PIK 20 E Ein Großmodell in Wabenbauweise...Die PIK 20 E in Wabenbauweise von Josef Eichstetter Die PIK20E ist ein Hochleistungs-Segelflugzeug. Josef Eichstetter konstruierte und baute

Großmodell in Wabenbauweise

R&G Faserverbundwerkstoffe GmbH • Im Meißel 7 • D-71111 WaldenbuchTel. 0 71 57/53 04 6-0 • Fax 0 71 57/53 04 70 • e-Mail: [email protected] • http://www.r-g.de

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PIK 20 EEin Großmodell

in WabenbauweiseEine allgemeingültige Einführung

in die Leichtbauweisemit Aramid-Waben

PIK 20 E vonJosef Eichstetter



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Aramid-Wabe 29 kg/m3

Stützstoff für leichte Sandwich-konstruktionen

➞ hohe Schlag-, Vibrations- und Ermüdungsbeständigkeit➞ extreme Druckfestigkeit➞ sehr gute Chemikalienbeständigkeit

Aramid-Waben sind nichtmetallische, leichtgewichtige Waben aus Nomex®-Papier (Kevlar®-Papier),die mit hitzebeständigem Phenolharz, entsprechend den strengen Anforderungen der Luftfahrt, be-schichtet sind.Die Verbindung von Aramidfasern und Phenolharz verleiht der Wabe ihre herausragenden Eigen-schaften.Die hexagonalen (sechseckigen) Zellen garantieren eine optimale Festigkeit und Steifigkeit sowohlbei flachen, als auch bei bearbeiteten Sandwichstrukturen. Die Verformbarkeit in dünner Stärke vonz.B. 2 - 3 mm ist gut.

Die Wärmebeständigkeit von R&G Aramid-Waben ist besser, als in den Spezifikationen der Luftfahrt-industrie verlangt wird.Bei 135 °C beträgt die Verringerung der Druck- und Schubfestigkeit ca. 15 %, während der Verlustan Druckfestigkeit bei 180 °C unter 25 % des Anfangswertes liegt.

Aramid-Waben verfügen über eine ausgeprägte Feuchtigkeits- und Hitzebeständigkeit und sindals schwer entflammbar/selbstverlöschend eingestuft.Im Brandfall erzeugen sie sehr geringe Mengen an Rauch und nahezu keine toxischen Substanzen.Die Rauchdichten nach der ATS 1000.001 sind sehr niedrig im Vergleich zu der Luftfahrt-Forderung.

Die Chemikalienbeständigkeit der Aramid-Waben gegen Flüssigkeiten, die beim Flugzeugbau ge-bräuchlich sind, ist erwiesen. Der Abfall der Festigkeit nach 144 Stunden Tauchbelastung bei Raum-temperatur in Motoröl, hydraulischem Öl oder destilliertem Wasser ist kleiner 10 %.

Bei 9375 MHZ ist die dielektrische Widerstandszahl 1,10 (+/- 5 %). Die Toleranz der dielektrischenZahl gibt die Abhängigkeit der Raumdichte und der Polarisation bei 0° Anfallwinkel an.

Prinzipiell sind verschiedene Dichten von 29 - 144 kg/m3 lieferbar. Standardmäßig ab Lager verfügbarist die Type 29 kg/m3 in den Dicken 2, 3 und 5 mm.Als Sonderanfertigung sind Dicken bis 914 mm möglich

Zellgröße ± 10 % der NominalgrößeRaumgewicht ± 10 % des NominalgewichtsLänge (L) 2440 mm ± 50 mmBreite (W) 1120 mm ± 75 mmDicke (T) ± 0,13 mmDicke (T)/Gewicht 1,5 mm ( 44 g/m2)

2,0 mm ( 58 g/m2)3,0 mm ( 87 g/m2)5,0 mm (145 g/m2)

Packungsgrößen von 1/1 Platte (2,73 m2), 1/2 Platte (1,37 m2) und 1/4 Platte (0,68 m2)Bestell-Nummern 500 099-X, 500 100-X, 500 105-X, 500 110-X

Beschreibung

Temperatur-beständigkeit

Brandverhalten

Chemikalien-beständigkeit

ElektrischeEigenschaften

Produktreihe

Toleranzen undGrößen

Daten

Zell-Größe

tiekgitsefkcurDtreisilibatsnu

aPM

tiekgitsefbuhcSaPM

WL

ludombuhcSaPM

WL

6,0 54,0 3,0 0,51 0,11



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Die PIK 20 E in Wabenbauweisevon Josef Eichstetter

