DE10340561A1 - Aircraft used as rotary-wing aircraft, e.g. helicopter, comprises structural component at risk from impact/explosion which is made of lightweight composite material with rigid, strong support layer and fiber-reinforced elastomer layer - Google Patents

Aircraft used as rotary-wing aircraft, e.g. helicopter, comprises structural component at risk from impact/explosion which is made of lightweight composite material with rigid, strong support layer and fiber-reinforced elastomer layer Download PDF

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Abstract

Aircraft, especially a rotary-wing aircraft, especially a helicopter, comprises a structural component at risk from impact or explosion which is made of a plate- or shell-like lightweight composite material with at least one first rigid, strong support layer (2) produced from at least one metal material or a composite material, and at least one elastomer layer (4) fixed to the support layer. The elastomer layer is completely penetrated by reinforcing fibers (6) and forms a matrix for the reinforcing fibers. Preferred Features: The support layer comprises an aluminum material. The structural component is a base assembly or a base assembly component of the aircraft, a component of the power plant, a fuel tank arranged in a base element, or a fire-protection element.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL TERRITORY

Die Erfindung betrifft ein platten- oder schalenförmiges Leichtbau-Verbundmaterial, ein Zwischenprodukt für ein derartiges Leichtbau-Verbundmaterial sowie Verfahren zur Herstellung und Bearbeitung des Leichtbau-Verbundmaterials. Ferner betrifft die Erfindung besonders geeignete Verwendungen für ein derartiges Leichtbau-Verbundmaterial.The invention relates to a plate or cupped Lightweight composite material, an intermediate product for such a lightweight composite material and methods for manufacturing and processing the lightweight composite material. Furthermore, the invention relates to particularly suitable uses for such Lightweight composite material.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Aus der DE-OS 38 34 205 ist ein Verbundmaterial bekannt, umfassend zwei dehnsteife, zugfeste Trägerschichten, die aus einem Metallwerkstoff, nämlich Stahl, hergestellt sind, und eine zwischen diesen Trägerschichten angeordnete und mit den Trägerschichten fest verbundene Elastomerschicht. An den inneren, der Elastomerschicht zugewandten Seiten der Trägerschichten sind diese jeweils mit einer dünnen Schicht aus einem flexiblen Metallmaschenmaterial versehen, welches geringfügig, d.h. nur oberflächennah, in die Elastomerschicht hineinragt. Dieses Metallmaschenmaterial bildet eine Art Verankerung, welches den flächigen Zusammenhalt zwischen der Elastomerschicht und der jeweiligen Trägerschicht verbessern soll.From the DE-OS 38 34 205 A composite material is known, comprising two rigid, tensile carrier layers, which are made of a metal material, namely steel, and an elastomer layer arranged between these carrier layers and firmly connected to the carrier layers. On the inner sides of the carrier layers facing the elastomer layer, these are each provided with a thin layer of a flexible metal mesh material which projects slightly, ie only close to the surface, into the elastomer layer. This metal mesh material forms a type of anchoring which is intended to improve the areal cohesion between the elastomer layer and the respective carrier layer.

Ein ähnliches Verbundmaterial, jedoch ohne die zuvor erwähnte Metallmaschenschicht, ist in der US-P-6 050 208 offenbart.A similar composite, however without the aforementioned Metal mesh layer is disclosed in U.S. Patent No. 6,050,208.

Des Weiteren sind in der Werkstofftechnik sogenannte Faser-Kunststoff-Verbundmaterialien bekannt, welche Verstärkungsfasern, wie zum Beispiel Glas-, Aramid- oder Kohlefasern, Borfasern, ultrafeste Polyethylenfasern usw. aufweisen, welche in eine Kunststoffmatrix, wie zum Beispiel ein Polyester- oder Epoxydharz eingebettet sind. Derartige Materialien sind im Fahrzeugbau, insbesondere dem Luftfahrzeugbau recht verbreitet.Furthermore, so-called Fiber-plastic composite materials known which reinforcing fibers, such as glass, aramid or carbon fibers, boron fibers, ultra-strong Have polyethylene fibers etc., which are in a plastic matrix, such as a polyester or epoxy resin are embedded. Such materials are used in vehicle construction, especially aircraft construction quite common.

Ferner sind Faser-Kunststoff-Metall-Verbundmaterialien bekannt, wie sie für luftfahrttechnische Anwendungen zum beispielsweise unter dem Handelsnamen Glare® oder Arall® der Fa. Fokker Aerostructures B.V. vertrieben werden. Bei diesen Materialien handelt es um plattenförmige Verbundelemente aus Metallblechen und Faser-Kunststoff-Verbundplatten, die miteinander verklebt sind. Glare® stellt zum Beispiel einen Verbund aus mindestens zwei Aluminiumsblechen und einer Faser-Epoxydverbundplatte dar.Furthermore, fiber-plastic-metal composite materials are known, as are marketed, for aeronautical applications, for example, under the trade name Glare ® or Arall ® from. Fokker Aerostructures BV. These materials are plate-shaped composite elements made of sheet metal and fiber-plastic composite panels that are glued together. For example, Glare ® is a composite of at least two aluminum sheets and a fiber-epoxy composite panel.

Faser-Kunststoff-Verbundmaterialien sowie Faser-Kunststoff-Metall-Verbundmaterialien haben sich für luftfahrzeugtechnische Anwendungen grundsätzlich bewährt und finden in letzter Zeit auch vermehrt in der Automobilindustrie Anwendung. Die Verarbeitung derartiger Materialien ist jedoch sehr anspruchsvoll, und zwar nicht nur aufgrund des erforderlichen apparativen Aufwandes und der notwendigen handwerklichen Fähigkeiten, sondern auch aufgrund der teilweise sehr unterschiedlichen bzw. gegensätzlichen Eigenschaften der am jeweiligen Materialverbund beteiligten Einzelwerkstoffe. Aus dem letztgenannten Grund ist auch die praktische Anwendung von Verbundmaterialien in einem Bauteil im Hinblick auf einen gewünschten praktischen Einsatz dieses Bauteils ein komplexes Fachgebiet. Ein Verbundmaterial, welches für eine bestimmte Anwendung oder ein bestimmtes Verarbeitungsverfahren günstig ist, kann sich für eine andere Anwendung oder ein anderes Verarbeitungsverfahren als höchst problematisch herausstellen.Fiber-reinforced plastic materials and fiber-plastic-metal composite materials have opted for Aircraft applications basically proven and have been found recently also increasingly used in the automotive industry. The processing However, such materials are very demanding, and not only because of the necessary equipment and the necessary craft skills, but also due to the sometimes very different or opposing Properties of the individual materials involved in the respective material composite. For the latter reason, the practical application of Composite materials in a component with a view to a desired one practical use of this component is a complex subject. On Composite material, which for a specific application or processing method is favorable, can stand up for another application or processing method other than highly problematic out.

Dies ist in der Automobil- und Luftfahrzeugtechnik, in welcher Verbundmaterialien zumeist als hochgradig multifunktionale Werkstoffe eingesetzt werden, von besonderer Bedeutung, denn die Verbundmaterialien können infolge der zuvor geschilderten Problematik die Summe der für eine Anwendung gewünschten Eigenschaften in der Regel nicht oder nicht optimal erfüllen bzw. viele Werkstoffeigenschaften nicht optimal ausnutzen.This is in automotive and aircraft engineering, in which composite materials mostly as highly multifunctional Materials are used, of particular importance, because the Composite materials can due to the problem described above, the sum of the desired for an application Usually do not or do not optimally fulfill properties or do not make optimal use of many material properties.

Neuere Forderungen an Automobil- und Luftfahrzeugstrukturen beziehen sich insbesondere auf passive Sicherheit, Crashsicherheit, Hitzebeständigkeit, Wärmeisolierung, Beständigkeit gegen allgemeine Stoß- und Einschlagsbelastungen wie beispielsweise durch Beschuss und umherfliegende Teile, hohe dynamische Festigkeit und Schadenstoleranz, Dichtigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Gewichtseinsparung und letztendlich eine technisch möglichst einfache und wirtschaftliche Verarbeitbarkeit. Es wäre es also wünschenswert, ein Material bereitstellen zu können, welches möglichst viele dieser geforderten Eigenschaften möglichst optimal erfüllt.Recent demands on automotive and aircraft structures relate in particular to passive ones Safety, crash safety, heat resistance, heat insulation, durability against general shock and impact loads such as shelling and flying parts, high dynamic strength and damage tolerance, Tightness, corrosion resistance, Weight saving and ultimately one technically possible easy and economical processability. So it would be desirable, to be able to provide a material which if possible fulfills many of these required properties as optimally as possible.

Ein spezielles und höchst diffiziles Problem stellt in der Luftfahrzeugtechnik die Crashsicherheit auf Wasser dar, was für Flächenflugzeuge und Drehflügelflugzeuge gleichermaßen gilt. Bei einem Crash auf Wasser können nämlich anders als bei einem Crash auf festem Land keine Fahrwerke oder Landewerke -stoßmindernd zur Wirkung kommen. Vielmehr werden die crashbedingten Belastungen direkt in die Rumpf- und oder Tragflächenstruktur des Luftfahrzeuges eingeleitet. Hier bestehen folglich extrem hohe Anforderungen an die für die Struktur bzw. die Strukturbauteile des Luftfahrzeuges verwendeten Werkstoffe und Materialien. Eine ähnliche Problematik tritt auch bei einem Crash auf Schlamm oder tiefem Schnee auf. Es wäre folglich wünschenswert, das Crashverhalten durch Bereitstellung geeigneter Materialien verbessern zu können.A special and extremely difficult Crash safety poses a problem in aircraft technology Water what what wing aircraft and rotary wing aircraft equally applies. A crash on water can be different than a crash No landing gear or landing gear on firm land - to reduce impact come into effect. Rather, the crash-related loads directly into the fuselage and or wing structure of the aircraft initiated. Consequently, there are extremely high requirements here the for the structure or the structural components of the aircraft used materials and materials. A similar Problems also arise in the event of a crash on mud or deep snow on. It would be therefore desirable that Improve crash behavior by providing suitable materials to be able to.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe bzw. das technische Problem zugrunde, ein neuartiges Leichtbau-Verbundmaterial zu schaffen, welches verbesserte multifunktionale Eigenschaften insbesondere im Hinblick auf Crashsicherheit und damit zusammenhängende Faktoren aufweist. Ein weiterer Aspekt der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist es, ein Zwischenprodukt zur Herstellung eines solchen Leichtbau-Verbundmaterials sowie ein besonders geeignetes Verfahren zur Bearbeitung eines derartigen Zwischenproduktes bzw. eines derartigen Leichtbau-Verbundmaterials zur Verfügung zu stellen. Ein noch anderer Aspekt der Aufgabe ist es, besonders geeignete Verwendungen für ein solches Leichtbau-Verbundmaterial bereit zu stellen.The invention is based on the object or the technical problem of creating a novel lightweight composite material which has improved multifunctional properties, in particular with regard to crash safety and thus together has dependent factors. Another aspect of the object on which the invention is based is to provide an intermediate product for producing such a lightweight composite material and a particularly suitable method for processing such an intermediate product or such a lightweight composite material. Yet another aspect of the task is to provide particularly suitable uses for such a lightweight composite material.

Die vorhergenannte Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein erfindungsgemäßes Leichtbau-Verbundmaterial mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The aforementioned task is carried out according to a solved first aspect of the invention by a lightweight composite material according to the invention with the features of claim 1.

