DE102015105603B4

DE102015105603B4 - Sandwichpaneel für ein Luftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015105603B4
Application number: DE102015105603.8A
Authority: DE
Inventors: c/o Airbus Operations GmbH Tchankova Lubka; c/o Airbus Operations GmbH Dering Fedor; c/o Airbus Operations Estadieu Jean-Bernard
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-04-14
Also published as: US20160297509A1; DE102015105603A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sandwichpaneel für ein Luftfahrzeug. Dieses Sandwichpaneel weist eine untere Deckschicht, eine obere Deckschicht und eine Kernschicht auf, wobei die Kernschicht wiederum Stifte aufweist. Die Stifte erstrecken sich von der unteren Deckschicht in Richtung der oberen Deckschicht, und die Stifte sind durch Stäbe miteinander verbunden. Außerdem verlaufen die Stäbe innerhalb der Kernschicht und die Stifte und die Stäbe bilden ein einstückiges Netzwerk aus.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Sandwichpaneele für Luftfahrzeuge, insbesondere ein Sandwichpaneel mit Stiften, Stäben und Waben, die in einem Druckverfahren hergestellt sind, ein Verfahren zur Herstellung eines Sandwichpaneels für ein Luftfahrzeug sowie ein Luftfahrzeug mit einem Sandwichpaneel.
Hintergrund
Sandwichpaneele für Luftfahrzeuge werden häufig in Schichtbauweise, auch Sandwichbauweise genannt, gefertigt. Gängige Sandwichpaneele bestehen aus jeweils einer unteren und einer oberen Deckschicht und einem Kern. Der Kern erfüllt die Aufgabe, die Deckschichten voneinander zu trennen, er nimmt also die Rolle eines Abstandshalters zwischen den Deckschichten ein. Damit kann das Sandwichpaneel Zug- und Druckkräfte in den Deckschichten effizient aufnehmen. Die Zug- und Druckkräfte in den Deckschichten rühren hauptsächlich von Biegebeanspruchung her, das heißt, von einer Last, die auf eine der Deckflächen des Sandwichpaneels senkrecht einwirkt. Die Kernschicht des Sandwichbauteils wird üblicherweise wabenförmig hergestellt. Solche Honeycombpanels, kurz Honeycombs genannt, eignen sich als Leichtbauelemente durch die fast vollständig automatisierbare Herstellung für den Flugzeugbau. Die Honeycombs selbst werden aus papierartigen Werkstoffen hergestellt und üblicherweise mit einer Klebematrix, beispielsweise Phenolharz, getränkt und ausgehärtet. Die Deckschichten können aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt sein, beispielsweise mit Kohlefasern oder auch Glasfasern in Epoxid- oder Phenolharz.
Zusätzlich zu den Honeycombs in der Kernschicht werden Elemente mit höherer Festigkeit in die Kernschicht eingesetzt, die dem Fluss von Schubspannungen zwischen den Paneelen und den verbundenen Flugzeugstrukturen dienen. Solche „plugs“ oder „inserts“ können mit den Deckschichten beispielsweise durch Verklebung verbunden werden.
Bekannte Sandwichstrukturen sind beispielsweise in US 6 291 049 B1 , US 4 103 470 A , US 5 876 652 A , US 5 741 574 A , US 6 027 798 A und EP 2 025 504 A1 offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Sandwichpaneele für Luftfahrzeuge bereitzustellen, die optimal an eine inhomogen verteilte Belastung anpassbar sind.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Sandwichpaneel für ein Luftfahrzeug, beispielsweise ein Fußbodenpaneel, aufweisend eine untere Deckschicht, eine obere Deckschicht und eine Kernschicht, wobei die Kernschicht Stifte aufweist, wobei sich die Stifte von der unteren Deckschicht in Richtung der oberen Deckschicht erstrecken, wobei die Stifte durch Stäbe miteinander verbunden sind, wobei die Stäbe innerhalb der Kernschicht verlaufen und wobei die Stifte und die Stäbe ein einstückiges Netzwerk ausbilden.
