DE102005023148A1

DE102005023148A1 - Rohrleitung zur Durchleitung von Luft zur Klimatisierung in Luftfahrzeugen

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Publication number: DE102005023148A1
Application number: DE102005023148A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Peter Dipl.-Ing. Busch; Hans-Jürgen Dipl.-Ing. Schelling; Karsten Dipl.-Chem. Hesse
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2025-05-14
Also published as: CA2607076A1; JP2008545567A; CN101175667B; RU2383472C2; US8006722B2; DE102005023148B4; EP1879797B1; EP1879797A1; JP4673917B2; US20090260706A1; CA2607076C; BRPI0609678A2; WO2006120032A1; CN101175667A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rohrleitung 1, 34 zur Durchleitung von Luft, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen -55 DEG C und +85 DEG C sowie bei einer Differenzdruckbelastung von höchstens +-500 hPa relativ zum Kabinendruck, zur Klimatisierung in Luftfahrzeugen. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist die Rohrleitung 1, 34 mit einem Schaumkunststoffmaterial und/oder mit einem dichten Kunststoffmaterial gebildet, wobei eine Rohrleitungsaußenfläche 9, 36 und/oder eine Rohrleitungsinnenfläche 17 zur Verstärkung zumindest abschnittsweise eine Umwicklung 6, 37 mit mindestens einem linienhaften Verstärkungselement, insbesondere mit harzgetränkten Kohlefasern oder Glasfasern, aufweist. DOLLAR A Infolge der zur Verstärkung zumindest abschnittsweise auf die Rohrleitungsaußenfläche 9, 36 und/oder die Rohrleitungsinnenfläche 17 aufgebrachten Umwicklung 6, 37 kann die Rohrleitung optimal an unterschiedliche Belastungsanforderungen entlang der Verlegestrecke angepasst werden, so dass sich ein erhebliches Gewichtseinsparungspotenzial ergibt. Insbesondere lässt sich die Biegesteifigkeit bzw. die Knickfestigkeit der Rohrleitung 1, 34 abschnittsweise variieren und somit das Gewicht verringern. DOLLAR A Darüber hinaus erlaubt insbesondere die Verwendung eines Schaumkunststoffmaterials zur Bildung der Rohrleitung 1, 34 eine weitere Gewichtseinsparung, da das aufgerollte, plattenförmige Schaumkunststoffmaterial eine Doppelfunktion in Form der Durchleitung der Luft sowie der thermischen Isolation übernimmt. Ohne das ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrleitung zur Durchleitung von Luft, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen –55°C und +85°C sowie bei einer Druckdifferenzbelastung von höchstens ±500 hPa relativ zum Kabineninnendruck, zur Klimatisierung in Luftfahrzeugen.

Bekannte Ausführungsformen von Rohrleitungen zur Klimatisierung von Innenräumen von Passagierkabinen in Luftfahrzeugen werden beispielsweise mit aushärtbaren, glasfaserverstärkten Halbzeugen aus Phenolharz ("Prepregs") in Halbschalentechnik oder in Niederdruck-Schlauchbauweise zu Halbschalen oder kompletten Rohren endlicher Länge ausgehärtet. Bei der Bauweise in der Halbschalentechnik müssen jeweils zwei Halbschalen in einem weiteren Fertigungsschritt noch zu vollständigen Rohren zusammen geklebt werden. Um die geforderte Luftdichtigkeit zu erreichen, werden die Rohraußenflächen erforderlichenfalls noch mit einer Beschichtung versehen.

In Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall sowie dem Einbauort werden die Rohre anschließend mit einer thermischen Isolation aus Polyimidschaumstoff, Polyethylenschaum oder dergleichen ummantelt.

Aufgrund der in der Luftfahrt stets angestrebten Gewichtsreduzierungen ist es erforderlich die Wandstärke der Rohre zunehmend zu verringern, so dass die Rohre beim Verlegen in räumlich beengten Verhältnissen und während des Betriebs oftmals knicken, wodurch ein ordnungsgemäßer Luftdurchsatz nicht mehr gegeben ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rohrleitung zu schaffen, die im Vergleich zu den vorbekannten Rohrleitungen für die Klimatisierung von druckbelüfteten Innenräumen von Passagierkabinen von Luftfahrzeugen ein geringeres Gewicht aufweist und die zudem in knickgefährdeten bzw. mechanisch höher belasteten Abschnitten eine partiell belastbarere Verstärkung aufweist, so dass insbesondere ein Einknicken während des Einbaus und/oder während des Betriebs möglichst vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass die Rohrleitung mit einem Schaumkunststoffmaterial und/oder mit einem dichten Kunststoffmaterial gebildet ist, wobei eine Rohrleitungsaußenfläche und/oder eine Rohrleitungsinnenfläche zur Verstärkung zumindest abschnittsweise eine Umwicklung mit mindestens einem linienhaften Verstärkungselement aufweist, weist die erfindungsgemäße Rohrleitung ein geringes Gewicht bei einer gleichzeitig hohen Knicksicherheit bzw. Biegesteifigkeit in allen Rohrleitungsabschnitten auf. Darüber hinaus macht die Verwendung eines Schaumkunststoffmaterials zur Bildung der Rohrleitung eine zusätzliche Ummantelung der Rohrleitung mit einem geeigneten Isolationsmaterial zur Reduzierung von thermischen Verlusten entbehrlich, da das Schaumkunststoffmaterial neben der Leitungsfunktion für die Luft auch die Aufgabe der thermischen Isolation übernimmt. Beim Einsatz des dichten Kunststoffmaterials, beispielsweise in Gestalt einer dünnen Kunststofffolie oder dergleichen, ergibt sich hingegen kein nennenswertes thermisches Isolationsvermögen. Durch die Möglichkeit der abschnittsweisen Variation der mechanischen Belastbarkeit der Verstärkung mittels einer Änderung der "Wickeldichte" der Umwicklung kann die erfindungsgemäße Rohrleitung optimal an unterschiedliche lokale Belastungsanforderungen entlang der Verlegestrecke angepasst werden, wodurch sich ein erhebliches Gewichtseinsparungspotenzial ergibt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rohrleitung ist vorgesehen, dass die Rohrleitungsinnenfläche zur Minimierung von Strömungsverlusten im Wesentlichen glatt ausgebildet ist.

