DE102022105673A1 - Method for producing an at least two-layer sandwich component - Google Patents
Method for producing an at least two-layer sandwich component Download PDFInfo
- Publication number
- DE102022105673A1 DE102022105673A1 DE102022105673.2A DE102022105673A DE102022105673A1 DE 102022105673 A1 DE102022105673 A1 DE 102022105673A1 DE 102022105673 A DE102022105673 A DE 102022105673A DE 102022105673 A1 DE102022105673 A1 DE 102022105673A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- glass
- layer
- insulation layer
- sandwich component
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
- B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
- B32B5/024—Woven fabric
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
- B32B17/02—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres in the form of fibres or filaments
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
- B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
- B32B5/026—Knitted fabric
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
- B32B5/18—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by features of a layer of foamed material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
- B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
- B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
- B32B5/245—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it being a foam layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/08—Other methods of shaping glass by foaming
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B29/00—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C11/00—Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles
- C03C11/007—Foam glass, e.g. obtained by incorporating a blowing agent and heating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L59/00—Thermal insulation in general
- F16L59/14—Arrangements for the insulation of pipes or pipe systems
- F16L59/147—Arrangements for the insulation of pipes or pipe systems the insulation being located inwardly of the outer surface of the pipe
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
- G01M3/002—Investigating fluid-tightness of structures by using thermal means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
- B32B2262/10—Inorganic fibres
- B32B2262/101—Glass fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
- B32B2262/10—Inorganic fibres
- B32B2262/103—Metal fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
- B32B2262/10—Inorganic fibres
- B32B2262/105—Ceramic fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
- B32B2262/10—Inorganic fibres
- B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2266/00—Composition of foam
- B32B2266/04—Inorganic
- B32B2266/057—Silicon-containing material, e.g. glass
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
- B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
- B32B2307/304—Insulating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
- B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
- B32B2307/306—Resistant to heat
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2597/00—Tubular articles, e.g. hoses, pipes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2605/00—Vehicles
Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines mindestens zweischichtigen Sandwichbauelements (50) in Form eines Rohrs (24) oder in Form einer Platte (26), wobei das Sandwichbauelement (50) einer Kaltseite (20) und einer Heißseite (22) ausgesetzt ist, mit zumindest nachfolgenden Verfahrensschritten: Es erfolgt die Herstellung einer der Heißseite (22) zugewandten Isolationsschicht (54) aus einem gasdichten, hochtemperaturbeständigen Glasschaumwerkstoff (10) sowie eine Herstellung einer der Kaltseite (20) zugewandten Außenschicht (52) des Sandwichbauelements (50), welches einen Faserverbundwerkstoff (12) umfasst. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein derartiges Sandwichbauelement (50) sowie dessen Verwendung in einem Luftfahrzeug.The invention relates to a method for producing an at least two-layer sandwich component (50) in the form of a tube (24) or in the form of a plate (26), the sandwich component (50) being exposed to a cold side (20) and a hot side (22). is, with at least the following process steps: An insulation layer (54) facing the hot side (22) is produced from a gas-tight, high-temperature-resistant glass foam material (10) and an outer layer (52) of the sandwich component (50) facing the cold side (20) is produced. , which comprises a fiber composite material (12). The invention further relates to such a sandwich component (50) and its use in an aircraft.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines mindestens zweischichtigen Sandwichbauelements in Form eines Rohrs oder in Form einer Platte, wobei das Sandwichbauelement einer Kaltseite und einer Heißseite ausgesetzt ist. Das erfindungsgemäße Sandwichbauelement kann als Heißgasleitung, als Auspuffleitung, als Schalldämpfer oder als Brandschutzwand in einem Luftfahrzeug, beispielsweise in einem Flugzeug, einem Land-, Wasser- oder Raumfahrzeug eingesetzt werden.The invention relates to a method for producing an at least two-layer sandwich component in the form of a tube or in the form of a plate, the sandwich component being exposed to a cold side and a hot side. The sandwich component according to the invention can be used as a hot gas line, as an exhaust line, as a silencer or as a fire protection wall in an aircraft, for example in an airplane, a land vehicle, a water vehicle or a space vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Bisherige Konzepte für isolierte Heißgasleitungen sind im Allgemeinen derart aufgebaut, dass sich auf der heißen Innenseite ein gasdichtes Metallrohr befindet, welches meist von Dämmmaterial umgeben ist, wobei das Dämmmaterial im Allgemeinen nicht luftdicht und meist auch nicht dimensionsstabil ist, so zum Beispiel Dämmwolle. Im Anlagenbau, jedoch nicht im Flugzeugbau, existieren Rohrhalbschalen aus Schaumglas, die außen auf ein luftdichtes Metallrohr als Außendämmung aufgebracht werden, wobei die Fügestelle der beiden Halbschalen geklebt ist, nicht luftdicht zu sein braucht und auch keinen Innendruck aufnimmt, da dieser einzig und allein vom Innenrohr getragen wird.Previous concepts for insulated hot gas pipes are generally constructed in such a way that there is a gas-tight metal pipe on the hot inside, which is usually surrounded by insulating material, whereby the insulating material is generally not airtight and usually not dimensionally stable, such as insulating wool. In plant construction, but not in aircraft construction, there are pipe half-shells made of foam glass, which are applied to the outside of an airtight metal pipe as external insulation, whereby the joint between the two half-shells is glued, does not need to be airtight and does not absorb any internal pressure, as this only comes from the Inner tube is worn.
Im Flugzeugbau sind derartige Innenrohre für Heißgas derzeit oft aus Titan gefertigt, um die Gewichts-, Temperatur- und Korrosionsanforderungen einzuhalten und daher relativ kostspielig. Alternativ sind derartige Rohre aus Stahllegierungen gefertigt, was jedoch im Flugzeugbau entscheidende Gewichtsnachteile mit sich bringt.In aircraft construction, such inner tubes for hot gas are currently often made of titanium in order to meet the weight, temperature and corrosion requirements and are therefore relatively expensive. Alternatively, such tubes are made of steel alloys, which, however, entails significant weight disadvantages in aircraft construction.
Eine Alternative, um Kosten und Gewicht einzusparen, ist, derartige Heißgasleitungen aus Faserverbundwerkstoffen herzustellen, wobei aber die hohen Temperaturen und die Erzeugung einer luftdichten Hülle eine Herausforderung darstellen. Weiterhin sind Sandwichkonstruktionen bekannt, bei denen ein Schaumwerkstoff von Deckschichten aus Metall oder Faserverbundwerkstoff eingerahmt ist.An alternative to save costs and weight is to manufacture such hot gas pipes from fiber composite materials, although the high temperatures and the creation of an airtight envelope represent a challenge. Sandwich constructions are also known in which a foam material is framed by cover layers made of metal or fiber composite material.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere bei Luftfahrtanwendungen, eine Leitungs- beziehungsweise Plattenanordnung bereitzustellen, die hinsichtlich des Gewichts sehr günstig ist und eine luftundurchlässige Dämmschicht verwirklicht, wobei gleichzeitig Beständigkeit gegen hohe Temperaturen gewährleistet ist. The invention is based on the object, particularly in aviation applications, of providing a line or plate arrangement which is very economical in terms of weight and creates an airtight insulating layer, while at the same time ensuring resistance to high temperatures.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines mindestens zweischichtigen Sandwichbauelements vorgeschlagen, welches in Form eines Rohrs oder in Form einer Platte gefertigt wird, wobei das Sandwichbauelement einer Kaltseite und einer Heißseite ausgesetzt ist, und wobei zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden:
- a) Herstellung einer der Heißseite zugewandten Isolationsschicht, die einen gasdichten, hochtemperaturbeständigen Glasschaumwerkstoff enthält und
- b) Herstellung einer der Kaltseite zugewandten Außenschicht des Sandwichbauelements, welche einen Faserverbundwerkstoff umfasst.
- a) Production of an insulation layer facing the hot side, which contains a gas-tight, high-temperature-resistant glass foam material and
- b) Production of an outer layer of the sandwich component facing the cold side, which comprises a fiber composite material.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren lassen sich Sandwichbauelemente herstellen, die hohen und höchsten Temperaturen widerstehen, wobei gleichzeitig durch Einsatz eines Faserverbundwerkstoffs günstige Materialien eingesetzt werden können, die zudem ein äußerst geringes Gewicht aufweisen, was für Luftfahrtanwendungen sehr vorteilhaft ist.The method proposed according to the invention makes it possible to produce sandwich components that can withstand high and extremely high temperatures, while at the same time, by using a fiber composite material, inexpensive materials can be used that also have an extremely low weight, which is very advantageous for aviation applications.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann die der Heißseite zugewandte Isolationsschicht mit einer Schicht versehen werden, die einen Faserverbundwerkstoff mit einem Keramik-, Glaskeramik- oder Glasmatrixmaterial enthält. Durch diese optional vorsehbare weitere Schicht auf der der Heißseite zugewandten Isolationsschicht lässt sich eine weitere Erhöhung der Temperaturbeständigkeit erreichen sowie eine verbesserte mechanische Widerstandsfähigkeit der Oberfläche auf der Heißgasseite.In an advantageous embodiment of the method proposed according to the invention, the insulation layer facing the hot side can be provided with a layer that contains a fiber composite material with a ceramic, glass ceramic or glass matrix material. This optional additional layer on the insulation layer facing the hot side makes it possible to achieve a further increase in temperature resistance as well as an improved mechanical resistance of the surface on the hot gas side.
