DE102008056702B4 - airplane window - Google Patents
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Abstract
Flugzeugfenster mit einem Fensterrahmen (6), einer Dichtung (5) und einer Fensterscheibe (201), wobei die Fensterscheibe (201) über die Dichtung (5) an dem Fensterrahmen (6) befestigt ist, die Fensterscheibe (201) aufweisend: eine monolithische Schicht (202); wobei die monolithische Schicht (202) eine Innenseite (204) und eine Außenseite (205) aufweist; wobei die Innenseite (204) und die Außenseite (205) von jeweils einer faserverstärkten Schicht (203) bedeckt sind; wobei die faserverstärkten Schichten (203) als äußere Decklagen an der monolithischen Schicht (202) befestigt sind, so dass die faserverstärkten Schichten (203) mit der monolithischen Schicht (202) flächig verbunden sind; wobei die Fensterscheibe (201) einstückig ausgeführt ist.Aircraft window with a window frame (6), a seal (5) and a window pane (201), the window pane (201) being fastened to the window frame (6) via the seal (5), the window pane (201) having: a monolithic one Layer (202); wherein the monolithic layer (202) has an inside (204) and an outside (205); wherein the inside (204) and the outside (205) are each covered by a fiber-reinforced layer (203); wherein the fiber-reinforced layers (203) are attached to the monolithic layer (202) as outer cover layers, so that the fiber-reinforced layers (203) are connected flatly to the monolithic layer (202); wherein the window pane (201) is made in one piece.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft Flugzeugfenster mit einer monolithischen Schicht und zwei faserverstärkten Schichten. Ferner betrifft die Erfindung ein Luftfahrzeug mit einem solchen Flugzeugfenster.The invention relates to aircraft windows with a monolithic layer and two fiber-reinforced layers. Furthermore, the invention relates to an aircraft with such an aircraft window.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Bekannte Flugzeugfenster bestehen aus einer inneren und einer äußeren Fensterscheibe. Beide Fensterscheiben müssen den vollen Differenzdruck aufnehmen können, wobei das Innere diesen Lastenfall nur einmal ertragen muss, nämlich in dem Fall, dass das äußere Fenster zerstört ist. In diesem Fall muss das innere Fenster einen sicheren Weiterflug bis hin zur Landung gewährleisten. Damit die innere Scheibe im normalen Flugbetrieb lastfrei bleibt, ist die Scheibe mit einem kleinen Ventilationsloch versehen bzw. verfügt die Dichtung über einen Belüftungskanal, der für den Druckausgleich zwischen Kabine und Scheibenzwischenraum sorgt. Der Einbau der Fenster erfolgt derart, dass keine strukturellen Lasten in das Fenster übertragen werden.Known aircraft windows consist of an inner and an outer window pane. Both windows must be able to absorb the full differential pressure, the interior having to endure this load case only once, namely in the event that the outer window is destroyed. In this case, the inner window must ensure a safe onward flight to the landing. To ensure that the inner pane remains free of load during normal flight operation, the pane is provided with a small ventilation hole or the gasket has a ventilation channel, which ensures pressure equalization between the cabin and the space between the panes. The installation of the windows is done in such a way that no structural loads are transmitted into the window.
Als Werkstoffwerden heute Polykarbonat bzw. Polymethylmethacrylat (PMMA) verwendet. Bei beiden Werkstoffen handelt es sich um thermoplastische Kunststoffe, die amorph erstarren, wetterbeständig, biegbar, zugfest und schlagzäh sind. Der Einsatz von Polykarbonat ist rückläufig, da es im Laufe des Einsatzes zum Vergilben neigt.Polycarbonate or polymethyl methacrylate (PMMA) are used today as the material. Both materials are thermoplastics that solidify amorphously, are weatherproof, bendable, tensile and impact resistant. The use of polycarbonate is decreasing, as it tends to yellow during use.
