Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hybridbauteil, welches ein Endfitting und ein Rohrteil umfasst sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteiles sowie dessen Verwendung in einem Luftfahrzeug.

Stand der Technik

DE 10 2015 111 388 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von metallischen Beschlägen mit Rohren aus Faserverbundmaterial und Leitungen, nach diesem Verfahren erhältlich. Es wird ein System offenbart umfassend ein Rohr und wenigstens einen Beschlag, wobei das Rohr im Wesentlichen aus einem thermoplastischen Faserverbundwerkstoff und der Beschlag im Wesentlichen aus Titan oder einer Titanlegierung besteht und Rohr und Beschlag fluiddicht miteinander verbunden sind. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Systems offenbart, welches die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: a) Positionieren von Rohr und Beschlag und optional einer Muffe zueinander, so dass ein Teilbereich des Beschlages oder ein Teilbereich der Muffe an der Außenseite des Rohres zum Liegen kommt,

b) Positionieren eines Mittels zum Stützen der Rohrwand im Inneren des Rohrs, c) Verschweißen von Rohr und Beschlag miteinander, wobei das Verschweißen unter Verwendung eines Ultraschallschweißapparates erfolgt.

US 2017/0040717 A1 offenbart eine Verbindungseinrichtung zum Binden elektrisch leitfähiger Rohre. Die Einrichtung umfasst einen Körper, der einen Kanal definiert der zwei Endsegmente aufweist. Jedes dieser Endsegmente erhält ein Rohrende, jedes Endsegment ist mit einem ringförmigen Absatz versehen und mit einer Flanke, welches einem Einlass eines besagten Endsegmentes zuweist. Die Vorrichtung umfasst zumindest ein elektrisch verformbares Leitelement, welches Enden umfasst, welche gegen besagte Flanken der ringförmigen Ausnehmung wirken, sowie zumindest einen Zwischenabschnitt, der sich in den Kanal erstreckt um eine elektrische Kontinuität zwischen den beiden Rohrenden zu gewährleisten.

US 8,562,027 B2 bezieht sich auf eine Verbindungseinrichtung für Treibstoffrohre eines Luftfahrzeugs. Ein erstes Endfitting und ein zweites Endfitting die zueinander komplementär ausgebildet sind, sind aus einem resistiven Material gefertigt, bei welchem es sich um ein isolierendes Material mit leitenden Fasern handelt. Jedes der ersten und zweiten Endfittings ist so ausgebildet, dass es auf eine radiale Außenwand am Ende eines entsprechenden Rohres in einem Kraftstoffleitungssystem oder an eine radiale Außenwand an einem Ende eines entsprechenden Rohrverbinders geklebt wird. Jedes der zueinander komplementär ausgeführten Endfittings umfasst eine nach innen weisende Schulter, welche derart ausgeführt ist, dass diese eine Axialendoberfläche des entsprechenden Rohres in der Kraftstoffleitung oder mit einer Axialendfläche eines entsprechenden Rohrverbinders zusammenwirkt.

Insbesondere bei Luftfahrzeugen, die nichtmetallische Flügeltanks aufweisen, dürfen aus Sicherheitsgründen keine vollmetallischen Rohrstränge zwischen den einzelnen Tankgrenzen verlaufen. Die Flügel moderner Luftfahrzeuge und auch die Treibstofftanks sind aus kohlefaserverstärktem Kunststoff gefertigt. Dieser Kunststoff weist im Vergleich zu metallischen Materialien einen relativ hohen elektrischen Widerstand auf. Ein vollmetallischer Rohrstrang mit vergleichsweise niedrigem elektrischen Widerstand, der innerhalb eines Kunststofftanks verbaut wäre, hätte zur Folge, dass im Falle eines Blitzschlags die elektrische Ladung den Flügeltank entlang des Rohrstrangs durchlaufen würde, anstatt den Weg über die Kunststoffaußenhaut zu nehmen. Sind hingegen hohe elektrische Ladungen im Flügeltank präsent, so besteht die Gefahr einer Funkenbildung und demzufolge die Möglichkeit der Entzündung des in den Flügeltanks bevorrateten Treibstoffs. Um diese Gefahr zu eliminieren, muss der Rohrstrang innerhalb des Flügeltanks einen definierten elektrischen Widerstand aufweisen, der groß genug ist, damit der Blitzschlag nicht durch den Strang geht, aber gleichzeitig auch klein genug ist, um durch die Flüssigkeitsreibung verursachte elektrostatische Aufladungen zuverlässig ableiten zu können. Ein gebräuchlicher Wert für den elektrischen Widerstand liegt für diese Anwendung zwischen 0,1 - 3 MOhm/m. Die Architektur von Flügeltreibstoffsystem aus Kunststoffmaterialien erfüllt die oben genannten Anforderungen, indem metallische Konnektoren aus Aluminiummaterial an der Flügelstruktur befestigt sind und dazwischen schwimmend gelagerte, hohe Widerstandswerte aufweisende Treibstoffleitungen zum Einsatz kommen. Diese T reibstoffleitungen werden aus Endlosglasfasern gewickelt und mittels einer Harzmatrix zu einem Duroplast verbacken. Die verwendete Matrix ist mit technischem Ruß, bei dem es sich in der Regel um Kohlenstoff handelt, durchsetzt und liefert dadurch den erforderlichen elektrischen Widerstand in der oben genannten Größenordnung von 0,1 - 3 MOhm/m am Treibstoffrohr.

