DE102004013145A1 - Verfahren zur Randabdichtung eines Kernverbundes - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Randabdichtung eines Kernverbundes 12, 23, wobei der Kernverbund 12, 23 eine beidseitig mit Deckschichten 14, 25 versehene Kernstruktur 1, 13, 24 mit einer offenen dreidimensionalen Struktur, insbesondere eine Faltwabenstruktur, aufweist. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird mindestens eine Randabdichtung 11, 22, 31 mit begrenztem Raumvolumen in mindestens einem Randbereich 6, 20, 30 der Kernstruktur 1, 13, 24 gebildet. Hierdurch ist eine einfache und schnelle Randabdichtung von Kernverbunden 12, 23 möglich.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Randabdichtung eines Kernverbundes, wobei der Kernverbund eine beidseitig mit Deckschichten versehene Kernstruktur mit einer offenen dreidimensionalen Struktur, insbesondere eine Faltwabenstruktur, aufweist.
  • Aufgrund ihres außerordentlich guten Verhältnisses von Steifigkeit bzw. Festigkeit zu Dichte finden Kernverbunde insbesondere im Bereich des Flugzeugbaus einen breiten Anwendungsbereich.
  • Kernverbunde werden im Allgemeinen aus einer oberen und einer unteren Deckschicht bzw. Decklage gebildet, zwischen denen sich zur Erhöhung der Steifigkeit beispielsweise eine aus vertikal verlaufenden Zellen mit hexagonalen Querschnitt gebildete, honigwabenartige Kernstruktur befindet.
  • Zur Bildung der Kernstruktur werden beispielsweise metallische, korrosionsgeschützte Aluminiumfolien verwendet, oder auch nicht metallische Materialien, wie zum Beispiel Nomex®- oder Kevlar®/N636-Papier. Sowohl das Nomex®-Papier als auch das Kevlar®/N636-Papier werden zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit in einem Tauchverfahren mit Phenolharz beschichtet.
  • Die Schaffung von Randabdichtungen bei derartigen Kernstrukturen, wie sie die oben beschriebene Honigwabenstruktur darstellt, ist unproblematisch. Durch die kleinvolumigen Wiederholungseinheiten kann lokal in Randbereichen der Kernstruktur Material zur Bildung der Randabdichtung eingespachtelt, eingestrichen, eingefüllt, eingepresst, eingeschäumt oder eingegossen werden. Bei dem die Randabdichtung bildenden Werkstoff kann es sich beispielsweise um ein aushärtendes Kunststoffmaterial, zum Beispiel in Form eines Kunstharzes und/oder Kunststoffschaums handeln.
  • Neuartige, insbesondere aus dreidimensionalen Faltwabenstrukturen gebildete Kernverbunde weisen im Unterschied zu den oben beschriebenen Kernverbunden, bei denen eine räumliche Begrenzung immer vorhanden ist, eine offene bzw. drainagefähige Struktur auf. Hierdurch wird beispielsweise eine Führung von Leitungen durch den Kernverbund ermöglicht, ohne vorher eine Durchführung, unter Einbußen zum Beispiel bei den mechanischen Eigenschaften, schaffen zu müssen.
  • Wird zur Bildung einer Randabdichtung oben beschriebener drainagefähiger Kernstrukturen ein pastöses oder viskoses härtendes Material in Randbereiche der Kernstruktur eingebracht, so kann es sich je nach Viskosität mehr oder weniger unkontrolliert über die offene Kernstruktur ausbreiten. Im Gegensatz zu Honigwabenstrukturen, bei denen beispielsweise mit einem Trennschnitt grundsätzlich nur eine begrenzte Anzahl von Struktureinheiten geöffnet werden und so eingebrachte Substanzen immer räumlich begrenzt sind, können sich viskose oder pastöse Substanzen bei Verwendung offener drainagefähiger Kernstrukturen über größere Distanzen unkontrollierbar ausbreiten.
