DE102007060514A1

DE102007060514A1 - Vorrichtung zur Begrenzung der Durchbiegung einer in einer Rumpfzelle eines Flugzeugs angeordneten Tür

Info

Publication number: DE102007060514A1
Application number: DE102007060514A
Authority: DE
Inventors: Ronald Risch
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-07-23
Anticipated expiration: 2027-12-14
Also published as: DE102007060514B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung der Durchbiegung einer in einer Rumpfzelle (3) eines Flugzeugs angeordneten Tür (1), insbesondere einer Luke oder eines Frachttors, mit mindestens einem bevorzugt im Bereich einer Türleibung (4) oder im Bereich einer Türblattkante (7) angeordneten Halteorgan (5). Um eine Durchgangsbegrenzung für Türen, Luken und Frachttore in Flugzeugen zu gewährleisten, die gegebenenfalls unabhängig von einer Betätigung des normalen Verriegelungssystems manuell ausgelöst werden kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das mindestens eine Halteorgan (5) im Fall eines hinreichenden Differenzdrucks Deltap zwischen dem in der Rumpfzelle (3) bestehenden Innendruck pi und dem außerhalb der Rumpfzelle (3) herrschenden Außenluftdruck pa mit mindestens einem im Bereich der Türblattkante (7) oder der Türleibung (4) angeordneten Widerlager (6) in Eingriff bringbar ist. Darüber hinaus wird vorgschlagen, dass das mindestens eine Halteorgan (30, 55) im Fall eines hinreichend großen Differenzdrucks Deltap selbsttätig verschwenkt oder manuell verschwenkbar ist und hierdurch mit dem mindestens einen Widerlager (31, 52) in Eingriff bringbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung der Durchbiegung einer in einer Rumpfzelle eines Flugzeugs angeordneten Tür, insbesondere einer Luke oder eines Frachttors, mit mindestens einem bevorzugt im Bereich einer Türleibung oder einer Türblattkante angeordneten Halteorgan.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Begrenzung der Durchbiegung einer in einer Rumpfzelle eines Flugzeugs angeordneten Tür, insbesondere einer Luke oder eines Frachttors, mit mindestens einem Halteorgan und mindestens einem Widerlager.
Moderne Flugzeuge operieren, um den Treibstoffverbrauch zu verringern, im Allgemeinen in großen Einsatzhöhen von bis zu 15.000 m. In dieser Flughöhe herrscht nur noch ein geringer Luftdruck von weniger als 120 hPa. Um den Flugkomfort für die Passagiere nicht zu beeinträchtigen, sollte der Innendruck in der Rumpfzelle des Flugzeugs nicht kleiner werden, als der unter normalen Bedingungen in einer Höhe von ungefähr 2.000 m herrschende Umgebungsluftdruck von etwa 795 hPa. Um den Kabineninnendruck in allen Flugzuständen zwischen dem normalen Umgebungsluftdruck von etwa 1.013 hPa auf Meereshöhe und dem auf 2.000 m herrschenden Druck von etwa 795 hPa zu halten, wird die Rumpfzelle von fast allen modernen Flugzeugen druckdicht ausgeführt.
Aufgrund des sich hierdurch ergebenden Differenzdrucks zwischen dem Umgebungsdruck und dem Kabineninnendruck muss die Rumpfzelle erhebliche Umfangslasten aufnehmen. Aus diesem Grund sind massiv ausgestaltete Verriegelungssysteme für in die Rumpfzelle eingelassene Türen, Luken oder Frachttore notwendig, um die Umfangslasten über diese Baugruppen hinweg leiten zu können.
Darüber hinaus müssen insbesondere bei großflächigen Luken, Türen oder Frachttoren über eine sichere Verriegelung hinaus zusätzliche Vorkehrungen getroffen werden, um eine Durchbiegung derselben infolge des Differenzdrucks zu begrenzen (so genannte "deflection limiter"). Eine nach außen gerichtete Durchbiegung der Luken, Türen sowie Frachttore ist unter anderem deswegen unerwünscht, da hierdurch ein Versatz in Bezug zur Rumpfzellenhaut entsteht, wodurch der aerodynamische Widerstand im Bereich des Türspalts erhöht wird und der Treibstoffverbrauch steigt. Außerdem wirkt sich eine große Durchbiegung negativ auf das Dichtungssystem aus.
Bekannte Ausführungsformen von Durchbiegungsbegrenzern sind in der Regel mit dem Verriegelungs- und Öffnungssystem der betreffenden Tür, Ladeluke oder des Frachttors gekoppelt. Die Durchbiegungsbegrenzer werden mit mehreren Stiften gebildet, die im Bereich der größten Verformungen in der Türblattkante verschiebbar aufgenommen sind. Durch eine Betätigung der Türverriegelung werden gleichzeitig die Stifte nach außen verfahren und mit Ausnehmungen, die im Bereich der Türleibung angeordnet sind, zumindest bereichsweise in Eingriff gebracht bzw. in diese eingefahren. Durch die Sperrwirkung der Stifte wird die Durchbiegung in Folge des Differenzdrucks zwischen dem Kabineninnendruck und dem Umgebungsluftdruck verhindert.