Die derzeit in den Flügeltanks aus Kunststoffmaterial verbauten Treibstoffrohre weisen im Wesentlichen folgende Nachteile auf: Bedingt durch den verwendeten Duroplasten für die bisher eingesetzten Treibstoffleitungen steht für die Festigkeitsauslegung ein im Vergleich zu metallischem Material relativ niedriger E- Modul zur Verfügung. Dies führt zu großen Wanddicken und letztendlich zu einem hohen Bauteilgewicht, welches auch nicht durch die geringe Dichte aufgewogen werden kann. Ein vergleichbares Rohr aus Aluminiummaterial weist deutlich Gewichtsvorteile auf. Dazu kommt als Nachteil, dass ein Duroplast sehr schlagempfindlich ist. Ein Schaden an einem glasfasergewickelten Rohr ist mit bloßem Auge nicht zuverlässig zu entdecken. Die Schadenstoleranz eines Aluminiumrohres ist im Vergleich dazu deutlich höher. Schließlich führt der in der Rohrmatrix eingebettete Kohlenstoff in Kombination mit Aluminium zu Korrosionsschäden. Folglich werden die bisher eingesetzten Aluminiumkonnektoren, in denen die Treibstoffrohre aufgenommen sind, am Dichtsitz geschädigt. Daraus resultieren Undichtigkeiten. Um diesem Risiko entgegenzutreten, werden die derzeit im Einsatz befindlichen Rohre mit metallischen Enden nachgerüstet, was wiederum zu einer deutlichen Gewichtssteigerung führt.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine alternative Lösung für die bisher eingesetzten, Duroplastmaterial verwendeten Rohren bereitzustellen, deren Nachteile im Betrieb oben stehend kurz zusammengefasst wurden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine zuverlässige Lösung bereitzustellen, die Nachrüstungen nach einer bestimmten Betriebszeit aufgrund aufgetretener Probleme sicher ausschließt, insbesondere Vorteile hinsichtlich des Gewichtes iiefert, verbesserte Schadenstoleranz aufweist und welche insbesondere Korrosionserscheinungen sicher ausschließt.

Erfindungsgemäß wird ein Hybridbauteil vorgeschlagen, umfassend ein Endfitting und ein Rohrteil, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei das Hybridbauteil einen Dichtbereich und einen örtlich von diesem getrennten Kraftschluss-Bereich aufweist, innerhalb dessen eine Rohrwand des Rohrteiles in eine Innenkontur des Endfittings hinein expandiert ist. Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, kann dadurch eine Flanschanordnung zur Verbindung der beiden Bauteile Endfitting und Rohrteil vermieden werden, was eine Gewichtseinsparung mit sich bringt. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Hybridbauteil kann einerseits eine Dichtheit für Flüssigkeiten, insbesondere Treibstoff sowie Gase einerseits gewährleistet werden sowie andererseits eine kraftschlüssige Verbindung zur Aufnahme von Axialkräften und Biegemomente ohne zusätzliche Verbindungsbauteile wie Bolzen, Nieten, Schrauben oder Muttern oder dergleichen, einzusetzen. Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, ist der Kraftschluss-Bereich innerhalb des Hybridbauteils durch eine sich in axiale Richtung des Hybridbauteils erstreckende Profilierung dargestellt. Diese Profilierung umfasst mindestens eine, in Umfangsrichtung des Rohrteiles umlaufende Rille. Bevorzugt umfasst die Profilierung mehrere nebeneinanderliegende rillenförmige Vertiefungen im Endbereich des Rohrteils. Erfindungsgemäß umfasst das Endfitting an einer Innenmantelfläche die Innenkontur, welche im Wesentlichen sinuswellenförmig verläuft. Die Innenkontur kann beispielsweise bei einem Endfitting, welches aus thermoplastischem Material gefertigt ist, bereits bei der Produktion im Kunststoffspritzgießverfahren erzeugt werden und ist so beschaffen, dass insbesondere bei Ausbildung als Sinuswelle keine scharfartigen Übergänge entstehen, was einer plastischen Verformung des Rohrteiles entgegenkommt und eine besonders große Axialkräfte übertragende kraftschlüssige Verbindung ermöglicht. Die Einbringung der wellenförmig verlaufenden Innenkontur in den Rohling des Endfittings kann auch derart erfolgen, dass zunächst ein Rohling des Endfittings mit glatter Innenkontur mittels Spritzgießen hergestellt wird und die anschließende Einbringung der Innenkontur beispielsweise in sinuswellenförmiger Form mittels eines spanabhebenden Prozesses erfolgt. Der Dichtbereich des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Hybridbauteiles ist durch mindestens ein Dichtelement im Endfitting gebildet, welches an der Rohrwand des Rohrteiles anliegt. Bei dem mindestens einen eingesetzten Dichtelement handelt es sich insbesondere um mindestens einen O-Ring, der in eine umlaufende Ausnehmung im Innenmantel des Endfittings eingelassen ist.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, kann das Rohrteil aus metallischem Material, bevorzugt Aluminium oder Titan gefertigt werden. Es können alle duktilen Metalle, darunter auch Stahlund Metalllegierungen eingesetzt werden, sowie thermoplastische Kunststoffe.