Durch diese Ausgestaltung ist ein minimaler Strömungswiderstand der Rohrleitung gewährleistet.

In Gemäßheit einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Rohrleitung mit mindestens einem aufgerollten Materialabschnitt aus dem Schaumkunststoffmaterial und/oder dem dichten Kunststoffmaterial gebildet.

Hierdurch kann die erfindungsgemäße Rohrleitung ausgehend von einem plattenförmigen Material einfach und Kosten sparend gebildet werden. Zu diesem Zweck werden von dem plattenförmigen Material Materialabschnitte gebildet, die zu einer Rohrleitung aufgerollt bzw. gerollt werden. Die gegenüberstehenden Längsseiten des Materialabschnitts werden zur Bildung der Rohrleitung fest miteinander verbunden.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind jeweils zwei aneinander stoßende Längsseiten des aufgerollten Materialabschnitts oder der aufgerollten Materialabschnitte mittels eines Verbindungselements miteinander verbindbar ausgebildet, um die Rohrleitung zu bilden.

Das vorzugsweise als Schnellverschluss ausgebildete Verbindungselement erlaubt eine schnelle und einfache Herstellung der Rohrleitung durch die Verbindung der Längsseiten des plattenförmigen Materialabschnitts nach dem Aufrollen. Durch Einbringen eines Dichtmittels in das Verbindungselement kann eine nahezu vollständige Luftdichtigkeit der Rohrleitung entlang der so gebildeten Längsnaht hergestellt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die jeweils aneinander stoßenden Längsseiten des aufgerollten Materialabschnitts oder der aufgerollten Materialabschnitte zur Bildung der Rohrleitung fest miteinander verbindbar, insbesondere miteinander verklebbar oder verschweißbar, ausgebildet sind.

Hierdurch ergibt sich ein einfacherer Aufbau der Rohrleitung, der ohne zusätzliches Verbindungselement an den Längsseiten des Materialabschnitts auskommt.

In Gemäßheit einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Rohrleitung mit mindestens einem Materialstrang aus dem Schaumkunststoffmaterial und/oder aus dem dichten Kunststoffmaterial nahtlos gebildet.

Diese Variante ermöglicht die Herstellung nahezu beliebig langer Rohrleitungen mittels bekannter Kunststoffextrusionsverfahren.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Rohrleitungsinnenfläche und/oder die Rohrleitungsaußenfläche eine zusätzliche Abdichtungsschicht zur Verbesserung der Luftdichtigkeit auf.

Hierdurch werden etwaige Luftverluste durch Undichtigkeiten im Bereich der Materialwandung der Rohrleitung verringert, so dass sich insgesamt ein nur sehr geringer Druckabfall entlang der Rohrleitung ergibt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Umwicklung zur wenigstens abschnittsweisen Verstärkung der Rohrleitung mit mehreren Lagen gebildet ist, wobei die Lagen eine Vielzahl von jeweils gleichsinnig gewickelten Windungen aufweisen.

Das Umwickeln der Rohrleitung mit mehreren Lagen erlaubt den Aufbau einer Umwicklung mit relativ hohen mechanischen Festigkeiten.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass übereinander liegende Lagen gegensinnig gewickelte Windungen zur Bildung einer netzartigen Struktur der Umwicklung aufweisen.

Hierdurch wird der Umwicklung eine insgesamt netzartige Struktur gegeben, die einen guten Verbund zwischen den einzelnen auf die Rohrleitungsaußenfläche aufgewickelten Lagen gewährleistet.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass ein Abstand zwischen den Windungen und/oder ein Steigungswinkel zwischen den Windungen und einer Rohrleitungslängsachse zur Änderung der Wickeldichte in Abhängigkeit von lokalen mechanischen Belastungsanforderungen der Rohrleitung abschnittsweise variiert.

Durch die abschnittsweise Variation der Abstände der Windungen zueinander und/oder der Steigungswinkel bzw. der "Wickeldichte" der Umwicklung, lässt sich die mechanische Belastbarkeit der erfindungsgemäßen Rohrleitung abschnittsweise den jeweiligen Erfordernissen optimal anpassen, wodurch sich eine beträchtliche Gewichtseinsparung ergibt. Verringert man beispielsweise die Abstände der Windungen zueinander, so wird der betreffende Abschnitt der Rohrleitung biegesteifer und damit knicksicherer. Diese Ausbildung kann beispielsweise in Verlegeabschnitten von Vorteil sein, die enge Krümmungsradien der Rohrleitung erfordern. Demgegenüber kann die durch die Umwicklung gebildete Verstärkung in geraden Verlegeabschnitten der Rohrleitung schwächer ausfallen, was durch eine Erhöhung der Abstände der Windungen zueinander und/oder eine Erhöhung des Steigungswinkels, das heißt in Gesamtheit durch eine Verringerung der Wicklungsdichte, erreicht werden kann. Hierdurch verringert sich die Biegesteifigkeit der Rohrleitung definiert, so dass infolge der erhöhten Flexibilität beispielsweise der Ausgleich von Toleranzen und die Montage der Rohrleitung erleichtert wird. Gegebenenfalls kann die Verstärkung in geraden Verlegeabschnitten der Rohrleitung auch ganz entfallen.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das linienhafte Verstärkungselement oder die linienhaften Verstärkungselemente zur Bildung der Windungen mit mindestens einer Endlosfaser gebildet, die von einer Matrix aus einem duroplastischen Kunststoff und/oder von einer Matrix aus einem thermoplastischen Kunststoff eingeschlossen ist.