Die vorbekannten Durchbiegungsbegrenzer erfordern eine komplexe und demzufolge schwere Hebelmechanik, um die Bewegungsabläufe innerhalb des Türverriegelungssystems in eine entsprechende Hin- und Herbewegung der Stifte in den Bereich des Durchbiegungsbegrenzers zu transformieren, das heißt die Stifte in das Widerlager des Durchbiegungsbegrenzers einzufahren.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Durchbiegungsbegrenzer für Türen, Luken und Frachttore in Flugzeugen zu schaffen, der gegebenenfalls unabhängig von einer Betätigung des normalen Verriegelungssystems manuell ausgelöst werden kann, der bevorzugt selbsttätig arbeitet, der eine effektive Kraftüberleitung zwischen der Türblattkante und der Türleibung ermöglicht und der zudem konstruktiv einfach und hierdurch gewichtssparend und zuverlässig aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass das mindestens eine Halteorgan im Fall eines hinreichenden Differenzdrucks Δp zwischen dem Innendruck p_i in der Rumpfzelle und dem außerhalb der Rumpfzelle herrschenden Außenluftdruck p_a mit mindestens einem im Bereich der Türblattkante oder im Bereich der Türleibung angeordneten Widerlager in Eingriff bringbar ist, ergibt sich zunächst ein vollkommen selbsttätiger, ausschließlich druckgesteuerter Betrieb des erfindungsgemäßen Durchbiegungsbegrenzers für Türen, Luken oder Frachttore in Flugzeugen, der unabhängig vom Zustand der Türverriegelung ist. Erreicht das Flugzeug eine bestimmte Mindestflughöhe, so reicht der dann bestehende Differenzdruck Δp = p_i – p_a von beispielsweise etwa 200 hPa, entsprechend einer Flughöhe von etwa 2.000 m, zwischen dem Kabineninnendruck p_i und dem herrschenden äußeren Luftdruck p_a aus, um das im Bereich der Türleibung angeordnete mindestens eine Halteorgan mit mindestens einem im Bereich der Türblattkante angeordneten Widerlager automatisch in Eingriff zu bringen (p_i > p_a, "Bereitschaftszustand"), das heißt bevorzugt einen zumindest bereichsweisen Formschluss herzustellen. In diesem Zustand ist aufgrund des zwischen dem Halteorgan und dem Widerlager bestehenden mechanischen Spiels eine geringfügige Verformung der Tür nach außen in radialer Richtung noch möglich. Steigt die Flughöhe jedoch weiter, wird der so genannte "Sperrzustand" der Vorrichtung erreicht, in dem eine weitere Durchbiegung der Tür durch die in den Widerlagern fest anliegenden Halteorgane endgültig blockiert ist (p_i ≫ p_a). In Bodennähe befindet sich die Vorrichtung im "Ruhezustand" und die Tür kann in der üblichen Weise entriegelt und betätigt werden (p_i ≈ p_a).
Das Widerlager kann auch im Bereich der Türleibung angeordnet sein, während das Halteorgan im Bereich der Türblattkante positioniert ist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das mindestens eine Halteorgan ein federnd in einem Zylinder geführter Kolben mit einer Kolbenstange und das mindestens eine Widerlager als mindestens eine Ausnehmung ausgebildet, wobei die Kolbenstange infolge des Differenzdrucks Δp entgegen der Wirkung einer Feder in mindestens eine Ausnehmung im Bereich der Türblattkante zur Durchbiegungsbegrenzung derselben einbringbar ist.
Durch die Wirkung der Feder wird der Zylinder mit dem daran befestigten Kolben erst bei Überschreitung eines minimalen Differenzdrucks Δp von etwa 50 bis 300 hPa in die bevorzugt im Bereich einer Türblattkante als Widerlager angeordnete Ausnehmung eingeschoben und damit die Durchbiegungsbegrenzung aktiviert (p_i > p_a). Eine Querschnittsgeometrie der Ausnehmung ist hierbei so gestaltet, dass das Einführen der Kolbenstange in die Ausnehmung erfolgt, bevor sich die Tür soweit nach außen durchgebogen hat (p_i ≫ p_a), dass die Bewegung der Kolbenstange blockiert würde. Die Kolbenstange ist bevorzugt zylindrisch ausgebildet, während die Ausnehmung als hierzu korrespondierende Bohrung mit geringem Spiel ausgeführt ist.
Unter der Druckbedingung p_i > p_a ist demzufolge das Spiel zwischen der Kolbenstange und der Ausnehmung so groß, dass eine geringfügige Verformung der Tür noch möglich ist. Unter der Druckbedingung p_i ≫ p_a liegt die Kolbenstange unmittelbar an der Ausnehmung an, und jede weitere Durchbiegung ist unmöglich. In diesem Zustand bildet die Außenhaut der Rumpfzelle mit dem äußeren Türblatt – abgesehen vom Türspalt – eine im Wesentlichen strakbündige Fläche. Im Ruhestand (p_i ≈ p_a) in Bodennähe wird der Kolben infolge der Federkraft in den Zylinder zurückgezogen, und die Tür lässt sich in gewohnter Weise entriegeln und öffnen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Fortbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Feder vorgespannt ist.
Durch die Vorspannung lässt sich das Ansprechverhalten der Durchbiegungsbegrenzung einstellen, die somit erst ab einer definierten Mindestflughöhe anspricht. Die Feder kann zum Beispiel als eine Spiralfeder ausgestaltet sein, die die Kolbenstange konzentrisch umgibt. Bevorzugt ist eine Einstellvorrichtung vorgesehen, mittels der sich die mechanische Vorspannung der Feder variieren lässt. Je größer die Vorspannung hierbei gewählt wird, desto höher ist der zur Auslösung der Durchbiegungsbegrenzung erforderliche Differenzdruck Δp.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist im Zylinder mindestens ein Druckausgleichskanal vorgesehen.