Dieses platten- oder schalenförmige Leichtbau-Verbundmaterial umfasst mindestens eine erste dehnsteife, zugfeste Trägerschicht, die aus wenigstens einem Metallwerkstoff hergestellt ist, und mindestens eine mit dieser Trägerschicht fest verbundene Elastomerschicht, die im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern durchsetzt ist und eine Matrix für die Verstärkungsfasern bildet. Ein plattenförmiges Material umfasst im Sinne der Erfindung auch ein streifenförmiges Material.This plate or shell-shaped lightweight composite material comprises at least a first rigid, tensile carrier layer, which is made of at least one metal material, and at least one with this backing layer firmly bonded elastomer layer, which is essentially entirely of reinforcing fibers is interspersed and a matrix for the reinforcing fibers forms. A plate-shaped For the purposes of the invention, material also comprises a strip-shaped material.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein erfindungsgemäßes Leichtbau-Verbundmaterial mit den Merkmalen des Anspruchs 2.The basis of the invention The task is also solved by a lightweight composite material according to the invention with the features of claim 2.

Dieses Leichtbau-Verbundmaterial umfasst mindestens eine erste dehnsteife, zugfeste Trägerschicht, die aus einem Verbundwerkstoff, insbesondere einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, und mindestens eine mit dieser Trägerschicht fest verbundene Elastomerschicht, die im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern durchsetzt ist und eine Matrix für die Verstärkungsfasern bildet.This lightweight composite material comprises at least a first rigid, tensile carrier layer, those made of a composite material, in particular a fiber composite material is produced, and at least one with this carrier layer firmly bonded elastomer layer, which is essentially entirely of reinforcing fibers is interspersed and a matrix for the reinforcing fibers forms.

Die von den Verstärkungsfasern durchsetzte (weiche) Elastomerschicht wird nachfolgend auch kurz als Faser-Elastomerverbundschicht bezeichnet werden.The (soft) penetrated by the reinforcing fibers The elastomer layer is also briefly referred to below as a fiber-elastomer composite layer be designated.

Dehnsteif und zugfest bedeutet im Hinblick auf die Trägerschicht, dass diese eine im Vergleich zur Faser-Elastomerverbundschicht erheblich größere Dehnsteifigkeit und Zugfestigkeit besitzt, was nachfolgend aus der beispielhaften Beschreibung der für die Trägerschicht und die Faser-Elastomerverbundschicht verwendeten Werkstoffe und deren Anordnung noch deutlicher werden wird. Die Verstärkungsfasern können in isotroper, anisotroper oder orthotroper Anordnung vorliegen, d.h. beispielweise in Gestalt von uni- oder multidirektionalen Faseranordnungen, Rovings, Fasermatten oder Vliesen mit einem Agglomerat von Einzelfasern (Lang- oder Kurzfasern), Gelegen, Geweben, Gewirken usw., oder in Mischformen daraus vorgesehen sein. Derartige Faserstrukturen lassen sich sowohl ein- als auch mehrschichtig bereitstellen. Als Verstärkungsfasern kommen vorzugsweise Fasern aus Glas, Kohlenstoff, Aramid, Metall, und auch Naturfasern (z.B. Hanf, Flachs, Jute), oder ein Hybrid aus diesen Fasern zur Anwendung.Stiff and tensile means in With regard to the backing layer, that this is significant compared to the fiber-elastomer composite layer greater stiffness and Has tensile strength, which follows from the exemplary description of the for the backing and the fiber-elastomer composite layer used materials and the arrangement of which will become even clearer. The reinforcing fibers can are in an isotropic, anisotropic or orthotropic arrangement, i.e. for example in the form of unidirectional or multidirectional fiber arrangements, Rovings, fiber mats or nonwovens with an agglomerate of individual fibers (Long or short fibers), laid fabrics, woven fabrics, knitted fabrics etc., or in mixed forms be provided from it. Such fiber structures can be both provide single and multi-layered. As reinforcing fibers preferably come fibers made of glass, carbon, aramid, metal, and also natural fibers (e.g. hemp, flax, jute), or a hybrid from these fibers for use.

„Vollständig von Verstärkungsfasern durchsetzt" bedeutet in dem o.g. Zusammenhang und im Sinne der Erfindung, dass die Verstärkungsfasern nicht nur an einem äußeren Randbereich der Elastomerschicht, sondern auch in anderen Schicht- oder Dickenbereichen der Elastomerschicht vorhanden bzw. in der Dickenrichtung vorzugsweise gleichmäßig verteilt sind. Der Faseranteil in der Elastomerschicht beträgt ca. 20 bis 80%, vorzugsweise 30 bis 70%, noch bevorzugter 35 bis 60%, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese Wertebereiche beschränkt ist.“Completely made of reinforcing fibers enforced "means in the above context and in the sense of the invention, that the reinforcing fibers are not only on an outer edge area the elastomer layer, but also in other layer or thickness areas the elastomer layer or preferably in the thickness direction equally distributed are. The fiber content in the elastomer layer is approx. 20 to 80%, preferably 30 to 70%, more preferably 35 to 60%, wherein however, the invention is not limited to these ranges of values.

Für eine aus wenigstens einem Metallwerkstoff hergestellte Trägerschicht werden vorzugsweise Aluminium, Aluminiumlegierungen, Stahllegierungen, einschließlich korrosionsbeständiger Stähle, Titan und Titanlegierungen verwendet. Die Trägerschicht kann auch aus mehreren metallischen Einzelschichten aufgebaut sein. Bei einer aus einem Verbundwerkstoff hergestellten Trägerschicht kann es sich beispielsweise um ein Faser-Kunststoff-Verbundmaterial, sowohl mit einer Matrix aus einem duroplastischen als auch thermoplastischen Kunststoff, oder um ein Faser-Kunststoff-Metall-Verbundmaterial (z.B. Glare®), das auch ein feines Netz aus einem Kupferwerkstoff enthalten kann, oder eine Mischform daraus handeln.Aluminum, aluminum alloys, steel alloys, including corrosion-resistant steels, titanium and titanium alloys are preferably used for a carrier layer made of at least one metal material. The carrier layer can also be constructed from a plurality of metallic individual layers. A carrier layer made of a composite material can, for example, be a fiber-plastic composite material, both with a matrix of a thermosetting and thermoplastic material, or a fiber-plastic-metal composite material (e.g. Glare® ), which is also a can contain a fine mesh made of a copper material, or a mixture of these.

Für die Elastomerschicht, welche die Matrix bzw. Elastomermatrix für die Verstärkungsfasern bildet, kann grundsätzlich jeder geeignete Elastomerwerkstoff verwendet werden, insbesondere auch Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Acrylat-Kautschuk (ACM), Butylgummi, Chloroprenkautschuk (CR), Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPDM), Fluorkautschuk (FKM), Gummi oder gummiartige Werkstoffe, wie zum Beispiel Naturkautschuk, ferner hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR), Neopren, Nitrilkautschuk (NBR), Polyurethanelastomere (AU, EU), Silikon-Kautschuk (VMQ), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), sowie thermisch verarbeitbare Elastomere (TPE).For the elastomer layer, which is the matrix or elastomer matrix for the reinforcing fibers forms, can in principle any suitable elastomer material can be used, in particular also acrylonitrile butadiene rubber (NBR), acrylate rubber (ACM), Butyl rubber, chloroprene rubber (CR), ethylene propylene rubber (EPDM), fluororubber (FKM), rubber or rubber-like materials, such as natural rubber, also hydrogenated nitrile rubber (HNBR), neoprene, nitrile rubber (NBR), polyurethane elastomers (AU, EU), silicone rubber (VMQ), styrene-butadiene rubber (SBR), as well as thermally processable elastomers (TPE).

Das erfindungsgemäße Leichtbau-Verbundmaterial besitzt hervorragende multifunktionale Eigenschaften, wie zum Beispiel ein geringes Gewicht, was es für Leichtbauanwendungen bzw. zur Erzielung von Gewichtseinsparungen geeignet macht, eine hohe dynamische Belastbarkeit, eine hohe Restfestigkeit nach dynamischen Beanspruchungen sowie allgemein eine hohe Schadenstoleranz mit einer geringen Rissfortschrittsneigung bzw. niedriger Rissfortschrittsgeschwindigkeit nach einem Schaden. Darüber hinaus verfügt es über gute Dämpfungseigenschaften, insbesondere bei hochfrequenten Schwingungen, sowie gute Stoßabsorptionseigenschaften. Ferner hat das erfindungsgemäße Leichtbau-Verbundmaterial eine gute Biegesteifigkeit und sehr hohe Dehnfähigkeit bei gleichzeitig geringer Dehn- und Schubsteifigkeit der Faser-Elastomerverbundschicht. Das Material ist damit insbesondere bei einer Trägerschicht aus Metall in seiner Gesamtheit gut verformbar bzw. verformungsfähig. Es verfügt aber auch über eine hohe Durchschlagsfestigkeit bzw. Beständigkeit gegen allgemeine Stoß- und Einschlagsbelastungen (impact) wie sie beispielsweise bei einem Crash, durch Beschuss, eine Explosion oder durch umherfliegende Teile auftreten können. Aufgrund einer geringen Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung hat das erfindungsgemäße Material eine hohe Hitzebeständigkeit, eine hohe Durchbrennfestigkeit und damit gute Feuerschutzeigenschaften. Darüber hinaus ist es gut wärmeisolierend, flüssigkeitsdicht und weist eine gute Korrosionsfestigkeit bzw. -beständigkeit auf. Eine weitere positive Eigenschaft des erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials in der Ausgestaltungsform nach Anspruch 1 ist seine gute Kaltverformbarkeit wie nachfolgend noch näher beschrieben werden wird. Jedoch auch in den alternativen erfindungsgemäßen Ausgestaltungsformen ist es leicht zu verarbeiten bzw. herzustellen und gestattet eine technisch relativ einfache und wirtschaftliche Herstellung von hochwertigen Bauteilen.The lightweight composite material according to the invention has excellent multifunctional properties, such as a low weight, which makes it suitable for lightweight applications or to achieve weight savings, high dynamic resilience, high residual strength after dynamic stresses and generally a high damage tolerance with a low tendency to crack propagation or lower crack propagation speed after damage. In addition, it has good damping properties, especially with high-frequency vibrations, as well as good shock absorption properties. Furthermore, the lightweight composite material according to the invention has good flexural rigidity and very high extensibility with at the same time low tensile and tensile rigidity of the fiber-elastomer composite layer. The material is especially at a metal support layer in its entirety easily deformable or deformable. However, it also has a high dielectric strength or resistance to general impact and impact loads, such as can occur in a crash, by bombardment, an explosion or by flying parts. Due to a low thermal conductivity in the thickness direction, the material according to the invention has a high heat resistance, a high burn-through resistance and thus good fire protection properties. In addition, it is well heat-insulating, liquid-tight and has good corrosion resistance or resistance. Another positive property of the lightweight composite material according to the invention in the embodiment according to claim 1 is its good cold formability, as will be described in more detail below. However, even in the alternative embodiments according to the invention, it is easy to process or produce and allows technically relatively simple and economical production of high-quality components.