Das Hybridbauteil umfasst ferner das Endfitting, welches aus einem thermoplastischen Material, vorzugsweise PEEK oder PA mit Verstärkungsfüllstoffen wie beispielsweise Kurzschnittglasfasern verstärkt, ausgeführt ist. Um eine elektrische Leitfähigkeit des Endfittings zu gewährleisten, enthält dessen Material metallische und/oder mineralische Additivfüllstoffe. Entsprechend der Zugabemenge dieser mineralischen oder metallischen Additivfüllstoffe im Material des Endfittings, kann der elektrische Widerstand auf einen für die Anwendung abgestimmten spezifischen Wert eingestellt werden.

In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung, sind das Endfitting und das Rohrteil des Hybridbauteils über mindestens eine an die Rohrwand des Rohrteils angelegte oder mit dieser, beispielsweise stoffschlüssigen Kontaktfahne elektrisch verbunden. Aus Sicherheitsgründen kann statt einer Kontaktfahne ein Kontaktfahnenpaar zur Sicherstellung der Redundanz eingesetzt werden. Dies ist jedoch nur eine Möglichkeit zur elektrischen Verbindung von Endfitting und Rohrteils. Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung der elektrischen Verbindung ist ein Flächenkontakt zwischen der Innenkontur des Endfittings und dem Außenmantel des Rohrteiles im Bereich der plastischen Verformung. Dazu sind spezielle Oberflächenbehandlungen des Endfittings wie auch des Rohrteils erforderlich. Die Spritzgusshaut des Endfittings muss im Bereich der Herstellung des Flächenkontaktes entfernt werden, da die Spritzgusshaut eine isolierende Wirkung hat. Es kann beispielsweise durch spanabhebende Prozesse erfolgen, die zur Einbringung der wellenförmigen, beispielsweise sinusförmigen Innenkontur ebenfalls am Endfitting ausgeführt werden. Das Ende des Rohrteils erfährt elektrisch chemische Verfahren, je nach verwendeter Metalllegierung des Rohrteiles. Dadurch werden mögliche Oxidschichten an der Oberfläche entfernt und elektrisch leitfähige Schichten aufgebaut.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteiles aus einem Endfitting aus einem ersten Material und einem Rohrteil aus einem zweiten Material, wobei die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden: a) Positionieren mindestens eines Dichtelementes am Endfitting,

b) Aufstecken des Endfittings mit einer Kontur an einer Innenmantelfläche auf das Rohrteil,

c) Einbringen einer Druckeinheit in das Rohrteil,

d) Abstützen des Umfangs des Endfittings mit einem Gegenhaltewerkzeug, e) Bilden eines Druckraumes innerhalb des Rohrteiles und Beaufschlagen des Druckraumes mit einem Druckmedium und

f) Hineinexpandieren der Rohrwand des Rohrteiles in die Innenkontur des Endfittings zur Herstellung eines Kraftschluss-Bereiches.

Im Zusammenhang mit diesem Herstellungsverfahren ist insbesondere hervorzuheben, dass die Innenkontur des Endfittings an dessen Innenmantelfläche plastisch unverformt bleibt, d.h. das Endfitting durch die Abstützung mittels des Gegenhaltewerkzeuges keinerlei Veränderung seiner Geometrie bei der Durchführung des Fügeprozesses von Endfitting und Rohrteil erfährt.

Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren folgend, handelt es sich bei dem ersten Material um ein thermoplastisches Material, bevorzugt PEEK oder PA mit Verstärkungsfüllstoffen und keramischen und/oder metallischen Additivfüllstoffen zur Herbeiführung einer elektrischen Leitfähigkeit.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren weiter folgend, handelt es sich bei dem zweiten Material um metallisches Material, vorzugsweise Aluminium oder Titan. Des Weiteren können alle duktilen Metalle, darunter auch Stahl sowie Metalllegierungen eingesetzt werden, ebenso wie thermoplastische Kunststoffe. Es besteht des Weiteren die Möglichkeit, dass das erste Material metallisches Material, vorzugsweise Aluminium oder Titan ist.

Für diesen Fall kann das Hybrid bauteil aus identischen metallischen Materialien bei Raumtemperatur gefügt werden, wobei die obenstehenden Verfahrensschritte a) bis f) bei Raumtemperatur durchlaufen werden.

In Abwandlung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens können das erste und das zweite Material auch thermoplastisches Material sein, bevorzugt PEEK oder PA mit Verstärkungsfüllstoffen und mineralischen und/oder metallischen Additivfüllstoffen zur Herbeiführung einer elektrischen Leitfähigkeit.

In diesem Falle sind die Verfahrensschritte e) und f) des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens bei einem erhöhten Temperaturniveau zu durchlaufen. Für den Fall, dass als Kunststoffmaterial PEEK zum Einsatz kommt, liegt das erhöhte Temperaturniveau bei etwa 200°C.

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Hybridbauteiles in einem Flügeltreibstoffsystem in einem Flügel eines Luftfahrzeuges, der aus kohlefaserverstärktem Kunststoffmaterial hergestellt ist.