Infolge des Druckausgleichskanals herrscht auf der einen Seite des Kolbens (Arbeitsseite) der Rumpfzelleninnendruck p_i, während auf der hiervon abgewandten Seite des Kolbens, im Bereich des Zylinderinnenraums, lediglich der Außenluftdruck p_a ansteht, so dass bei einer Bewegung des Kolbens kein Gegendruck aufgebaut wird.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird darüber hinaus durch eine Vorrichtung nach Maßgabe des Patentanspruchs 5 gelöst.
Dadurch, dass das mindestens eine Halteorgan im Fall eines hinreichend großen Differenzdrucks Δp selbsttätig verschwenkt oder manuell verschwenkbar ist und hierdurch mit dem mindestens einen Widerlager in Eingriff bringbar ist, ist über eine reine Druckdifferenzauslösung des Durchbiegungsbegrenzers hinaus in einer Untervariante eine händische Betätigung möglich. Die Betätigung des Durchbiegungsbegrenzers kann elektromotorisch, elektromagnetisch, elektrohydraulisch, elektropneumatisch oder rein mechanisch, gegebenenfalls unter Einsatz einer Fernsteuerung, erfolgen.
Eine vorteilhafte Fortbildung sieht vor, dass das mindestens eine Halteorgan ein mit einer elastischen Membran gekoppelter Hebel mit einem Haken ist, wobei die Membran einseitig mit dem Differenzdruck Δp zwischen einem innerhalb der Rumpfzelle bestehenden Innendruck p_i und einem außerhalb der Rumpfzelle herrschenden Außendruck p_a beaufschlagt ist, wodurch der Hebel bei einem hinreichend hohen Differenzdruck Δp so weit selbsttätig verschwenkt, bis der endseitig am Hebel ausgebildete Haken mit mindestens einem Widerlager in Eingriff kommt.
Hierdurch ergibt sich im Vergleich zur ersten Ausführungsvariante zunächst ein konstruktiv vereinfachter Aufbau, der einen fertigungstechnisch aufwändig herzustellenden Zylinder nebst einem darin verschiebbar aufgenommenen Kolben überflüssig macht. Zudem kann die Feder entfallen, da deren Funktionen (Zurückziehen des Kolbens und Einstellung des An sprechverhaltens des Durchbiegungsbegrenzers) zugleich von der elastischen Membran übernommen werden, die bevorzugt mit einem Elastomer, zum Beispiel mit einem alterungsbeständigen Gummi oder Silikon gebildet ist.
Darüber hinaus weist diese Ausführungsvariante den Vorteil auf, dass vom Hebel im Wesentlichen nur Zugkräfte übertragen werden, während das Halteorgan in Form der durch einen Kolben verschiebbaren Kolbenstange nach Maßgabe der ersten Ausführungsvariante im Wesentlichen auf Biegung beansprucht wird.
Alternativ kann die Membran auch mit einer dünnen Metallplatte gebildet sein, die sich in Abhängigkeit vom Differenzdruck Δp in horizontaler Richtung zwischen zwei Positionen ("Ruhezustand" bzw. "Sperrzustand") hin und her bewegt.
Alternativ zur differenzdruckgesteuerten Ausführung des Durchbiegungsbegrenzers ist nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass der Hebel für eine manuelle Betätigung durch das Bordpersonal ausgebildet ist.
Die Betätigung des Hebels erfolgt durch einen bevorzugt im Bereich der Innenseite der Tür angeordneten Mechanismus, der mit dem normalen Verriegelungs- und Schließmechanismus für die Tür gekoppelt sein kann. Eine Differenzdruckgesteuerte Auslösung des Durchbiegungsbegrenzers ist bei dieser Variante nicht vorgesehen. Auch in diesem Fall wird der Hebel in statischer Hinsicht in vorteilhafter Weise im Wesentlichen nur mit Zugkräften beaufschlagt. Die Anordnung des als Hebel ausgebildeten Halteorgans erfolgt bevorzugt im Bereich der Türblattkante, während der als Widerlager dienende Widerhaken gegenüberliegend im Bereich der Türblattkante befestigt ist. Alternativ kann die Lage von Hebel und Widerlager vertauscht werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den weiteren Patentansprüchen dargelegt.
In der Zeichnung zeigt:
1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsvariante der Vorrichtung im Ruhezustand bzw. im Bereitschaftszustand,
2 einen Schnitt durch die erste Ausführungsvariante der Vorrichtung im Sperrzustand (Tür gegen Durchbiegung gesichert),
3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsvariante der Vorrichtung im Ruhezustand bzw. im Bereitschaftszustand,
4 einen Schnitt durch die zweite Ausführungsvariante im Sperrzustand,
5 eine Untervariante der zweiten Ausführungsvariante mit vertauschter Lage von Hebel und Widerlager und
6 eine dritte manuell betätigbare Ausführungsvariante im Betriebs- bzw. Sperrzustand.
In der Zeichnung weisen die gleichen konstruktiven Elemente jeweils dieselbe Bezugsziffer auf. Im weiteren Verlauf der Beschreibung wird zunächst gleichzeitig auf die 1 und 2 Bezug genommen.
Die 1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausführungsvariante der Vorrichtung im so genannten "Ruhezustand", in dem keine Durchbiegungsbegrenzung der Flugzeugtür bzw. des Frachttors erfolgt, während 2 den so genannten "Sperrzustand" darstellt, in welchem jede weitere Durchbiegung der Tür blockiert ist.