Hierdurch ergibt sich eine mechanisch hoch belastbare und trotzdem leichtgewichtige Verstärkung, die durch Umwickeln der Rohrleitungsaußenfläche und/oder der Rohrleitungsinnenfläche zumindest abschnittsweise auf eine einfache Art und Weise aufbringbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung sind in den weiteren Patentansprüchen dargelegt.
In der Zeichnung zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Rohrleitung nach Maßgabe einer ersten Ausführungsvariante,
2 einen vergrößerten Ausschnitt A aus der 1,
3 einen Materialabschnitt zur Bildung der Rohrleitung in der ersten Ausführungsvariante mit einer optionalen Ausnehmung zur Integration einer Abzweigung,
4 eine Querschnittsdarstellung durch den Materialabschnitt entlang der Schnittlinie B-B gemäß der 3 zur Bildung der Rohrleitung nach Maßgabe der ersten Ausführungsvariante,
5 ein Abzweigungsstück zur Integration in die Rohrleitung nach Maßgabe der ersten Ausführungsvariante,
6 eine dreidimensionale Darstellung der erfindungsgemäßen Rohrleitung nach Maßgabe der ersten Ausführungsvariante mit einer V-Abzweigung,
7 eine erfindungsgemäße Rohrleitung nach Maßgabe einer zweiten Ausführungsvariante sowie eine Halterung und
8 eine alternative Ausführungsform eines Halters zur Befestigung der Rohrleitung an weiteren Konstruktionselementen.
In den Figuren sind jeweils gleiche konstruktive Elemente mit den selben Bezugsziffer versehen
Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Rohrleitung, insbesondere zur Durchleitung von Luft zur Klimatisierung von druckbelüfteten Innenräumen von Passagierkabinen von Luftfahrzeugen, nach Maßgabe einer ersten Ausführungsvariante.
Die Rohrleitung 1 ist mit einem aufgerollten Materialabschnitt 2 gebildet, dessen im Bereich einer Längsnaht 3 aneinander stoßenden Längsseiten 4, 5 luftdicht miteinander verbunden sind. Der Materialabschnitt 2 wird bevorzugt mit einem geschlossenzelligen thermoplastischen Schaumkunststoffmaterial, wie zum Beispiel einem Polyimidschaum, einem Polyethylenschaum oder dergleichen, gebildet. Die Dicke bzw. die Materialstärke des Materialabschnitts 2 hängt insbesondere vom Wärme durchgangswert des verwendeten Schaumkunststoffmaterials und des geforderten thermischen Isolationsvermögens ab und beträgt bevorzugt weniger als 100 mm. Die Dicke des Materialabschnitts 2 ist damit in weiten Bereichen variabel und kann auch abschnittsweise variieren. Die Rohrleitung 1 weist infolge des Aufrollens bzw. des Zusammenbiegens des Materialabschnitts 2 eine ungefähr kreisförmige, ovale oder elliptische Querschnittsgeometrie auf.
Durch das für den Materialabschnitt 2 verwendete Schaumkunststoffmaterial wird zum einen ein gutes thermisches Isolationsvermögen der Rohrleitung 1 erreicht. Zum anderen übernimmt das Schaumkunststoffmaterial die Leitungsfunktion für die Luft in der Rohrleitung 1 und sorgt für eine zumindest in geraden Verlegeabschnitten der Rohrleitung 1 im Allgemeinen ausreichende mechanische Stabilität. Durch die gleichzeitige Übernahme der Isolationsfunktion und der Leitungsfunktion für die Luft durch den Materialabschnitt 2 ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Rohrleitung 1 eine Materialeinsparung und damit einhergehend eine erhebliche Gewichtsreduzierung.
Wenn das thermische Isolationsvermögen der Rohrleitung 1 im konkreten Anwendungsfall nur eine untergeordnete Bedeutung hat, kann der Materialabschnitt 2 mit einem dichten Kunststoffmaterial, beispielsweise mit einem thermoplastischen Kunststoff und/oder mit einem duroplastischen Kunststoff mit einer ausreichenden Materialstärke gebildet sein. Der Begriff "dichtes" Kunststoffmaterial bedeutet, dass im Gegensatz zu einem Schaumkunststoffmaterial im Wesentlichen keine Hohlräume im Material vorhanden sind. Hierdurch ist die Einbettung von Verstärkungsfasern, beispielsweise in der Form von Kohlefasern oder Glasfasern, nicht ausgeschlossen.
Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität weist die Rohrleitung 1 eine Umwicklung 6 auf. Die Umwicklung 6 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mit zwei Endlosfasern 7, 8 als linienhafte Verstärkungselemente gebildet, die jeweils spiralförmig und gegensinnig auf eine Rohrleitungsaußenfläche 9 aufgewickelt sind. Zur Stabilisierung sind die Endlosfasern 7, 8 in eine Matrix aus einem aushärtbaren duroplastischen Kunststoffmaterial, beispielsweise einem Epoxydharz oder einem Phenolharz, eingebettet bzw. vorzugsweise allseitig umschlossen. Die Endlosfaser 7 bildet hierbei eine Lage 10 mit einer Vielzahl von Windungen, von denen lediglich eine Windung 11 der besseren zeichnerischen Übersicht halber mit einer Bezugsziffer versehen ist. Entsprechend bildet die Endlosfaser 8 eine unterhalb der Lage 10 aufliegende Lage 12 mit einer Vielzahl von Windungen, von denen ebenfalls nur eine Windung 13 mit einer Bezugsziffer versehen ist. Die aufeinander liegenden Lagen 10, 12 weisen jeweils Windungen mit gegenläufigem Wicklungssinn auf, damit die Umwicklung 6 eine insgesamt netzartige Struktur mit einem guten Verbund zwischen den Lagen 10, 12 erhält.
Die Endlosfasern 7, 8 können mit Keramik-, Aramid-, Glas- oder mit Kohlefasern gebildet werden. Hierbei ist es denkbar, dass die Endlosfasern 7, 8 auch mit Bündeln mit mehreren der genannten Fasern oder mit Hybriden der genannten Fasern gebildet sind. Alternativ können auch Endlosfasern 7, 8 aus einem thermoplastischen und/oder duroplastischen Kunststoffmaterial verwendet werden. Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität der Endlosfasern 7, 8 können diese in eine Matrix aus einem thermoplastischen und/oder einem aushärtbaren duroplastischen Material, beispielsweise Epoxydharz oder Phenolharz, eingebettet sein.