Die PIK20E ist ein Hochleistungs-Segelflugzeug. Josef Eichstetterkonstruierte und baute dieses einmalige Großmodell in mehrjäh-riger Arbeit aus modernsten Leichtbauwerkstoffen.Um das bei einem Modell dieser Größe hohe Strukturgewicht zureduzieren, wurden Rumpf, Tragflächen und Leitwerk konse-quent in Schalenbauweise mit leichten und druckfesten R&G-Aramidwaben als Stützstoff ausgeführt.Die nachfolgende Baubeschreibung zeigt anhand von Baustufen-fotos die Komplexität der Arbeiten. Auch wenn Sie als Leserdieser Broschüre kein "Großprojekt" planen, können Ihnen die

Bild 1 Gründliches Wachsen der Formen und Abdecken desFormenrandes mit Folie bis ca. 2 mm an die Kante. AnschließendEinspritzen der Deckschicht (UP-Vorgelat weiß) oder 2-K-Lack.Gewicht ca. 300 g/m2.

Bild 2 Abziehen der Folienabdeckung im noch nassen Zustand.Danach Aushärten der Deckschicht über Nacht. Die Kanten imKabinenhaubenbereich werden mit einem Harz-Baumwollflocken-Glasfaserschnitzel-Gemisch aufgefüllt.

Faserorientierung +/- 45°

Bild 3Durchgehend werden 2 Lagen 80 g/m2 Glasgewebe diagonaleingelegt, im Bereich der Rumpfnase wird bis auf 5 Lagen ver-stärkt.

Bild 4Nach dem Anhärten des Harzes (ca. 8 h Härtezeit) wird das über-stehende Gewebe mit einer scharfen Klinge abgeschnitten.

→ Abschneiden desGewebes

gezeigten Arbeitsschritte beim Verwirklichen eigener Leichtbau-konstruktionen hilfreich sein. Bei sorgfältiger Vorplanung und mitder notwendigen Ausstattung an Werkzeugen und Material kön-nen Sie auf Anhieb gute Resultate erzielen.Übrigens: die Formensätze für Rumpf, Flächen und Leitwerkwurden komplett aus Formenharz und Laminierkeramik von R&Ghergestellt. Diese innovative Bauweise ist in der Broschüre "For-menbau mit Laminierkeramik" (Bestell-Nr. 900 105-1) genaubeschrieben.

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Bild 5Einpassen der 3mm-Wabe mit 2-3 cm Übermaß.

Bild 6 Die zugeschnittene Wabenplatte wird entnommen und eineweitere Lage 80g-Glasgewebe einlaminiert. In das noch nasseGewebe wird die Wabe eingelegt, mit Gewichten beschwert undan den Stößen mit Tesa fixiert.



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Bild 7Auflegen einer PVC -Folie (0,03 mm Dicke),dann wieder beschweren.

Falls die Beschaffung vonPVC-Folien Problemebereitet, kann alternativauch eine "Baufolie" ausPE verwendet werden.Diese ist meist in einerStärke von 0,2 mmerthältlich. Noch bessergeeignet: R&G Latex-Tuch (Gummituch). 8

Bild 8Während die Vakuum-pumpe läuft, wird amRand mit Silicon abge-dichtet und die Folieangedrückt.Ist alles dicht, reichenzwei Vakuum-Anschlüs-se (1x Kabinenhaube, 1xRumpfnase) vollkommenaus.

Bild 9Sehr tiefe Stellen werdenmit Silicon umspritzt,dann mit einem Messeraufgeschnitten und sofortmit einem Stück Folieüberdeckt, welches sichdann in die Vertiefungeinsaugt.

Einschnitt in derunteren Folie

Überdeckungmit Folie

Bild 10/11/12Nach dem Anhärten desHarzes, also nach etwa12 Stunden, wird dieWabe überall dort, woSpanten, Einziehfahrwerkund Klapptriebwerks-schacht verklebt werden,mit einem Epoxydharz/Baumwollflockengemischaufgefüllt.Als sehr leichter Füllstoffsind auch Glass-Bubbles(z.B. 3M von R&G, Dichte0,21 bzw. 0,12 g/cm3) gutgeeignet.

Bild 11+12Auffüllen der Wabe miteingedicktem Epoxyd-harz.

