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Die Erfindung betrifft allgemein ein Befestigungssystem für Verkleidungs- oder Unterteilungselemente, die als Dekompressionselemente fungieren sollen. Solche Elemente kommen beispielsweise in einem Innenbereich eines Flugzeugs zum Einsatz. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Dekompressionselementbefestigungssystem, das zum Einbau in einem Flugzeug, beispielsweise einem Passagierflugzeug, vorgesehen ist.
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Ein durch den höhenabhängigen Atmosphärendruck vorgegebener Umgebungsdruck eines Flugzeugs ändert sich während eines Flugs erheblich. Bereits in einer Höhe von etwa 5.500 m (ca. 18.000 ft) ist der Außendruck auf etwa die Hälfte des auf Meereshöhe herrschenden Atmosphärendrucks gefallen, um bei Erreichen einer Reisehöhe von typischerweise etwa 12.000 m (ca. 40.000 ft) auf weniger als ein Fünftel zu fallen. Aus diesem Grund besitzen insbesondere Passagierflugzeuge eine Druckkabine, deren Innendruck im Flugbetrieb gegenüber dem verringerten Außendruck auf einem erhöhten Druckniveau gehalten wird, beispielsweise mittels aus einer Verdichterstufe eines Triebwerks entnommener Zapfluft. Zur Regulierung des Kabinendrucks kann über Auslassventile Kabinenluft an die Atmosphäre abgegeben werden. Bei einem normalen Flugverlauf entspricht der Kabinendruck auf Reiseflughöhe etwa dem Atmosphärendruck in einer Höhe von 2.400 m (ca. 8.000 ft).
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Üblicherweise ist die Druckkabine durch Trennwände und/oder Zwischenböden in voneinander abgetrennte Bereiche unterteilt, wie z. B. Cockpit, Passagierkabine, Personalruhebereich (englisch: Crew Rest Compartment, CRC), Oberdeck, Hauptdeck oder Frachträume. Bei einem Druckabfall in einem Bereich, beispielsweise aufgrund einer Beschädigung der Druckkabine oder eines Versagens des Auslassventils, kommt es zu einer Druckdifferenz innerhalb des Flugzeugs gegenüber angrenzenden Bereichen. Die ungleiche Druckverteilung innerhalb des Flugzeugs erzeugt eine Kraftverteilung, für die eine Primärstruktur des Flugzeugs nicht optimiert ist, und kann zu Beschädigungen an der Primärstruktur oder zu Beschädigungen der Trennwände und/oder den Zwischenböden führen, die den dekomprimierten Bereich von den umgebenden Bereichen trennen. Um die potentiell schwerwiegenden Folgen solcher Beschädigungen abzuwenden, muss im Dekompressionsfall ein schneller Druckausgleich zwischen den Bereichen erreicht werden. Aus diesem Grund sind gemäß dem Stand der Technik in Trennwänden und/oder Zwischenböden Dekompressionsrahmen mit Klappen oder durch brechbare Halteelemente verschlossene Dekompressionsrahmen vorgesehen.
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Die Druckschrift
DE 37 15 328 C1 beschreibt einen Dekompressionsrahmen in einer Trennwand zum Frachtraum. Der Dekompressionsrahmen ist durch ein Dekompressionspaneel verschlossen, das von Blattfedern mit Sollbruchstellen gehalten wird. Der Dekompressionsrahmen reagiert sowohl bei einer „Blow-In”-Dekompression (Druckausbreitung von der Passagierkabine in den Frachtraum) als auch bei einer „Blow-Out”-Dekompression (Druckausbreitung vom Frachtraum in die Passagierkabine).
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Die Druckschrift
DE 10 2007 061 433 A1 beschreibt einen Dekompressionsrahmen, an dem über ein Scharnier- oder Lagerelement eine Klappe am Dekompressionsrahmen angebracht ist. Über eine Einstellschraube und eine Feder ist eine Druckdifferenz einstellbar, bei der die Klappe im Dekompressionsfall öffnet.
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Die Ausleitung von Kabinenluft erfolgt in der Regel durch Luftauslasskanäle, die im Bereich eines Kabinenbodens oder eines bodennahen Abschnitts von Seitenverkleidungspaneelen angeordnet sind. Bei einem plötzlichen Druckabfall besteht die Gefahr einer Beschädigung der Seitenverkleidung mit einem erheblichen Gefährdungspotential für Flugzeuginsassen. Auch hier ist im Dekompressionsfall ein schneller Druckausgleich zwischen dem Kabinenbereich und einem von Verkleidungsbauteilen, insbesondere Paneelen, zu einer Flugzeugaußenhaut abgegrenzten Bereich notwendig.
