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Die Erfindung betrifft ein Sandwichelement zur schallabsorbierenden Innenverkleidung von Verkehrsmitteln, insbesondere zur schallabsorbierenden Innenverkleidung von Luftfahrzeugen, mit einer dreidimensional ausgebildeten Kernstruktur, die zwischen zwei im Wesentlichen parallel zueinander beabstandet verlaufenden Deckschichten angeordnet ist
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Für die Innenverkleidung von Rumpfzellen von Luftfahrzeugen kommen aus Gründen der Gewichtsersparnis und hoher Festigkeitsanforderungen im Allgemeinen Sandwichplatten aus faserverstärkten Kunststoffmaterialien zum Einsatz. Die verwendeten Sandwichplatten weisen hierbei verbreitet eine honigwabenförmige Kernstruktur auf, die zur Bildung der Sandwichplatte beidseitig mit Deckschichten versehen ist. Infolge der beidseitigen Beschichtung der honigwabenförmigen Kernstruktur mit den Deckschichten weisen die Sandwichplatten eine Vielzahl von in sich geschlossenen, kleinvolumigen und daher nicht drainagefähigen Wiederholungseinheiten auf.
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Darüber hinaus sind Sandwichplatten bekannt, deren Kernstrukturen beispielsweise eine wellenförmige, eine trapezförmige oder dreieckförmige Querschnittsgeometrie aufweisen. Derartige Kernstrukturen weisen eine Vielzahl von, in etwa parallel zueinander verlaufenden Kanälen auf, die beispielsweise durch das Auffalten des Kernstrukturmaterials gebildet werden. Sandwichplatten mit derartigen Kernstrukturen werden verbreitet beispielsweise im Schiffbau und im Automobilbau eingesetzt. Ferner finden sich derartige Kernstrukturen auch in der Verpackungsindustrie, beispielsweise in der Form von Wellpappen. Den genannten Kernstrukturen ist gemeinsam, dass diese im Verhältnis zu Kernstrukturen mit Honigwabenkernen im Allgemeinen durchgängige, drainagefähige Kanäle aufweisen, deren Flanken ebene Flächen bilden.
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Darüber hinaus sind Kernstrukturen mit durchgängigen, drainagefähigen Kanälen bekannt, bei denen die Flanken der Kanäle keine durchgehenden, ebenen Flächen bilden. Die Flanken der Kanäle dieser Kernstrukturen werden durch eine Vielzahl von Teilflächen gebildet, die unter einem Winkel von weniger als 180° aneinander anschließen und somit von oben betrachtet zickzackförmige Kanäle bzw. zickzackförmige Scheitellinien und Fußpunktlinien aufweisen. Derartige Kernstrukturen sind, im Gegensatz zu den nur in einer Raumrichtung gefalteten bzw. strukturierten Kernstrukturen, wie zum Beispiel Wellpappenkerne, in zwei Raumrichtungen gefaltet. Ferner sind derartige Kernstrukturen bekannt, die von oben betrachtet in etwa trapezförmige Kanäle bzw. trapezförmige Scheitellinien und Fußpunktlinien bilden.
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Die Deckschichten von Sandwichplatten werden mit so genannten ”Prepregs” gebildet. Bei den ”Prepregs” handelt es sich um flächenhafte Gebilde, die mit harzdurchtränkten Glasfasern bzw. mit harzdurchtränkten Kohlefasern hergestellt werden. Alternativ können auch Gewebematten aus Kohlefasern oder Glasfasern mit einem Kunstharz zur Bildung von ”Prepregs” getränkt werden.
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Die Kernstrukturen werden beispielsweise mit Nomex®-Papier, Aluminiumfolien oder Folien aus Aluminiumlegierungen durch Faltung, durch Bildung von Wellen oder dergleichen hergestellt. Die Deckschichten können aus ”Prepregs” mit Kohlefasern oder aus ”Prepregs” mit Glasfasern gebildet werden. Alternativ können sowohl die Deckschichten als auch die Kernstrukturen mit einem metallischen Material, beispielsweise mit Aluminiumblechen, mit Blechen aus Aluminiumlegierungen, mit Stahlblechen oder mit Titanblechen hergestellt werden. Sowohl die Deckschichten als auch die Kernstrukturen können alternativ auch aus einer Kombination von metallischen Materialien mit Kunststoffmaterialien bestehen.
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Die Anbindung der Deckschichten an die Kernstruktur zur Bildung der Sandwichplatte erfolgt üblicherweise mittels bekannter Verbindungsverfahren, beispielsweise durch Verkleben oder durch Verschweißen. Insbesondere kann die Anbindung in Abhängigkeit vom eingesetzten Material durch heiße oder kalte Klebeverfahren im Autoklaven sowie durch Ultraschall-, Laser- oder Punktschweißen erfolgen.