In vorteilhafter Weise wird die gemäß Verfahrensschritt a) der Heißseite zugewandte Isolationsschicht, die aus einem gasdichten, hochtemperaturbeständigen Glasschaumwerkstoff besteht, aus einem Blockmaterial oder mithilfe eines Vorformlings, der zumindest ein Glasgranulat und ein Aufschäummittel umfasst, gefertigt.Advantageously, the insulation layer facing the hot side according to method step a), which consists of a gas-tight, high-temperature-resistant glass foam material, is manufactured from a block material or with the aid of a preform which comprises at least one glass granulate and a foaming agent.
Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird die der Heißseite zugewandte Isolationsschicht durch lokale Erzeugung hoher Temperaturen geglättet. Dadurch können beispielsweise aufgebrochene Glasporen bei lokal einwirkenden hohen Temperaturen geglättet werden, so dass sich eine äußerst glatte, strömungstechnisch günstige Innenseite der Isolationsschicht ergibt. Durch das damit erfolgte Schließen der Glasschaumoberfläche wird zudem ein Eindringen von Wasser in Poren und damit eine Schädigung bei Frost verhindert.In the method proposed according to the invention, the insulation layer facing the hot side is smoothed by locally generating high temperatures. This allows, for example, broken glass pores to be smoothed at locally high temperatures, resulting in an extremely smooth, fluidically favorable inside of the insulation layer. The resulting closure of the glass foam surface also prevents water from penetrating into pores and thus preventing damage in the event of frost.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird das Sandwichbauelement während der Durchführung der Verfahrensschritte a) und b) in einer geschlossenen Form gehalten, in der das Glasgranulat geschmolzen und anschließend unter Wirkung des Aufschäummittels aufgeschäumt wird.In a further advantageous embodiment of the method proposed according to the invention, the sandwich component is held in a closed mold during the implementation of method steps a) and b), in which the glass granules are melted and then foamed under the action of the foaming agent.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird in der geschlossenen Form das Fasermaterial, aus dem die Deckschicht oder die Deckschichten geformt werden, als Vorformling in Form eines Faserformlings oder eines porösen faserkeramischen Materials mit der Schmelze des Glasgranulats durchtränkt.In a further advantageous embodiment of the method proposed according to the invention, the fiber material from which the cover layer or the cover layers are formed is impregnated with the melt of the glass granules as a preform in the form of a fiber molding or a porous fiber-ceramic material in the closed mold.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird der gasdichte, hochtemperaturbeständige Glasschaumwerkstoff bei dessen Herstellung mit Fasermaterial, insbesondere Karbon-, Metall-, Basalt- oder Keramikfasermaterial oder auch besonders hochtemperaturbeständigem Glasfasermaterial versetzt, wobei das Fasermaterial sowohl als Kurzfaser als auch als Langfaser vorliegen kann.In a further advantageous embodiment of the method proposed according to the invention, the gas-tight, high-temperature-resistant glass foam material is mixed with fiber material, in particular carbon, metal, basalt or ceramic fiber material or particularly high-temperature-resistant glass fiber material during its production, the fiber material being present both as a short fiber and as a long fiber can.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird das Fasermaterial - als Kurz- oder Langfaser oder als Endlosfaser vorliegend - in oder um das Glasgranulat vor dessen Aufschmelzen oder Aufschäumen eingebracht oder als gewickelter Vorformling für spätere Deckschichten oder als Textilhalbzeug, insbesondere als Geflecht-/Gewebedeckschicht auf eine oder mehrere Oberflächen, oder als Abstandsgewirk eingebracht, die während des Schmelz- und Aufschäumprozesses des Glasgranulats von diesem durchtränkt werden. In weiterer Ausgestaltung wird zum Durchtränken der Faserzwischenräume mit Glasmatrix ein Glaswerkstoff verwendet, der bei der Prozesstemperatur eine besonders niedrige Viskosität erreicht, beispielsweise ein Glaslot. Insbesondere wird dieser Glaswerkstoff mit besonders niedriger Viskosität nur in den Bereichen der besonders dicht gepackten Faserdeckschichten (Heiß- und/oder Kaltseite) eingesetzt und im Bereich des Glasschaums ein anderer Glaswerkstoff, der gegebenenfalls auch eine höhere Schmelztemperatur aufweist.In a further embodiment of the method proposed according to the invention, the fiber material - present as a short or long fiber or as a continuous fiber - is introduced into or around the glass granulate before it is melted or foamed or as a wound preform for later cover layers or as a semi-finished textile product, in particular as a braid/fabric cover layer one or several surfaces, or introduced as a spacer fabric, which are soaked by the glass granules during the melting and foaming process. In a further embodiment, a glass material that achieves a particularly low viscosity at the process temperature, for example a glass solder, is used to impregnate the fiber gaps with the glass matrix. In particular, this glass material with a particularly low viscosity is only used in the areas of the particularly densely packed fiber cover layers (hot and / or cold side) and in the area of the glass foam another glass material, which may also have a higher melting temperature.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die für die Ablage der Deckschichten verwendeten Fasern (z. B. Rovings) bereits beim Herstellen des beispielsweise gewickelten Vorformlings mit einem Glaswerkstoff beziehungsweise einem Glaslot vorimprägniert, so zum Beispiel in Form eines Prepreg Tapes, die in einem vorangegangenen Prozess imprägniert wurden.In a further embodiment of the method according to the invention, the fibers (e.g. rovings) used for depositing the cover layers are already pre-impregnated with a glass material or a glass solder when producing the, for example, wound preform, for example in the form of a prepreg tape, which was used in a previous process Process impregnated.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden auf einer Außenseite der Isolationsschicht, die den gasdichten, hochtemperaturbeständigen Glasschaumwerkstoff enthält, Luftkanäle eingebracht, die nach Auflaminieren der Außenschicht luftdurchlässig bleiben und im Fall eines Lecks in der Isolationsschicht durch diese austretende Luft zu diskreten Luftauslassöffnungen leiten, die den Temperatursensoren zugeordnet werden. Dabei können bereits bei der Herstellung des Sandwichbauelements für ein Leckagedetektionssystem vorbereitende Maßnahmen getroffen werden.In an advantageous embodiment of the method proposed according to the invention, air channels are introduced on an outside of the insulation layer, which contains the gas-tight, high-temperature-resistant glass foam material, which remain air-permeable after the outer layer has been laminated on and, in the event of a leak in the insulation layer, guide air escaping through this to discrete air outlet openings assigned to the temperature sensors. Preparatory measures for a leak detection system can be taken during the production of the sandwich component.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden in die die Isolationsschicht überdeckende Außenschicht aus Faserwerkstoff faseroptische Temperatursensoren einlaminiert. Auch dadurch können in alternativer Vorgehensweise bereits Vorkehrungen für eine spätere Leckagedetektionsvorrichtung getroffen werden.In a further advantageous embodiment of the method proposed according to the invention, fiber-optic temperature sensors are laminated into the outer layer made of fiber material covering the insulation layer. This also means that, in an alternative approach, precautions can be taken for a later leak detection device.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden bei der Wärmebehandlung der der Heißseite zugewandten Isolationsschicht Stege aufgebrochener Glasblasen des Glasgranulats aufgeschmolzen, die sich durch Oberflächenspannung zu einer glatten Oberfläche zusammenziehen, so dass die der beispielsweise heißen Luftströmung zugewandte Innenseite der Isolationsschicht wirkungsvoll geglättet werden kann und sich eine reibungsarme Strömung einstellt.In a further advantageous embodiment of the method proposed according to the invention, during the heat treatment of the insulation layer facing the hot side, webs of broken glass bubbles of the glass granules are melted, which contract due to surface tension to form a smooth surface, so that the inside of the insulation layer facing the hot air flow, for example, can be effectively smoothed and a low-friction flow occurs.
Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird die Wärmebehandlung auch an Stirnseiten des Sandwichbauelements durchgeführt, für den Fall, dass dieses als Rohr gefertigt wird, um glatte Oberflächen zur Abdichtung eines Verbindungsstoßes zweier miteinander zu verbindender erfindungsgemäß vorgeschlagener Sandwichbauelemente, ausgeführt als Rohre, zu erhalten.In the method proposed according to the invention, the heat treatment is also carried out on the end faces of the sandwich component, in the event that this is manufactured as a tube, in order to obtain smooth surfaces for sealing a joint of two sandwich components proposed according to the invention to be connected to one another, designed as tubes.