In knickgefährdeten Abschnitten der Rohrleitung 1, das heißt beispielsweise in Verlegeabschnitten mit relativ kleinen Krümmungsradien oder anderen äußeren mechanischen Belastungen, kann die netzartige, aus mindestens einer Lage gebildete Umwicklung 6 eine höhere "Wickeldichte" aufweisen. Eine Erhöhung der Wickeldichte bedeutet, dass ein Steigungswinkel 15, der beispielsweise zwischen der Windung 13 der Endlosfaser 8 und einer Rohrleitungslängsachse 16 ermittelt wird und/oder ein Abstand 14 zwischen zwei Windungen einer der Endlosfasern 7, 8 verringert wird. Umgekehrt erhöhen sich bei einer geringeren Wickeldichte die betreffenden Abstände bzw. Steigungswinkel der Umwicklung 6. Die Wickeldichte der Umwicklung 6 kann entlang der Längsachse 16 der Rohrleitung 1 abschnittsweise, beispielsweise zur Anpassung an lokale mechanische Belastungserfordernisse, variieren. Durch die Erhöhung bzw. Verringerung der Wickeldichte der Umwicklung 6 wird im Ergebnis eine "Maschenweite" der netzartigen, aus den zwei Lagen 10, 12 gebildeten Umwicklung 6 verändert.
In knickgefährdeten Verlegeabschnitten der Rohrleitung 1 kann die Wickeldichte der Umwicklung 6 so weit gesteigert werden, dass ein Knicken der Rohrleitung 1 unter allen im Normalfall auftretenden mechanischen Belastungen praktisch ausgeschlossen ist. In diesem Fall entspricht die erfindungsgemäße Rohrleitung 1 einem konventionellen Rohr mit hoher Wandstärke. In geradlinigen Verlegeabschnitten der Rohrleitung 1 kann dagegen die Wickeldichte der Umwicklung 6 deutlich verringert werden, so dass sich beträchtliche Gewichtseinsparungen ergeben.
Alternativ ist es auch möglich, die Endlosfasern 7, 8 bei Beginn eines geradlinigen Verlegeabschnitts abzutrennen und erst bei Beginn eines gekrümmten Verlegeabschnitts wieder mit der Umwicklung durch neu angesetzte Endlosfasern zu beginnen. Weiterhin ist es möglich, die Rohrleitung 1 mit mehr als den gezeigten zwei Endlosfasern 7, 8 jeweils im Gegensinn zu umwickeln, so dass sich mehrere übereinander liegende Lagen von Endlosfasern ergeben.
Infolge des Umstandes, dass die Wickeldichte der Umwicklung 6 bzw. die Maschenweite der hieraus gebildeten netzartigen Umwicklung 6 abschnittsweise in Abhängigkeit von den auftretenden lokalen Belastungen definiert verändert werden kann, ergibt sich mittels der erfindungsgemäßen Rohrleitung 1 ein erhebliches Gewichtseinsparungspotenzial. Zudem lässt sich die Flexibilität der Rohrleitung abschnittsweise den örtlichen Einbaugegebenheiten anpassen, so dass sich die Montage erheblich vereinfacht.
Zur Minimierung des Strömungswiderstands der Rohrleitung 1 ist die Rohrleitungsinnenfläche 17 bevorzugt glatt ausgebildet. Die Glättung der Rohrleitungsinnenfläche 17 kann beispielsweise bei Materialabschnitten 2, die mit thermoplastischen Kunststoffmaterialien gebildet sind, durch eine so genannte "Verschwartung", das heißt thermische Behandlung erfolgen. Alternativ kann die Rohrleitungsinnenfläche 17 auch mit einer Abdichtungsschicht, insbesondere einer Lack- oder Harzschicht, versehen bzw. bestrichen werden.
Abweichend von der Darstellung des Ausführungsbeispiels der 1 kann die Rohrleitung 1 eine nicht näher dargestellte, entsprechend zur Umwicklung 6 ausgebildete und auf der Rohrleitungsinnenfläche 17 angeordnete innere Umwicklung aufweisen. Diese zumindest abschnittsweise aufgebrachte innere Umwicklung kann anstatt der Umwicklung 6 oder zusätzlich zu dieser vorgesehen sein. Die innere Umwicklung verhindert das Zusammendrücken der Rohrleitung 1 beispielsweise für den Fall, dass der Umgebungsdruck der Rohrleitung 1 höher ist als der Druck innerhalb der Rohrleitung 1. Ist der Druck innerhalb der Rohrleitung 1 in jedem Betriebszustand im konkreten Anwendungsfall höher als der äußere Druck, ist im Allgemeinen nur die äußere Umwicklung 6 erforderlich, um die auftretenden Kräfte aufzunehmen.
Die erfindungsgemäße Rohrleitung ist hierbei für die Durchleitung von Luft in einem Temperaturbereich von –55 °C bis zu +85 °C vorgesehen. Hierbei ist die Rohrleitung 1 auf Anwendungen beschränkt, bei denen die Differenzdruckbelastung höchstens ±500 hPa relativ zum Kabinendruck beträgt. Dies bedeutet, dass die Differenz zwischen dem Druck in der Rohrleitung und dem Druck außerhalb der Rohrleitung 1 in allen denkbaren Betriebszuständen höchstens ±500 hPa beträgt. Im Normalbetrieb ist der Druck in der Rohrleitung 1 in der Regel höher als außerhalb der Rohrleitung, sodass sich positive Differenzdrücke einstellen. In bestimmten dynamischen Betriebszuständen kann der Druck in der Rohrleitung 1 geringer sein als der außerhalb der Rohrleitung 1 herrschende Druck, so dass negative Differenzdrücke auftreten. Weiterhin können bei einer Rohrleitung 1, die beispielsweise zur Absaugung von verbrauchter Luft oder dergleichen eingesetzt wird, derartige negative Differenzdrücke auftreten.
Um die Rohrleitungsinnenfläche 17 mit einer derartigen inneren Umwicklung zu versehen, wird die innere Umwicklung zunächst auf einen Wickelkörper, beispielsweise einen Dorn oder dergleichen, aufgebracht. Die innere Umwicklung auf dem Wickelkörper wird in der gleichen Weise wie die vorstehend beschriebene Umwicklung 6 auf der Rohrleitungsaußenfläche 9 gebildet und weist einen entsprechenden Aufbau mit einer identischen Struktur auf. Anschließend wird der Materialabschnitt 2 um den Dorn mit der inneren Umwicklung herum gelegt und an den Längsseiten 4, 5 verbunden. Danach kann der Dorn entfernt werden. Im Anschluss daran wird in Entsprechung zu den vorstehenden Ausführungen erforderlichenfalls noch die äußere Umwicklung 6 auf die durch den Materialabschnitt 2 gebildete Rohrleitungsaußen fläche 9 aufgebracht. Der Dorn kann auch bis zur Fertigstellung der äußeren Umwicklung 6 innerhalb der Rohrleitung 1 verbleiben.
Die 2 zeigt den Ausschnitt A aus der 1 in einer vergrößerten Darstellung.