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Um den zunehmend höheren Anforderungen an den Schallschutz im Flugzeugbau gerecht zu werden, müssen die für Innenverkleidungen von Luftfahrzeugen eingesetzten Sandwichplatten jedoch neben hohen Festigkeitswerten auch über gute Schalldämmungseigenschaften verfügen.
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DE 10 2005 016 654 A1 beschreibt ein Sandwichelement zur schallabsorbierenden Innenverkleidung von Verkehrsmitteln mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
WO 2008/118732 A1 ,
DE 10 2006 055 377 A1 ,
US 2009/0050741 A1 ,
GB 2 423 281 A1 ,
WO 94/25180 A1 und
US 2006/0046598 A1 zeigen verschiedene Möglichkeiten für Brandschutzmaßnahmen.
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Allen vorbekannten Ausführungsformen von Sandwichplatten für Innenverkleidungen von Innenräumen von Luftfahrzeugen ist bislang gemein, dass bei diesen kein ausreichender Luftaustausch zwischen der äußeren Umgebung und dem Innenbereich der Sandwichplatte bei gleichzeitig ausreichendem Brandschutz möglich ist. Die Möglichkeit des Luftaustausches ist aber eine wesentliche Voraussetzung für eine gute Schalltransmissionswirkung einer derartigen Sandwichplatte, die wiederum in Verbindung mit einer zusätzlichen Schallabsorptionsschicht die Voraussetzung für eine gute Schalldämmungswirkung ist. Die Schaffung der Möglichkeit eines Luftaustausches zwischen der äußeren Umgebung und dem Innenbereich einer Sandwichplatte birgt andererseits aber auch die Gefahr des Eintritts von Fremdkörpern und des Eindringens von Feuchtigkeit. Die Anwesenheit von Fremdkörpern und von Feuchtigkeit in den bekannten Sandwichplatten zieht daher üblicherweise eine gesteigerte Verrottungsneigung und/oder eine erhöhte Korrosionsanfälligkeit im Flugbetrieb, beispielsweise durch die dort auftretende zyklische Beanspruchung mit kondensierender und wieder gefrierender Feuchtigkeit infolge der hohen äußeren Druck- und Temperaturschwankungen, nach sich. Darüber hinaus ist eine dauerhafte Einlagerung von Fremdkörpern innerhalb der Kernstruktur, unter anderem auch aus Gewichtsgründen, unerwünscht.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Sandwichelement für eine schallabsorbierende Innenverkleidung von Luftfahrzeugen bereitzustellen, das zum einen über eine ausreichend gute Schallabsorptionseigenschaft durch die Möglichkeit einer Schalltransmission durch in die Kernstruktur und/oder mindestens eine Deckschicht eingebrachte Durchgänge bis hin zu einer Schallabsorptionsschicht verfügt, wobei gleichzeitig eine dauerhafte Einlagerung von von außen eindringenden Fremdkörpern und/oder ein dauerhafter Verbleib von einmal eingedrungener Feuchtigkeit im Bereich der Kernstruktur weitgehend vermieden wird. Ferner sollte das Sandwichelement spezifische Anforderungen für einen Einsatz bei Flugzeugen erfüllen, wie zum Beispiel spezifische Sicherheitsanforderungen wie z. B. Anforderungen an einen Brandschutz.
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Diese Aufgabe wird durch ein Sandwichelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Dadurch, dass in die Kernstruktur und/oder in mindestens eine Deckschicht zumindest bereichsweise eine Vielzahl von Durchgängen zur Schalltransmission eingebracht ist, wobei im Bereich mindestens einer Deckschicht zumindest bereichsweise eine Schallabsorptionsschicht angeordnet ist, wird die Möglichkeit eines Luftaustausches und damit einer Schalltransmission zwischen der äußeren Umgebung und dem Sandwichelement geschaffen, so dass sich in Verbindung mit der Schallabsorptionsschicht eine hervorragende Schallabsorptionswirkung des Sandwichelements ergibt. Gleichzeitig wird der Innenbereich des Sandwichelementes infolge der Durchgänge belüftet, so dass von außen unerwünscht eingedrungene Feuchtigkeit relativ schnell wieder verdunsten kann, bevor es zu Verrottungsprozessen oder Korrosionsprozessen im Innenbereich des Sandwichelementes kommen kann.
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Die Schallabsorptionsschicht verbessert darüber hinaus die Wärmedämmungseigenschaften des Sandwichelements.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Kernstruktur zwischen den Deckschichten eine Vielzahl von durchgehenden und nebeneinander angeordneten Kanälen insbesondere zur Drainage von Flüssigkeiten und zum Herausspülen von Fremdkörpern auf.
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Innerhalb der Kanäle wird zum einen von Außen durch die Durchgänge hindurch tretender Schall effektiv durch den Innenbereich des Sandwichelementes hindurchgeleitet und dann in der Schallabsorptionsschicht absorbiert. Zum anderen ermöglichen die Kanäle eine aktive Reinigung des Innenbereichs des Sandwichelementes von Fremdkörpern durch ein geeignetes, von außen zugeführtes Reinigungsmittel, beispielsweise in der Form von Wasser oder durch eine passive, selbsttätige Reinigung durch abfließendes Kondenswasser.
