Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugs oder eines Rotorblatts einer Windenergieanlage, bei dem man eine Anordnung aus Fasern und Kunst stoff in eine Form einlegt und mit erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur beaufschlagt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Bauteil, insbesondere ein Rumpf- oder Kabi nenelement für ein Land-, Wasser- oder Luftfahrzeug oder ein Rotorblatt einer Windenergieanlage mit einer Wand, die durch eine Anordnung aus Fasern und Kunststoff gebildet ist.

Ein derartiges Verfahren und ein derartiges Element sind beispielsweise aus DE 102017 113595 A1 bekannt.

Man verwendet ein derartiges Element aus einem faserverstärkten Kunststoff beispielsweise zum Bau eines Flugzeugrumpfs, weil ein Bauelement aus einem faserverstärkten Kunststoff vielfach eine geringere Masse als ein gleichartiges Bauelement aus einem Metall aufweist.

Derartige Elemente können aber auch verwendet werden, um beispielsweise die Kabine oder den Rumpf eines Wasserfahrzeugs oder eines Landfahrzeugs zu erzeugen.

Ein Rumpf- oder Kabinenelement aus einem faserverstärkten Kunststoff hat zwar bei vergleichbarer Festigkeit eine geringere Masse. Dennoch lassen sich mit einem derartigen Element aus einem faserverstärkten Kunststoff manche Eigenschaften nicht erreichen, die durch ein gleichartiges Element aus einem Metall realisiert werden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einem Kabinenelement eine Eigen schaft zu vermitteln, wie sie von metallischen Elementen her bekannt ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass man zwischen der Form und der Anordnung aus Fasern und Kunst stoff eine elektrisch leitende Schicht anordnet.

Die elektrisch leitende Schicht befindet sich dann bei dem fertigen Rumpf- oder Kabinenelement im Bereich der Außenseite des Elements, so dass Elektrizität, die von außen an das Element gelangt, im Bereich der Oberfläche fließen kann. Dies ist insbesondere bei einem Blitzeinschlag von erheblichem Vorteil. Die elektrisch leitende Schicht kann die äußere Oberfläche des Elements vollflächig abdecken und beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie bei einem Rumpf oder bei einer Kabine, die aus mehreren derartigen Rumpf- oder Kabinenele menten zusammengesetzt ist, eine Art Faraday'schen Käfig bildet. Man kann auf diese Weise verhindern, dass die aus Fasern und Kunststoff, im Rahmen dieser Erfindung insbesondere durch Thermoplast, gebildete Wand durch einen Blitz einschlag zerstört wird. Dies ist insbesondere bei einem Flugzeug von erhebli cher Bedeutung. Hier war man bislang darauf angewiesen, nach dem Fertigstel len des Rumpfs eine Art Blitzableiter am Rumpf zu befestigen, beispielsweise durch Nieten. Der Arbeitsaufwand hierfür ist relativ groß. Wenn man hingegen die elektrisch leitende Schicht bereits bei der Fierstellung des Rumpf- oder Kabinenelements mit einbaut, ist ein zusätzlicher Arbeitsaufwand nur in einem außerordentlich geringen Maße erforderlich.

Vorzugsweise verwendet man eine elektrisch leitende Schicht mit einer Vielzahl von Öffnungen. Damit wird die elektrisch leitende Schicht bei der Fierstellung der Wand des Elements mit in die Kunststoffmatrix eingebunden und da prak tisch unlösbar mit der Wand verbunden. Der Kunststoff der Matrix kann die Öffnungen durchdringen, wenn er bei der erhöhten Temperatur aufschmilzt. Darüber hinaus haben die Öffnungen den Vorteil, dass die Masse der elektrisch leitenden Schicht klein gehalten werden kann. Bevorzugterweise verwendet man eine elektrisch leitende Schicht in Form eines Gitters oder Siebs. Ein Gitter oder ein Sieb ist als Halbzeug erhältlich, so dass die Kosten für die Herstellung des Rumpf- oder Kabinenelements klein gehalten werden können. Vorzugsweise verwendet man eine elektrische Schicht, die Kupfer oder Alumini um als Hauptkomponente aufweist. Kupfer oder Aluminium haben eine hohe elektrische Leitfähigkeit bei geringer Masse.

Bevorzugterweise ordnet man zwischen der elektrisch leitenden Schicht und der Form eine Schutzschicht an. Die Schutzschicht kann die elektrisch leitende Schicht beispielsweise vor Sauerstoffeinwirkung schützen und damit Korrosion verhindern. Im Fall eines Blitzeinschlages besteht zwar das Risiko, dass die Schutzschicht jedenfalls partiell zerstört wird. Die Schutzschicht verhindert aber nicht das Ableiten von Strömen über die Oberfläche des Elements.