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Bild 13/14 Einpassen der fehlenden Wabenstücke; diese werden später zusammen mit dem Innenlaminat verklebt.



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Bild 15 Es kann sinnvoll sein, Teilbereiche der Wabe nachträglicheinzupassen, da eine einzige, große Wabenplatte sich manchmaltrotz aller Flexibilität nicht ohne Überspannung und daraus resul-tierende Fehlverklebungen in Vertiefungen pressen läßt.

Bild 16Zuschneiden der Übertragungsfolie (PVC, PE 0,03 - 0,2 mm) fürdas innere Decklaminat.

Bild 17 Auf einem Stück Schaumstoff wird die Übertragungsfoliemit einer Nadel alle 3 cm durchlöchert. Besser geeignet, wenn-gleich auch teurer, ist die R&G Lochfolie (Bestell-Nr. 390 185-X).

Bild 18Vortränken des Glasgewebes auf Zeitungspapier.

Bild 19Abziehen des nassen Glasgewebes zusammen mit der Über-tragungsfolie.

Bild 20Auftragen von Harzund Einlegen dernoch fehlendenWabenstücke.

Bild 21Das eingelegteGewebe wird nunmit Abreißgewebeabgedeckt.

Bild 22Zuletzt wird eine mitreichlich Übermaß zu-geschnittene Vakuum-folie aufgelegt, mitGewichten fixiert undmit Silicon amFormenrand verklebtund abgedichtet.



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Bild 23Nach dem Einschaltender Vakuumpumpe preßtsich die Folie gegen dieForm und verklebt dasnasse Innenlaminatkraftschlüssig mit derWabe.

Bild 24Nach ausreichenderHärtezeit (je nach Harz8-12 h) werden alleFolien entfernt und dieSchale mit der Formkantebündig geschnitten.

Bild 25Die Kante im Bereich desKabinenhauben-Aus -schnitts wird mit einemHarz-Baumwollflocken-Gemisch geschlossen.

Bild 26Der Seitenleitwerkholmmit Aufnahmebeschlagfür das Höhenleitwerkwird laminiert. Der Holmbesteht aus einer 3 mm-Wabe, die beidseitig mitKohlegewebe 93 g/m2

verstärkt wird.

Bild 27Unter Zugabe vonFüllstoff wird der Metall-beschlag einlaminiert.Dieser besteht aus einerHöhenleitwerksaufnahmeaus Stahlblech 0,5 mmund harteingelötetenR&G Paßdübeln 6 mm,sowie einem 3 mmMessingrohr für denUmlenkhebel(Höhenrudersteuerung).Auf Folienstreifen vorge-tränkt, wird das Gewebeaufgelegt.

Bild 28Abschließend wird dasLaminat mit Abreiß-gewebe abgedeckt undim Vakuum verpreßt.

Bild 29 Einkleben des Holms in eine Halbschale. Dazu wird vorhereine Nut in die Wabe eingearbeitet, die bis zur Außenhaut geht.Der Holm wird satt in ein Harz-Microballons-Gemisch eingelegt.Dies spart Gewicht, ergibt eine gute Festigkeit und verhindert dasDurchzeichnen des Holms.

Bild 30Der Hauptspant bestehtaus 5 mm Balsaholz. ZumEinpassen wird die Formzusammengestellt.



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Bild 31Der sorgfältig eingepaßteSpant wird entfernt und mitKohlegewebe 160 g/m2

beidseitig beschichtet.

Bild 32Endergebnis: der sauberbearbeitete Hauptspantmit Alurohr.

Bild 33Laminieren des Fahrwerksschachts über ein aus Holz erstelltesPositiv. Zwei Lagen 80 g-Gewebe reichen aus.

Bild 34 Unter Einblasen von Luft wird diese dünne Schale entformt,der Positivkern erneut gewachst und die GFK-Schale wiederaufgeschoben (reine Vorsichtsmaßnahme bei schwierig zuentformenden Teilen).

Bild 35Auflaminieren der Waben-Seitenteile und des Mittelstücks.

Bild 36In einem weiteren Arbeitsgang wird das Außenlaminat im Vakuumverpreßt.

Bild 37Der fertige Fahrwerkskasten läßt sich leicht entformen.

Bild 38Felgen aus zwei Lagen 160 g Kohlegewebe, im Vakuum verpreßt.Die Positivform entstand in einem "Milchreisbecher".