  • Damit sind die Standardverfahren nach dem Stand der Technik zur Schaffung räumlich begrenzter Randabdichtungen in offenen drainagefähigen Kernstrukturen nicht anwendbar.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Randabdichtung von Kernverbunden mit offenen Kernstrukturen, insbesondere mit dreidimensionalen Faltwabenstrukturen, bereitzustellen, bei dem lediglich ein kleines definiertes Volumen der Dichtmasse in die Randbereiche des Kernverbundes eingetragen wird.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
  • Dadurch, dass mindestens eine Randabdichtung mit begrenztem Raumvolumen in mindestens einem Randbereich der Kernstruktur gebildet wird, gelangt nur ein definiertes Volumen der Dichtmasse in den Randbereich des Kernverbundes bzw. der Kernstruktur.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt die Abdichtung von Randbereichen von Kernverbunden mit offenen Kernstrukturen auf besonders einfache Weise. Besonders vorteilhaft ist, dass im Zuge der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein begrenztes und definierbares Volumen der Dichtmasse in den Randbereich des Kernverbundes bzw. der Kernstruktur eingetragen wird, sodass sich infolge der Einbringung der Randabdichtung nur eine geringe Gewichtserhöhung des Kernverbundes – wie bei Kernverbunden mit honigwabenartigen Kernstrukturen – ergibt.
  • Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen niedergelegt. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung der Erfindung.
    •
  • In der Zeichnung zeigen:
  • 1 Eine perspektivische Ansicht einer offenen Kernstruktur eines Kernverbundes, die als Faltwabenstruktur ausgebildet ist,
  • 2–4 eine Darstellung des prinzipiellen Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Verfahrensvariante,
  • 5 eine Darstellung einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
  • 6 eine Darstellung einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die 1 zeigt ein Beispiel einer offenen, dreidimensionalen Kernstruktur 1 zur Bildung eines Kernverbundes. Die Kernstruktur 1 wird hierbei aus dreidimensionalen Faltwaben gebildet. An einer Unterseite 2 und einer Oberseite 3 der Kernstruktur 1 sind durchgängige Kanäle 4 erkennbar. Die Kanäle 4 können beispielsweise zur Durchführung von elektrischen oder hydraulischen Leitungen durch die Kernstruktur 1 genutzt werden. Hierbei sind wegen der Offenheit der Kernstruktur keine Bohrungen oder Durchbrüche, die die Eigenschaften der Kernstruktur beeinträchtigen könnten, erforderlich.
  • Die Kernstruktur 1 kann beispielsweise aus metallischen und korrosionsgeschützten Aluminiumfolien gebildet werden. Weiterhin kann zum Beispiel Nomex®- oder Kevlar®/N636-Papier, das beispielsweise in einem Tauchverfahren mit Phenolharz beschichtet wird, zur Bildung der Kernstruktur 1 Verwendung finden.
  • Die 2–4 zeigen schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Variante.
  • Die 2 zeigt die Kernstruktur 1 mit einer nahezu vollflächig aufliegenden Abdeckung 5 in einer Querschnittsdarstellung.
  • Auf die Kernstruktur 1 wird in einem ersten Verfahrensschritt die Abdeckung 5 als räumliches Begrenzungsmittel aufgebracht. Randbereiche 6 der Kernstruktur 1 werden von der Abdeckung 5 freigelassen. Die Abdeckung 5 zur Begrenzung des Dichtmasseneintrages wird im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem unteren Kernabdruck 7 der Unterseite 2 der Kernstruktur 1 sowie einem oberen Kernabdruck 8 der Oberseite 3 der Kernstruktur 1 geschaffen. Die Kernabdrücke 7, 8 sind zu diesem Zweck formschlüssig zur Oberflächenstruktur der Kernstruktur 1 ausgebildet.
  • Die Kernabdrücke 7, 8 können beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial gebildet werden. Als vorteilhaft haben sich in der praktischen Anwendung insbesondere Silikonelastomere, die über gute Antihafteigenschaften verfügen, erwiesen. Es können jedoch grundsätzlich alle Kunststoffmaterialien, beispielsweise PE, PP, PTFE sowie Metalle aller Art Verwendung finden. In besonders vorteilhafter Weise wird beispielsweise die Formmasse Aircast3700® eingesetzt.
