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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abstützung einer in einer Rumpfzelle eines Flugzeugs verschwenkbar aufgenommenen Tür mit einem im Bereich eines Türspantes angeordneten Widerlager und einem im Bereich der Tür gegenüberliegend befindlichen Gegenlager.
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Türen in einer druckdichten Rumpfzelle eines Flugzeugs sind extrem hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, da im Inneren der Flugzeugkabine bei einer Flughöhe von üblicherweise 12.500 m ein Kabinendruck in der Größenordnung von 795,0 hPa vorherrscht, der ungefähr einer Höhe von 2.000 m über dem Meeresspiegel entspricht, während außerhalb der Flugzeugkabine ein deutlich verminderter Luftdruck von etwa 178,6 hPa herrscht. Bei einer Fläche des Türblattes von zum Beispiel 2 m2 ergibt sich im Fall dieser Druckdifferenz eine Kraft in der Größenordnung von 123,3 kN (entspricht 13 t). Die infolge dieser Druckdifferenz zwischen dem Innenraum der Kabine und der umgebenden Atmosphäre entstehenden Kräfte sind bestrebt, die Tür aus der Türleibung heraus nach außen zu drücken. Die üblicherweise eingesetzten Verriegelungsbeschläge und Türlagerungen der in Rumpfzellen eingebauten Türen sind allein nicht in der Lage, diese hohen Kräfte aufzunehmen und in die Rumpfzellenstruktur überzuleiten. Darüber hinaus muss jede Durchbiegung der Tür im Flugbetrieb verhindert werden, um etwaigen Undichtigkeiten infolge nicht vollständig anliegender Dichtungen entgegenzuwirken.
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Dazu werden Halter (so genannte ”doorstop”) eingesetzt. Die Widerlager sind umfangsseitig an der Türleibung bzw. dem Türspant befestigt, während die Halter jeweils gegenüberliegend an der Tür angeordnet sind. Im geschlossenen Zustand der Tür stützen sich beispielsweise 14 türseitige Halter auf einer entsprechenden Zahl von Widerlagern ab, so dass das Herausdrücken der Tür sicher verhindert wird. Bislang wurden die Rumpfzellen moderner Flugzeuge überwiegend mit metallischen Werkstoffen, insbesondere mit Aluminiumlegierungen, hergestellt. Die Verwendung der metallischen Werkstoffe im Flugzeugbau ermöglicht enge Fertigungstoleranzen, da zum Beispiel Türspante mit hoher Maßhaltigkeit im Fräsverfahren herstellbar sind. Dasselbe gilt für die bisher üblicherweise eingesetzten ”doorstops”, die jeweils aus einem Widerlager und einem Halter bestehen, die gleichfalls durch Fräsen mit relativ hoher Genauigkeit hergestellt werden, so dass eine individuelle und mit hoher Genauigkeit mögliche Anpassung der ”doorstops” mit vertretbarem fertigungstechnischen Aufwand möglich ist, um im geschlossenen Zustand einen optimalen Sitz der Tür zu erzielen. Der zunehmende Einsatz von Verbundmaterialien im Flugzeugbau, insbesondere von kohlefaserverstärkten Epoxidharzen, bedingt jedoch zwangsläufig größere Toleranzen, da die Fertigungsprozesse von faserverstärkten Kunststoffen prinzipbedingt stark erhöhte Toleranzen erfordern. Diese Toleranzen sind insbesondere im Bereich der Integration von Türen in Rumpfzellen, die mit faserverstärkten Materialien gebildet sind, von Bedeutung.
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Die
DE 197 30 918 A1 beschreibt eine Verriegelungsvorrichtung für Türen, insbesondere für Kabinentüren von Verkehrsflugzeugen, wobei bei einem Schließen der Tür als Tragbolzen ausgebildete, an der Tür bzw. am Türrahmen angeordnete Abstandshalter an Aufnahmen zur Anlage gebracht werden, die am jeweils anderen Schließpartner gehaltert sind. Die Abstandshalter sind in Richtung auf den Verriegelungspartner beweglich gehaltert und jeweils durch eine Antriebseinrichtung beaufschlagbar, wobei die Antriebseinrichtungen für die einzelnen Abstandshalter miteinander verbunden sind.