Ein solches Sandwichpaneel kann auch allgemein als Sandwichbauteil bezeichnet werden, da es die typischen Merkmale eines solchen aufweist, nämliche je eine Deckschicht an der Oberseite und an der Unterseite des Bauteils, wobei die beiden Deckschichten durch eine Kernschicht voneinander getrennt sind. Die Deckschichten können beispielsweise aus Faserverbundstrukturen gefertigt sein. So mögen Kohlefasern in Phenolharz oder Epoxidharz eingebettet sein, aber auch Glasfasern oder Aramidfasern können zum Einsatz kommen. Eine Deckschicht kann also aus einer Materialkombination oder aus mehreren gefertigt sein, um die verschiedenen vorteilhaften Eigenschaften auszunutzen. So kann die hohe Zugfestigkeit von Kohlefasern mit der relativ hohen Druckstabilität von Glasfasern in zwei verschiedenen Schichten kombiniert werden. Für die Randschichten könnten auch Aramidfasern aufgrund ihrer besonders hohen Schlagzähigkeit verwendet werden. Die Kernschicht weist Stifte auf, die die Deckschichten voneinander auf Abstand halten. Die Stifte erstrecken sich von einer Deckschicht zur anderen, das heißt, sie verlaufen im Wesentlichen rechtwinklig zu den Deckschichten. Beispielsweise sind die Stifte säulenförmige Gebilde, ohne Knick oder Biegung. Die Stifte können hauptsächlich durch Druckkraft beaufschlagt werden, diese können aber auch Schubspannung aufnehmen. Die Stifte sind durch Stäbe miteinander verbunden. Während die Stifte die säulenförmigen Gebilde zwischen den Deckschichten bezeichnen, stehen die Stäbe für die Querverbindungen zwischen den Stiften. In anderen Worten sind die Stäbe üblicherweise nicht direkt mit den Deckschichten verbunden, sondern die Stäbe verbinden die Stifte untereinander. Die Stäbe verlaufen innerhalb der Kernschicht, das heißt, dass sie die Deckschichten nicht durchdringen. Es kann auch sein, das die Stäbe die Kernschicht nicht berühren. Die Kernschicht kann also diese Stifte und Stäbe aufweisen und sonst mit Luft gefüllt sein, also im Wesentlichen hohl sein. Eine Verbindung der Stifte mit den Deckschichten kann zum Beispiel über Klebung erfolgen, oder einem Harz, das nach dem Zusammenbau oder auch währenddessen aushärtet.
Die Stifte und die Stäbe bilden ein einstückiges Netzwerk. Das heißt, dass beide aus einem kontinuierlichen Material gefertigt sind und kontinuierlich miteinander verbunden sind. Eine Klebung oder eine andersartige Verbindung, die in einem Montagevorgang angebracht werden müsste, ist nicht erforderlich. Stifte und Stäbe bilden ein einziges Bauteil. Die Trennung in Stifte und Stäbe ergibt sich rein aus der Funktion bzw. der Anordnung der Elemente Stifte und Stäbe. Sowohl die Stifte als auch die Stäbe werden nicht nur aus einem gemeinsamen Rohmaterial gefertigt, sondern damit auch in einem einzigen Fertigungsschritt. In anderen Worten sind Stifte und Stäbe zusammen ohne Naht gefertigt. Vielmehr gehen diese in einem Vorgang aus einem Material und aus einem Produktionsapparat hervor.
Es mag eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung sein, dass eine koordinierte und geplante Herstellung eines einzelnen Elements, bestehend aus Stiften und Stäben, ermöglicht, eine den Lastfällen gerecht werdende Konstruktion zu erstellen. Das heißt, dass die Bauteilgeometrien in einem dafür geeigneten Herstellungsprozess berücksichtigt werden. Es besteht somit eine vorteilhafte Abhängigkeit zwischen Herstellungsprozess und Gestalt des Produktes.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Stifte und die Stäbe in einem additiven Herstellungsprozess („Additive Manufacturing“ Prozess) hergestellt.
Ein geeigneter Herstellungsprozess für filigrane, komplizierte und spezielle, das heißt örtlich verschiedene Bauteilgeometrien ist das „Additive Manufacturing“, umgangssprachlich auch als „3D-Druck“ bezeichnet. In diesem Verfahren werden Stoffe, üblicherweise Kunststoffe schichtweise aufgetragen, solange, bis die Summe der Schichten das Bauteil vervollständigt. Das schichtweise Auftragen des Kunststoffes ermöglicht es, zum Beispiel in Computer-Aided-Design vordefinierte Geometrien zu erstellen, wobei eine variable Geometrie im Vergleich zu sich wiederholenden Mustern in der Struktur keinen oder nur geringen Mehraufwand bedeutet. Im Gegensatz zu in Massenproduktion hergestellten Honeycombschichten, die in Faltungs- und Klebeprozessen hergestellt werden, ist beim Additive Manufacturing eine Abweichung ohne Umbau des Herstellungsprozesses möglich. Zum Beispiel wird in einem CAD-Programm (Computer-Aided-Design) die Struktur des Netzwerks aus Stiften und Stäben erstellt. Diese Struktur kann dann unmittelbar an den 3D-Drucker übermittelt werden, der die Struktur schichtweise aufbaut. Somit ergibt sich, dass Stifte und Stäbe in einem Produktionsprozess, von einem Herstellungsapparat und aus ein und demselben Material gefertigt werden können. Beispielsweise weist der Apparat des additiven Herstellungsprozesses, also der 3D-Drucker, eine piezokeramische Düse auf, die hochfrequent geöffnet und geschlossen werden kann und aus der ein Kunststoff-Rohmaterial strömt. Das Kunststoff-Rohmaterial härtet dann während des Druckvorgangs oder nach dem Vorgang aus. Beispielsweise enthält das Kunststoff-Rohmaterial noch kurze Fasern aus Kohlefasermaterial oder Glasfasern. Auch kann es weitere Partikel enthalten, wie zum Beispiel Keramikpartikel.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung schließen sich die Stäbe in der Mitte der Längsrichtung der Stifte im rechten Winkel an die Stifte an.