In vorteilhafter Weise wird der Faserverbundwerkstoff mit keramischer Matrix auf die der Heißseite zugewandte Isolationsschicht auflaminiert, anschließend eine Temperaturbehandlung des Laminats und der Isolationsschicht zur gemeinsamen Aushärtung oder Pyrolyse der keramischen Matrix durchgeführt. Dadurch lässt sich ein gemeinsamer Fertigungsschritt erreichen. Des Weiteren ist der Verbund aus Faserverbundwerkstoff mit keramischer Matrix und der Isolationsschicht äußerst wirkungsvoll.Advantageously, the fiber composite material with a ceramic matrix is laminated onto the insulation layer facing the hot side, and then a temperature treatment of the laminate and the insulation layer is carried out for joint curing or pyrolysis of the ceramic matrix. This allows a common production step to be achieved. Furthermore, the combination of fiber composite material with a ceramic matrix and the insulation layer is extremely effective.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann eine vorgefertigte Schicht des Fasermaterials mit keramischer, glaskeramischer oder glasartiger anorganischer Matrix mittels eines Lötprozesses, so zum Beispiel unter Verwendung eines Glaslots (d. h. eines Glases mit einer niedrigeren Schmelztemperatur als der des Schaumglases) auf die der Heißseite zugewandte, gasdichte, hochtemperaturbeständige Isolationsschicht aufgelötet werden. Gegebenenfalls kann dieser Lötprozess auch auf beiden Seiten, d. h. auf der Heißseite und auf der Kaltseite angewendet werden, zum Beispiel wenn beides gleichzeitig in einem Temperaturbehandlungsprozess ablaufen kann.In a further embodiment of the method proposed according to the invention, a prefabricated layer of the fiber material with a ceramic, glass-ceramic or glass-like inorganic matrix can be attached to the hot side by means of a soldering process, for example using a glass solder (i.e. a glass with a lower melting temperature than that of the foam glass). facing, gas-tight, high-temperature-resistant insulation layer can be soldered on. If necessary, this soldering process can also be carried out on both sides, i.e. H. be applied on the hot side and on the cold side, for example if both can take place at the same time in a temperature treatment process.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann eine vorgefertigte Schicht des Faserverbundwerkstoffs mit keramischer Matrix mittels eines Klebeprozesses unter Verwendung eines hochtemperaturbeständigen Klebstoffs auf die der Heißseite zugewandte, gasdichte, hochtemperaturbeständige Isolationsschicht aufgeklebt werden. Bei dieser Vorgehensweise kann die Hochtemperaturbehandlung zwischen dem Faserverbundwerkstoff mit keramischer Matrix einerseits und der Isolationsschicht eingespart werden.In a further embodiment of the method proposed according to the invention, a prefabricated layer of the fiber composite material with a ceramic matrix can be glued to the gas-tight, high-temperature-resistant insulation layer facing the hot side by means of an adhesive process using a high-temperature-resistant adhesive. With this procedure, the high-temperature treatment between the fiber composite material with a ceramic matrix on the one hand and the insulation layer can be saved.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird der Faserverbundwerkstoff auf der Kaltseite als Außenschicht mittels Duroplast-Prepreg-basierter Verfahren, Harzinfusionsverfahren, RTM-Verfahren oder Thermoplast-Prepreg-basierter Verfahren, insbesondere TP-AFP-Verfahren aufgebracht.In an advantageous embodiment of the method proposed according to the invention, the fiber composite material is applied to the cold side as an outer layer using thermoset prepreg-based processes, resin infusion processes, RTM processes or thermoplastic prepreg-based processes, in particular TP-AFP processes.
Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein Sandwichbauelement in Form eines Rohrs oder einer Platte, welches einer Kaltseite und einer Heißseite ausgesetzt ist, wobei das Sandwichbauelement zumindest zweischichtig ausgebildet ist und eine der Heißseite zugewandte Isolationsschicht umfasst, die einen gasdichten, hochtemperaturbeständigen Glasschaumwerkstoff umfasst sowie eine der Kaltseite zugewandte Außenschicht, die einen Faserverbundwerkstoff enthält.In addition, the invention relates to a sandwich component in the form of a tube or a plate which is exposed to a cold side and a hot side, wherein the sandwich component is at least two-layered and comprises an insulation layer facing the hot side, which comprises a gas-tight, high-temperature-resistant glass foam material, and an outer layer facing the cold side, which contains a fiber composite material.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Sandwichbauelement hat einerseits ein sehr geringes Gewicht, was für Luftfahrtanwendungen äußerst vorteilhaft ist, und zeichnet sich andererseits dadurch aus, dass eine luftundurchlässige Dämmschicht, nämlich die Isolationsschicht aus dem Glasschaumwerkstoff vorliegt, die gleichzeitig hohen Temperaturen standhält.The sandwich component proposed according to the invention has, on the one hand, a very low weight, which is extremely advantageous for aviation applications, and, on the other hand, is characterized by the fact that there is an airtight insulation layer, namely the insulation layer made of the glass foam material, which at the same time can withstand high temperatures.
Das Sandwichbauelement kann sowohl in Form eines Rohrs als auch in Form einer Platte, beispielsweise als Paneel ausgeführt werden.The sandwich component can be designed both in the form of a tube and in the form of a plate, for example as a panel.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sandwichbauelements sieht vor, dass die der Heißseite zugewandte Isolationsschicht, die einen gasdichten, hochtemperaturbeständigen Glasschaumwerkstoff umfasst, mit einer Schicht versehen ist, die einen Faserverbundwerkstoff mit einem Keramik-, Glaskeramik- oder Glasmatrixmaterial enthält. Dadurch kann ein über ein zweischichtig aufgebautes Sandwichbauelement hinausgehendes dreischichtiges Sandwichbauelement bereitgestellt werden, welches hinsichtlich seiner Temperaturbeständigkeit und mechanischer Festigkeit und seiner Dichtheitsanforderungen nochmals verbessert ist.A further advantageous embodiment variant of the sandwich component proposed according to the invention provides that the insulation layer facing the hot side, which comprises a gas-tight, high-temperature-resistant glass foam material, is provided with a layer which contains a fiber composite material with a ceramic, glass ceramic or glass matrix material. This makes it possible to provide a three-layer sandwich component that goes beyond a two-layer sandwich component and is further improved in terms of its temperature resistance and mechanical strength and its tightness requirements.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Sandwichbauelements in einem Luftfahrzeug, insbesondere in einem Flugzeug, als Heißgasleitung, Zapfluft- oder Auspuffleitung oder als Triebwerks- oder APU-Schalldämpfer. Eine weitere Verwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sandwichbauelements ist dessen Verwendung als Einhausung von Aggregaten, die entweder im Betrieb regulär heiß werden und/oder im Fall eines Fehlers/Versagens oder bei Feuer potenziell heiß werden können, insbesondere einer Festoxidbrennstoffzelle oder Batterien oder Niedertemperaturenergiewandlern oder weiterer Abwärme-produzierender Komponenten eines Luftfahrzeugs, insbesondere eines Flugzeugs. Des Weiteren kann das Sandwichbauelement als Brandschutzbarriere oder dergleichen in einem Land-, Wasser oder auch in einem Raumfahrzeug verwendet werden.Furthermore, the invention relates to the use of the sandwich component in an aircraft, in particular in an airplane, as a hot gas line, bleed air or exhaust line or as an engine or APU silencer. Another use of the sandwich component proposed according to the invention is its use as an enclosure for units that either become hot during operation and/or can potentially become hot in the event of an error/failure or in the event of fire, in particular a solid oxide fuel cell or batteries or low-temperature energy converters or other waste heat. producing components of an aircraft, especially an airplane. Furthermore, the sandwich component can be used as a fire protection barrier or the like in a land vehicle, water vehicle or even in a space vehicle.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eines Sandwichbauelements, insbesondere gefertigt gemäß dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren, umfasst dieses einen Mantel aus hochfestem Faserverbundwerkstoff sowie eine Isolierschicht aus einem gasdichten, hochtemperaturbeständigen Glasschaumwerkstoff. Die Erfindung stellt eine Funktionalität für ein Sandwichbauelement dar, indem dieses einerseits eine luftundurchlässig ausgebildete Dämmschicht umfasst, die andererseits gleichzeitig hohen Temperaturen standhält. Bisher war es erforderlich, beispielsweise bei Bleed-Air-Rohren bei Luftfahrzeugen, die Luftdichtheit durch andere Schichten beziehungsweise Komponenten sicherzustellen, da die verfügbaren, hochtemperaturbeständigen Isolationsmaterialien unzureichend luftdicht sind.Due to the solution proposed according to the invention of a sandwich component, in particular manufactured according to the method proposed according to the invention, this comprises a jacket made of high-strength fiber composite material and an insulating layer made of a gas-tight, high-temperature-resistant glass foam material. The invention provides functionality for a sandwich component in that, on the one hand, it comprises an airtight insulation layer, which, on the other hand, withstands high temperatures. Until now, it was necessary, for example in the case of bleed air pipes in aircraft, to ensure airtightness through other layers or components, since the available, high-temperature-resistant insulation materials are insufficiently airtight.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird die Verwendung von Schäumen auch für hohe Temperaturen verwirklicht, nun jedoch mit Glas statt Polymerwerkstoffen als Schaumwerkstoff. Gleichzeitig können durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung Konstruktionen mit hoher thermischer Dämmwirkung erreicht werden, die dabei, im Gegensatz zu oft verwendeten weichen Mineral- oder Glaswollmatten, eine erhöhte Formstabilität aufweisen und damit auf leichtere Art und Weise konstruktiv an Strukturbauteile angebunden werden können.The solution proposed according to the invention enables the use of foams also for high temperatures, but now with glass instead of polymer materials as the foam material. At the same time, the solution proposed according to the invention can be used to achieve constructions with a high thermal insulation effect, which, in contrast to often used soft mineral or glass wool mats, have increased dimensional stability and can therefore be structurally connected to structural components in an easier way.