Die bekannten oben genannten Doppelscheibenlösungen mit „monolithischer Bauweise” erfordern eine große Scheibendicke, um innerhalb der Forderungen nach einer maximalen Scheibendurchbiegung bei einem Flugzeug bleiben zu können. Eine Grenze für die maximal zulässige Durchbiegung der Fensterscheiben des Flugzeuges ist aus Gründen der Aerodynamik notwendig. Diese bei den bekannten Doppelscheiben notwendige große Scheibendicke ist mit hohem Scheibengewicht verbunden. Zudem ist eine zweite Scheibe vorzusehen, die im Falle des Versagens der ersten Scheibe, einen sicheren Flug bis zur nächsten Landung gewährleisten muss, wie weiter oben bereits angesprochen.The known "monolithic" type double pane solutions mentioned above require a large pane thickness in order to be able to remain within the requirements for maximum disk deflection in an aircraft. A limit to the maximum allowable deflection of the windows of the aircraft is necessary for reasons of aerodynamics. This necessary in the known double panes large disc thickness is associated with high wheel weight. In addition, a second disc is provided, which must ensure a safe flight to the next landing in case of failure of the first disc, as already mentioned above.
Aus
Doppelscheiben-Kabinenfenster weisen jedoch verhältnismäßig große Scheibendicken und ein verhältnismäßig hohes Scheibengewicht auf sowie sie aus Sicherheitsgründen eine Ausführung mit zwei monolithischen Scheiben erfordern.Double-pane cab windows, however, have relatively large pane thicknesses and a relatively high pane weight and, for safety reasons, require an embodiment with two monolithic panes.
Die
Die
Aus der
Die
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Flugzeugfenster mit verbesserter Steifigkeit und damit geringerer Durchbiegung gegenüber bekannten Scheibenlösungen in einem Transportmittel bereitzustellen.It is the object of the invention to provide an aircraft window with improved rigidity and thus lower deflection compared to known disc solutions in a means of transport.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst, während vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung durch die abhängigen Ansprüche verkörpert werden.The object of the invention is solved by the subject matter of the independent claims, while advantageous developments of the invention are embodied by the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Flugzeugfenster mit einem Fensterrahmen, einer Dichtung und einer Fensterscheibe bereitgestellt, wobei die Fensterscheibe über die Dichtung an dem Fensterrahmen befestigt ist. Die Fensterscheibe weist eine monolithische According to the invention, an aircraft window is provided with a window frame, a gasket and a window pane, the window pane being fastened to the window frame via the gasket. The windowpane has a monolithic
Schicht auf, wobei die monolithische Schicht eine Innenseite und eine Außenseite aufweist.Layer, wherein the monolithic layer has an inside and an outside.
Die Innenseite und die Außenseite sind jeweils von einer faserverstärkten Schicht bedeckt.The inside and the outside are each covered by a fiber-reinforced layer.
Gemäß der Erfindung sind die monolithische Schicht und die faserverstärkten Schichten in Sandwichbauweise übereinander angeordnet. Die monolithische Schicht ist an der Innen- und Außenseite von jeweils einer faserverstärkten Schicht bedeckt.According to the invention, the monolithic layer and the fiber-reinforced layers are sandwiched. The monolithic layer is covered on the inside and outside by a respective fiber-reinforced layer.
Gemäß der Erfindung weist die monolithische Schicht eine Innenseite und eine Außenseite auf, wobei die Innenseite und die Außenseite von jeweils einer faserverstärkten Schicht bedeckt ist.According to the invention, the monolithic layer has an inside and an outside, wherein the inside and the outside of each of a fiber reinforced layer is covered.
Eine derartige Fensterscheibe mit faserverstärkten Lagen als äußere Decklagen und einem monolithischen transparenten Kern stellen eine Bauart dar, mit der es möglich ist, den Steiner'schen Anteil am Flächenträgheitsmoment der Scheibe möglichst gut ausnutzen zu können. Dadurch wird der Widerstand gegen eine Durchbiegung bzw. die Steifigkeit der Fensterscheibe erhöht. Nach dem Steiner'schen Satz erhöht sich das Trägheitsmoment eines starren Körpers und damit der Widerstand der Querschnittsfläche gegen Durchbiegung, um die Trägheitsmomente von mit dem starren Körper verbundenen Körpern, wodurch das gesamte Trägheitsmoment bzw. der gesamte Widerstand des Querschnitts gegenüber einer Durchbiegung erhöht wird. Die Trägheitsmomente der verbundenen Körper gehen hierbei mit dem Quadrat des Abstandes zur neutralen Faser in das Gesamtträgheitsmoment ein.Such a window pane with fiber-reinforced layers as outer cover layers and a monolithic transparent core represent a type with which it is possible to make the best possible use of Steiner's share in the moment of area of the pane. As a result, the resistance to a deflection or the rigidity of the window pane is increased. According to Steiner's Theorem, the moment of inertia of a rigid body, and hence the resistance of the cross-sectional area to deflection, increases the moments of inertia of bodies connected to the rigid body, thereby increasing the total moment of inertia of the cross-section against deflection. The moments of inertia of the connected bodies enter into the total moment of inertia with the square of the distance to the neutral fiber.
