DE102016220621A1

DE102016220621A1 - Verbundlaminat für ein Luft- oder Raumfahrzeug

Info

Publication number: DE102016220621A1
Application number: DE102016220621.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kruse; Wolfgang Schulze; Rolf Schollmeyer; Jens Schaube; Daniel John
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2018-04-26

Abstract

Ein Verbundlaminat (1) für ein Luft- oder Raumfahrzeug umfasst Strukturlagen (2), welche dazu ausgebildet sind, das Verbundlaminat (1) strukturell zu tragen, und eine elastischen Lage (3a), welche zwischen den Strukturlagen (2) dazu angeordnet und ausgebildet ist, unter Schlagbeanspruchung des Verbundlaminats (1) von den Strukturlagen (2) in die elastische Lage (3a) eingeleitete Einschlagskräfte zu dämpfen und Schubbelastungen zu entkoppeln. Vermittels des Verbundlaminats (1) können Stoßschäden an Luft- oder Raumfahrzeugen vermindert werden und zudem äußerlich sichtbar bleiben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundlaminat für ein Luft- oder Raumfahrzeug.
Im modernen Flugzeugbau werden zwecks Gewichtsreduzierung vermehrt lastragende und/oder strukturelle Bauteile eingesetzt, die vollständig oder teilweise aus faserverstärkten Verbundmaterialien bestehen, beispielsweise aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP) oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFRP). Bauteile aus solchen Materialien sind typischerweise sehr viel leichter als vergleichbar strukturierte Metallbauteile. Allerdings weist faserverstärkter Kunststoff ein grundsätzlich anderes Einschlagsverhalten auf als Metalle, was hinsichtlich der einzuhaltenden Schadenstoleranzen zu berücksichtigen ist. So sind Schäden an einem Metallrumpf bzw. an einer metallenen Außenhaut eines Flugzeugs unmittelbar visuell erkennbar, sodass im Anschluss an einen Einschlag oder Stoß gegebenenfalls Reparaturmaßnahmen direkt eingeleitet werden können. Im Falle von Verbundmaterialien wie CFRP ist es schwieriger einen Schaden zu erfassen, da äußerlich häufig nur kleine oder überhaupt nicht sichtbare Einbuchtungen zurückbleiben, die sich zudem noch von selbst zurückbilden können. Die Druckschrift EP 1 893 405 A1 beschreibt ein Verbundbauteil mit zumindest einer Schicht aus wärmehärtenden Harzen und zumindest einer Schicht aus Elastomeren sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundbauteils, wobei die Schichten in einem Arbeitsgang durch einen Energieeintrag zusammengefügt werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Verbundstrukturen zu finden, bei welchen Stoßschäden an Luft- oder Raumfahrzeugen vermindert werden und zudem äußerlich sichtbar bleiben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verbundlaminat mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Luft- oder Raumfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
Demgemäß ist ein Verbundlaminat für ein Luft- oder Raumfahrzeug vorgesehen. Das Verbundlaminat umfasst Strukturlagen, welche dazu ausgebildet sind, das Verbundlaminat strukturell zu tragen. Das Verbundlaminat umfasst ferner eine elastischen Lage, welche zwischen den Strukturlagen dazu angeordnet und ausgebildet ist, unter Schlagbeanspruchung des Verbundlaminats von den Strukturlagen in die elastische Lage eingeleitete Einschlagskräfte zu dämpfen und Schubbelastungen zu entkoppeln.
Darüber hinaus ist ein Luft- oder Raumfahrzeug vorgesehen, welches ein Verbundlaminat gemäß der Erfindung aufweist.
Darüber hinaus ist eine Verwendung des Verbundlaminats gemäß der Erfindung als Außenhaut eines Luft- oder Raumfahrzeugs vorgesehen.
Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein Verbundlaminat derart auszubilden, dass der primäre Schaden im Falle eines Einschlags oder eines Stoßes oder dergleichen im Bereich der Einschlagsoberfläche auftritt und somit sichtbar bleibt. Grundsätzlich kann es im Falle von Verbundbauteilen trotz fehlendem äußeren Anzeichen vorkommen, dass gleichzeitig ein relevanter Materialschaden im Innern bzw. an der Rückseite des Bauteils aufgetreten ist. Dies wird auch als kaum sichtbarer Einschlagsschaden bezeichnet (englisch: „barely visible impact damage“, BVID). Im modernen Flugzeugbau stellt sich die besondere Herausforderung, BVID zu verhindern und/oder die Präsenz von potenziellen Schäden, welche aus einem BVID resultieren können, in der konstruktiven Auslegung zu berücksichtigen, was mitunter zu einer Erhöhung des Strukturgewichtes führen kann. Hierzu sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, zumindest eine elastische Lage zusammen mit mehreren Strukturlagen zu einem Verbundlaminat zu formen. Die Strukturlagen stellen hierbei die strukturelle Funktion des Verbundlaminats bereit, d.h. sie gewährleisten die statische Tragfähigkeit des Verbundlaminats. Einerseits dämpft die im Innern des Verbundlaminats vorgesehene elastische Lage eingeleitete Kräfte und erhöht somit die Festigkeit des Laminats nach Schlagbeanspruchung, d.h. die Schadenstoleranz wird verbessert. Andererseits werden die auftretenden Kräfte aufgrund der elastischen Lage zurück zur Einschlagsoberfläche verlagert. Hierdurch werden Folgeschäden im Innern des Laminats verringert bzw. vollständig vermieden. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass ein Schaden sichtbar an der Oberfläche verbleibt. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist somit darin zu sehen, dass BVID verringert oder verhindert werden bzw. bei gleicher Einschlagstärke ein BVID zu einem äußerlich sichtbaren Schaden (englisch: „visible impact damage“, VID) führt. Einerseits wird hierbei die Stoßbelastung aufgrund der dämpfenden Eigenschaften der elastischen Lage vermindert, andererseits werden interlaminare Schubbelastungen entkoppelt, welche in der Ebene des Verbundlaminats auftreten. Nicht zuletzt führt dies auch zu eine Verbesserung des Verhaltens bei Schlagbeanspruchung. Die strukturelle Integrität eines Bauteils mit einem erfindungsgemäßen Verbundlaminat, beispielsweise eine Außenhaut eines Luft- oder Raumfahrzeugs, kann genau wie im Falle eines Metallbauteils von außen visuell überprüft werden. Eine spezielle Indikatorlage über der Laminatoberfläche, z.B. in Form eines drucksensitiven Films mit farblicher Indikation oder dergleichen, oder andere Maßnahmen zum Nachweis von BVID können vermieden werden. Weiterhin ist es auch nicht notwendig die strukturelle Belastbarkeit des Bauteils gewissermaßen „vorbeugend“ zu überkompensieren, wie dies mitunter im Falle von herkömmlichen Verbundbauteilen verfolgt wird, sodass auch die damit verbundene Gewichtszunahme umgangen wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Gemäß einer Weiterbildung kann die elastische Lage im Wesentlichen ein Elastomer enthalten. Beispielsweise kann es sich hierbei auch um ein thermoplastisches Elastomer handeln. Die elastische Lage kann insbesondere im Wesentlichen Gummi enthalten. Durch das Einbringen von weichen elastomeren Materialien wird insbesondere die Energieabsorption des Verbundlaminats verbessert. Die elastische Lage zeichnet sich hierbei durch eine niedrige Steifigkeit, d.h. ein kleines Elastizitätsmodul, und ein hohes elastisches Dehnungsverhalten, d.h. eine große Reißdehnung, aus. Gleichzeitig werden Stoßschäden, die als Folge von Einschlägen auf eine Deckschicht des Verbundlaminats innerhalb des Verbundlaminats entstehen können, von einem von der Deckschicht abgewandten rückwertigen Bereich des Verbundlaminats in Richtung der Deckschicht verlagert. Grundsätzlich kann eine verbesserte Absorption von Schwingungen erreicht werden und sowohl eine Rissausbreitung als auch eine Delamination im rückwertigen Bereich des Verbundlaminats unterbunden werden.