Mit dem erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterial wird somit ein neuartiger Werkstoff bereitgestellt, welcher verbesserte multifunktionale Eigenschaften insbesondere im Hinblick auf Crashsicherheit und passive Sicherheit aufweist, was in der Luftfahrzeug- und Automobiltechnik von besonderem Interesse ist. Das erfindungsgemäße Material ist darüber hinaus in der Lage, eine beachtliche Vielzahl von in der Luftfahrzeug- und Automobiltechnik geforderten Eigenschaften nahezu optimal zu erfüllen und eröffnet damit eine Reihe neuer Anwendungen, wie nachfolgend noch näher erläutert werden wird.With the lightweight composite material according to the invention a new type of material is thus provided which improved multifunctional properties, especially with regard to crash safety and has passive safety, what in aircraft and automotive engineering is of particular interest. The material according to the invention is also capable of a remarkable variety of aircraft and automotive technology properties almost optimally fulfill and opened thus a number of new applications, as will be explained in more detail below becomes.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 7.More preferred and advantageous Design features of the lightweight composite material according to the invention are subject to the dependent Expectations 2 to 7.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein erfindungsgemäßes Zwischenprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 8.According to another aspect the object underlying the invention is achieved by an intermediate product according to the invention with the features of claim 8.

Dieses Zwischenprodukt zur Herstellung eines Leichtbau-Verbundmaterials nach Anspruch 2, umfasst: mindestens eine Prepregschicht und/oder mindestens eine ungebundene Verstärkungsfaserschicht für die mindestens eine erste dehnsteife, zugfeste Verbundwerkstoff-Trägerschicht; sowie mindestens eine mit der Prepregschicht oder der ungebundenen Verstärkungsfaserschicht verbundene Elastomerschicht, die im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern durchsetzt ist.This intermediate to manufacture of a lightweight composite material according to claim 2, comprising: at least a prepreg layer and / or at least one unbound reinforcing fiber layer for the at least one first rigid, tensile composite support layer; and at least one with the prepreg layer or the unbound Reinforcing fiber layer bonded elastomer layer that is essentially entirely of reinforcing fibers is enforced.

Mit Prepreg bezeichnet man im allgemeinen bereits werkseitig mit Spezialharz getränkte bzw. imprägnierte Gelege und Gewebe. Unter einer ungebundenen Verstärkungsfaserschicht ist im Sinne der Erfindung eine Faserschicht, z.B. in der Form eines Vlieses, eines Gewebe oder dergleichen (s.o.) zu verstehen, dass noch nicht mit einem Matrixwerkstoff (z.B. Harz) versehen ist. Die ungebundene Verstärkungsfaserschicht ist daher recht flexibel. Sowohl die Prepregschicht als auch die ungebundene Verstärkungsfaserschicht können neben den reinen Verstärkungsfasern grundsätzlich weitere Zusatzkomponenten wie z.B. eine Netzstruktur aus dünnem Kupferdraht oder dergleichen enthalten. Ferner können die Prepregschicht oder die ungebundene Verstärkungsfaserschicht formschlüssig und/oder mittels eines geeigneten Haftmittels, Klebemittels (einschließlich Klebefolien), oder dergleichen mit der Faser-Elastomerverbundschicht verbunden sein. Diese Verbindungen können sowohl flächig, vollflächig als auch nur örtlich oder punktuell ausgeführt sein. Überdies können im erfindungsgemäßen Zwischenprodukt die Prepregschicht bzw. die ungebundene Verstärkungsfaserschicht und die Faser-Elastomerverbundschicht zunächst einen relativ losen Verbund bilden, der jedoch eine Einheit darstellt, und erst in einen späteren Bearbeitungsschritt fest miteinander verbunden werden.Prepreg is generally already used factory-impregnated with special resin or impregnated Scrim and fabric. Under an unbound reinforcing fiber layer is a fiber layer in the sense of the invention, e.g. in the form of a fleece, of a tissue or the like (see above) to understand that not yet is provided with a matrix material (e.g. resin). The unbound reinforcing fiber layer is therefore quite flexible. Both the prepreg layer and the unbound reinforcing fiber layer can in addition to the pure reinforcing fibers in principle other additional components such as a network structure made of thin copper wire or the like. Furthermore, the prepreg layer or the unbound reinforcing fiber layer form-fitting and / or by means of a suitable adhesive, adhesive (including adhesive films), or the like connected to the fiber-elastomer composite layer his. These connections can both flat, entire area as only locally or punctually executed his. moreover can in the intermediate according to the invention the prepreg layer or the unbound reinforcing fiber layer and the Fiber-elastomer composite layer initially a relatively loose composite form, which however represents a unit, and only in a later processing step be firmly connected.

Das erfindungsgemäße Zwischenprodukt ist auf einfache und effektive Art und Weise zu verarbeiten bzw. zu bearbeiten, wie nachfolgend noch detaillierter beschrieben werden wird, und ermöglicht es, das erfindungsgemäße Leichtbau-Verbundmaterial auf rationale und wirtschaftliche Weise herzustellen, wobei auch dreidimensionale Formen und Bauteile realisierbar sind.The intermediate product according to the invention is on simple and effective way to process or edit, as will be described in more detail below, and allows it, the lightweight composite material according to the invention rational and economical way to manufacture, including three-dimensional Shapes and components are realizable.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die der Erfindung zugrunde liegende o.g. Aufgabe gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9.According to another aspect the above-mentioned underlying the invention. Task solved by an inventive method with the features of claim 9.

Dieses Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Leichtbau-Verbundmaterials nach Anspruch 2 mittels eines Zwischenproduktes nach Anspruch 8, das mit mindestens einer ungebundenen Verstärkungsfaserschicht für die mindestens eine erste dehnsteife, zugfeste Verbundwerkstoff-Trägerschicht versehen ist, umfasst folgende Schritte, jedoch nicht zwingenderweise in der gegebenen Reihenfolge: Verformen der ungebundenen Verstärkungsfaserschicht durch Krafteinwirkung; und dadurch elastisches Verformen der mindestens einen, im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern durchsetzten Elastomerschicht, wobei die in die Elastomermatrix eingebetteten Verstärkungsfasern durch die Elastizität der Elastomermatrix einen der elastischen Verformung im Wesentlichen folgenden, geänderten Faserverlauf annehmen; Aufbringen eines harzartigen Kunststoffmaterials auf die ungebundene Verstärkungsfaserschicht (dies kann manuell oder auch maschinell erfolgen, z.B. in einem Injektions- oder Düsenauftragsverfahren); Aushärten des aufgebrachten harzartigen Kunststoffmaterials, wodurch sich eine dehnsteife, zugfeste Trägerschicht aus einem ausgehärteten, festen Faser-Kunststoff-Verbund bildet; und Aufrechterhalten der elastischen Verformung der Elastomerschicht und des geänderten Faserverlaufes ihrer Verstärkungsfasern mittels des ausgehärteten, festen Faser-Kunststoff-Verbundes.This method for producing a three-dimensionally shaped lightweight composite material according to claim 2 by means of an intermediate product according to claim 8, which is provided with at least one unbound reinforcing fiber layer for the at least one first rigid, tensile composite support layer comprises the following steps, but not necessarily in the given Sequence: deformation of the unbound reinforcing fiber layer by the application of force; and as a result elastic deformation of the at least one elastomer layer which is substantially completely penetrated by reinforcing fibers, the reinforcing fibers embedded in the elastomer matrix adopting a changed fiber course which essentially follows the elastic deformation due to the elastic deformation; Applying a resinous plastic material to the unbound reinforcing fiber layer (this can be done manually or by machine, for example in an injection or nozzle application process); Curing the applied resin-like plastic material, whereby a stretch-resistant, tensile carrier layer is formed from a hardened, solid fiber-plastic composite; and maintaining the elastic deformation of the elastomer layer and the changed fiber course of its reinforcing fibers by means of the hardened, firm fiber-plastic composite.

Darüber hinaus wird die der Erfindung zugrunde liegende o.g. Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10.In addition, that of the invention underlying above Task solved by a procedure with the features of claim 10.

Dieses Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Leichtbau-Verbundmaterials nach Anspruch 2 mittels eines Zwischenproduktes nach Anspruch 8, das mit mindestens einer Prepregschicht für die mindestens eine erste dehnsteife, zugfeste Verbundwerkstoff-Trägerschicht versehen ist, umfasst folgende Schritte, jedoch nicht zwingenderweise in der gegebenen Reihenfolge: Verformen der Prepregschicht, vorzugsweise unter Wärmeeinwirkung, durch Krafteinwirkung; und dadurch elastisches Verformen der mindestens einen, im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern durchsetzten Elastomerschicht; wobei die in die Elastomermatrix eingebetteten Verstärkungsfasern durch die Elastizität der Elastomermatrix einen der elastischen Verformung im Wesentlichen folgenden, geänderten Faserverlauf annehmen; Aushärten der mindestens einen Prepregschicht unter Wärmeeinwirkung; und Aufrechterhalten der elastischen Verformung der Elastomerschicht und des geänderten Faserverlaufes der Verstärkungsfasern mittels der verformten und ausgehärteten Prepregschicht. Insbesondere beim Kaltverformen der Prepregschicht ist darauf zu achten, dass der Verformungsgrad so gewählt ist, dass sich die Verstärkungsfasern der Prepregschicht nicht von ihrem Matrixwerkstoff lösen. Im Falle eines Verformens unter Wärmeeinwirkung hingegen wird der Matrixwerkstoff des Prepregs plastisch, so dass hier größere Verformungen durchgeführt werden können. Natürlich ist auch zu beachten, dass sich die Verstärkungsfasern der Elastomerschicht nicht von der Elastomermatrix lösen.This method of making a three-dimensionally shaped lightweight composite material according to claim 2 means of an intermediate according to claim 8, which with at least one Prepreg layer for the at least one first rigid, tensile composite support layer is provided, includes the following steps, but not necessarily in the given order: deforming the prepreg layer, preferably under the influence of heat, by force; and thereby elastic deformation of the at least one, essentially complete of reinforcing fibers interspersed elastomer layer; being the one in the elastomer matrix embedded reinforcement fibers through the elasticity of the elastomer matrix essentially one of the elastic deformation following, changed Accept fiber orientation; Harden the at least one prepreg layer under the action of heat; and maintain the elastic deformation of the elastomer layer and the modified Fiber course of the reinforcing fibers by means of the deformed and hardened prepreg layer. Especially when Cold shaping of the prepreg layer must be ensured that the Degree of deformation selected in this way is that the reinforcing fibers do not detach the prepreg layer from its matrix material. in the In case of deformation under the influence of heat in contrast, the matrix material of the prepreg becomes plastic, so here larger deformations carried out can be. Naturally it should also be noted that the reinforcing fibers of the elastomer layer do not detach from the elastomer matrix.

Sowohl bei dem Verfahren nach Anspruch 9 als auch Anspruch 10 kann das Verformen durch die Gewichtskraft des Zwischenproduktes (z.B. durch Einlegen des Zwischenproduktes in eine einfache Laminierform) oder auch durch gezieltes Ausüben einer äußeren, flächigen oder linienförmigen Kraft auf einen vorbestimmten Flächenbereich des Zwischenproduktes (z.B. durch Vakuumpressen oder Pressen mit Stempel und Matrize) erfolgen. Das Verformen kann unter Zuhilfenahme von mindestens einem Hilfswerkzeug durchgeführt werden, welches die gewünschte Oberflächenform eines aus dem Zwischenprodukt bzw. dem daraus resultierenden Verbundmaterials herzustellenden Bauteils abbildet. Ferner können Hilfsmittel zum Erzielen einer verbesserten Oberflächengüte des Leichtbau-Verbundmaterials eingesetzt werden.Both in the method according to claim 9 and claim 10 can be deformed by the weight of the intermediate product (e.g. by inserting the intermediate product in a simple lamination form) or by targeted exercise of an outer, flat or linear Force on a predetermined area of the intermediate product (e.g. by vacuum pressing or pressing with Stamp and die). Deformation can be done with the help be carried out by at least one auxiliary tool which has the desired surface shape one from the intermediate or the resulting composite material reproduces the component to be produced. Furthermore, tools can be used to achieve this an improved surface quality of the lightweight composite material become.

