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Workshop Metallflugzeugbau. 1. Teil, etwas Theorie. Da die meisten Metallflugzeugkits aus den USA kommen, ist es notwendig, sich mit den in den Staaten üblichen Maßeinheiten vertraut zu machen. US Maßeinheiten und Umrechnungen: Länge: 1 inch (in) = 25,4 mm

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workshop metallflugzeugbau

Workshop Metallflugzeugbau

1. Teil, etwas Theorie

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Da die meisten Metallflugzeugkits aus den USA kommen, ist es notwendig, sich mit den in den Staaten üblichen Maßeinheiten vertraut zu machen.

US Maßeinheiten und Umrechnungen:

Länge: 1 inch (in) = 25,4 mm

1 foot (ft) = 304,8 mm

Kraft: 1 pound force (lbf) = 4,45 N

Drehmoment: 1 pound-foot (lbft) = 1,356 Nm

1 pound-inch (lbin) = 0,113 Nm

Spannung: 1 pound/inch² (PSI) = 6894 Pa (=N/m²)

1 PSI = 0,06894 MPa (=N/mm²)

Masse: 1 pound (lb) = 0,4536 kg

1 ounce (oz) = 28,35 g

Volumen: 1 cubic inch = 0,01639 Liter = 16,387 cm³

Geschwindigkeit: 1000 ft/min = 5,08 m/s

1 m/s = 196,85 ft/min

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Arten der Verbindung zweier Metallteile:

  • Schrauben ( bolts) und Muttern (nuts)

US Gewindearten: UNC – UNified Coarse thread (Regelgewinde)

UNF – UNified Fine thread (Feingewinde)

NPT – National Pipe Thread (US-Rohrgewinde)

Alle US Gewinde auf Zollbasis.

Gewindedefinition: Durchmesser in Zoll – Gänge pro Zoll

Z.B.: 1/4 – 32 bedeutet ¼“ = 6,35 mm Außendurchmesser und Gewindesteigung 32 Gänge pro Zoll

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Im Flugzeugbau übliche Schauben:

AN Bolts:

sind gekennzeichnet durch ein + oder * am Schraubenkopf, haben höchstmögliche Festigkeit, vergleichbar mit unserer 12.9 Festigkeitsklasse.

Schraubengrössen: AN3 – AN8, wobei die Ziffer den Gewindedurchmesser in 1/16 inch angibt, z.B. AN8 Schrauben haben 8/16 = 1/2 Zoll = 12,7mm Durchmesser.

Die Schraubenlänge wird durch eine Zahl nach einem Bindestrich (dash) angegeben und zwar in 1/8 Zoll. Z.B. AN4-7A ist eine Schrauben mit 1/4 Zoll Durchmesser und 7/8 Zoll Länge. Das A am Ende der Bezeichnung bedeutet „kein Splintloch“, Schrauben ohne das A haben ein Splintloch für Kronenmuttern.

Genauere Hinweise auf unserer Homepage unter Flugzeugbau – Technik der Artikel „AN Schrauben.pdf“

Machine screws:

sind kleine Schrauben mit Rund oder Senkkopf in verschiedenen Normen mit den Gewindegrößen 10-32, 8-32, 6-32 und 4-40 (wobei nicht klar ist, was die erste Ziffer bedeutet).

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Muttern:

Normale Muttern: AN315, müssen unbedingt mit max. zulässigem Anzugsmoment angezogen werden.

Kronenmuttern (castle nuts): AN310 hohe Form, AN320 niedrige Form, werden verwendet, wenn die Mutter aus irgendwelchen Gründen nicht festgezogen werden darf (bewegliche Teile). Muss mit Splint gesichert werden.

Stopmuttern: AN365, selbstsichernd durch Nyloneinsatz, sollten nach einmal lösen nicht wiederverwendet werden.

Annietmuttern: K1000 normale Form mit 2 Nietlaschen

K1100 angesenkte Form mit 2 Nietlaschen

K2000 mit 1 einseitigen Nietlasche (one lug)

F5000 mit schwimmendem Mutterneinsatz (floating)

F2000 wie F5000, aber one lug

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2) Nieten

  • Grundsätzlich gibt es 2 Arten von Nieten im Flugzeugbau:
  • Geschlagene Nieten (solid rivets)
  • Blindnieten (blind rivets), auch Popnieten genannt

Beide Nietenarten werden als Kopfnieten oder Senknieten hergestellt. Aber Achtung: solid rivets haben 100° Öffnungswinkel, Senk-Blindnieten haben 120° Öffnungswinkel!