Die elastische Lage kann beispielsweise aus einem Elastomer bestehen, welches im Wesentlichen auf Naturkautschuk oder Synthesekautschuk basiert und mit einem Vernetzer versehen ist. Beispielsweise kann die elastische Lage einen geringen Anteil eines Vernetzers aus der Gruppe der Peroxide, der Amine und der Bisphenole oder ähnlichen enthalten (z.B. weniger als ein Anteil pro hundert Anteile Gummi). Alternativ kann das Verbundlaminat jedoch auch als Direktverbund gebildet werden, wobei Kunststoff- und Gummikomponenten ohne Vorbehandlung und ohne Verwendung eines Vernetzers bzw. Haftvermittlers stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Optional kann die elastische Lage in Ausführungsformen zusätzlich mit einer oder mehreren Einlagen aus Gewebematerial versehen werden, um dieser ebenfalls eine gewisse Strukturierung zu verleihen. Die Strukturlagen und die elastische Lage können in einem Arbeitsgang gemeinsam aufgebaut und anschließend unter Temperatur- und Druckeinwirkung gemeinsam ausgehärtet bzw. vulkanisiert werden (z.B. in einem Autoklav-Verfahren). Beispielsweise können die Strukturlagen aus CFRP oder GFRP mit einem wärmehärtenden (Kunst-)Harz als Matrixmaterial bestehen. Während der Aushärtung des Matrixmaterials der Strukturlagen kann gleichzeitig das Aushärten bzw. Vulkanisieren der mit einem Vernetzer versehenen elastischen Lage selbst erreicht werden. Darüber hinaus kann in demselben Arbeitsschritt auch der direkte Verbund der elastischen Lage mit den angrenzenden Strukturlagen erreicht werden. Die verwendeten Materialien können hierbei vom Fachmann derart aufeinander abgestimmt werden, dass sie unter gleichen Reaktionsbedingungen in einem Arbeitsprozess ein chemisches Netzwerk aufbauen und eine Haftung zueinander ausbilden.
Gemäß einer Weiterbildung kann zumindest eine weitere elastische Lage zwischen den Strukturlagen ausgebildet sein, wobei zwischen den elastischen Lagen zumindest eine Strukturlage ausgebildet ist. Auch die weitere elastische Lage kann im Wesentlichen ein Elastomer, insbesondere Gummi, enthalten. Prinzipiell ist es beispielsweise vorgesehen zwei, drei, vier oder mehr elastische Lagen in dem Verbundlaminat anzuordnen und auszubilden, welche sich zudem durch unterschiedliche Materialien, geometrische Ausgestaltungen und Anordnungen auszeichnen können. Je nach Anwendung können unterschiedliche Geometrien und Zusammensetzungen des Verbundlaminats vorteilhaft sein, welche unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich Energieabsorption, Schlagfestigkeit, Gewicht und/oder Festigkeit bzw. Steifigkeit aufweisen, um den gewünschten Effekt der Sichtbarkeit von Schlagschäden an der Oberfläche zu garantieren.
Gemäß einer Weiterbildung kann eine weitere elastische Lage über den Strukturlagen ausgebildet sein. Auch diese weitere elastische Lage kann im Wesentlichen ein Elastomer, insbesondere Gummi, enthalten.
Gemäß einer Weiterbildung kann eine Strukturlage eine Deckschicht des Verbundlaminats und eine Strukturlage eine Bodenschicht des Verbundlaminats bilden. In einer alternativen Ausführungsform kann eine weitere elastische Lage eine Deckschicht des Verbundlaminats bilden. Beispielsweise kann diese elastische Lage auf einer Strukturlage ausgebildet sein. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann eine weitere elastische Lage auf oder über einer Strukturlage ausgebildet sein. Diese elastische Lage kann ferner von einer Deckschicht und/oder Decklage überdeckt sein.
