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Dokumentenidentifikation DE102006023210A1 22.11.2007
Titel Laminatstruktur und Verfahren zum Herstellen einer Laminatstruktur
Anmelder Airbus Deutschland GmbH, 21129 Hamburg, DE
Erfinder Steinke, Uwe, 21149 Hamburg, DE
Vertreter Maiwald Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80335 München
DE-Anmeldedatum 17.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006023210
Offenlegungstag 22.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.11.2007
IPC-Hauptklasse B32B 15/00(2006.01)A, F, I, 20060517, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B32B 15/08(2006.01)A, L, I, 20060517, B, H, DE   B32B 15/14(2006.01)A, L, I, 20060517, B, H, DE   B32B 15/18(2006.01)A, L, I, 20060517, B, H, DE   B32B 15/20(2006.01)A, L, I, 20060517, B, H, DE   B64C 1/12(2006.01)A, L, I, 20060517, B, H, DE   B64C 3/20(2006.01)A, L, I, 20060517, B, H, DE   B64C 3/26(2006.01)A, L, I, 20060517, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer Laminatstruktur, welches ein Ausbilden einer primären Laminatstruktur aus einer Mehrzahl von Schichten und ein Ausbilden einer zusätzlichen Schicht aus erosionsbeständigen Material auf der primären Laminatstruktur aufweist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer Laminatstruktur, eine Laminatstruktur und ein Luftfahrzeug mit einer Laminatstruktur, insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer erosionsresistenten Laminatstruktur.

In der Technik werden in einer Vielzahl von Bereichen Laminatstrukturen, d.h. Strukturen, welche einen Schichtaufbau aus gleichartigen oder verschiedenartigen dünnlagigen Einzelschichten aufweisen, verwendet. Beispielsweise werden solche Laminatstrukturen im Flugzeugbau für Rumpfstrukturen verwendet. Insbesondere im Flugzeugbau können solche Rumpfstrukturen einer starken Belastung ausgesetzt sein. Solche Belastungen sind beispielsweise mechanische Beanspruchungen im Nasenbereich, der Flügelvorderkanten, des Cockpits und des Höhenleitwerks und/oder Seitenleitwerks des Flugzeuges. Solche Komponenten werden auch als erosionsgefährdet oder abnutzungsgefährdet, bezeichnet. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten den Flugzeugrumpf vor solchen Belastungen zu schützen bekannt.

Es mag einen Bedarf geben, ein Verfahren zum Herstellen einer Laminatstruktur und eine Laminatstruktur zu schaffen, welche Laminatstruktur auf einfache Weise hergestellt werden kann und einen effektiven Schutz gegen mechanische Belastungen bereitstellt.

Dieser Bedarf mag durch ein Verfahren zum Herstellen einer Laminatstruktur, eine Laminatstruktur, eine Verwendung einer Laminatstruktur in einem Luftfahrzeug und ein Luftfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche befriedigt werden.

Gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren zum Herstellen einer Laminatstruktur ein Ausbilden einer primären Laminatstruktur aus einer Mehrzahl von Schichten und ein Ausbilden einer zusätzlichen Schicht aus erosionsbeständigem Material auf der primären Laminatstruktur auf.

Gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel weist eine Laminatstruktur eine erste Schicht, welche ein erstes Material aufweist, eine zweite Schicht, welche ein zweites Material aufweist und eine Abschlussschicht auf, welche aus einem erosionsbeständigen Material ist.

Gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird eine erfindungsgemäße Laminatstruktur in einem Luftfahrzeug verwendet.

Gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel eines Luftfahrzeuges weist dieses Luftfahrzeug eine erfindungsgemäße Laminatstruktur auf.

Unter einem erosionsbeständigen Material wird in dieser Anmeldung ein Material verstanden, welches eine größere Härte aufweist als Aluminium. Hierbei ist unter Erosion insbesondere eine Abnutzung durch normale Umwelteinflüsse und/oder durch Kollisionen der äußeren Schicht der Laminatstruktur mit Gegenständen zu sehen, welche die äußere Schicht abnutzen oder deformieren. Insbesondere sind unter erosionsbeständige Materialien, Materialien zu verstehen, welche eine größere Härte als Aluminium aufweisen, d.h. eine Brinell-Härte, welche größer ist als etwa 80 HB ist. Insbesondere sind darunter Materialien zu verstehen, welche eine Brinell-Härte zwischen 100 HB und 220 HB aufweisen, vorzugsweise eine Brinell-Härte zwischen 130 HB und 190 HB, beispielsweise eine Brinell-Härte von 190 HB.