Eine Tür 1 verschließt eine Ausnehmung 2 in einer Rumpfzelle 3 eines Flugzeugs nahezu druckdicht. In der Rumpfzelle 3 herrscht ein Innendruck p_i, während außerhalb der Rumpfzelle 3 ein Außenluftdruck p_a (Umgebungsluftdruck) ansteht. Im Bereich einer Türleibung 4 ist ein Halteorgan 5 angeordnet, das mit einem Widerlager 6 zur Durchbiegungsbegrenzung der Tür 1 zusammen wirkt bzw. in dieses eingreift. Das Widerlager 6 ist im Bereich einer Türblattkante 7 in Bezug zum Halteorgan 5 in der gleichen Höhe positioniert.
Ein Koordinatensystem 8 veranschaulicht die Orientierung aller Komponenten im Raum, wobei die x-Achse in die Flugrichtung des Flugzeugs weist, die y-Achse quer zur Flugrichtung ausgerichtet und die z-Achse nach "oben" – bezogen auf die Erdoberfläche – ausgerichtet ist.
Während des Flugbetriebs in großer Höhe wird die Tür 1 infolge des im Vergleich zum Innendruck p_i erheblich geringeren Außenluftdrucks p_a nach außen, das heißt in die Gegenrichtung der y-Achse, gedrückt und deformiert sich hierdurch. Diese insbesondere aus aerodynamischen Gründen unerwünschte Durchbiegung soll mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung verhindert werden.
Im Fall der ersten Ausführungsvariante ist das Halteorgan 5 als ein Zylinder 9 ausgebildet, in dem ein Kolben 10 horizontal verschiebbar aufgenommen ist. Der Kolben 10 ist mit einer Kolbenstange 11 verbunden. Alternativ kann die Kolbenstange 11 ein integraler Bestandteil des Kolbens 10 sein. Eine die Kolbenstange 11 konzentrisch umschließende Feder 12, insbesondere eine Spiral- bzw. Zylinderfeder, drückt den Kolben 10 in den in der Darstellung der 1 dargestellten "Ruhezustand" der Vorrichtung.
Im "Ruhezustand" kann die Tür 1 in gewohnter Weise betätigt und verriegelt werden. Der Zylinder 9 verfügt über einen Druckausgleichskanal 13 mit einem geringeren Querschnitt, der eine Verbindung zwischen einem Zylinderinnenraum 14 und einem die Rumpfzelle 3 des Flugzeugs umgebenden Außenraum 15 schafft. Im Bereich des Außenraums 15 herrscht der Außenluftdruck p_a, während in einem Innenraum 16 innerhalb der Rumpfzelle 3 des Flugzeugs ein geregelter Innenluftdruck p_i ansteht. Im Flugbetrieb ist der Innenluftdruck p_i in der Regel deutlich höher als der Außenluftdruck p_a(p_i > p_a), so dass sich ein Differenzdruck Δp zwischen dem Außenraum 15 und dem Innenraum 16 der Rumpfzelle 3 einstellt. Befindet sich das Flugzeug hingegen am Boden, so erfolgt im Allgemeinen ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum 16 der Rumpfzelle 3 und dem das Flugzeug umgebenden Außenraum 15, so dass ein Differenzdruck Δp von etwa 0 hPa herrscht (p_a ≈ p_i).
In der Türleibung 4 ist das Widerlager 6 zum Halteorgan 5 in Form einer Ausnehmung 17 angeordnet. Die Ausnehmung 17 weist eine derartige Querschnittsfläche bzw. Querschnittsgeometrie auf, dass die Kolbenstange 11 zumindest bereichsweise formschlüssig in diese einbringbar ist, wie durch die punktierte Darstellung des Kolbens 10 und der Kolbenstange 11 angedeutet. Die Kolbenstange 11 ist bevorzugt zylindrisch ausgestaltet, während die das Widerlager 6 bildende Ausnehmung 17 eine Bohrung ist, in die die zylindrische Kolbenstange 11 mit geringem Spiel einbringbar ist.
Während des Flugbetriebs fällt der Außenluftdruck p_a in Bezug auf den Innenluftdruck p_i(p_i > p_a) erheblich ab, so dass infolge des sich hieraus ergebenden Differenzdrucks Δp eine mechanische Kraft auf den Kolben 10 wirkt und dieser zusammen mit der Kolbenstange 11 entgegen der Federkraft der Feder 12 in horizontaler Richtung (parallel zur x-Achse) nach rechts in Richtung des horizontalen Pfeils 18 verschoben wird. Hierdurch wird die Kolbenstange 11 zumindest bereichsweise in die Ausnehmung 17 eingeführt. In diesem ("Bereitschafts"-)Zustand der Vorrichtung ist noch eine geringfügige Durchbiegung der Tür 1 in Richtung des vertikalen Pfeils 19 möglich, denn zwischen der Kolbenstange 11 und der Ausnehmung 17 besteht in radialer Richtung ein geringfügiges mechanisches Spiel.
Wenn die Flughöhe des Flugzeugs jedoch weiter zunimmt, so wird der Differenzdruck Δp zwischen dem Innendruck p_i in der Rumpfzelle 3 und dem Außenluftdruck p_a weiter vergrößert (p_i ≫ p_a) und die Tür 1 verformt sich weiter. Die Tür 1 kann sich infolge des zunehmenden Differenzdrucks Δp jedoch nur soweit verformen, bis die Kolbenstange 11 – wie in der 2 gezeigt – im Bereich einer Kontaktfläche 20 unmittelbar an der Ausnehmung 17 anliegt. In diesem finalen Sperrzustand ist jede weitere Durchbiegung der Tür 1 nach "unten" in Richtung des vertikalen weißen Pfeils 19 (entgegen der Richtung der y-Achse) blockiert. Hierdurch wird ein im Wesentlichen aerodynamisch "glatter" Übergang im Bereich eines Türspaltes 21 zwischen einer Außenhaut 22 der Rumpfzelle 3 und einer Türaußenfläche 23 unter allen Flugbedingungen erzielt.