In dieser Ausführungsform schließen sich die Stäbe an die Stifte in der Mitte der Stifte an, das heißt auf halber Höhe der Stifte. In anderen Worten verlaufen die Stäbe parallel zu den Deckschichten und auf einer gedachten Mittenebene zwischen den Deckschichten. Dies kann auch bedeuten, die Stäbe sind in einer Symmetrieebene des Sandwichbauteils angeordnet. Der rechte Winkel bezieht sich auf den Winkel zwischen den Stäben und den Stiften, dessen Gegenwinkel die Neigung der Stäbe gegenüber den Deckplatten definiert, sofern die Stifte rechtwinklig zu den Deckschichten verlaufen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Kernschicht weiterhin Waben auf, wobei die Waben derart angeordnet sind, dass sich eine erste Öffnung einer Wabe zu der unteren Deckschicht erstreckt und eine zweite Öffnung der Wabe zu der oberen Deckschicht erstreckt und sich die Seitenwände der Waben rechtwinklig zu der unteren Deckschicht und zu der oberen Deckschicht erstrecken. Solche Waben können ein größeres Volumen aufspannen als die Waben, die üblicherweise im Stand der Technik verwendet werden. Der Grund hierfür ist das Nebeneinander von Stiften und Waben, die gleichzeitig die Funktion der Abstandshaltung der beiden Deckschichten voneinander wahrnehmen. Allerdings mögen die Waben zusätzliche Schubsteifigkeit in das Sandwichpaneel einbringen, und die Knickgefahr der Stifte bei Druckbelastung mindern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung befindet sich im durch eine Wabe aufgespannten Raum eine Vielzahl von Stiften und Stäben und wobei die Wabe, die Stifte und die Stäbe aus einem kontinuierlichen Material gefertigt sind, so dass die Stäbe zusammen mit den Stiften und den Waben einstückig ausgebildet sind.
In dieser Ausführungsform befindet sich eine Vielzahl von Stiften innerhalb einer Wabe. Je nach dem Durchmesser der Stifte und Besetzungsdichte der Stifte auf einer Flächeneinheit der Deckschichten können einige bis sehr viele Stifte innerhalb einer Wabe untergebracht sein. Sind beispielsweise die Stifte sehr filigran und die Wabenräume entsprechend groß, können beispielsweise eine Anzahl von Stiften je Wabeneinheit in der Größenordnung von 10¹ oder auch 10² liegen. Die Stifte, die Stäbe und auch die Waben können in ein und demselben Vorgang des Additive Manufacturing, das heißt des 3D-Drucks, hergestellt werden. Dies kann zur Folge haben, dass das Netzwerk aus Stiften und Stäben über die Anschlüsse der Stäbe zu den Waben ein einziges Bauteil bildet. Zum Beispiel kann das Material der Stäbe fließend in das Material der Waben übergehen, wenn zum Beispiel die Düse des Druckers in einer kontinuierlichen Bewegung auf der Ebene der Stäbe so weit verfährt, dass die Wabenrandung – zumindest in dieser Ebene – Teil des Druckvorgangs der Stäbe wird. In anderen Worten erzeugt ein Druckauftrag ein einziges Bauteil aus Stiften, Stäben und Waben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestehen die Waben aus Polyetheretherketon und/oder die untere Deckschicht und die obere Deckschicht aus kohlefaserverstärktem Kunststoff.