Gemäß einer Weiterbildung kann eine Deckschicht des Verbundlaminats vorgesehen sein, welche brüchig ausgebildet ist. Eine derartige Deckschicht und/oder Decklage kann über einer elastischen Lage und/oder einer Strukturlage angeordnet sein. Derart kann ein Einschlag besonders vorteilhaft angezeigt werden. Darüber hinaus kann die Deckschicht und/oder Decklage lackiert und/oder anderweitig beschichtet sein und/oder als Beschichtung ausgebildet sein. In dieser Weiterbildung würde die Deckschicht nicht als Strukturlage ausgebildet sein.
Beispielsweise können die elastischen Lagen in einer von einer Deckschicht abgewandten Hälfte des Verbundlaminats ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich ist es ferner vorgesehen, dass die elastischen Lagen in der der Deckschicht zugewandten Hälfte des Verbundlaminats ausgebildet sind. Je nach den Anforderungen der konkreten Anwendung wird der Fachmann eine entsprechend vorteilhafte Anordnung und Ausbildung der elastischen Lagen auswählen.
Gemäß einer Weiterbildung können die Strukturlagen im Wesentlichen aus einem faserverstärktem Kunststoff bestehen. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFRP) oder glasfaserverstärkten Kunststoff (GFRP) handeln, wobei die Kunststoffmatrix z.B. aus einem duroplastischen Kunststoff wie Polyesterharz oder Epoxidharz oder einem thermoplastischen Kunststoff wie Polyamid oder ähnlichem bestehen kann.
Gemäß einer Weiterbildung kann der Kunststoff mit Fasern aus der Gruppe von Kohlenstofffasern, Glasfasern und Aramidfasern oder dergleichen verstärkt sein. Der Fachmann wird für die jeweilige Anwendung alternativ entsprechende vorteilhafte Fasern auswählen, sodass auch weitere Fasertypen wie Nylon-, Polyester-, Viskose-, und/oder Metallfasern oder ähnliche zum Einsatz kommen können.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

1a, 1b schematische Querschnittsansichten eines Verbundlaminats während (1a) und nach (1b) einem Einschlag;
2a, 2b schematische Querschnittsansichten eines erfindungsgemäßen Verbundlaminats gemäß einer Ausführungsform der Erfindung während (2a) und nach (2b) einem Einschlag;
3a, 3b schematische Querschnittsansichten erfindungsgemäßer Verbundlaminate gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung während einem Einschlag; und
4 schematische Seitenansicht eines Luftfahrzeugs mit einem Verbundlaminat gemäß 2a, 2b oder 3a, 3b.

Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1a und 1b zeigen schematische Querschnittsansichten eines Verbundlaminats 1, wie es beispielsweise in einem Luftfahrzeug 100 zum Einsatz kommen kann, wie es in 4 dargestellt ist, z.B. als Außenhaut eines Rumpfes, von Tragwerken, von Leitwerken usw. 1a zeigt das Verbundlaminat 1 während einem Einschlag 4 oder einem Stoß. 1b stellt das Verbundlaminat 1 einen gewissen Zeitraum nach dem Einschlag 4 bzw. Stoß dar. Bei dem Verbundlaminat 1 kann es sich beispielsweise um ein Laminat aus einer Vielzahl von CFRP-Schichten handeln, d.h. Kohlenstofffasern, die beispielsweise in einer Matrix aus Epoxidharz eingebettet sind. Die CFRP-Schichten fungieren hierbei als Strukturlagen 2. Ein derartiger Einschlag 4 oder „Impact“ ist einer der häufigsten Schäden an Flugzeugstrukturen aus Faserverbundwerkstoffen und kann sowohl während der Montage oder Wartung als auch im Betrieb entstehen. Im Gegensatz zu metallischen Flugzeugstrukturen hinterlassen Einschläge 4 in solchen Verbundlaminaten 1 häufig keine (dauerhaft) sichtbaren Oberflächenschäden. Dennoch verursachen diese