Mittels der Feder 12 lässt sich die Höhe des erforderlichen Differenzdrucks Δp zwischen dem Innenluftdruck p_i und dem Außenluftdruck p_a einstellen, bei der die Aktivierung der Durchbiegungsbegrenzung erfolgt. Darüber hinaus sorgt die Feder 12 für das Zurückziehen der Kolbenstange 11 aus der Ausnehmung 17, wenn der Differenzdruck Δp wieder unter einen bestimmten Mindestwert abgefallen ist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Federkraft der Feder 12 stufenlos einstellbar, um die Vorrichtung (Durchbiegungsbegrenzer) an unterschiedliche Flugzeugtypen und/oder Flugbedingungen anpassen zu können. Darüber hinaus kann die Feder 12 im "Ruhezustand" vorgespannt sein.
Im Allgemeinen werden die Halteorgane sowie Widerlager, die jeweils entsprechend dem Halteorgan 5 bzw. dem Widerlager 6 ausgebildet sind, in denjenigen Bereichen der Tür 1 angeordnet, in denen erfahrungsgemäß die größten Durchbiegungen auftreten. Es kann eine Vielzahl von entsprechend ausgestalteten Halteorganen und Widerlagern vorgesehen sein.
Die 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsvariante der Vorrichtung im "Ruhezustand" bzw. im "Bereitschaftszustand" und im "Sperrzustand". Eine Tür 24 verschließt wiederum eine als Widerlager dienende Ausnehmung 25 in einer Rumpfzelle 26 eines nicht dargestellten Flugzeugs im Wesentlichen druckdicht. Innerhalb eines Innenraums 27 der Rumpfzelle 26 herrscht ein Innendruck p_i, während in einem Außenraum 28 außerhalb der Rumpfzelle 26 der Außenluftdruck p_a (Umgebungsluftdruck) ansteht. Im Bereich einer Türleibung 29 ist ein Halteorgan 30 angeordnet, das mit einem Widerlager 31 zur Durchbiegungsbegrenzung der Tür 24 zusammen wirkt. Das Widerlager 31 ist im Bereich einer Türblattkante 32 in Bezug zum Halteorgan 30 geringfügig versetzt positioniert. Ein Koordinatensystem 33 veranschaulicht wiederum die Orientierung aller Komponenten im Raum. Die Ausrichtung der x-Achse, der y-Achse sowie der z-Achse entspricht hierbei der Ausrichtung des Koordinatensystems 8 in den 1 und 2.
In der zweiten Ausführungsvariante ist das Halteorgan 30 als ein im Bereich der Türleibung 29 mittels eines Gelenks 34 verschwenkbar angelenkter Hebel 35 ausgebildet. Für die Funktion der Durchbiegungsbegrenzung ist eine Ausnehmung 40 mit einer kleinen Querschnittsfläche von wenigen Quadratmillimetern bzw. Quadratzentimetern hinreichend, da die zur Betätigung des Hebels 35 zur Verfügung stehende Kraft allein von dem auf die Membran 39 einwirkenden Differenzdruck Δp abhängt (F = p·Fläche_Membran). Demzufolge wird die Statik des zum Einbau dienenden Spantes im Bereich der Türleibung 29 bzw. die Integrität der Türblattkante 32 nicht nennenswert beeinträchtigt. An einem Hebelende 36 ist ein Haken 37 angeordnet. Ungefähr mittig ist auf dem Hebel 35 ein (Betätigungs-)Stift 38 angeordnet. Die Betätigung des Hebels 35 erfolgt durch eine elastische Membran 39, die eine Ausnehmung 40 im Bereich der Türleibung 29 vollständig und druckdicht verschließt. Die elastische Membran 39 übernimmt teilweise die Funktion der Feder 12 in der ersten Ausführungsvariante. Die elastische Membran 39 kann beispielsweise mit einem beliebigen Elastomer, wie zum Beispiel Gummi, einem Silikonelastomer oder dergleichen gebildet sein. Alternativ kann die Membran 39 auch mit einer dünnen Metallplatte gebildet sein, Der Hebel 35 verschwenkt ausgehend von der Stellung in der 3 in die in der 4 dargestellte Position um.
Die elastische Membran 39 kann auch als ein Faltenbalg ausgebildet sein, um die Ansprechempfindlichkeit zu erhöhen. Die elastische Membran 39 kann mittels einer nicht dargestellten Spanneinrichtung mechanisch vorgespannt sein. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Vorspannung der Membran 39 stufenlos einstellbar, um das Ansprechverhalten der Vorrichtung zu variieren und an unterschiedliche Flugzeugtypen und/oder Flugbedingungen anzupassen.