Eine derartige Fensterscheibe weist eine im Vergleich zu einer rein monolithischen Scheibe erhöhte Steifigkeit auf. Diese Steifigkeitserhöhung führt dazu, dass entweder die durch den Kabineninnendruck hervorgerufene Durchbiegung des Fensters reduziert wird, was sich positiv auf die Aerodynamik beispielsweise eines Flugzeugs auswirkt, oder dass bei gleichbleibender maximaler Scheibendurchbiegung die Wandstärke der Scheibe reduziert werden kann. Alternativ hierzu können auch größere Fenster bei gleicher Durchbiegung heute bekannter Fenster realisiert werden. Die erfindungsgemäße Fensterscheibe mit erhöhter Steifigkeit kann aus mehreren monolithischen Schichten sowie faserverstärkten Schichten bestehen. Die Fensterscheibe ist derart aufgebaut, dass die beiden Schichttypen übereinandergelagert werden. Der Lagenaufbau kann je nach Einsatzzweck unterschiedlich gewählt werden.Such a window pane has an increased rigidity compared to a purely monolithic pane. This increase in stiffness means that either the deflection of the window caused by the internal pressure of the cabin is reduced, which has a positive effect on the aerodynamics of, for example, an aircraft, or that the wall thickness of the pane can be reduced while the maximum wheel deflection remains constant. Alternatively, larger windows can be realized with the same deflection today known window. The increased rigidity windowpane according to the invention can consist of several monolithic layers and fiber-reinforced layers. The windowpane is constructed such that the two types of layers are superimposed. The layer structure can be chosen differently depending on the purpose.
Eine derartige Fensterscheibe führt zu einer Reduzierung der Scheibendurchbiegung bei gleichbleibender Scheibendicke.Such a window pane leads to a reduction of the disc deflection with a constant slice thickness.
Eine derartige Fensterscheibe führt ebenfalls zur Reduzierung der Scheibendicke bei konstanter Scheibendurchbiegung verbunden mit der Reduktion des Scheibengewichts.Such a window pane also leads to the reduction of the pane thickness with constant disc deflection combined with the reduction of the weight of the pane.
Eine derartige Fensterscheibe ermöglicht eine Vergrößerung der Scheibenfläche bei gleichbleibender maximaler Scheibendurchbiegung und konstanter Scheibendicke.Such a window pane allows an enlargement of the pane surface with constant maximum pulley deflection and constant pane thickness.
Eine derartige Fensterscheibe weist ein schadenstolerantes Versagensverhalten auf, so dass auf eine zweite Scheibe, die aus dem Stand der Technik bekannt ist, verzichtet werden könnte.Such a window pane has a damage-tolerant failure behavior, so that it would be possible to dispense with a second pane, which is known from the prior art.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die monolithische Schicht für sichtbares Licht transparent ausgeführt. Dabei kann die monolithische Schicht aus unterschiedlichen Materialien bestehen, die für sichtbares Licht durchlässig sind.According to a further embodiment of the invention, the monolithic visible light layer is made transparent. The monolithic layer may consist of different materials that are transparent to visible light.