  • Die 3 zeigt die Kernstruktur 1 nach der Beendigung des ersten Verfahrensschrittes in einer Draufsicht. Der die Abdeckung 5 bildende obere Kernabdruck 8 liegt hierbei auf der Kernstruktur 1 vorzugsweise vollflächig unter Freilassung der Randbereiche 6 auf. Auf der hiervon abgewandten Seite der Kernstruktur 1 liegt der, in der 3 nicht sichtbare Kernabdruck 7, an. Für großflächige Kernstrukturen 1 können der obere und/oder der untere Kernabdruck 7, 8 beispielsweise auch nur bereichsweise die Kernstruktur 1 abdecken.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt wird dann eine Dichtmasse 9 vorzugsweise ausgehend von Außenkanten 10 der Kernstruktur 1 bis hin zum unteren und oberen Kernabdruck 7, 8 zur Bildung einer Randabdichtung 11 eingebracht (vgl. 4 mit einer Querschnittsdarstellung der Kernstruktur 1 mit aufgelegten Kernabdrücken 7, 8 im zweiten Verfahrensschritt). Als Dichtmasse 9 kann beispielsweise ein Kunststoffmaterial, insbesondere ein aushärtbares Kunstharz und/oder ein aushärtbarer Kunststoffschaum Verwendung finden.
  • Im Zusammenhang mit der Materialbeschaffenheit der Dichtmasse 9 kommt es insbesondere darauf an, dass die Dichtmasse 9 sowohl über gute Verbindungseigenschaften mit der Kernstruktur 1 als auch mit den später aufzubringenden Deckschichten verfügt. Darüber hinaus sollte die Dichtmasse 9 nicht über eine zu hohe Viskosität verfügen, damit sie nach dem Eintrag nicht unkontrolliert aus den Randbereichen 6 ausläuft. Als vorteilhaft haben sich in der Praxis daher hochviskose, eher pastöse Dichtmassen 9 erwiesen.
  • In weiteren, in den 2 bis 4 nicht näher dargestellten Verfahrenschritten werden die Kernabdrücke 7, 8 von der Kernstruktur 1 abgehoben, durch eine mechanische Bearbeitung die Randabdichtung 11 der Höhe der Kernstruktur 1 angepasst sowie die Kernstruktur 1 beidseitig mit Deckschichten zur Bildung eines Kernverbundes versehen.
  • Die 5 zeigt einen Kernverbund 12 mit einer Kernstruktur 13 und bereits aufgebrachten Deckschichten 14 in einer Querschnittsdarstellung, bei der eine Randabdichtung mittels einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildet wird.
  • Hierzu wird ein Profil 15 mit einer beispielsweise u-förmigen Querschnittsgeometrie verwendet. Das Profil 15 weist zwei über eine Rückwand 16 verbundene Schenkel 17, 18 auf. Das Profil 15 wird mit einem definierten Volumen einer Dichtmasse 19 aufgefüllt und anschließend möglichst weit auf einen Randbereich 20 des Kernverbundes 12 aufgeschoben. Statt des Abmessens eines definierten Volumens kann das Profil 15 auch vollständig mit der Dichtmasse 19 gefüllt werden, woraus sich ebenfalls ein definierter Volumeneintrag ergibt. Im Idealfall liegt eine Innenfläche der Rückwand des Profils 15 nahezu vollständig an einer Außenkante 21 des Kernverbundes 12 an. Die Dichtmasse 19 dringt hierbei in den Randbereich 20 des Kernverbundes 12 unter Bildung einer Randabdichtung 22 ein. Die Dichtmasse 19 kann wiederum aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem aushärtbaren Kunstharz und/oder aushärtbaren Kunststoffschaum gebildet sein. Als besonders vorteilhaft haben sich in dieser Verfahrensvariante pastöse Dichtmassen 19 erwiesen, um ein unkontrolliertes Eindringen der Dichtmasse 19 in die Kernstruktur 13, insbesondere durch Verlaufen, zu vermeiden.
