DE102012001056A1

DE102012001056A1 - Fahrwerkskomponente aus einem Faserverbundwerkstoff

Info

Publication number: DE102012001056A1
Application number: DE201210001056
Authority: DE
Inventors: Martin Eckart; Anton Straub; Jörg Meyer
Original assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Current assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2013-07-25
Also published as: DE102012001056A8

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrwerkskomponente aus einem Faserverbundwerkstoff, vorzugsweise aus CFK und/oder GFK mit einer außen auf dieser angeordneten elektrisch leitenden Struktur und mit einer sich daran außen anschließenden Außenbeschichtung aus Dickschichtlack.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrwerkskomponente für die Luft- und Raumfahrttechnik aus einem Faserverbundwerkstoff.
Derartige Fahrwerkskomponenten aus Faserverbundwerkstoff sind lasttragende Faserverbundstrukturbauteile. Fahrwerkskomponenten sind naturgemäß hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Üblicherweise werden derartige hochbelasteten Komponenten als Metallbauteile ausgeführt, beispielsweise in Form von Stahl- oder Aluminium-Schmiedeteilen.
Insbesondere aus Gewichtsgründen sind in letzter Zeit Faserverbundwerkstoffe, die über höhere spezifische Festigkeiten und Steifigkeiten als Metallbauteile aufweisen auch im Bereich der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt worden. So schlägt bereits die DE 10 2008 046 991 A1 Herstellverfahren für Faserverbund-Strukturbauteile vor, die beispielsweise als obere Knickstrebe für Fahrwerke für Luft- und Raumfahrtfahrzeugen eingesetzt werden können.
Nachteilig an diesem vorbekannten Fahrwerkskomponenten aus Faserverbundwerkstoff sind zum einen die schlechte Stoßbeständigkeit (im Folgenden als Impactbeständigkeit bezeichnet) und insbesondere auch das schlechte elektrische Anbindungsverhalten, was zu vergleichsweise schlechten Blitzschutzeigenschaften führt. Problematisch ist hier insbesondere, daß die Leitfähigkeit des Faserverbundwerkstoffs nicht ausreichend ist, so daß im Falle eines Blitzeinschlages während des Betriebs des Luftfahrzeugs zumindest der Oberflächenbereich des Bauteils strukturell geschädigt werden kann. Um hier eine genügende Sicherheit zu gewährleisten, ist eine entsprechende Wandstärkenerhöhung erforderlich, die zu dicken Wandstärken und damit zu unerwünschtem Mehrgewicht und Mehrkosten führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Fahrwerkskomponente aus einem Faserverbundwerkstoff für ein Luft- oder Raumfahrzeug zu schaffen, welches einerseits eine verbesserte lokale Impactschutzeigenschaft und andererseits eine entsprechend gute elektrische Leitfähigkeit aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß dieser Lösung weist die Fahrwerkskomponente aus dem Faserverbundwerkstoff zunächst eine Zwischenschicht einer elektrisch leitenden Struktur auf, die auf ihr außen angeordnet ist. Über diese Zwischenschicht wird außen anschließend eine Außenbeschichtung, die aus einem Dickschichtlack besteht, aufgebracht. Der Dickschichtlack besteht aus einem Material, durch das die Impactfestigkeit durch Schläge, beispielsweise Steinschläge, verbessert werden. Die außen auf dem Faserverbundwerkstoff angeordnete elektrisch leitende Struktur dient dazu, sich sonst auf der Außenoberfläche ansammelnde elektrische Ladung abzuleiten. Zusätzlich ist auch diese elektrisch leitende Struktur dazu geeignet, die Impactfestigkeit der gesamten Fahrwerkskomponente zu verbessern.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
Demnach besteht der die Außenbeschichtung bildende Dickschichtlack aus einem Lack auf Polyurethanbasis. Derartige Lackschichten weisen eine bestimmte Zähigkeit auf, die Stöße und Schläge bis zu einem bestimmten Maß absorbieren können. Vorzugsweise weist die Schichtdicke der Außenbeschichtung mindestens eine Schichtdicke von 0,2 mm auf. Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn die Außenbeschichtung eine Schichtdicke zwischen 0,5 mm und 0,6 mm aufweist.
Die elektrisch leitende Struktur der Zwischenschicht besteht vorzugsweise aus metallischen Geweben mit Kupferfäden, Aluminiumfäden und/oder Stahlfäden. Alternativ bzw. zusätzlich können auch Gewebe aus Kohlenstofffasern mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit bestehen. Derartige Kohlenstofffasern mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit sind bereits bekannt. Sie sind auf der Basis von Pechmaterialien gefertigt und weisen grundsätzlich zwar eine schlechtere Festigkeit aber dafür eine gute Leitfähigkeit auf.
Besonders vorteilhaft ist zwischen der vorzugsweise aus CFK-Faserverbundwerkstoff bestehenden Komponente und der elektrisch leitenden Struktur eine GFK-Strukturlage angeordnet. Die GFK-Strukturlage kann beispielsweise eine Dicke von 0,5 mm aufweisen. Diese unter der außenliegenden metallischen Leiterstruktur angeordnete GFK-Strukturlage dient zur elektrischen Isolation des darunter liegenden CFK-Materials einerseits und andererseits führt auch sie zu einer Verbesserung der fokalen Kompakteigenschaft, wenn sie eine entsprechende Dickendimension aufweist.
Schließlich ist die zwischen der leitenden Schicht und der CFK-Struktur angeordnete GFK-Strukturlage so bemessen, daß sich bei entsprechend hohen Stoßlasten ein Grenzflächenversagen zwischen der CFK-Struktur und der GFK-Struktur ergibt. Dies führt dazu, daß an der Stelle, an der das Strukturversagen auftritt, deutliche Strukturveränderungen, beispielsweise in Farbe und Form an der Oberfläche sichtbar werden, die bei einer Routineuntersuchung während der Inspektion deutlich zu Tage treten lassen, daß die Fahrwerkskomponente durch einen entsprechenden Stoß an dieser Stelle beansprucht und gegebenenfalls beschädigt wurde. Hierdurch kann durch eine einfache visuelle Untersuchung eine entsprechende Beschädigung sicher festgestellt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus dem im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispiel.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als Fahrwerkskomponente eine sogenannte „taylored fibre placement”-Strebe (TFP-Strebe) gefertigt. Eine derartige TFP-Strebe besteht in dem hier dargestellten Beispiel aus Kohlenstofffasern (CFK). Grundsätzlich kann ein entsprechendes Fahrzeug im Rahmen der Erfindung aber auch aus Glasfasern, Siliciumcarbidfasern, Mullitfasern, Bohrcarbidfasern, Aramidfasern und/oder sogar aus Naturfasern bestehen. Diese Aufzählung ist keinesfalls beschränkend. Das Matrixmaterial im Faserverbundwerkstoff wird je nach beabsichtigter Verwendung aus duroplastischen, thermoplastischen oder keramischen Materialien ausgewählt.
Das Herstellverfahren der Fahrwerkskomponente ist an sich bekannt. Diesbezüglich kann beispielsweise auf die DE 10 2008 046 991 A1 verwiesen werden.
Auf der aus CFK bestehenden Fahrwerkskomponete ist zunächst eine Schicht von Glasfasern in einer Dicke von ca. 0,5 mm aufgebracht. Auf dieser Schicht wird eine weitere Schicht aus einer elektrischen Leiterstruktur aufgebracht, die aus metallischen Geweben besteht, im vorliegenden Beispiel aus Kupfer. Genauso können aber auch Aluminum- oder Stahlfäden oder Mischungen dieser metallischen Federn verwendet werden. Auch Kohlestofffasern mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise auf Basis von Pechmaterialien, können eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist die gleichzeitige Tränkung von CFK, GFK und Metallgeweben mit Epoxydharzen.
Auf die elektrische Leiterstruktur wird abschließend ein Polyurethandickschichtlack mit einer Wandstärke von 0,5 mm aufgetragen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008046991 A1 [0003, 0015]