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Bild 39Der Reifen 7x1 3/4 Zoll mit Schlauch, sowie allen Felgenteilen undden erforderlichen Formen.

Bild 40Alle Felgenteile sind aus Kohlefaser laminiert. Als Deckschichtwird ein aluminiumgefülltes Harz verwendet, das nach dem An-schleifen metallisch schimmert.

Bild 41 Das einbaufertige Einziehfahrwerk. Die Mechanik undalle Maße sind vom Original maßstabsgetreu übernommen.Das verwendete Stahlrohr 0,3 mm Wandung wurde hartgelötet.

Bild 43das Fahrwerk im ausgefah-renen Zustand, bereits mitdem Hauptspant verklebt.

Bild 42Das Ein- und Ausfahren erfolgt über eine Gewinde-spindel mit Elektromotor und Endabschaltung.

Bild 44 Nach Papierschablonen werden Leisten für den Klappen-triebwerksschacht, bestehend aus Spant und Trennwand, aufeine Spanplatte geklebt und mit Vakuum eine Folie darübergezogen.

Bild 45In dieser einfachen Form wird eine 3 mm Wabe im Vakuumbeidseitig mit 2 Lagen Glasgewebe 80 g/m2 beschichtet.

Bild 46Im nächsten Arbeits-schritt werden dieEinbauten in dieRumpfhalbschaleneingeklebt.



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Bild 47Nun ist alles bereit zum Verkleben der Schalen.

Bild 48Zu sehen ist das Einziehfahrwerk, der Hauptspant, das Klapptrieb-werk...

Bild 49...der Seitenleitwerkholm und die Schubstange.

Bild 50Zum Verkleben wirdeine Raupe auseinem Harz/Glass-Bubbles-Gemischbeidseitig auf dieKlebestellen aufgetra-gen.

Bild 51Bereit zum Verkleben des Rumpfes.

Bild 52Die beiden Formhälften werden aufgestellt und vorsichtig zusam-mengeschoben.

Bild 53Klammern pressen die geschlossene Form zusammen.

Bild 54Nach 24 h Härtung ist der Zeitpunkt zum Entformen gekommen.Vorsichtig wird die Form mit Holzkeilen auseinandergedrückt.



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Die Herstellung der Tragflächenin Schalenbauweise mit Wabenkernen

Bild 56 Geschafft! Das Gesamtgewicht des Rumpfes beträgt 8,5kg, davon abzuziehen sind 4,5 kg für das Klapptriebwerk und 1,5kg für Einziehfahrwerk und Spant. Es bleibt ein Schalengewichtvon 2,5 kg für einen Rumpf mit ca. 2,5 m2 Fläche.

Bild 55Eine Hälfte ist bereitsentformt.

Bild 57Das Ausschneiden der Fahrwerksklappen mit einem feinen Säge-blatt.

Bild 58Der Klappen-triebwerksschachtwird aufgesägt undgängig gemacht.Die Scharnierfunktionübernimmt einzwischen der 2. und3. GewebelageeinlaminiertesAbreißgewebe.

Bild 59Nach dem Wachsen wird die Deckschicht in die obere und untereFormenhälfte eingespritzt (Oberseite nur im Querruderbereich).

Bild 60Auffüllen der Nasenleiste mit einem Harz/Microballons-Gemisch.



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Bild 61Einlaminieren von 2 Lagen 80g-Glasgewebe in Diagonalrichtung(± 45º zur Nasenleiste).

Bild 62Anzeichnen des Querruderdrehpunkts.

Bild 63Einlaminieren der "Kupplungslage" 80 g Glasgewebe.

Bild 64Im Querruderdrehpunkt wird ein ca. 2 cm breites Abreißgewebeeinlaminiert.

Bild 66Auflegen der Vakuum-Folie und Abdichten mit Silicon.

Bild 65Die Wabenzuschnitte werden eingelegt und an den Stößen mitTesa fixiert.

Bild 67Andrücken der Vakuumfolie.

Bild 68Nach dem Entfernen des Vakuums wird die Wabe an der Endkanteausgeschliffen und im Querruderdrehpunkt eingepaßt.



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Bild 69Papierzuschnitte für die Innenlage werden vorbereitet.

Bild 70Mit den Papierzu-schnitten wird dasGewebe auf Zeitungs-papier aufgelegt undgetränkt.

Bild 71Ausschleifen der Endkante Oberseite-Querruder.

