阅读说明：本技术 改变或修复纤维复合工件的表面部位的方法、工具和设备 (Method, tool and device for modifying or repairing surface portions of a fiber composite workpiece ) 是由 亚历山大·察斯特罗 罗曼·克莱因佩特 于 2020-03-17 设计创作，主要内容包括：为了减少在修复过深下沉的螺栓开口(12)或纤维复合工件(10)中的表面损坏时的经过时间而提出,将相应的表面部位(11)下沉,以便产生用于纤维复合插件体(32)的凹陷部(33)和接触面(30)。将纤维复合插件体(32)安置到接触面(30)上并且在纤维复合工件(10)处固定在该凹陷部中。在过深下沉的螺栓开口(12)的情况下,在纤维复合插件体(32)中钻出新的螺栓开口,所述新的螺栓开口随后下沉到正确的下沉深度。在该方法中,可以使用三腿的施加工具(40),所述施加工具将纤维复合插件体(32)正确地定位、定向和在粘接剂(35)硬化期间按压到纤维复合工件(10)上。(In order to reduce the time elapsed during the repair of an excessively deep sunk screw opening (12) or surface damage in a fiber composite workpiece (10), it is proposed that the corresponding surface region (11) be sunk in order to produce a recess (33) and a contact surface (30) for the fiber composite insert body (32). A fiber composite insert body (32) is placed on the contact surface (30) and fixed in the recess at the fiber composite workpiece (10). In the case of an excessively deep sunk bolt opening (12), a new bolt opening is drilled into the fiber composite insert body (32), which is then sunk to the correct sinking depth. In the method, a three-legged application tool (40) can be used, which correctly positions, orients and presses the fiber composite insert body (32) onto the fiber composite workpiece (10) during the hardening of the adhesive (35).)

改变或修复纤维复合工件的表面部位的方法、工具和设备

技术领域

本发明涉及一种用于改变或修复纤维复合工件的工件表面的表面部位的加工方法。此外，本发明涉及一种施加工具和一种加工设备，所述施加工具和加工设备分别在加工方法中使用。

背景技术

在将整块的纤维复合构件组装到一起期间，尤其过深下沉的孔/开口是经常出现的现象。此时使用的修复方法具有长的经过时间，可能要求工程师的决定从而造成可能与高的成本关联的妥协。

通常，将过深下沉的或其他不合规格创建的孔通过***金属套筒(例如由钛构成)、加热修复区域并且使用过大的螺栓(与规格相比)加工和修复。此外，孔迄今为止用树脂处理和修复(树脂修复)。