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann des Weiteren die Rauigkeit mechanisch bearbeiteter Oberflächen des Glasschaumwerkstoffs verbessert werden, da die Anzahl offener Glasschaumwerkstoffporen an der Oberfläche, insbesondere an der Innenseite der Isolationsschicht erheblich verringert und somit die Beständigkeit dieser Oberfläche verbessert wird. Des Weiteren wird durch die Glättung der Innenseite der Isolationsschicht der Durchflusswiderstand für Medien reduziert und gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit für das Ablösen von Oberflächenpartikeln der Isolationsschicht verringert.The solution proposed according to the invention can further improve the roughness of mechanically processed surfaces of the glass foam material, since the number of open glass foam material pores on the surface, in particular on the inside of the insulation layer, is significantly reduced and thus the durability of this surface is improved. Furthermore, by smoothing the inside of the insulation layer, the flow resistance for media is reduced and at the same time the probability of detachment of surface particles of the insulation layer is reduced.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich ein Sandwichbauelement bereitstellen, welches insbesondere eine Heißgasleitung, zum Beispiel eine Zapfluft- oder Auspuffleitung oder einen Triebwerks- oder APU-Schalldämpfer in einem Luftfahrzeug, insbesondere in einem Flugzeug, darstellt, wobei das vorgeschlagene Sandwichbauelement einen äußeren Mantel aus einem Faserverbundmaterial umfasst und eine innenliegende Isolationsschicht aus einem gasdichten, hochtemperaturbeständigen Glasschaumwerkstoff, wie beispielsweise Schaumglas, umfasst. Optional kann dabei die Innenseite der Isolationsschicht mit einem weiteren hochtemperaturbeständigen Werkstoff, insbesondere einem Faserverbundwerkstoff mit keramischer, glaskeramischer oder glasartiger, anorganischer Matrix überdeckt sein. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Sandwichbauelement kann sowohl in Form eines Rohrs als auch aufgeklappt als flaches Paneel vorliegen, welches zum Beispiel als Hitze- oder als Feuerschutzwand dient.The solution proposed according to the invention makes it possible to provide a sandwich component, which in particular represents a hot gas line, for example a bleed air or exhaust line or an engine or APU silencer in an aircraft, in particular in an airplane, the proposed sandwich component comprising an outer jacket a fiber composite material and an internal insulation layer made of a gas-tight, high-temperature-resistant glass foam material, such as foam glass. Optionally, the inside of the insulation layer can be covered with another high-temperature-resistant material, in particular a fiber composite material with a ceramic, glass-ceramic or glass-like, inorganic matrix. That according to the invention The proposed sandwich component can be in the form of a tube or, when opened, as a flat panel, which serves, for example, as a heat or fire protection wall.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann eine bisher notwendige, weitere äußere Hülle zur Leckdetektion bei Zapfluftleitungen entweder auf eine dünne Folienhülle ohne weitere Isolierung reduziert oder ganz eingespart werden, indem auf der Außenschicht der Isolationsschicht Luftkanäle eingebracht werden, die zu diskreten, definierten Luftauslasspunkten des in Rohrform gefertigten Sandwichbauelements führen, an denen sich wiederum Temperatursensoren befinden. Diese Temperatursensoren können alternativ auch in das Sandwichbauelement in Form von Folien, Fasern oder Drähten einlaminiert werden.With the solution proposed according to the invention, a previously necessary additional outer shell for leak detection in bleed air lines can either be reduced to a thin film shell without further insulation or can be eliminated entirely by introducing air channels on the outer layer of the insulation layer, which lead to discrete, defined air outlet points of the pipe-shaped manufactured sandwich component, which in turn has temperature sensors on it. Alternatively, these temperature sensors can also be laminated into the sandwich component in the form of films, fibers or wires.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann beispielsweise bei einem in Rohrform vorliegenden erfindungsgemäßen Sandwichbauelement die Außenschicht aus Faserverbundwerkstoff die Zugbelastung aufnehmen, die zum Beispiel durch Innendruck im Rohr entstehen kann und nicht wie bei bisherigen Anwendungen das Innenrohr. Der gasdichte, hochtemperaturbeständige Schaumglaswerkstoff hingegen übernimmt außer der Dämmungsfunktion die Aufgabe, die Dichtheit des rohrförmig ausgebildeten Sandwichbauelements sicherzustellen, so dass die Außenschicht aus Faserverbundwerkstoff diese Aufgabe nicht übernehmen muss. Dadurch kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass für die Außenhülle, d. h. die Außenschicht Materialien verwendet werden können, die eine geringere Temperaturbeständigkeit aufweisen als dies für eine Innenhülle im Kontakt mit dem Heißgas der Fall wäre. Da somit eine wesentlich größere Auswahl an Faserverbundwerkstoffen zur Verfügung steht, können dafür auch Werkstoffe mit besseren mechanischen Eigenschaften und/oder geringerem Preis beziehungsweise Verarbeitungskosten verwendet werden. Der als Isolationsschicht eingesetzte Schaumglaswerkstoff hingegen hat den Vorteil, dass dieser kaum ausgast und damit das heiße Medium nicht mit Dämpfen verunreinigt wird.As a result of the solution proposed according to the invention, for example, in the case of a sandwich component according to the invention in the form of a tube, the outer layer made of fiber composite material can absorb the tensile load that can arise, for example, from internal pressure in the tube and not the inner tube as in previous applications. The gas-tight, high-temperature-resistant foam glass material, on the other hand, takes on, in addition to the insulation function, the task of ensuring the tightness of the tubular sandwich component, so that the outer layer made of fiber composite material does not have to take on this task. This can advantageously be achieved for the outer shell, i.e. H. the outer layer can be used materials that have a lower temperature resistance than would be the case for an inner shell in contact with the hot gas. Since a significantly larger selection of fiber composite materials is available, materials with better mechanical properties and/or lower prices or processing costs can also be used. The foam glass material used as an insulation layer, on the other hand, has the advantage that it hardly emits gases and therefore the hot medium is not contaminated with vapors.
Zur Erhöhung der Festigkeit der Isolationsschicht kann bereits bei der Herstellung des Glasgranulats und/oder des Glasschaumwerkstoffs Fasermaterial in Gestalt von Karbon-, Metall- (beispielsweise Stahl oder Nickelbasissuperlegierung), Basalt-, Keramikfasern oder auch besonders hochtemperaturbeständigen Glasfasern eingebracht werden, um die Festigkeit und Schadenstoleranz dieses Werkstoffs zu erhöhen. Das Fasermaterial, als Kurz-, Lang- oder sogenannte Endlosfaser vorliegend, dient als Versteifung und Rissstopper im Glasschaumwerkstoff. Das Fasermaterial kann in das Glasgranulat vor dessen Aufschmelzen beziehungsweise Aufschäumen eingemischt werden oder als gewickelter Vorformling (für spätere Deckschichten) oder Textilhalbzeug, insbesondere als Geflecht- oder Gewebedeckschicht oder Abstandsgewirk, mit eingelegt werden. Diese Fasermaterialien können dann während des Schmelz- und Aufschäumprozesses des Glasgranulats von diesem angebunden und durchtränkt werden. Um das Durchtränken der Faserzwischenräume mit Glasmatrix zu erleichtern, kann gegebenenfalls ein Glaswerkstoff verwendet werden, der bei der Prozesstemperatur eine besonders niedrige Viskosität erreicht, beispielsweise ein Glaslot. Weiterhin kann dieser Glaswerkstoff mit besonders niedriger Viskosität auch nur in den Bereichen der Faserdeckschichten (Heiß- und/oder Kaltseite) eingesetzt werden und im Bereich des Glasschaums ein anderer Glaswerkstoff, der gegebenenfalls auch eine höhere Schmelztemperatur aufweist.To increase the strength of the insulation layer, fiber material in the form of carbon, metal (for example steel or nickel-based superalloy), basalt, ceramic fibers or particularly high-temperature-resistant glass fibers can be introduced during the production of the glass granules and / or the glass foam material in order to increase the strength and To increase the damage tolerance of this material. The fiber material, available as short, long or so-called continuous fibers, serves as a stiffener and crack stopper in the glass foam material. The fiber material can be mixed into the glass granulate before it is melted or foamed or can be inserted as a wound preform (for later cover layers) or semi-finished textile product, in particular as a braid or fabric cover layer or spacer fabric. These fiber materials can then be bonded and soaked into the glass granules during the melting and foaming process. In order to make it easier to impregnate the fiber gaps with the glass matrix, a glass material can optionally be used that achieves a particularly low viscosity at the process temperature, for example a glass solder. Furthermore, this glass material with a particularly low viscosity can only be used in the areas of the fiber cover layers (hot and / or cold side) and in the area of the glass foam another glass material, which may also have a higher melting temperature.
Im Fall einer Schlagbeanspruchung des erfindungsgemäßen Sandwichbauteilelements von außen, insbesondere auf die aus Faserverbundwerkstoff gefertigte Au-ßenschicht ist diese hinsichtlich ihrer mechanischen Restfestigkeit auszulegen. Das Risiko, dass selbst bei geringer Beanspruchung des in Rohrform gefertigten erfindungsgemäßen Sandwichbauelements dieses undicht wird, ist jedoch gering, da sich unter diesem die aus Schaumwerkstoff gefertigte Isolationsschicht befindet. Da diese viele einzelne Zellen umfasst, wobei jede für sich genommen gasdicht ist, ist selbst dann noch mit einer Gasdichtheit zu rechnen, wenn einige der äußeren Zellen beschädigt wären. Dadurch entsteht ein zusätzlicher Sicherheitsgewinn, da kleine Schlagbeanspruchungen oft unterhalb des sichtbaren Bereichs liegen und daher nicht detektiert werden, die Konstruktion diesen kleinen Schäden gegenüber jedoch tolerant ist.In the event of impact stress on the sandwich component element according to the invention from the outside, in particular on the outer layer made of fiber composite material, it must be designed with regard to its residual mechanical strength. However, the risk that the sandwich component according to the invention, which is manufactured in the form of a tube, will become leaky even with low stress is low, since the insulation layer made of foam material is located underneath it. Since this comprises many individual cells, each of which is gas-tight, gas-tightness can still be expected even if some of the outer cells were damaged. This creates an additional safety gain, as small impact loads are often below the visible range and are therefore not detected, but the design is tolerant of these small damages.
