Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Abdichtung von Verbindungselementen im Flugzeugbau. Sie bezieht sich auf mit Dichtmasse gefüllte Kunststoffkappen, welche als kombinierter Schutz gegen Treibstoff und Hydrauliköl sowie gegen Blitzschlag fungieren. Zudem beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zur Befüllung und Applikation solcher Kunststoffkappen sowie ein entsprechendes Flugzeug.

In der Flugzeugindustrie werden Verbindungselemente, insbesondere Nieten, Nietköpfe und Schraubverbindungen mit Dichtmasse überzogen, um sie gegen Treibstoff und Hydrauliköl abzudichten und vor Korrosion durch Feuchtigkeit als auch elektrochemische Reaktion zu schützen.

Durch eine solche Abdichtung wird zudem ein möglicher Verlust von Treibstoff über undichte Stellen an den Verbindungselementen unterbunden, als auch ein Druckverlust innerhalb des Flugzeugs verhindert.

An besonders gefährdeten Stellen eines Flugzeugs werden auch spezielle, mit Dichtmasse gefüllte Kunststoffkappen (= Dichtkappen/Seal Caps) verwendet, die durch ihre aufwendige Konstruktion - in Form eines zweischaligen Aufbaus mit integriertem Luftspalt - zusätzlich vor Blitzschlag schützen sollen.

Sowohl das Befüllen dieser Kappen mit Dichtmasse als auch ihre Applikation, d.h. ihre Montage auf den abzudichtenden Verbindungelementen ist sehr aufwendig. Zudem muss die Oberfläche der Kappen lackiert sein, um eine gute Haftung der Dichtmasse an der Innenseite zu gewährleisten.

Einer weiten Verbreitung dieser Technik steht bislang die wenig wirtschaftliche Herstellung sowie Montage besagter Dichtkappen im Weg.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, mit Dichtmasse gefüllte Kunststoffkappen zur Abdichtung von Verbindungselementen im Flugzeugbau gegen Flüssigkeiten bereitzustellen, wobei diese Kunststoffkappen als kombinierter Schutz gegen Treibstoff und Hydrauliköl, insbesondere solches basierend auf Tributylphosphat, sowie gegen Blitzschlag fungieren und wirtschaftlich hergestellt sowie appliziert werden können.

Insbesondere sollten diese Kappen ein erweitertes Einsatzspektrum bzw. höhere Variabilität aufweisen als die bisherigen Dichtkappen sowie eine deutliche Erhöhung der Taktrate beim Flugzeugbau ermöglichen.

Die Aufgabe wurde gelöst durch eine Kunststoff kappe nach Anspruch 1 , ein Verfahren nach Anspruch 13 sowie ein Flugzeug nach Anspruch 15. Bevorzugte Ausführungsformen werden jeweils in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Kunststoffkappe zur Abdichtung von Verbindungselementen im Flugzeugbau besteht zum überwiegenden Teil aus mindestens einem Hochleistungspolymer, weist eine Durchschlagsfestigkeit von mindestens 10 kV/mm nach DIN IEC 60243 auf und ist mit einer Dichtmasse gefüllt, welche ein hohes Energieabsorptionsvermögen sowie mindestens einen Füllstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus mit Gas und/oder Luft gefüllten Hohlfüll körpern aufweist. Dabei sind die Kunststoffkappe und die Dichtmasse kohäsiv miteinander verbunden.

Definitionen:

Wenn vorliegend von „Hochleistungspolymer" die Rede ist, sind Homo- sowie Copolymere gemeint, welche sich durch hohe Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit auszeichnen.

Dass die „Kunststoffkappe [...] zum überwiegenden Teil aus mindestens einem Hochleistungspolymer besteht", bedeutet, dass sie noch einen Gehalt von weniger als 50 Gew.-% an anderen Bestandteilen enthalten kann, bei denen es sich nicht um Hochleistungspolymere handelt.

Unter einer „Dichtmasse" soll vorliegend stets die Mischung zweier Dichtmassenkomponenten gemeint sein, welche chemisch, thermisch und/oder durch aktinische Strahlung ausgehärtet werden kann und die zumindest teilweise noch nicht ausgehärtet ist.

Dass„die Kunststoff kappe und die Dichtmasse kohäsiv miteinander verbunden sind" ist in dem Sinne zu verstehen, dass die eingefüllte Dichtmasse und das mindestens eine Hochleistungspolymer sich nicht zerstörungsfrei trennen lassen oder sich unter den beim Betrieb eines Flugzeugs üblichen Bedingungen nicht trennen.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von der„Befüllung und Applikation [...] der Kunststoff kappe", also einer Kunststoff kappe die Rede ist, soll auch die Durchführung des Verfahrens mit mehr als einer Kunststoffkappe mitumfasst sein.