mitunter Schäden im Innern der entsprechenden Struktur, z.B. aufgrund von Delaminationen von einzelne Strukturlagen 2, durch Brüche des Matrixmaterials und/oder durch Faserbrüche. Im Betrieb unter dynamischer Wechselbelastung können derartige Delaminationen und andere Schäden wiederum wachsen und zu einer zunehmenden strukturellen Degradation führen. Eine solche Schadensentwicklung ist in 1a und 1b schematisch dargestellt. Der Einschlag 4 erzeugt an einer Einschlagsstelle einen anfänglich sichtbaren Einschlagsschaden 5. Die Einschlagsenergie bzw. die Einschlagskräfte, d.h. letztendlich der Einschlagsschaden, breitet sich kegelförmig ins Innere des Verbundlaminats 1 aus (angedeutet durch Pfeile), wobei die Einschlagsstelle die Spitze des Schädigungskegels bildet. Von der Einschlagstelle treten in diesem Bereich unter anderem sowohl Druckspannungen als auch Schubspannungen auf, die zu Delaminationen zwischen den Strukturlagen 2 führen können, welche mit zunehmender Bauteiltiefe zunehmen können. Nach einer gewissen Relaxationszeit tendiert typisches CFRP-Material dazu, gewisse geringe Verformungen von selbst zurückzubilden. Dies führt wie in 1b dargestellt dazu, dass auf der Einschlagsseite kein sichtbarer Einschlagsschaden 5 verbleibt (bzw. dieser relativ klein und damit nur schwer erkennbar ist), während auf der abgewandten Seite des Verbundlaminats 1 erhebliche nicht unmittelbar sichtbare Einschlagsschäden 6 zurückbleiben können (d.h. von der Einschlagsseite sichtbar). Zur Verdeutlichung ist dieser Effekt in 1b stark schematisch dargestellt.
2a, 2b zeigen schematische Querschnittsansichten eines erfindungsgemäßen Verbundlaminats 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung während (2a) und nach (2b) einem Einschlag 4. Das Verbundlaminat 1 kann als Außenhaut eines Rumpfes (oder der Tragwerke, der Leitwerkes usw.) des Luftfahrzeugs 100 in 4 verwendet werden. Grundsätzlich kann das Verbundlaminats 1 darüber hinaus in vielfältigen weiteren Komponenten, insbesondere strukturellen Komponenten, des Luftfahrzeugs 100 zum Einsatz kommen, welche aus Verbundmaterialien gefertigt sind. Bei dem Luftfahrzeug 100 kann es sich beispielsweise um ein kommerzielles Passagierflugzeug handeln.
Das Verbundlaminat 1 umfasst Strukturlagen 2, welche dazu ausgebildet sind, das Verbundlaminat 1 strukturell zu tragen. Ferner umfasst das Verbundlaminat 1 eine elastische Lage 3a, welche zwischen den Strukturlagen 2 im Innern des Verbundlaminats 1 angeordnet ist. Eine Strukturlage 2 bildet eine Deckschicht 8 des Verbundlaminats 1, an welcher der Einschlag 4 stattfindet, während eine andere Strukturlage 2 eine das Verbundlaminat 1 abschließende Rückschicht 9 bildet. Die Strukturlagen 2 können im Wesentlichen aus einem faserverstärktem Kunststoff bestehen, beispielsweise CFRP oder GFRP, welcher mit Fasern aus der Gruppe von Kohlenstofffasern, Glasfasern und Aramidfasern verstärkt ist. Die elastische Lage 3a ist derart zwischen den Strukturlagen 2 angeordnet und ausgebildet, dass Einschlagskräfte gedämpft werden, welche unter Schlagbeanspruchung des Verbundlaminats 1 aufgrund des Einschlags 4 von den Strukturlagen 2 in die elastische Lage 3a eingeleitet werden. Ferner werden interlaminare Schubbelastungen durch die Anordnung und Ausbildung der elastischen Lage 3a entkoppelt. Hierzu enthält die elastische Lage 3a im Wesentlichen ein Elastomer, z.B. ein Gummi in Form eines Naturkautschuks oder Synthesekautschuks. Die Anordnung und die materielle Ausgestaltung der