Für die Durchführung eines derartigen Verfahrens kann man beispielsweise eine Form verwenden, in die man Prepregs einlegt. Als Prepregs kann man bei spielsweise unidirektionale Prepregs verwenden, also Prepregs, bei denen Kohlefasern oder andere Verstärkungsfasern, wie beispielsweise Glasfasern, alle in der gleichen Richtung verlaufen. Alternativ dazu kann man auch Prepregs verwenden, bei denen Verstärkungsfasern in unterschiedlichen Richtungen angeordnet sind, wobei vorzugsweise für jede Richtung eine eigene Faserlage vorgesehen ist. Um Verstärkungsfasern in unterschiedlichen Richtungen anzu ordnen, kann man auch mehrere unidirektionale Prepregs übereinander anord- nen und durch die Ausrichtung der Prepregs eine entsprechende Richtung der Verstärkungsfasern vorgeben.

Die Verstärkungsfasern sind bei einem Prepreg mit einem Kunststoff vorimpräg niert. Hierbei verwendet man vorzugsweise einen thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyamid, beispielsweise PA6.

Für das Aufbringen der erhöhten Temperatur und des erhöhten Drucks verwen det man beispielsweise eine Membran, die einen Öldruckraum begrenzt. In den Öldruckraum kann man dann beispielsweise Öl mit erhöhter Temperatur, bei spielsweise in einem Bereich von 350° C bis 410° C, einspeisen. Man kann das Öl auch beispielsweise dazu verwenden, die Temperatur nach dem Aufheizen wieder abzusenken, indem man beispielsweise die Temperatur des Öls auf einen Temperaturbereich von beispielsweise 20° bis 40° C, insbesondere 30° C abkühlt.

Das Einlegen der Prepregs kann man beispielsweise mit Hilfe von Tape-Layern vornehmen.

Die Aufgabe wird bei einem Rumpf- oder Kabinenelement für ein Land-, Was ser - oder Luftfahrzeug der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Wand im Bereich ihrer Außenseite eine elektrisch leitende Schicht aufweist.

Damit ist die Wand im Bereich ihrer Außenseite elektrisch leitfähig, so dass Ströme entlang der Außenseite fließen können, ohne die Wand zu zerstören. Dies ist insbesondere bei einem Blitzeinschlag von Bedeutung. Bei einem Blitz einschlag besteht das Risiko, dass die Wand zerstört oder zumindest beschä digt wird. Die elektrisch leitende Schicht kann die Außenseite der Wand voll ständig abdecken und bildet bei einer entsprechenden Anordnung von mehreren fertigen Elementen zu einem Rumpf oder einer Kabine einen Faraday'schen Käfig, mit dem ein Raum, der von den Elementen umgeben ist, vor elektrischer Einwirkung geschützt ist.

Vorzugsweise weist die elektrisch leitfähige Schicht eine Vielzahl von Öffnungen auf. Die Öffnungen haben den vorteilhaften Effekt, dass die Masse der elektrisch leitfähigen Schicht klein gehalten werden kann.

Hierbei ist bevorzugt, dass der Kunststoff die Öffnungen durchdringt. Beim Aufschmelzen des Kunststoffs unter der oben genannten erhöhten Temperatur wird der Kunststoff flüssig und kann sich in die Öffnungen hinein bewegen. Damit wird eine innige Verbindung zwischen der Anordnung aus Fasern und Kunststoff und der elektrisch leitfähigen Schicht geschaffen. Die elektrisch leit fähige Schicht ist praktisch unlösbar mit der Wand verbunden. Vorzugsweise weist die elektrisch leitende Schicht die Form eines Gitters oder Siebs auf. Ein Gitter oder Sieb ist als Halbzeug erhältlich, so dass die Herstel lungskosten für das Element klein gehalten werden können.

Bevorzugterweise weist die elektrisch leitende Schicht Kupfer oder Aluminium als Hauptkomponente auf. Kupfer und Aluminium haben eine gute elektrische Leitfähigkeit bei geringer Masse.