Der Kunststoff Polyetheretherketon kann zum Beispiel kurze Fasern der Länge 0,1 mm bis 1 mm enthalten, die dann im Druckvorgang zusammen mit dem Kunststoff Polyetheretherketon schichtweise aufgetragen werden. Ein kohlefaserverstärkter Kunststoff ist ein Beispiel für das Material der Decklagen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Sandwichpaneel angegeben, wobei eine erste Gruppe an Stiften einen anderen Durchmesser aufweist als eine zweite Gruppe an Stiften.
Ist entsprechendes Wissen zu Lasteinleitungen, Lastverteilungen oder anderen spannungsbestimmenden Randbedingungen vorhanden, können die Stifte und Stäbe der auftretenden Belastung entsprechend angepasst werden. Ein höherer Durchmesser der Stifte beispielsweise vermindert das Knicken der Stifte, sprich die Instabilität der Stifte in Folge von zu hoher Druckbelastung auf diese. Insbesondere wenn das Herstellungsverfahren „Additive Manufacturing“ zum Einsatz kommt, können die Stifte in individuellen Durchmessern gefertigt werden, ohne dass beim Herstellungsverfahren selbst dadurch signifikanter Mehraufwand entsteht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Kernschicht einen Einsatz auf und der Durchmesser der Stifte nimmt zu dem Einsatz hin zu.
Ein Einsatz kann ein so genannter „insert“ sein, auch „plug“ genannt. Solch ein Einsatz wird häufig in der Kernschicht angebracht, um den Spannungsfluss zwischen den Paneelen und den verbundenen Flugzeugstrukturen zu ermöglichen. Der Einsatz erfordert zumeist eine Aussparung in der jeweiligen Struktur der Kernschicht, in die der Einsatz eingebracht werden kann. Jede Aussparung in einer belasteten Struktur kann aber Spannungsspitzen in der Struktur um die Aussparung bedeuten. Auch von sehr kleinen Aussparungen kann eine Kerbwirkung ausgehen. Insofern ist es der Strukturfestigkeit zweckdienlich, die Elemente oder das Material um die Aussparung, also um den Einsatz zu verstärken. Zu diesem Zweck können – wie in dieser Ausführungsform beschrieben – die Stifte in höherem Durchmesser vorgesehen sein, als sie es in weiter entferntem Abstand von dem Einsatz sind. Somit kann die Festigkeit in Richtung der Einsätze fließend zunehmen, statt sprunghaftes Verhalten aufzuweisen. Die Einsätze können in ein und demselben Vorgang des Additive Manufacturing, das heißt des 3D-Drucks, hergestellt werden und somit direkt mit dem Netzwerk der Kernschicht verbunden sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine netzartige Anordnung von Stäben in mindestens einer Reihe unterbrochen.
Die Stifte und die Stäbe bilden zusammen ein Netzwerk. Von einer Deckschicht aus betrachtet in Blickrichtung der gegenüberliegenden Deckschicht bilden die Stäbe eine netzartige Anordnung. Dies kann zum Beispiel ein Muster aus Rechtecken oder Dreiecken bilden. Ist zum Beispiel an einer Stelle des Netzes aus Stäben in einer Richtung der Stäbe weniger Belastung erwartet als anderswo im Bauteil, kann unter Umständen diese Reihe eingespart werden, was zur Gewichtsminimierung des Bauteils beiträgt. Im Sinne des bevorzugten Herstellungsverfahrens, des 3D-Drucks, kann diese Reihe einfach ausgespart bleiben, ohne dass ein nachträgliches Herausnehmen einer Reihe einer in Massen produzierten Struktur erforderlich wäre.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Abstände der Stifte zueinander in der ersten Gruppe der Stifte anders, als die Abstände der Stifte in der zweiten Gruppe der Stifte.
Verschiedene Abstände der Stifte ermöglichen verschiedene Festigkeiten, allerdings auch zum Preis unterschiedlicher Gewichte. Lastfallgerecht kann über die Packungsdichte der Stifte die gewünschte Steifigkeit und Stabilität des Paneels erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist eine erste Gruppe der Stäbe einen anderen Durchmesser auf als eine zweite Gruppe der Stäbe.
Die Variation der Stiftdurchmesser kann analog auf die Durchmesser der Stäbe angewendet werden. In höher belasteten Bereichen des Paneels kann die Steifigkeit und Festigkeit der Kernschicht erhöht werden, indem die Stäbe in höheren Durchmessern ausgefertigt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung betragen der Durchmesser der Stifte und der Durchmesser der Stäbe zwischen 0,3 und 1,0 mm.