Die Verwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Hybridbauteiles ist prinzipiell in allen flüssigkeits- und gastransportierenden Systemen innerhalb eines Luftfahrzeuges anwendbar, unabhängig von der Bauart des Flugzeugs. Die Verwendung des Hybridbauteiles ist nicht auf Treibstofftanks in Flügeln aus kohlefaserverstärktem Kunststoff beschränkt, vielmehr ist auch die Verwendung im Flugzeugrumpf denkbar, unabhängig davon ob es sich um einen Metall- oder um einen Kunststoff rümpf handelt. Besonders in der Metall-Metall-Ausführung ist ein weites Anwendungsspektrum des der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung denkbar, welches heute durch Quetschverbindungen realisiert wird, zum Beispiel in Treibstoff - Hydraulik - Wasser - Abwasser und Kühlsystemen eines Luftfahrzeugs.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Hybridbauteil wird gefertigt aus einem Endfitting aus einem thermoplastischen Material und einem Rohrteil aus einem metallischen Material und vermeidet die obenstehend aufgezeigten Nachteile einer Treibstoffleitung, die im Wesentlichen aus einem Duroplastmaterial hergestellt wird. Es können zu große Wanddicken, die zu einem hohen Gewicht führen, vermieden werden, die Schadenstoleranz eines zum Teil aus einem metallischen Material wie beispielsweise Aluminium oder Titan ist deutlich höher, ferner kann die Gefahr der Korrosion durch in die Rohrmatrix des Duroplasten eingebetteten Leitruß, im Wesentlichen Kohlenstoff in Kombination mit Aluminium, ausgeschlossen werden. Durch die Beigabe entsprechender Additivfüllstoffe seien es metallische, seien es mineralische, kann die elektrische Leitfähigkeit des Hybridbauteiles auf den bei Luftfahrtanwendungen erforderlichen Bereich eingestellt werden. Dieser liegt in einem weiten Widerstandsbereich zwischen 0,1 - 3 MOhm/m. Das metallische Rohrteil liefert einen deutlich höheren E-Modul und zeichnet sich durch Vorteile bei Vibration und Druckbelastung durch Innen- und Außendruck aus sowie durch eine höhere Biegefestigkeit, insbesondere im Bereich einer Leitungsmitte. Die duktile Charakteristik eines Materials wie beispielsweise Aluminium sorgt für höhere Schadenstoleranz. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann der Einsatz von Kohlenstoff oder Ruß, die üblicherweise eingesetzt werden, um Thermoplasten elektrisch leitfähig zu machen, vermieden werden. Des Weiteren ist hervorzuheben, dass sich die beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Hybridbauteil eingesetzten Thermoplaste sich gegenüber Durplasten durch eine hohe Schlagzähigkeit auszeichnen.

In Bezug auf das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung des Hybridbauteiles ist hervorzuheben, dass durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren eine punktuelle ringförmige Belastung der Kontur des Endfittings und damit einhergehend zu dessen plastischer Verformung vermieden werden kann. Würde ein Quetschprozess zur Herstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verbindung eingesetzt, würde durch dieses Verfahren zwangsläufig die Innenkontur an der Innenmantelfläche des Endfittings vorgesehene Innenkontur geglättet werden, bevor die gewünschte Verformung des metallischen Rohres eintritt. Um ein zielgerichtetes Hineinexpandieren des Rohrteiles in die Innenkontur des thermoplastischen Fittings zu erreichen, wird beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ein Druckmedium, insbesondere eine Flüssigkeit als Expansionsmedium eingesetzt. Der Prozess des hydroplastischen Formens verhindert punktuelle Belastungen und sichert das gewünschte plastische Hineinexpandieren der Rohrwand des Rohrteiles in die Innenkontur des das Rohrteil umgebenden Endfittings aus thermoplastischem Material. Dadurch wird eine dauerhafte form- und kraftschlüssige Verbindung gewährleistet. Zur Beaufschlagung des hydrostatischen Druckes wird in das Rohrende des Rohrteiles eine Druckeinheit eingeführt, die derart gestaltet ist, dass die Druckbeaufschlagung lokal auf den Bereich der Innenkontur des Endfittings begrenzt ist, der ein Rohrende des Rohrteiles aus metallischem Material umschließt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Verformung ausschließlich im Kraftschluss-Bereich stattfindet und der Dichtbereich davon unberührt bleibt. Während der Druckbeaufschlagung des auf das Rohrteil aufgesteckten Endfittings wird dieses von der Außenseite voll umfänglich von einem Gegenhaltewerkzeug abgestützt, so dass dessen ursprüngliche Geometrie unverändert bleibt.

Durch die örtliche Trennung, d.h. die Entkopplung von Dichtsitz und Kraftschlussbereich ist stets gewährleistet, dass das Hybridbauteil, d.h. die Verbindung aus Endfitting und Rohrteil unter allen Einsatztemperaturbereichen, die sich von -55°C bis +85°C bei Luftfahrzeugen erstrecken, dauerhaft fluiddicht ist, wenngleich die gewählte Materialpaarung stark unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Bei Quetschverbindungen aus dem Stande der Technik wäre dies nicht möglich, ferner wäre die Materialpaarung begrenzt auf sehr ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, damit die Dichtigkeit bei höheren oder tiefen Temperaturen nicht verloren geht. Nur die erfindungsgemäß vorgeschlagene Funktionstrennung und die Integration mindestens eines separaten Dichtelementes, macht eine Hybridbauweise, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, aus den Materialien Kunststoff und Metall erst möglich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 einen Halbschnitt durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene

Hybridbauteil mit unverformtem Rohrteil,

Figur 2 eine perspektivische Ansicht des Hybridbauteiles mit einem Teilschnitt in perspektivischer Ansicht und nicht angelegter Kontaktfahne, Figur 3 das Hybridbauteil gemäß der Figuren 1 und 2 mit in das Innere eingeführter Druckeinheit, nicht angelegter Kontaktfahne unverformtem Rohrteil und von einem Gegenhaltewerkzeug umschlossenen Endfitting,

Figur 4 das Hybridbauteil mit innenliegender Druckeinheit von Druckmedium beaufschlagtem Druckraum und ausgebildeter Profilierung innerhalb des Kraftschluss-Bereiches und vom Gegenhaltewerkzeug umschlossenen Endfitting,

Figur 5 ein Halbschnitt durch das Hybrid bauteil, bei dem die Rohrwand in die

Innenkontur an der Innenmantelfläche des Endfittings hineinexpandiert ist,

Figur 6 die Darstellung des Hybridbauteiles gemäß Figur 5 in perspektivischer

Ansicht, angelegter Kontaktfahne an das Rohrteil und mit örtlich voneinander getrenntem Dichtbereich und Kraftschluss-Bereich und

Figur 7 das Hybridbauteil, umfassend das Rohrteil und das Endfitting, wobei das Endfitting mit einem Paar von Kontaktlaschen mit dem Rohrteil aus metallischem Material elektrisch leitend verbunden ist.

Ausführungsvarianten

Der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hybridbauteil zu entnehmen, umfassend ein Endfitting 12 und ein Rohrteil 14.

Aus dem Halbschnitt gemäß Figur 1 geht hervor, dass auf ein Ende eines Rohrteiles 14 aus metallischem Material ein Endfitting 12 aus einem thermoplastischen Material aufgesteckt ist. Figur 1 zeigt, dass das Ende des Rohrteiles 14 bzw. dessen Rohrwand 16 an einem Bund 32 an einer Innenmantelfläche 26 des Endfittings 12 anliegen. Das Endfitting 12 übergreift den Bund 32 mit seiner Innenmantelfläche 26, wobei im Endfitting 12 mindestens eine umlaufende Ausnehmung 20 ausgebildet ist, in der sich bevorzugt mindestens ein als O-Ring ausgebildetes Dichtelement 22 befindet. Darüber hinaus ist an der Innenmantelfläche 26 des Endfittings 12 eine Innenkontur 18 ausgeführt, die beispielsweise einen sinuswellenförmigen Verlauf aufweist und sich in axiale Richtung in der Rohrwand 16 des Endfittings 12 erstreckt. Das Endfitting 12 umfasst eine erste Stirnseite 28 und eine zweite Stirnseite 30. Von der zweiten Stirnseite 30 aus erstreckt sich eine unverformte Kontaktfahne 24 parallel zur Rohrwand 16 des Rohrteiles 14 und ist in im Figur 1 dargestellten Zustand nicht mit der Rohrwand 16 verbunden oder an diese angelegt. Mit Bezugszeichen 34 ist eine Symmetrieachse des Hybridbauteiles 10 bezeichnet. Kommen mehrere Dichtelemente 22 zum Einsatz, sind auch mehrere Ausnehmungen 20 im Endfitting 12 erforderlich, pro Dichtelement 22 eine Ausnehmung 20.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante ist das Endfitting 12 aus einem thermoplastischen Material wie beispielsweise PEEK oder PA gefertigt und mit Verstärkungsfüllstoffen versehen. Zur Erzeugung und insbesondere zur Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit, d.h. des elektrischen Widerstandes des Endfittings 12, sind diesem mineralische oder metallische Additivfüllstoffe in entsprechender Menge beigegeben.

Entsprechend der Zugabe der Menge der mineralischen und/oder metallischen Füllstoffadditive wird der elektrische Widerstand je nach Anwendung auf einen bestimmten Wert eingestellt. Das Rohrteil 14 wird aus einem metallischen Material wie beispielsweise Aluminium oder Titan gefertigt. Ferner können alle duktilen Metalle auch Stahl und Metalllegierungen eingesetzt werden, ebenso wie thermoplastische Kunststoffe.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Hybridbauteiles 10 gemäß der Darstellung in Figur 1. Aus dem Teilschnitt gemäß der Darstellung in Figur 2 geht hervor, dass die Rohrwand 16 des Rohrteiles 14, welche teilweise - bis zu Anlage an den Bund 32 - vom Endfitting 12 umschlossen ist, in unverformten Zustand 36 vorliegt. Die Rohrwand 16 des Rohrteiles 14 liegt entlang der im Wesentlichen als sinuswellenförmige Innenkontur 18 ausgeführten Bereiches des Endfittings 12 an. Des Weiteren liegt örtlich entkoppelt von der, d.h. in Axialrichtung zu der Innenkontur 18 entfernt, die Ausnehmung 20, in der das mindestens eine, bevorzugt als O-Ring ausgeführte Dichtelement 22 aufgenommen ist. Aus der Darstellung gemäß Figur 2 wie auch aus derjenigen gemäß Figur 1 geht hervor, dass die Innenkontur 18, an der wie nachfolgend beschrieben, ein Kraftschluss- Bereich 60 ausgebildet ist und die Ausnehmung 20 mit dem mindestens einen als O-Ring ausgeführten Dichtelement 22, die einen Dichtbereich 62 bildet, örtlich voneinander beabstandet sind. Das Hybridbauteil 10 gemäß Figur 2 wird nachfolgend einem Fügeprozess unterzogen, welcher anhand der Figuren 3 bzw. 4 näher beschrieben wird.