Durch das Einbringen von Luftkanälen auf der Außenseite der Isolationsschicht können Vorarbeiten für eine Leckdetektionsvorrichtung getroffen werden. Wird bei den weiteren Fertigungsschritten sichergestellt, dass die Luftkanäle auch nach dem Auflaminieren der Außenschicht aus Faserverbundwerkstoff luftdurchlässig bleiben, leiten sie im Fall eines Lecks in der inneren, d. h. der Isolationsschicht austretende Luft zu in der Außenschicht befindlichen, diskreten Luftauslasspunkten, vor welchen Temperatursensoren platziert werden. Dadurch kann eine zusätzliche, nicht-strukturelle Luftführungshülle eingespart werden.By introducing air channels on the outside of the insulation layer, preparatory work for a leak detection device can be carried out. If the further manufacturing steps ensure that the air channels remain permeable to air even after the outer layer made of fiber composite material has been laminated on, they will conduct air in the event of a leak in the inner, i.e. H. Air escaping from the insulation layer to discrete air outlet points in the outer layer, in front of which temperature sensors are placed. This means that an additional, non-structural air ducting envelope can be saved.
Alternativ dazu kann eine Leckdetektionseinrichtung durch das Einlaminieren faseroptischer Sensoren in die Außenschicht aus Faserverbundwerkstoff dargestellt werden. Wenn im Fall eines Lecks in der Isolationsschicht und daraufhin ausströmende Luft diese eine lokale Temperaturerhöhung in der Außenschicht verursacht, kann das Leck detektiert werden.Alternatively, a leak detection device can be provided by laminating fiber optic sensors into the outer layer made of fiber composite material. If, in the event of a leak in the insulation layer and the resulting air escaping, this causes a local temperature increase caused by the outer layer, the leak can be detected.
Eine weitere Möglichkeit einer Leckdetektionsvorrichtung ist dadurch gegeben, dass die feste lasttragende Außenschicht mit einer einfachen Luftleithülle aus Folienmaterial umhüllt wird, die im Fehlerfall ausströmende Luft zu bestimmten Öffnungen mit Temperatursensoren leitet. Da diese aus Folienmaterial gebildete Außenhülle nun keine Dämmfunktion übernimmt, ist sie deutlich einfacher herzustellen sowie zu montieren. Über eine Folienreserve in Form von Falten oder einer Prägung kann sichergestellt werden, dass im Fall von ausströmender Luft zwischen Außenhülle und Folie genügend Abstand vorhanden ist oder sich durch den Differenzdruck bildet, damit diese Luft zu diskreten Öffnungen in der Folie mit Leckdetektionssensoren strömen kann.Another possibility for a leak detection device is that the solid, load-bearing outer layer is covered with a simple air-conducting cover made of film material, which, in the event of a fault, directs air flowing out to certain openings with temperature sensors. Since this outer shell made of foil material does not perform any insulating function, it is significantly easier to manufacture and assemble. A film reserve in the form of folds or embossing can be used to ensure that in the event of air escaping, there is enough space between the outer cover and the film or is formed by the differential pressure so that this air can flow to discrete openings in the film with leak detection sensors.
In vorteilhafter Weise ist die Innenseite der Isolationsschicht als glatte Oberfläche ausgeführt, was durch eine Wärmebehandlung erreicht werden kann, wobei Stege aufgebrochener Glasblasen aufschmelzen und sich die Oberfläche des geschmolzenen Glases zu einer glatten Fläche zusammenzieht. Hierbei nimmt das Volumen des Glasschaumwerkstoffs lokal ab, so dass ein gegebenenfalls mechanisch bearbeiteter Rohling an den zu behandelnden Seiten mit entsprechendem Übermaß herzustellen ist. Ferner ist die Oberflächenhitzebehandlung so zu dosieren, dass sich nach der Behandlung und dem Zusammenschmelzen die Sollgeometrie ergibt. Die gewünschte Schichtstärke des oberflächlich dann nicht mehr porösen, sondern monolithischen Glasschaumwerkstoffs kann dadurch und durch die Größe des vorgehaltenen Übermaßes beeinflusst werden. Die Hitzebehandlung kann beispielsweise mittels eines Lasers oder mit einem auf Gasverbrennung oder Lichtbogen basierenden Gerät, ähnlich wie bei Schweiß- oder Glasbläserarbeiten, durchgeführt werden. In vorteilhafter Weise kann die Hitzebehandlung an Stirnseiten von Rohrenden durchgeführt werden, um eine glatte Oberfläche zum Abdichten des Verbindungsstoßes zu erreichen. Um an den Stirnseiten der Rohrenden nicht nur eine glatte, sondern auch ebene beziehungsweise geometrisch genau zu einer Dichtung passende Oberfläche zu erzeugen, kann auch die Verwendung eines heißen Stempelwerkzeugs oder ähnlichem zur Durchführung der Hitzebehandlung dienen. Um schädliche Zugspannungen im Werkstück zu vermeiden, kann es auch sinnvoll sein, entweder den Rohling insgesamt bei dessen Oberflächenbearbeitung auf ein höheres Temperaturniveau aufzuheizen und/oder im Anschluss an die Oberflächenbearbeitung einer Wärmebehandlung, ähnlich wie bei Glas-Temperprozessen durchzuführen.Advantageously, the inside of the insulation layer is designed as a smooth surface, which can be achieved by heat treatment, whereby webs of broken glass bubbles melt and the surface of the molten glass contracts to form a smooth surface. Here, the volume of the glass foam material decreases locally, so that an optionally mechanically processed blank must be produced with a corresponding oversize on the sides to be treated. Furthermore, the surface heat treatment must be dosed in such a way that the target geometry results after treatment and melting. The desired layer thickness of the glass foam material, which is no longer porous on the surface but is monolithic, can be influenced by this and by the size of the excess dimension provided. The heat treatment can be carried out, for example, using a laser or with a gas combustion or arc-based device, similar to welding or glassblowing work. The heat treatment can advantageously be carried out on the end faces of pipe ends in order to achieve a smooth surface for sealing the joint. In order to create not only a smooth surface on the end faces of the pipe ends, but also a flat one or one that fits geometrically exactly to a seal, the use of a hot stamp tool or similar can also be used to carry out the heat treatment. In order to avoid harmful tensile stresses in the workpiece, it can also make sense to either heat the blank as a whole to a higher temperature level during its surface processing and/or to carry out a heat treatment following the surface processing, similar to glass tempering processes.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Sandwichbauelement kann zur Einhausung heißer Aggregate, wie zum Beispiel eine APU (Auxiliary Power Unit) eines Flugzeugs, zur Zuluft- oder Abgasführung genutzt werden oder zur Einhausung zugehöriger Schalldämpfer, die auch heiß werden, eingesetzt werden. Die Luftdichtheit ist hier eher vernachlässigbar, so dass die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sandwichbauelemente auch geteilt hergestellt werden können. Diese weisen, im Gegensatz zu Dämmwolle, eine feste Struktur auf, und es liegt infolgedessen auf beiden Seiten eine feste Anschlussschicht vor, die für die Befestigung von Elementen innen oder für die Anbindung an die Struktur außen Vorteile bietet. So müssen beispielsweise weniger Strukturelemente durch die Dämmschicht hindurchgeführt werden, was Wärmebrücken reduziert.The sandwich component proposed according to the invention can be used to enclose hot units, such as an APU (Auxiliary Power Unit) of an aircraft, for supply air or exhaust gases, or can be used to enclose associated silencers, which also become hot. The airtightness here is rather negligible, so that the sandwich components proposed according to the invention can also be produced in parts. In contrast to insulating wool, these have a solid structure, and as a result there is a solid connection layer on both sides, which offers advantages for fastening elements inside or for connecting to the structure outside. For example, fewer structural elements have to be passed through the insulation layer, which reduces thermal bridges.
Ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Sandwichbauelement mit Faserkeramik auf einer Seite, einer Isolationsschicht aus Glasschaumwerkstoff in der Mitte und Faserverbundwerkstoff als Außenschicht kann zur Einhausung weiterer heißer Aggregate, wie zum Beispiel einer Festoxidbrennstoffzelle, oder zur sicherheitserhöhenden Einhausung von potentiell heiß werdenden Aggregaten, wie zum Beispiel Batterien, Niedertemperaturbrennstoffzellen und anderen Energiewandlern, eingesetzt werden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sandwichbauteile können auch als Strukturelemente eingesetzt werden, zum Beispiel als Hitzeschutzschilde von au-ßen dienen, so zum Beispiel bei Raumfahrzeugen für den atmosphärischen Wiedereintritt oder bei Überschallflugzeugen. In diesem Fall liegt die faserkeramische Deckschicht an der Außenseite und die aus Faserverbundwerkstoff ausgebildete Außenschicht auf der Innenseite des Flugkörpers.A sandwich component proposed according to the invention with fiber ceramic on one side, an insulation layer made of glass foam material in the middle and fiber composite material as the outer layer can be used to house further hot units, such as a solid oxide fuel cell, or to increase the safety of potentially hot units, such as batteries, low-temperature fuel cells and other energy converters. The sandwich components proposed according to the invention can also be used as structural elements, for example serving as heat shields from the outside, for example in spacecraft for atmospheric re-entry or in supersonic aircraft. In this case, the fiber-ceramic cover layer is on the outside and the outer layer made of fiber composite material is on the inside of the missile.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to the drawings.