Dieser Durchmesser ist in erster Linie von der Gestaltung des Netzwerks aus Stäben und Stiften abhängig, allerdings können durch das angewendete Druckverfahren Restriktionen bestehen. Ein minimaler Durchmesser kann sich zum Beispiel aus der Restriktion der Knickfestigkeit der Stifte ergeben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Sandwichpaneels für ein Luftfahrzeug angegeben, bei welchem zunächst ein Netzwerk aus Stiften und aus die Stifte verbindenden Stäben mittels eines additiven Herstellungsprozesses hergestellt wird. Danach erfolgt ein Anordnen des Netzwerks zwischen einer oberen und einer unteren Deckschicht.
In diesem Verfahren werden durch Additive Manufacturing die Stifte und die Stäbe hergestellt. Dabei wird durch wiederholten Schichtauftrag eines Kunststoffes das Gesamtbauteil erzeugt. Durch die gemeinsame Struktur aus Stäben und Stiften, unter Umständen aus Stäben und Stiften mit variablen Durchmessern oder auch durch die unregelmäßigen Positionen der Stäbe und der Stifte ergeben sich sehr komplexe Strukturen. Diese werden zum Beispiel an einem Rechner virtuell erstellt und dann an das Gerät zum Additive Manufacturing, also einen 3D-Drucker weitergegeben. Dieser trägt Material, beispielsweise Kunststoff, in Schichten auf. Die Schichten werden solange aufeinander aufgetragen, bis das Bauteil in der obersten Ebene fertiggestellt ist. Ist der Aushärteprozess ausreichend fortgeschritten, wird das entstandene Netzwerk aus Stiften und Stäben zwischen der oberen und der unteren Deckschicht angeordnet. Das besagte Netzwerk kann zum Beispiel durch Kleben an den Deckschichten befestigt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden beim Herstellen des Netzwerks aus Stiften und aus die Stifte verbindenden Stäben mittels des additiven Herstellungsprozesses auch Waben hergestellt, wobei die Stifte, die Stäbe und die Waben aus einem kontinuierlichen Material bestehen.
In dieser Ausführungsform ist in den Druckprozess die Fertigung von Waben mit eingebunden. Das heißt, dass der 3D-Drucker in einem einzigen Druckvorgang die Stifte, die Stäbe und die Waben herstellt. Damit kann das Netzwerk der Kernschicht in einem Vorgang gefertigt werden, so dass das Resultat des Druckvorgangs zum Beispiel ein einziges Netzwerk aus zusammenhängenden Elementen aus Stiften, Stäben und Waben ist. Beispielsweise schließen sich die Stäbe an den Waben in einem kontinuierlichen Materialfluss an.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass ein vorher gefertigtes Netzwerk aus Stäben und Stiften in die Waben eingefügt wird, und die Waben aus einem anderen Herstellungsprozess stammen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Luftfahrzeug mit einem oben und im Folgenden beschriebenen Sandwichpaneel angegeben.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Darin bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Gleiche oder ähnliche Elemente können aber auch durch unterschiedliche Bezugszeichen bezeichnet sein.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt ein Sandwichpaneel in Seitenansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine gleichverteilte Anordnung von Stiften und Stäben im Sandwichpaneel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt eine ungleichverteilte Anordnung von Stiften und Stäben im Sandwichpaneel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt einen Einsatz im Sandwichpaneel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt einen Einsatz mit sternförmigen Stäben im Sandwichpaneel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 zeigt ein Sandwichpaneel mit Waben gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 zeigt eine räumliche Ansicht des Sandwichpaneels gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 zeigt eine räumliche Ansicht des Sandwichpaneels mit asymmetrischer Anordnung der Stäbe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
9 zeigt die Anordnung von Stiften und Stäben um einen Einsatz im Sandwichpaneel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
10 zeigt verschiedene Stiftdicken um einen Einsatz im Sandwichpaneel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
11 zeigt örtlich variable Anordnung von Reihen von Stäben in einem Sandwichpaneel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
12 zeigt Stifte, Stäbe und Deckschichten im Sandwichpaneel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
13 zeigt Waben im Sandwichpaneel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
14 zeigt in Waben eingebettete Stifte und Stäbe im Sandwichpaneel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
15 zeigt einen Aufriss eines Sandwichpaneels mit Stiften, Stäben, Waben und Deckschichten gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
16 zeigt die Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Sandwichpaneels gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
1 zeigt ein Sandwichpaneel für ein Luftfahrzeug in Seitenansicht mit den Stiften 62, den Stäben 64, die beide in der Kernschicht 6 enthalten sind, sowie eine obere Deckschicht 4 und eine untere Deckschicht 2. Ein solches kann beispielsweise als Fußbodenpaneel ausgeführt sein. In diesem Beispiel bilden die Stäbe 64 eine Ebene parallel zu den Deckschichten 2, 4, und sind mittig an den Stiften 62 angeordnet, das heißt in einer gedachten Mittelebene zwischen der oberen Deckschicht 4 und der unteren Deckschicht 2.
