Procedimiento para la fabricación de una estructura superficial con protección contra rayos así como estructura superficial que se puede fabricar con dicho procedimiento.

Procedimiento para la fabricación de una estructura superficial (30) con instalación de protección contra rayos (31) con la etapa:

a) previsión de una estructura de soporte (34) sobre la base de un material compuesto de fibras, caracterizado por las etapas:

b) aplicación de una disposición de partículas conductoras de electricidad (52, 54, 56) como elementos de encendido del rayo sobre la estructura de soporte (34), de manera que las partículas se adhieren fijada en posición en la disposición y distribución deseadas sobre la estructura de soporte (34), para formar una disposición de material de protección contra rayos (38) de o con un material conductor,

c) aplicación de un material de cubierta (42), de manera que se incrusta la al menos una disposición de material de protección contra rayos (38) fijada en posición sobre la estructura de soporte (34), y

d) consolidación del material de cubierta (42) aplicado,

en el que las partículas son fijadas en posición sobre la estructura de soporte (34) antes de la incrustación en el material de cubierta (42).

Procedimiento para la fabricación de una estructura superficial con protección contra rayos así como estructura superficial que se puede fabricar con dicho procedimiento La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una estructura superficial con instalación de protección contra rayos. Además, la invención se refiere a un procedimiento de fabricación de componentes de vehículos para la fabricación de un componente de un vehículo utilizando el procedimiento de fabricación de la estructura superficial para la preparación de una estructura superficial de este componente. Por último, la invención se refiere a una estructura superficial que se puede fabricar con tal procedimiento así como a un componente de vehículo que presenta una estructura superficial de este tipo.

La invención se refiere especialmente a la fabricación de sistemas de capas para la protección contra rayos de componentes. En particular, tales componentes encuentran aplicación en la técnica aeronáutica y en la técnica aeroespacial, por ejemplo aviones o helicópteros. Pero las estructuras superficiales de acuerdo con la invención se pueden emplear también en otros vehículos o en otros objetos amenazados de rayos, como por ejemplo edificios o instalaciones de energía eólica.

Los sistemas de capas conocidos se publican, por ejemplo, en el documento US 4 155 896 así como especialmente en el documento DE 10 2006 046 002 B4. En esta patente se explican en detalle, además, los antecedentes tecnológicos para la protección de los rayos. Para otros detalles se remite expresamente con respecto a estos antecedentes tecnológicos al documento DE 10 2006 046 002 B4 así como a todo el estado de la técnica citado allí.

Procedimientos para la fabricación de sistemas de capas con protección contra rayos, en particular para aviones, en los que se prevé una estructura de soporte sobre la base de un material compuesto de fibras, se conocen a partir de los documentos EP 0 629 549 A2, EP 1 484 245 A1, WO 2010/135318 A2, US 4 824 713 A y EP 0 248 122 A2.

El problema de la protección contra rayos existe especialmente en componentes de plástico o en componentes, que contienen estructuras de plástico. Por ejemplo, tales estructuras de plástico se emplean en la técnica aeronáutica en forma de materiales compuestos de plástico. Los materiales compuestos de plástico, en particular plásticos reforzados con fibras de carbono (CFK) , tienen la ventaja de que son de peso ligero y, a pesar de todo, presentan propiedades mecánicas muy buenas, como por ejemplo una alta resistencia. Se pueden llevar de manera sencilla también a formas irregulares poco habituales. Por lo tanto, el empleo de tales materiales compuestos reforzados con fibras en particular en la técnica aeronáutica es interesante y se emplea allí cada vez en mayor medida en el futuro.