Die zuvor geschilderten erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichen es auf einfache und effektive Art und Weise, aus dem erfindungsgemäßen Zwischenprodukt dreidimensional geformte Bauteile herzustellen. Der elastische Verformungszustand der Faser-Elastomerverbundschicht wird hierbei durch die fertiggestellte Verbundwerkstoff-Trägerschicht (d.h. die ausgehärtete Prepregschicht bzw. die in die ausgehärtete Kunststoffmaterialmatrix eingebettete Verstärkungsfaserschicht) „eingefroren" und stabilisiert. Dies kann durch die natürliche Relaxation des elastisch verformten Elastomerwerkstoffes unterstützt werden. Werden die reinen Verformungsschritte weggelassen, so sind auf einfache Art und Weise ebene, platten- oder streifenförmige erfindungsgemäße Leichtbau-Verbundmaterialien herzustellen.The previously described method according to the invention enable it in a simple and effective manner, from the intermediate according to the invention to produce three-dimensionally shaped components. The elastic state of deformation the fiber-elastomer composite layer is completed by the Composite backing layer (i.e. the hardened Prepreg layer or in the hardened plastic material matrix embedded reinforcing fiber layer) "frozen" and stabilized. This can be done through the natural relaxation of the elastic deformed elastomer material are supported. Become the pure Deformation steps are omitted, so are flat, plate or strip-shaped lightweight composite materials according to the invention manufacture.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die o.g. Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11.According to another aspect of Invention is the above Task solved by a procedure with the features of claim 11.

Dieses Verfahren zum Bearbeiten eines Leichtbau-Verbundmaterials nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 3 bis 8, mit einer dehnsteifen, zugfesten Trägerschicht, die aus wenigstens einem Metallwerkstoff, einem Thermoplast oder aus einem thermoplastischen Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, umfasst folgende Schritte, jedoch nicht zwingenderweise in der gegebenen Reihenfolge:
Plastisches Verformen der mindestens einen Trägerschicht und dadurch elastisches Verformen der mindestens einen, im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern durchsetzten Elastomerschicht, wobei die in die Elastomermatrix eingebetteten Verstärkungsfasern durch die Elastizität der Elastomermatrix einen der elastischen Verformung im Wesentlichen folgenden, geänderten Faserverlauf annehmen; und Aufrechterhalten der elastischen Verformung der Elastomerschicht und des geänderten Faserverlaufes der Verstärkungsfasern mittels der plastisch verformten Trägerschicht.
This method for processing a lightweight composite material according to one or more of claims 1 and 3 to 8, with a rigid, tensile support layer, which is made of at least one metal material, a thermoplastic or a thermoplastic fiber composite material, comprises the following steps, but not necessarily in the given order:
Plastic deformation of the at least one carrier layer and thereby elastic deformation of the at least one elastomer layer, which is substantially completely penetrated by reinforcing fibers, the reinforcing fibers embedded in the elastomer matrix adopting a changed fiber course due to the elasticity of the elastomer matrix, essentially following the elastic deformation; and maintaining the elastic deformation of the elastomer layer and the changed fiber course of the reinforcing fibers by means of the plastically deformed carrier layer.

Beim Verformen der Trägerschicht ist darauf zu achten, dass der Verformungsgrad so gewählt ist, dass sich bei der daraus resultierenden Verformung der Faser-Elastomerverbundschicht deren Verstärkungsfasern nicht von der Elastomermatrix lösen.When deforming the carrier layer care must be taken that the degree of deformation is selected such that the resulting deformation of the fiber-elastomer composite layer their reinforcing fibers do not detach from the elastomer matrix.

Das plastische Verformen der Trägerschicht und damit des gesamten erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials kann durch einen geeigneten Umform-Schritt, wie zum Beispiel Druckformen, Zugdruckumformen, Zugumformen, Biegeumformen, Schubumformen, insbesondere auch Umformen mit Stempel und Matrize oder Patritzenformverfahren, Streckziehen, Tiefziehen einschließlich Vakuumformen (Positiv- und Negativverfahren), Sicken, usw., realisiert werden. Bei einer Trägerschicht aus einem Thermoplast oder einem thermoplastischen Faserverbundwerkstoff wird das plastische Verformen der Trägerschicht und damit des gesamten Leichtbau-Verbundmaterials zweckmäßigerweise unter geeigneter Wärmeeinwirkung durchgeführt.The plastic deformation of the carrier layer and thus the entire lightweight composite material according to the invention through a suitable forming step, such as printing forms, Train pressure forming, train forming, bending forming, shear forming, in particular also forming with a stamp and die or a molding process, stretch drawing, Deep drawing including Vacuum forming (positive and negative processes), beads, etc., realized become. With a carrier layer made of a thermoplastic or a thermoplastic fiber composite material is the plastic deformation of the carrier layer and thus the entire Lightweight composite material expediently under suitable the effect of heat carried out.

Ist die Trägerschicht hingegen aus einem Metallwerkstoff hergestellt, so erfolgt das plastische Verformen der Trägerschicht und damit das Verformen des gesamten Leichtbau-Verbundmaterials vorzugsweise kalt (Kaltumformen). Eine Wärmeeinwirkung ist aber auch hier optional denkbar. Das Kaltumformen ist mit den meisten Metallwerkstoffen leicht realisierbar, wobei lediglich bei Titan Einschränkungen zu machen sind; Titan kann jedoch superplastisch gut verformt werden, was indes eine nicht unerhebliche Wärmeeinwirkung erfordert und im Hinblick auf die Verarbeitung des erfindungsgemäßen Materials daher allenfalls für sehr dünne Titanschichten denkbar ist. Bei einer Warmverformung ist in jedem Falle darauf zu achten, dass der Elastomerwerkstoff der Faser-Elastomerverbundschicht nicht thermisch geschädigt wird.If, on the other hand, the carrier layer is made of a metal material, the plastic deformation of the carrier layer and thus the deformation of the entire lightweight composite material is preferably cold (cold forming). The effect of heat is also conceivable here as an option. Cold forming is easy with most metal materials feasible, with only titanium restrictions; Titanium can, however, be deformed superplastically, which, however, requires a not inconsiderable amount of heat and is therefore only conceivable for very thin titanium layers with regard to the processing of the material according to the invention. In the case of hot forming, it must always be ensured that the elastomer material of the fiber-elastomer composite layer is not thermally damaged.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 11 ist es also möglich, das erfindungsgemäße Leichtbau-Verbundmaterial in seiner Gesamtheit ähnlich wie einen konventionellen Metallwerkstoff oder Thermoplastwerkstoff umzuformen, insbesondere aber auch kalt umzuformen. Derartige Techniken waren bei Faserverbundwerkstoffen bisher nicht realisierbar. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich hochwertige dreidimensionale Bauteile und Strukturen besonders einfach, effektiv und wirtschaftlich herstellen.With the method according to the invention according to claim 11 it is therefore possible the lightweight composite material according to the invention similar in its entirety like a conventional metal material or thermoplastic material to form, but especially also to form cold. Such techniques have so far not been possible with fiber composite materials. With the inventive method high-quality three-dimensional components and structures manufacture particularly easily, effectively and economically.

Eine bevorzugte weitere vorteilhafte Ausführungsform der Verfahren nach Anspruch 9, 10 und 11 ist Gegenstand des Unteranspruchs 12.A preferred further advantageous embodiment the method of claim 9, 10 and 11 is the subject of the dependent claim 12th

Die der Erfindung zugrunde liegende, oben genannte Aufgabe wird gemäß einem noch anderen Aspekt gelöst durch Verwendungen, wie sie in den Ansprüchen 13 bis 15 definiert sind.The basis of the invention, the above task is performed according to a solved another aspect by uses as defined in claims 13 to 15.

Demnach ist eine erfindungsgemäße Verwendung eines Leichtbau-Verbundmaterials nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 insbesondere vorgesehen für ein stoß- und/oder einschlags- und/oder explosionsgefährdetes Strukturbauteil oder eine Komponente eines Flugkörpers, eines Luft-, Raum- oder Landfahrzeugs oder eines Triebwerkes für derartige Fahrzeuge.Accordingly, a use according to the invention a lightweight composite material provided in particular according to one or more of claims 1 to 7 for a shock and / or structural component that is prone to impact and / or explosion or one Component of a missile, an aircraft, spacecraft or land vehicle or an engine for such Vehicles.

Unter „stoß- und/oder einschlags- und/oder explosionsgefährdeten" Bauteilen, Strukturen und Komponenten sind im Sinne der Erfindung solche zu verstehen, die in einem praktischen Einsatz des Flugkörpers oder Luft- oder Landfahrzeugs einer hohen Belastung durch Crash, Unfall, umherfliegende Teile (z.B. bei Triebwerksversagen), Beschuss, Explosionskörpereinwirkung usw. ausgesetzt sein können. Bei derartigen Bauteilen und Strukturen handelt es sich beispielweise um Außenhautelemente von Raumflugkörpern, die durch Weltraumschrott (Debris) gefährdet sind, Radoms, Pylons, Antennenverkleidungen, andere externe Zusatzgeräte, Triebwerksummantelungen und andere Triebswerksturkuren, insbesondere von Turbinen, Tanks, Cockpitverkleidungen, explosionssichere Luftfahrzeugcontainer, Stoßstangen, stoßfangende Front- und Heckstrukturen von Automobilen, wie z.B. Motorhauben und Kofferraumdeckel, usw.Under "impact and / or impact and / or explosion hazard" Components, structures and components are within the meaning of the invention to understand those in a practical use of the missile or Air or land vehicle with a high load due to crash, accident, flying parts (e.g. in the event of engine failure), shelling, the effects of explosive devices etc. may be exposed. at such components and structures are, for example around skin elements of spacecraft, that are at risk from space debris (radoms, pylons, Antenna fairings, other external accessories, engine shrouds and other engine turkeys, especially of turbines, tanks, Cockpit fairings, explosion-proof aircraft containers, bumpers, shock-catching Front and rear structures of automobiles, such as bonnets and trunk lid, etc.

Eine weitere erfindungsgemäße Verwendung eines Leichtbau-Verbundmaterials nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 ist für eine Bodenbaugruppe oder Bodenbaugruppenkomponente eines Luftfahrzeugs, insbesondere eines Drehflügelflugzeugs, insbesondere eines Hubschraubers, vorgesehen. In Anbetracht der eingangs geschilderten Problematik sowie der Vorteile des erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials kann auf die Weise das Crashverhalten des Luftfahrzeuges erheblich verbessert werden, denn das erfindungsgemäße Leichtbau-Verbundmaterial entfaltet seine crashresistenten Eigenschaften bei dieser Verwendung besonders gut.Another use according to the invention a lightweight composite material according to one or more of claims 1 to 7 is for a floor assembly or floor assembly component of an aircraft, especially a rotary wing aircraft, especially a helicopter. Considering the The problems described at the outset and the advantages of the lightweight composite material according to the invention can significantly improve the crash behavior of the aircraft be, because the lightweight composite material according to the invention unfolds its crash-resistant properties when used particularly good.