2 zeigt eine Anordnung von Stiften 62 und Stäben 64 in Draufsicht. Die Anordnung ist so gewählt, dass Stifte 62 und Stäbe 64 ein gleichverteiltes Gitter bilden. Das heißt, dass Stifte 62 äquidistant, also regelmäßig und in gleichbleibendem Abstand zueinander angeordnet sind, und dass die Stäbe ein Netz bilden, sodass das Netz scheinbar aus Rechtecken besteht.
3 zeigt eine unregelmäßige Anordnung von Stiften 62 in Draufsicht, so dass eine erste Gruppe 621 von Stiften einen engeren Abstand zwischen den Stiftreihen in einer Richtung aufweist, als eine zweite Gruppe 622 von Stiften. In diesem Fall ist einem besonderen Lastfall Rechnung getragen, bei dem im Bereich der ersten Gruppe 621 von Stiften die Kernschicht 6 eine höhere Druckkraft aushalten muss, als ein Bereich einer zweiten Gruppe 622 von Stiften.
4 zeigt eine unregelmäßige Anordnung von Stiften 62 und Stäben 64 in Draufsicht, wobei zusätzlich die Stifte 62 in der Nähe um den Einsatz 68 in größerem Durchmesser ausgefertigt sind. Weiterhin sind in diesem Ausführungsbeispiel die Stifte 62 in einem Rechteckmuster angeordnet.
5 zeigt wiederum einen Einsatz 68 mit einer speziellen Anordnung von Stiften 62 und den dazugehörigen Stäben 64. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Durchmesser der Stifte 62 in Richtung des Einsatzes 68 in größerem Durchmesser ausgebildet, und die Stäbe 64 bilden eine sternförmige Anordnung um den Einsatz 68, so dass die Stifte 62 durch die Stäbe 64 sternförmig vom Einsatz weg miteinander verbunden sind. Dadurch ist die Dichte der Stifte in der Nähe des Einsatzes erhöht.
6 zeigt eine regelmäßige Anordnung von Stiften 62 und Stäben 64 in Draufsicht, wobei zusätzlich zu den Stiften sechseckige Waben 66 vorgesehen sind. Jede Wabe 66 bildet einen Raum innerhalb ihrer Seitenwände, in dem eine Vielzahl von Stiften und Stäben sind. Die Waben 66, die Stifte 62 und die Stäbe 64 können in einem einzigen Produktionsvorgang von einem 3D-Drucker hergestellt werden.
7 zeigt eine räumliche Ansicht des Netzwerks aus Stiften 62 und Stäben 64. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Stäbe 64 in der Mitte der Stifte 62 angeordnet, das heißt auf Höhe der halben Länge der Stifte 62. Die Reihen der Stifte 62 sind zueinander um die Länge des halben Stiftabstandes versetzt. Würde man jeweils einen Stift mit all seinen benachbarten Stiften mit geraden Linien verbinden, würde man wiederkehrende Dreiecke aus den Verbindungslinien erkennen können. In anderen Worten, werden gerade Linien gezogen die möglichst viele Stifte verbinden, so können Paare von Linien gefunden werden, die einen Winkel ungleich von 90° zueinander haben.
8 zeigt eine Variation der Netzwerkstruktur aus 7. Im Unterschied zu 7 sind die Stäbe 64 nicht auf halber Höhe der Stifte 62 angeordnet, sondern in wesentlichem Abstand zur gedachten Mittenebene zwischen den Deckschichten 2, 4. In anderen Worten befinden sich die Stäbe sehr viel näher an einer Deckschicht, als an der anderen.
9 zeigt eine Anordnung von Stiften 62 um einen Einsatz 68. Hier sind die Stifte 62 in Reihen angeordnet, die sich in einer Richtung zum Einsatz 68 hin verengen. Die Unregelmäßigkeit der Anordnung der Stifte 62 beschränkt sich also auf genau eine Richtung, in der die Packungsdichte der Reihen aus Stiften 62 zunimmt. Die Stäbe 64 sind wiederum auf der Mitte der Höhe der Stifte 62 angeordnet.