  • Der Abstand zwischen den Schenkeln 17, 18 sollte ungefähr der Höhe des Kernverbundes 12 einschließlich der Deckschichten 14 entsprechen. Hierdurch wird erreicht, dass möglichst wenig Dichtmasse 19 beim Aufschieben des Profils 15 auf den Kernverbund 12 zur Seite gedrückt wird. Das Profil 15 kann eine von der Darstellung der 5 abweichende Querschnittsgeometrie aufweisen. Beispielsweise kann das Profil 15 zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit zusätzliche Versteifungsrippen oder dergleichen aufweisen.
  • Zur Bildung von Randabdichtungen an Kernverbunden 12 mit gekrümmten Außenkonturen ist es alternativ möglich das Profil 15 flexibel auszubilden.
  • Als Material für das Profil 15 kommen insbesondere Metalle und/oder Kunststoffma terialien in Betracht, wobei diese über gute Antihafteigenschaften verfügen sollten. Das Profil 15 kann beispielsweise aus einem Silikonelastomer gefertigt werden, weil dieses Material von Hause aus über gute Antihafteigenschaften verfügt, sodass sich eine separate Antihaftbeschichtung erübrigen kann. Ein metallisches Material muss gegebenenfalls zusätzlich mit einer Antihaftbeschichtung und/oder einem Trennlack versehen werden.
  • Die 6 zeigt wiederum einen Kernverbund 23 mit einer Kernstruktur 24 und aufgebrachten Deckschichten 25 in einer schematischen Querschnittsdarstellung, bei der eine Randabdichtung gemäß einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildet wird. Die Kernstruktur 24 weist wiederum eine Unterseite 26 und eine Oberseite 27 auf.
  • Zur Schaffung einer Randabdichtung 31 werden ein oberer und ein unterer Formkörper 28, 29 gebildet.
  • Die Formkörper 28, 29 werden aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem aushärtbaren Kunstharz und/oder einem aushärtbaren Kunststoffschaum hergestellt. Von entscheidender Bedeutung für die Dichtigkeit der geschaffenen Randabdichtung ist, dass das Material zur Bildung der Formkörper 28, 29 sowohl auf der Kernstruktur 24 als auch auf den Deckschichten 25 gut haftet.
  • Der untere Formkörper 28 ist formschlüssig mit der Unterseite 26 der Kernstruktur 24 im Randbereich 30 ausgebildet und liegt fest an dieser an. Der obere Formkörper 29 ist gleichfalls formschlüssig mit der Oberseite 27 der Kernstruktur 24 in dem Randbereich 30 ausgebildet. Zur Erstellung der Formkörper 28, 29 kommen bekannte Abdruckverfahren zum Einsatz.
  • Zur Schaffung einer Randabdichtung 31 werden der untere Formkörper 28 sowie der obere Formkörper 29 im Bereich der Unterseite 26 bzw. der Oberseite 27 in die Kernstruktur 24 eingeschoben und mit dieser im Randbereich 30 kraftschlüssig verbunden. Diese Verbindung zwischen den Formkörpern 28, 29 und der Kernstruktur 24 kann beispielsweise durch Einkleben, Einschweißen, Eingießen, Einschäumen etc. erfolgen.
  • Eine Anpassung der Höhe der Randabdichtung 31 an die Höhe der Kernstruktur 24 ist bei dieser Verfahrensvariante unter Umständen nicht mehr erforderlich.
