Einrichtung zur Biegeumformung von Paneelen, insbesondere Paneele für die Beplankung der Zelle von Luftfahrzeugen, Raketen oder dergleichen

Abstract

 Einrichtung zur Biegeumformung von Paneelen, insbesondere Paneele für die Beplankung oder die konstruktive Bildung der Zelle von Luftfahrzeugen, Raketen oder dergleichen, mit auf einer Behäutung einseitig angeordneten, unter der Bildung von Knotenstellen einander überkreuzenden Verstei­fungsrippen, wobei Umformglieder (111, 111a relativ zuein­ander und voneinander unabhängig zur Erzielung einer Um­formung vorgesehen sind, die an einander gegenüberliegen­den Knotenstellen (7) der Versteifungsrippen (4, 5) an­greifen und die Umformkraft (F′) so in das Bauteil (2) einleiten, dass die Umformkraft (F′) tangential zum Ver­lauf der Beplankung (3) ausgerichtet ist und wobei Mittel zur Änderung der Angriffsrichtung der Umformkräfte (F′) am Bauteil (2) vorgesehen sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Biegeumformung von Paneelen, insbesondere Paneele für die Beplankung oder die konstruktive Bildung der Zelle von Luftfahrzeugen, Raketen oder dergleichen, mit auf einer Behäutung einseitig angeordneten, unter der Bildung von Knotenstellen einander überkreuzenden Versteifungsrippen, wobei die Einrichtung zur Erzielung einer Bauteilkrümmung kraftbetätigte, zueinander verstellbare Umformglieder aufweist, vorgesehen für einen formschlüssigen Angriff jeweils an einander benachbarten Knotenstellen und Längenänderung der in Bauteil-Krümmungs­richtung verlaufenden Versteifungsrippen.

[0002] Derartige Paneele werden aus elastisches und plastisches Umformverhalten aufweisenden Werkstoffe, wie z.B. aus Aluminium, hergestellt.
Bei Teilen für den angegebenen Verwendungszweck ist aus Gründen der Verminderung des Luftwiderstandes von besonde­rer Wichtigkeit, die der Luftströmung ausgesetzte Paneel­aussenseite glatt und mit stetiger Krümmung auszuführen. Ausserdem müssen solche Bauteile für Luftfahrzeuge, auch der allgemeinen Luftfahrt, mit Arbeitsmitteln herstellbar sein, die eine preisgünstige Fertigung zulassen.
Solche Paneele können entweder in Integralbauweise, beste­hend aus einer Beplankung mit integrierten, einander über­kreuzenden Versteifungsrippen (Rippengurte, Stringer) oder in Diffentialbauweise, das heisst mit auf die Behäutung auf­genieteten Versteifungsrippen, ausgeführt sein.

[0003] Aus der EU 0 078 891 B1 ist bereits ein Verfahren und eine Einrichtung zur Biegeumformung von Paneelen, insbesondere für die Beplankung der Zelle von Luftfahrzeugen, vorgeschla­gen worden, wonach die Umformung durch eine plastische, ge­radlinige Längenänderung der sich in Richtung des Wölbungs­verlaufes erstreckenden Versteifungsrippen bewirkt wird, und wobei die Einleitung der Umformkräfte an den Versteifungs­rippen in einem solchen Abstand von der Behäutung erfolgt, bei dem das Paneel einem Spannungsverlauf mit innerhalb der Behäutung liegender neutraler Faser unterworfen ist. Die erfindungsgemässe Einrichtung geht aus von Ausbildungen gemäss der EU B1 und hat zur Aufgabe die Verbesserung der bekannten Einrichtungsausbildungen so, dass zwischen je einander benachbarten Knotenstellen der Versteifungsrippen, von einer Biegeumformung zu unterwerfenden Bauteilen, je­weils der der Umformung durch Längenänderung unterworfene Rippengurt nach Abschluss der Umformvorganges über seine gesamte Erstreckung eine konstante Dehnungsverteilung und damit Eigenspannungsverteilung aufweist.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst mittels einer Einrichtung entsprechend den Merkmalen des Anspruches 1 und in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung entsprechend den Merkmalen der dem Anspruch 1 folgenden Ansprüche.