Befindet sich das Flugzeug in Bodennähe, so sind der Innendruck p_i und der Außendruck p_a annähernd gleich und der Hebel 35 befindet sich in der mit der durchgezogenen Linie angedeuteten Position (p_i ≈ p_a). In diesem "Ruhezustand" der Vorrichtung erfolgt keinerlei Durchbiegungsbegrenzung, und die Tür 24 kann normal betätigt und verriegelt werden. Nach dem Start des Flugzeugs und in zunehmender Flughöhe wird der umgebende Außenluftdruck p_a zunehmend kleiner als der Innenluftdruck p_i, der im Innenraum 27 der Rumpfzelle 26 herrscht (p_i > p_a). Hierdurch wirkt eine Kraft in Richtung des weißen horizontalen Pfeils 41 auf die Membran 39, die auf einen am Hebel 35 angeordneten Stift 38 drückt und den Hebel 35 in die mit der punktierten Linie dargestellte Stellung verschwenkt. Das Widerlager 31 ist im Fall der zweiten Ausführungsvariante der Vorrichtung als ein Widerhaken 42 ausgebildet, der mit dem Haken 37 des Hebels 35 zusammenwirkt bzw. hinter diesen einhakt. Der Widerhaken 42 weist zu diesem Zweck eine endseitig angeordnete, kleine pilzförmige Aufdickung 43 auf, die zur Lagefixierung bzw. zum Hinterhaken des Hakens 37 im "Sperrzustand" der Vorrichtung dient.
Ist der Innendruck p_i größer als der Außenluftdruck p_a, so wird infolge des Differenzdrucks Δp zwischen dem Innenraum 27 in der Rumpfzelle 26 und dem das Flugzeug umgebenden Außenraum 28 die Membran 39 in Richtung des Pfeils 41 gedrückt und der Hebel 35 so weit verschwenkt, bis der Haken 37 zunächst an der Türblattkante 32 anliegt (p_i > p_a). In diesem (Bereitschafts-)Zustand ist eine geringfügige Durchbiegung der Tür 24 in Richtung des verti kalen Pfeils 44 noch möglich. Nimmt jedoch der Außenluftdruck p_a in Folge weiter zunehmender Flughöhe des Flugzeugs in Relation zum Innenluftdruck p_i weiter ab (p_i ≫ p_a), so verbiegt sich die Tür 24 weiter in Richtung des vertikal nach unten gerichteten weißen Pfeils 44 (entgegen der Orientierung der y-Achse), und der Haken 37 liegt fest hinter der pilzförmigen Aufdickung 43 des Widerhakens 42 an, wodurch jede weitere Durchbiegung der Tür 24 unterbunden ist. In diesem Status der Vorrichtung ist der endgültige "Sperrzustand" erreicht, in dem eine Durchbiegungsbegrenzung der Tür 24 erfolgt.
In der Darstellung der 3 und 4 ist eine optionale Feder 45 dargestellt, um das Zurückziehen des Hebels 35 bei einem Differenzdruck Δp = p_i – p_a von etwa 0 hPa entgegen der Richtung des Pfeils 41 zu unterstützen. In der 3 ist die Feder 45 im Wesentlichen entspannt, während die Feder 45 in der 4 gespannt ist.
Abweichend von der Darstellung in den 3 und 4 können mehrere Membranen vorgesehen sein, die über eine geeignete Mechanik zusammen auf den Hebel 35 wirken, um die Betätigungskräfte zu erhöhen.
Im Vergleich zur ersten Ausführungsvariante weist die zweite Ausführungsvariante nach Maßgabe des Patentanspruchs 5 den Vorteil eines konstruktiv vereinfachten Aufbaus auf, wobei zugleich der Wartungsaufwand aufgrund einer verringerten Anzahl bewegter Teile reduziert ist. Im Fall der vorbekannten Durchbiegungsbegrenzer ist stets eine mechanische Kopplung zwischen der Türverriegelung und dem Begrenzer erforderlich, wodurch sich das Gewicht und der konstruktive Aufwand erhöhen. Im Gegensatz hierzu ist die erfindungsgemäße differenzdruckbetätigte Durchbiegungsbegrenzung einfach aufgebaut und ermöglicht eine selbsttätige Aktivierung der Durchbiegungsbegrenzung für die Flugzeugtüren bzw. die Frachttore, die zudem vom normalen Schließ- bzw. Verriegelungsmechanismus der Türen entkoppelt ist.
Darüber hinaus weist die zweite Ausführungsvariante den Vorteil auf, dass die auf die Tür 24 wirkende Kraft im Wesentlichen als Zugkraft über den Hebel 35 übertragen wird, während bei den vorbekannten Durchbiegungsbegrenzern das in der Regel zylindrische Kraftübertragungselement (Bolzen, Riegel) auf Biegung beansprucht wird.
Die 5 illustriert eine Untervariante der zweiten Ausführungsvariante, die durch eine Vertauschung der Positionen des Hebels 35 und des Widerlagers 31 bzw. des Widerhakens 42 an der Türblattkante 32 und der Türleibung 29 bei ansonsten gleichem Funktionsprinzip charakterisiert ist.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Maßgabe der 3, 4 ist das Widerlager 31 im Bereich der Türleibung 29 stationär positioniert, während der Hebel 35 sowie die Membran 39 im Bereich der verschwenkenden Türblattkante 32 befestigt sind. Die Vorrichtung befindet sich in der Darstellung der 5 im "Bereitschafts-" bzw. "Ruhezustand", das heißt der Hebel 35 ist nicht im Eingriff mit dem Widerhaken 42. Die punktiert angedeutete Position des Hebels 35 veranschaulicht dagegen die Position des Hebels 35 im "Sicherungszustand", in dem dieser mit dem Widerhaken 42 zusammenwirkt. Die Bezugsziffern der 5 entsprechen denen der 3, 4, so dass hinsichtlich der weiteren Beschreibung der Einzelheiten auf die dort bereits gemachten Ausführungen verwiesen wird.
In der 6 ist eine dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Durchbiegungsbegrenzers mit manueller Betätigung dargestellt.