Als Beispiel sei erwähnt, dass bei einem Hubschrauber der Tank üblicherweise in der Bodenbaugruppe der Hubschrauberzelle angeordnet und ergo im Falle einer harten Notlandung oder eines Crashs, insbesondere auf Wasser, besonders gefährdet ist. Hier muss ein Aufplatzen des Tankes soweit wie nur möglich verhindert werden. Gleichermaßen soll aber auch ein Eindringen von Wasser in die Zelle oder Bodenstruktur des Hubschraubers verhütet werden. Hier kommen die positiven Eigenschaften des erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials voll zum Tragen und das Crashverhalten und die Sicherheit des Hubschraubers kann durch die erfindungsgemäße Verwendung erheblich verbessert werden.As an example it should be mentioned that in the case of a helicopter, the tank usually arranged in the base assembly of the helicopter cell and ergo in the event of a hard emergency landing or a crash, in particular on water, particularly at risk is. Here the bursting of the tank must be prevented as far as possible become. equally However, water should also penetrate the cell or soil structure of the helicopter prevented become. Here are the positive properties of the lightweight composite material according to the invention full to carry and the crash behavior and safety of the helicopter can by the use according to the invention be significantly improved.

Eine weitere erfindungsgemäße Verwendung eines Leichtbau-Verbundmaterials nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 ist für ein Brandschutzelement vorgesehen. Die Vorteile dieser Verwendung ergeben sich ebenfalls aus den bereits eingangs im Detail erörterten positiven Eigenschaften des erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials.Another use according to the invention a lightweight composite material according to one or more of claims 1 to 8 is for a fire protection element is provided. The advantages of this use also result from those already discussed in detail at the beginning positive properties of the lightweight composite material according to the invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit weiteren Ausgestaltungsdetails sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.Preferred embodiments of the invention with further design details are below with reference on the attached drawings described in more detail and explained.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials gemäß einer ersten Ausführungsform; 1 a schematic cross-sectional view of a lightweight composite material according to the invention according to a first embodiment;

2 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials gemäß einer zweiten Ausführungsform; 2 a schematic cross-sectional view of a lightweight composite material according to the invention according to a second embodiment;

3 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials gemäß einer dritten Ausführungsform; 3 a schematic cross-sectional view of a lightweight composite material according to the invention according to a third embodiment;

4 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Zwischenproduktes zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials; und 4 is a schematic cross-sectional view of an intermediate product according to the invention for producing a lightweight composite material according to the invention; and

5 eine schematische, stark vereinfachte und teilweise geschnittene Frontalansicht eines Hubschraubers, der mit Strukturbauteilen ausgerüstet ist, die aus dem erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterial hergestellt sind, als Beispiel für eine erfindungsgemäße Verwendung des Leichtbau-Verbundmaterials. 5 is a schematic, greatly simplified and partially sectioned front view of a helicopter, which is equipped with structural components that are made of the lightweight composite material according to the invention, as an example of an inventive use of the lightweight composite material.

DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELENPRESENTATION OF PREFERRED EMBODIMENTS

In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten auch mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung erforderlich ist.In the description below and in the figures are the same to avoid repetition Parts and components also marked with the same reference symbols, unless further differentiation is required.

Die 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials gemäß einer ersten Ausführungsform. Dieses platten- oder streifenförmige Leichtbau-Verbundmaterial umfasst in einer Grundausführung eine erste dehnsteife, zugfeste Trägerschicht 2 aus einem Metallwerkstoff (hier: eine Aluminiumlegierung) und eine mit dieser Trägerschicht 2 fest verbundene Elastomerschicht 4, die im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern 6 durchsetzt ist und eine Matrix für die Verstärkungsfasern 6 bildet. Alternativ zu dem zuvor beschriebenen Metallwerkstoff kann die Trägerschicht 2 aber auch aus einem Verbundwerkstoff, wie zum Beispiel einem Epoxyd-Aramidfaserverbund, einem Faser-Kunststoff-Metall-Verbund, oder dergleichen hergestellt sein.The 1 shows a schematic cross-sectional view of a lightweight composite material according to the invention according to a first embodiment. In its basic version, this plate-shaped or strip-shaped lightweight composite material comprises a first stretch-resistant, tensile carrier layer 2 made of a metal material (here: an aluminum alloy) and one with this carrier layer 2 firmly connected elastomer layer 4 that are essentially entirely of reinforcing fibers 6 is interspersed and a matrix for the reinforcing fibers 6 forms. As an alternative to the metal material described above, the carrier layer 2 but also be made from a composite material, such as an epoxy-aramid fiber composite, a fiber-plastic-metal composite, or the like.

Die von den Verstärkungsfasern 6 durchsetzte Elastomerschicht 4 wird nachfolgend auch kurz als Faser-Elastomerverbundschicht 8 bezeichnet werden. Als Elastomerwerkstoff für die Faser-Elastomerverbundschicht 8 wird im vorliegenden Beispiel Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) verwendet, als Verstärkungsfasern 6 dienen hier Glasfasern, die, wie in der Zeichnung angedeutet, bezogen auf die Dicke und die Längs- und Quererstreckung der Elastomerschicht 4 im Wesentlichen gleichmäßig in der Elastomerschicht 4 verteilt sind.The reinforcement fibers 6 interspersed elastomer layer 4 is also briefly referred to below as a fiber-elastomer composite layer 8th be designated. As an elastomer material for the fiber-elastomer composite layer 8th In the present example, acrylonitrile butadiene rubber (NBR) is used as reinforcing fibers 6 Glass fibers are used here, which, as indicated in the drawing, refer to the thickness and the longitudinal and transverse extension of the elastomer layer 4 essentially even in the elastomer layer 4 are distributed.

Die Trägerschicht 2 besitzt hier eine Dicke von ca. 0,3 mm und die Faser-Elastomerverbundschicht 8 eine Dicke von 0,7 mm. Der Faseranteil in der Faser-Elastomerverbundschicht 8 beträgt ca. 55%. Grundsätzlich kann der Faseranteil in der Faser-Elastomerverbundschicht 8 je nach Ausführungsform und Herstellungsverfahren in einem Bereich von ca. 20 bis 80%, vorzugsweise 30 bis 70%, noch bevorzugter 35 bis 60%, liegen, wobei die Erfindung nicht auf diese Wertebereiche beschränkt ist.The backing layer 2 has a thickness of approx. 0.3 mm and the fiber-elastomer composite layer 8th a thickness of 0.7 mm. The fiber content in the fiber-elastomer composite layer 8th is approximately 55%. Basically, the fiber content in the fiber-elastomer composite layer 8th depending on the embodiment and production method in a range of about 20 to 80%, preferably 30 to 70%, more preferably 35 to 60%, the invention being not restricted to these value ranges.

In der 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Dieses Leichtbau-Verbundmaterial besitzt gegenüber der in 1 dargestellten Grundform eine weitere, d.h. zweite dehnsteife, zugfeste Trägerschicht 2 (ebenfalls aus einer Aluminiumlegierung), und die Faser-Elastomerverbundschicht 8 ist zwischen der ersten und zweiten Trägerschicht 2, 2 angeordnet und mit diesen Schichten fest verbunden. Es ergibt sich also ein sandwichartiger Aufbau des Leichtbau-Verbundmaterials. Obwohl bei dieser Variante beide Trägerschichten 2, 2 aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sind, ist zu beachten, dass die jeweiligen Trägerschichten 2, 2 grundsätzlich auch aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt sein können, zum Beispiel eine Trägerschicht aus Aluminium und die andere aus einem anderen Metallwerkstoff oder einem Epoxyd-Glasfaserverbund oder dergleichen. Die Dicke der Trägerschichten 2, 2 beträgt bei dieser Ausführungsform ca. 0,25 mm und die Dicke der Faser-Elastomerverbundschicht 8 ca. 1,5 mm.In the 2 is a schematic cross-sectional view of a lightweight composite material according to the invention according to a second embodiment. This lightweight composite material has compared to the in 1 shown basic form a further, ie second rigid, tensile carrier layer 2 (also made of an aluminum alloy), and the fiber-elastomer composite layer 8th is between the first and second carrier layers 2 . 2 arranged and firmly connected to these layers. This results in a sandwich-like structure of the lightweight composite material. Although with this variant both carrier layers 2 . 2 are made of an aluminum alloy, it should be noted that the respective carrier layers 2 . 2 can in principle also be made of different materials, for example a carrier layer made of aluminum and the other made of another metal material or an epoxy-glass fiber composite or the like. The thickness of the support layers 2 . 2 in this embodiment is approximately 0.25 mm and the thickness of the fiber-elastomer composite layer 8th 1.5 mm.

3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials gemäß einer dritten Ausführungsform, welche eine Vielzahl von sich einander abwechselnden Trägerschichten 2 und Faser-Elastomerverbundschichten 8 aufweist (die Verstärkungsfasern der Faser-Elastomerverbundschichten 8 sind in der Zeichnung nach 3 der besseren Übersichtlichkeit halber nicht extra dargestellt). Mit einer derartigen Variante lässt sich zum Beispiel bei geringer Materialdicke eine erhöhte Durchbrennfestigkeit und Durchschlagsfestigkeit realisieren. Die Trägerschichten 2 besitzen hier einheitlich eine Dicke von ca. 0,2 mm und die Faser-Elastomerverbundschichten 8 einheitlich eine Dicke von ca. 0,4 mm. Die Dicken der jeweiligen Trägerschichten 2 und Faser-Elastomerverbundschichten 8 können innerhalb des erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials aber auch voneinander differieren. 3 shows a schematic cross-sectional view of a lightweight composite material according to the invention according to a third embodiment, which has a plurality of alternating carrier layers 2 and fiber-elastomer composite layers 8th has (the reinforcing fibers of the fiber-elastomer composite layers 8th are in the drawing 3 not shown separately for the sake of clarity). With a variant of this type, increased burn-through resistance and dielectric strength can be achieved, for example, with a small material thickness. The backing layers 2 have a uniform thickness of approx. 0.2 mm and the fiber-elastomer composite layers 8th uniformly a thickness of approx. 0.4 mm. The thicknesses of the respective carrier layers 2 and fiber-elastomer composite layers 8th can also differ from one another within the lightweight composite material according to the invention.

Die zuvor erläuterten erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterialien werden beispielsweise in der Form von platten- oder streifenförmigen Halbzeugen für die Fertigung von Strukturbauteilen bereit gestellt. Unter einer Platten- oder Streifenform sind im Sinne der Erfindung nicht nur ebene Gebilde, sondern beispielsweise auch gekrümmte oder wellblechartige Formen zu verstehen. Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterialien grundsätzlich auch in Form von Halbzeugen mit offenen oder geschlossenen Querschnittsformen oder in Gestalt eines aus dem Leichtbau-Verbundmaterial gefertigten Bauteils zur Verfügung stehen.The previously explained lightweight composite materials according to the invention are for example in the form of plate or strip-shaped semi-finished products for the Manufacture of structural components provided. Under a plate or stripe shape are not just flat structures in the sense of the invention, but for example, curved ones or to understand corrugated sheet-like shapes. In addition, the lightweight composite materials according to the invention in principle also in the form of semi-finished products with open or closed cross-sectional shapes or in the form of a lightweight composite material Component available stand.