[0005] Eine erfindungsgemäss ausgebildete Einrichtung erlaubt die Einleitung der die Umformung bewirkenden Kräfte am Werk­stück, in bezug auf die Kraftangriffsrichtung, an dem einer Längenänderung zu unterwerfenden Abschnitten der Rippen­gurte zu verändern und damit eine Krafteinleitung zu be­wirken, aus der eine Eigenspannungsverteilung in den Rippen­gurten resultiert, die über die gesamte Erstreckung der Rippengurte zwischen je zwei einander benachbarten Knoten­stellen gleichmässigen Verlauf aufweist.
Die Krafteinleitung kann dadurch senkrecht zu den quer zur Krümmungsrichtung verlaufenden Stringern, das heisst recht­winklig zur Linie zwischen den Schwenkachsen der schwenk­baren Umformglieder und den Kraftangriffspunkten der Glieder am Werkstück, erfolgen.

[0006] Durch die Schwenkbarkeit der Klemmbackenpaare an den Umform­gliedern ist eine Anpassung, entsprechend dem jeweiligen Umformgrad während eines Umformvorganges, frei um ihre Schwenkachse einstellbar. Damit ist eine Krafteinleitung am Werkstück erzielbar, die sowohl Ausgleichsbewegungen des Werkzeuges, beziehungsweise der Einrichtung und auch des Werkstückes selbst, auszugleichen vermag und eine Anpassung der Klemmbacken, an die sich während des Umformvorganges ändernde Richtung beziehungsweise Lage der Stringer erlaubt.

[0007] Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestell­ten Ausführungsbeispiels nachfolgend näher erläutert.

[0008] In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 schematisiert in Perspektive einen Ausschnitt aus einem Paneel in umgeformtem Zustand,

Figur 2 in schematisierter Darstellung eine Umform­einrichtung nach dem Stand der Technik in einer Umformstellung und Angabe der Richtung des Angriffs der Umformkraft am Werkstück,

Figur 3 in einem Kräftediagramm die Einleitung der Umformkräfte in das Werkstück, in schema­tischer Darstellung und in Gegenüberstellung bekannter Ausführungen einer Umformeinrich­tung gegenüber der erfindungsgemässen Aus­bildung,

Figur 4 in schematisierter Darstellung den Aufbau der erfindungsgemässen Umformeinrichtung in Verbindung mit der Krafteinleitung am Werkstück,

Figur 4a schematisiert in einer ausschnittweisen Darstellung eine Draufsicht auf das Paneel mit dem Angriff der Umformglieder,

Figur 5 eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung nach Figur 4 in einer Seiten­ansicht und

Figur 6 eine Ansicht der Umformeinrichtung gesehen in Richtung des Pfeiles X der Figur 5.

[0009] In Figur 1 ist das Paneel insgesamt mit 2, dessen Behäutung mit 3, sowie die einander überkreuzenden Versteifungsrippen mit 4 und 5 bezeichnet.
Beispielsweise ist das Paneel 2 ein Beplankungsteil für die Zelle von Luftfahrzeugen, wobei die einer Längenänderung zu unterwerfenden Versteifungsrippen 4 nachfolgend als Rippen­gurte und die sich mit diesen überkreuzenden Versteifungs­rippen 5 als Stringer bezeichnet sind. Ferner trägt die im Einbauzustand des Paneels 2 in der Luftströmung liegende Paneelaussenfläche die Bezugsziffer 6 und die durch die sich überkreuzenden Versteifungsrippen gebildeten Knotenstellen die Bezugsziffer 7.
Die Knotenstellen 7 können auch so gebildet sein, dass an­ stelle der Stringer 5 nur Stummel derselben mit den Rippen­gurten 4 vereinigt sind, um somit eine Ansatzmöglichkeit für den formschlüssigen Angriff der Umformeinrichtung zu erhal­ten.