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Hierzu beschreibt die Druckschrift
US 6,129,312 A einen im Seitenverkleidungspaneel angeordneten Dekompressionsrahmen mit einem Gitter und einem daran befestigten, flächig anliegenden Staublech, das die Ausleitung von Kabinenluft begrenzt. Zum beschleunigten Druckausgleich von der Passagierkabine in den Luftauslasskanal brechen im Dekompressionsfall Befestigungspunkte des Staublechs am Dekompressionsgitter, so dass der Strömungsquerschnitt auf einen Großteil des Dekompressionsgitters aufgeweitet wird.
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Diese bekannten Dekompressionsrahmen genügen jedoch oftmals nicht den Anforderungen an eine schnelle Dekompression mit einem Luftdurchsatz, der zur Verhinderung einer Beschädigung der Primärstruktur, der Außenhaut, der Trennwände und/oder der Zwischenböden groß genug ist. Ferner bilden Klappen, Verschlusspaneele und zugehörige Halte- und Scharnierelemente ein unerwünschtes Zusatzgewicht beim Flugzeuginnenausbau oder der Konstruktion der Primärstruktur des Flugzeugs.
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Das Dokument
EP 0 976 645 A2 zeigt eine Befestigungsvorrichtung mit einem Steckbolzen, der Schulterflächen an einem ersten Ende aufweist, die mit einer Auskragung in Eingriff stehen. Am abgewandten zweiten Ende des Steckbolzens kann zur Demontage eine Schraube eingeführt werden.
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Das Dokument
DE 299 20 497 U1 zeigt eine schwingungsdämpfende Verbindungsanordnung mit einem einstückigen Bolzen. Eine Schraubverbindung ist nicht vorgesehen.
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Das Dokument
US 5,014,934 A zeigt ein in Eingriff bringbares Paar von Befestigungskomponenten, um Stoßstellen einer Flugzeugwand mit einer Schiene zu überdecken.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ohne wesentlichen Gewichtszuwachs gegenüber einer einfachen Schraubverbindung ein Verkleidungsbauteil an einer Tragstruktur zu befestigen, so dass sich bei einer vorbestimmten Dekompressionsdruckdifferenz das Verkleidungsbauteil von der Tragstruktur löst.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Dekompressionselementbefestigungssystem zur lösbaren Befestigung eines als Dekompressionselement dienenden Verkleidungsbauteils an einer Tragstruktur in einem Flugzeuginnenbereich mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach wird wenigstens ein Bolzen, eine Schraube und wenigstens ein zur federnden Abstützung an der Tragstruktur ausgebildetes Rastelement bereitgestellt. Der Bolzen weist eine Bolzenachse und an einem ersten Ende wenigstens eine Rastvertiefung und an einem zweiten Ende ein erstes Gewinde auf. Die Schraube ist über ein zweites Gewinde mit dem Bolzen verbunden und zum Drücken des Verkleidungsbauteils in Richtung auf die Tragstruktur ausgebildet. Bei Annäherung des Bolzens an das Rastelement kann das Rastelement über das erste Ende des Bolzens gleiten und mit der Rastvertiefung in Eingriff kommen. Bei Überschreiten einer vorbestimmten, in Richtung der Bolzenachse wirkenden Zugkraft kommt das Rastelement mit der Rastvertiefung außer Eingriff.
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Dadurch ist es möglich, ohne wesentlichen Gewichtszuwachs gegenüber einer einfachen Schraubverbindung das Verkleidungsbauteil an der Tragstruktur zu befestigen. Kommt es zu einer Dekompression in dem Flugzeuginnenbereich, übt eine Dekompressionsdruckdifferenz über das Verkleidungsbauteil und jede Schraube eine Zugkraft auf jeden Bolzen aus, die beim Überschreiten der vorbestimmten Zugkraft den oder die Bolzen in kürzester Zeit von dem Rastelement löst, d. h. aus dem Rastelement herauszieht, und so einen schnellen Druckausgleich bewirkt, der das Auftreten strukturgefährdender Kräfte verhindert. Die dabei erzielbaren Strömungsquerschnitte übertreffen die durch herkömmliche Klappen und Einzelrahmen erzielbaren Strömungsquerschnitte deutlich. Zudem macht die Erfindung die mit Gewicht und Wartungsarbeiten einhergehenden Lager- und Befestigungselemente der Klappen bzw. Einzelrahmen gänzlich überflüssig.