Der Materialabschnitt 2 weist die beiden Längsseiten 4, 5 auf. Zur Verbindung der stirnseitig aneinander stoßenden Längsseiten 4, 5 im Bereich der Längsnaht 3 sind in die Längsseiten 4, 5 eine Vielzahl von ineinander greifenden Nuten bzw. Federn zur Bildung eines linienhaften Verbindungselements 18 als Schnellverschluss eingebracht. Das Verbindungselement 18 ist hierbei bevorzugt wiederholt lösbar ausgebildet.
Die Nuten bzw. die Federn können nach dem eigentlichen Herstellungsprozess des Materialabschnitts 2, beispielsweise durch Fräsen oder dergleichen, in diesen eingebracht werden. Alternativ kann der ebene Materialabschnitt 2 mittels bekannter Kunststoffextrusionsverfahren hergestellt werden, wobei die Nuten bzw. die Federn durch eine entsprechende Gestaltung der Düsengeometrie gleich mitgebildet werden.
Anstatt der in 2 gezeigten exemplarischen Verbindung der Längsseiten 4, 5 durch trapezförmig ausgebildete Nuten bzw. Federn, die zumindest bereichsweise formschlüssig ineinander einbringbar sind, können andere Ausführungsformen von Schnellverschlüssen, wie zum Beispiel Druckverschlüsse, Klettverschlüsse etc. eingesetzt werden. Zur Erhöhung der Dichtigkeit der Rohrleitung 1 kann es weiterhin erforderlich sein, das Verbindungselement 18 mit zusätzlichen Dichtmitteln, beispielsweise durch Überstreichen mit einem Kunststoffmaterial, zu versehen.
Abweichend von der gezeigten Ausgestaltung des Verbindungselements 18 als lösbarer Schnellverschluss können die Längsseiten 4, 5 auch durch eine Klebe- oder Schweißverbindung fest, das heißt unter normalen Betriebsbedingungen unlösbar, miteinander verbunden werden.
Damit die Rohrleitungsaußenfläche 9 und die Rohrleitungsinnenfläche 17 im Bereich der Längsnaht 3 eine im Wesentlichen durchgehende, glatte Oberfläche bilden, sind an den Längsseiten 4, 5 wechselseitig übereinander greifende Überlappungen angeordnet.
Die 3 zeigt einen Materialabschnitt in der ebenen, das heißt abgewickelten Position zur Bildung einer Rohrleitung nach Maßgabe der ersten Ausführungsvariante.
Ein zur Bildung der erfindungsgemäßen Rohrleitung 1 verwendeter, ebener bzw. plattenförmiger Materialabschnitt 19 weist eine im Wesentlichen kreisförmige Ausnehmung 20 zur Schaffung einer insbesondere T-förmigen Abzweigung auf. Der Materialabschnitt 19 ist in Entsprechung zu der Darstellung der 1 und 2 mit einem Schaumkunststoffmaterial gebildet. Der Materialabschnitt 19 wird entsprechend zur Darstellung der 1, 2 aufgerollt bzw. hochgebogen und, wie im Rahmen der Beschreibung der 2 erläutert, an den Längsseiten 21, 22 zur Bildung der Rohrleitung 1 mittels des als Schnellverschluss ausgebildeten Verbindungselements 18 verbunden.
Die Nuten und die Federn (vgl. 2) zur Verbindung der Längsseiten 21, 22 zur Bildung der Rohrleitung 1 sind der besseren zeichnerischen Übersichtlichkeit halber durch parallele Linien ohne Bezugsziffern angedeutet.
Die 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch den Materialabschnitt entlang der Schnittlinie B-B in der 3.
Der Materialabschnitt 19 weist zur Schaffung einer Abzweigung die Ausnehmung 20 auf. Die Längsseiten 21, 22 weisen nicht näher bezeichnete Nuten und Federn zur Verbindung der Längsseiten 21, 22 zur Bildung der erfindungsgemäßen Rohrleitung durch Aufrollen des Materialabschnitts 19 auf, die entsprechend zur Darstellung in der 1, 2 ausgebildet sind.
In die Ausnehmung 20 sind eine Senkbohrung 23 und eine Befestigungsbohrung 24, beispielsweise mit einem Stufenbohrer oder dergleichen, eingebracht. Im Bereich der Senkbohrung 23 ist ein Innengewindeabschnitt 25 in den Materialabschnitt 19 eingebracht, der zur Befestigung eines in der Darstellung der 4 nicht dargestellten Abzweigungsstücks im Materialabschnitt 19 dient.
Die 5 zeigt ein Abzweigungsstück zur Bildung einer vorzugsweise T-förmigen Abzweigung von der erfindungsgemäßen Rohrleitung.
Ein Abzweigungsstück 26 ist im Wesentlichen mit einem Rohrabschnitt 27 gebildet, wobei an einem Ende des Rohrabschnitts 27 ein kreisringförmiger Flansch 28 angeordnet ist. Der Flansch 28 ist vorzugsweise bündig in die Senkbohrung 23 einbringbar. Der Rohrabschnitt 27 mit einer im Wesentlichen hohlzylindrischen Querschnittsgeometrie weist weiterhin einen Außengewindeabschnitt 29 auf. Der Außengewindeabschnitt 29 ist korrespondierend zu dem Innengewindeabschnitt 25 im Materialabschnitt 19 ausgebildet, so dass der Außengewindeabschnitt 29 des Abzweigungsstücks 26 durch einfaches Einschrauben in den Materialabschnitt 19 zumindest bereichsweise formschlüssig in den Innengewindeabschnitt 25 sowie die Befestigungsbohrung 24 des Materialabschnitts 19 einbringbar und damit in diesem befestigbar ist (vgl. 4). Hierbei ist das Abzweigungsstück 26 so beschaffen, dass durch das Einschrauben des Verbindungsstücks eine T-förmige Abzweigung gebildet wird.
Zur Erhöhung der Luftdichtigkeit und der mechanischen Festigkeit der so gebildeten T-förmigen Abzweigung kann es erforderlich sein, im Bereich des Außengewindeabschnitts 29 und/oder des Innengewindeabschnitts 25 zumindest bereichsweise ein Dicht- bzw. ein Klebemittel aufzubringen.
Die 6 zeigt eine V-förmig ausgebildete Abzweigung mit einem Abzweigungsstück 30, das von einer Rohrleitung 31 abgeht. Hierbei ist das zur Bildung der V-förmig ausgebildeten Abzweigung verwendete Abzweigungsstück 30 wiederum in einer Ausnehmung 32 in der Rohrleitung 31 angeordnet und in dieser befestigt (vgl. 4, 5). Im Unterschied zu der Ausnehmung 20 in der 3 weist die Ausnehmung 32 zur Bildung einer V-förmigen Abzweigung eine elliptische Geometrie auf, so dass ein Einschrauben des Verbindungsstücks 30 nicht möglich ist. Vielmehr muss das Abzweigungsstück 30 in die Ausnehmung 32 eingepresst, eingeklebt, eingeschweißt oder anderweitig befestigt werden. Die Längsseiten 21, 22 des Materialabschnitts 19 schließen wiederum im Bereich einer Längsnaht 33 zur Bildung der Rohrleitung 31 aneinander an.