El empleo planificado de estructuras mayores en el tipo de construcción de CFK en la técnica aeronáutica requiere, entre otras cosas, una protección efectiva frente al impacto de rayo. Los procesos físicos durante el impacto de rayo son en estructuras de CFK esencialmente similares a los que se producen en estructuras metálicas. Se produce la configuración de un canal de plasma de descarga previa y en el desarrollo siguiente se produce la descarga del rayo. De acuerdo con la posición del primer punto de contacto se extiende el canal del rayo a través de la superficie del avión. Con el contacto del canal del rayo y de la superficie del avión está unido un flujo de corriente alto y una entrada de calor alta en la estructura respectiva. Los parámetros, que caracterizan a la intensidad del rayo, no se diferencian entre estructuras de CFK y estructuras metálicas. Puesto que la conductividad térmica y la conductividad eléctrica de estructuras de CFK son claramente menores que las de metales, es ventajoso en estructuras de CFK que deben emplearse en el espacio exterior, prever una protección contra rayos. Por lo demás, en el caso de impacto de rayo, la consecuencia podría ser una delaminación considerable con menoscabo implicado de la resistencia.

La figura 7 muestra una estructura superficial 10 en forma de un sistema de capas 12 de acuerdo con un estado de la técnica empleado actualmente en la práctica en aviones. El sistema de capas 12 presenta una estructura de soporte 14 sobre la base de un plástico reforzado con fibras, en particular una estructura de soporte 14 con una estructura de CFK 16. En la práctica, para la protección de tales estructuras de CFK contra daños en el caso de impacto de rayo se emplean actualmente casi sin excepción estructuras de rejillas y estructuras de red de metales. La figura 7 muestra a este respecto una red de alambre de cobre 18, que está incrustada en una matriz de plástico 20 del mismo material de plástico que la estructura de CFK 16. De acuerdo con ello, se lamina una estructura de rejilla o estructura de red de metal como capa exterior en la estructura de CFK 16. Además, se aplica una capa de cubierta de laca de cubierta 22.

Especialmente en el caso de componentes mayores de la estructura, en la fabricación de tales sistemas de capas 12 conocidos se trata de un método costoso de la técnica de procedimientos, que está unido con cargas de pesos significativas.

Un ejemplo de una estructura superficial similar se publica en el documento US 2011/0174522 A1. Esta publicación se refiere a un Prepreg, que está formado de estructuras de fibras no conductoras y de una estructura de tejido de fibras conductoras. Las fibras están incrustadas en resina; a partir de un Prepreg de este tipo se puede formar un componente compuesto. Una estructura superficial similar se conoce a partir del documento US 2007/0141927 A1.

En este caso se aplica sobre una estructura de soporte 20 un capa aislante, sobre la que se aplica un material de rejilla metálica, como por ejemplo una lámina de aluminio expandida y entonces se recubre la superficie a través de materiales de espátula y materiales de acabado, como por ejemplo lacas de cubierta.

En el documento US 2009/0227162 A1 se publica, en cambio, mezclar partículas, como por ejemplo, partículas metálicas, junto con nano-fibras y nano-tubos en lacas de cubierta o pinturas, para generar de esta manera estructuras superficiales conductoras de electricidad sobre materiales compuestos de fibras. En otra configuración, se prefabrican capas conductoras de electricidad incrustadas como láminas, estructuras similares a papel o estructuras de velos de manera correspondiente en materiales de la matriz y entonces se aplican estas estructuras sobre materiales compuestos de fibras.

En cambio, las estructuras de acuerdo con el documento US 4 155 896 se proveen con capas conductoras por que se mezclan fibras de aluminio en la laca de cubierta o similar y a continuación se alinean en un campo eléctrico.

En las publicaciones mencionadas anteriormente debe conseguirse la protección de los rayos simplemente por que están previstas capas conductoras de electricidad, que deben distribuir la energía. Esto no se ha considerado suficiente en todos los casos.

En cambio, una mejora se describe en el documento DE 10 2006 046 002 B4. En la estructura de capas conocida a partir de este documento, se introducen partículas largas, conductoras de electricidad, polarizables en la capa de cubierta y se alinean allí en la dirección del espesor para servir como elementos de encendido del rayo. Para otros detalles a este respecto se remite al documento DE 10 2006 046 002 B4.