Vorzugsweise ist die elektrisch leitende Schicht an ihrer Außenseite mit einer Schutzschicht abgedeckt. Die Schutzschicht kann die elektrisch leitende Schicht beispielsweise vor Sauerstoffeinwirkung und damit vor Korrosion schützen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbei spiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Herstellung eines Rumpf- oder Kabinenelements und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer elektrisch leitfähigen Schicht.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Form 1 zur Herstellung eines Rumpf- oder Kabi nenelements für ein Land-, Wasser- oder Luftfahrzeug. In die Form 1 wird eine Anordnung 2 aus Fasern und Kunststoff eingelegt. Die Anordnung 2 kann bei spielsweise in Form eines Prepregs vorliegen, bei dem Fasern bereits mit einem Kunststoff versehen sind. Es ist auch möglich, die Anordnung durch mehrere Prepregs zu bilden, die aufeinandergelegt werden. Die Prepregs können ein unidirektionales Gelege der Fasern aufweisen, die mit einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere einem Polyamid, beispielsweise PA6, versehen sind. Die Prepregs können auch Fasern aufweisen, die in mehreren Lagen mit unter schiedlichen Richtungen übereinander angeordnet sind oder man kann mehrere unidirektionale Prepregs mit unterschiedlichen Richtungen aufeinanderlegen. Die genaue Form der Prepregs und der Anordnung der Fasern richtet sich nach der zu erwartenden Belastung.

Die Anordnung 2 wird durch einen Druck in einem Druckraum 3 mit erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur beaufschlagt. Der Druckraum 3 ist von der Anordnung 2 aus Fasern und Kunststoff durch eine Membran 4, beispielsweise eine Metallmembran, getrennt. Um den erhöhten Druck und die erhöhte Tempe ratur im Druckraum frei zu erzeugen, kann der Druckraum 3 beispielsweise mit einem Öl befüllt werden. Das Öl kann zur Erzeugung der erhöhten Temperatur eine Temperatur im Bereich von 350° C bis 410° C aufweisen. Man kann das Öl auch verwenden, um die Anordnung aus Fasern und Kunststoff wieder abzuküh len, nachdem der Kunststoff aufgeschmolzen ist. Hierzu kann die Temperatur des Öls beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich von 20° C bis 40° C, insbesondere 30° C abgekühlt werden. Wenn Prepregs für die Anordnung 2 verwendet werden, kann man beispielswei se Tape-Layer verwenden, um die Prepregs in die Form 1 einzulegen. Die An zahl der eingelegten Prepregs bestimmt u.a. die Dicke des Kabinenelements. Diese Dicke kann lokal variieren.

Zwischen der Form 1 und der Anordnung 2 aus Fasern und Kunststoff wird eine elektrisch leitende Schicht 5 angeordnet. Die elektrische Schicht 5 ist in Fig. 1 übertrieben dick dargestellt.

Die elektrisch leitende Schicht 5 kann Kupfer oder Aluminium als Hauptkompo- nente aufweisen, so dass ihre Masse bei guter elektrischer Leitfähigkeit klein gehalten werden kann.

Die elektrisch leitende Schicht 5, die in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, weist eine Vielzahl von Öffnungen 6 auf. Vorzugsweise liegt die elektrisch leitende Schicht 5 in Form eines Gitters oder Siebs vor.

Weiterhin ist zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht 5 und der Form 1 eine Schutzschicht 7 angeordnet. Auch die Schutzschicht 7 ist in Fig. 1 übertrieben dick dargestellt. Die Schutzschicht 7 kann relativ dünn und beispielsweise aus dem Matrixwerkstoff sein. Sie dient beispielsweise dazu, die elektrisch leitende Schicht 5 vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor der Einwirkung von Sauer stoff zu schützen, um eine Korrosion zu vermeiden.

Wenn der Druckraum 3, wie oben beschrieben, unter Druck gesetzt wird, presst die Membran 4 die Anordnung 2 aus Fasern und Kunststoff gegen die Form 1 und der Kunststoff schmilzt auf. Der aufschmelzende Kunststoff durchdringt die Öffnungen 6 der elektrisch leitenden Schicht 5 und führt somit zu einer innigen Verbindung zwischen dem Kunststoff der Anordnung 2 und der elektrisch leiten- den Schicht 5. Gleichzeitig wird die Schutzschicht 7 durch den Kunststoff mit der elektrisch leitenden Schicht 5 und mit den Fasern der Anordnung 2 verbunden.

Wenn ein so gebildetes Element beispielsweise als Halbschale ausgebildet ist und man zwei derartige Halbschalen zu einem Flugzeugrumpf zusammensetzt, dann bilden die elektrisch leitenden Schichten 5 der beiden Halbschalen einen Faraday'schen Käfig, der die Wand, die durch die Anordnung 2 gebildet ist, zuverlässig vor einem Blitzeinschlag schützt. Ein derartiger Blitzeinschlag könn te ansonsten die Wand, die durch die Anordnung nach dem Pressen entstanden ist, zerstören.