Eine Tür 46 verschließt wiederum eine Ausnehmung 47 in einer Rumpfzelle eines nicht dargestellten Flugzeugs im Wesentlichen druckdicht. Zwischen einem Innenraum 49, in dem der Druck p_i besteht, und einem Außenraum 50, in dem der Außendruck p_a herrscht, existiert in Abhängigkeit von der jeweiligen Flughöhe des Flugzeugs ein Differenzdruck Δp. Im Bereich einer Türleibung 51 ist ein Widerlager 52 in der Form eines Widerhakens 53 angeordnet. Auf ungefähr gleicher Höhe ist im Bereich einer Türblattkante 54 ein Halteorgan 55 vorgesehen. Das Halteorgan 55 umfasst im Wesentlichen einen Hebel 57, der mittels eines Gelenks 56 verschwenkbar im Bereich der Türleibung 51 angelenkt ist. An einem Hebelende 58 befindet sich entsprechend zur zweiten Ausführungsvariante ein endseitiger Haken 59 der mit dem Widerhaken 53 in Eingriff bringbar ist. Zu diesem Zweck weist der Widerhaken 53 wiederum eine in etwa pilzförmige Aufdickung 60 auf. In der Darstellung der 5 befindet sich die Vorrichtung im "Betriebs-" bzw. im "Sperrzustand", das heißt die Tür 46 kann sich aufgrund des Differenzdrucks Δp nicht mehr in Richtung des Pfeils 61, das heißt entgegen der Richtung der y-Achse des Koordinatensystems 33 verformen. Um die Tür 46 ungehindert öffnen zu können, wird der Hebel 57 manuell mittels eines in der 5 nicht näher dargestellten Mechanismus in die punktiert dargestellte Position (so genannter "Ruhezustand") verschwenkt.
Im Gegensatz zu den ersten beiden Ausführungsvarianten wird der Hebel 57 in der dritten Ausführungsvariante ausschließlich manuell mittels des nicht dargestellten und bevorzugt im Innenbereich der Tür 46 angeordneten Mechanismus durch das Bordpersonal betätigt, das heißt in Richtung des in horizontaler Richtung verlaufenden weißen Doppelpfeils verschwenkt. Dieser Mechanismus kann mit dem stets vorhandenen Betätigungs- und Verriegelungsmechanismus der Tür 46 gekoppelt sein, so dass beim Entriegeln der Tür 46 die Durchbiegungsbegrenzung standardmäßig deaktiviert und bei Verriegeln der 46 wieder aktiviert wird.
Auch bei dieser dritten Ausführungsvariante wird der Hebel 57 im Wesentlichen nur auf Zug belastet, was im Vergleich zu einem auf Biegung belasteten Verriegelungsbolzen bzw. Verriegelungsstift zur Durchbiegungsbegrenzung unter anderem geringere Betätigungskräfte erfordert. Eine selbsttätige, allein differenzdruckgesteuerte Aktivierung der Durchbiegungsbegrenzung für die Tür 46 ist nicht vorgesehen.
Die Erfindung lässt sich somit wie folgt zusammenfassen:
Die Erfindung hat eine Vorrichtung zur Begrenzung der Durchbiegung einer in einer Rumpfzelle 3, 26, 48 eines Flugzeugs angeordneten Tür 1, 24, 46 mit mindestens einem Halteorgan 5, 30, 55 und mindestens einem Widerlager 6, 31, 52 zum Gegenstand. In einer ersten Ausführungsvariante ist das Halteorgan 5 als eine federbelastete Kolbenstange 11 ausgebildet, die im Fall eines hinreichend großen Differenzdrucks Δp zwischen einem Innendruck p_i in der Rumpfzelle 3 und einem Außenluftdruck p_a in einem "Bereitschaftszustand" in mindestens eine bevorzugt zylindrisch ausgestaltete Ausnehmung 17 als Widerlager 6 zur Durchbiegungsbegrenzung der Tür 1 einbringbar ist (p_i > p_a). Im Fall eines sehr großen Differenzdrucks Δp(p_i ≫ p_a) ist jede Durchbiegungsbewegung der Tür 1 in dem dann gegebenen "Sperrzustand" vollkommen blockiert, da ein zumindest bereichsweiser Formschluss zwischen der Kolbenstange 11 und der Ausnehmung 17 besteht. In Bodennähe (p_i ≈ p_a) lässt sich in einem "Ruhezustand" die Tür 1 wie gewohnt betätigen und verriegeln. In einer zweiten Ausführungsvariante erfolgt die Durchbiegungsbegrenzung mittels einer Membran 39, die einseitig mit dem Differenzdruck Δp beaufschlagt ist. Mittels der Membran 39 ist der Hebel 35, der einen endseitigen Haken 37 trägt, mit einem Widerlager 31 in Eingriff bringbar. In einer dritten Ausführungsvariante erfolgt die Betätigung des Hebels 57 manuell mittels eines geeigneten Mechanismus, der vom Bordpersonal händisch ausgelöst wird und damit unabhängig vom herrschenden Differenzdruck Δp. Beide Hebel 35, 57 werden im Wesentlichen nur mit Zugkräften belastet. Die Vorrichtung arbeitet entweder selbsttätig durch Differenzdrucksteuerung oder ist in der dritten Ausführungsvariante manuell steuerbar. Im Fall einer selbsttätigen Differenzdrucksteuerung ist die Vorrichtung vom normalen Betätigungs- bzw. Verriegelungsmechanismus der Tür 1, 24 unabhängig.