La alineación es necesaria para conseguir una protección suficiente contra rayos.

Para la fabricación se procede de tal manera que se mezcla la capa de cubierta en primer lugar con las partículas y a continuación se aplica sobre las estructuras de soporte. Todavía mientras la laca está líquida, se aplica un campo eléctrico, para alinear las partículas polarizables de manera correspondiente en la dirección del espesor de la capa. La aplicación de un campo eléctrico, que es suficientemente fuerte para la alineación completa de las partículas, se representa especialmente en el caso de estructuras superficiales complicadas como problemática y costosa. La alineación deseada solamente se puede conseguir, en parte, en una medida insuficiente y difícil.

Por lo tanto, el cometido de la invención es preparar un procedimiento para la fabricación de estructuras superficiales con protección contra rayos, que es más fácil de realizar y con el que se puede conseguir una protección mejorada contra rayos.

Este cometido se soluciona a través de un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1.

Las utilizaciones ventajosas del procedimiento así como las estructuras que... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de una estructura superficial (30) con instalación de protección contra rayos (31) con la etapa:

a) previsión de una estructura de soporte (34) sobre la base de un material compuesto de fibras, caracterizado por las etapas: b) aplicación de una disposición de partículas conductoras de electricidad (52, 54, 56) como elementos de encendido del rayo sobre la estructura de soporte (34) , de manera que las partículas se adhieren fijada en posición en la disposición y distribución deseadas sobre la estructura de soporte (34) , para formar una disposición de material de protección contra rayos (38) de o con un material conductor, c) aplicación de un material de cubierta (42) , de manera que se incrusta la al menos una disposición de material de protección contra rayos (38) fijada en posición sobre la estructura de soporte (34) , y d) consolidación del material de cubierta (42) aplicado, en el que las partículas son fijadas en posición sobre la estructura de soporte (34) antes de la incrustación en el material de cubierta (42) .

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la etapa b) comprende:

b1) encolado de la al menos una disposición de material de protección contra rayos (38) formada por las partículas por medio de un adhesivo (46) sobre la estructura de soporte.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que la etapa b1) comprende: b1b) aplicación por zonas del adhesivo sobre la estructura de soporte (34) para la formación de varias zonas adhesivas (50) o b1c) aplicación puntual del adhesivo (46) sobre la estructura de soporte (34) .

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado por que el adhesivo (46) que se aplica en la etapa b1) es un adhesivo conductor de electricidad.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las partículas están seleccionadas de un grupo, que comprende Fibras, Fibras de carbono (52) , Tubos, Nano-tubos, Fragmentos (54) , Fragmentos-SIC, Fragmentos de grafito y Pasadores metálicos (56) .

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la etapa b)

comprende: pulverización de pasadores metálicos (56) sobre la estructura de soporte (34) .

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que los pasadores metálicos (56) son generados a partir de polvo metálico, en particular polvo de aluminio.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa a) comprende la fabricación de un sustrato de componente plano de un material compuesto de CFK, en particular de una resina epóxido reforzada con fibras de carbono.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la estructura de soporte (14) se provee antes de la etapa b) sobre la superficie que debe proveerse con la disposición de material de protección contra rayos con un velo (44) de fibras conductoras y/o no conductoras como capa intermedia entre el 8

material compuesto de fibras y la disposición de material de protección contra rayos.

10. Procedimiento de fabricación de componentes de vehículos para la fabricación de un componente de un vehículo, en particular de un avión, caracterizado por la realización de un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores para la formación de unas estructura superficial (30) del componente.

11. Estructura superficial (30) , en particular para un avión, que se puede fabricar con un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9.

12. Componente de vehículo, en particular componente de avión, que contiene una estructura superficial (30) de acuerdo con la reivindicación 11.