Es zeigen
-
1 ein erfindungsgemäßes Sandwichbauelement, ausgeführt als Rohr mit einer Isolationsschicht aus Glasschaumwerkstoff und einer Au-ßenschicht aus Faserverbundwerkstoff, -
2 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Sandwichbauelements mit einer zusätzlichen Schicht eines Faserverbundwerkstoffs mit keramischer oder glasartiger, anorganischer Matrix auf der Innenseite der Isolationsschicht, -
3 eine schematisch angedeutete Vorrichtung zur lokalen Temperaturerhöhung zur Glättung der Innenseite der Isolationsschicht, -
4 ein als Platte oder Paneel ausgebildetes, erfindungsgemäß vorgeschlagenes Sandwichbauelement, -
5 einen Querschnitt durch ein rohrförmig gestaltetes, erfindungsgemä-ßes Sandwichbauelement mit An- beziehungsweise Einbauten auf Kaltseite und Heißseite, -
6a -6d einen Herstellungsprozess eines in Rohrform ausgebildeten Sandwichbauelements, -
7 ein Sandwichbauelement, ausgebildet als Rohr, -
8 ein Sandwichbauelement, ebenfalls ausgebildet als Rohr, von einer Luftleithülle umschlossen und -
9 und9 .1 ein Sandwichbauelement, ebenfalls ausgebildet als Rohr, mit in die Außenschicht einlaminierten, faseroptischen Sensoren.
-
1 a sandwich component according to the invention, designed as a tube with an insulation layer made of glass foam material and an outer layer made of fiber composite material, -
2 an embodiment variant of the sandwich component according to the invention with an additional layer of a fiber composite material with a ceramic or glass-like, inorganic matrix on the inside of the insulation layer, -
3 a schematically indicated device for local temperature increase to smooth the inside of the insulation layer, -
4 a sandwich component designed as a plate or panel and proposed according to the invention, -
5 a cross section through a tubular sandwich component according to the invention with attachments or internals on the cold side and hot side, -
6a -6d a manufacturing process of a sandwich component designed in the form of a tube, -
7 a sandwich component, designed as a tube, -
8th a sandwich component, also designed as a tube, enclosed by an air conduction sleeve and -
9 and9 .1 a sandwich component, also designed as a tube, with fiber-optic sensors laminated into the outer layer.
Ausführungsvarianten der ErfindungEmbodiments of the invention
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are referred to with the same reference numerals, with a repeated description of these elements being omitted in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.
Der Darstellung gemäß
Das Sandwichbauelement 50 in Form des Rohrs 24 enthält eine umliegende Isolationsschicht 54, die einen gasdichten, hochtemperaturbeständigen Glasschaumwerkstoff 10 umfasst. Des Weiteren umfasst das als Rohr 24 ausgeführte Sandwichbauelement 50 gemäß
Während gemäß
In einer nicht dargestellten Variation dieses Ausführungsbeispiels wird auf die Glasschicht 14 verzichtet, und auf der Heißseite 22 der Isolationsschicht 54 wird direkt auf die Oberfläche des Glasschaumwerkstoffs 10 die Schicht aus Faserverbundmaterial 16 mit keramischer Matrix oder mit glasartiger, anorganischer Matrix aufgebracht.In a variation of this exemplary embodiment, not shown, the
Der Darstellung gemäß
Aus der Darstellung gemäß
Aus der Darstellung gemäß
Gemäß der Ausführungsvariante in
Aus der Darstellung gemäß
Aus
Aus der Darstellung gemäß
Der gemäß
Die gemäß
In der Darstellung gemäß
Nach Beendigung des Aufschäumprozesses wird ein Rohling eines Sandwichbauelements 90 aus Faserkeramik beziehungsweise faserverstärktem Glas, Schaumglas und Faserverbundwerkstoff 12 erhalten. Das in
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des in den
Das vorstehend anhand der
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Sandwichbauelement 50 kann dahingehend erweitert werden, dass dieses mit einer Leckagedetektionsvorrichtung 66 versehen werden kann. Dazu können auf der Außenseite der Isolationsschicht 54, die einen gasdichten, hochtemperaturbeständigen Glasschaumwerkstoff 10 enthält, Luftkanäle 76 eingebracht werden, was beispielsweise durch Fräsen oder Abformen geschehen kann. Diese bleiben auch nach Auflaminieren der Außenschicht 52 in Form des Faserverbundwerkstoffs 12 luftdurchlässig und leiten im Fall eines Lecks in der Isolationsschicht 54 dort austretende Luft zu den in einer Faserverbundhülle 78 befindlichen diskreten Luftauslasspunkten 68. Vor diesen befinden sich Temperatursensoren 72. Somit übernimmt das Sandwichbauelement 50 zusätzlich die Aufgabe einer sonst weiter außen befindlichen, nicht-strukturellen Luftführungshülle, die in diesem Fall eingespart werden kann. Die diskreten Luftauslasspunkte 68 sind dabei so dimensioniert, dass die Fähigkeit der Außenhülle, die Umfangskräfte durch den Innendruck aufzunehmen, noch immer gewährleistet ist. Die Zellwände des Schaumglases und der gegebenenfalls darin eingebetteten Fasern sind dabei so bemessen, dass die Zellen trotz der lokalen Druckdifferenz nicht kollabieren.The sandwich component 50 proposed according to the invention can be expanded in such a way that it can be provided with a leak detection device 66. For this purpose,
Eine weitere Möglichkeit zur Integration einer Leckagedetektionsvorrichtung 66 ist das Einlaminieren von faseroptischen Sensoren 82 in die äußere strukturelle Faserverbundhülle 78. Da im Fall eines Lecks in der Isolationsschicht 54 die daraufhin ausströmende Heißluft eine lokale Temperaturerhöhung in der Außenschicht 52 verursacht, kann das Leck dadurch detektiert werden, unter der Voraussetzung, dass der Abstand zwischen den faseroptischen Sensoren 82 gering genug ist, so dass der Temperatureinflussbereich eines kritischen Lecks nicht kleiner als das Raster der Anordnung der Temperatursensoren 72 ist.Another possibility for integrating a leak detection device 66 is to laminate fiber-
Eine weitere Möglichkeit zur Integration der Leckagedetektionsvorrichtung 66 ist darin zu sehen, dass die feste, lasttragende Außenschicht 52 mit einer einfachen Luftleithülle aus Folie 84 umhüllt wird, die potentiell ausströmende Heißluft zu bestimmten Öffnungen mit Temperatursensoren 72 leitet. Da diese Außenhülle nun keine Dämmfunktion mehr übernimmt, ist diese deutlich einfacher herzustellen und leichter zu montieren. Über eine Folienreserve 88 in Form von Falten oder einer Prägung kann sichergestellt werden, dass im Fall von ausströmender Luft zwischen Außenhülle und Folie genügend Abstand vorhanden ist oder sich durch den Differenzdruck bildet, damit diese Luft zu diskreten Öffnungen in der Folie mit Leckagedetektionssensoren 66 strömen kann.Another possibility for integrating the leak detection device 66 can be seen in that the solid, load-bearing outer layer 52 is covered with a simple air-guiding cover made of
Für den Fall, dass die Isolationsschicht 54 durch mechanische Bearbeitung aus einem Blockmaterial hergestellt wird, so ist die Oberfläche der Isolationsschicht 54, die der Heißseite 22 zuweist, sehr rau. Die Oberfläche der Glasschaumschicht 54 (Isolationsschicht) besteht aus eine Anzahl von Stegen aufgebrochener Glasblasenzellen. Auf der Außenseite, wo die Außenschicht 52 auflaminiert wird, ist dies im Sinne der Anhaftung des Faserverbundwerkstoffs 12 von Vorteil. Auf der Innenseite der Isolationsschicht 54 ist jedoch eine glatte Oberfläche von Vorteil. Zudem ist es von Vorteil, wenn dort keine offenen Glasporen 94 vorhanden sind, in die potentiell Flüssigkeit eindringen könnte. Um dies zu erreichen, wird eine Wärmebehandlung der Oberfläche der Isolationsschicht 54, die der Heißseite 22 zuweist, vorgenommen. Dabei werden Stege aufgebrochener Glasporen 94 des Glasschaumwerkstoffs 10 aufgeschmolzen, die sich durch die Oberflächenspannung des geschmolzenen Glasschaumwerkstoffs 10 zu einer glatteren Oberfläche zusammenziehen. In the event that the insulation layer 54 is manufactured from a block material by mechanical processing, the surface of the insulation layer 54, which faces the
Da hierbei das Volumen des Glasschaumwerkstoffs 10 lokal abnimmt, muss dafür der mechanisch bearbeitete Rohling an den zu behandelnden Seiten mit entsprechendem Übermaß 96 hergestellt werden und die oberflächenwirksame Wärmebehandlung ist so zu dosieren, dass sich nach der Wärmebehandlung und dem Zusammenziehen das gewünschte Sollmaß 98 ergibt. Auch die gewünschte Schichtstärke des an der Oberfläche dann nicht mehr porösen, sondern monolithischen Glasschaumwerkstoffs 10 kann durch die Größe des vorgehaltenen Übermaßes 96 beeinflusst werden.Since the volume of the glass foam material 10 decreases locally, the mechanically processed blank must be produced with a
Die Oberflächenbehandlung kann beispielsweise mithilfe der Vorrichtung 18 in Gestalt eines Lasers oder mit einem auf Gasverbrennung oder Lichtbogen basierenden Gerät durchgeführt werden.The surface treatment can be carried out, for example, using the
Insbesondere kann die beschriebene Wärmebehandlung auch an Stirnseiten der Rohrenden der als Rohre 24 gefertigten Sandwichbauelemente 50 durchgeführt werden, um eine glatte Oberfläche zum Abdichten der Verbindungsstöße zwischen zwei miteinander zu verbindenden Rohren 24 zu erreichen. Um hier nicht nur eine glatte, sondern auch eine ebene beziehungsweise geometrisch genau zu einer Dichtung passende Oberfläche zu erzeugen, kann auch die Verwendung eines hei-ßen Stempelwerkzeugs oder ähnliches in Erwägung gezogen werden.In particular, the heat treatment described can also be carried out on the end faces of the tube ends of the sandwich components 50 manufactured as tubes 24 in order to achieve a smooth surface for sealing the connecting joints between two tubes 24 to be connected to one another. In order to create not only a smooth surface, but also a surface that is flat or geometrically exactly the right fit for a seal, the use of a hot stamping tool or similar can also be considered.