Zu a) Nieten mit Rundkopf nach AN470, Senknieten nach AN426 genormt

Es gibt 2 Qualitäten:

weiche Qualität mit 16000 PSI Zugfestigkeit wird mit einem A gekennzeichnet, die harte Qualität mit 38000 PSI Festigkeit hat ein AD nach der Norm. Die harten Nieten haben außerdem einen kleinen Körnerpunkt auf dem Nietenkopf.

Zum Beispiel: AN470A ist eine weiche Rundkopfniete, AN426AD ist eine harte Senkniete.

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Bezeichnung der Nietengröße: z.B. AN470AD4-5

Die erste Ziffer gibt den Schaftdurchmesser in 1/32 Zoll an.

Die zweite Ziffer nach dem dash gibt die Länge der Niete in 1/16 Zoll an.

Im obigen Beispiel handelt es sich also um eine harte Rundkopfniete mit 4/32“ = 3,2 mm Durchmesser und 5/16“ = 7,9 mm Länge.

Achtung: die Längenangabe bezieht sich bei Kopfnieten auf den reinen Schaft, bei den Senknieten jedoch auf die Gesamtlänge !

Hilfreiche Tabelle:

Damit kann jede Niete identifiziert werden

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Das Nieten selbst kann durch zwei Möglichkeiten erfolgen:

1) Statisch durch Pressen mit der Nietzange oder dem pneumatischen squeezer. Geht allerdings nur am Rand von größeren Blechstücken.

2) Dynamisch mit dem Drucklufthammer (rivet gun)

Entsprechende Werkzeugeinsätze ermöglichen das setzen von allen Nietenarten und –größen.

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Nieten mit der rivet gun erfolgt in der Regel von vorn, also von der Kopfseite. Dabei muss auf der Hinterseite mit einer Gegenmasse (bucking bar) angehalten werden.

Es ist aber fallweise auch möglich, direkt von der Hinterseite mit der rivet gun zu arbeiten, das Werkstück muss dann auf einer massiveren Unterlagsplatte aufgelegt werden (back riveting).

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Für korrektes Nieten gibt es einige Basisregeln:

  • Korrektes Bohren der Löcher
  • Sauber entgraten
  • Bleche müssen schön aufliegen
  • Nietenlänge bestimmen (passt oft nicht genau mit dem Plan zusammen)
  • Rivet gun bzw. Zange und auch bucking bar genau im Winkel anhalten
  • Richtiger Druck am Druckregler eingestellt (3 bar bei 3er und 4bar bei 4er Nieten)
  • Dauer des Schlagens vorher an Probewerkstücken üben.
  • Überprüfen des fertigen Nietenkopfs ( shop head) mit der Lehre, ev. Nachschlagen bzw. Ausbohren wenn das Ergebnis nicht entspricht.
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Senknieten:

Hier ist es erforderlich, das Werkstück in der richtigen Tiefe und Winkel anzusenken. Bei dickeren Blechen kann das mit dem 100° Senker erfolgen.

Meist sind die Bleche jedoch zum Senken zu dünn. In diesem Fall muss das Blech „gedimpelt“ werden

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b) Blindnieten

Wenn es Platzgründen nicht möglich ist, mit einer Bucking bar ranzukommen, muss mit Blindnieten gearbeitet werden. Oft werden aber auch ganze Flugzeuge mit Blindnieten gebaut, der Vorteil ist die einfache Art des Nietens.

Die Nietzangen können händisch oder pneumatisch zu betätigen sein. Speziell die pneumatische Blindnietzange erleichtert das Arbeiten enorm.

Die Blindnieten werden in den verschiedensten Varianten angeboten.

Am bekanntesten im Flugzeugbau sind die Cherry N und Cherry Q sowie Cherrymax Nieten.

Als Werkstoffe sind Aluminium, Stahl, Monel und Stainless für den Nietenkörper gebräuchlich und möglich. Der Zugstift (mandrel) ist meist aus Stahl.

Bauformen sind normal mit flachem Kopf (protruding) oder mit Senkkopf (flush) erhältlich. Senknieten haben meist 120° Öffnungswinkel, senken mit normalem Bohrer möglich, aber vorsichtig!