Bild 72Von einem großen, vorgetränkten und mit Folie abgedecktenGewebestück werden entsprechende Streifen abgeschnitten.

Bild 73Zur Torsionsversteifung der Querruder wird unter Zugabe vonFüllstoff ein 4 mm Alurohr über die ganze Länge eingeklebt.

Bild 74Anschließend wird eine Lage 80g-Glasgewebe aufgelegt und imVakuum verpreßt.

Bild 75Beschneiden der Dichtlippe nach dem Trocknen.

Bild 76, 77Die Holme werden aus einer beidseitig mit 93 g-Kohle beschich-teten Wabenplatte ausgeschnitten...

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Bild 77...und mit Glass-Bubbles aufgeklebt.

Bild 78Die Trennstelle der Querruder-Wölbklappe.

Bild 79 Verstärkungsteile für die spätere Anlenkung der Querru-der-Wölbklappe.

Bild 80/81/82Querruder-Oberseite und Flächen-Unterseite werden mit Füllstoffzusammengeklebt.

Bild 83Ist das Querruder entformt, kann die Deckschicht für die Oberseiteder Fläche eingespritzt werden.

Bild 84Einlaminieren von zwei Außenlagen 80g-Gewebe.



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Bild 85Anfertigen der Wabenzuschnitte.

Bild 86Einlaminieren einer Kupplungsschicht aus 80 g-Gewebe.

Bild 87Einlegen der Wabe und anschließendes Vakuumieren der Form.

Bild 88Einschleifen desLandeklappen-Deckels undAusschleifen derHinterkante.

Bild 89Die Formen im Vakuum.

Bild 90Auch im Randbogenbereich macht das Absaugen keine Schwie-rigkeiten.

Bild 91Die Innenlage wird ein-laminiert und im Vakuumverpreßt. Zur besserenAbsaugung wird zwischenÜbertragungsfolie undVakuumfolie ein Abreiß-gewebe durchgehendeingelegt. ÜberschüssigesHarz wird durch diegelochte Übertragungsfolievom Abreißgewebeaufgesaugt.

Bild 92Entfernen des Vakuums, der Wachsschnur unddes Silikons.



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Bild 93Nach Unterschieben von0,4 mm Sperrholz wirddie Endkante der Flächebesäumt.

Bild 94Schneiden des Styropor-kernsfür den Flächenholm.

Bild 95Die Styroporelemente werden aneinandergeklebt und umseitigmit ca. 12 Kohlerovings belegt.

Bild 96Nach dem Aushärtenist die ganze Einheitfest genug, um mitzwei Lagen Kohle-gewebe beschichtetzu werden. Anschlie-ßend wird imVakuumsack gepreßt.

Bild 97Abschälen desAbreißgewebesnach dem Aushärtendes Harzes.

Bild 98In die Flächenober-schale werden miteinem Schleifholz biszur Außenhaut dreiNuten für die Holmeeingeschliffen.

Bild 99In diese Nuten werdenHolmstege mit Glass-Bubbles eingeleimt, auf diedann der eigentliche Holmgeklebt wird.Dies ergibt eine sehrgeringe Klebefläche zurFlächenschale und damiteinen großen Gewichtsvor-teil. Bild 100

Die Herstellung derHöhenruderflapserfolgt nach demgleichen Schema wiedie Tragflächen(Deckschicht,Außenlaminat,Kupplungslage, Wabe,Innenlaminat).

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Bild 101Das Bündigschneiden nach dem Trocknen derInnenlage.

Bild 102Die Höhenruderdämpfungs-flosse beim Einpressen derWabe.

Bild 103Das Höhenruderflap nach demEntformen.

Bild 104Mit einer Feile werden dieDurchgänge für die Scharniereeingearbeitet.

Bild 105Sind die Schalen fertig laminiert,kann der Holm mit den Scharnie-ren eingeleimt werden. Dazu wirdder Holm mit Sekundenkleber aufeiner Aluschiene fixiert undanschließend mit Glass-Bubblesund einem Kohleroving einge-klebt.

Bild 106Die an einer Aluschiene fixiertenScharniere ergeben einegenaue Flucht des Drehpunktes.Der Holm wird, wie schon beiden Tragflächen, aus kohle-faserbeschichteter Wabegefertigt.

Bild 107Das bereits fertig laminierteHöhenruderflap wirdprobeweise eingelegt.

Bild 108Das fertige Modell im Frühjahr 1996

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