[0010] In Figur 2 ist eine Umformeinrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik gezeigt. Die Umformeinrichtung 10 enthält Umformglieder 11, 11a, an deren freiem Ende Klemmbackenpaare 12, 12′ für den Angriff am Werkstück 2 befestigt sind. Die Umformglieder 11, 11a sind angeordnet auf einer Trägerachse 15′, die gleichzeitig die Kolbenstange des Arbeitskolbens 15 eines hydraulisch arbeitenden Servomotors 13 bildet. Der Servomotor 13 nimmt den Kolben 15 in einem Zylindergehäuse 14 unter Bildung von Zylinderkammern axial verschiebbar auf, wobei das Umformglied 11 mit dem Zylindergehäuse 14 fest verbunden ist. Das zweite Umformglied 11a ist seinerseits mit der Kolbenstange 15 fest verbunden, so dass bei Betäti­gung des Servomotors 13, der mit einer hier nicht darge­stellten Druckmittel-Steuereinrichtung zusammenwirkt, die beiden Umformglieder parallel und linear zueinander ver­stellt werden.
Hierbei werden die Umformkräfte F in Angriffspunkt A an ein­ander benachbarten Knotenstellen 7 des Paneels 2 koaxial gegeneinander gerichtet wirksam. Dabei bleibt die Angriffs­richtung der einander koaxial entgegengerichtet wirkenden Umformkräfte F am Werkstück 2, unabhängig vom Biegezustand des Werkstückes 2, ungeändert. Aus der linearen Übertragung der Umformkräfte F auf das Werkstück 2 resultiert eine un­gleiche Verteilung des Biegemoments an den zwischen je zwei einander benachbarten Knotenstellen liegenden, einer Längen­änderung zu unterwerfenden Abschnitte der Rippengurte 5. Es ergibt sich eine Konzentration der Eigenspannungen im Werk­stück in Verbindung mit einem ungleichmässigen Krümmungs­ verlauf der Behäutung 3 und damit der im Einbauzustand des Paneels 2 umströmten Aussenfläche 6.

[0011] Im Kräftediagramm gemäss Figur 3 sind neben Umformkräften F, die beim gezeigten Umformzustand des Paneels 2 in einem Winkel zur Lage der Stringer 5 koaxial gegeneinander ge­richtet wirksam sind, mit F′ Umformkräfte bezeichnet, die in den Angriffspunkten A am Werkstück angreifen und zur Lage der Stringer 5 entsprechend dem Umformzustand und damit zum Radius R zwischen der Schwenkachse der Umformglieder und dem Kraftangriffspunkt A rechtwinklig angreifen.

[0012] Mit A′ sind hierbei die Fußpunkte der Stringer 5 und der Rippen 4 auf der Behäutung 3 angedeutet und p stellt den Biegeabstand des Angriffs der Umformkräfte F beziehungsweise F′ im Angriffspunkt A vom Fußpunkt A′ dar.
Mit h ist ferner der Differenzabstand zwischen den Fußpunk­ten A′ und den Krümmungsscheitelpunkt D der Beplankung 3 in einem gegebenen Krümmungszustand des Werkstückes 2 ange­deutet. Die Differenz zwischen den Punkten C, C′ in der Wirkungslinie der koaxial zueinander gerichteten Umform­kräfte F gegenüber den Umformkräften F′ lässt die Differenz der in den Rippengurten 4 beim Umformvorgang im gezeigten Umformzustand wirksamen Biegespannungen, hervorgerufen durch die unterschiedliche Richtung des Angriffs der Umformkräfte F gegenüber den Kräften F′ erkennen.

[0013] Bei der in Figur 4 dargestellten, erfindungsgemässen Aus­bildung, sind die mit 111, 111a bezeichneten Umformglieder relativ zueinander schwenkbar angeordnet.
Im Bereich des einen Endes der Umformglieder 111, 111a sind, wie bei der bekannten Ausbildung nach Figur 2, die mit dem Werkstück 2 in Eingriff bringbaren Klemmbackenpaare 112, 112′ angeordnet, welche die einer Umformung zu unterwerfen­den Rippengurte 4 zwischen sich fassen und die formschlüssig an einander benachbarten Knotenstellen 7 des Paneels an­greifen.
Im Bereich des entgegengesetzten Endes der Umformglieder greift der hier mit 113 bezeichnete Servomotor an. Dabei stützt sich dessen Arbeitskolben 115 am Umformglied 111 und der Arbeitszylinder 114 am Umformglied 111a gelenkig ab. Mit 123 ist hier das Lagerauge des Arbeitskolbens be­bezeichnet.

[0014] Bezogen auf die Längserstreckung der Umformglieder 111, 111a, ist zwischen den Klemmbackenpaaren 112, 112′ und dem Servomotor 113 ein Ankerteil 130 angeordnet, das als Ab­stützung und als getrennte Schwenklagerung für eine vonein­ander unabhängige Relativschwenkbewegung der Umformglieder 111, 111a in Richtung der Schwenkebene E-E (Figur 1) dient. Sowohl der Zylinder 114, als auch der Arbeitskolben 115 des Servomotors 113 greift mittels eines Schwenklagers 120, 121 an den Umformgliedern 111, 111a gelenkig an.

[0015] Das Ankerteil 130 trägt mittels Lagern 134, 134a schwenkbar die Umformglieder 111, 111a. Das Ankerteil 130 enthält ferner Einstellmittel zur Veränderung des Abstandes L der Achsen der Lager 134, 134a, wie aus der konstruktiven Aus­bildung gemäss der nachfolgend beschriebenen Ausführungs­form der Einrichtung nach den Figuren 5 und 6 zu erkennen ist.
In den Figuren 5 und 6, ist ein Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung dargestellt, wobei mit Teilen der Figuren 1 bis 4 korrespondierende Teile gleich benannt und mit glei­chen Bezugsziffern versehen sind.

[0016] Die Umformglieder 111, 111a sind hier in der Art eines ge­schlossenen Rahmens ausgeführt, dessen Durchbrechung 150 zur Aufnahme von Teilen des Servomotors 113, sowie von Teilen des Ankers 130 dient. An dem die Umformglieder 111, 111a bildenden Rahmen lagern sich die Klemmbackenpaare 112, 112′

[0017] Die Einstelleinrichtung 140 enthält einen auf das Gewinde der Ankerstange 131 des Ankerteiles 130 aufschraubbaren und arretierbaren Gewindering 142. Dieser stützt sich an der Schulter 144, der die Zapfen der Lager 134, 134a tragenden, auf der Ankerstange 131 verschiebbaren Lagerbüchse 143 so ab, dass je nach Einstellung des Gewinderinges 142 eine ent­sprechende Einstellung des Abstandes L der Achsen der Lager 134, 134a an den beiden Umformgliedern 111, 111a und damit eine Änderung der Richtung des Kraftangriffs der Umformkraft F′ bewirkt wird. Daraus resultiert, dass die Umformkraft F′ entsprechend der Ausbildung des Bauteils 2 während des Um­formvorganges, beziehungsweise in End-Umformstellung der Glieder 111, 111a zueinander, senkrecht zur Erstreckung der Stringer 5 beziehungsweise rechtwinklig zum Schwenkradius R, um den die Umformglieder 111, 111a schwenkbar sind, im Kraftangriffspunkt A an den Rippengurten 4 angreift. Es ist anstelle der gezeigten Verstelleinrichtung 142, 143, 131 zur Veränderung des Abstandes L auch eine Ausbildung denkbar, mit deren Hilfe eine Lageveränderung der Lage 134, 134a mit dem Ankerteil 130 in Richtung der Längserstreckung der Umformglieder 111, 111a ermöglicht wird. Eine solche Änderung des Abstandes zwischen den Angriffspunkten A der Umformkraft F′ und den Achsen der Schwenklager 134, 134a, das heisst einer Veränderung des Radius R, lässt die Ver­wendung der Einrichtung auf Bauteile unterschiedlicher Ab­messungen zu.

[0018] Die Einrichtung weist ferner eine Hubbegrenzung 160 auf, die einen in das Umformglied 111a fest eingesetzte Schraube 161 und eine auf deren Gewinde aufschraubbare und arretier­bare Stellmutter 162 enthält.
Ausserdem ist eine sich an der Stellmutter 162 der Hubbe­grenzung 160 abstützende Federungseinrichtung 170 vorge­sehen. Die Feder dient dazu, die Umformglieder 111, 111a bei drucklosem Stellmotor 113 in einer vorbestimmten Öff­nungsstellung zu halten. Daraus resultiert ein leichteres Aufsetzen der Einrichtung auf das Bauteil.
Die Einrichtung kann als mobiles Werkzeug oder als Kompo­nente einer feststehenden Bearbeitungseinheit ausgeführt sein.