Eine Grundidee der Erfindung kann darin gesehen werden, dass eine Laminatstruktur geschaffen wird, welche neben einer primären Laminatstruktur, welche beispielsweise eine herkömmlich bekannte Laminatstruktur aus verschiedenen Schichten sein kann, eine zusätzliche Lage aufweist, welche aus einem erosionsbeständigen Material ist. Diese zusätzliche Lage aus erosionsbeständigem Material mag die Außenschicht der Laminatstruktur bilden und mag eine gute Erosionsbeständigkeit aufweisen. Diese zusätzliche Lage aus erosionsbeständigem Material kann somit als ein integraler Bestandteil der Laminatstruktur angesehen werden und ist von einem nachträglich auf die Laminatstruktur aufgebrachten Stahlblech oder Schutzblende zu unterscheiden. Die erfindungsgemäße Schicht aus erosionsbeständigem Material bildet somit die äußerste Schicht der Laminatstruktur. Eine solche Laminatstruktur kann in Form eines Bleches ausgebildet sein, welches sich nach der Herstellung biegen und verformen läst.

Eine solche erfindungsgemäße Laminatstruktur mag eine effiziente Ausgestaltung einer Laminatstruktur sein, mittels welcher erosionsgefährdete Bereiche eines Systems, beispielsweise eines Flugzeugrumpfes, eines Flugzeugleitwerks, eines Cockpitbereichs eines Flugzeugs, oder auch Teilen einer Karosserie im Automobilbau, ausgebildet werden können, wodurch es möglich sein mag, darunter liegende Bereiche oder die primäre Laminatstrukutur selber, vor Erosion und/oder Beschädigungen zu schützen. Gleichzeitig mag es mittels einer solchen Laminatstruktur möglich sein, ein dekorativ befriedigendes Erscheinungsbild solcher erosionsgefährdeter Bereiche des Systems sicherzustellen.

Gegenüber einem so genannten Unterfüttern eines Decklackes mit einer elastischen Unterlage, welches Unterfüttern dazu dient, Kräfte von Kleinteilen abzufedern und somit ein Einreißen und/oder Abplatzen des Decklackes zu verhindern und/oder hinauszuzögern, mag es möglich sein Arbeitsgänge bei der Herstellung einzusparen, welche benötigt werden, um diesen Decklack aufzubringen. Weiterhin mag dieser Decklack, d.h. der Erosionsschutz, welchen dieser Decklack bieten soll, auch nicht dauerhaft sein, da dieser Decklack abplatzen kann. Auch gegenüber einem Aufbringen eines zusätzlichen Stahlbleches mag das Verwenden einer Laminatstruktur mit einer integrierten Außenlage von erosionsbeständigem Material den Vorteil haben, dass zur Herstellung eines Erosionsschutzes kein zusätzlicher Arbeitschritt, d.h. kein Aufbringen des erosionsbeständigen Materials, mehr nötig ist, sondern dieses gleich bei der Herstellung der Laminatstruktur in diese Laminatstruktur integriert wird.

Weitere Aufgaben, Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Im weiteren werden beispielhafte Ausgestaltungen des Verfahrens zum Herstellen einer Laminatstruktur beschrieben. Die dabei beschriebenen Ausgestaltungen gelten jedoch auch für die Laminatstruktur, das Verwenden einer Laminatstruktur für ein Luftfahrzeug und das Luftfahrzeug mit einer Laminatstruktur.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahren ist das erosionsbeständige Material ein Material, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Stahl, rostfreien Stahl und Titan enthält.