此外，在使用纤维复合构件期间也可以出现有限尺寸的较小的表面损坏，例如通过颗粒冲击。

发明内容

本发明基于如下目的，实现一种改进的加工方法和一种用于其执行的适当的设备。

所述目的通过本发明的主题来实现。优选的改进方案是下文的主题。

本发明实现一种用于改变或修复纤维复合工件的工件表面的表面部位的加工方法，其中该表面部位首先不对应于结构预设并且在改变之后对应于结构预设，所述方法具有如下步骤：

1.1将所述表面部位下沉，以产生接触面和凹陷部，和

1.2将纤维复合插件体安置到接触面上并且将纤维复合插件体在纤维复合工件上固定在凹陷部中。

优选的是，尤其在步骤1.1中，借助于锥形下沉来产生接触面，使得接触面具有锥形外侧面的形状。

优选的是，尤其在步骤1.1中，接触面借助于阶梯下沉来产生，使得接触面具有柱形外侧面的形状。

优选的是，尤其在步骤1.2中，安置/或固定进行成，使得表面部位平坦地或与工件表面齐平。

优选的是，尤其在步骤1.2中，将纤维复合插件体基于与接触面的共同作用与凹陷部同心地定位。

优选的是，纤维复合插件体锥形地或截锥形地构成。

优选的，纤维复合插件体柱形地构成。

优选的是，步骤1.2包括将纤维复合插件体按压到纤维复合工件上。

优选的是，尤其在步骤1.2中，清洁接触面，以由接触面产生粘接面。

优选的是，步骤1.2包括将纤维复合插件体与纤维复合工件粘接，尤其在粘接面上粘接。

优选的是，在步骤1.2中，纤维复合插件体沿凹陷部的轴向方向伸出超过工件表面。

优选的是，步骤1.2包括将纤维复合插件体切除，直至其平坦的和/或与工件表面齐平。

优选的是，切除进行成，使得工件表面的可能的涂层、尤其在表面部位的周围区域中的涂层尽管被触及，尤其粗糙化，但是不被切除。

优选的是，尤其在步骤1.2中，切除借助于磨削进行。

优选的是，在步骤1.2之后，并且如果存在优选地在步骤1.3之前，再次制造功能涂层，尤其防雷材料。

优选地，加工方法包括如下步骤：

-借助于从纤维复合体中切出纤维复合插件体来提供纤维复合插件体。优选的是，切出借助于在纤维复合体中钻孔来进行。

优选的是，在切出时，将纤维复合插件体作为锥形或截锥形切出。

优选的是，在切出时，将纤维复合插件体作为柱形切出。

优选的是，在切出时产生导向开口。

优选的是，在切出时钻出导向开口。

优选的是，表面部位是初始螺栓开口，其中步骤1.1包含进一步地下沉初始螺栓开口，以产生接触面。

优选的是，进一步下沉的初始螺栓开口形成凹陷部。

优选的是，加工方法包括步骤1.3，所述步骤1.3包含根据结构预设在纤维复合插件体中产生最终螺栓开口。

优选的是，初始螺栓开口具有初始下沉深度并且最终螺栓开口具有最终下沉深度，其中初始下沉深度和最终下沉深度分别相对于纤维复合工件的工件表面限定。

优选的是，加工方法将初始下沉深度改变、尤其减小到最终下沉深度上。

优选的是，加工方法包括步骤1.4，该步骤包含将最终螺栓开口下沉到最终下沉深度上。

优选的是，尤其在步骤1.2中，纤维复合插件体由于与接触面的共同作用与初始螺栓开口同心地定位。

优选的是，尤其在步骤1.2中，纤维复合插件体具有导向开口，用于在安置时定位纤维复合插件体。

优选的是，尤其在步骤1.2中，纤维复合插件体具有导向开口，用于在固定时定位纤维复合插件体。

优选的是，尤其在步骤1.2中，纤维复合插件体具有导向开口，用于在安置时定向纤维复合插件体。

优选的是，尤其在步骤1.2中，纤维复合插件体具有导向开口，用于在固定时定向纤维复合插件体。

优选的是，导向开口构成为贯通开口或贯通钻孔。

优选的是，导向开口构成为盲孔或盲孔钻孔。

优选的是，导向开口由于纤维复合插件体与接触面的共同作用与初始螺栓开口同心地定位。

优选的是，导向开口由于纤维复合插件体与接触面的共同作用与初始螺栓开口平行地定向。

优选的是，尤其在步骤1.3中，最终螺栓开口通过扩大导向开口产生。

优选的是，尤其在步骤1.3中，产生借助于钻孔、尤其扩孔进行。

优选的是，尤其在步骤1.4中，最终下沉深度选择成，使得确定用于初始螺栓开口的螺栓现在当所述螺栓***最终螺栓开口时，与工件表面尤其在允许的公差的范围中齐平，其中在所述螺栓***初始螺栓开口中时，所述螺栓不与工件表面齐平。

优选的是，尤其在步骤1.2中，纤维复合插件体沿初始螺栓开口的轴向方向超出工件表面。

优选的是，步骤1.2包括切除纤维复合插件体，直至其平坦和/或与工件表面齐平。

本发明因此尤其实现一种用于将纤维复合工件的尤其用于圆形螺栓的初始螺栓开口的初始下沉深度改变、尤其减小到最终螺栓开口的最终下沉深度的方法，所述纤维复合工件优选构成用于飞行器部件或飞行器，其中初始下沉深度和最终下沉深度分别相对于纤维复合工件的工件表面限定，所述方法具有如下步骤：

1.1进一步地下沉初始螺栓开口，以产生接触面；

1.2将纤维复合插件体安置到接触面上并且将纤维复合插件体固定在纤维复合工件上；

1.3至少部分地在纤维复合插件体中产生最终螺栓开口，和

1.4将最终螺栓开口下沉到最终下沉深度上。

所述加工方法优选地可以具有一个、多个或全部在上文中提到的优选的设计方案。

本发明实现一种用于将纤维复合插件体定位、定向和/或按压到纤维复合工件的螺栓开口的粘接面上的施加工具，其中施加工具包括：支撑框，所述支撑框构成用于将施加工具平坦地支撑在纤维复合工件的工件表面上；引导螺栓，所述引导螺栓构成用于当引导螺栓抓住纤维复合插件体时，纤维复合插件体的定位和定向；按压装置，所述按压装置构成用于将按压力朝向纤维复合工件的方向施加到纤维复合插件体上。