[0019] Bei der vorliegenden Ausführungsform der Einrichtung sind die Klemmbackenpaare 112, 112′ an den Umformgliedern 111, 111a um Achsen 180 quer zur Richtung der Umformkraft F′ frei schwenkbar angeordnet. Mittels der so gelagerten Klemmbackenpaare 112, 112′ ist während des gesamten Umform­vorganges eine selbsttätige Anpassung an die Lage bezie­hungsweise den Umformgrad der Stringer 5 gewährleistet und damit eine einwandfreie Übertragung der Umformkraft F auf das Bauteil 2 ermöglicht. Mit 178 ist ferner noch eine Ein­stellschraube bezeichnet, die zur einstellbaren Begrenzung des Öffnungsweges der Einrichtung dient.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Biegeumformung von Paneelen, insbeson­dere Paneele für die Beplankung oder die konstruktive Bildung der Zelle von Luftfahrzeugen, Raketen oder der­gleichen, mit auf einer Behäutung einseitig angeordne­ten, unter der Bildung von Knotenstellen einander über­kreuzenden Versteifungsrippen, wobei die Einrichtung zur Erzielung einer Bauteilkrümmung kraftbetätigte, zuein­ander verstellbare Umformglieder aufweist, vorgesehen für einen formschlüssigen Angriff jeweils an einander benachbarten Knotenstellen und Längenänderung der in Bauteil-Krümmungsrichtung verlaufenden Versteifungs­rippen dadurch gekennzeichnet, dass
- die Umformglieder (111, 111a) relativ zueinander und voneinander unabhängig verstellbar sind, dass
- die Umformglieder (111, 111a) so verstellbar sind, dass die Umformkraft (F′) am Bauteil (2) im Bereich der Knotenstellen (7) senkrecht oder zumindest an­nähernd senkrecht zu den quer zur Krümmung des Bau­teils (2) verlaufenden Stringer (5) beziehungsweise tangential zum Verlauf der Beplankung (3) in Krüm­mungsrichtung eingeleitet wird und dass
- Mittel (130, 131; 142, 143) zur Änderung der Angriffs­ richtung der Umformkräfte (F′) am Bauteil 2 vorge­sehen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformglieder (111, 111a) um Lager (134, 134a) schwenkbar sind.

3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformglieder (111, 111a) an einem ihnen gemeinsamen Ankerteil (130) relativ zueinander schwenkbar gelagert sind.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Umformglieder (111, 111a) mittels eines eigenen Schwenklagers (134, 134a) am gemeinsamen Ankerteil (130) frei schwenkbar angeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (L) zwischen den Schwenklagern (134, 134a) zur Einstellung auf unter­schiedliche Abstände einander benachbarter Knotenstellen (7) oder Stringer (5) des Bauteiles (2) veränderbar ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Änderung des Schwenkradius (R) der Umformglieder (111, 111a) zwischen deren Schwenklager (134, 134a) und dem Angriff (A) der Umformkräfte (F, F′) am Bauteil (2) vorgesehen sind.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformglieder (111, 111a) an einander benachbarten Knotenstellen (7) an­ greifende und die einer Längenänderung durch Umformung zu unterwerfenden Rippengurte (4) zwischen sich fassende Klemmbackenpaare (112, 112′) tragen.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmbackenpaare (112, 112′) je mittels senkrecht zur Schwenkebene (E-E) ange­ordneter Schwenkzapfen (180) an den Umformgliedern (111, 111a) frei schwenkbar auf die Lage der Stringer (5) ent­sprechend dem Umformzustand einstellbar angeordnet sind.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Anspruüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der freien Enden der Umformglieder (111, 111a) die Elemente (114; 115, 115′; 123) eines die Umformkräfte (F′) erzeugenden Servomotors (113) mittels Gelenklagerungen (120; 121) angreifen.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Abstandes (L) der Schwenklagerungen (132, 132a) des Ankerteiles (130) mittels einer Einstelleinrichtung durch Nach­führung während des Ablaufes des Umformvorganges zur Aufrechterhaltung eines senkrechten Angriffs der Um­formkräfte (F′) am Bauteil (2) erfolgt.

Zeichnung