In der 4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Zwischenproduktes dargestellt, welches zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials verwendet werden kann. Dieses Zwischenprodukt umfasst zwei ungebundene Verstärkungsfaserschichten 10 für zwei dehnsteife, zugfeste Verbundwerkstoff-Trägerschichten des aus dem Zwischenprodukt herzustellenden Leichtbau-Verbundmaterials, sowie eine mit den ungebundenen Verstärkungsfaserschichten 10 verbundene Elastomerschicht 4, die im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern 6 durchsetzt ist (Faser-Elastomerverbundschicht 8). Anstelle der ungebundenen Verstärkungsfaserschichten 10 können in einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) des Zwischenproduktes auch Prepregschichten vorgesehen sein.In the 4 a schematic cross-sectional view of an intermediate product according to the invention is shown, which can be used to produce a lightweight composite material according to the invention. This intermediate product comprises two unbound reinforcement fiber layers 10 For two rigid, tensile composite carrier layers of the lightweight composite material to be produced from the intermediate product, as well as one with the unbound reinforcing fiber layers 10 connected elastomer layer 4 that are essentially entirely of reinforcing fibers 6 is interspersed (fiber-elastomer composite layer 8th ). Instead of the unbound reinforcing fiber layers 10 In a further embodiment (not shown) of the intermediate product, prepreg layers can also be provided.

Es wird nun ein erstes Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Leichtbau-Verbundmaterials aus einem Zwischenprodukt nach 4 beschrieben werden. Dieses Verfahren eignet sich vorzugsweise für eine manuelle Fertigung.It will now be a first example of a procedure ren to produce a three-dimensionally shaped lightweight composite material from an intermediate 4 to be discribed. This method is preferably suitable for manual production.

Eine auf ein gewünschtes Maß zugeschnittene Bahn des Zwischenproduktes wird in eine konkave Gelegeform eingelegt, wobei sich das Zwischenprodukt aufgrund seines Eigengewichtes der Innenkontur der Form weitgehend anpasst. Bei diesem Vorgang werden die äußeren, ungebundenen Verstärkungsfaserschichten 10 (siehe 4) durch äußere Krafteinwirkung (hier: durch die reine Gewichtskraft des Zwischenproduktes selbst) verformt. Gleichzeitig wird damit die Faser-Elastomerverbundschicht 8 elastisch verformt. Hierbei folgen die Verstärkungsfasern 6 der Faser-Elastomerverbundschicht 8 aufgrund der Elastizität der Elastomermatrix deren elastischer Verformung und nehmen einen geänderten, d.h. der Kontur der Gelegeform angenäherten Faserverlauf an. Dann wird auf die in der Gelegeform oben liegende, erste ungebundene Verstärkungsfaserschicht 10 ein Epoxydharz aufgebracht und die erste ungebundene Verstärkungsfaserschicht 10 damit getränkt. Aufgrund der Faser-Elastomerverbundschicht 8 kann das Epoxydharz nicht in die zweite, in der Gelegeform unten liegende ungebundene Verstärkungsfaserschicht 10 dringen. Durch Auflegen einer Folie auf die getränkte erste ungebundene Verstärkungsfaserschicht 10 und Evakuieren der Gelegeform wird das Zwischenprodukt fest an die Kontur der Form angepresst. Dann lässt man das aufgebrachte Epoxydharz aushärten. Das so entstandene Formteil ist bereits weitgehend stabil und wird der Gelegeform entnommen. Dann wird die zweite ungebundene Verstärkungsfaserschicht 10 auf analoge Weise mit Epoxydharz versehen und das Epoxydharz ausgehärtet.A web of the intermediate product, which is cut to a desired dimension, is placed in a concave fabric, the intermediate product largely adapting to the inner contour of the mold due to its own weight. In this process, the outer, unbound reinforcing fiber layers 10 (please refer 4 ) deformed by external force (here: by the pure weight of the intermediate product itself). At the same time, the fiber-elastomer composite layer 8th elastically deformed. The reinforcing fibers follow 6 the fiber-elastomer composite layer 8th due to the elasticity of the elastomer matrix, its elastic deformation and assume a changed fiber course, that is to say the contour of the laid shape. Then the first unbound reinforcing fiber layer is placed on top of the lay-up 10 an epoxy resin is applied and the first unbound reinforcing fiber layer 10 soaked with it. Because of the fiber-elastomer composite layer 8th the epoxy resin cannot enter the second unbound reinforcing fiber layer in the lay-up 10 penetrate. By placing a film on the impregnated first unbound reinforcing fiber layer 10 and evacuating the laid mold, the intermediate product is pressed firmly against the contour of the mold. Then the applied epoxy resin is allowed to harden. The resulting molded part is already largely stable and is removed from the fabric. Then the second unbound reinforcing fiber layer 10 in an analogous manner with epoxy resin and the epoxy resin cured.

Mit Hilfe des auf die ungebundenen Verstärkungsfaserschichten 10, 10 aufgetragenen und ausgehärteten Epoxydharzes bilden sich zwei dehnsteife, zugfeste Trägerschichten aus einem ausgehärteten, festen Faser-Epoxyd-Verbund.With the help of the unbound reinforcing fiber layers 10 . 10 applied and cured epoxy resin form two rigid, tensile carrier layers made of a cured, solid fiber-epoxy composite.

Die bei dem zuvor beschriebenen Vorgang erzielte elastische Verformung der Elastomerschicht bzw. Faser-Elastomerverbundschicht 8 und des geänderten Faserverlaufes ihrer Verstärkungsfasern 6 wird mittels des ausgehärteten, festen Faser-Kunststoff-Verbundes der Trägerschichten aufrecht erhalten. Es ergibt sich ein dreidimensional geformtes Bauteil aus einem erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterial.The elastic deformation of the elastomer layer or fiber-elastomer composite layer achieved in the process described above 8th and the changed fiber course of their reinforcing fibers 6 is maintained by means of the hardened, solid fiber-plastic composite of the carrier layers. The result is a three-dimensionally shaped component made of a lightweight composite material according to the invention.

Bei einem zweiten Beispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Leichtbau-Verbundmaterials aus einem Zwischenprodukt nach 4 kann das Zwischenprodukt zum Beispiel maschinell mit Hilfe von geeigneten Auftragseinrichtungen beidseitig (d.h. an den ungebundenen Verstärkungsfaserschichten 10, 10 mit Harz versehen werden. Sofern das Zwischenprodukt nicht weiter verformt, sondern in einen ebenen Zustand gebracht wird, kann man auf diese Weise platten- oder streifenförmige Leichtbau-Verbundmaterialien herstellen. Im vorliegenden Fall wird das vorbereitete und mit Harz versehene Zwischenprodukt jedoch auf einen Dorn mit einem runden Querschnitt aufgewickelt. Hierbei werden die ungebundenen, aber bereits mit Harz versehenen Verstärkungsfaserschichten 10 verformt, wobei die bereits im vorherigen Beispiel erläuterten Effekte im Hinblick auf die Faser-Elastomerverbundschicht und ihre Verstärkungsfasern auftreten. Nach Aushärten des Harzes entsteht so ein schalen- oder rohrförmiges Bauteil aus einem erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterial.In a second example of a method according to the invention for producing a three-dimensionally shaped lightweight composite material from an intermediate product 4 For example, the intermediate product can be machined on both sides by means of suitable application devices (ie on the unbound reinforcing fiber layers 10 . 10 be provided with resin. Provided that the intermediate product is not deformed further, but is brought into a flat state, it is possible in this way to produce plate or strip-shaped lightweight composite materials. In the present case, however, the prepared and resin-coated intermediate product is wound on a mandrel with a round cross section. Here, the unbound, but already provided with resin reinforcing fiber layers 10 deformed, wherein the effects already explained in the previous example occur with regard to the fiber-elastomer composite layer and its reinforcing fibers. After the resin has hardened, a shell-shaped or tubular component is produced from a lightweight composite material according to the invention.

Bei einem dritten Beispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Leichtbau-Verbundmaterials wird ein Zwischenprodukt verwendet, bei dem anstelle ungebundener Verstärkungsfaserschichten vorbereitete Prepregschichten vorhanden sind. Da die Prepregschichten bereits mit einem Harz versehen sind, kann ein separates Auftragen von Harz entfallen. Die Schritte des Verformens der Prepregschichten und der Faser-Elastomerverbundschicht können beispielsweise analog zu denen der zuvor beschriebenen zwei Verfahrensvarianten ausgeführt werden. Das Aushärten der Prepregschichten erfolgt unter Wärmeeinwirkung, zum Beispiel im Autoklaven. Die dabei auftretenden bzw. erzielten Effekte sind die gleichen wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen. Bei der Herstellung komplexerer dreidimensionaler Bauteilformen empfiehlt es sich, auch das Verformen der Prepregschichten unter Wärmeeinwirkung vorzunehmen, da die Prepregschichten bei geeigneter Temperatur dann plastische oder teilweise plastische Eigenschaften zeigen.In a third example of a method according to the invention for producing a three-dimensionally shaped lightweight composite material an intermediate product is used in which instead of unbound Layers of reinforcing fibers prepared prepreg layers are available. Because the prepreg layers are already provided with a resin, can be applied separately of resin are eliminated. The steps of deforming the prepreg layers and the fiber-elastomer composite layer can for example be analog to which the two method variants described above are carried out. The Harden the prepreg layers take place under the influence of heat, for example in the autoclave. The effects that occur or are achieved the same as in the previous embodiments. In the preparation of More complex three-dimensional component shapes are recommended, too to deform the prepreg layers under the influence of heat, since the prepreg layers are plastic at a suitable temperature or show some plastic properties.

Es wird nun ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bearbeiten eines erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials beschrieben werden, wie es in 2 dargestellt ist. Dieses Material verfügt, wie bereits erwähnt, über zwei äußere Trägerschichten 2, 2 aus einer Aluminiumlegierung, die mit der Faser-Elastomerverbundschicht 8 verklebt sind. Es wird angenommen, dass das Leichtbau-Verbundmaterial in Form eines ebenen, plattenförmigen Halbzeugs bereitgestellt wird. Zur Bearbeitung wird dieses Halbzeug mittels eines Stempels und einer Matrize, die Teil einer nicht gezeigten Pressvorrichtung sind, verformt. Genauer gesagt, werden durch Einwirkung des Stempels und der Matrize die beiden Trägerschichten 2, 2 plastisch verformt. Dadurch verformt sich die zwischen den beiden Trägerschichten 2, 2 angeordnete Faser-Elastomerverbundschicht 8 elastisch, d.h. sie folgt der Verformung der Trägerschichten 2, 2, wobei wiederum die in die Elastomermatrix (Elastomerschicht 4) eingebetteten Verstärkungsfasern 6 durch die Elastizität der Elastomermatrix einen der elastischen Verformung im Wesentlichen folgenden, geänderten Faserverlauf annehmen. Die bewirkte elastische Verformung der Elastomerschicht 4 und der geänderte Faserverlaufes ihrer Verstärkungsfasern 6 werden mittels der plastisch verformten Trägerschichten 2, 2 und eine etwaige Relaxation der verformten Elastomermatrix aufrecht erhalten.A method according to the invention for processing a lightweight composite material according to the invention will now be described, as described in 2 is shown. As already mentioned, this material has two outer carrier layers 2 . 2 Made of an aluminum alloy with the fiber-elastomer composite layer 8th are glued. It is assumed that the lightweight composite material is provided in the form of a flat, plate-shaped semi-finished product. For processing, this semi-finished product is deformed by means of a stamp and a die, which are part of a pressing device, not shown. More precisely, the action of the stamp and the matrix make the two carrier layers 2 . 2 plastically deformed. This deforms the between the two carrier layers 2 . 2 arranged fiber-elastomer composite layer 8th elastic, ie it follows the deformation of the carrier layers 2 . 2 , which again in the elastomer matrix (elastomer layer 4 ) embedded reinforcement fibers 6 due to the elasticity of the elastomer matrix, a modified fiber course essentially follows the elastic deformation men. The elastic deformation of the elastomer layer caused 4 and the changed fiber course of their reinforcing fibers 6 are made by means of the plastically deformed carrier layers 2 . 2 and maintain any relaxation of the deformed elastomer matrix.