Figur 3 zeigt, dass das Hybrid bauteil 10 umfassend das Endfitting 12 und das Rohrteil 14 mit einer innenliegenden Druckeinheit 38 versehen sind. Die innenliegende Druckeinheit 38 umfasst eine Anzahl von Austrittsöffnungen 40 für ein Druckmedium, wobei es sich bei dem Druckmedium insbesondere um eine Flüssigkeit als Expansionsmedium handelt. Durch eine hydroplastische Verformung werden punktuelle Belastungen verhindert und insbesondere eine gewünschte plastische Hineinexpansion der Rohrwand 16 des Rohrteiles 14 in die Innenkontur 18 des Endfittings 12 erreicht. Aus Figur 3 geht hervor, dass das Endfitting 12 an seiner Mantelfläche von einem Gegenhaltewerkzeug 48 vollumfänglich abgestützt ist. Das Gegenhaltewerkzeug 48 ist so ausgeführt, dass dieses das Endfitting 12 im Bereich des durch die innenliegende Druckeinheit 38 definierten Druckraumes 42 umschließt, d.h. abstützt. Der Druckraum 42 wird durch zwei einander gegenüberliegende Dichtelemente 44 der innenliegenden Druckeinheit 38 begrenzt und abgedichtet. Im in Figur 3 dargestellten Teilschnitt ist der Druckraum 42 noch nicht druckbeaufschlagt, ferner berührt die unverformte Kontaktfahne 24, die sich an der zweiten Stirnseite 30 des Endfittings 12 befindet, die Rohrwand 16 des Rohrteiles 14 gerade noch nicht, sondern erstreckt sich in axiale Richtung parallel zu dieser.

Wie aus Figur 3 hervorgeht, wird das Endfitting 12 vom Gegenhaltewerkzeug 48 im Bereich der Innenkontur 18 an der Innenmantelfläche 26 abgestützt; der Druckraum 42 ist noch nicht druckbeaufschlagt, so dass sich die Rohrwand 16 des Rohrteiles 14 noch in unverformtem Zustand 36 befindet.

Figur 4 zeigt das im Gegenhaltewerkzeug 48 aufgenommene Hybridbauteil 10, das Endfitting 12 und das Rohrteil 14 umfassend, im verformten Zustand 50 des Rohrteiles 14.

Aus der Darstellung gemäß Figur 4 geht hervor, dass der Druckraum 42, beaufschlagt mit einer Flüssigkeit, die als Druckmedium bevorzugt eingesetzt wird, in der Rohrwand 16 des Rohrteiles 14 aus metallischem Material eine Profilierung 52 im Rohrteil 14 erzeugt hat. Die Profilierung 52 ist - in axiale Richtung des Rohrteiles 14 gesehen - auf den Druckraum 42 begrenzt. Dies bedeutet, dass die Profilierung 52 in einem lokal wohldefinierten Bereich in der Rohrwand 16 des Rohrteiles 14 erzeugt ist. Die Anlage des mindestens einen, bevorzugt als O-Ring ausgebildeten Dichtelementes 22 - aufgenommen in der umlaufenden Ausnehmung 20 - an die Rohrwand 16 des Rohrteiles 14 ist nicht beeinträchtigt; dadurch ist die Dichtfunktion von der Kraftschluss-Funktion örtlich getrennt und unabhängig von dieser.

Aus der Darstellung gemäß Figur 4 geht hervor, dass die Profilierung 52 in der Rohrwand 16 des Rohrteiies 14 dem Verlauf der Innenkontur 18 an der Innenmantelfläche 26 des Endfittings 12 im Wesentlichen entspricht. Aufgrund der im Wesentlichen sinuswellenförmigen Ausbildung der Innenkontur 18 an der Innenmantelfläche 26 des Endfittings 12, werden scharfkantige Übergänge vermieden, welche im ungünstigsten Fall zu Belastungsspitzen in den Materialien der miteinander zu fügenden Bauteile des Hybridbauteiles 10 führen könnten.

Um ein zielgerichtetes Hineinexpandieren der Rohrwand 16 des Rohrteiles 14 in das Endfitting 12 aus thermoplastischem Material zu erreichen, wird beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fügeverfahren eine Flüssigkeit als Expansionsmedium eingesetzt. Der eingesetzte Prozess der hydroplastischen Verformung verhindert einerseits punktuelle Werkstoffbelastungen und andererseits sichert dieser die gewünschte plastische Hinausexpansion der Rohrwand 16 in die Innenkontur 18 des Endfittings 12 aus thermoplastischem Material. Durch diese Verformung wird eine dauerhafte form- und kraftschlüssige Verbindung erreicht.

Aus der Darstellung gemäß Figur 4 geht hervor, dass in diesem Ausführungsstadium des Fügeprozesses eine Kontaktfahne, die an der zweiten Stirnseite 30 des Endfittings 12 befestigt ist, an der Rohrwand 16 des Rohrteils 14 anliegt und die elektrische Verbindung zwischen dem Endfitting 12 und dem Rohrteil 14 darstellt.

Figur 5 zeigt das Hybridbauteil 10, umfassend das Endfitting 12 und das Rohrteil 14 in verformtem Zustand 50 des Rohrteils 14.