elastischen Lage 3a führt einerseits dazu, dass die von dem Einschlag 4 über die Strukturlagen 2 weitergeleitete Einschlagsenergie gedämpft und absorbiert wird. Andererseits werden Kräfte und Spannungen, welche aufgrund des Einschlags 4 in dem Verbundlaminat 1 entstehen, entkoppelt und abgeleitet bzw. zu der Einschlagsstelle hin zurückgeleitet. Im Ergebnis sorgt die elastische Schicht 3a dafür, dass der Schaden als sichtbarer Einschlagsschaden 5 in die oberen Strukturlagen 2 im Bereich des Einschlags 4 verlagert wird (siehe 2b). Ein Vergleich zwischen 1b und 2b verdeutlich die erheblichen Vorteile eines Verbundlaminats 1 gemäß der Erfindung. Während in dem herkömmlichen Laminat gemäß 1b ein BVID, d.h. ein nicht unmittelbar sichtbarer Einschlagsschaden 6 entsteht, verbleibt in dem Verbundlaminat gemäß 2b ein sichtbarer Einschlagsschaden 5 im Bereich des Einschlags 4. Im Anschluss an einen Einschlag 4 oder Stoß oder dergleichen können mittels visueller Inspektion der Deckschicht 8 des Verbundlaminats 1 somit Schäden unmittelbar entdeckt werden und Reparaturmaßnahmen gegebenenfalls direkt eingeleitet werden.
3a, 3b zeigen schematische Querschnittsansichten erfindungsgemäßer Verbundlaminate 1 gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung während einem Einschlag 4. Anders als in der Ausführungsform in 2a und 2b sind hier zwei elastische Lagen 3a, 3b zwischen den Strukturlagen 2 ausgebildet. Hierbei sind die elastischen Lagen 3a, 3b in der von einer Deckschicht 8 abgewandten Hälfte des Verbundlaminats 1 angeordnet, wobei zwischen den elastische Lagen 3a, 3b weitere Strukturlagen 2 angeordnet sind. In 3b ist ferner eine weitere elastische Lage 3c über den Strukturlagen 2 ausgebildet. Die elastischen Lagen 3a, 3b, 3c enthalten im Wesentlichen ein Elastomer, z.B. ein Gummi in Form eines Naturkautschuks oder Synthesekautschuks, wobei durch die unterschiedliche Schattierung schematisch angedeutet wird, dass die elastischen Lagen 3a, 3b, 3c grundsätzlich unterschiedlich ausgebildet sein können. Die elastische Lagen 3a, 3b, 3c sind derart angeordnet und ausgebildet, dass der Einschlagsschaden in den Bereich der Deckschicht 8 des Verbundlaminats 1 verlagert wird und sich somit als sichtbarer Einschlagsschaden 5 bemerkbar macht. Die genaue Anordnung dieser oder weiterer elastischer Lagen 3a, 3b, 3c mit ihren relativen Abständen und geometrischen Ausmaßen innerhalb des Verbundlaminats 1 sowie ihrer Materialzusammensetzungen kann von dem entsprechenden Fachmann je nach Anwendungsfall gezielt optimiert werden, um das Risiko für BVID zu minimieren bzw. solche ganz auszuschließen. Beispielsweise wird der Fachmann die Materialien der einzelnen Lagen aufgrund eines vorteilhaften Elastizitätsmoduls bzw. einer geeigneten Duktilität auswählen. Ferner kann wie in 3a, 3b schematisch angedeutet wird, eine Beschichtung 7 der Deckschicht 8 vorgesehen sein, z.B. in Form eines Primers, einer Lackierung usw. Prinzipiell kann hierbei ein Beschichtungsmaterial gewählt werden, welches ein brüchiges Verhalten unter Einschlag 4 aufweist, sodass bereits aus einer entsprechenden Beschädigung der Beschichtung ein erster Hinweis auf eine mögliche Beschädigung hervorgeht. Der Fachmann wird in diesem Fall beispielsweise ein Material mit einer geeigneten Bruchzähigkeit auswählen. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Deckschicht 8 selber brüchig ausgebildet werden. In einer solchen Weiterbildung würde der Fachmann die Deckschicht 8 nicht als Strukturlage ausbilden.