Das zuvor erläuterte Verfahren ist grundsätzlich auch zum Bearbeiten von erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterialien geeignet, die über eine oder mehrere Trägerschichten aus einem Thermoplast oder einem thermoplastischen Faserverbundwerkstoff verfügen. Hierbei erfolgt das plastisches Verformen der Trägerschicht dann jedoch unter Wärmeeinwirkung, was eine leichtere Verformbarkeit der Trägerschicht gewährleistet.The procedure explained above is basically also for processing lightweight composite materials according to the invention suitable that over a or several carrier layers made of a thermoplastic or a thermoplastic fiber composite material feature. The plastic deformation of the carrier layer then takes place under Heat, which ensures easier deformability of the carrier layer.

Sofern bei den im Rahmen der vorliegenden Beschreibung erläuterten Verfahren ein erfindungsgemäßes Leichtbau-Verbundmaterial zum Einsatz kommt, bei dem die mit Verstärkungsfasern 6 durchsetzte Elastomerschicht 4 einen thermoplastischen Elastomerwerkstoff aufweist, dann wird die Faser-Elastomerverbundschicht vorzugsweise plastisch unter Wärmeeinwirkung verformt und anschließend abgekühlt. Das Abkühlen kann aktiv mit Hilfe von geeigneten Kühlmitteln oder passiv durch Auskühlen des Elastomerwerkstoffes selbst realisiert werden. Das Aufrechterhalten der Verformung der Elastomerschicht und des geänderten Faserverlaufes ihrer Verstärkungsfasern erfolgt dann außer durch die Trägerschichten zusätzlich auch durch den plastisch verformten und wieder abgekühlten thermoplastischen Elastomerwerkstoft selbst.Insofar as a lightweight composite material according to the invention is used in the processes explained in the context of the present description, in which the material with reinforcing fibers 6 interspersed elastomer layer 4 has a thermoplastic elastomer material, then the fiber-elastomer composite layer is preferably plastically deformed under the action of heat and then cooled. Cooling can be carried out actively with the aid of suitable coolants or passively by cooling the elastomer material itself. The deformation of the elastomer layer and the changed fiber course of its reinforcing fibers are then maintained not only by the carrier layers but also by the plastically deformed and cooled thermoplastic elastomer material itself.

Das erfindungsgemäße Leichtbau-Verbundmaterial wird vorzugsweise für ein Brandschutzelement und/oder ein stoß- und/oder einschlags- und/oder explosionsgefährdetes Strukturbauteil oder eine Komponente eines Flugkörpers, eines Luft-, Raum- oder Landfahrzeugs oder eines Triebwerkes für derartige Fahrzeuge verwendet. Es eignet sich besonders für eine Bodenbaugruppe oder Bodenbaugruppenkomponente eines Luftfahrzeugs.The lightweight composite material according to the invention is preferred for a fire protection element and / or a shock and / or impact and / or explosion endangered Structural component or a component of a missile, an air, space or Land vehicle or an engine used for such vehicles. It is particularly suitable for a floor assembly or floor assembly component of an aircraft.

5 zeigt hierzu als konkretes Verwendungsbeispiel eine schematische, stark vereinfachte und teilweise geschnittene Frontalansicht eines Hubschraubers 12. Die Zelle 14 des Hubschraubers 12 ist in ihrem Bodenbereich, in dem sich ein Treibstofftank 16 befindet, zu einem wesentlichen Anteil aus dem erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterial gefertigt. Im vorliegenden Fall umfasst der Bodenbereich ein doppelwandig ausgebildetes Bodenelement 18, welches das erfindungsgemäße Leichtbau-Verbundmaterial umfasst. 5 shows as a concrete example of use a schematic, greatly simplified and partially sectioned front view of a helicopter 12 , The cell 14 of the helicopter 12 is in their floor area where there is a fuel tank 16 is, made to a substantial extent from the lightweight composite material according to the invention. In the present case, the floor area comprises a double-walled floor element 18 , which comprises the lightweight composite material according to the invention.

Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele, die lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dienen, beschränkt. Im Rahmen des Schutzumfangs kann das erfindungsgemäße Leichtbau-Verbundmaterial vielmehr auch andere als die oben konkret beschriebenen Ausgestaltungs- und Ausführungsformen annehmen. Das Leichtbau-Verbundmaterial kann insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den Merkmalen der jeweiligen Hauptansprüche und allen oder nur einigen Einzelmerkmalen der zugehörigen Unteransprüche darstellen. Sowohl die Trägerschicht als auch die Faser-Elastomerverbundschicht des erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterials können weitere Zusatzstoffe enthalten, welche die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Materials zusätzlich beeinflussen. An der Stoßfläche zwischen einer Trägerschicht und der Faser-Elastomerverbundschicht bzw. einem daran angrenzenden Bereich können Mittel zur Verbesserung des flächigen Zusammenhaltes zwischen der Trägerschicht und der Faser-Elastomerverbundschicht vorgesehen sein (z.B. In der Form von Haftmitteln, Klebemitteln, Verankerungen usw.).The invention is not based on the above Embodiments, which is only the general explanation of the core idea of the Serve invention limited. Rather, within the scope of protection, the lightweight composite material according to the invention can also other than those specifically described above embodiments accept. The lightweight composite material can in particular have features that are a combination of the Features of the respective main claims and all or only a few Individual characteristics of the associated under claims represent. Both the backing layer as well as the fiber-elastomer composite layer of the lightweight composite material according to the invention can contain further additives which have the properties of the material according to the invention additionally influence. At the joint between a carrier layer and the fiber-elastomer composite layer or an adjoining area can Means to improve the flat Cohesion between the support layer and the fiber-elastomer composite layer be provided (e.g. in the form of adhesives, adhesives, anchors etc.).

Des Weiteren ist bei dem erfindungsgemäßen Leichtbau-Verbundmaterial neben den oben rein beispielhaft gegebenen Dickenangaben für die Trägerschicht eine Dicke in einem Bereich von 0,1 mm bis größer 1,5 mm, insbesondere 0,2 mm bis größer 1 mm, und für die Faser-Elastomerverbundschicht eine Dicke von 0,2 mm bis größer 10 mm, insbesondere 0,8 mm bis 6 mm, bevorzugt. Die Gesamtdicke des Leichtbau-Verbundmaterials kann daher je nach Anwendungszweck und Ausführungsform zwischen einem Bruchteil eines Millimeters bis zu einigen Zentimetern betragen, wobei aus Gewichtsgründen eine Gesamtdicke im Millimeterbereich bevorzugt ist.Furthermore, the lightweight composite material according to the invention in addition to the thickness information for the carrier layer given above purely by way of example a thickness in a range from 0.1 mm to greater than 1.5 mm, in particular 0.2 mm to greater than 1 mm, and for the fiber-elastomer composite layer has a thickness of 0.2 mm to greater than 10 mm, in particular 0.8 mm to 6 mm, preferred. The total thickness of the lightweight composite can therefore, depending on the application and embodiment, between a fraction one millimeter to a few centimeters, whereby from weight reasons an overall thickness in the millimeter range is preferred.

Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.Reference signs in the claims, the The description and the drawings serve only for a better understanding of the Invention and are not intended to limit the scope.

Es bezeichnen:Designate it:

22
Trägerschicht(en)Carrier layer (s)
44
Elastomerschichtelastomer layer
66
Verstärkungsfasern in 4 Reinforcing fibers in 4
88th
Faser-Elastomerverbundschicht(en) aus 4 und 6 Fiber-elastomer composite layer (s) 4 and 6
1010
Ungebundene Verstärkungsfaserschicht(en)unbound Reinforcing fiber layer (s)
1212
Hubschrauberhelicopter
1414
Zellecell
1616
Treibstofftankfuel tank
1818
Bodenelementfloor element

Claims (15)