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Zur Bildung der Innenverkleidung werden die Sandwichelemente dabei bevorzugt mit einem ausreichenden Gefälle verbaut, so dass ein durch die Durchgänge oder über die Kanäle eintretendes Reinigungsmittel in der Kernstruktur abgelagerte Fremdkörper durch die Wirkung der Schwerkraft im Zuge einer aktiven Reinigung herausspülen kann. Parallel hierzu kann gegebenenfalls auch eine selbsttätige, das heißt passive Reinigung des Sandwichelements durch die rinnenartig wirkenden, durchgehenden Kanäle erfolgen. Durch die Kanäle fließt während des Selbstreinigungsvorganges etwaiges Kondenswasser ab, das zumindest einige, insbesondere kleinere und leichtere Fremdkörper während des Abfließens in den Außenbereich mitnimmt.
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Somit ermöglichen die Durchgänge in der Kernstruktur und/oder in den Deckschichten in Verbindung mit den durchgängigen Kanälen der Kernstruktur zum einen eine gute Schallabsorptionswirkung des erfindungsgemäßen Sandwichelementes und zum anderen auch die Möglichkeit, unerwünscht eingetretene Schmutzpartikel durch ein geeignetes Reinigungsmittel wieder entfernen zu können.
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Darüber hinaus kann unerwünscht eingedrungene Feuchtigkeit aufgrund des Vorhandenseins der Durchgänge verdunsten und/oder aber durch das Gefälle des eingebauten Sandwichelementes mittels der innerhalb der Kernstruktur gebildeten Kanäle wieder abfließen.
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Es wurde beobachtet, dass Durchgänge und Kanäle in der Kernstruktur für einen verbesserten Luftaustausch sorgen können, so dass Luft leicht durch die Durchgänge und Kanäle der Platten zirkulieren kann. Eine solche Luftzirkulation kann jedoch auch negative Effekte haben, beispielsweise im Falle eines Feuers. Aufgrund eines Kamineffektes kann Luft zum Ort des Feuers geleitet werden und eine Ausbreitung des Feuers kann beschleunigt werden. Selbst für den Fall, dass die Kernstruktur aus einem Material gefertigt ist, das schwer entflammbar ist, kann der Kamineffekt dazu führen, dass es zu einer erhöhten Entzündbarkeit der Sandwichplatte kommt. Daher sollte zumindest die Kernstruktur, die die Durchgänge und Kanäle aufweist, mit einem Feuer-hemmenden Material beschichtet sein. Das Feuer-hemmende Material kann für eine verzögerte Ausbreitung des Feuers verglichen mit unbeschichteten Kernstrukturen sorgen.
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Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Kanäle Flanken auf, wobei die Flanken jeweils eine durchgängige, im Wesentlichen ebene und/oder gekrümmte Fläche bilden.
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Hierdurch ist eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit der Kernstruktur gegeben. Darüber hinaus wird das Ausspülen von eingedrungenen Fremdkörpern infolge des geradlinigen Verlaufs der Kanäle erleichtert.
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Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sandwichelementes weisen die Kanäle Flanken auf, die mit einer Vielzahl von im Wesentlichen ebenen und/oder gekrümmten Teilflächen gebildet sind, wobei die Teilflächen unter einem Winkel von weniger als 180° aneinander anschließen.
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Die Verwendung einer derartigen Kernstruktur ermöglicht die Herstellung von Sandwichelementen mit höheren mechanischen Festigkeiten im Vergleich zu Sandwichelementen, die mit Kernstrukturen, die lediglich geradlinige Kanäle aufweisen, gebildet sind. Dieser Kernstrukturtyp ist allerdings in der Herstellung aufwändiger, teurer und lasst sich zudem schwerer von Fremdkörpern reinigen.
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Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sandwichelements weist die Kernstruktur eine sich wiederholende dreieckförmige, trapezförmige, rechteckförmige oder wellenförmige Querschnittsgeometrie auf. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine leichte Herstellbarkeit des Sandwichelements bei gleichzeitig günstigen mechanischen Eigenschaften. Zum Teil kann auf vorbekannte, vorgefertigte Halbzeuge zurückgegriffen werden.
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In Gemäßheit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Durchgänge in mindestens einer Deckschicht und/oder in der Kernstruktur in etwa gleichmäßig zueinander beabstandet, insbesondere perforationsartig, angeordnet. Hierdurch wird zum einen eine einfache Herstellbarkeit der Durchgänge in den Deckschichten und/oder in der Kernstruktur, beispielsweise durch Bohren, Stanzen oder dergleichen, ermöglicht. Zum anderen ermöglicht die Gestaltung der Durchgänge in Form einer vorzugsweise vollflächig im Bereich der Deckschichten und der Kernstruktur eingebrachten Perforation eine sehr wirkungsvolle Schallabsorption.