Anstatt der Verwendung der mit einem Schaumkunststoffmaterial gebildeten plattenförmigen Materialabschnitte 2, 19 als Ausgangsmaterial können die Rohrleitungen 1, 31 auch durch bekannte Extrusionsverfahren nahtlos und in nahezu beliebigen Längen gebildet werden.
Die 7 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Rohrleitung 34.
Im Unterschied zu der ersten Ausführungsvariante ist die Rohrleitung 34 nicht mit einem Schaumkunststoffmaterial mit einer ausreichenden Materialstärke, sondern mit einem Materialabschnitt 35 aus einem dichten Kunststoffmaterial, insbesondere einer dünnschichtigen Kunststofffolie oder dergleichen, gebildet. Die Kunststofffolie kann hierbei mit einem thermoplastischen Material gebildet sein, das gegebenenfalls auch eine zusätzliche Faserverstärkung aufweisen kann.
Zur mechanischen Verstärkung der Rohrleitung 34 ist auf eine Rohrleitungsaußenfläche 36 wiederum eine Umwicklung 37 aufgebracht. Die Umwicklung 37 ist in Entsprechung zur Darstellung der 2 mit zwei Endlosfasern 38, 39, die als im Wesentlichen linienhafte Verstärkungselemente fungieren, gebildet. Die Endlosfasern 38, 39 sind hierbei gegensinnig auf die Rohrleitungsaußenfläche 36 der Rohrleitung 34 aufgewickelt. Die Umwicklung 37 weist im Übrigen exakt den gleichen Aufbau und dieselbe Struktur wie die Umwicklung 6 in der 1 auf, so dass an dieser Stelle auf den Beschreibungsteil betreffend die 1 verwiesen wird.
Die Verstärkung der Rohrleitung 34 mit der Umwicklung 37 ist in dieser Ausführungsvariante im Allgemeinen immer erforderlich, da die Rohrleitung 34 lediglich mit einem Materialabschnitt 35 von einer relativ dünnen Kunststofffolie durch Aufrollen des Materialabschnitts 35 gebildet ist. Demzufolge können die Längsseiten des zur Bildung der Rohrleitung 34 verwendeten Materialabschnitts 35 auch nicht durch trapezförmige Nuten oder trapezförmige Federn, wie in den 2, 4 dargestellt, miteinander verbunden werden. In dieser zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Rohrleitung 34 ist es unumgänglich, beide Längsseiten des Materialabschnitts 35 beispielsweise durch Verkleben oder Verschweißen fest miteinander zu verbinden.
Weiterhin weist die Rohrleitung 34 zwei, bevorzugt gleichfalls aus den Endlosfasern 38, 39 gebildete endseitige Verstärkungsbereiche auf, die in der Darstellung der 7 mit der höchsten Strichstärke dargestellt sind. Diese Verstärkungsbereiche können beispielsweise zum Anschluss von Verbindungsmuffen, Abzweigungsstücken oder dergleichen dienen. Die Umwicklung 37 kann in der Regel nur nach einer entsprechenden Vorbehandlung der Rohrleitungsaußenfläche 36 aufgebracht werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Endlosfasern 38, 39 mit einem aushärtbaren duroplastischen Kunststoffmaterial, beispielsweise einem Epoxydharz oder einem Phenolharz, zur Bildung einer Matrix getränkt sind und der Materialabschnitt 35 mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildet ist. Der Materialabschnitt 35 kann in der zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Rohrleitung 34 beispielsweise mit einer Kunststofffolie aus Polyetherimid (PEI), Tedlar (PVF), Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder dergleichen gebildet sein.
Weiterhin weist die Rohrleitung 34 einen Halter 40 zur Befestigung an weiteren, nicht dargestellten Konstruktionselementen, beispielsweise an Verstärkungsprofilen in Rumpfzellen von Luftfahrzeugen oder dergleichen, auf. Der Halter 40 weist eine Grundplatte 41 auf, die von den Endlosfasern 38, 39 zur Befestigung umwickelt ist. Die Grundplatte 41 weist zur Anbindung an weitere Konstruktionselemente eine im Wesentlichen rechtwinklig hierzu angeordnete Befestigungslasche 42 mit einer Befestigungsbohrung 43 auf. Im Bereich des Halters 40 ist die Wicklungsdichte der Umwicklung 37 bevorzugt erhöht.
Auch die zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Rohrleitung 34 kann zusätzlich oder ausschließlich zumindest abschnittsweise eine innere Umwicklung zur Verstärkung aufweisen, wie sie bereits im Rahmen der Beschreibung der 1 erläutert wurde.
Die 8 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Halters zur Befestigung der Rohrleitung an Konstruktionselementen.
Ein Halter 44 weist zunächst eine Grundplatte 45 auf. Die Grundplatte 45 ist gekrümmt ausgebildet, wobei die Krümmung der Grundplatte 45 vorzugsweise der Oberflächenkrümmung der Rohrleitung angepasst ist, auf der der Halter 44 durch Einwickeln mit den Endlosfasern der Umwicklung befestigt werden soll. Auf der Grundplatte 45 ist ein Zapfen 46 mit mehreren Rastnasen 47 bis 50 angeordnet. Die Rastnasen 47 bis 50 sind ganz oder teilweise in ein Anbindungsmittel 51 einbringbar und auf diesem, wie durch den Pfeil 52 angedeutet, verrastbar. Das mit dem Zapfen 46 gestuft verrastbare Anbindungsmittel 51 dient insbesondere zur Verbindung des Halters 44 und damit der zu befestigenden Rohrleitung mit nicht dargestellten weiteren Konstruktionselementen. Zur Fixierung der Einbaulage kann die gewünschte Halterstellung mittels Klebstoff oder mechanisch, beispielsweise durch einen Arretierungsstift oder dergleichen, dauerhaft gesichert werden.
Infolge der mindestens vierstufigen Verrastbarkeit des Zapfens 46 mit dem Anbindungsmittel 51 kann das Anbindungsmittel 51 in Richtung des Pfeils 53 justiert werden, wodurch die Möglichkeit eines Toleranzausgleichs bei der Montage in dieser Raumrichtung besteht.
Darüber hinaus ist der Zapfen 46 auf der Grundplatte 45 in der Nut 54 zusätzlich in Richtung des Pfeils 55 stufenlos verschiebbar und gleichzeitig arretierbar aufgenommen, so dass auch in dieser Richtung die Möglichkeit eines Toleranzausgleichs besteht. Durch die Toleranzausgleichsmöglichkeit in Richtung der Pfeile 53, 55 wird die Montage der erfindungsgemäßen Leitung an weiteren, nicht näher dargestellten Konstruktionselementen in einem Luftfahrzeug erheblich vereinfacht.