本发明还实现一种加工设备，所述加工设备包括优选的施加工具、纤维复合插件体和具有凹陷部、尤其螺栓开口的纤维复合工件，所述凹陷部具有粘接面，其中支撑框抓住纤维复合工件，其中纤维复合插件体由引导螺栓抓住，使得纤维复合插件体部分地在凹陷部中并且与凹陷部同心地设置，其中纤维复合插件体由按压装置压到粘接面上。

纤维复合工件优选在飞行器的飞行器部件、例如机身部件上使用。也可以考虑在船或车辆构造中或在风能领域中使用。

应注意的是，方法步骤的在本文中使用的编号仅用于较简单的参照并且不暗含顺序。

下面详细阐述在本文中描述的方法和设备的优点和效果。应注意的是，方法和设备由此不限于所述优点和效果。此外在本发明的每个实施类型中不必实现全部优点和效果。

借助于加工方法，修正纤维复合工件(例如由于冲击造成的)损坏可以通过将纤维复合插件体根据之前的下沉***到损坏部位中进行。借此，可获得如下纤维复合工件，所述纤维复合工件具有不带有孔、钻孔和/或下沉部的平坦的表面。

借助在本文中描述的措施，也可以加工或修复螺栓开口，该螺栓开口用于标称的针对该螺栓开口确定的螺栓/固定件。当前聚焦于改变或减小螺栓开口的下沉深度，换言之，将初始下沉深度修正成(期望的)最终下沉深度。

此外，通过所述方法可以借助于引入下沉部、例如锥形下沉部或阶梯下沉部来移除损坏部，并且将有缺陷的材料通过纤维复合插件体替代。

在本文中描述的、也称作为锥形修复方法的加工方法可以简单地构造成，使得简单的培训可以足以可靠地根据在空运中常见的标准来执行加工方法。

纤维复合工件例如可以是预浸料材料。可以从中切出纤维复合插件体的纤维复合体优选同样是预浸料材料。

为了固定纤维复合插件体，优选使用双组分粘接剂，所述双组分粘接剂可以基于环氧树脂。在此，粘接剂优选选择成，使得硬化可以在常见的室温下顺利地进行。粘接剂还可以根据如下方式选择：所述粘接剂已经在生产中用于其他附件、例如纤维复合机构的连接夹。在此，在预制的施加设备、例如注射器中的粘接剂的标准化的可用性也是有帮助的。

在切出纤维复合插件体时，可以使用稳固的工具。有利的可以是，将优选板形的纤维复合体首先粘贴到底座、例如由木材构成的底座上，并且随后才切出纤维复合插件体。申请人的实验已经得出，借助这种设置甚至在显微镜表面检查时不可见材料的任何损坏。尤其地，不可见切面中的纤维渗出，所述切面仅具有较少量的加工痕迹。

尤其借助于超声波浴分开地清洁纤维复合插件体证实为是有利的。

在加工方法之前，首先可以识别下沉深度的偏差，所述偏差引起，***到螺栓开口中的螺栓过深地位于纤维复合工件的工件表面下方。在移除螺栓之后，随后可以扩大存在的下沉深度(优选从大致0.2mm起)。随后，可以彻底清洁切面。将粘接剂施加到清洁的切面上。粘接剂可以在两个部件上、即在纤维复合工件和纤维复合插件体上涂覆。纤维复合插件体***到螺栓开口中并且定位/定向。粘接剂的硬化在室温下进行，即无需施加附加的热量。(根据粘接剂体系，然而局部的热处理也可以是优选的或必需的)。粘接剂例如硬化2个小时。粘接剂量优选是过量的。

纤维复合插件体优选是超尺寸的，使得其伸出工件表面。在该情况下，纤维复合插件体可以磨掉，直至纤维复合插件体与工件表面齐平。在磨削时，优选要注意的是，不损坏纤维复合工件的可能的功能涂层。防雷材料、例如呈金属编织物的形式的防雷材料可以属于此。

在纤维复合插件体中可以钻出孔或扩展已经预先钻出的开口，使得原则上可以容纳原始的螺栓。随后，将新钻出的孔下沉到期望的下沉深度上，使得***孔中的螺栓与工件表面齐平。

申请人的将在本文中描述的方法的时间耗费与传统方法比较的实验已经得出，能够实现大约7小时——几乎一整个普通工作日——的明显的时间优点。如果在本文中描述的方法在杆修复的部位处使用，那么时间优点可以还更大。选择性地，可以在加工期间执行一个或多个检查。