Durch die Kombination hervorragender Abdichtungseigenschaften gegen Treibstoff, insbesondere gegen Kerosin, mit der Beständigkeit gegen Hydrauliköl, insbesondere solches basierend auf Tributylphosphat wie Skydrol ^® (Solutia, Inc.), sowie mit der Fähigkeit zur Energieabsorption bei gleichzeitigem hohen Durchschlagswiderstand gegen Blitzschlag weisen die erfindungsgemäßen, mit Dichtmasse gefüllten Kunststoffkappen ein weiteres Anwendungsspektrum auf als herkömmliche Seal Caps, welche nur in Bereichen des Flugzeugs eingesetzt werden, in denen eine Abdichtung von Niet- oder Schraubverbindungen im Vordergrund steht.

Bei der Applikation der erfindungsgemäßen Dichtkappen ist eine genaue Differenzierung zwischen verschiedenen kritischen Bereichen - solchen mit Blitzschlaganfälligkeit und solchen, welche nur allgemeinen abzudichten sind - weniger wichtig als bei herkömmlichen Seal Caps. Dadurch kann die Taktrate beim Flugzeugbau deutlich erhöht werden kann.

Im Folgenden werden die bevorzugten Merkmale bzw. Ausführungsformen der erfindungsgemäßen, mit Dichtmasse gefüllten Kunststoffkappen erläutert.

Das mindestens eine Hochleistungspolymer der Kunststoffkappe ist insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polysulfon (PSU), Polyphenylensulfon (PPSU), Polyetheretherketon (PEEK), Polyimid (PI), Polymamidimid (PAI), Polybenzimidazol (PBI), Polyetherimid (PEI) und Polyphenylensulfid (PPS).

Weiter bevorzugt ist das mindestens eine Hochleistungspolymer der Kunststoffkappe ein Polyetherimid und/oder ein Polyphenylensulfid. Die vorgenannten Hochleistungspolymere weisen eine besonders hohe Beständigkeit sowohl gegen den Treibstoff Kerosin als auch gegen auf Tributylphosphat basierende Hydrauliköle wie Skydrol ^® (Solutia, Inc.) auf. Besonders bevorzugt ist das mindestens eine Hochleistungspolymer ein Polyetherimid. Polyetherimide weisen nämlich eine Durchschlagfestigkeit von 16 kV/mm nach DIN IEC 60243 auf. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem mindestens einen Hochleistungspolymer um ULTEM™ 9075 resin (Sabic Innovative Plastics).

Die Durchschlagsfestigkeit der Kunststoff kappe liegt bevorzugt bei mindestens 13 kV/mm und besonders bevorzugt bei mindestens 15 kV/mm nach DIN IEC 60243. Eine hohe Durchschlagfestigkeit hat den Vorteil, die Schutzwirkung der gefüllten Kunststoffkappe gegen Blitzschlag noch weiter zu erhöhen.

Das mindestens eine Hochleistungspolymer kann linear oder vernetzt vorliegen. Vorteilhafterweise ist es schlagzäh modifiziert, d.h. mit Glasfasern, Kohlefasern und/oder Mineralfasern gefüllt und so mechanisch verstärkt.

Bevorzugt weist das mindestens eine Hochleistungspolymer eine Wasseraufnahme von höchstens 1 ,5 %, besonders bevorzugt von höchstens 0,4 % und ganz besonders bevorzugt von höchstens 0,2 % auf. Eine niedrige Wasseraufnahme ist von Vorteil, da hierdurch die elektrische Leitfähigkeit weiter herabgesetzt wird und sich die Materialeigenschaften nicht verändern.

Vorzugsweise ist die in die Kunststoffkappe gefüllte Dichtmasse eine solche auf Basis von Polysulfid und/oder Polythioether. Besonders bevorzugt handelt es sich bei ihr um ein Polysulfid und/oder einen Polythioether in Kombination mit Mangandioxid, einer Isocyanatverbindung, einem Isocyanatprepolymer und/oder einer Epoxidverbindung als Härter.

Bevorzugt weist die Dichtmasse eine Dichte zwischen 0,7 und 1 ,5 g/cm ³ , besonders bevorzugt zwischen 1 ,1 und 1 ,3 g/cm ³ auf. Eine Dichte innerhalb der genannten Grenzen ist von Vorteil, da so eine Gewichtsreduzierung der aufgetragenen Dichtmasse erzielt wird.

Die erfindungsgemäße Verwendung von mit Gas und/oder Luft gefüllten Hohlfüllkörpern als Füllstoffe hat den Vorteil, dass diese durch den mikrozellulären Charakter energieabsorbierend wirken. Bei denen mit Gas und/oder Luft gefüllten Hohlfüllkörpern handelt es sich dabei bevorzugt um Microballons. Die Dichtmasse weist dabei vorzugsweise einen Gehalt an dem mindestens einen Füllstoff im Bereich von 1 bis 13 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 4 bis 7 Gew.-% auf. Ein Gehalt innerhalb der genannten Grenzen ist von Vorteil, da so die mechanischen Kennwerte der Dichtmasse noch erfüllt werden.

Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Dichtmasse eine Füllstoffkombination bestehend aus mindestens einem Füllstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus mit Gas und/oder Luft gefüllten Hohlfüllkörpern und aus mindestens einem weiteren Füllstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus mineralischen und polymeren, nicht mit Gas und/oder Luft gefüllten Füllstoffen. Die Verwendung der genannten Füllstoffkombinationen hat den Vorteil, dass die besonderen Anforderungen an eine solche Dichtmasse erfüllt werden. Bei denen mit Gas und/oder Luft gefüllten Hohlfüllkörpern handelt es sich auch hier bevorzugt um Microballons.