Solche Materialien sind Beispiele für Materialien, welche eine größere Härte als Aluminium ausweisen, welches beispielsweise ein typisches Material im Flugzeugbau ist. Durch diese größere Härte mögen Schichten aus einem solchen Material im normalen Betrieb einer geringeren Erosion ausgesetzt sein, als es Schichten aus Aluminium wären, insbesondere wenn sie eine Außenschicht des Flugzeuges bilden, d.h. mit der Umgebung außerhalb des Flugzeuges in direkten Kontakt treten.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens weisen die Schichten der Mehrzahl von Schichten zumindest ein erstes Material und ein zweites Material auf. Vorzugsweise ist dabei das erste Material Aluminium. Das zweite Material ist vorzugsweise ein glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), ein kohlenfaserverstärkter Kunststoff (CFK), ein Aramidfaser-Material und/oder ein Baumwollfaser-Material. Die Schichten können dabei beim Ausbilden der Laminatstruktur in einer alternierenden Abfolge von Schichten des ersten Materials und des zweiten Materials ausgebildet werden. Erfindungsgemäß wird eine Außenlage der Laminatstruktur durch die Schicht aus erosionsbeständigen Material gebildet, wohingegen die zweite Außenlage, welche der ersten Außenlage entgegengesetzt ist, vorzugsweise aus Aluminium ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Schicht, auf welcher die erosionsbeständige Schicht ausgebildet wird, eine Schicht des zweiten Materials, d.h. beispielsweise ein CFK oder GCK Material.

Eine solche Laminatstruktur, welche als primäre Laminatstruktur eine alternierende Schichtenfolge aus den genannten Materialien aufweist, mag bei geringem Gewicht eine hohe Belastbarkeit aufweisen. Die erfindungsgemäße äußerste Schicht aus erosionsbeständigem Material mag besonders geeignet sein, die vorteilhaften Eigenschaften der primären Laminatstruktur mit einem erhöhten Erosionsschutz zu kombinieren, so dass auf zusätzliches nachträgliches Ausbilden eines Erosionsschutzes, wie beispielsweise Verwenden eines Decklackes oder nachträgliches Aufbringen eines Stahlbleches, verzichtet werden kann.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die zusätzliche Schicht aus erosionsbeständigem Material auf die primäre Laminatstruktur aufgeklebt. Ein solches Kleben kann beispielsweise mittels eines Harzes oder eines sonstigen bekannten Klebstoffes ausgeführt werden und mag eine besonders effiziente Weise sein, die zusätzliche Schicht aus erosionsbeständigem Material auf der primären Laminatstruktur auszubilden. Insbesondere kann die Laminatstruktur in einem einzigen Aushärtungsschritt ausgebildet werden, wobei die Schicht aus erosionsbeständigen Material mittels Harzes oder Kleber mit der primären Laminatstruktur verbunden werden, welcher auch verwendet wird, das zweite Material, beispielsweise GFK oder CFK Material auszubilden.

Im weiteren werden beispielhafte Ausgestaltungen der Laminatstruktur beschrieben. Die dabei beschriebenen Ausgestaltungen gelten auch für das Verfahren zum Herstellen einer Laminatstruktur das Verwenden einer Laminatstruktur für ein Luftfahrzeug und das Luftfahrzeug mit einer Laminatstruktur.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die Laminatstruktur eine Vielzahl von Schichten des ersten Materials und des zweiten Materials auf, welche in alternierender Reihenfolge ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die einzelnen Schichten mit jeweils einer Dicke zwischen 0,1 mm und 0,5 mm, besonders vorzugsweise jeweils in einer Dicke zwischen 0,2 mm und 0,3 mm ausgebildet.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein erosionsgefährdetes Bauteil mittels der Laminatstruktur ausgebildet. Solche erosionsgefährdeten Bauteile sind Bauteile einer Flugzeughülle, welche einer starken Belastung ausgesetzt sind. Beispielsweise sind der Nasenbereich, d.h. der Bereich des Cockpits, der Bereich der Tragflächenvorderkanten, der Seiten- und/oder der Höhenleitwerke, besonders mechanischen Belastungen ausgesetzt. In diesem Bereichen des Flugzeugrumpfes bzw. der Flugzeughülle mag es besonders vorteilhaft eine erfindungsgemäße Laminatstruktur zu verwenden.

Ein Aspekt der Erfindung mag darin gesehen werden, dass aus Aluminium- und glasfaserverstärkten-Lagen (Glare) hergestellte Nasenteile und/oder erosionsgefährdeten Bauteile eines Flugzeugrumpfes so laminiert werden, dass die äußerste Schicht aus einer Lage bestehend aus rostfreiem Stahl dargestellt wird.