10 zeigt eine sternförmige Anordnung von Stiften 62 um einen Einsatz 68, wobei hier zusätzlich die Dicke der Stifte 62 in Richtung des Einsatzes 68 hin zunimmt. 10a zeigt eine räumliche Ansicht, 10b eine Draufsicht auf die Struktur aus Stiften 62, Stäben 64 und einem Einsatz 68. Der Einsatz 68 stellt neben seiner Funktion zur Stärkung beispielsweise der Schubsteifigkeit des Paneels eine Schwächung beispielsweise in einer Richtung senkrecht zu den Deckschichten 2, 4 dar. Zum Ausgleich dieser Schwächung sind hier die Stifte 62 zum Einsatz 68 hin stärker ausgeführt, was die Schwächung wieder ausgleichen kann.
11 zeigt die Struktur aus Stifte 62, Stäbe 64 und Einsatz 68 aus der Draufsicht. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine spezielle Anordnung von Stiften 62 und Stäben 64 um einen Einsatz 68 gezeigt. Die Stifte 62 sind in Reihen angeordnet, wobei in genau einer Richtung auf den Einsatz 68 zu die Packungsdichte der Reihen zunimmt. In der anderen Richtung bleibt die Packungsdichte der Reihen konstant über diese Richtung. Zusätzlich zur Variabilität in der Packungsdichte der Reihen aus Stiften 62 wird hier die Häufigkeit von Stäben 64 variiert. Stäbe 64 sind hier in genau einer Richtung in Reihen angeordnet, wobei diese Reihen nicht gleichmäßig verteilt über eine Richtung senkrecht zu den Reihen in der Ebene des entstehenden Gitternetzes angeordnet sind. Die Dichte der Reihen variiert. Zwangsläufig existieren damit Stifte 62, die nur in einer Richtung durch Stäbe 64 mit anderen Stiften 62 verbunden sind.
12 zeigt ein Sandwichpaneel für ein Flugzeug mit einer unteren Deckschicht 2, einer oberen Deckschicht 4, Stiften 62 und Stäben 64. Die Deckschichten 2, 4 bestehen aus Kohlefaser verstärktem Kunststoff und die Stifte 62 und die Stäbe 64 bestehen aus Polyetheretherketon. Die Deckschichten 2, 4 sind mit Harz an das einstückige Netzwerk aus Stiften 62 und Stäben 64 befestigt.
13 zeigt Waben 66, die speziell für die einstückige Struktur aus Stiften 62 und Stäben 64 gefertigt ist, wobei diese einstückige Struktur jeweils in die anderweitig gefertigten Waben 66 eingepasst und anschließend verklebt wird. Außerdem ist die untere Deckschicht 2 gezeigt, an die die Waben 66 angeklebt sind.
14 zeigt die Alternative zu dem Ausführungsbeispiel von 13 mit Waben. In 14 sind die Stifte 62, die Stäbe 64 und die Waben 66 aus genau einem Stück gefertigt, das heißt, dass die Waben im selben Druckvorgang zusammen mit den Stiften 62 und den Stäben 64 gefertigt werden. Ein 3D-Drucker trägt schichtweise dünne Lagen von Kunststoff oder dem jeweiligen Material auf, wobei die Lagen gleichzeitig für die Stifte 62, die Stäbe 64 und die Seitenwände der Waben 66 in einem Druckvorgang aufgetragen werden. Zum Beispiel beträgt der Durchmesser einer sechseckigen Wabe 15 mm. 14a und 14b zeigen aus verschiedenen räumlichen Ansichten die besagte Struktur.
15 zeigt eine räumliche Ansicht einer unteren Deckschicht 2, einer oberen Deckschicht 4 und einer Kernschicht 6, die Stifte 62, Stäbe 64 und Waben 66 aufweist. Die Elemente der Kernschicht 6 sind als einstückiges Bauteil in einem 3D-Drucker gefertigt. Das heißt, dass Stifte 62, Stäbe 64 und Waben 66 aus einem kontinuierlichen Material mit einem 3D-Drucker gleichzeitig gefertigt werden. Die Deckschichten 2, 4 werden an die Elemente der Kernschicht 6 zum Beispiel durch Kleben angebracht. Somit werden die jeweiligen Enden der Stifte 62 und die Oberkanten der Waben 66 mit den Deckschichten 2, 4 verklebt. Die Stäbe 64 verbleiben im Inneren der Kernschicht 6 ohne Kontakt zu den Deckschichten 2, 4 und schließen sich an die Waben nahtlos an, da beide aus demselben Material im selben Druckvorgang gefertigt sind.