    • 1
    Kernstruktur
    2
    Unterseite
    3
    Oberseite
    4
    Kanal
    5
    Abdeckung
    6
    Randbereich
    7
    unterer Kernabdruck
    8
    oberer Kernabdruck
    9
    Dichtmasse
    10
    Außenkante
    11
    Randabdichtung
    12
    Kernverbund
    13
    Kernstruktur
    14
    Deckschicht
    15
    Profil
    16
    Rückwand
    17
    Schenkel
    18
    Schenkel
    19
    Dichtmasse
    20
    Randbereich
    21
    Außenkante
    22
    Randabdichtung
    23
    Kernverbund
    24
    Kernstruktur
    25
    Deckschicht
    26
    Unterseite
    27
    Oberseite
    28
    Formkörper
    29
    Formkörper
    30
    Randbereich
    31
    Randabdichtung

Claims (13)

  1. Verfahren zur Randabdichtung eines Kernverbundes (12, 23), wobei der Kernverbund (12, 23) eine beidseitig mit Deckschichten (14, 25) versehene Kernstruktur (1, 13, 24) mit einer offenen dreidimensionalen Struktur, insbesondere eine Faltwabenstruktur, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Randabdichtung (11, 22, 31) mit begrenztem Raumvolumen in mindestens einem Randbereich (6, 20, 30) der Kernstruktur (1, 13, 24) gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Randabdichtung (11) durch das Einbringen einer Dichtmasse (9) in die Kernstruktur (1) gebildet wird, wobei eine auf einer Unterseite (2) und/oder einer Oberseite (3) der Kernstruktur (1) aufliegende Abdeckung (5) den Volumeneintrag der Dichtmasse (9) im Wesentlichen auf den Randbereich (6) der Kernstruktur (1) beschränkt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (5) durch mindestens einen bereichsweisen unteren Kernabdruck (7) der Unterseite (2) der Kernstruktur (1) und/oder durch mindestens einen bereichsweisen oberen Kernabdruck (8) von der Oberseite (3) der Kernstruktur (1) gebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernabdrücke (7, 8) zumindest bereichsweise formschlüssig mit der Unterseite (2) der Kernstruktur (1) und/oder der Oberseite (3) der Kernstruktur (1) ausgebildet werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Dichtmasse (9) ein Kunststoffmaterial, insbesondere ein aushärtbares Kunstharz und/oder ein aushärtbarer Kunststoffschaum, verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Randabdichtung (22) durch das Einbringen einer Dichtmasse (19) in die Kernstruktur (13) gebildet wird, wobei die Dichtmasse (19) zunächst in ein den Randbereich (20) des Kernverbundes (12) umschließendes Profil (15), insbesondere ein u-förmiges Profil, eingebracht wird und das Profil (15) auf den Randbereich (20) des Kernverbundes (12) aufgeschoben wird, bis die Dichtmasse (19) nahezu vollständig in die Kernstruktur (13) eingetreten ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (15) zwei Schenkel (17, 18) sowie eine zu den Schenkeln im Wesentlichen parallele Rückwand (16) aufweist und die Rückwand (16) eine Höhe aufweist, die in etwa der Höhe des Kernverbundes (12) entspricht.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (15) zur Verwendung an Kernverbunden (12) mit gekrümmten Randbereichen (20) flexibel ausgebildet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Dichtmasse (19) ein Kunststoffmaterial, insbesondere ein aushärtbares Kunstharz und/oder ein aushärtbarer Kunststoffschaum, verwendet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Randabdichtung (31) durch in den Randbereich (30) der Kernstruktur (24) eingebrachte untere und/oder obere Formkörper (28, 29) gebildet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Formkörper (28) zumindest bereichsweise formschlüssig zu einer Unterseite (26) im Randbereich (30) der Kernstruktur (24) und der obere Formkörper (29) zumindest bereichsweise formschlüssig zu einer Oberseite (27) im Randbereich (30) der Kernstruktur (24) ausgebildet werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der untere und/oder obere Formkörper (28, 29) mit der Kernstruktur (24) verbunden, insbesondere in diese eingeklebt, eingegossen, eingeschweißt oder eingeschäumt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper (28, 29) mit einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem aushärtbarem Kunstharz und/oder einem aushärtbaren Kunststoffschaum, gebildet werden.
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