关于加工或施加工具，优选地期望如下优点：

-改进现有的柱形孔的孔轴线相对于工件表面的垂直性；

-改进纤维复合插件体或纤维复合插件锥中的导向开口相对于工件表面的垂直性；

-改进柱形孔区域相对于纤维复合插件体或纤维复合插件锥中的导向开口的定位；

-在硬化期间将一定的压力施加到纤维复合插件体或纤维复合插件锥和粘接剂层上，以便实现尽可能小的粘接线厚度和/或封闭孔，尤其通过超量的粘接剂量来封闭孔。

工具可以借助于现代的增材生产方法或常规地生产。优选地，施加工具的支撑框构成为三角架。

应注意的是，构思当前尤其根据修复螺栓开口来阐述。本发明然而不局限于此。因此，在盲孔的部位也可以使用贯通开口并且反之亦然。下沉部也不仅限于锥形下沉部；也能够使用阶梯下沉部。尤其地，根据应用情况也可以使用所述措施的适合的组合。对螺栓开口替选地或附加地，表面损坏也可以借助于在本文中描述的方法来修复。

附图说明

实施例根据所附的示意图详细阐述。在附图中示出：

图1示出初始螺栓开口的横截面图；

图2示出初始螺栓开口的立体图；

图3示出进一步下沉的初始螺栓开口的横截面图；

图4示出进一步下沉的初始螺栓开口的立体图；

图5示出具有纤维复合插件体的初始螺栓开口的横截面图；

图6示出施加工具的一个实施例；

图7示出图6中的纤维复合插件体的细节图；

图8示出图6中的纤维复合插件体的另一细节图；

图9从下方示出图6中的纤维复合插件体的视图；

图10示出切除的纤维复合插件体的横截面图；

图11示出纤维复合工件的立体图；

图12示出另一纤维复合工件的立体图；

图13示出具有***的螺栓的横截面图；

图14示出纤维复合工件的立体图；

图15示出图14中的纤维复合工件的立体图；

图15示出图14中的纤维复合工件的立体图；

图16示出涉及切出纤维复合插件体的视图；

图17示出在图16中提取的纤维复合插件体的视图；和

图18示出提取的纤维复合插件体的截面的放大图。

具体实施方式

首先参照图1和图2，图1和图2示出纤维复合工件10。纤维复合工件10例如可以是飞行器部件的一部分，例如是机身嵌板或衬板元件的一部分。

纤维复合工件10具有要加工的表面部位11。表面部位11例如可以是初始螺栓开口12。表面部位11也可以是纤维复合工件10的通过冲击产生的损坏。下面，根据初始螺栓开口12来阐述所述实例。然而显而易见的是，在本文中描述的措施也适合于损坏的表面部位11。

纤维复合工件10具有用于螺栓14的初始螺栓开口12。螺栓14例如是圆形螺栓并且可以具有螺纹。

初始螺栓开口12具有初始下沉部16，例如呈柱形。初始下沉部16具有初始下沉深度18。初始下沉深度18从纤维复合工件10的工件表面20起测量。初始螺栓开口12在此作为盲孔示出，但是也可以是贯通孔或其他孔类型。

此外，初始螺栓开口12具有用于容纳螺栓14的螺栓杆24的杆区域22。螺栓14还包括螺栓头26，所述螺栓头可以设置在初始下沉部16中。

如尤其在图1中可见的那样，螺栓头26比工件表面20更深地设置，使得螺栓14与工件表面20不齐平。在螺栓14和工件表面20之间的间距通常小于1mm，但是允许大于准许的公差。螺栓14因此不对应于结构上的预设。

现在为了改变初始下沉深度18，使得螺栓14与工件表面20齐平，如在下文中描述的那样加工纤维复合工件10。

如在图3和图4中示出的那样，初始螺栓开口12借助于锥形扩孔件进一步地下沉，以便得到锥形下沉部28。在此，初始下沉部16(或损坏部)可以完全移除。锥角优选在90°和130°之间。锥角尤其为100°。根据应用情况不排除其它的角度。

锥形下沉此外提供用于优选锥形地或截锥形地构成的纤维复合插件体32的接触面30。优选地，接触面30被清洁，以便获得粘接面34。

此外，锥形下沉实现用于纤维复合插件体32的凹陷部33。

随后，将树脂材料作为粘接剂35施加到粘接面34和纤维复合插件体32的外侧面36上。粘接剂35的量优选是过量的，以便闭合粘接面34或外侧面36处的可能的孔。此外，因此可以将封闭的气泡从粘接区域中运送出来。