Die Dichtmasse weist dabei vorzugsweise einen Gehalt an dem mindestens einen mit Gas und/oder Luft gefüllten Hohlfüllkörper im Bereich von 1 bis 13 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 4 bis 7 Gew.-%, und einen Gehalt an dem mindestens einen weiteren Füllstoff im Bereich von 10 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 15 bis 23 Gew.-% auf. Gehalte innerhalb der genannten Grenzen sind von Vorteil, da so besonders positive Materialeigenschaften, insbesondere hinsichtlich Zugfestigkeit, Dehnung sowie Beständigkeit resultieren.

Die Kunststoffkappe und die in diese gefüllte Dichtmasse sind vorzugsweise dadurch kohäsiv miteinander verbunden, dass eine chemische Anbindung von Dichtmasse und Kunststoffkappe erzielt wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Befüllung und Applikation der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Kunststoff kappe, bei dem die Kunststoff kappe mittels eines Dosierroboters oder von Hand mit der vorstehend beschriebenen Dichtmasse befüllt, anschließend mittels eines automatisierten Verfahrensschrittes oder händisch auf ein Verbindungselement eines Flugzeugs appliziert und die Dichtmasse ausgehärtet wird.

Die Aushärtung wird dabei bevorzugt thermisch und/oder durch IR-Strahlen vorgenommen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch besondere Wirtschaftlichkeit aus, da es die Verwendung von vorgeformten Kunststoffkappen, die mit einer frisch gemischten Dichtmasse unmittelbar vor der Applikation befüllt werden, beinhaltet.

Da keine spezielle Logistik für Transport und Lagerung der Kunststoffkappen notwendig und die Dichtmasse mit notwendiger Zulassung in der Regel am Bauplatz vorhanden ist, weist das erfindungsgemäße Verfahren zudem eine hohe Variabilität auf.

Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen, mit Dichtmasse gefüllten Kunststoffkappen ist eine Reduzierung der händischen Tätigkeit beim Füllen und Aufsetzen der Dichtkappen möglich und hierdurch wiederum eine deutliche Erhöhung der Taktrate beim Flugzeugbau.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kunststoffkappe daher mittels eines Dosierroboters mit der Dichtmasse befüllt und anschließend mittels eines automatisierten Verfahrensschrittes auf ein Verbindungselement eines Luftfahrzeuges appliziert.

Schließlich bezieht sich die vorliegende Erfindung noch auf ein Flugzeug mit mindestens einem Verbindungselement, auf das eine erfindungsgemäße Kunststoffkappe durch das erfindungsgemäße Verfahren appliziert wurde.

Beispiele

Erfindungsgemäße blitzsichere Kunststoff kappen wurden auf ihre Beständigkeit gegen Hydrauliköl und Treibstoff getestet.

Testaufbau:

Titanschrauben wurden mithilfe von Titanmuttern auf entsprechend durchbohrten Kohlefaserplatten montiert.

Kunststoffkappen, die aus einem Polyetherimid (PEI) bestanden und mit einer Dichtmasse gefüllt waren, bei der es sich um ein Polysulfid handelte, das mit bis zu 4 Gew.-% mit Gas gefüllte Microballons enthielt, wurde auf besagte Schrauben und Muttern aufgesetzt. Die Dichtmasse wurde dann bei 23 °C für 14 Tage ausgehärtet, wobei die Kunststoffkappe und die Dichtmasse kohäsiv miteinander verbunden wurden.

Anschließend wurde ein Teil der mit ausgehärteter Dichtmasse gefüllten Kunststoffkappen bei 70 °C für 168 Stunden in Hydrauliköl (HyJet IV A ⁺ ) gelagert, ein anderer Teil hingegen bei 100 °C für 336 Stunden in Kerosin (Jet A1 ).

Die in Hydrauliköl gelagerten, die in Kerosin gelagerten sowie die nicht eingelagerten Kunststoffkappen wurden dann jeweils in einem Metallblock, der eine entsprechende Aussparung aufwies, fixiert. Die Metallblöcke wurden nun mittels einer Maschine senkrecht von den Kohlefaserplatten weggezogen. Dabei wurde die Kraft ermittelt, die erforderlich war, um die Kunststoffkappen von den Schrauben und Muttern abzuziehen ("pull-off force").

Zudem wurde nach erfolgtem Abziehen der Kunststoffkappen noch das Kohäsionsversagen auf den Kunststoffkappen sowie die visuelle Erscheinung der Dichtmasse durch Inaugenscheinnahme ermittelt. Das Kohäsionsversagen ist hierbei so definiert, dass die Nietverbindung als auch die Kunststoff kappe vollständig mit Dichtmasse bedeckt ist.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tab. 1 zusammengefasst. Tabelle 1

Wie Tab. 1 zu entnehmen kam es zu keiner wesentliche Änderung der Ergebnisse, wenn die Kunststoffkappen in Hydrauliköl oder in Kerosin eingelagert wurden.