Der Halbschnitt gemäß Figur 5 des Hybridbauteiles 10 zeigt, dass im verformten Zustand 50 des Rohrteiles 14 innerhalb einer Profilierung 52 der Rohrwand 16 des Rohrteiles 14 eine Anzahl von Rillen 56 ausgeführt sind. Die Rillen 56 erstrecken sich in der Rohrwand 16 des Rohrteiles 14 vollständig entlang des Umfangs des Rohrteiles 14. In der Darstellung gemäß Figur 5 sind vier nebeneinanderliegende Rillen 56, welche die Profilierung 52 bilden, dargestellt; es könnten jedoch auch weniger oder mehr Rillen 56 in der Rohrwand 16 des Rohrteiles 14 ausgebildet sein. Wie aus dem Halbschnitt gemäß Figur 5 ersichtlich, schmiegen sich die einzelnen Rillen 56 der Profilierung 52 in die korrespondierenden Ausnehmungen der Innenkontur 18 an der Innenmantelfläche 26 des Fittings 12 ein. Örtlich von der Profilierung 52 getrennt bildet das mindestens eine Dichtelement 22 - eingelassen in die Ausnehmung 20 des Endfittings 12 - eine Fluidabdichtung für Flüssigkeiten oder Gase.

Die Profilierung 52 erstreckt sich in Axialrichtung 58 des Hybridbauteiles 10, welches symmetrisch zu seiner Symmetrieachse 34 ausgeführt ist. Aus Figur 5 geht des Weiteren hervor, dass eine an der zweiten Stirnseite 30 vorgesehene Kontaktfahne in diesem Falle eine angelegte Kontaktfahne 54 bildet, welche eine elektrische Verbindung zwischen dem Endfitting 12 und dem Rohrteil 14 darstellt.

Figur 6 zeigt einen Teilschnitt und perspektivische Ansicht der Darstellung gemäß Figur 5 des Hybrid bauteiles.

Während im Hybridbauteil 10 der Dichtbereich 62 durch das mindestens eine, als O-Ring ausgeführte Dichtelement 22, das an der Rohrwand 16 an das Rohrteil 14 anliegt, gebildet ist, befindet sich der Kraftschluss-Bereich 60 örtlich entkoppelt vom Dichtbereich 62 in Axialrichtung 58 des Rohrteiles 14 gesehen, beabstandet vom Dichtbereich 62. Der Kraftschluss-Bereich 60 wird durch die Profilierung 52 dargestellt, in welchem die in Zusammenhang mit Figur 5 bereits erwähnten Rillen 56 in Umfangsrichtung angeordnet sind. Wie bereits in Zusammenhang mit Figur 4 angedeutet, entspricht die Profilierung 52 im Wesentlichen der Axialerstreckung des Druckraumes 42, der durch die innenliegende Druckeinheit 38 gemäß den Darstellungen in den Figuren 3 und 4 definiert ist. Auch in den Darstellungen gemäß der Figuren 5 und 6 ist dargestellt, dass die Rohrwand 16 des Rohrteiles 14 und die Innenmantelfläche 26 des Endfittings 12 an einem Bund 32 spaltlos aneinander anliegen. Leicht axial versetzt zur Lage des Bundes 32 verläuft der Dichtbereich 62 im Hybridbauteil.

Figur 7 zeigt die Darstellung des Hybridbauteiles 10 in perspektivischer Wiedergabe. Das Hybrid bauteil 10 ist rotationssymmetrisch zu seiner Symmetrieachse 34 ausgeführt und umfasst in der Darstellung gemäß Figur 7 das Endfitting 12 und das Rohrteil 14. Im Unterschied zu den Darstellungen des Hybridbauteiles gemäß der Figuren 1 , 2, 5 und 6 sind in der perspektivischen Darstellung gemäß Figur 7 ein Paar von Kontaktfahnen 64 dargestellt, die in Figur 7 dargestellten Zustand am Rohrteil 14 anliegen. Analog zu den vorhergehenden Darstellungen umfasst das Endfitting 12 die erste Stirnseite 28 und die zweite Stirnseite 30, an der das Kontaktfahnenpaar 64 im angelegten Zustand aufgenommen ist.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteiles 10 aus einem Endfitting 12 aus einem ersten Material und ein Rohrteil 14 aus einem zweiten Material mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Positionieren mindestens eines Dichtelementes 22 am Endfittitung 12, b) Aufstecken des Endfittings 12 mit einer Innenkontur 18 an einer Innenmantelfläche 26 auf das Rohrteil 14,

c) Einbringen einer Druckeinheit 38 in das Rohrteil 14,

d) Abstützen des Umfangs des Endfittings 12 mit einem Gegenhaltewerkzeug 48,

e) Bilden eines Druckraumes 42 innerhalb des Rohrteiles 14 und Beaufschlagen des Druckraumes 42 mit einem Druckmedium und

f) Hineinexpandieren der Rohrwand 16 des Rohrteiles 14 in die Innenkontur 18 des Endfittings 12 zur Herstellung eines Kraftschluss-Bereiches 60.