Platten- oder schalenförmiges Leichtbau-Verbundmaterial, umfassend mindestens eine erste dehnsteife, zugfeste Trägerschicht (2), die aus wenigstens einem Metallwerkstoff hergestellt ist, und mindestens eine mit dieser Trägerschicht (2) fest verbundene Elastomerschicht (4), die im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern (6) durchsetzt ist und eine Matrix für die Verstärkungsfasern (6) bildet.Plate or shell-shaped lightweight composite material, comprising at least a first rigid, tensile carrier layer ( 2 ), which is made of at least one metal material, and at least one with this carrier layer ( 2 ) firmly connected elastomer layer ( 4 ), which is essentially entirely made of reinforcing fibers ( 6 ) is interspersed and a matrix for the reinforcing fibers ( 6 ) forms. Leichtbau-Verbundmaterial, umfassend mindestens eine erste dehnsteife, zugfeste Trägerschicht (2), die aus einem Verbundwerkstoff hergestellt ist, und mindestens eine mit dieser Trägerschicht (2) fest verbundene Elastomerschicht (4), die im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern (6) durchsetzt ist und eine Matrix für die Verstärkungsfasern (6) bildet.Lightweight composite material, comprising min at least a first rigid, tensile carrier layer ( 2 ), which is made of a composite material, and at least one with this carrier layer ( 2 ) firmly connected elastomer layer ( 4 ), which is essentially entirely made of reinforcing fibers ( 6 ) is interspersed and a matrix for the reinforcing fibers ( 6 ) forms. Leichtbau-Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses des Weiteren mindestens eine zweite dehnsteife, zugfeste Trägerschicht (2) besitzt, und die mindestens eine, im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern (6) durchsetzte Elastomerschicht (4) zwischen den beiden Trägerschichten (2, 2) angeordnet und mit diesen fest verbunden ist.Lightweight composite material according to claim 1 or 2, characterized in that it further comprises at least one second rigid, tensile carrier layer ( 2 ), and the at least one, essentially completely of reinforcing fibers ( 6 ) penetrated elastomer layer ( 4 ) between the two carrier layers ( 2 . 2 ) arranged and firmly connected to them. Leichtbau-Verbundmaterial nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Vielzahl von sich einander abwechselnden dehnsteifen, zugfesten Trägerschichten (2) und im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern (6) durchsetzten Elastomerschichten (4) aufweist.Lightweight composite material according to one or more of the preceding claims, characterized in that it comprises a plurality of alternating, rigid, tensile support layers ( 2 ) and essentially entirely of reinforcing fibers ( 6 ) interspersed with elastomer layers ( 4 ) having. Leichtbau-Verbundmaterial nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (6), welche die Elastomerschicht (4) im Wesentlichen vollständig durchsetzen, bezogen auf die Dicke und Längs- und Quererstreckung der Elastomerschicht (4) im Wesentlichen gleichmäßig in der Elastomerschicht (4) verteilt sind.Lightweight composite material according to one or more of the preceding claims, characterized in that the reinforcing fibers ( 6 ) which the elastomer layer ( 4 ) essentially fully enforce, based on the thickness and length and length of the elastomer layer ( 4 ) essentially uniform in the elastomer layer ( 4 ) are distributed. Leichtbau-Verbundmaterial nach einem oder mehreren vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste, aus wenigstens einem Metallwerkstoff hergestellte dehnsteife, zugfeste Trägerschicht (2) einen Aluminiumwerkstoff umfasst.Lightweight composite material according to one or more of the preceding claims, characterized in that the at least one first, rigid, tensile carrier layer made of at least one metal material ( 2 ) comprises an aluminum material. Leichtbau-Verbundmaterial nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dehnsteife, zugfeste Trägerschicht (2) eine Dicke von 0,1 mm bis größer 1,5 mm, insbesondere 0,2 mm bis größer 1 mm besitzt, und die von Verstärkungsfasern (6) durchsetzte Elastomerschicht (4) eine Dicke von 0,2 mm bis größer 10 mm, insbesondere 0,8 mm bis 6 mm aufweist.Lightweight composite material according to one or more of the preceding claims, characterized in that the rigid, tensile carrier layer ( 2 ) has a thickness of 0.1 mm to greater than 1.5 mm, in particular 0.2 mm to greater than 1 mm, and that of reinforcing fibers ( 6 ) penetrated elastomer layer ( 4 ) has a thickness of 0.2 mm to greater than 10 mm, in particular 0.8 mm to 6 mm. Zwischenprodukt zur Herstellung eines Leichtbau-Verbundmaterials nach Anspruch 2, umfassend mindestens eine Prepregschicht und/oder mindestens eine ungebundene Verstärkungsfaserschicht (10) für die mindestens eine erste dehnsteife, zugfeste Verbundwerkstoff-Trägerschicht (2), sowie mindestens eine mit der Prepregschicht oder der mindestens einen ungebundenen Verstärkungsfaserschicht (10) verbundene Elastomerschicht (4), die im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern (6) durchsetzt ist.Intermediate product for producing a lightweight composite material according to claim 2, comprising at least one prepreg layer and / or at least one unbound reinforcing fiber layer ( 10 ) for the at least one first rigid, tensile composite support layer ( 2 ), and at least one with the prepreg layer or the at least one unbound reinforcing fiber layer ( 10 ) connected elastomer layer ( 4 ), which is essentially entirely made of reinforcing fibers ( 6 ) is enforced. Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Leichtbau-Verbundmaterials nach Anspruch 2 mittels eines Zwischenproduktes nach Anspruch 8, das mit mindestens einer ungebundenen Verstärkungsfaserschicht (10) für die mindestens eine erste dehnsteife und zugfeste Verbundwerkstoff-Trägerschicht (2) versehen ist, umfassend folgende Schritte: – Verformen der ungebundenen Verstärkungsfaserschicht (10) durch Krafteinwirkung, und dadurch – Elastisches Verformen der mindestens einen, im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern (6) durchsetzten Elastomerschicht (4), wobei die in die Elastomermatrix eingebetteten Verstärkungsfasern (6) durch die Elastizität der Elastomermatrix einen der elastischen Verformung im Wesentlichen folgenden, geänderten Faserverlauf annehmen, – Aufbringen eines harzartigen Kunststoffmaterials auf die ungebundene Verstärkungsfaserschicht (10), – Aushärten des aufgebrachten harzartigen Kunststoffmaterials, wodurch sich eine dehnsteife, zugfeste Trägerschicht (2) aus einem ausgehärteten, festen Faser-Kunststoff-Verbund bildet, und Aufrechterhalten der elastischen Verformung der Elastomerschicht (4) und des geänderten Faserverlaufes ihrer Verstärkungsfasern (6) mittels des ausgehärteten, festen Faser-Kunststoff-Verbundes.Method for producing a three-dimensionally shaped lightweight composite material according to claim 2 by means of an intermediate product according to claim 8, which with at least one unbound reinforcing fiber layer ( 10 ) for the at least one first rigid and tensile composite support layer ( 2 ) is provided, comprising the following steps: deforming the unbound reinforcing fiber layer ( 10 ) by the action of force, and thereby - elastic deformation of the at least one, essentially completely of reinforcing fibers ( 6 ) penetrated elastomer layer ( 4 ), the reinforcing fibers embedded in the elastomer matrix ( 6 ) assume, due to the elasticity of the elastomer matrix, a changed fiber course which essentially follows the elastic deformation, - application of a resin-like plastic material to the unbound reinforcing fiber layer ( 10 ), - hardening of the applied resin-like plastic material, resulting in a rigid, tensile carrier layer ( 2 ) from a hardened, solid fiber-plastic composite, and maintaining the elastic deformation of the elastomer layer ( 4 ) and the changed fiber course of their reinforcing fibers ( 6 ) by means of the hardened, solid fiber-plastic composite. Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Leichtbau-Verbundmaterials nach Anspruch 2 mittels eines Zwischenproduktes nach Anspruch 8, das mit mindestens einer Prepregschicht für die mindestens eine erste dehnsteife und zugfeste Verbundwerkstoff-Trägerschicht (2) versehen ist, umfassend folgende Schritte: – Verformen der Prepregschicht durch Krafteinwirkung, vorzugsweise unter zusätzlicher Wärmeeinwirkung, und dadurch – Elastisches Verformen der mindestens einen, im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern (6) durchsetzten Elastomerschicht (4), wobei die in die Elastomermatrix eingebetteten Verstärkungsfasern (6) durch die Elastizität der Elastomermatrix einen der elastischen Verformung im Wesentlichen folgenden, geänderten Faserverlauf annehmen, – Aushärten der mindestens einen Prepregschicht unter Wärmeeinwirkung wodurch sich eine dehnsteife, zugfeste Trägerschicht (2) aus der ausgehärteten Prepregschicht bildet, und – Aufrechterhalten der elastischen Verformung der Elastomerschicht (4) und des geänderten Faserverlaufes ihrer Verstärkungsfasern (6) mittels der verformten und ausgehärteten Prepregschicht.A method for producing a three-dimensionally shaped lightweight composite material according to claim 2 by means of an intermediate product according to claim 8, which with at least one prepreg layer for the at least one first rigid and tensile composite support layer ( 2 ) is provided, comprising the following steps: - deformation of the prepreg layer by the action of force, preferably with additional heat, and thereby - elastic deformation of the at least one, essentially completely of reinforcing fibers ( 6 ) penetrated elastomer layer ( 4 ), the reinforcing fibers embedded in the elastomer matrix ( 6 ) assume an altered fiber course essentially following the elastic deformation due to the elasticity of the elastomer matrix, - curing of the at least one prepreg layer under the action of heat, thereby resulting in a rigid, tensile carrier layer ( 2 ) from the hardened prepreg layer, and - maintaining the elastic deformation of the elastomer layer ( 4 ) and the changed fiber course of their reinforcing fibers ( 6 ) by means of the deformed and hardened prepreg layer. Verfahren zum Bearbeiten eines Leichtbau-Verbundmaterials nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 3 bis 7, mit einer dehnsteifen und zugfesten Trägerschicht (2), die aus wenigstens einem Metallwerkstoff, einem Thermoplast oder aus einem thermoplastischen Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, umfassend folgende Schritte: – Plastisches Verformen der mindestens einen Trägerschicht (2), und dadurch – Elastisches Verformen der mindestens einen, im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern (6) durchsetzten Elastomerschicht (4), wobei die in die Elastomermatrix eingebetteten Verstärkungsfasern (6) durch die Elastizität der Elastomermatrix einen der elastischen Verformung im Wesentlichen folgenden, geänderten Faserverlauf annehmen, und – Aufrechterhalten der elastischen Verformung der Elastomerschicht (4) und des geänderten Faserverlaufes ihrer Verstärkungsfasern (6) mittels der mindestens einen plastisch verformten Trägerschicht (2).Process for processing a lightweight composite material according to one or more of claims 1 and 3 to 7, with a rigid and tensile carrier layer ( 2 ), which is made of at least one metal material, a thermoplastic or a thermoplastic fiber composite material, comprising the following steps: - plastic deformation of the at least one carrier layer ( 2 ), and thereby - elastic deformation of the at least one, essentially completely of reinforcing fibers ( 6 ) penetrated elastomer layer ( 4 ), the reinforcing fibers embedded in the elastomer matrix ( 6 ) assume a changed fiber course essentially following the elastic deformation due to the elasticity of the elastomer matrix, and - maintaining the elastic deformation of the elastomer layer ( 4 ) and the changed fiber course of their reinforcing fibers ( 6 ) by means of the at least one plastically deformed carrier layer ( 2 ). Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, mit einer im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern (6) durchsetzten Elastomerschicht (4) aus einem thermoplastischen Elastomerwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass – die im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern (6) durchsetzte Elastomerschicht (4) plastisch unter Wärmeeinwirkung verformt und anschließend abgekühlt wird, und – das Aufrechterhalten der Verformung der im Wesentlichen vollständig von Verstärkungsfasern (6) durchsetzten Elastomerschicht (4) und des geänderten Faserverlaufes ihrer Verstärkungsfasern (6) zusätzlich durch den plastisch verformten und wieder abgekühlten thermoplastischen Elastomerwerkstoff erfolgt.The method of claim 9, 10 or 11, with a substantially completely of reinforcing fibers ( 6 ) penetrated elastomer layer ( 4 ) made of a thermoplastic elastomer material, characterized in that - the essentially completely of reinforcing fibers ( 6 ) penetrated elastomer layer ( 4 ) plastically deformed under the influence of heat and then cooled, and - maintaining the deformation of the essentially completely of reinforcing fibers ( 6 ) penetrated elastomer layer ( 4 ) and the changed fiber course of their reinforcing fibers ( 6 ) additionally takes place through the plastically deformed and again cooled thermoplastic elastomer material. Verwendung eines Leichtbau-Verbundmaterials nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 für ein stoß- und/oder einschlags- und/oder explosionsgefährdetes Strukturbauteil oder eine Komponente eines Flugkörpers, eines Luftfahrzeugs (12), eines Raumfahrzeugs oder Landfahrzeugs oder eines Triebwerkes für derartige Fahrzeuge.Use of a lightweight composite material according to one or more of claims 1 to 7 for a structural component or component of a missile, an aircraft, which is subject to impact and / or impact and / or explosion. 12 ), a spacecraft or land vehicle, or an engine for such vehicles. Verwendung eines Leichtbau-Verbundmaterials nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 für eine Bodenbaugruppe oder Bodenbaugruppenkomponente (18) eines Luftfahrzeugs (12).Use of a lightweight composite material according to one or more of claims 1 to 7 for a floor assembly or floor assembly component ( 18 ) of an aircraft ( 12 ). Verwendung eines Leichtbau-Verbundmaterials nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 als ein Brandschutzelement.Use of a lightweight composite material after one or more of the claims 1 to 7 as a fire protection element.
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