In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, keinesfalls jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente der verschiedenen Merkmale und Ausführungsbeispiele. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung sofort und unmittelbar klar sein.
Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis bestmöglich darstellen zu können. Dadurch können Fachleute die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal modifizieren und nutzen. In den Ansprüchen sowie der Beschreibung werden die Begriffe „beinhaltend“ und „aufweisend“ als neutralsprachliche Begrifflichkeiten für die entsprechenden Begriffe „umfassend“ verwendet. Weiterhin soll eine Verwendung der Begriffe „ein“, „einer“ und „eine“ eine Mehrzahl derartig beschriebener Merkmale und Komponenten nicht grundsätzlich ausschließen.
Bezugszeichenliste

1: Verbundlaminat
2: Strukturlage
3a, 3b, 3c: elastische Lage
4: Einschlag
5: sichtbarer Einschlagsschaden
6: nicht unmittelbar sichtbarer Einschlagsschaden
7: Beschichtung
8: Deckschicht
9: Rückschicht
100: Luftfahrzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1893405 A1 [0002]

Claims

Verbundlaminat (1) für ein Luft- oder Raumfahrzeug (100), mit: Strukturlagen (2), welche dazu ausgebildet sind, das Verbundlaminat (1) strukturell zu tragen; und einer elastischen Lage (3a), welche zwischen den Strukturlagen (2) dazu angeordnet und ausgebildet ist, unter Schlagbeanspruchung des Verbundlaminats (1) von den Strukturlagen (2) in die elastische Lage (3a) eingeleitete Einschlagskräfte zu dämpfen und Schubbelastungen zu entkoppeln.
Verbundlaminat (1) nach Anspruch 1, wobei die elastische Lage (3a) im Wesentlichen ein Elastomer, insbesondere Gummi, enthält.
Verbundlaminat (1) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei zumindest eine weitere elastische Lage (3b) zwischen den Strukturlagen (2) ausgebildet ist, wobei zwischen den elastische Lagen (3a, 3b) zumindest eine Strukturlage (2) angeordnet ist.
Verbundlaminat (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine weitere elastische Lage (3c) über den Strukturlagen (2) ausgebildet ist.
Verbundlaminat (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die weitere elastische Lage (3b, 3c) im Wesentlichen ein Elastomer, insbesondere Gummi, enthält.
Verbundlaminat (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Strukturlage (2) eine Deckschicht (8) des Verbundlaminats (1) und eine Strukturlage (2) eine Rückschicht (9) des Verbundlaminats (1) bildet.
Verbundlaminat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Deckschicht (8) des Verbundlaminats (1) vorgesehen ist, welche brüchig ausgebildet ist.
Verbundlaminat (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elastischen Lagen (3a, 3b) in einer von einer Deckschicht (8) des Verbundlaminats (1) abgewandten Hälfte des Verbundlaminats (1) ausgebildet sind.
Verbundlaminat (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Strukturlagen (2) im Wesentlichen aus einem faserverstärktem Kunststoff bestehen.
Verbundlaminat (1) nach Anspruch 9, wobei der Kunststoff mit Fasern aus der Gruppe von Kohlenstofffasern, Glasfasern und Aramidfasern verstärkt ist.
Verwendung des Verbundlaminats (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als Außenhaut eines Luft- oder Raumfahrzeugs (100).
Luft- oder Raumfahrzeug (100) mit einem Verbundlaminat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.