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Die
DE 199 23 441 C1 beschreibt eine Tür eines Luftfahrzeuges, deren Struktur mindestens durch mehrere, in unterschiedlichen Ebenen zueinander beabstandete Träger gebildet ist, die die Breite der Tür besitzen und mit einer Beplankung der Tür verbunden sind und die Enden der Träger je ein Anschlagmittel mit Auflagefläche tragen, welches mit seiner Auflagefläche bei Schließstellung der Tür in Druckbelastungsrichtung liegt mit der Auflagefläche eines vom Rahmen getragenen Anschlagmittels in Anlage ist, wobei in Belastungsrichtung hintereinanderliegend mindestens zwei Auflageflächen angeordnet sind, wobei eine der beiden Auflageflächen in Anlage mit einer der beiden rahmenseitigen Auflageflächen ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu schaffen, die ein Herausdrücken einer Tür aus einer Türleibung in einer Rumpfzelle eines Flugzeugs sicher verhindert und die zugleich einen Toleranzausgleich ermöglicht, um einen Einsatz bei überwiegend mit Verbundmaterialien gefertigten Rumpfzellen zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Maßgabe des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Dadurch, dass das Widerlager eine Widerlagerfläche aufweist und das Gegenlager eine Halterung aufweist, in der eine Gegenlagerfläche aufgenommen ist, die um mindestens eine Achse des Raumes verkippbar ist, wobei im geschlossenen Zustand der Tür die Widerlagerfläche zumindest bereichsweise an der Gegenlagerfläche anliegt, können Maßabweichungen der Türspante, der Türlager oder der Türverriegelung nach einer anfänglichen, einmaligen Justierung selbststätig ausgeglichen werden. Hierbei ist die Gegenlagerfläche zur Widerlagerfläche in mindestens einer Richtung des Raumes verkippbar ausgebildet. Darüber hinaus ermöglicht es die Vorrichtung, verschleißbedingte Maßabweichungen zwischen Tür und Türrahmen bzw. Türspant selbsttätig zu kompensieren. Die Gegenlagerfläche und die Widerlagerfläche können eine ebene oder beliebig gekrümmte Oberflächengeometrie aufweisen.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Gegenlagerfläche mit einer Pendelfläche einer Pendelauflage gebildet. Durch die Verwendung der bekannten Pendelauflagen kann bei der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in vorteilhafter Weise auf standardisierte Normteile zurückgegriffen werden, um die Herstellungskosten zu senken. Darüber hinaus verfügt die Pendelauflage – als eine komplett vorgefertigte Bauteileinheit – über eine Pendelfläche, die in zwei Richtungen des Raumes verkippbar ist, wodurch eine größere Anzahl von Fehlstellungen bzw. fertigungsbedingten Maßabweichungen selbsttätig kompensierbar ist. Alternativ kann die Gegenlagerfläche auch mit einer Kugeldruckschraube gebildet sein, wobei dann eine in der Schraube aufgenommene und zumindest oberseitig abgeflachte Kugel die Gegenlagerfläche bildet. Die Kugeldruckschrauben können wahlweise in einer Ausführungsform mit Schraubenkopf oder ohne Schraubenkopf eingesetzt werden. Bei der Ausführungsform der Kugeldruckschraube ohne Schraubenkopf verfügt diese über einen Innensechskant, der zum Gegenhalten beim Festziehen dient. Die Kugeldruckschrauben erfordern im Vergleich zu den Pendelauflagen einen kleineren Einbauraum und sind somit konstruktiv flexibler einsetzbar.
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Eine Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die Pendelauflage mittels mindestens einer Gewindemutter in der Halterung befestigt ist. Infolge dieser Ausgestaltung ist ein leichter und schneller Austausch des Pendellagers im Wartungs- oder Reparaturfall, zum Beispiel im Fall erhöhten Verschleißes, gegeben.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass eine Höhe der Pendelfläche in Relation zur Halterung einstellbar ist. Hierdurch ist neben der in zwei Richtungen des Raumes verkippbaren Pendelfläche eine Option zum Höhenausgleich zwischen den Bauteilen, insbesondere zwischen der Tür und den Türspanten, gegeben.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den weiteren Patentansprüchen dargelegt.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 Eine perspektivische Übersichtsdarstellung der Vorrichtung,
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2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus 1, und
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3 eine Schnittdarstellung durch eine Pendelauflage
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In der Zeichnung weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils die gleiche Bezugsziffer auf.
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Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung.