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Erfindungsgemäß weist eine Feuer-hemmende Schicht, die auf die Kernstruktur abgeschieden ist, ein intumeszierendes Material auf. Ein intumeszierendes Material ist eine Substanz, die, wenn sie Wärme ausgesetzt wird, anschwillt und somit ihr Volumen vergrößert und ihre Dichte verringert.
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Beispielsweise können weiche Verkohlungsmittel eine leichte Kohlenstoff-haltige Schicht bilden, die ein schlechter Wärmeleiter ist und somit eine Wärmeübertragung hemmt. Typischerweise können diese Materialien auch einen wesentlichen Anteil von Hydraten aufweisen. Wenn die Hydrate aufgebraucht werden, wird Wasserdampf freigesetzt, der einen kühlenden Effekt hat. Sobald das Wasser verbraucht ist, sind es nur noch die isolierenden Eigenschaften des Verkohlungsmittels, die erzeugt wurden und die eine Wärmeübertragung von der dem Feuer ausgesetzten Seite auf die dem Feuer nicht ausgesetzte Seite der Anordnung verlangsamen können. Weiche Verkohlungsmittel können zum Beispiel in Dünnfilm-Intumeszenzmaterialien verwendet werden, um Baustahl gegen Feuer zu schützen, oder als Brandschutzschichten. Typischerweise ist der Expansionsdruck, der durch diese Produkte erzeugt wird, sehr gering, weil das weiche Karbon-haltige Verkohlungsmittel wenig Substanz aufweist, was vorteilhaft sein kann, wenn das Ziel ist, eine Isolationsschicht zu erzeugen.
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Als alternatives Beispiel kann ein hartes expandierendes Verkohlungsmittel mit Natriumsilikaten und Graphit erzeugt werden. Bei einigen Anwendungen kann es nötig sein, ein substanzreicheres Verkohlungsmittel zu erzeugen mit einem stärkeren Expansionsdruck. Im Falle eines Brandschutzes muss ein brennendes, schmelzendes Plastikrohr komprimiert und abgeschlossen werden, so dass kein Loch bleibt, durch das das Feuer hindurchgehen könnte, in einer ansonsten feuerfest eingestuften Wand- oder Bodenanordnung.
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Wenn die Kernstruktur mit einer Schicht aus intumeszierendem Material beschichtet ist, ist diese Schicht nicht nur schwer entflammbar, sondern außerdem kann das intumeszierende Material unter dem Einfluss von Feuer Durchgänge und Kanäle, die in der Kernstruktur ausgebildet sind, teilweise oder vollständig verschließen. Die verschlossenen Durchgänge und Kanäle können somit einen Kamineffekt verhindern oder reduzieren und können damit zu einer Verlangsamung der Feuerausbreitung beitragen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Feuerhemmende Schicht ein Glas-bildendes Material auf. Ein solches Glas-bildendes Material kann ein Oxid sein, das beim Erhitzen einfach eine Glasschicht bildet. Diese Glasschicht kann darunterliegende Bereiche der Kernstruktur beschichten und schützen, wenn sie in Kontakt mit Feuer kommt.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Feuerhemmende Schicht Metallpartikel auf. Die Einlagerung von Metallpartikeln in die Feuer-hemmende Schicht kann für eine elektrische Leitfähigkeit dieser Schicht sorgen. Aufgrund dieser elektrischen Leitfähigkeit kann die mit der Feuerhemmenden Schicht beschichtete Kernstruktur als elektromagnetische Isolation (EMI) dienen. Aufgrund dieser EMI kann die Sandwichplatte benachbarte elektrische Schaltkreise vor dem Einfluss elektromagnetischer Strahlung schützen, was insbesondere bei hochsicherheitsrelevanten Anwendungen wie beispielsweise bei Flugzeuganwendungen wichtig sein kann.
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Aufgrund der metallisierten Beschichtung kann die Kernstruktur somit sowohl Feuer-hemmende als auch elektromagnetisch isolierende Eigenschaften aufweisen. Demgemäß kann selbst für den Fall, dass die Kernstruktur selbst aus einem billigen und einfach herzustellenden Basismaterial wie zum Beispiel Plastik oder Nomex®-Papier hergestellt ist, die darauf vorgesehene Beschichtung eine Anwendung der Sandwichplatten zum Beispiel in Flugzeugen ermöglichen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung sind in den weiteren Patentansprüchen dargelegt.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 Eine isometrische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sandwichelementes,
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2 eine isometrische Explosionsdarstellung des Sandwichelementes,
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3 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kernstruktur,
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4 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kernstruktur, und
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5 zeigt eine Kernstruktur, die mit einer Feuer-hemmenden Schicht beschichtet ist.
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Die 1 zeigt eine isometrische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sandwichelementes. Ein Sandwichelement 1 umfasst unter anderem zwei Deckschichten 2, 3, die beidseitig auf eine Kernstruktur 4 aufgebracht sind. Auf die von der Kernstruktur 4 abgewandte Seite der Deckschicht 3 ist eine Schallabsorptionsschicht 5 zum Erreichen der gewünschten hohen Schallabsorptionswirkung des Sandwichelements 1 aufgebracht. Darüber hinaus verbessert die Schallabsorptionsschicht 5 auch das Wärmeisolationsvermögen des erfindungsgemäßen Sandwichelements 1.
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Die 2 zeigt eine isometrische Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Sandwichelements.
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Das Sandwichelement 1 umfasst unter anderem die Kernstruktur 4 mit den beidseitigen aufgebrachten Deckschichten 2, 3. Auf die untere Seite der Deckschicht 3 ist die Schallabsorptionsschicht 5 aufgebracht. Sowohl in die Deckschichten 2, 3 als auch in die Kernstruktur 4 sind eine Vielzahl von Durchgängen 6 eingebracht.
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Aus Gründen der besseren zeichnerischen Übersicht sind in der Darstellung der 2 lediglich drei repräsentative Durchgänge 6 im Bereich der Deckschicht 2, der Deckschicht 3 sowie der Kernstruktur 4 mit einer Bezugsziffer versehen worden. Die restlichen, nicht näher bezeichneten Durchgänge, sind identisch ausgebildet.
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Die Durchgänge 6 sind exemplarisch in der Form von durchgehenden Bohrungen ausgebildet, die vorzugsweise gleichmäßig zueinander beabstandet verteilt in die Deckschichten 2, 3 sowie in die Kernstruktur 4 eingebracht sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Durchgänge 6 matrixartig in der Form einer vollflächigen Perforation in die Deckschichten 2, 3 sowie die Kernstruktur 4 eingebracht. Die Durchgänge 6 durchsetzen insbesondere für eine effektive Schallabsorptionswirkung des Sandwichelementes 1 die gesamte Materialstärke der Deckschichten 2, 3 sowie die Materialstärke der Kernstruktur 4. Die Durchgänge 6 können abweichend von der Darstellung in der 2 eine von der zylindrischen Geometrie abweichende Gestalt aufweisen. Die Durchgänge 6 erlauben eine sehr wirkungsvolle Transmission des auf das Sandwichelement 1 auftreffenden Schalls 7 durch die Deckschichten 2, 3 sowie die Kernstruktur 4 hindurch, wobei die Energie des Schalls 7 anschließend in der Schallabsorptionsschicht 5 weitgehend durch Dissipation in Wärme umgewandelt wird.
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Die Kernstruktur 4 weist darüber hinaus eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Kanälen 8 auf. Der besseren Übersicht halber sind in der Darstellung der 2 lediglich drei, für die übrigen Kanäle der Kernstruktur repräsentative Kanäle mit einer Bezugsziffer versehen worden. Die Kanäle 8 werden durch jeweils zwei Flanken gebildet, von denen in der 1 lediglich zwei, die für die übrigen repräsentativ sind, mit einer Bezugsziffer versehen wurden. Die nicht mit einer Bezugsziffer versehenen Flanken sind identisch zu den beiden mit einer Bezugsziffer versehenen Flanken ausgebildet.
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Die Flanken 9 bilden in der Kernstruktur 4 keine durchgehende Fläche. Vielmehr werden die Flanken 9 durch eine Vielzahl von Teilflächen 10 gebildet, die jeweils unter einem Winkel von weniger als 180° aneinander anschließen und somit im Wesentlichen zickzackförmige Kanäle 8 bilden. Die Teilflächen 10 bilden jeweils für sich betrachtet eine im Wesentlichen ebene und/oder gekrümmte Fläche. Die Kanäle 8 bzw. die Flanken 9 weisen hierbei jeweils eine in etwa zickzackförmige Scheitel- und Fußpunktlinie 11, 12 auf. Auch von den Scheitellinien 11 bzw. den Fußpunktlinien 12 sind nur drei, für die restlichen repräsentative, mit einer Bezugsziffer versehen worden.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Kanäle 8 eine im Wesentlichen dreieckförmige Querschnittsgeometrie auf, die sich kontinuierlich über eine gesamte Länge des Sandwichelementes 1 wiederholt. Die zickzackförmig ausgebildeten Kanäle 8 erlauben die Bildung einer Kernstruktur 4 mit hohen mechanischen Festigkeiten. Im Gegensatz hierzu weisen Kernstrukturen, die lediglich Strukturierungen bzw. Auffaltungen in einer Raumrichtung aufweisen, wie zum Beispiel Wellpappenkerne, trapezförmige Kernstrukturen, einfache Faltkerne oder dergleichen, geringere mechanische Festigkeitswerte auf.
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Das erfindungsgemäße Sandwichelement 1 ist zur Bildung von Innenverkleidungen in Luftfahrzeugen bevorzugt in der Art zu verbauen, dass die Kanäle 8 in der endgültigen Einbaulage im Wesentlichen parallel zu einem Pfeil 13 verlaufen, der die Richtung der Wirkung der Schwerkraft anzeigt. Diese Einbaulage ist bevorzugt zu wählen, um durch die Durchgänge 6 in die Kernstruktur 4 eingedrungene, unerwünschte Fremdkörper aus der Kernstruktur 4, beispielsweise durch aktives Spülen mit einem Reinigungsmittel oder durch passives Spülen mittels anstehenden Kondenswassers, wieder herausbefördern zu können. Zumindest ist dafür Sorge zu tragen, dass die Kanäle 8 in Bezug auf die Horizontale ein ausreichendes Gefälle bzw. eine genügende Neigung aufweisen, um eine ausreichende (Selbst-)Reinigung der Kernstruktur 4 von eingedrungenen Fremdkörpern sicherzustellen. Als Reinigungsmittel kann beispielsweise Wasser, dem gegebenenfalls geeignete Reinigungshilfsmittel beigegeben werden, dienen.
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Unterhalb der Deckschicht 3 ist die Schallabsorptionsschicht 5 vorzugsweise vollflächig angeordnet bzw. auf diese aufgebracht. Die Schallabsorptionsschicht 5 dient zum einen der Erreichung der erwünschten Schallabsorptionswirkung des Sandwichelementes 1 und gleichzeitig als Wärmedämmschicht. In Abhängigkeit vom Anwendungsgebiet kann mittels des erfindungsgemäßen Sandwichelements 1 auch ohne das Vorhandensein der zusätzlichen Schallabsorptionsschicht 5 eine unter Umständen ausreichende Schallabsorptionswirkung erzielt werden. Alternativ ist auch eine nur bereichsweise Aufbringung der Schallabsorptionsschicht 5 auf die Deckschicht 3 möglich.
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Weiterhin kann die Schallabsorptionsschicht 5 auch beabstandet zur Deckschicht 3 des Sandwichelements 1 angeordnet sein. In diesem Fall existiert ein Luftzwischenraum zwischen der Deckschicht 3 und der Schallabsorptionsschicht 5.
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Die Schallabsorptionsschicht 5 kann beispielsweise mit Glas- oder Mineralwolle gebildet sein. Alternativ kann die Schallabsorptionsschicht 5 auch mit einem Gespinst aus feinen Metallfasern, Kohlefasern, Kunststofffasern und mit offenporigen Schaumkunststoffen gebildet sein.
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Die Kernstruktur 4 kann mit einem Kunststoffmaterial, beispielsweise mit Epoxydharz getränktem Normex®-Papier, gebildet sein. Alternativ kann die Kernstruktur 4 auch mit einem metallischen Material, beispielsweise mit Aluminium, mit einer Aluminiumlegierung, mit Stahl oder Titan gebildet sein. Die Kernstruktur 4 kann zum Beispiel durch mehrfache Faltung oder andersartige Strukturierung eines flächenhaften Kunststoffmaterials oder eines metallischen, flächenhaften Materials hergestellt werden.
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Die Kernstruktur 4 kann eine von der gezeigten dreieckförmigen Querschnittsgeometrie abweichende geometrische Gestalt aufweisen. Beispielsweise sind rechteckförmige, trapezförmige oder wellenförmige Querschnittsgeometrien der Kernstruktur 4 möglich. Bei einer dreieckförmigen, rechteckförmigen oder trapezförmigen Querschnittsgeometrie der Kernstruktur 4 sind beispielsweise eine Vielzahl von Anstellwinkeln bzw. Krümmungsradien für die Flanken 9 in Bezug auf die Horizontale möglich.
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Die Deckschichten 2, 3 können gleichfalls mit einem Kompositematerial, beispielsweise mit kohlefaserverstärkten ”Prepregs” aus Epoxydharz oder mit einem metallischen Material gebildet werden. Als metallisches Material kommen insbesondere Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Stahl oder Titan in Betracht. Ferner können die Deckschichten 2, 3 mit einem Schaumkunststoffmaterial oder mit Metallschäumen gebildet sein, die vorzugsweise offenporig ausgebildet sind. Darüber hinaus können sowohl die Deckschichten 2, 3 als auch die Kernstruktur 4 mit einer beliebigen Kombination von Kompositematerialien und/oder metallischen Materialien, insbesondere nach Maßgabe der vorstehend beschriebenen Art, gebildet werden.
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Die Materialstärken der Deckschichten 2, 3 sowie der Kernstruktur 4 weisen aus Gewichtsgründen relativ geringe Werte auf Üblicherweise beträgt die Materialstärke der Deckschichten 2, 3 weniger als 10 mm und die Höhe der Kernstruktur 4 beträgt weniger als 50 mm. Die Schallabsorptionsschicht 5 weist bevorzugt eine Materialstärke von weniger als 100 mm auf. Die Durchgänge 6 in den Deckschichten 2, 3 sowie der Kernstruktur 4 werden mittels bekannter Verfahren, also beispielsweise durch Bohren, durch Stanzen, durch Laserbohren oder dergleichen gebildet. Die Durchgänge 6 in den Deckschichten 2, 3 sowie der Kernstruktur 4 weisen bevorzugt eine leicht herstellbare zylindrische Geometrie mit einem Durchmesser von weniger als 20 mm auf. Weiterhin sind in alternativen Ausführungsformen auch von einer Zylindergeometrie abweichende Querschnittsgeometrien der Durchgänge 6 möglich.
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Die mechanische Anbindung der Deckschichten 2, 3 an die Kernstruktur 4 und der gegebenenfalls vorgesehenen Schallabsorptionsschicht 5 erfolgt jeweils in Abhängigkeit von der Art der zu verbindenden Materialien durch bekannte Verbindungsverfahren, wie zum Beispiel Heiß- oder Kaltklebeverfahren oder allgemeine Schweißverfahren. Alternativ kann die Verbindung auch durch Nieten, Klettenband oder dergleichen erfolgen.
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Die 3 zeigt eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kernstruktur.
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Die Kernstruktur 4 bildet eine Vielzahl von nebeneinander liegenden und von oben betrachtet zickzackförmigen Kanälen 8. Der besseren Übersicht halber weisen lediglich drei repräsentative Kanäle 8 eine Bezugsziffer auf. Die übrigen Kanäle sind identisch zu diesen ausgebildet. Die Durchgänge in der Kernstruktur 4 sind aus Gründen der besseren zeichnerischen Übersicht nicht dargestellt.
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Aus den Kanälen 8 kann etwaiges Kondenswasser oder ein zusätzlich eingebrachtes Reinigungsmittel in Richtung des Pfeils 13, der die Richtung der Wirkung der Schwerkraft symbolisiert, abfließen und dabei in die Kernstruktur 4 eingedrungene Fremdkörper aus den Kanälen 8 herausspülen. Die Kanäle 8 weisen weiterhin eine Vielzahl von Flanken 9 auf, von denen nur zwei, für die restlichen repräsentative, mit einer Bezugsziffer versehen sind. Die Kanäle 8 weisen jeweils eine Scheitellinie 11 sowie eine Fußpunktlinie 12 auf, die jeweils einen ungefähr zickzackförmigen Verlauf haben und ungefähr gleichmäßig zueinander beabstandet verlaufen. Die Flanken 9 werden durch eine Vielzahl der Teilflächen 10 gebildet, die jeweils unter einem Winkel 14, der einen Wert von weniger als 180° aufweist, zur Bildung der Flanken 9 aneinander schließen. In der Darstellung der 3 weist der Winkel 14 beispielsweise einen Betrag von ungefähr 90° auf. Hiervon abweichende Beträge für den Winkel 14 sind zur Bildung alternativer Ausführungsformen von Kernstrukturen gleichfalls möglich. Grundsätzlich erleichtern kleinere Werte für den Winkel 12 den Abfluss von Kondensatwasser und/oder einer zusätzlich eingebrachten Reinigungsflüssigkeit aus den Kanälen 8 in Richtung des Pfeils 11, wobei allerdings die erreichbare mechanische Festigkeit abnimmt.
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In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, weisen die Scheitellinien 11 sowie die Fußpunktlinien 12 der Kernstruktur 4 jeweils einen im Wesentlichen trapezförmigen, sich wiederholenden Verlauf auf. Andere geometrische Verläufe der Scheitellinien 11 und der Fußpunktlinien 12 der Kernstruktur 4 sind gleichfalls möglich.
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Darüber hinaus können die Scheitellinien 11 sowie die Fußpunktlinien 12 Kanäle 8 abweichend von dem in der 3 illustrierten zickzackförmigen Verlauf nahezu jede beliebige denkbare, beispielsweise auch eine wellenförmige, geschwungene oder waschbrettartige, geometrische Form aufweisen, wodurch sich in Verbindung mit den aufgezeigten Möglichkeiten zur Ausbildung der Querschnittsgeometrien der Kernstruktur 4 eine nahezu unbegrenzte Variationsbreite des Designs von dreidimensionalen Kernstrukturen 4 mit durchgängigen Kanälen 8 ergibt. Denkbar ist in diesem Zusammenhang beispielsweise etwa ein Verlauf der Scheitellinien 11 bzw. der Fußpunktlinien 12, die einer Vielzahl von aneinander gereihten Halbkreisen entspricht.