In einer bevorzugten Durchführungsmöglichkeit des oben stehenden Verfahrens, handelt es sich bei dem ersten Material für das Endfitting 12 um thermoplastisches Material, bevorzugt PEEK oder PA mit Verstärkungsfüllstoffen versehen und mineralischen und/oder metallischen Füllstoffmaterialien zur Erstellung und Einstellung einer elektrischen Leitfähigkeit. Bei dem zweiten Material für das Rohrteil 14 wird bevorzugt metallisches Material, vorzugsweise Aluminium oder Titan eingesetzt. Ferner können alle duktilen Metalle, beispielsweise auch Stahl und Metalllegierungen eingesetzt werden, ebenso wie thermoplastische Kunststoffe.

In Abwandlung der Materialwahl für das erste Material für das Endfitting 12 und das zweite Material für das Rohrteil 14, könnte als erstes Material, d.h. als Material für das Endfitting 12 auch metallisches Material gewählt werden, bei dem es sich vorzugsweise um Aluminium, Titan, Stahl oder deren Legierungen handelt. In diesem Falle wäre das„Hybridbautei!“ 10 bezüglich seines Endfittings 12 und seiner Vorteil aus metallischem Material gefertigt. In diesem Falle können die oben stehenden Verfahrensschritte a) bis f) bei Raumtemperatur durchlaufen werden.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, für das erste Material des Endfittings 12 sowie das zweite Material für das Rohrteil 14 thermoplastisches Material einzusetzen, wobei das erste und/oder das zweite Material beispielsweise mit Verstärkungsfüllstoffen verstärkt ausgeführt sein kann und zur Herbeiführung bzw. Einstellen ihrer elektrischen Leitfähigkeit, d.h. ihres elektrischen Widerstandes jeweils mit mineralischen und/oder metallischen Füllstoffadditiven versehen wären. Für den Fall dieser Materialwahl sind die oben wiedergegebenen Verfahrensschritte e) und f) bei einem erhöhten Temperaturniveau durchzuführen. Wird beispielsweise als Kunststoffmaterial PEEK eingesetzt, so liegt das erhöhte Temperaturniveau bei ca. 200°C.

Schließlich bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung des Hybridbauteils 10 in einem Flügeltreibstoffsystem in einem Flügel aus kohlefaserverstärktem Kunststoffmaterial eines Luftfahrzeugs.

Das Kunststoffmaterial für das Endfitting 12 muss nicht zwingend elektrisch leitfähig sein. Die Zugabe von metallischen und/oder mineralischen Additiven ist kein zwingendes Erfordernis, wenn es die Anwendung nicht erfordert. Beispielsweise ist dies im Rumpfbereich von Luftfahrzeugen erfüllt, wo metallische Treibstoffrohre und elektrisch isolierende Kunststoffe kombiniert werden. Auch in einer Wasser-ZAbwasseranwendung wären elektrisch leitfähige Kunststoffe nicht unbedingt notwendig, da die Ladungsableitung über das transportierte Medium in diesem Falle Wasser oder Abwasser erfolgen.

Werden mehrere, beispielsweise als O-Ring ausgeführte Dichtelemente 22 eingesetzt, so wäre auch die Anordnung eines weiteren von Dichtelementen 22 beidseits der Profilierung 52 im Rohrteil 14 vorzusehen, innerhalb der sich der verformte Zustand 50 des Rohrteiles 14 einstellt.

Im Falle von unterschiedlichen Materialkombinationen von Endfitting 12 und Rohrteil 14 hinsichtlich der vorliegenden Wärmeausdehnungskoeffizienten wäre eine Fügung auf anderen höher oder tiefer liegenden T emperaturniveaus denkbar, so dass im Betriebstemperaturspektrum nie ein Spalt zwischen der Innenkontur 18 des Endfittings 12 und dem Außenmantel der Rohrwand 16 entstehen kann. Die T emperaturniveaus für das Fügen orientieren sich an den Grenzen der Einsatztemperaturen, bei Luftfahrzeugen üblicherweise zwischen -55°C und +85°C. Ob bei einem höheren oder niedrigeren Temperaturniveau gefügt wird, definiert sich durch die ausgewählte Materialpaarung. Der Vorteil einer spaltfrei ausgeführten Verbindung innerhalb des Hybridbauteiles 10 unter allen Einsatztemperaturen, ermöglicht die zuverlässige Herstellung eines Flächenkontakts zwischen Endfitting 12 und Rohrteil 14 im Bereich der Profilierung 52 zwecks elektrisch leitfähiger Verbindung der beiden beteiligten Bauteile, nämlich dem Endfitting 12 und Rohrteil 14 des Hybridbauteiles 10.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von

Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Bezuqszeichenliste

10 Hybridbauteil

12 Endfitting

14 Rohrteil

16 Rohrwand

18 Innenkontur

20 Ausnehmung

22 Dichtelement

24 Kontaktfahne, unverformt

26 Innenmantelfläche vom Endfitting 12

28 erste Stirnseite vom Endfitting 12

30 zweite Stirnseite vom Endfitting 12

32 Bund

34 Symmetrieachse

36 unverformter Zustand des Rohrteiles 14

38 innenliegende Druckeinheit

40 Austrittsöffnungen Druckmedium

42 Druckraum

44 Dichtelemente Druckeinheit

46 Innenmantelfläche des Rohrteils 14

48 Gegenhaltewerkzeug

50 verformter Zustand des Rohrteiles 14

52 Profilierung im Rohrteil 14

54 Kontaktfahne angelegt

56 Rillen in Umfangsrichtung

58 Axialrichtung

60 Kraftschluss-Bereich

62 Dichtbereich

64 Kontaktfahnenpaar angelegt