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Blechüberlappungen an der Außenhaut von Flugzeugen:

Um ein sauberes Anliegen des äußeren Bleches zu gewährleisten, soll man den Blechrand etwas „gegenbiegen“, sonst biegt sich die Kante beim Nieten gern auf.

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Weitere Möglichkeiten für die Verbindung von metallischen Werkstücken:

3) Schweißen

Ist bei Aluminiumblechen in Flugzeugqualität nicht möglich. Bleche niedrigerer Festigkeit können jedoch mit speziellen Schweißgeräten (WIG) geschweißt werden, z.B. Aluminiumtank.

4) Kleben

Kleben von Flugzeugblechen ist durchaus möglich, es sind jedoch nur wenige Klebstoffe für hochfeste Verbindungen geeignet. Beispiel MC 15 und MC 100, hier hat der Konstrukteur genaue Spezifikationen und Techniken für das Verkleben vorgeschrieben.

Diese beiden Techniken sollen aber hier nicht näher behandelt werden.

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Blechbearbeitung

Schneiden:

am besten wäre die Tafelschere für schönen, geraden Schnitt. Meist sind aber bei guten Kits nur kleinere Schnitte notwendig , die mit der Blechschere gemacht werden können. Linke und rechte Ausführung von Blechscheren notwendig!

Ebenfalls gut geeignet ist ein Einhandwinkelschleifer mit 1mm Trennscheibe, auch zum Ablängen von Aluprofilen!

Abkanten:

Bei den harten Flugzeugblechqualitäten muss unbedingt der Mindest- Biegeradius beachtet werden. Richtwerte nach Tabelle:

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Problem beim Abkanten von gekrümmten Konturen: Werkstück verzieht sich. Daher müssen die Flansche (flange) „geflutet“ werden, d.h. Sicken hineindrücken, solange bis die Teile wieder gerade sind. Aber nur dort, wo später keine Nieten sitzen > Zeichnungen beachten!

Dazu gibt es geeignete Werkzeuge:

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Bohren:

Bohrer werden in den USA sowohl in Fractional inch angegeben, als auch sog. Letter drill, d.h. nur mit einer Nummer mit # vorgesetzt. Die zu diesen Bohrern zugehörigen Durchmesser können nur aus Tabellen entnommen werden. Noch dazu sind die Nummern verkehrt proportional zum Durchmesser.

Ein Bohrer #42 z.B. ist kleiner als ein #30.

Bohrmaschinen:

Am geschicktesten sind kleine handliche Akkubohrmaschinen mit Reserveakku oder Druckluftbohrmaschinen (Nachteil : Schlauch ist hinderlich, Kompressorlärm).

Sehr hilfreich bzw. für manche Arbeiten unbedingt notwendig ist ein kleiner Winkelbohrvorsatz mit speziellen geschraubten kurzen drill bits, damit kommt man auch an die entlegensten Stellen ran.

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Die wichtigsten Werkzeuge zum Aufbauen der Strukturen sind Clecos (Fixiernadeln), Clamps in verschiedenen Formen sowie die dazugehörige Clecozange.

Clecos, speziell die silbernen 3/32“ kann man nicht genug haben !

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Ein paar Worte zum Primern:

Aluminium rostet zwar nicht, doch es kann genauso wie Eisen korrodieren, speziell wenn es Feuchtigkeit und womöglich salzhaltiger Luft ausgesetzt ist. Es ist daher dringend zu empfehlen, alle Teile, die nicht aus Alclad gefertigt sind, mit Korrosionsschutz zu versehen.

Welchen Korrosionsschutz man verwendet, darüber ist schon viel diskutiert worden. Am besten bewährt hat sich der 2-Komponenten Wash Primer, der von verschiedenen Firmen angeboten wird, z.B. Standofleet 1:1 mit Activator von Fa. Standox, der wird speziell für Aluminium Fahrzeugkarosserien verwendet. Auch Epoxy Primer eignen sich sicher gut für unsere Flugzeuge.

Aufrauhen mit Schleifvliess und Entfetten mit Aceton oder Siliconentferner (nicht mit Nitroverdünnung!) vor dem Primern.

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Nützliche Tabellen, zu finden in unserer Homepage unter Flugzeugbau – Technik – AN Schrauben.pdf

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Danke für eure Aufmerksamkeit !

Kurze Pause, dann geht’s weiter zum 2. Teil in der Werkstatt !