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Eine Vorrichtung 1 umfasst unter anderem ein Widerlager 2, das im Bereich eines Türspantes 3 bzw. einer Türleibung einer Türöffnung 4 in einer Rumpfzelle 5 eines Flugzeugs angeordnet ist. In der Türöffnung 4 befindet sich eine Tür 6 im geschlossenen Zustand. Die erforderliche Druckdichtigkeit eines Innenraums 7 der Rumpfzelle 5 wird unter anderem durch eine umfangsseitig an der Tür 6 angeordnete umlaufende Dichtung 8 sicher gestellt. An einer Seitenfläche 9 der Tür 6 ist gegenüberliegend zum Widerlager 2 ein Gegenlager 10 befestigt. Das Gegenlager 10 verfügt über eine Gegenlagerfläche 11, die mittels einer Gewindemutter 12 in einer Halterung 13 befestigt ist. Die Gewindemutter 12 dient zum einen zur räumlichen Lagesicherung der Gegenlagerfläche 11, zum anderen zur stufenlosen Höhenjustierung derselben in Richtung eines schwarzen Doppelpfeils 14. Die Gewindemutter 12 ist zudem mit einem nicht dargestellten Sicherungsmittel versehen, um eine unkontrollierte Ablösung zu verhindern. Das Widerlager 2 verfügt über eine plane und feststehende Widerlagerfläche 15, während die Gegenlagerfläche 11 des Gegenlagers 10 um mindestens eine Achse des Raumes verkippbar ist, um insbesondere einen Toleranzausgleich infolge von fertigungsbedingten Maßabweichungen zwischen dem Türspant 3 und der Tür 6 zu erreichen. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von Verbundmaterialien im Bereich der Türöffnung 4 von großem Vorteil, da deren Maßtoleranzen prinzipiell im Vergleich zu metallischen Werkstoffen, wie zum Beispiel Aluminium- oder Titanlegierungen, deutlich größer ausfallen und mittels der Vorrichtung 1 unbeschadet etwaiger Maßabweichungen eine optimale Kraftübertragung zwischen der Tür 6 und der Rumpfzelle 5 möglich ist. In dem in 1 gezeigten geschlossenen Zustand der Tür 6 liegen die Widerlagerfläche 15 und die Gegenlagerfläche 11 im Idealfall vollflächig aneinander an. Daher werden die auf die Tür 6 infolge der Druckdifferenz zwischen dem Innenraum 7 des Flugzeugs und der Atmosphäre 16 wirkenden Kräfte, die bestrebt sind die Tür 6 unter großer Kraftwirkung nach außen zu drücken, vom Gegenlager 10 der Tür 6 direkt über das Widerlager 2 in den Türspant 3 bzw. die Rumpfzelle 5 übergeleitet. Üblicherweise sind im Bereich einer Türöffnung 4 und an der Tür 6 eines Passagierflugzeugs mindestens 10 bis 15 entsprechend der Vorrichtung 1 ausgestaltete Abstützungen bzw. ”doorstops” bevorzugt gleichmäßig zueinander beabstandet um den Umfang der Türöffnung herum angeordnet.
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Die 2 illustriert einen vergrößerten Ausschnitt aus 1.
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Ein Koordinatensystem 17 veranschaulicht die Lage aller wesentlichen Komponenten im Raum. Eine x-Achse des Koordinatensystems 17 ist in Flugrichtung des Flugzeugs orientiert und verläuft parallel zur Längsachse des Flugzeugs. Eine z-Achse des Koordinatensystems weist in vertikaler Richtung nach oben, das heißt ist vom Boden weggerichtet. Eine y-Achse verläuft quer zur Längsachse des Flugzeugs und weist hierbei in die ”Backbord”-Richtung des Flugzeugs bzw. in Flugrichtung gesehen nach links. Die ebene und feststehende Widerlagerfläche 15 verläuft parallel zu der durch die x-Achse und die y-Achse aufgespannten Ebene des Koordinatensystems 17. Dasselbe gilt – zumindest im Ruhezustand – für die Gegenlagerfläche 11, die im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Pendelfläche 18 einer Pendelauflage 19 ist, die in der Halterung 13 aufgenommen ist. Im Gegensatz zur feststehenden Widerlagerfläche 15 ist die Pendelfläche 18 um einen Winkel α in Bezug zu einer Hochachse 20, die parallel zur z-Achse des Koordinatensystems 17 verläuft – wie in 2 durch den punktiert dargestellten Kegelumriss dargestellt – verkippbar. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Pendelfläche 18 eine Kreisfläche 21, die sich durch entsprechende Abplattung bzw. Abflachung einer Kugel 22 ergibt, wobei die abgeplattete Kugel 22 verkippbar in der Pendelauflage 19 aufgenommen ist. Alternativ kann die Kreisfläche 21 durch die Abtrennung eines Kugelabschnittes von der Kugel 22 gebildet werden. Der Winkel α liegt in einem Bereich zwischen ±9°, um eine ausreichend große Ausgleichsmöglichkeit zu erreichen. Die Befestigung der Pendelauflage 19 in der Halterung 13 erfolgt gleichfalls mit einer Gewindemutter 12, wodurch zugleich eine Höhenjustierbarkeit der Pendelfläche 18 parallel zur z-Achse des Koordinatensystems 17 ermöglicht wird. Durch die allseitige Verkippbarkeit der Pendelfläche 18 ist auch im Fall von Maßabweichungen stets ein vollflächiger Kontakt zwischen der Widerlagerfläche 15 und der Pendelfläche 18 bei geschlossener Tür 6 gegeben. Anstelle der Pendelauflage 19 mit einer allseitig verkippbaren und kreisförmigen Pendelfläche 18 kann die Gegenlagerfläche 11 auch mit einer in den Figuren nicht dargestellten so genannten Kugeldruckschraube gebildet sein. Die Kugeldruckschraube kann in der Halterung 13 entsprechend der Pendelauflage 19 mittels einer Gewindemutter 12 festgesetzt werden. Die Kugeldruckschraube kann hierbei mit einem Kopf oder ohne Kopf Verwendung finden. Sowohl die Widerlagerfläche 15 als auch die Kugel 22 sind mit einem gehärteten, hochverschleißfesten metallischen Material gebildet. Daher ergibt sich durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 neben einer verbesserten Toleranzausgleichsmöglichkeit zudem eine erhöhte Verschleißfestigkeit, so dass die Wartungsintervalle erhöht und damit die Kosten gesenkt werden können.
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Die 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform einer Pendelauflage.
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Eine Pendelauflage 24 verfügt über eine Pendelfläche 25, die um einen Winkel α von etwa ±9° in Bezug auf eine Hochachse 26 verschwenkbar ist. Die plane Pendelfläche 25 ist eine Kreisfläche 27, die durch eine oberseitig abgeflachte Kugel 28 entsteht, wobei die Kugel 28 in einem Gehäuse 29 hinreichend leicht beweglich unter leichtem Pressschluss aufgenommen und gleichzeitig gegen Herausfallen gesichert ist. Unterseitig verfügt die Kugel 28 gleichfalls über eine kreisförmige Abflachung 30, um eine ausreichende Verkippbarkeit der Kugel 28 innerhalb des Gehäuses 29 sicher zu stellen. Im Bereich einer Unterseite des Gehäuses 29 ist eine Gewindebohrung 31 eingebracht, mittels der die Pendelauflage 24 durch das Einschrauben eines passenden Befestigungsbolzens an einer Halterung befestigbar ist. Zumindest die Pendelfläche 25 ist mit einer gehärteten Stahllegierung gebildet, um die Verschleißanfälligkeit zu vermindern. Alternativ kann die Kugel 28 vollständig mit einer gehärteten und vorzugsweise korrosionsfesten Stahllegierung gebildet sein. Aus der Darstellung der 3 ist ersichtlich, dass die Pendelfläche 25 um zwei Achsen des Raumes jeweils unabhängig voneinander um einen Winkel von α = 9° in Relation zur Horizontalen verschwenkbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Widerlager
- 3
- Türspant
- 4
- Türöffnung
- 5
- Rumpfzelle
- 6
- Tür
- 7
- Innenraum (Passagierkabine)
- 8
- Dichtung
- 9
- Seitenfläche (Tür)
- 10
- Gegenlager
- 11
- Gegenlagerfläche
- 12
- Gewindemutter
- 13
- Halterung
- 14
- Doppelpfeil
- 15
- Widerlagerfläche
- 16
- Atmosphäre (Außenraum)
- 17
- Koordinatensystem
- 18
- Pendelfläche
- 19
- Pendelauflage
- 20
- Hochachse
- 21
- Kreisfläche
- 22
- Kugel (zumindest einseitig abgeflacht bzw. abgeplattet)
- 24
- Pendelauflage
- 25
- Pendelfläche
- 26
- Hochachse
- 27
- Kreisfläche
- 28
- Kugel (zumindest einseitig abgeflacht bzw. abgeplattet)
- 29
- Gehäuse
- 30
- Abflachung (zumindest einseitig)
- 31
- Gewindebohrung