1: Rohrleitung
2: Materialabschnitt
3: Längsnaht
4: Längsseite
5: Längsseite
6: Umwicklung
7: Endlosfaser
8: Endlosfaser
9: Rohrleitungsaußenfläche
10: Lage
11: Windung
12: Lage
13: Windung
14: Abstand
15: Steigungswinkel
16: Rohrleitungslängsachse
17: Rohrleitungsinnenfläche
18: Verbindungselement
19: Materialabschnitt
20: Ausnehmung
21: Längsseite
22: Längsseite
23: Senkbohrung
24: Befestigungsbohrung
25: Innengewindeabschnitt
26: Abzweigungsstück
27: Rohrabschnitt
28: Flansch
29: Außengewindeabschnitt
30: Abzweigungsstück
31: Rohrleitung
32: Ausnehmung
33: Längsnaht
34: Rohrleitung
35: Materialabschnitt
36: Rohrleitungsaußenfläche
37: Umwicklung
38: Endlosfaser
39: Endlosfaser
40: Halter
41: Grundplatte
42: Befestigungslasche
43: Befestigungsbohrung
44: Halter
45: Grundplatte
46: Zapfen
47: Rastnase
48: Rastnase
49: Rastnase
50: Rastnase
51: Anbindungsmittel
52: Pfeil
53: Pfeil
54: Nut
55: Pfeil