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Mit dem Begriff ”Bolzenachse” ist hier die Längsachse des Bolzens gemeint. Das erste Ende und das zweiten Ende des Bolzens sind vorzugsweise auf der Bolzenachse einander entgegengesetzt angeordnet und das erste Gewinde und das zweite Gewinde können parallel (vorzugsweise sogar koaxial) zur Bolzenachse sein.
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Die Tragstruktur kann eine Primär- oder Sekundärstruktur des Flugzeugs sein. Alternativ kann die Tragstruktur auch eine Haltestruktur speziell zur Befestigung des Verkleidungsbauteils (bzw. Dekompressionselements) sein.
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Die Rastvertiefung kann beispielsweise durch eine lokale Einkerbung (oder eine umlaufende Nut) am Bolzen oder durch einen seitlich vorstehenden Vorsprung ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Verkleidungsbauteil und der Tragstruktur eine Dichtung vorgesehen, an der in einer eingeschraubten (ersten) Stellung der Schraube die Tragstruktur und das Verkleidungsbauteil druckdicht anliegen. Eine druckdichte Trennung einzelner Flugzeuginnenbereiche ist auf diese Weise mit einer schnellen Druckausgleichsmöglichkeit im Dekompressionsfall kombinierbar. Beispielsweise können so unterschiedliche Klimatisierungsbereiche festgelegt und energieeffizient aufrechterhalten werden. Auch kann eine Ausbreitung unerwünschter Gerüche aus einem Frachtraum in eine Passagierkabine unterbunden werden. Ferner wirkt sich ein Einsatz gesundheitsschädlicher Flammschutzgase im Frachtraum nicht auf Passagiere aus. Auch wird eine Dekompressionsdruckdifferenz nicht durch undichte Verkleidungsbauteile verzögert abgebaut, was eine verkürzte Ansprechzeit des Dekompressionselementbefestigungssystems zur Folge hat. Vielmehr kann im Dekompressionsfall sofort die gesamte Last der Dekompressionsdruckdifferenz auf das als Dekompressionselement fungierende Verkleidungsbauteil wirken und so dessen Ansprechzeit verkürzen.
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Zur Montagevereinfachung kann die Dichtung einseitig mit entweder der Tragstruktur oder dem Verkleidungsbauteil verklebt sein. Zum Ausgleich von Oberflächenunebenheiten oder Toleranzen (des Verkleidungsbauteils oder der Tragstruktur) und auch zur Schalldämmung kann die Dichtung ein elastischer Schaumstoff sein, der durch den (von dem Bolzen und der Schraube übertragenen) Druck in der eingeschraubten (ersten) Schraubenstellung komprimierbar ist.
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Zur vereinfachten Lagerung des Rastelements oder zur Erreichung einer höheren vorbestimmten Zugkraft kann eine Durchführungsöffnung in der Tragstruktur (zur Durchführung des ersten Endes des Bolzens) vorgesehen und das Rastelement an einer vom Verkleidungsbauteil abgewandten Seite der Tragstruktur (in Durchführungsrichtung hinter der Durchführungsöffnung) angeordnet sein. Die Zugkraft am eingerasteten Bolzen ist so durch Druckkräfte des Rastelements über dessen federnde Abstützung auf die Tragstruktur übertragbar. Ferner ist die vorbestimmte Zugkraft über einen Biegeknickmechanismus (näherungsweise durch die Euler'schen Knickfälle) des federnd abgestützten Rastelements vorbestimmbar.
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Um das Dekompressionselementbefestigungssystem an der Öffnung in der Tragstruktur druckdicht auszubilden, kann die Durchführungsöffnung und das Rastelement von einem druckdichten Gehäuse umschlossen sein. Beispielsweise kann an der vom Verkleidungsbauteil abgewandten Seite der Durchführungsöffnung das Gehäuse eine mit der Tragstruktur druckdicht verbundene Kapselung bilden. Damit sind die Vorteile eines rückseitig an der Tragstruktur angeordneten Rastelements mit denen eines druckdichten Dekompressionselementbefestigungssystems kombiniert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Hülse am Bolzen (vorzugsweise drehfest) befestigt und ragt über das zweite Ende des Bolzens hinaus, so dass die Schraube in einer herausgedrehten (zweiten) