Kassettenstruktur, d. h. mit sich kreuzenden Längs-und Querrippen, angewendet, so lassen sich sowohl einachsige als auch mehrachsige Bauteilkrümmungen und Abwicklungen erzeugen. Werden beispielsweise die Längsrippen im Fußbereich verlängert, wohingegen die Querrippen im Kopfbereich verlängert werden, ergibt sich eine Kombination aus konkaver und konvexer Krümmung des Bauteils, wodurch eine sattelförmige Geometrie erzeugt wird. Bei Bauteilen die lediglich Längs-oder Querrippen aufweisen, läßt sich eine sattelförmige Struktur dadurch erzielen, daß eine Krümmung quer zur Längsrichtung der Rippen durch eine Strahlmittelbehandlung des Grundkörpers in der nach dem Stand der Technik bekannten (einseitigen) Weise durchgeführt wird.

Die Erfindung weiter ausgestaltend wird vorgeschlagen, daß die Partikel des Strahlmittels einen mittleren Durchmesser von mehr als 4 mm aufweisen. Hierdurch lassen sich auch Strukturbauteile mit dickwandigen Rippen zuverlässig umformen. Großpartikel, insbesondere Großkugeln mit einem Durchmesser von mehr als 4 mm, ermöglichen eine Durchdringung der Rippe bis in eine große Tiefe.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Partikel des Strahlmittels aus gegenüberliegenden, aufeinander zugerichteten Düsen einer Strahlvorrichtung austreten, die in Längsrichtung und in Hochrichtung der Rippen verfahren wird. Hierdurch wird eine Automatisierung bei der Durchführung des Verfahrens sowie die Verwirklichung verschiedenster Geometrien ermöglicht.

Des weiteren ist es vorteilhaft, die Düsen synchron in die selbe Richtung und mit derselben Geschwindigkeit zu verfahren. Hierdurch wird sichergestellt, daß auch bei einer fortlaufenden Verlagerung des Behandlungsortes stets sich gegenüberliegende Oberflächenbereiche der Rippe beaufschlagt werden.

Eine Vorrichtung zum Umformen von Strukturbauteilen, insbesondere solchen zur Verwendung in der Luft-und Raumfahrt, wobei die Strukturbauteile einen plattenförmigen Grundkörper und rechtwinklig davon ausgehende, einstückig mit dem Grundkörper verbundene, langgestreckte und ungefähr parallel zueinander verlaufende Rippen besitzen, ermöglicht die Beaufschlagung von Oberflächenbereichen des Strukturbauteils mit Partikeln eines mit hoher Geschwindigkeit auftreffenden Strahlmittels, wodurch eine plastische Materialverformung bewirkt wird, und ist erfindungsgemäß durch mindestens zwei Düsen für einen gerichteten Austritt jeweils eines Partikelstrahls gekennzeichnet, wobei die beiden Partikelstrahlen aufeinander zugerichtet sind und die Düsen einen größeren Abstand voneinander aufweisen als die Dicke der Rippe. Vorzugsweise sind die Düsen in Zwischenräume zwischen benachbarten Rippen plazierbar, wodurch es möglich ist, die Partikelstrahlen unter einem Winkel von ca. 90° auf die Rippenoberfläche zu richten.

Mit einer derartigen Vorrichtung läßt sich das zuvor beschriebenen Umformverfahren mit vergleichsweise einfachen Mitteln ausführen. Durch die feste Zuordnung der beiden Düsen bzw. der Austrittsrichtungen der Partikelstrahlen zueinander ist stets sichergestellt, daß sich gegenüberliegende Oberflächenbereiche der Rippe beaufschlagt werden. Wenn die Düsen in Zwischenräumen zwischen benachbarten Rippen plazierbar sind, ist eine senkrechte Auf- treffrichtung der Partikel auf die zu bearbeitenden Oberflächenbereiche möglich.

Schließlich ist gemäß der Erfindung noch vorgesehen, daß die Düsen gemeinsam in Längsrichtung und Hochrichtung der Rippen verfahrbar sind, wodurch sich auch bei großen Bauteilen an unterschiedlichsten Stellen der Rippen Umformungen durchführen lassen. Es lassen sich somit eine Vielzahl von möglichen geometrischen Umformungen an dem umzuformenden Bauteil realisieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung die in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 Eine Vorrichtung zum Umformen eines Strukturbauteils mit zwei aufeinander zugerichteten Düsen ;

Fig. 2a eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Strukturbauteils ; Fig. 2b eine Seitenansicht des Bauteils gemäß Figur 2a ; Fig. 2 c wie Figur 2 b, jedoch nach Herstellung einer konvexen Krümmung ; Fig. 3 a bis 3c wie Figuren 2 a-2 c, jedoch zur Herstellung einer konkaven Krümmung ; Fig. 4 die Dehnungsverteilung in einer Rippe bei konvexer Krümmung ; Fig. 5 wie Figur 4, jedoch bei konkaver Krümmung.

Figur 1 zeigt von einer Vorrichtung zum Umformen von Strukturbauteilen lediglich zwei Düsen la und 1b, aus deren Vorderseite 2 a bzw. 2b jeweils ein sich leicht konisch erweiternder Strahl 3a/3b eines partikelförmigen Strahlmittels austritt. Die Partikel des Strahlmittels besitzen eine Kugelform und weisen einen Durchmesser von mehr als 4 mm (beispielsweise 6 mm) auf. Die Zuführung des Strahlmittels zu den Düsen 1 a und 1 b sowie die weiteren Komponenten der Strahlvorrichtung sind allgemein bekannt und daher nicht näher dargestellt.

Mit der teilweise dargestellten Umformvorrichtung wird ein Strukturbauteil 4 aus einem metallischen Material umgeformt. Dieses Strukturbauteil 4 besteht aus einem plattenförmigen, lediglich abschnittsweise dargestellten Grundkörper 5 und einer Mehrzahl von rechtwinklig davon ausgehenden, einstückig mit dem Grundkörper 5 verbundenen Rippen 6, von denen der Übersichtlichkeit halber nur eine einzige abschnittsweise dargestellt ist. Die Rippen 6 verlaufen bei dem bearbeiteten Bauteil parallel und äquidistant in einem solchen Abstand zueinander, daß die Düsen la und lb einschließlich der zugehörigen Zuführeinrichtung in den Zwischenräumen zwischen benachbarten Rippen 6 positionierbar sind. Der Abstand A zwischen den Düsen la, lb ist derart bemessen, daß die zu behandelnde Rippe 6 mit der Dicke D dazwischen anzuordnen ist und gleichzeitig noch genügend Raum zwischen den Düsen la, lb und den Rippenoberflächen verbleibt, um einen störungsfreien Abfluß des Strahlmittels zu gewährleisten.

In Figur 1 ist der Fall bei senkrecht zur Rippe 6 ausgerichteten Düsen la/lb dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, die Partikelstrahlen schräg von oben unter einem Winkel abweichend von 90° auf der Rippenoberfläche auftreffen zu lassen. Die Düsen la/lb können dann in einer Ebene oberhalb der Rippenoberseite angeordnet und verfahren werden.

Die gemeinsame Längsachse 7 beider Düsen la/lb, verläuft senkrecht zu den beiden Seitenflächen 8a und 8b der Rippe 6. Somit ist sichergestellt, daß auf den sich gegenüberliegenden Seitenflächen 8a und 8b gegenüberliegende und im wesentlichen kongruente Oberflächenbereiche von den Strahlen 3a und 3b beaufschlagt werden. Im Falle gleicher Strahlmittelintensität herrscht somit im Bereich der beaufschlagten Rippenabschnitte ein Kräftegleichgewicht, das eine Knickung oder einseitige Auslenkung der Rippe 6 verhindert.

Den Figuren 2a und 2b läßt sich ein ausschnittsweise und perspektivisch in einer Seitenansicht dargestelltes Strukturbauteil 4 entnehmen, bei dem ein von einem Rippenkopf 9 ausgehender Längsstreifen 10 der parallel zur Längserstreckung der Rippe 6 verläuft, besonders vorgehoben ist. Dieser Längsstreifen 10, dessen Breite 11 ca. 40 % der Höhe 12 der Rippe 6 ausmacht, wird mit Hilfe der Düse 2b mit Strahlmittel beaufschlagt. Entsprechend wird ein gegenüberliegender in den Figuren nicht sichtbarer Längsstreifen 10b mit gleicher Breite 11 ebenfalls mit Strahlmittel beaufschlagt, und zwar unter Zuhilfenahme der Düse 2a.

Die in Figur 1 dargestellten Düsenanordnung ist daher insgesamt, d. h. ohne daß die beiden Düsen 2a/2b ihre Position und Ausrichtung relativ zueinander ändern, in Längsrichtung der Rippe 6-beispielsweise mit konstanter Geschwindigkeit-verfahrbar.

In Figur 2 c ist dargestellt, welche Form das Strukturbauteil 4 nach einer Strahlmittelbehandlung im Bereich der Längsstreifen 10a und 10b eingenommen hat.

Aufgrund der im Bereich des Rippenkopfes 9 eintretenden Materialdehnung, d. h. einer Verlängerung des Bauteils in diesem Bereich, nimmt sowohl die Rippe 6 als auch der einstückig damit verbundene Grundkörper 5 eine konvex gekrümmte Form ein. Trotz der gekrümmten Form liegen die Seitenflächen 8a und 8b der Rippe 6 innerhalb jeweils einer Ebene.

Zusätzlich zu der Krümmung in Längsrichtung der Rippe 6 kann das Strukturbauteil 4 durch eine Strahlbehandlung entweder der Unterseite 13 oder der Oberseite 14 des Grundkörpers 5 zusätzlich eine Krümmung senkrecht zur Längserstreckung der Rippen 6 erhalten. Auf diese Weise lassen sich sattelförmige Strukturen erzeugen.

Im Fall von Strukturbauteilen mit Kassettenstruktur, d. h. sich kreuzenden Rippen in Längs- und Querrichtung des Bauteils läßt sich eine derartige sattelförmige Struktur allein durch Strahlbehandlung der Rippen erzielen. Optional ist jedoch auch hier eine zusätzliche Strahlbehandlung des Grundkörpers möglich.

Die Figuren 3 a bis 3c zeigen den Fall, daß mit Hilfe einer Strahlmittelbehandlung eine konkave Krümmung des Strukturbauteils 4 erzeugt werden soll. Der Längsstreifen 10a' befindet sich in diesem Fall im Bereich des Rippenfußes 15 und schließt sich unmittelbar an die Oberseite 14 des Grundkörpers 5 an.

Nach erfolgter Strahlmittelbehandlung der sich gegenüber liegenden Längsstreifen 10a'und 10b'nimmt das Strukturbauteil 4 die in Figur 3c gezeigte konkav gekrümmte Form ein.

Aufgrund der Dehnung der Rippe 6 in deren Fußbereich wird gleichzeitig das Material des plattenförmigen Grundkörpers 5 mitgedehnt. Die Breite 11 der Längsstreifen 10a'und 10b' beträgt wiederum etwa 40% der Höhe 12 des Strukturbauteils 4.

Den Figuren 4 und 5 läßt sich schließlich noch die Dehnungsverteilung im Bereich der mit Strahlmittel zu beaufschlagenden Längsstreifen 10a (am Rippenkopf) bzw. 10a' (am Rippenfuß) entnehmen. Während die Dehnung bei dem in Figur 4 dargestellten Fall ausgehend von einer unteren Begrenzungslinie 16 des Randstreifens 10a bis hin zu dem Rippenkopf 9 linear von null auf einen Maximalwert zunimmt, wächst die Dehnung bei dem Strukturbauteil 4 gemäß Figur 5 ebenfalls linear ausgehend von einer oberen Begrenzungslinie 17 des Längsrandstreifens 10a'bis zu dem Rippenfuß 15 am Übergang in den Grundkörper 5, wo ein Maximalwert der Dehnung vorliegt.