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Bei einer Kernstruktur 4 mit einer wellenförmigen Querschnittsgeometrie und mit gleichfalls wellenförmigen Scheitellinien 11 und Fußpunktlinien 12, können die Kanäle 8 beispielsweise durch eine abschnittsweise Stauchung oder Streckung des für die Bildung der Kernstruktur 4 eingesetzten Materials gebildet werden. Diese Vorgehensweise ist insbesondere bei metallischen Materialien, insbesondere mit Aluminium oder mit Aluminiumlegierungen, möglich.
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Die 4 zeigt eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kernstruktur mit geradlinigen Kanälen.
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Die Kernstruktur 15 ist durch eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten, im Wesentlichen geradlinigen Kanälen 16, die jeweils eine in etwa dreieckförmige Querschnittsgeometrie aufweisen, gebildet. Die Durchgänge in der Kernstruktur 15 sind aus Gründen der besseren zeichnerischen Übersicht nicht näher dargestellt. Die Flanken 17 bilden in dieser Ausführungsvariante der Kernstruktur 15 jeweils im Wesentlichen ebene Flächen. Die Kanäle weisen jeweils Scheitellinien 18 und Fußpunktlinien 19 auf.
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Aufgrund der im Wesentlichen geradlinigen Ausbildung der Kanäle 16 kann bei dieser Ausführungsvariante der Kernstruktur 15 etwaiges Kondensatwasser leicht aus den Kanälen 16 in Richtung des Pfeils 13 abfließen und dabei eingelagerte Fremdkörper herausspülen. Entsprechendes gilt für zusätzlich in die Kernstruktur 15 eingebrachte Reinigungsmittel, wie zum Beispiel Wasser mit geeigneten Reinigungszusätzen oder dergleichen. Gegenüber der Kernstruktur 4 nach Maßgabe der 3 sind, bei verringertem Herstellungsaufwand, allerdings nur schlechtere mechanische Festigkeiten erreichbar.
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Aufgrund der ausgezeichneten Schallabsorptionseigenschaften eignet sich das erfindungsgemäße Sandwichelement insbesondere zur Bildung von Innenverkleidungen in Luftfahrzeugen. Hierbei kann eine nahezu beliebige Variationsbreite von Kernstrukturen mit jeweils unterschiedlichen geometrischen Gestaltungen zum Einsatz kommen, wobei den Kernstrukturen eine dreidimensionale, drainagefähige und somit durchgehende Kanäle aufweisende Gestalt gemein ist.
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5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Kernstruktur 4, die mit einer Feuer-hemmenden Schicht 21 beschichtet ist. Die Feuer-hemmende Schicht 21 bedeckt die gesamte Oberfläche der Kernstruktur 4 einschließlich der Durchgänge 6. Somit sind die Kanäle 8, 16, die durch die Kernstruktur 4 gebildet sind, mit der Feuer-hemmenden Schicht 21 beschichtet. Die Feuer-hemmende Schicht 21 weist ein intumeszierendes Material auf, das sein Volumen unter dem Einfluss von Feuer und Hitze vergrößert. Somit können die Kanäle 8, 16 im Fall eines Feuers durch das sich vergrößernde intumeszierende Material verschlossen werden und ein Kamineffekt in den Kanälen 8, 16 kann verhindert werden. Pyro-Safe DG-HF oder Pyrotarp PB333 kann als intumeszierendes Material verwendet werden. Pyro-Safe DG-HF kann zum Beispiel von SVT Brandschutzvertriebsgesellschaft mbH International bezogen werden, die in Seevetal (Deutschland) ansässig sind. Pyrotarp PB333 kann von Bradford Industries bezogen werden, die in Lowell, MA 01851 (USA) ansässig sind. Beide intumeszierenden Materialien sind für Flugzeuganwendungen zugelassen.
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Ferner weist die Feuer-hemmende Schicht 21 Metallpartikel 22 auf, die für eine elektrische Leitfähigkeit der Schicht 21 sorgen und daher für eine elektromagnetische Isolation des mit der Schicht 21 bedeckten Kerns 4 sorgen können. Mit einer solchen elektromagnetischen Isolation kann die Sandwichplatte ferner als ein elektromagnetischer Schutzschild dienen und benachbarte elektrische Schaltkreise schützen. Bronze (CuSn6), Kupfer (99,90%) oder Aluminium (99,90%) können als Metallpartikel verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sandwichelement
- 2
- Deckschicht
- 3
- Deckschicht
- 4
- Kernstruktur
- 5
- Schallabsorbtionsschicht
- 6
- Durchgang
- 7
- Schall
- 8
- Kanal
- 9
- Flanke
- 10
- Teilfläche
- 11
- Scheitellinie
- 12
- Fußpunktlinie
- 13
- Pfeil
- 14
- Winkel
- 15
- Kernstruktur
- 16
- Kanal
- 17
- Flanke
- 18
- Scheitellinie
- 19
- Fußpunktlinie
- 21
- Feuerhemmende Schicht
- 22
- Metallpartikel