Unter sichtbarem Licht wird grundsätzlich Licht von einer Wellenlänge von ca. 380 nm bis ca. 780 nm verstanden.Under visible light is basically understood light from a wavelength of about 380 nm to about 780 nm.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die faserverstärkte Schicht für sichtbares Licht transparent ausgeführt. Dabei kann die faserverstärkte Schicht aus jeglichem Material bestehen, die die Durchlässigkeit von sichtbarem Licht gewährleisten.According to one embodiment of the invention, the fiber-reinforced layer is made transparent to visible light. In this case, the fiber-reinforced layer can be made of any material that ensures the transparency of visible light.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die faserverstärkte Schicht Verstärkungsfasern und eine transparente Matrix auf.According to a further embodiment, the fiber-reinforced layer comprises reinforcing fibers and a transparent matrix.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfassen die Verstärkungsfasern Glasfasern. Die Verstärkungsfasern können ebenfalls jegliches anderes geeignetes Material umfassen, das hohe Verstärkungseigenschaften aufweist, wie beispielsweise Silikondioxid, Graphit oder ein Polymer wie Nylon oder Polykarbonat.According to another embodiment of the invention, the reinforcing fibers comprise glass fibers. The reinforcing fibers may also comprise any other suitable material having high reinforcing properties, such as silicone dioxide, graphite, or a polymer such as nylon or polycarbonate.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die transparente Matrix als eine Polymethylmethacrylat(PMMA)-Matrix ausgeführt. Dabei kann die Matrix ebenfalls aus einem transparenten Epoxidharz gebildet sein. Das Epoxidharz wird basierend auf Transparenz, Zugstärke und dem Brechungsindex ausgewählt. According to another embodiment of the invention, the transparent matrix is designed as a polymethyl methacrylate (PMMA) matrix. In this case, the matrix can likewise be formed from a transparent epoxy resin. The epoxy resin is selected based on transparency, tensile strength and refractive index.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Teil der Verstärkungsfasern der faserverstärkten Schicht mit einem Durchmesser von einer derartigen Größe ausgeführt, dass ein Durchdringen von sichtbarem Licht durch die faserverstärkte Schicht ermöglicht wird.In accordance with another embodiment of the invention, at least a portion of the reinforcing fibers of the fiber reinforced layer are formed with a diameter of such a size as to allow visible light to pass through the fiber reinforced layer.
Eine derartige Fensterscheibe ermöglicht es, dass die Verstärkungsfasern einen unterschiedlichen Brechungsindex als die transparente Matrix aufweisen, ohne dass die Transparenz der faserverstärkten Schicht opak wird. Ferner erhöht sich die Faserfestigkeit, wenn sich der Durchmesser der transparenten Verstärkungsfaser verringert, da Oberflächendefekte reduziert werden.Such a windowpane allows the reinforcing fibers to have a different refractive index than the transparent matrix, without the transparency of the fiber-reinforced layer becoming opaque. Further, the fiber strength increases as the diameter of the transparent reinforcing fiber decreases because surface defects are reduced.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Verstärkungsfasern der faserverstärkten Schicht mit Durchmessern ausgeführt, die kleiner sind als 380 nm. Mit 380 nm wird die Grenze des sichtbaren Lichts bezeichnet. Vorzugsweise haben die Verstärkungsfasern einen Durchmesser zwischen ca. 10–380 nm. Damit haben die Verstärkungsfasern einen Durchmesser, der kleiner ist als die kleinste Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Durch den geringen Durchmesser der Fasern kann das sichtbare Licht nahezu ungehindert durch diese Lagen hindurchtreten. Da in diesem Fall die Faser nicht transparent sein muss, entsteht keine Temperaturabhängigkeit der Transparenz.According to a further embodiment, the reinforcing fibers of the fiber-reinforced layer are made with diameters smaller than 380 nm. 380 nm denotes the limit of visible light. Preferably, the reinforcing fibers have a diameter between about 10-380 nm. Thus, the reinforcing fibers have a diameter smaller than the smallest wavelength of visible light. Due to the small diameter of the fibers, the visible light can pass through these layers almost unhindered. Since in this case the fiber does not have to be transparent, there is no temperature dependence of the transparency.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, ist die Dicke der faserverstärkten Schicht im Dezi-Mikrometerbereich ausgeführt. Die realisierbare Dicke derartiger Schichten ist begrenzt, da durch die Überlagerung der Verstärkungsfasern Bereiche nicht transparenten Materials entstehen können, die von den Abmaßen her in den Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts hineinreichen und damit die Transparenz beeinträchtigen können.According to a further embodiment of the invention, the thickness of the fiber-reinforced layer is implemented in the deci-micron range. The realizable thickness of such layers is limited, since the superimposition of the reinforcing fibers may result in areas of non-transparent material which extend from the dimensions into the wavelength range of visible light and thus may impair the transparency.
Gemäß der Erfindung ist die faserverstärkte Schicht an der monolithischen Schicht befestigt.According to the invention, the fiber-reinforced layer is attached to the monolithic layer.
Eine derartige Befestigung kann beispielsweise mittels Kleben erfolgen. Die faserverstärkte Schicht kann auch durch thermisches Fügen mit der monolithischen Schicht befestigt werden. Dabei wird die faserverstärkte Schicht auf die monolithische Schicht gelegt und anschließend werden beide Schichten erwärmt, bis sie sich thermisch verbinden.Such attachment can be done for example by gluing. The fiber reinforced layer may also be attached by thermal joining to the monolithic layer. The fiber-reinforced layer is placed on the monolithic layer and then both layers are heated until they thermally bond.