Um Oberflächenzugspannungen oder andere schädliche Zugspannungen in der Isolationsschicht 54, die einen gasdichten, hochtemperaturbeständigen Glasschaumwerkstoff 10 umfasst, zu verhindern, kann es sinnvoll sein, entweder den Rohling insgesamt bei der Oberflächenbehandlung auf ein erhöhtes Temperaturniveau aufzuheizen und/oder im Anschluss an die Oberflächenbearbeitung einer Wärmebehandlung, ähnlich wie bei Glastemperprozessen, durchzuführen.In order to prevent surface tensile stresses or other harmful tensile stresses in the insulation layer 54, which comprises a gas-tight, high-temperature-resistant glass foam material 10, it may make sense either to heat the blank as a whole to an increased temperature level during the surface treatment and/or to carry out a heat treatment following the surface treatment , similar to glass tempering processes.
Bei besonders temperaturintensiven Anwendungen und für den Fall, dass zu erwartende Belastungen auf der Heißseite 22 eines Sandwichbauelements 50 derart sind, dass sie nicht von der Isolationsschicht 54 beziehungsweise einer nach Oberflächenbehandlung geglätteten Glasschicht 14 alleine aufgenommen werden können, kann auf der Heißseite 22 eine Faserverstärkung vorgenommen werden. Dazu wird auf die unbearbeitete Oberfläche der Isolationsschicht 54 an der der Heißseite 22 zuweisenden Seite der Isolationsschicht 54 ein Faserverbundmaterial 16 mit keramischer Matrix oder mit glasartiger, anorganischer Matrix eingesetzt. Dessen Aufbringen kann beispielsweise durch direktes Auflaminieren und anschließende Temperaturbehandlung der laminierten Schicht und der Isolationsschicht 54 gemeinsam zur Konsolidierung und Aushärtung beziehungsweise Pyrolyse des Faserverbundmaterials 16 mit keramischer Matrix oder mit einer glasartigen, anorganischen Matrix geschehen, falls die Temperaturbeständigkeit des Glasschaumwerkstoffs 10 hoch genug für den für das oben genannte Faserverbundmaterial 16 notwendigen Prozess (z. B. Glaslötprozess) ist.In particularly temperature-intensive applications and in the event that expected loads on the
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Sandwichbauelement kann in Heißgasleitungen, zur Luft- beziehungsweise Abgasführung oder als Einhausung heißer Aggregate, wie zum Beispiel einer APU (Auxiliary Power Unit) eines Flugzeugs eingesetzt werden, ferner kommt ein Einsatz als Einhausung zugehöriger Schalldämpfer in Frage. Bei den Anwendungen als Einhausung spielt die Luftdichtheit eine geringere Rolle, so dass die Sandwichbauelemente 50 in diesem Fall auch geteilt hergestellt werden können. Ein Vorteil ist jedoch darin zu sehen, dass das Sandwichbauelement 50 im Gegensatz zu Dämmwolle eine feste Struktur hat und daher auf beiden Seiten eine feste Anschlussschicht vorliegt, die für die Befestigung von Anbauelementen (vgl. Position 28, 30) oder für die Anbindung an äußere Strukturen geeignet sind.The sandwich component proposed according to the invention can be used in hot gas lines, for air or exhaust gas routing or as an enclosure for hot units, such as an APU (Auxiliary Power Unit) of an aircraft; it can also be used as an enclosure for associated silencers. When used as an enclosure, airtightness plays a less important role, so that the sandwich components 50 can also be manufactured in parts in this case. However, one advantage can be seen in the fact that the sandwich component 50, in contrast to insulating wool, has a solid structure and therefore there is a solid connecting layer on both sides, which is used for fastening add-on elements (see
In ähnlicher Weise kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene Sandwichbauelement 50 mit einem Faserverbundmaterial 16 mit keramischer Matrix oder mit einer glasartigen, anorganischen Matrix einer Isolationsschicht 54, die einen gasdichten, hochtemperaturbeständigen Glasschaumwerkstoff 10 sowie einen Faserverbundwerkstoff 12 als Außenschicht 52 aufweist, zur Einhausung weiterer heißer Aggregate, wie zum Beispiel einer Festoxidbrennstoffzelle oder zur sicherheitserhöhenden Einhausung potentiell heiß werdender Aggregate (z. B. im Fehlerfall), wie zum Beispiel Batterien, Niedertemperaturbrennstoffzellen oder anderen Energiewandlern, eingesetzt werden.In a similar way, the sandwich component 50 proposed according to the invention can be made with a
Ein weiterer Anwendungsfall für das beschriebene, erfindungsgemäß vorgeschlagene Sandwichbauelement 50, 90 können Strukturelemente sein, die als Hitzeschutzschilde von außen dienen, so zum Beispiel bei Raumfahrzeugen, wo sie dem Hitzeschutz bei einem atmosphärischen Wiedereintritt dienen oder bei Überschallflugzeugen. In diesem Fall ist die mit dem Faserverbundmaterial 16 mit keramischer Matrix oder glasartiger, anorganischer Matrix vorgesehene Seite auf der Außenseite liegend und die aus dem Faserverbundwerkstoff 12 gefertigte Außenschicht 52 auf der Innenseite des Fluggeräts angeordnet. Auch in diesem Anwendungsfall kann eine Adaption des weiter oben beschriebenen Prinzips des Einlaminierens faseroptischer Sensoren 82, in diesem Fall gegebenenfalls auch in die faserkeramische Deckschicht oder in die in diesem Fall innere Faserverbundwerkstoffschicht oder in beide zur Detektion von Lecks oder Beschädigungen dienen.Another application for the described sandwich component 50, 90 proposed according to the invention can be structural elements that serve as heat protection shields from the outside, for example in spacecraft, where they serve as heat protection during atmospheric re-entry or in supersonic aircraft. In this case, the side provided with the
Die Außenschicht 52 auf der Kaltseite 20, die aus Duro- oder Thermoplast-Faserverbundwerkstoff 12 gefertigt ist, kann erst dann aufgebracht beziehungsweise auflaminiert werden, wenn danach keine Prozesse mit extrem hohen Temperaturen durchgeführt werden, wie sie für die Bearbeitung von Glas oder keramischem Material notwendig sind, sondern nur noch Prozesse mit Temperaturen im normalen Verarbeitungsbereich des Kunststofffaserverbunds ablaufen. Für das Aufbringen des als Außenschicht 52 dienenden Faserverbundwerkstoffs 12 kommen nahezu alle gängigen Prozesse, wie zum Beispiel Duroplast-Prepreg-basierte Verfahren, Harzinfusionsverfahren, RTM-Verfahren (Resin Transfer Molding ≙ Spritzpressen), Thermoplast-Prepreg-basierte Verfahren, wie zum Beispiel TP-AFP-Verfahren (Thermoplastic Automated Fiber Placement), in Frage, solange die mechanischen und thermischen Belastungen, zum Beispiel durch Autoklavdruck, Legekopf-Anpressdruck oder durch Temperaturgradienten nicht höher sind als die Belastungsgrenze des als Isolationsschicht 54 eingesetzten Glasschaumwerkstoffs 10.The outer layer 52 on the
Den
Den
Der Verlauf der Anordnung der faseroptischen Sensoren 82 kann dem Verlauf der Luftkanäle 76 entsprechen, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Bei den Luftkanälen 76 ist es beispielsweise sinnvoll, wenn sie sich regelmäßig überkreuzen; bei faseroptischen Sensoren 82 kann auch eine engmaschige, spiralförmige Wicklung in nur eine Richtung in Frage kommen, ohne dass Überkreuzungen ausgebildet sind. Die Luftkanäle 76 gemäß
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the exemplary embodiments described here and the aspects highlighted therein. Rather, within the range specified by the claims, a large number of modifications are possible, which are within the scope of professional action.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1010
- GlasschaumwerkstoffGlass foam material
- 1212
- FaserverbundwerkstoffFiber composite material
- 1414
- Glasschicht an der Oberfläche des GlasschaumwerkstoffsGlass layer on the surface of the glass foam material
- 1616
- Faserverbundmaterial mit keramischer oder glasartiger, anorganischer MatrixFiber composite material with ceramic or glass-like, inorganic matrix
- 1818
- Vorrichtung zur lokalen Erzeugung hoher TemperaturenDevice for locally generating high temperatures
- 2020
- KaltseiteCold side
- 2222
- HeißseiteHot side
- 2424
- RohrPipe
- 2525
- Resonatorkammernresonator chambers
- 2626
- Platte, Paneelplate, panel
- 2828
- Anbauteile Baustruktur oder System auf HeißseiteAttachments to the building structure or system on the hot side
- 3030
- Anbauteile aus Faserverbundwerkstoff auf KaltseiteAttachments made of fiber composite material on the cold side
- 3232
- Trockene VerstärkungsfasernDry reinforcing fibers
- 3434
- Innere FormInner shape
- 3636
- Vorformlingpreform
- 3838
- AußenformExternal shape
- 4040
- Ausdehnung während des AufschäumprozessesExpansion during the foaming process
- 4848
- LeckagestelleLeak point
- 5050
- SandwichbauelementSandwich component
- 5252
- Außenschicht beziehungsweise Schicht auf KaltseiteOuter layer or layer on the cold side
- 5454
- Isolationsschichtinsulation layer
- 5656
- Fasermaterial (Metall-, Basalt-, Glas-, Karbon- und Keramikfasern)Fiber material (metal, basalt, glass, carbon and ceramic fibers)
- 5858
- KurzfasernShort fibers
- 6060
- LangfasernLong fibers
- 6262
- GlasgranulatGlass granules
- 6464
- TextilhalbzeugTextile semi-finished product
- 6666
- LeckagedetektionsvorrichtungLeak detection device
- 6868
- Auslassoutlet
- 70 7270 72
- TemperatursensorTemperature sensor
- 74 7674 76
- Luftkanäle in Außenseite IsolationsschichtAir channels in outside insulation layer
- 7878
- FaserverbundhülleFiber composite cover
- 8282
- Einlaminierte faseroptische SensorenLaminated fiber optic sensors
- 8484
- Luftleithülle aus FolieAir guide cover made of foil
- 8686
- Stirnseitefront side
- 8888
- FolienreserveFoil reserve
- 9090
- Sandwichbauelement aus Faserverbundwerkstoff mit anorganischer Matrix, Schaumglas und allgemeinem VerbundwerkstoffSandwich component made of fiber composite material with inorganic matrix, foam glass and general composite material
- 9292
- Vorschubrichtungfeed direction
- 9494
- Offene GlasporenOpen glass pores
- 9696
- Übermaßexcess
- 9898
- SollmaßTarget size
- 100100
- Geschlossene FormClosed form
- 102102
- Erste FormhälfteFirst half of the mold
- 104104
- Zweite FormhälfteSecond half of the mold
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102016000915 A1 [0002]DE 102016000915 A1 [0002]
- DE 112011102404 T5 [0003]DE 112011102404 T5 [0003]
- AT 521214 B1 [0004]AT 521214 B1 [0004]
- DE 10341158 A1 [0005]DE 10341158 A1 [0005]
Claims (20)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022105673.2A DE102022105673A1 (en) | 2022-03-10 | 2022-03-10 | Method for producing an at least two-layer sandwich component |
PCT/EP2023/055678 WO2023170029A1 (en) | 2022-03-10 | 2023-03-07 | Method for producing an at least two-layered sandwich component |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022105673.2A DE102022105673A1 (en) | 2022-03-10 | 2022-03-10 | Method for producing an at least two-layer sandwich component |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022105673A1 true DE102022105673A1 (en) | 2023-09-14 |
Family
ID=85601707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022105673.2A Pending DE102022105673A1 (en) | 2022-03-10 | 2022-03-10 | Method for producing an at least two-layer sandwich component |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022105673A1 (en) |
WO (1) | WO2023170029A1 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3241046B2 (en) | 1993-11-12 | 2001-12-25 | 信越石英株式会社 | Molded body made of quartz glass and method for producing the same |
US20050031844A1 (en) | 2001-08-20 | 2005-02-10 | Bo Wang | Foam glass product |
DE10341158A1 (en) | 2003-09-06 | 2005-05-12 | Fraunhofer Ges Forschung | Glass foam construction element for noise damping, used in e.g. stud walls, provided with protective material, preferably in form of soft frame |
US20080063875A1 (en) | 2000-09-20 | 2008-03-13 | Robinson John W | High heat distortion resistant inorganic laminate |
DE112011102404T5 (en) | 2010-07-19 | 2013-06-06 | Imerys Filtration Minerals, Inc. | Foam glass with low coefficient of thermal expansion and associated processes |
US20150337679A1 (en) | 2014-05-20 | 2015-11-26 | Snecma | Method for detecting a fluid leak in a turbomachine and system for distributing a fluid |
DE102016000915A1 (en) | 2016-01-29 | 2017-08-03 | Hans-Peter Reinberger | Foundation structure of a building |
AT521214B1 (en) | 2018-04-18 | 2020-07-15 | Profeta Da Silva Alois | Forming glass foam into semi-finished products, with fiber composite |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3157204A (en) * | 1960-10-19 | 1964-11-17 | Morris T Phillips | Insulating and protective covering devices |
FR2719065B3 (en) * | 1994-04-11 | 1996-03-29 | Techni Clean | Non-flammable thermal insulation panel consisting of a mineral insulating foam element and a reinforced thermosetting synthetic element. |
DE102007042546B4 (en) * | 2007-09-07 | 2010-01-14 | Ulrich Glombitza | Method for spatially resolved temperature measurement in a pipe or channel system |
EP3822072A1 (en) * | 2019-11-14 | 2021-05-19 | Airbus Operations, S.L. | Fireproof and thermal insulator product |
-
2022
- 2022-03-10 DE DE102022105673.2A patent/DE102022105673A1/en active Pending
-
2023
- 2023-03-07 WO PCT/EP2023/055678 patent/WO2023170029A1/en unknown
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3241046B2 (en) | 1993-11-12 | 2001-12-25 | 信越石英株式会社 | Molded body made of quartz glass and method for producing the same |
US20080063875A1 (en) | 2000-09-20 | 2008-03-13 | Robinson John W | High heat distortion resistant inorganic laminate |
US20050031844A1 (en) | 2001-08-20 | 2005-02-10 | Bo Wang | Foam glass product |
DE10341158A1 (en) | 2003-09-06 | 2005-05-12 | Fraunhofer Ges Forschung | Glass foam construction element for noise damping, used in e.g. stud walls, provided with protective material, preferably in form of soft frame |
DE112011102404T5 (en) | 2010-07-19 | 2013-06-06 | Imerys Filtration Minerals, Inc. | Foam glass with low coefficient of thermal expansion and associated processes |
US20150337679A1 (en) | 2014-05-20 | 2015-11-26 | Snecma | Method for detecting a fluid leak in a turbomachine and system for distributing a fluid |
DE102016000915A1 (en) | 2016-01-29 | 2017-08-03 | Hans-Peter Reinberger | Foundation structure of a building |
AT521214B1 (en) | 2018-04-18 | 2020-07-15 | Profeta Da Silva Alois | Forming glass foam into semi-finished products, with fiber composite |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Römpp Lexikon Chemie, Stichwort: Schaumglas, in RÖMPP [Online], Stuttgart, Georg Thieme Verlag, [Oktober 2022], https://roempp.thieme.de/lexicon/RD-19-00746, [recherchiert am 06.10.2022] |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2023170029A1 (en) | 2023-09-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102014100035B4 (en) | COMPOSITE CONSTRUCTION PLATE AND METHOD FOR CREATING SUCH A PLATE | |
EP2054561B1 (en) | Vacuum insulation panel with a lead-through | |
DE102005028765B4 (en) | Method for producing a reinforcing profile | |
EP1798428A1 (en) | Braided composite part | |
DE102010063094A1 (en) | Method for producing a material-hybrid component | |
WO2013026511A1 (en) | Control housing module and production method | |
DE10126926B4 (en) | Internal combustion chamber of a ceramic composite material and method of manufacture | |
DE102010014545B4 (en) | Method and device for producing a composite molded part from fiber-reinforced plastic | |
EP2003388B1 (en) | Heat insulating body and method for producing same | |
DE102010008711A1 (en) | Method and arrangement for producing a one-piece hollow profile component with fiber composite material | |
DE3806593C2 (en) | ||
DE102010031639A1 (en) | Composite component and method for producing a composite component | |
DE3446649C2 (en) | ||
DE102022105673A1 (en) | Method for producing an at least two-layer sandwich component | |
DE102020129355A1 (en) | Process for coating a wall | |
DE102017218310A1 (en) | Battery case, battery assembly and method of making a battery case | |
DE102016223057A1 (en) | Thermally insulating sheet-like component with a low component thickness, in particular as a functional space covering of a motor vehicle | |
DE102014208835A1 (en) | Process for producing a plastic component | |
DE102018006150A1 (en) | Producing a vacuum insulating panel with a honeycomb core | |
DE102013108645B4 (en) | Method for producing a test specimen and use of the test specimen | |
AT521781B1 (en) | Engine compartment insulation element | |
EP2182198B1 (en) | Pressure container for high-temperature use and a method for production of same | |
DE102016007157B4 (en) | Guide tube and manufacturing process | |
EP3296099B1 (en) | Method for producing an engine component by means of a blank from intumescent material | |
DE19713332A1 (en) | Exhaust manifolds for automobiles |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed |