DE60028663T2

DE60028663T2 - Sandwichstruktur und Verfahren zu ihrer Reparatur

Info

Publication number: DE60028663T2
Application number: DE60028663T
Authority: DE
Inventors: Toru Seki-shi Itoh; Shunichi Kakamigahara-shi Bandoh
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: US6770349B2; US20040028877A1; EP1072396B1; CA2314678A1; CA2314678C; JP3243461B2; EP1072396A2; JP2001038838A; EP1072396A3; DE60028663D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Sandwichstruktur, die als Strukturelement von Flugzeugen, rollendem Inventar, Automobilen und Schiffen zu verwenden ist, sowie ein Verfahren zum Reparieren einer derartigen Sandwichstruktur.
BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
Geringes Gewicht aufweisende verstärkte Metallplatten aus Aluminiumlegierungen wurden zur Ausbildung von Strukturelementen von Flugzeugen und dergleichen verwendet. In letzter Zeit wurden überwiegend verstärkte Plattenstrukturen aus einem Kompositmaterial und Sandwichstrukturen verwendet, die durch Laminieren eines wabenförmigen Kerns zwischen aus einem Kompositmaterial bestehenden Oberflächenplatten aufgebaut sind. Die aus einem Kompositmaterial bestehenden Oberflächenplatten sind mit dem wabenförmigen Kern mit Klebstofffilmen verklebt. Für gewöhnlich sind aus einem wabenförmigen Kern bestehende Zellelemente mit einem schäumenden Klebstoff miteinander verklebt, der in einem Warm-Druckformgießverfahren geschäumt wird.
Wenn eine aus einem Kompositmaterial bestehende Oberflächenplatte beschädigt wird und repariert werden muss, wird die beschädigte Oberflächenplatte üblicherweise dadurch repariert, dass ein beschädigter Teil der Oberflächenplatte abgeschabt wird, Klebstoffschichten und Prepreg-Bahnen, die durch Durchtränken einer Faserstruktur mit einem Harz erzeugt sind, in einer durch das Abschaben des beschädigten Teils erzeugten Vertiefung übereinandergeschichtet werden, so dass die Vertiefung angefüllt wird, und Wärme und Druck auf die aus den Prepreg-Bahnen und dem Klebstoff bestehenden Schichten aufgebracht wird, um die aus den Prepreg-Bahnen bestehenden Schichten auszuhärten.
Wenn eine Sandwichstruktur, die einen sandwichartig zwischen Oberflächenplatten angeordneten wabenförmigen Kern aufweist, beschädigt wird, passiert es manchmal, dass Wasser in die Sandwichstruktur am Umfang der Sandwichstruktur oder durch in der Oberflächenplatte ausgebildete Risse eindringt und sich Wasser in der Sandwichstruktur ansammelt. Das Wasser, das sich in der wabenförmigen Struktur angesammelt hat, verteilt sich über die gesamte Sandwichstruktur durch die geschäumten Klebstoffschichten hindurch, welche die Zellelemente des wabenförmigen Kerns miteinander verkleben. Der zum Verkleben der Oberflächenplatten und des wabenförmigen Kerns verwendete Klebstofffilm beinhaltet ein Glasgewebe, ein Baumwollgewebe oder ein Trägergeflecht aus Kunstfasern. Daher sind kleine Spalte zwischen den Oberflächenplatten und dem wabenförmigen Kern ausgebildet, und es ist möglich, dass sich Wasser durch die Spalte verteilt. Wenn sich Wasser im wabenförmigen Kern sammelt und der wabenförmige Kern aus einem Metall wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung besteht, erfolgt ein Korrodieren des wabenförmigen Kerns, und die Oberflächenplatten trennen sich vom wabenförmigen Kern.
Sogar wenn der wabenförmige Kern aus einem nicht-metallischen Material besteht, erfolgt bei dem im wabenförmigen Kern angesammelten Wasser wiederholt ein Einfrieren und Verdampfen gemäß den schwankenden Umgebungsbedingungen der Sandwichstruktur, so dass die Klebstoffverbindung von Oberflächenplatten und wabenförmigem Kern beeinträchtigt wird und die Verklebungsfestigkeit des Klebstoffs verringert wird, und sich demzufolge die Oberflächenplatten vom wabenförmigen Kern trennen.
Das im wabenförmigen Kern angesammelte Wasser vergrößert das Gewicht der Sandwichstruktur und ändert die Position des Schwerpunktes der Sandwichstruktur nachteilig, wodurch die dynamischen Eigenschaften der Sandwichstruktur beeinflusst werden. In einigen Fällen erfolgt beim Reparieren der beschädigten Sandwichstruktur eine Erwärmung der Sandwichstruktur auf eine Temperatur nicht unterhalb 100°C. Falls der wabenförmige Kern Wasser enthält, verdampft das Wasser, so dass beim Erwärmen der Sandwichstruktur der Druck in der Sandwichstruktur vergrößert wird, und im ungünstigsten Fall erfolgt ein Aufplatzen der Sandwichstruktur.
Wenn bekannt ist, dass der wabenförmige Kern Wasser enthält, erzeugt man kleine Löcher in der Oberflächenplatte und man lässt das Wasser durch die kleinen Löcher ablaufen, oder die Sandwichstruktur wird abgelöst und das Wasser wird durch Absaugen entfernt, was jedoch einen Zeit- und Kostenaufwand mit sich bringt.
Wenn eine Sandwichstruktur hergestellt wird, die Abschnitte unterschiedlicher Dicke aufweist, muss eine spanende Bearbeitung des wabenförmigen Kerns erfolgen, was einen umständlichen Arbeitsgang notwendig macht.
Wenn ein beschädigter Abschnitt einer Sandwichstruktur durch Übereinanderschichten von Prepreg-Bahnen repariert wird, muss Wärme und Druck auf die übereinandergeschichteten Prepreg-Bahnen aufgebracht werden, um die Prepreg-Bahnen auszuhärten, wofür spezielle Vorrichtungen erforderlich sind. Beim Aushärten von Prepreg-Bahnen durch Aufbringen von Wärme und Druck müssen Druck und Temperatur sehr genau gesteuert werden, was einen sehr aufwendigen Arbeitsgang erforderlich macht. Nach der Fertigstellung der Reparatur des beschädigten Teils der Sandwichstruktur durch Aushärten der Prepreg-Bahnen muss der Klebstoff, mit dem die das beschädigte Teil bedeckenden, übereinandergeschichteten Prepreg-Bahnen mit der Stammstruktur des reparierten Teils verklebt sind, genau überprüft werden. Somit sind für die Reparatur der beschädigten Sandwichstruktur spezielle Vorrichtungen und ein großer Zeit- und Arbeitsaufwand erforderlich.
Die UK-Patentanmeldung GB 2032843 A offenbart ein geschäumtes Phenolplatten-Laminat, das zu Isolationszwecken dient. Die Platte besteht aus einem Kern aus geschäumtem Phenolformaldehydharz und auf mindestens eine Fläche ist ein Glasfasergewebe auf den Kern unter Verwendung von wasserbasiertem Naturkautschuk auflaminiert. Die Platte absorbiert Wasser und ist dampfdurchlässig.
INHALT DER ERFINDUNG
Demgemäß ist es ein Ziel der Erfindung, eine Sandwichstruktur bereitzustellen, die in der Lage ist, das Eindringen von Wasser in sie zu verhindern, und die einen Kern aufweist, der sich leicht verarbeiten lässt, sowie ein Verfahren zum Reparieren einer Sandwichstruktur mittels eines einfachen Arbeitsgangs bereitzustellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung beinhaltet eine Sandwichstruktur: einen Kern, der Schaumkunststoff-Kernelemente aufweist, die aus einem geschlossenzelligen Schaumkunststoffmaterial ausgebildet sind, und Oberflächenplatten, die aus einem faserverstärkten Kompositmaterial ausgebildet sind, das hydrophobe anorganische Fasern als Verstärkungsfasern enthält und das die gegenüberliegenden Oberflächen des Kerns bedeckt, wobei die Schaumkunststoff-Kernelemente mit nicht-schäumenden Klebstofffilmen verklebt sind und die Oberflächenplatten mit dem Kern mittels keine Trägersubstanz enthaltenden Klebstofffilmen oder der Harzkomponente des die Oberflächenplatten bildenden faserverstärkten Kompositmaterials verklebt sind.
Da die Sandwichstruktur mit den Schaumkunststoff-Kernelementen ausgebildet ist, die aus einem geschlossenzelligen Schaumkunststoffmaterial besteht, kann sich kein Wasser in der Sandwichstruktur sammeln. Da die Schaumkunststoff-Kernelemente miteinander mit einem Klebstofffilm verklebt sind, der nicht schäumt, und die Komposit- oder Flächenplatten mit dem Kern mittels eines Klebstofffilms, der keinen Träger aufweist, oder einer Harzkomponente des die Komposit-Oberflächenplatten bildenden faserverstärkten Kompositmaterials verklebt sind, werden überhaupt keine Passagen erzeugt, durch die Wasser in die Sandwichstruktur eindringen und sich in dieser verteilen könnte. Demzufolge treten bei der Sandwichstruktur keine Probleme auf, die durch ein Eindringen von Wasser in die Sandwichstruktur bedingt sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung beinhaltet eine Sandwichstruktur: einen Kern mit Schaumkunststoff-Kernelementen aus einem geschlossenzelligen Schaumkunststoffmaterial und Oberflächenplatten aus einem faserverstärkten Kompositmaterial, das hydrophobe anorganische Fasern als Verstärkungsfasern enthält und die gegenüberliegenden Oberflächen des Kerns bedeckt, wobei ein Umfangsteil des Kerns aus den Schaumkunststoff-Kernelementen ausgebildet ist, die so angeordnet sind, dass sie die wabenförmigen Kernelemente umgeben, die Schaumkunststoff-Kernelemente mit nicht-schäumenden Klebstofffilmen verklebt sind und die Oberflächenplatten mit dem Kern mittels keine Trägersubstanz enthaltenden Klebstofffilmen oder der Harzkomponente des die Oberflächenplatten bildenden faserverstärkten Kompositmaterials verklebt sind.
Da der Umfangsteil der Sandwichstruktur, der für ein Eindringen von Wasser in die Sandwichstruktur äußerst anfällig ist, aus den Schaumkunststoff-Kernelementen ausgebildet ist, sind die Schaumkunststoff-Kernelemente miteinander mittels eines Klebstofffilms verklebt, der nicht schäumt, und da die Oberflächenplatten mit dem Kern mittels der keine Trägersubstanz enthaltenden Klebstofffilme oder einer Harzkomponente des die Oberflächenplatten bildenden faserverstärkten Kompositmaterials verklebt sind, treten bei der Sandwichstruktur keine Probleme auf, die durch ein Eindringen von Wasser in die Sandwichstruktur bedingt sind. Da der Kern die wabenförmigen Kernelemente aufweist, deren Festigkeit und Steifigkeit generell größer sind als bei den Schaumkunststoff-Kernelementen, weist die Sandwichstruktur hohe Festigkeit und hohe Steifigkeit auf.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung beinhaltet eine Sandwichstruktur: einen Kern mit Schaumkunststoff-Kernelementen aus einem geschlossenzelligen Schaumkunststoffmaterial und Oberflächenplatten aus einem faserverstärkten Kompositmaterial, das hydrophobe anorganische Fasern als Verstärkungsfasern enthält und die gegenüberliegenden Oberflächen des Kerns bedeckt, wobei der Kern dadurch ausgebildet ist, dass die wabenförmigen Kernelemente sandwichartig zwischen den Schaumkunststoff-Kernelementen angeordnet sind und die Schaumkunststoff-Kernelemente mit den wabenförmigen Kernelementen mittels der keine Trägersubstanz enthaltenden Klebstofffilme verklebt sind.
Da der Kern durch sandwichartiges Anordnen der wabenförmigen Kerne zwischen den Schaumkunststoff-Kernelementen und Verkleben der Schaumkunststoff-Kernelemente mit den wabenförmigen Kernelementen mittels eines keine Trägersubstanz enthaltenden Klebstofffilms ausgebildet sind, kann kein Wasser in die wabenförmigen Kernelemente und die Sandwichstruktur eindringen, sogar wenn die Oberflächenplatte rissig wird oder bricht. Da der Kern die wabenförmigen Kernelemente aufweist, deren Festigkeit und Steifigkeit generell größer ist als bei den Schaumkunststoff-Kernelementen, weist die Sandwichstruktur große Festigkeit und große Steifigkeit auf. Da die Schaumkunststoff-Kernelemente, die ohne Weiteres zur Absorption von Stößen in der Lage sind, an die Oberflächenplatten angrenzen, ist die Sandwichstruktur gegenüber Beschädigungseinwirkungen widerstandsfähig.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung beinhaltet eine Sandwichstruktur: einen Kern mit Schaumkunststoff-Kernelemente aus einem geschlossenzelligen Schaumkunststoffmaterial und Oberflächenplatten aus einem faserverstärkten Kompositmaterial, das hydrophobe anorganische Fasern als Verstärkungsfasern enthält und die gegenüberliegenden Oberflächen des Kerns bedeckt, wobei Abschnitte des Kerns, die Abschnitten der Sandwichstruktur entsprechen, bei denen die Dicke sich stark ändert, aus den Schaumkunststoff-Kernelementen ausgebildet sind, und Abschnitte des Kerns, die Abschnitten der Sandwichstruktur entsprechen, bei denen sich die Dicke allmählich ändert, aus den wabenförmigen Kernelementen ausgebildet sind, und die Komposit-Oberflächenplatten mit dem Kern mittels keine Trägersubstanz enthaltenden Klebstofffilmen oder der Harzkomponente des die Oberflächenplatten bildenden faserverstärkten Kompositmaterials verklebt sind.
Da die Abschnitte des Kerns, die den Abschnitten der Sandwichstruktur entsprechen, bei denen die Dicke sich stark ändert, auf den Schaumkunststoff-Kernelementen ausgebildet sind, die sich einfach verarbeiten lassen und problemlos gemäß der Änderung der Dicke bearbeiten lassen, lässt sich der Kern leicht bearbeiten und die Komposit-Oberflächenplatten können problemlos mit dem Kern verklebt werden.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Sandwichstruktur-Reparaturverfahren, bei dem eine Sandwichstruktur repariert wird, die einen Kern aus Schaumkunststoff-Kernelementen, die aus einem geschlossenzelligen Schaumkunststoffmaterial ausgebildet sind, und äußere und innere Oberflächenplatten beinhaltet, die aus einem faserverstärkten Kompositmaterial bestehen und die mit den entgegengesetzten Flächen des Kerns mit einem keine Trägersubstanz enthaltenden Klebstofffilm oder einer Harzkomponente der Komposit-Oberflächenplatten verklebt sind, den Schritt, bei dem eine Trägerplatte an der Innenfläche eines beschädigten Abschnittes der äußeren Oberflächenplatte mit Nieten befestigt wird.
Da die Trägerplatte an der Innenfläche der äußeren Oberflächenplatte befestigt ist, weist der reparierte Abschnitt der äußeren Komposit-Oberflächenplatte eine glatte Oberfläche auf. Da die Trägerplatte an der äußeren Komposit-Oberflächenplatte durch einen Vernietvorgang unter Verwendung von Nieten zur Reparatur anstelle eines Verklebevorgangs unter Verwendung eines Klebstoffes, was zeit- und arbeitsaufwendig ist, befestigt ist, kann der zur Reparatur der Sandwichstruktur erforderliche Zeit- und Arbeitsaufwand stark vermindert werden.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Sandwichstruktur-Reparaturverfahren, bei dem eine Sandwichstruktur repariert wird, die einen Kern aus Schaumkunststoff-Kernelementen, die aus einem geschlossenzelligen Schaumkunststoffmaterial ausgebildet sind, und eine äußere Oberflächenplatte und eine innere Oberflächenplatte beinhaltet, die aus einem faserverstärkten Kompositmaterial ausgebildet sind und die mit den entgegengesetzten Flächen des Kerns mit einem keine Trägersubstanz enthaltenden Klebstofffilm oder einer Harzkomponente des die Oberflächenplatten bildenden faserverstärkten Kompositmaterials verklebt sind, folgende Schritte: Auflegen einer äußeren Trägerplatte auf eine Innenflä che eines beschädigten Abschnittes der äußeren Oberflächenplatte; und Befestigen der äußeren Trägerplatte an der äußeren Trägerplatte mit Nieten.
Wenn eine Bedienperson in der Lage ist, eine Reparaturarbeit auf Seiten der Innenfläche der Sandwichstruktur durchzuführen und die Beschädigung auf der äußeren Oberflächenplatte gering ist, kann die äußere Trägerplatte an der Innenfläche der äußeren Oberflächenplatte von der Innenseite der Sandwichstruktur her mit den Nieten befestigt werden, und der Hohlraum kann mit dem Füllmaterial angefüllt werden, und die innere Trägerplatte kann problemlos an der inneren Oberflächenplatte befestigt werden.
Vorzugsweise werden ein Abschnitt der inneren Oberflächenplatte und ein Abschnitt des Kerns entfernt, die dem beschädigten Abschnitt der äußeren Oberflächenplatte entsprechen; die äußere Trägerplatte wird an der Innenfläche des beschädigten Abschnittes der äußeren Oberflächenplatte mit Nieten befestigt; ein Hohlraum, der durch Entfernen des Abschnittes des Kerns erzeugt wird, wird mit einem Füllmaterial angefüllt; und eine innere Trägerplatte, die größer als eine Öffnung in der inneren Oberflächenplatte ist, die durch Entfernen des Abschnittes der inneren Oberflächenplatte erzeugt wird, wird an der inneren Oberflächenplatte mit Nieten befestigt, so dass die Öffnung in der inneren Oberflächenplatte abgedeckt wird.
Wenn eine Bedienperson in der Lage ist, eine Reparaturarbeit auf der Seite der Innenfläche der Sandwichstruktur durchzuführen, wird der Abschnitt der äußeren Oberflächenplatte, welcher den beschädigten Abschnitt beinhaltet, entfernt, um die Öffnung zu bilden, die äußere Trägerplatte wird an der Innenfläche der äußeren Oberflächenplatte befestigt, der durch Entfernen des Abschnittes des Kern erzeugte Raum wird mit dem Füllmaterial angefüllt, und die Abdeckplatte, deren Größe derjenigen der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte entspricht, wird in die Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte eingesetzt, und die Abdeckplatte wird an der Trägerplatte mit Nieten befestigt. Daher kann die Außenoberfläche der äußeren Oberflächenplatte mit einer glatten Oberfläche fertigbearbeitet werden. Da bei dem Verfahren ein Vernietvorgang unter Verwendung von Nieten angewandt wird, kann der Zeit- und Arbeitsaufwand für die Reparaturarbeiten verringert werden.
Vorzugsweise wird eine Öffnung im beschädigten Abschnitt der äußeren Oberflächenplatte ausgebildet; ein Abschnitt des Kerns und ein Abschnitt der inneren Oberflächenplatte, die der Öffnung und einem Gebiet um den Rand der Öffnung herum entsprechen, werden entfernt; die äußere Oberflächenplatte an der Innenoberfläche eines Abschnittes der äußeren Oberflächenplatte wird um einen Rand der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte mit Nieten befestigt; eine Abdeckplatte, die aus dem gleichen Material wie die äußere Oberflächenplatte ausgebildet ist und deren Dicke derjenigen der äußeren Oberflächenplatte entspricht, wird in die Öffnung eingesetzt und wird an der äußeren Oberflächenplatte mit Nieten befestigt; ein Hohlraum, der im Kern durch Entfernen des Abschnittes des Kerns ausgebildet wird, wird mit einem Füllmaterial angefüllt; und eine innere Trägerplatte, die größer als eine Öffnung in der inneren Oberflächenplatte ist, die durch Entfernen des Abschnittes der inneren Oberflächenplatte erzeugt wird, wird an der inneren Oberflächenplatte mit Nieten befestigt, so dass die Öffnung in der inneren Oberflächenplatte abgedeckt wird.
Vorzugsweise wird ein Abschnitt der äußeren Oberflächenplatte, welche den beschädigten Abschnitt beinhaltet, entfernt, um eine Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte zu bilden; ein Abschnitt des Kerns, welcher der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte entspricht, und ein Abschnitt des Kerns um einen Rand der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte herum werden entfernt; die äußere Oberflächenplatte kann über ein Gebiet ausgedehnt werden, das größer als die Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte ist; die äußere Oberflächenplatte wird durch die Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte eingeführt; die äußere Oberflächenplatte wird an der Innenfläche der äußeren Oberflächenplatte mit Nieten befestigt; eine Abdeckplatte, deren Größe der in der äußeren Oberflächenplatte ausgebildeten Öffnung entspricht und deren Dicke derjenigen der äußeren Oberflächenplatte entspricht, wird in die Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte eingesetzt; die äußere Trägerplatte wird an der Trägerplatte mit Nieten befestigt; und ein Hohlraum, der durch Entfernen der Abschnitte des Kerns erzeugt wird, wird mit einem Füllmaterial angefüllt.
Da die auffedernde äußere Trägerplatte verwendet wird, kann die Außenfläche der äußeren Oberflächenplatte mit einer glatten Oberfläche fertigbearbeitet werden, sogar wenn die Reparaturarbeiten lediglich auf der Seite der Außenfläche der Sandwichstruktur ausgeführt werden können.
Vorzugsweise werden eine Mehrzahl von äußeren Oberflächenplatten verwendet; ein Abschnitt der äußeren Oberflächenplatte, welche den beschädigten Abschnitt beinhaltet, wird entfernt, um eine Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte zu bilden; ein Abschnitt des Kerns, welcher der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte entspricht, und ein Abschnitt des Kerns um einen Rand der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte herum werden entfernt; die Mehrzahl von äußeren Oberflächenplatten werden durch die Öffnung in die äußere Oberflächenplatte eingeführt, so dass sie auf der Innenfläche eines Abschnittes der äußeren Oberflächenplatte um einen Rand der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte herum angeordnet sind; die Mehrzahl von äußeren Oberflächenplatten wird an der Innenfläche der äußeren Oberflächenplatte mit Nieten befestigt; eine Abdeckplatte, deren Größe der in der äußeren Oberflächenplatte ausgebildeten Öffnung entspricht und deren Dicke derjenigen der äußeren Oberflächenplatte entspricht, wird in die Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte eingesetzt; die Abdeckplatte wird an der Mehrzahl von äußeren Trägerplatten mit Nieten befestigt; und ein Hohlraum, der durch Entfernen der Abschnitte des Kerns erzeugt wird, wird mit einem Füllmaterial angefüllt.
Da die Mehrzahl der äußeren Trägerplatten anstelle der auffedernden äußeren Trägerplatte verwendet werden, sind komplizierte Bearbeitungsarbeitsgänge zur Ausbildung der auffedernden äußeren Trägerplatte nicht erforderlich, und somit kann der Bearbeitungsaufwand verringert werden.
Vorzugsweise werden die Abschnitte des aus einem Schaumkunststoffmaterial bestehenden Kerns, die der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte und einem Gebiet um die Kante der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte entsprechen, durch einen Kugelstrahlverfahren entfernt.
Da die Sandwichstruktur den aus einem Schaumkunststoffmaterial bestehenden Kern aufweist, können die Abschnitte des Kerns ohne Weiteres durch einen Kugelstrahlverfahren entfernt werden, wodurch der für die Reparatur benötigte Zeit- und Arbeitsaufwand vermindert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen klar hervor. In diesen sind:
1 eine explodierte perspektivische Ansicht einer Sandwichstruktur 50 einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine explodierte perspektivische Ansicht einer Sandwichstruktur 60 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3 ein fragmentarischer Querschnitt einer Sandwichstruktur 70 einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
4 ein fragmentarischer Querschnitt einer Sandwichstruktur 80 einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
5 eine perspektivische Ansicht einer beschädigten Sandwichstruktur 1;
6 eine perspektivische Ansicht zur Unterstützung der Erläuterung eines Verfahrens zum Ausschneiden eines beschädigten Abschnittes in einer Sandwichstruktur, wenn die Sandwichstruktur durch ein Sandwichstruktur-Reparaturverfahren gemäß der Erfindung repariert wird;
7 eine perspektivische Ansicht zur Unterstützung der Erläuterung eines Verfahrens zum Entfernen eines Abschnittes eines Kerns, der in einer Sandwichstruktur enthalten ist;
8 eine Querschnittsansicht zur Unterstützung der Erläuterung eines Verfahrens zum Entfernen eines Abschnittes eines Kerns, der in einer Sandwichstruktur enthalten ist;
9 eine fragmentarische Draufsicht einer Sandwichstruktur mit einer Trägerplatte, die an einer in dieser enthaltenen äußeren Komposit-Oberflächenplatte befestigt ist;
10 ein fragmentarischer Querschnitt der in 9 dargestellten Sandwichstruktur;
11 einen Querschnitt zur Unterstützung bei der Erläuterung eines Vernietverfahrens;
12 eine perspektivische Ansicht einer reparierten Sandwichstruktur, die mit einer Abdeckplatte versehen ist;
13 einen fragmentarischer Querschnitt einer reparierten Sandwichstruktur, welcher einen mit einem Füllmaterial angefüllten Hohlraum aufweist; und
14 einen fragmentarischen Querschnitt zur Unterstützung bei der Erläuterung eines weiteren Sandwichstruktur-Reparaturverfahrens gemäß der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezug nehmend auf 1, welche eine Sandwichstruktur 50 einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt, die als Außenhaut eines Flugzeugs zu verwenden ist, weist die Sandwichstruktur 50 einen Kern, der Kernelement 51 aus einem geschlossenzelligen Schaumkunststoffmaterial beinhaltet, und Oberflächenplatten 52 und 53 aus einem faserverstärkten Kompositmaterial auf, welches jeweils die gegenüberliegenden Flächen des Kerns bedeckt. Bei dem geschlossenzelligen Schaumkunststoffmaterial handelt es sich beispielsweise um ein geschlossenzelliges Schaum-Polymethacrylimid (PMI) oder um geschlossenzelliges Schaum-Polyvinylchlorid (PVC). Die Oberflächenplatten 51 und 52 sind aus einem faserverstärkten Kompositmaterial ausgebildet, das hydrophobe anorganische Fasern wie beispielsweise Kohlefasern als Verstärkungsfasern enthält. Jede der Oberflächenplatten 52 und 53 ist durch Übereinanderschichten einer Mehrzahl von Prepreg-Bahnen ausgebildet, die jeweils durch Durchtränken einer Lage der Verstärkungsfasern mit einem Epoxidharz oder dergleichen erzeugt sind.
Die Kernelemente 51 sind miteinander mit einem Klebstofffilm 54 aus einem nicht-schäumenden Klebstoff wie beispielsweise Cytec FM300K^® verklebt. Die Oberflächenplatten 52 und 53 sind mit den Kernelementen 51 mit Klebstofffilmen 55 aus einem keine Trägersubstanz enthaltenden Klebstoff wie beispielsweise Cytec FM300U^® verklebt. Die Oberflächenplatten 52 und 53 können mit den Kernelementen 51 ohne Ausbilden irgendwelcher Spalte zwischen den Oberflächenplatten 52 und 53 und den Kernelementen 51 mittels der Klebstofffilme 55 verklebt werden. Demzufolge kann kein Wasser in die Sandwichstruktur 50 eindringen. Die Oberflächenplatten 52 und 53 können mit den Kernelementen 51 unter Verwendung des Harzes des Kompositmaterials, das die Oberflächenplatten 52 und 53 bildet, anstelle einer Verwendung der Klebstofffilme 55 verklebt sein. Prepreg-Bahnen zur Ausbildung der Oberflächenplatten 52 und 53 können auf den gegenüberliegenden Oberflächen der gegenüberliegenden Flächen des aus den Kernelementen 51 bestehenden Kerns aufgebracht werden, und Wärme und Druck kann zum Aushärten auf die Prepreg-Bahnen aufgebracht werden, um die Oberflächenplatten 52 und 53 mit den Kernelementen 51 zu verkleben.
Es kann kein Wasser in die Kernelemente 51 eindringen, da die Kernelemente 51 aus dem geschlossenzelligen Schaumkunststoffmaterial ausgebildet sind. Da die Kernelemente 51 miteinander mit dem Klebstofffilm 51 aus einem nicht-schäumenden Klebstoff verklebt sind, ist eine Verteilung von Wasser im Inneren der Sandwichstruktur 50 über die Verbindungsstelle der Kernelemente 51 nicht möglich, sogar wenn die Oberflächenplatte 52 oder 53 rissig wird.
Bezug nehmend auf 2, die eine Sandwichstruktur 60 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt, weist die Sandwichstruktur 60 einen Kern 67 und Oberflächenplatten 82 und 83 auf. Die Oberflächenplatten 62 und 63 sind, ähnlich wie die Oberflächenplatten 52 und 53 der Sandwichstruktur 50 der ersten Ausführungsformn, aus einem faserverstärkten Kompositmaterial ausgebildet, das hydrophobe anorganische Fasern als Verstärkungsfasern enthält. Die Oberflächenplatten 62 und 63 sind mit den gegenüberliegenden Flächen des Kerns 67 mit keinem Träger ent haltenden Klebstofffilmen 64 bzw. mit dem Harz des faserverstärkten Kompositmaterials verklebt.
Der Kern 67 weist ein wabenförmiges Kernelement 66 und Schaumkunststoff-Kernelemente 61 eines geschlossenzelligen Kunststoffmaterials auf, welche das wabenförmigen Kernelement 6b umgeben und miteinander mit nicht-schäumenden Klebstofffilmen 65 verklebt sind. Das wabenförmige Kernelement 66 weist große Festigkeit und Steifigkeit auf, um einer Kraft zu widerstehen, die in der Gewichtung der Sandwichstruktur 60 auf diese einwirkt, und geringe Festigkeit und Steifigkeit gegenüber einer in Richtung senkrecht zu der Gewichtung der Sandwichstruktur einwirkenden Kraft. Daher muss, wenn ein Erwärmen und Pressen einer mit einem wabenförmigen Kern versehenen Sandwichstruktur durchgeführt wird, die Sandwichstruktur in eine metallische Aufspannvorrichtung eingelegt werden, welche die Form eines Rahmens oder eines Umfangsteils der Sandwichstruktur hat, und sie darf sich nur schwach verjüngen, um ein Quetschen der Sandwichstruktur durch seitlichen Druck zu verhindern. Da die Sandwichstruktur 60 mit dem Kern 67 versehen ist, der die rahmenförmig angeordneten Schaumkunststoff-Kernelemente beinhaltet, weist die Sandwichstruktur 60 eine große Festigkeit gegenüber einer seitlichen Kraft auf und ein Umfangsteil der Sandwichstruktur 60 kann stark verjüngt ausgebildet sein.
Bezug nehmend auf 3, welche eine Sandwichstruktur 70 einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt, weist die Sandwichstruktur 70 einen Kern 77 auf, der Schaumkunststoff-Kernelemente 72 und 73 aus einem geschlossenzelligen Schaumkunststoffmaterial und ein wabenförmiges Kernelement 71 beinhaltet, die sandwichartig zwischen den Schaumkunststoff-Kernelementen 72 und 73 angeordnet sind, und Oberflächenplatten 75 und 76, die jeweils mit den gegenüberliegenden Flächen des Kerns 77 verklebt sind. Die Schaumkunststoff-Kernelemente 72 und 73 sind mit dem wabenförmigen Kernelement 71 mit keinem Träger enthaltenden Klebstofffilmen 78 verklebt. Die Oberflächenplatten 75 und 76 sind mit dem Kern 77 mit keinen Träger enthaltenden Klebstofffilmen 79 verklebt. Die Oberflächenplatten 75 und 76 sind aus faserverstärktem Kompositmaterial ausgebildet, das hydrophobe anorganische Fasern enthält.
Da das wabenförmige Kernelement 71 sandwichartig zwischen den Schaumkunststoff-Kernelementen 72 und 73 angeordnet ist, kann kein Wasser in die Sandwichstruktur 70 eindringen, sogar wenn die Oberflächenplatte 75 oder 76 rissig wird. Da die Schaumkunststoff-Kernelemente 72 und 73, die zur Absorption von Stößen in der Lage sind, die an die Oberflächenplatten 75 und 76 angrenzen, ist die Sandwichstruktur 70 gegenüber Beschädigungseinwirkungen widerstandsfähig.
Bezug nehmend auf 4, welche eine Sandwichstruktur 80 einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt, weist die Sandwichstruktur einen Kern 8b, der wabenförmige Kernelemente 81 und ein Schaumkunststoff-Kernelement 85 beinhaltet, und Oberflächenplatten 83 und 84 auf. Die wabenförmigen Kernelemente 81 sind in Abschnitten der Sandwichstruktur 80 angeordnet, bei denen die Dicke der Sandwichstruktur 80 in einem engen Bereich variiert, und das Schaumkunststoff-Kernelement 85 ist in einem Abschnitt der Sandwichstruktur angeordnet, in dem die Dicke der Sandwichstruktur 80 in einem breiten Bereich variiert.
Bei Ausbildung einer Sandwichstruktur variierender Dicke, die mit einem wabenförmigen Kern versehen ist, muss der wabenförmige Kern so bearbeitet sein, dass er mit der variierenden Dicke der Sandwichstruktur übereinstimmt. Das Bearbeiten des wabenförmigen Kerns ist eine umständliche Arbeit. Daher ist die Sandwichstruktur 80 bei der vierten Ausführungsform mit dem Kern 86 versehen, welcher die wabenförmigen Kernele mente 81 aufweist, die in Abschnitten der Sandwichstruktur 80 angeordnet sind, bei denen die Dicke der Sandwichstruktur 80 in einem engen Bereich variiert, und das Schaumkunststoff-Kernelement 85 beinhaltet, das in einem Abschnitt der Sandwichstruktur 80 angeordnet ist, in dem die Dicke der Sandwichstruktur 80 in einem weiten Bereich variiert. Der Kern 81 kann ohne Weiteres ausgebildet werden. Die Oberflächenplatten 83 und 84 werden durch Übereinanderschichten von Prepreg-Bahnen auf dem Kern 86 ausgebildet. Die Oberflächenplatten 83 und 84 sind mit dem Kern 8G mit keinen Träger enthaltenden Klebstofffilmen 87 verklebt. Die Oberflächenplatten 83 und 84 sind aus faserverstärktem Kompositmaterial ausgebildet, das hydrophobe anorganische Fasern enthält.
Nachfolgend wird ein Sandwichstruktur-Reparaturverfahren einer fünften Ausführungsform der Erfindung erläutert. 5 zeigt eine beschädigte Sandwichstruktur 1. Die Sandwichstruktur 1 ist eine Komposit-Struktur und weist einen ebenen Kern 4 von 12,7 mm Dicke und Oberflächenplatten 2 und 3 auf, welche die gegenüberliegenden Flächen des Kerns 4 bedecken. Der Kern 4 ist aus einem geschlossenzelligen Schaumkunststoffmaterial aufgebaut. Die Oberflächenplatten 2 und 3 sind aus einem faserverstärkten Kompositmaterial aufgebaut, das hydrophobe anorganische Fasern enthält. Die Sandwichstruktur 1 wird als eine Außenhaut von beispielsweise einem Flugzeug oder von rollendem Inventar wie beispielsweise einem Hochgeschwindigkeitspassagierwagen für einen Schnellzug verwendet. Die Oberflächenplatten 2 und 3 dienen als äußere Oberflächenplatte bzw. als innere Oberflächenplatte.
Die äußere Oberflächenplatte 2 besteht aus einem faserverstärkten Kompositmaterial, das durch Übereinanderschichten von acht Prepreg-Bahnen erzeugt ist, die jeweils durch Durchtränken einer Lage von Verstärkungsfasern mit einem Harz erzeugt sind. Die innere Oberflächenplatte 3 besteht aus einem faserverstärkten Kompositmaterial, das durch Überemander schichten von vier Prepreg-Bahnen erzeugt ist und dünner ist als die äußere Oberflächenplatte 2.
Wie in 5 dargestellt, ist ein Riss 5 in der äußeren Oberflächenplatte 2 der Sandwichstruktur 1 ausgebildet, und die äußere Oberflächenplatte 2 muss repariert werden. Ein Abschnitt der äußeren Oberflächenplatte 2, der den Riss 5 aufweist, wird mit einer Lochsäge 11 ausgeschnitten, wie in 6 dargestellt, um eine runde Öffnung 10 in der äußeren Oberflächenplatte 2 auszubilden. Die Lochsäge 11 weist die Form eines hohlen Zylinders mit Schneidzähnen 12 an ihrer Kante auf. Die Lochsäge 11 dreht sich mit hoher Drehzahl um ihre Achse, um ein rundes Loch auszuschneiden. Die Lochsäge 11 weist einen größeren Durchmesser auf als das kreisförmige Gebiet, welches den Riss 5 in der äußeren Oberflächenplatte 2 beinhaltet. Da der Abschnitt, der den Riss 5 der äußeren Oberflächenplatte 2 beinhaltet, kreisförmig ausgeschnitten wird, kann die Spannungskonzentration auf ein niedriges Niveau begrenzt werden. Der Durchmesser der Lochsäge 11 beträgt beispielsweise 50 mm. Wie in 6 dargestellt, wird ein unter der äußeren Oberflächenplatte 2 liegender zylindrischer Abschnitt des Kerns 4 gemeinsam mit dem runden Abschnitt der äußeren Oberflächenplatte 2 ausgeschnitten, so dass die runde Öffnung 10 in der äußeren Oberflächenplatte 2 ausgebildet wird.
7 und 8 sind Ansichten, die zur Unterstützung der Erläuterung bei den Arbeitsschritten zur Entfernung von Abschnitten des Kerns 4 dienen. Abschnitte des Kerns 4, die der Öffnung 10 zugehörig sind und sich um die Kante der Öffnung 10 herum befinden, werden entfernt. Da der Kern 4 aus einem geschlossenzelligen Schaumkunststoffmaterial ausgebildet ist und die Oberflächenplatten 2 und 3 aus einem faserverstärkten Kompositmaterial ausgebildet sind, können lediglich die Abschnitte des Kerns 4 durch ein Kugelstrahlverfahren in effizienter Weise entfernt werden, und zwar unter Verwendung von Strahlmaterial wie beispielsweise Walnusspulver oder Tonerde- oder Getreidepartikeln. Das Strahlmaterial wird durch eine Düse 15 gegen den Kern 4 geblasen, um Abschnitte des Kerns 4 abzuschaben. Ein Endabschnitt der Düse 15 ist im Wesentlichen um einen Winkel von 180° gekrümmt, wie in 8 dargestellt, um ein Entfernen eines Abschnittes des Kerns 4 um die Kante der in der äußeren Oberflächenplatte 2 ausgebildeten Öffnung 10 zu erleichtern.
Nachdem die gewünschten Abschnitte des Kerns 4 entfernt wurden, wird eine Trägerplatte 16 in das in der Sandwichstruktur 1 ausgebildete Loch eingeführt, wie in 9 und 10 dargestellt. Die Trägerplatte 16 ist eine auffedernde Platte, die einen kreisförmigen Mittelteil 17 und rechteckige radiale Arme 18 (bei dieser Ausführungsform 8 radiale Arme) in der Art von Blütenblättern aufweist, wie in 9 dargestellt. Die Trägerplatte 16 besteht beispielsweise aus einer Titanlegierung. Die Trägerplatte 16 kann durch Ausstanzen eines Titanlegierungsbleches ausgebildet sein. Der Durchmesser des kreisförmigen Mittelstücks 17 ist kleiner als der Durchmesser der Öffnung 10. Der Durchmesser eines der Trägerplatte 16 umschriebenen imaginären Kreisbogens ist viel größer als der Durchmesser der Öffnung 10.
Die Trägerplatte 16 wird durch die Öffnung 10 in den Raum eingeführt, der durch Entfernen der Abschnitte des Kerns 4 ausgebildet wurde. Beim Einführen der Trägerplatte 16 in den Raum sind die Arme 18 nach innen gekrümmt und die Arme 18 federn in den Raum auf, nachdem die Trägerplatte 16 vollständig in den Raum eingeführt wurde. Anschließend werden mit einem Bohrer Durchgangslöcher 24 zum Hindurchschieben von Nieten 25 in der äußeren Oberflächenplatte und den Armen 18 ausgebildet. Die Durchgangslöcher 24 können in der äußeren Oberflächenplatte 2 und den Armen 18 ausgebildet werden, bevor die Trägerplatte 16 in den Raum eingeführt wird. Die Arme 18 werden an der Innenfläche eines Abschnittes der äußeren Oberflächenplatte 2 um die Kante der Öffnung 10 mit den Nieten 25 befestigt, wie in 10 dargestellt.
Bezug nehmend auf 11 handelt es sich bei den Nieten 25 um Blindnieten, die von ihrer einen Seite her vernietet werden können. Jede Niete 25 weist einen Senkkopf 26 auf, der bündig mit der Außenfläche der äußeren Oberflächenplatte 2 eingesetzt werden kann. Die Niete 27 weist einen hohlen Stab 27 und eine in das hohle Rohr 27 eingesetzte Zugstange 28 auf. Eine Hülse 30 ist auf einen inneren Endabschnitt der Zugstange 28 aufgesetzt, der aus dem hohlen Stab 27 vorsteht, und das innere Ende der Zugstange 28 ist mit einem am Ende der Hülse 30 ausgebildeten Vollkernbolzen 31 verbunden. Eine wendelförmig angeordnete Zwischenscheibe 32 ist am Basisende der Hülse 30 angeordnet. Ein innerer Endabschnitt des hohlen Stabes 27 ist sich verjüngend ausgebildet.
Wie in 11(1) dargestellt, wird die Niete 25 von der Außenseite der äußeren Oberflächenplatte 2 in die Durchgangslöcher 24 eingeführt, die in der äußeren Oberflächenplatte 2 und dem Arm 18 ausgebildet sind, und dann wird die Zugstange 28 mittels eines Werkzeugs nach außen gezogen. Dann erfolgt ein Abwickeln und Aufweiten der wendelförmig angeordneten Zwischenscheibe 32 durch den sich verjüngenden inneren Endabschnitt des hohlen Stabes 27, wie in 11(2) dargestellt. Wenn die Zugstange 28 weiter nach außen gezogen wird, wird die wendelförmig angeordnete Zwischenscheibe 32 in Kontakt mit der Innenfläche des Arms 18 der Trägerplatte 16 gebracht und die Hülse 30 wird vollständig vernietet. Dann wird ein Abschnitt der Zugstange 28 abgeschnitten, der aus dem Kropf 26 nach außen vorsteht. Somit werden die acht Arme 18 der Trägerplatte 16 an der äußeren Oberflächenplatte mit den Nieten 25 befestigt.
Anschließend wird eine Abdeckplatte 40 auf die in der Öffnung 10 befindliche Trägerplatte 16 aufgelegt, wie in 12 dargestellt. Die Ab deckplatte 40 ist eine kreisförmige Platte, die erzeugt wird, indem eine Platte aus dem gleichen faserverstärkten Kompositmaterial wie das Material zur Erzeugung der äußeren Oberflächenplatte 2 mit der Lochsäge 11 ausgeschnitten wird. Da der kreisförmige mittige Teil 17 der Trägerplatte 16 in der Öffnung 10 liegt und die Arme 18 an der Innenfläche der äußeren Oberflächenplatte 2 befestigt sind, ist die Abdeckplatte 40 auf den kreisförmigen mittigen Teil 17 aufgesetzt. Dann werden acht Durchgangslöcher durch die Abdeckplatte 40 und die Trägerplatte 16 hindurch an acht den Armen 18 entsprechenden Positionen mit einem Bohrer ausgebildet. Blindnieten 25 werden in die Durchgangslöcher eingesetzt und mit dem gleichen Verfahren wie zuvor erwähnt vernietet, um die Abdeckplatte 40 am kreisförmigen mittigen Teil 17 mit den Nieten 25 zu befestigen. Da die Dicke der Abdeckplatte 40 der Dicke der äußeren Oberflächenplatte 2 entspricht, ist die Außenfläche der an der Trägerplatte 16 befestigten Abdeckplatte 14 mit der Außenfläche der äußeren Oberflächenplatte 2 bündig.
Nachdem die Abdeckplatte 40 auf diese Weise an der Trägerplatte 16 mit den Nieten 25 befestigt wurde, werden zwei Durchgangslöcher 42 durch die Abdeckplatte 40 und die Trägerplatte 16 hindurch ausgebildet. Ein Füllmaterial 43 wird durch das Durchgangsloch 41 in den in der Sandwichstruktur 1 ausgebildeten Raum mittels einer Einspritzpistole eingespritzt. Das Füllmaterial 43 ist ein flüssiges schäumendes Harz, das sehr kleine Blasen enthält. Der durch Entfernen der Abschnitte des Kerns 4 erzeugte Raum wird mit dem Füllmaterial angefüllt, wie in 13 dargestellt. Nachdem der Raum vollständig mit dem Füllmaterial 43 angefüllt wurde, fließt das Füllmaterial 43 durch das andere Durchgangsloch 42 über, was anzeigt, dass der Raum vollständig mit dem Füllmaterial 43 angefüllt ist. Das in den Raum eingespritzte Füllmaterial 43 härtet in einer vorgeschriebenen Zeit perfekt aus. Das Aushärten des Füllmaterials erfolgt bei gewöhnlicher Temperatur.
Somit kann die beschädigte Sandwichstruktur 1 unter Verwendung der Nieten 25 repariert werden, ohne dass irgendeine spezielle Vorrichtung erforderlich wäre. Die die Trägerplatte 16 ausbildende Titanlegierung weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der näher an dem des faserverstärkten Kompositmaterials liegt, aus dem die Oberflächenplatten 2 und 3 bestehen, als der von Aluminiumlegierungen. Daher werden während des Gebrauchs der Sandwichstruktur 1 keine übermäßig hohen thermischen Spannungen in der Trägerplatte 16 hervorgerufen, obwohl die Trägerplatte 16 an der äußeren Oberflächenplatte 2 mit den Nieten 25 befestigt ist.
Beim Sandwichstruktur-Reparaturverfahren kann eine andere Trägereinrichtung als die Trägereinrichtung 16 mit den radialen Armen 18 verwendet werden. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Trägerplatten an der Innenfläche eines Abschnittes der äußeren Oberflächenplatte 2 um die Kante der Öffnung 10 mit Nieten befestigt werden, so dass sie in die Öffnung 10 vorstehen, und die Abdeckplatte 40 kann auf diesem platziert werden und mit Nieten an den Trägerplatten befestigt werden.
Wenn eine Reparaturarbeit auf Seiten der inneren Oberflächenplatte 3 durchgeführt werden kann, kann ein zylindrischer Abschnitt der Sandwichstruktur 1, welcher Abschnitte der äußeren Oberflächenplatte 2, den Kern 4 und die innere Oberflächenplatte 3 beinhaltet, mit der Lochsäge 11 entfernt werden, um einen sich durch die Sandwichstruktur hindurch erstreckenden zylindrischen Raum zu erzeugen. Der zylindrische Raum erlaubt, dass die Reparaturarbeiten sowohl auf der Außen- als auch auf der Innenseite der Sandwichstruktur 1 durchgeführt werden können und erleichtert die Arbeitsgänge zur Entfernung eines Abschnittes des Kerns 4 um die Kante der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte 2. Da die Innenfläche der Sandwichstruktur nicht sichtbar ist und nicht vollständig eben zu sein braucht, kann eine Abdeckplatte von größerem Durchmesser als eine Öffnung, die in der auf der Rückseite befindlichen Platte 3 ausgebildet ist, mit Nieten direkt an der inneren Oberflächenplatte 3 befestigt werden, um so die Öffnung in der inneren Oberflächenplatte 3 abzudecken.
Ein Sandwichstruktur-Reparaturverfahren einer sechsten Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf 14 erläutert, wobei den in den 5 bis 13 dargestellten Teilen ähnliche oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und eine Beschreibung von diesen entfällt.
Das Sandwichstruktur-Reparaturverfahren wird verwendet, wenn die Reparaturarbeiten auf Seiten einer inneren Oberflächenplatte 3 einer Sandwichstruktur 1 durchgeführt werden können. Die Sandwichstruktur weist einen Defekt 5 in ihrer äußeren Oberflächenplatte 2 auf. Ein Abschnitt der inneren Oberflächenplatte 3, der einem Abschnitt der den Defekt 5 aufweisenden äußeren Oberflächenplatte 2 entspricht, wird mit einer Lochsäge 11 entfernt, um eine Öffnung zu bilden, und ein Abschnitt eines Kerns 4, der dem Abschnitt mit dem Defekt 5 entspricht, wird wie zuvor erwähnt, durch Kugelstrahlen entfernt. Eine Reparaturplatte (als äußere Trägerplatte) 45 wird auf die Innenfläche des Abschnittes der äußeren Oberflächenplatte 2, welche den Defekt 5 aufweist, aufgesetzt und wird an der äußeren Oberflächenplatte 2 mit Nieten 25 befestigt. Die Reparaturplatte 45 besteht aus einer Titanlegierung oder dem gleichen faserverstärkten Kompositmaterial, aus dem die äußere Oberflächenplatte 2 besteht. Dann wird ein Raum, der durch Entfernen eines Abschnittes des Kerns 4 ausgebildet wurde, mit einem Füllmaterial 43 angefüllt und eine Abdeckplatte (als innere Trägerplatte) 46 wird an der inneren Oberflächenplatte 3 mit Nieten 25 befestigt, so dass die in der inneren Oberflächenplatte 3 ausge bildete Öffnung abgedeckt wird. Somit braucht keine Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte 2 erzeugt zu werden.
Dieses Sandwichstruktur-Reparaturverfahren lässt sich nicht nur für eine Reparatur einer lediglich mit einem Schaumkunststoffkern versehenen Sandwichstruktur anwenden, sondern auch auf eine Reparatur von Sandwichstrukturen, die mit einem Kern ausgerüstet sind, der aus wabenförmigen Kernelementen und Schaumkunststoff-Kernelementen besteht, wie denjenigen, die in den 2 bis 4 dargestellt sind.
Gemäß der Erfindung beinhaltet eine Sandwichstruktur einen Kern, der Schaumkunststoff-Kernelemente aus einem geschlossenzelligen Schaumkunststoffmaterial aufweist, und Komposit-Oberflächenplatten aus einem faserverstärkten Kompositmaterial, das hydrophobe anorganische Fasern als Verstärkungsfasern enthält und die gegenüberliegenden Oberflächen des Kerns bedeckt, wobei die Schaumkunststoff-Kernelemente miteinander mit einem nicht-schäumenden Klebstofffilm verklebt sind, und die Komposit-Oberflächenplatten mit dem Kern mit keinen Träger enthaltenden Klebstofffilmen oder einem Harzbestandteil des die Oberflächenplatten bildenden faserverstärkten Kompositmaterials verklebt sind. Somit wird ein Eindringen von Wasser in die Sandwichstruktur zuverlässig verhindert.
Gemäß der Erfindung ist ein Umfangsteil des Kerns aus den Schaumkunststoff-Kernelementen ausgebildet, die so angeordnet sind, dass sie die wabenförmigen Kernelemente umgeben. Daher weist die Sandwichstruktur hohe Festigkeit und hohe Steifigkeit auf.
Gemäß der Erfindung ist der Kern dadurch ausgebildet, dass die wabenförmigen Kernelemente sandwichartig zwischen den Schaumkunststoff-Kernelementen angeordnet werden und die Schaumkunststoff- Kernelemente mit den wabenförmigen Kernelementen mit keinen Träger enthaltenden Klebstofffilmen verklebt werden. Daher kann kein Wasser in die Sandwichstruktur eindringen und die Sandwichstruktur weist hohe Festigkeit und hohe Steifigkeit auf.
Gemäß der Erfindung sind Abschnitte des Kerns, die Abschnitten der Sandwichstruktur zugehörig sind, bei denen die Dicke stark variiert, aus den Schaumkunststoff-Kernelementen ausgebildet, und Abschnitte des Kerns, die Abschnitten der Sandwichstruktur zugehörig sind, bei denen die Dicke allmählich variiert, sind aus den wabenförmigen Kernelementen ausgebildet. Daher kann der Kern ohne Weiteres bearbeitet werden und die Komposit-Oberflächenplatten können ohne Weiteres mit dem Kern verklebt werden.
Gemäß der Erfindung erfolgt beim Sandwichstruktur-Reparaturverfahren ein Aufsetzen der äußeren Trägerplatte auf die Innenfläche der äußere Oberflächeplatte und ein Befestigen von dieser an der äußeren Oberflächenplatte mit Nieten. Da die Befestigung der äußeren Trägerplatte an der äußeren Oberflächenplatte durch einen Vernietarbeitsgang unter Verwendung von Nieten zur Reparatur anstelle eines zeit- und arbeitsaufwendigen Verklebearbeitsgangs unter Verwendung eines Klebstoffs erfolgt, kann der zur Reparatur der Sandwichstruktur erforderliche Zeit- und Arbeitsaufwand stark vermindert werden.
Gemäß der Erfindung wird beim Sandwichstruktur-Reparaturverfahren ein beschädigter Abschnitt der äußeren Oberflächenplatte entfernt, um eine Öffnung zu bilden, die äußere Oberflächenplatte an der Innenfläche eines Abschnittes der äußeren Oberflächenplatte um der Kante der Öffnung herum mit den Nieten befestigt, und die Abdeckplatte in die Öffnung eingesetzt und diese an den Trägerplatten befestigt. Somit kann die Sandwich struktur so repariert werden, dass die Außenfläche von dieser eben und glatt ist.
Gemäß der Erfindung kann ein Abschnitt des Schaumkunststoff-Kernelementes ohne Weiteres durch einen Kugelstrahlvorgang entfernt werden, was die Reparaturzeit stark verringert.

Claims

Sandwichstruktur (50), aufweisend: einen Kern (4), der Schaumkunststoff-Kernelemente (51) aufweist, die aus einem geschlossenzelligen Schaumkunststoffmaterial ausgebildet sind; und Oberflächenplatten (52, 53), die aus einem faserverstärkten Kompositmaterial ausgebildet sind, das hydrophobe anorganische Fasern als Verstärkungsfasern enthält, und die die gegenüberliegenden Oberflächen des Kerns (4) bedecken; wobei das faserverstärkte Kompositmaterial eine Harzkomponente und hydrophobe anorganische Fasern als Verstärkungsfasern aufweist, die in der Harzkomponente enthalten sind; wobei die Schaumkunststoff-Kernelemente (51) auf einer einander zugewandten Seite der Schaumkunststoff-Kernelemente (51) mit einem nicht-schäumenden ersten Klebstofffilm (54) verklebt sind, und die Oberflächenplatten (52, 53) mit dem Kern (4) auf Seiten der Schaumkunststoff-Kernelemente (51), die den Oberflächenplatten (52, 53) zugewandt sind, mit einem keine Trägersubstanz enthaltenden zweiten Klebstofffilm (55) oder der Harzkomponente des die Oberflächenplatten (52, 53) bildenden faserverstärkten Kompositmaterials verklebt sind; wobei der erste Klebstofffilm (54) und der zweite Klebstofffilm (55) unterschiedliche Klebstofffilme sind.