Claims

Fahrwerkskomponente aus einem Faserverbundwerkstoff, vorzugsweise aus CFK und/oder GFK, mit einer außen auf dieser angeordneten elektrisch leitenden Struktur und mit einer sich außen daran anschließenden Außenbeschichtung aus Dickschichtlack.
Fahrwerkskomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenbeschichtung aus einem Lack auf Polyurethanbasis besteht.
Fahrwerkskomponente nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenbeschichtung eine Schichtdicke von mindestens 0,2 mm aufweist.
Fahrwerkskomponente nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenbeschichtung eine Schichtdicke von 0,5 bis 0,6 mm aufweist.
Fahrwerkskomponente nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Struktur aus metallischen Geweben mit Cu-Fäden, Al-Fäden und/oder Stahlfäden und/oder aus Geweben aus Kohlenstoffasern mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit besteht.
Fahrwerkskomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der aus einem GFK Faserverbundstoff bestehenden Komponente und der elektrisch leitenden Struktur eine GFK Strukturlage angeordnet ist.
Fahrwerkskomponente nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die GFK Strukturlage so bemessen ist, daß eine elektrische Isolation zwischen der GFK Struktur und der elektrisch leitenden Struktur gewährleistet ist.
Fahrwerkskomponente nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die GFK Strukturlage so bemessen ist, daß die lokalen Impakteigenschaften verbessert werden.
Fahrwerkskomponente nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die GFK Strukturlage so bemessen ist, daß Stoßlasten durch ein sich einstellendes Grenzflächenversagen zwischen der CFK Struktur und der GFK Strukturlage anzeigbar sind.