Claims

Rohrleitung (1, 34) zur Durchleitung von Luft, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen –55 °C und +85 °C sowie bei einer Differenzdruckbelastung von höchstens ±500 hPa relativ zum Kabinendruck, zur Klimatisierung in Luftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (1, 34) mit einem Schaumkunststoffmaterial und/oder mit einem dichten Kunststoffmaterial gebildet ist, wobei eine Rohrleitungsaußenfläche (9, 36) und/oder eine Rohrleitungsinnenfläche (17) zur Verstärkung zumindest abschnittsweise eine Umwicklung (6, 37) mit mindestens einem linienhaften Verstärkungselement aufweist.
Rohrleitung (1, 34) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungsinnenfläche (17) zur Minimierung von Strömungsverlusten im Wesentlichen glatt ausgebildet ist.
Rohrleitung (1, 34) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (1, 34) mit mindestens einem aufgerollten Materialabschnitt (2, 19, 35) aus dem Schaumkunststoffmaterial und/oder dem dichten Kunststoffmaterial gebildet ist.
Rohrleitung (1, 34) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei aneinander stoßende Längsseiten (4, 5, 21, 22) des aufgerollten Materialabschnitts (2, 19, 35) oder der aufgerollten Materialabschnitte (2, 19, 35) mittels eines Verbindungselements (18) miteinander verbindbar ausgebildet sind, um die Rohrleitung (1, 34) zu bilden.
Rohrleitung (1, 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils aneinander stoßenden Längsseiten (4, 5, 21, 22) des aufgerollten Materialabschnitts oder der aufgerollten Materialabschnitte (2, 19) zur Bildung der Rohrleitung (1, 34) fest miteinander verbindbar, insbesondere miteinander verklebbar oder verschweißbar, ausgebildet sind.
Rohrleitung (1, 34) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (1, 34) mit mindestens einem Materialstrang aus dem Schaumkunststoffmaterial und/oder aus dem dichten Kunststoffmaterial nahtlos gebildet ist.
Rohrleitung (1, 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungsinnenfläche (17) und/oder die Rohrleitungsaußenfläche (9, 36) eine zusätzliche Abdichtungsschicht zur Verbesserung der Luftdichtigkeit aufweisen.
Rohrleitung (1, 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwicklung (6, 37) zur wenigstens abschnittsweisen Verstärkung der Rohrleitung (1, 34) mit mehreren Lagen (10, 12) gebildet ist, wobei die Lagen (10, 12) eine Vielzahl von jeweils gleichsinnig gewickelten Windungen (11, 13) aufweisen.
Rohrleitung (1, 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass übereinander liegende Lagen (10, 12) gegensinnig gewickelte Windungen (11, 13) zur Bildung einer netzartigen Struktur der Umwicklung (6, 37) aufweisen.
Rohrleitung (1, 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (14) zwischen den Windungen (11, 13) und/oder ein Steigungswinkel (15) zwischen den Windungen (11, 13) und einer Rohrleitungslängsachse (16) zur Änderung der Wickeldichte in Abhängigkeit von lokalen mechanischen Belastungsanforderungen der Rohrleitung (1, 34) abschnittsweise variiert.
Rohrleitung (1, 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das linienhafte Verstärkungselement oder die linienhaften Verstärkungselemente zur Bildung der Windungen (11, 13) mit mindestens einer Endlosfaser (7, 8, 38, 39) gebildet sind, die von einer Matrix aus einem duroplastischen Kunststoff und/oder von einer Matrix aus einem thermoplastischen Kunststoff eingeschlossen ist.
Rohrleitung (1, 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabschnitt oder die Materialabschnitte (35) sowie der Materialstrang oder die Materialstränge zur Bildung der Rohrleitung (1, 34), die mit dem Schaumkunststoffmaterial gebildet sind, eine von einem vorgegebenen Wärmedurchgangswert abhängige Dicke aufweisen.
Rohrleitung (1, 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabschnitt oder die Materialabschnitte (2, 35) sowie der Materialstrang oder die Materialstränge zur Bildung der Rohrleitung, die mit dem dichten Kunststoffmaterial gebildet sind, eine Dicke von weniger als 0,5 mm aufweisen.
Rohrleitung (1, 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Schaumkunststoffmaterial ein duroplastischer Kunststoff und/oder ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere ein Polyimidschaum oder ein Polyethylenschaum, ist.
Rohrleitung (1, 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das dichte Kunststoffmaterial ein duroplastischer Kunststoff und/oder ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere eine Folie aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder aus anderen höher temperaturbeständigen Materialien, ist.
Rohrleitung (1, 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das dichte Kunststoffmaterial eine Faserverstärkung aufweist.