Es sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele oder mit Verweis auf einen der obigen Aspekte beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele oder Aspekte verwendet werden können.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Laminatstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

1 zeigt schematisch eine Laminatstruktur oder Blech 100, welches eine Mehrzahl von Einzelschichten aufweist. Die Laminatstruktur weist eine erste Aluminiumschicht 101, eine erste Schicht aus glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) 102 eine zweite Aluminiumschicht 103, eine zweite GFK-Schicht 104, eine dritte Aluminiumschicht 105, eine dritte GFK-Schicht 106, eine vierte Aluminiumschicht 107 und eine vierte GFK-Schicht 108 auf. Diese Schichten bilden eine primäre Laminatstruktur und können mittels den Fachmann bekannten Verfahren ausgebildet und fest miteinander verbunden werden. Hierzu eignen sich beispielsweise bekannte Klebeverfahren.

Auf diese primäre Laminatstruktur ist eine Schicht aus rostfreiem Stahl 109 ausgebildet, welche eine Außenschicht der Laminatstruktur gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiels darstellt. In 1 ist die Laminatstruktur 100 in einem gebogenen Zustand gezeigt um anzudeuten, dass diese Laminatstruktur auch nach dem Herstellen noch in eine gewünschte Form gebracht werden kann. Eine solche Laminatstruktur mag besonders geeignet sein, um mittels ihr erosionsgefährdete Bauteile eines Flugzeugrumpfes auszubilden. Diese zusätzliche Schicht aus rostfreiem Stahl 109 wird gleichzeitig mir der primären Laminatstruktur ausgebildet, d.h. sie wird zusammen mit dieser Ausgehärtet, so dass, wenn die Schicht unterhalb der Schicht aus rostfreiem Stahl angeordnete Schicht eine GFK-Schicht ist, der zum Ausbilden dieser Schicht verwendete Kleber oder Harz verwendet werden kann, um die Schicht aus rostfreiem Stahl mit der primären Laminatstruktur zu verbinden.

Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisen" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.


Anspruch[de]
Verfahren zum Herstellen einer Laminatstruktur, wobei das Verfahren aufweist:

Ausbilden einer primären Laminatstruktur aus einer Mehrzahl von Schichten; und

Ausbilden einer zusätzlichen Schicht aus erosionsbeständigen Material auf der primären Laminatstruktur.
Verfahren gemäß Anspruch 1,

wobei das erosionsbeständige Material ein Material aus der Gruppe ist, welche aufweist:

Stahl;

rostfreier Stahl; und

Titan.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Mehrzahl von Schichten zumindest ein erstes Material und ein zweites Material aufweisen. Verfahren gemäß Anspruch 3,

wobei das erste Material Aluminium und das zweite Material ein Material aus der Gruppe ist aufweisend:

glasfaserverstärkter Kunststoff;

kohlenfaserverstärkter Kunststoff;

Aramidfasern; und

Baumwollfasern.
Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei das Ausbilden der primären Laminatstruktur ein Ausbilden einer alternierenden Abfolge von Schichten des ersten Materials und des zweiten Materials aufweist. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zusätzliche Schicht auf die primäre Laminatstruktur aufgeklebt wird. Laminatstruktur, welche aufweist:

eine erste Schicht, welche ein erstes Material aufweist;

eine zweite Schicht, welche ein zweites Material aufweist;

und

eine Abschlussschicht, welche aus einem erosionsbeständigen Material ist.
Laminatstruktur gemäß Anspruch 7, welche aufweist:

eine Vielzahl von Schichten des ersten Materials und des zweiten Materials, welche in alternierender Reihenfolge ausgebildet sind.
Laminatstruktur gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Schichten jeweils eine Dicke zwischen 0,1 mm und 0,5 mm aufweisen. Verwendung einer Laminatstruktur gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 in einem Luftfahrzeug, insbesondere für ein Flugzeugrumpf, eine Tragfläche, ein Seitenleitwerk und/oder ein Höhenleitwerk. Luftfahrzeug, welches eine Laminatstruktur gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 aufweist. Luftfahrzeug, gemäß Anspruch 11, wobei ein erosionsgefährdetes Bauteil mittels der Laminatstruktur ausgebildet ist.






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