1: Tür
2: Ausnehmung (Rumpfzelle)
3: Rumpfzelle (Flugzeug)
4: Türleibung
5: Halteorgan
6: Widerlager
7: Türblattkante
8: Koordinatensystem
9: Zylinder
10: Kolben
11: Kolbenstange
12: Feder
13: Druckausgleichskanal
14: Zylinderinnenraum
15: Außenraum
16: Innenraum (Rumpfzelle)
17: Ausnehmung (Widerlager)
18: Pfeil (waagerecht)
19: Pfeil (vertikal)
20: Kontaktfläche
21: Türspalt
22: Außenhaut (Rumpfzelle)
23: Türaußenfläche
24: Tür
25: Ausnehmung (Rumpfzelle)
26: Rumpfzelle (Flugzeug)
27: Innenraum (Rumpfzelle)
28: Außenraum
29: Türleibung
30: Halteorgan
31: Widerlager
32: Türblattkante
33: Koordinatensystem
34: Gelenk
35: Hebel
36: Hebelende
37: Haken
38: Stift
39: Membran
40: Ausnehmung (Türleibung/Türblattkante)
41: Pfeil (waagerecht)
42: Widerhaken
43: Aufdickung
44: Pfeil (vertikal)
45: Feder
46: Tür
47: Ausnehmung (Rumpfzelle)
48: Rumpfzelle (Flugzeug)
49: Innenraum (Rumpfzelle)
50: Außenraum
51: Türleibung
52: Widerlager
53: Widerhaken
54: Türblattkante
55: Halteorgan
56: Gelenk
57: Hebel
58: Hebelende
59: Haken
60: Aufdickung
61: Pfeil

Claims

Vorrichtung zur Begrenzung der Durchbiegung einer in einer Rumpfzelle (3) eines Flugzeugs angeordneten Tür (1), insbesondere einer Luke oder eines Frachttors, mit mindestens einem bevorzugt im Bereich einer Türleibung (4) oder im Bereich einer Tür blattkante (7) angeordneten Halteorgan (5), dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteorgan (5) im Fall eines hinreichenden Differenzdrucks Δp zwischen dem in der Rumpfzelle (3) bestehenden Innendruck p_i und dem außerhalb der Rumpfzelle (3) herrschenden Außenluftdruck p_a mit mindestens einem im Bereich der Türblattkante (7) oder der Türleibung (4) angeordneten Widerlager (6) in Eingriff bringbar ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteorgan (5) ein federnd in einem Zylinder (9) geführter Kolben (10) mit einer Kolbenstange (11) ist und das mindestens eine Widerlager (6) bevorzugt als mindestens eine Ausnehmung (17) ausgebildet ist, wobei die Kolbenstange (11) infolge des Differenzdrucks Δp entgegen der Wirkung einer Feder (12) in die mindestens eine Ausnehmung (17) zur Durchbiegungsbegrenzung der Tür (1) einbringbar ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (12) vorgespannt ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (9) mindestens einen Druckausgleichskanal (13) aufweist.
Vorrichtung zur Begrenzung der Durchbiegung einer in einer Rumpfzelle (26, 48) eines Flugzeugs angeordneten Tür (24, 46), insbesondere einer Luke oder eines Frachttors, mit mindestens einem Halteorgan (30, 55) und mit mindestens einem Widerlager (31, 52), dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteorgan (30, 55) im Fall eines hinreichend großen Differenzdrucks Δp selbsttätig verschwenkt oder manuell verschwenkbar ist und hierdurch mit dem mindestens einen Widerlager (31, 52) in Eingriff bringbar ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteorgan (30) ein mit einer elastischen Membran (39) gekoppelter Hebel (35) mit einem Haken (37) ist, wobei die Membran (39) mit dem Differenzdruck Δp zwischen einem in der Rumpfzelle (26) bestehenden Innendruck p_i und einem außerhalb der Rumpfzelle (26) herrschenden Außenluftdruck p_a beaufschlagt ist, derart dass bei einem hinreichend großen Differenzdruck Δp der Haken (37) mit einem Widerhaken (42) als Widerlager (31) in Eingriff bringbar ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (39) im Bereich einer Türleibung (29) oder im Bereich einer Türblattkante (32) angeordnet ist und eine darin angeordnete Ausnehmung (40) vollständig bedeckt, wobei der Differenzdruck Δp auf die Membran (39) wirkt.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (35) im Bereich der Türleibung (29) oder im Bereich der Türblattkante (32) mittels eines Gelenkes (34) verschwenkbar angelenkt ist und der Haken (37) an einem hiervon wegweisenden Hebelende (36) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (35) mit einem Stift (38) versehen ist und die Membran (39) an dem Stift (38) anliegt oder mit diesem gelenkig verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerhaken (42) eine Aufdickung (43) zum Festhalten des Hakens (37) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (39) mit einer Feder (45) gekoppelt ist, derart dass sich der Haken (37) des Hebels (35) bei einem Differenzdruck Δp von etwa 0 hPa vom Widerhaken (42) abhebt.
Vorrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteorgan (55) mindestens ein im Bereich einer Türblattkante (54) oder im Bereich einer Türleibung (51) mittels eines Gelenkes (56) verschwenkbar angelenkter Hebel (57) mit einem Haken (59) ist und dass das mindestens eine Widerlager (52) insbesondere als ein Widerhaken (53) ausgestaltet ist, wobei der Hebel (57) manuell verschwenkbar ist, derart dass der Haken (59) mit dem mindestens einen im Bereich der Türleibung (51) oder im Bereich der Türblattkante (54) angeordneten Widerhaken (53) in Eingriff bring bar ist.