16 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Fußbodenpaneels für ein Luftfahrzeug. Im Schritt S1 wird ein Netzwerk aus Stiften 62 und aus die Stifte 62 16 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Fußbodenpaneels für ein Luftfahrzeug. Im Schritt S1 wird ein Netzwerk aus Stiften 62 und aus die Stifte 62 verbindenden Stäben 64 mittels eines additiven Herstellungsprozesses hergestellt. In Schritt S2 erfolgt ein Anordnen des Netzwerks zwischen einer oberen Deckschicht und einer unteren Deckschicht. In Schritt S3 wird das Paneel in eine Passagierkabine oder einen Frachtraum eines Luftfahrzeugs eingebaut.
Bezugszeichenliste

2: untere Deckschicht
4: obere Deckschicht
6: Kernschicht
62: Stifte
621: erste Gruppe der Stifte
622: zweite Gruppe der Stifte
64: Stäbe
66: Waben
68: Einsatz

Claims

Sandwichpaneel für ein Luftfahrzeug, aufweisend: eine untere Deckschicht (2), eine obere Deckschicht (4), und eine Kernschicht (6), wobei die Kernschicht (6) Stifte (62) aufweist, wobei sich die Stifte (62) von der unteren Deckschicht (2) in Richtung der oberen Deckschicht (4) erstrecken, wobei die Stifte (62) durch Stäbe (64) miteinander verbunden sind, wobei die Stäbe (64) innerhalb der Kernschicht (6) verlaufen, und wobei die Stifte (62) und die Stäbe (64) ein einstückiges Netzwerk ausbilden.
Sandwichpaneel nach Anspruch 1, wobei das Sandwichpaneel ein Fußbodenpaneel ist.
Sandwichpaneel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stifte (62) und die Stäbe (64) in einem additiven Herstellungsprozess hergestellt sind.
Sandwichpaneel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Stäbe (64) in der Mitte der Längsrichtung der Stifte (62) im rechten Winkel an die Stifte (62) anschließen.
Sandwichpaneel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kernschicht (6) weiterhin Waben (66) aufweist, wobei die Waben (66) derart angeordnet sind, dass sich eine erste Öffnung einer Wabe (66) zu der unteren Deckschicht (2) erstreckt und eine zweite Öffnung der Wabe (66) zu der oberen Deckschicht (4) erstreckt und sich die Seitenwände der Waben (66) rechtwinklig zu der unteren Deckschicht (2) und zu der oberen Deckschicht (4) erstrecken.
Sandwichpaneel nach Anspruch 5, wobei sich im durch eine Wabe (66) aufgespannten Raum eine Vielzahl von Stiften (62) und Stäben (64) befindet, und wobei die Wabe (66), die Stifte (62) und die Stäbe (64) aus einem kontinuierlichen Material gefertigt sind, so dass die Stäbe (64) zusammen mit den Stiften (62) und den Waben (66) einstückig ausgebildet sind.
Sandwichpaneel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erste Gruppe (621) an Stiften einen anderen Durchmesser aufweist als eine zweite Gruppe (622) an Stiften.
Sandwichpaneel nach Anspruch 7, wobei die Kernschicht (6) weiterhin einen Einsatz (68) aufweist, wobei der Durchmesser der Stifte (62) zu dem Einsatz (68) hin zunimmt.
Sandwichpaneel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine netzartige Anordnung von Stäben (64) in mindestens einer Reihe unterbrochen ist.
Sandwichpaneel nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Abstände der Stifte zueinander in der ersten Gruppe (621) der Stifte anders sind als die Abstände der Stifte in der zweiten Gruppe (622) der Stifte.
Sandwichpaneel nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei eine erste Gruppe der Stäbe (64) einen anderen Durchmesser aufweist als eine zweite Gruppe der Stäbe (64).
Sandwichpaneel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Durchmesser der Stifte (62) und der Durchmesser der Stäbe (64) zwischen 0,3 und 1,0 mm betragen.
Verfahren zur Herstellung eines Sandwichpaneels für ein Luftfahrzeug, aufweisend die Schritte: – Herstellen (S1) eines Netzwerks aus Stiften (62) und aus die Stifte (62) verbindenden Stäben (64) mittels eines additiven Herstellungsprozesses; – Anordnen (S2) des Netzwerks zwischen einer oberen Deckschicht (4) und einer unteren Deckschicht (2); – Einbauen (S3) des Sandwichpaneels in eine Passagierkabine oder einen Frachtraum eines Luftfahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei beim Herstellen (S1) eines Netzwerks aus Stiften (62) und aus die Stifte (62) verbindenden Stäben (64) mittels eines additiven Herstellungsprozesses auch Waben (66) hergestellt werden, wobei die Stifte (62), die Stäbe (64) und die Waben (66) aus einem kontinuierlichen Material bestehen.
Luftfahrzeug mit einem Sandwichpaneel nach einem der Ansprüche 1 bis 12.