Sandwichstruktur (50) nach Anspruch 1, die weiter aufweist: den Kern (4), der wabenförmige Kernelemente (66) aufweist; wobei ein Umfangsteil des Kerns (4) aus den Schaumkunststoff-Kernelementen (51) ausgebildet ist, die so angeordnet sind, dass sie die wabenförmigen Kernelemente (66) umgeben.
Sandwichstruktur (50) nach Anspruch 1, die weiter aufweist: den Kern (4), der wabenförmige Kernelemente (66) aufweist; wobei der Kern (4) dadurch ausgebildet ist, dass die wabenförmigen Kernelemente (66) sandwichartig zwischen den Schaumkunststoff-Kernelementen (51) angeordnet sind und die Schaumkunststoff-Kernelemente (51) mit den wabenförmigen Kernelementen (66) mittels des zweiten Klebstofffilms (55) verklebt sind.
Sandwichstruktur (50) nach Anspruch 1, die weiter aufweist: den Kern (4), der die wabenförmigen Kernelemente (66) aufweist; wobei Abschnitte des Kerns (4), die Abschnitten der Sandwichstruktur (50) entsprechen, bei denen die Dicke sich stark ändert, aus den Schaumkunststoff-Kernelementen (51) ausgebildet sind, und Abschnitte des Kerns (4), die Abschnitten der Sandwichstruktur (50) entsprechen, bei denen sich die Dicke allmählich ändert, aus den wabenförmigen Kernelementen (66) ausgebildet sind.
Sandwichstruktur (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die als Strukturelement von Flugzeugen, rollendem Inventar, einem Automobil oder einem Schiff zu verwenden ist.
Sandwichstruktur-Reparaturverfahren zum Reparieren einer Sandwichstruktur (50) nach Anspruch 1, welches folgende Schritte umfasst: Auflegen einer äußeren Trägerplatte (16, 45) auf eine Innenfläche eines beschädigten Abschnittes der äußeren Oberflächenplatte (2); und Befestigen der äußeren Trägerplatte (16, 45) an der äußeren Trägerplatte (2) mit Nieten (25).
Sandwichstruktur-Reparaturverfahren nach Anspruch 6, bei dem: ein Abschnitt der inneren Oberflächenplatte (3) und ein Abschnitt des Kerns (4), die dem beschädigten Abschnitt der äußeren Oberflächenplatte (2) entsprechen, entfernt werden; die äußere Trägerplatte (45) an der Innenfläche des beschädigten Abschnittes der äußeren Oberflächenplatte (2) mit Nieten (25) befestigt wird; ein Hohlraum, der durch Entfernen des Abschnittes des Kerns (4) erzeugt wird, mit einem Füllmaterial aufgefüllt wird; und eine innere Trägerplatte (16), die größer als eine Öffnung in der inneren Oberflächenplatte (3) ist, die durch Entfernen des Abschnittes der inneren Oberflächenplatte (3) erzeugt wird, an der inneren Oberflächenplatte (3) mit Nieten (25) befestigt wird, so dass die Öffnung in der inneren Oberflächenplatte (3) abgedeckt wird.
Sandwichstruktur-Reparaturverfahren nach Anspruch 6, bei dem: eine Öffnung im beschädigten Abschnitt der äußeren Oberflächenplatte (2) erzeugt wird; ein Abschnitt des Kerns (4) und ein Abschnitt der inneren Oberflächenplatte (3), die der Öffnung und einem Gebiet um den Rand der Öffnung herum entsprechen, entfernt werden; die äußere Oberflächenplatte (45) an der Innenoberfläche eines Abschnittes der äußeren Oberflächenplatte (2) um einen Rand der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte (2) mit Nieten (25) befestigt wird; eine Abdeckplatte (46), die aus dem gleichen Material wie die äußere Oberflächenplatte (2) ausgebildet ist und deren Dicke derjenigen der äußeren Oberflächenplatte (2) entspricht, in die Öffnung eingesetzt wird und an der äußeren Oberflächenplatte (45) mit Nieten (25) befestigt wird; ein Hohlraum, der im Kern (4) durch Entfernen des Abschnittes des Kerns (4) erzeugt wird, mit einem Füllmaterial angefüllt wird; und eine innere Trägerplatte (16), die größer als eine Öffnung in der inneren Oberflächenplatte (3) ist, die durch Entfernen des Abschnittes der inneren Oberflächenplatte (3) erzeugt wird, an der inneren Oberflächenplatte (3) mit Nieten (25) befestigt wird, so dass die Öffnung in der inneren Oberflächenplatte (3) abgedeckt wird.
Sandwichstruktur-Reparaturverfahren nach Anspruch 6, bei dem: ein Abschnitt der äußeren Oberflächenplatte (2), welche den beschädigten Abschnitt beinhaltet, entfernt wird, um eine Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte (2) zu bilden; ein Abschnitt des Kerns (4), welcher der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte (2) entspricht, und ein Abschnitt des Kerns (4) um einen Rand der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte (2) herum entfernt werden; die äußere Oberflächenplatte (16) über ein Gebiet ausgedehnt werden kann, das größer als die Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte (2) ist; die äußere Oberflächenplatte (16) durch die Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte (2) eingeführt wird; die äußere Oberflächenplatte (16) an der Innenfläche der äußeren Oberflächenplatte (2) mit Nieten (25) befestigt wird; eine Abdeckplatte (46), deren Größe der in der äußeren Oberflächenplatte (2) ausgebildeten Öffnung entspricht und deren Dicke derjenigen der äußeren Oberflächenplatte (2) entspricht, in die Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte (2) eingesetzt wird; die äußere Trägerplatte (16) an der Trägerplatte (16) mit Nieten (25) befestigt wird; und ein Hohlraum, der durch Entfernen der Abschnitte des Kerns (4) erzeugt wird, mit einem Füllmaterial aufgefüllt wird.
Sandwichstruktur-Reparaturverfahren nach Anspruch 6, bei dem: eine Mehrzahl von äußeren Oberflächenplatten (16) verwendet werden; ein Abschnitt der äußeren Oberflächenplatte (2), welche den beschädigten Abschnitt beinhaltet, entfernt wird, um eine Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte (2) zu bilden; ein Abschnitt des Kerns (4), welcher der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte (2) entspricht, und ein Abschnitt des Kerns (4) um einen Rand der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte (2) herum entfernt werden; die Mehrzahl von äußeren Oberflächenplatten (16) durch die Öffnung in die äußere Oberflächenplatte (2) eingeführt werden, so dass sie auf der Innenfläche eines Abschnittes der äußeren Oberflächenplatte (2) um einen Rand der Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte (2) herum angeordnet sind; die Mehrzahl von äußeren Oberflächenplatten (16) an der Innenfläche der äußeren Oberflächenplatte (2) mit Nieten (25) befestigt wird; eine Abdeckplatte (46), deren Größe der in der äußeren Oberflächenplatte (2) ausgebildeten Öffnung entspricht und deren Dicke derjenigen der äußeren Oberflächenplatte (2) entspricht, in die Öffnung in der äußeren Oberflächenplatte (2) eingesetzt wird; die Abdeckplatte an der Mehrzahl von äußeren Trägerplatten (1b) mit Nieten (25) befestigt wird; und ein Hohlraum, der durch Entfernen der Abschnitte des Kerns (4) erzeugt wird, mit einem Füllmaterial aufgefüllt wird.
Sandwichstruktur-Reparaturverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem der Abschnitt des aus einem Schaumkunststoffmaterial bestehenden Kerns (4) durch ein Kugelstrahlverfahren entfernt wird.