Gemäß der Erfindung ist die Fensterscheibe einstückig ausgeführt. Aufgrund eines schadenstoleranten Versagenverhaltens der Scheibe kann auf eine zweite Scheibe verzichtet werden.According to the invention, the window pane is made in one piece. Due to a damage tolerant failure behavior of the disc can be dispensed with a second disc.
Bei dem Transportmittel handelt es sich um ein Luftfahrzeug.The means of transport is an aircraft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Luftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Fensterscheibe angegeben. In einem derartigen Luftfahrzeug kann somit die Scheibendicke und damit das Gewicht der Scheiben bei einer gleichbleibenden Scheibendurchbiegung und bei einer gleichbleibenden Größe der Fenster reduziert werden.According to a further embodiment of the invention, an aircraft is specified with a window pane according to the invention. In such an aircraft, the thickness of the pane and thus the weight of the panes can thus be reduced with a constant pane deflection and with a constant size of the windows.
Weiter ist ein Verfahren zur Herstellung einer Fensterscheibe für ein Transportmittel angegeben, das Verfahren aufweisend die Schritte: Bereitstellen einer monolithischen Schicht; Anbringen einer faserverstärkten Schicht an der monolithischen Schicht.Further, there is provided a method of manufacturing a windowpane for a vehicle, the method comprising the steps of: providing a monolithic layer; Attaching a fiber reinforced layer to the monolithic layer.
Die einzelnen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen, selbst wenn diese nicht ausdrücklich beschrieben sind.The individual features of the various embodiments can of course also be combined with each other, which can also be partly beneficial effects set, which go beyond the sum of the individual effects, even if they are not expressly described.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beispielhafte Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben.Exemplary embodiments will be described below with reference to the following drawings.
Detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen Detailed Description of Exemplary Embodiments
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. In den folgenden Figurenbeschreibungen werden für gleiche oder ähnliche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.The illustrations in the figures are schematic and not to scale. In the following figure descriptions, the same reference numerals are used for the same or similar elements.
Die monolithische Schicht ist an der Innen- und Außenseite von jeweils einer faserverstärkten Schicht bedeckt. Es ist denkbar, dass die jeweiligen faserverstärkten Schichten an den jeweiligen Außenseiten von einer monolithischen Schicht bedeckt sein können. Eine beliebige abwechselnde Anordnung von monolithischen Schichten und faserverstärkten Schichten ist ebenfalls denkbar. Solche Varianten stellen jedoch keinen erfindungsgemäßen Lösungen dar.The monolithic layer is covered on the inside and outside by a respective fiber-reinforced layer. It is conceivable that the respective fiber-reinforced layers on the respective outer sides may be covered by a monolithic layer. Any alternate arrangement of monolithic layers and fiber reinforced layers is also conceivable. However, such variants do not represent solutions according to the invention.
In einer Ausführung der Erfindung sind die Verstärkungsfasern
Die Verstärkungsfasern
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Solche Fenster können auch in anderen Bereichen als der Luftfahrt, beispielsweise in Zügen, Bussen oder Schiffen oder jeglichen Transportmitteln verwendet werden, wo ebenfalls eine Fensterscheibe benötigt wird oder gewünscht ist.Although the invention has been described with reference to exemplary embodiments, various changes and modifications can be made without departing from the scope of the invention. Such windows can also be used in areas other than aviation, such as trains, buses or ships, or any means of transport where a window pane is also needed or desired.
Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Flugzeugfensterairplane window
- 22
- Äußere ScheibeOuter disk
- 33
- Innere ScheibeInner disc
- 44
- Belüftungsbohrungventilation opening
- 55
- Dichtungpoetry
- 66
- Fensterrahmenwindow frame
- 77
- FlugzeugaußenhautAircraft skin
- 201201
- Fensterscheibewindowpane
- 202202
- monolithische Schichtmonolithic layer
- 203203
- faserverstärkte Schichtfiber reinforced layer
- 204204
- Innenseiteinside
- 205205
- Außenseiteoutside
- 206206
- Verstärkungsfaserreinforcing fiber
- 207207
- transparente Matrixtransparent matrix
- 401401
- Luftfahrzeugaircraft
- 501501
- Bereitstellen einer monolithischen SchichtProviding a monolithic layer
- 502502
- Anbringen einer faserverstärkten Schicht an der monolithischen SchichtAttaching a fiber reinforced layer to the monolithic layer
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