纤维复合插件体32如在图5至图7中更详细地示出的那样***到初始螺栓开口12中，并且安置到接触面30、尤其粘接面34上。纤维复合插件体32可以具有用于定位和定向的导向开口38。对此可以使用施加工具40。

施加工具40具有支撑框42。支撑框42优选地构成为三脚架44并且可以在纤维复合工件10上可松开地固定，例如借助于可松开的粘接连接部46。也可以将真空吸盘或磁体用于可松开的固定。

施加工具40还包括引导螺栓48，所述引导螺栓可竖直移动地支撑在支撑框40上。引导螺栓48可以抓住纤维复合插件体32并且尤其接合到导向开口38中，以便将纤维复合插件体32与初始螺栓开口12同心地定位和/或平行于初始螺栓开口12定向。

施加工具40此外可以具有按压装置50，借助于所述按压装置可以将力沿纤维复合插件体32的轴向方向朝向纤维复合工件10施加。按压装置50当前包括弹性元件52，例如螺旋弹簧54，所述弹性元件的施加的力通过调节元件56、例如螺母58来调节。

尤其地，由于纤维复合插件体32与接触面30的共同作用，可能在借助于施加工具40的条件下，纤维复合插件体32可以与初始螺栓开口12同心地和/或平行地定位或定向。

该步骤的结果尤其在图8和图9中可见。纤维复合插件体32优选构成为，使得其沿初始螺栓开口12的轴向方向超出工件表面20。此外，可见过大量的粘接剂35。

纤维复合插件体32如在图10至图12中示出的那样切除，尤其磨掉，直至纤维复合插件体32与工件表面20齐平。在此要注意的是，在切除时不移除功能涂层60。纤维复合插件体32可能设有从而集成有功能涂层60。功能涂层60的实例例如是防雷材料。

如在图13至图15中示出的那样，扩展，尤其钻出导向开口38，以便实现最终螺栓开口62。由于之前执行的定位和定向，最终螺栓开口62也与初始螺栓开口12同心和平行。应注意的是，这原则上在没有导向开口38的情况下也是可能的，然而能够需要略微更多的技巧。

最终螺栓开口62现在下沉，以便获得最终下沉部64。最终下沉部64具有最终下沉深度66，所述最终下沉深度构成为，使得螺栓14在其***最终螺栓开口中时与工件表面20是齐平的。

下面根据图16至图18详细阐述，纤维复合插件体32可以如何制造。

首先可以提供纤维复合体68，所述纤维复合体优选地由与纤维复合工件10相同的材料制造。

纤维复合切割工具70用于，将纤维复合插件体32从纤维复合体68中切出。纤维复合切割工具70优选地具有中央的钻头部段72和切割头74。钻头部段72在切出时形成导向开口38，而切割头74形成纤维复合插件体32的外侧面36。

纤维复合插件体32可以借助于超声波浴清洁并且随后使用。

在图18中更详细地示出切面或外侧面36。如可见的那样，没有纤维从切面中伸出并且仅可见较小的加工痕迹。

因此提出，为了降低在修复纤维复合工件中的过深下沉的螺栓开口时的经过时间，在过深下沉的该螺栓开口中***由纤维复合材料构成的纤维复合插件体。插件体与纤维复合工件粘接。在插件中钻出新的螺栓开口，将所述螺栓开口随后下沉到正确的下沉深度上。在该方法中，可以使用三腿的施加工具，所述施加工具将纤维复合插件体正确地定位、定向和在粘接剂硬化期间按压到纤维复合工件上。

借助在本文中描述的措施，可以将加工或修复纤维复合工件中的过深下沉的螺栓开口的经过时间明显地——以几乎直至每螺栓开口7个小时——降低。此外，该方法可以简单地教学从而由与迄今为止相比更多工人可靠地执行。

附图标记列表

10 纤维复合工件

11 表面部位

12 初始螺栓开口

14 螺栓

16 初始下沉部

18 初始下沉深度

20 工件表面

22 杆区域

24 螺栓杆

26 螺栓头

28 锥形下沉部

30 接触面

32 纤维复合插件体

33 凹陷部

34 粘接面

35 粘接剂

36 外侧面

38 导向开口

40 施加工具

42 支撑框

44 三脚架

46 粘接连接部

48 引导螺栓

50 按压装置

52 弹性元件

54 螺旋弹簧

56 调节元件

58 螺母

60 功能涂层

62 最终螺栓开口

64 最终下沉部

66 最终下沉深度

68 纤维复合体

70 纤维复合切割工具

72 钻头部段

74 切割头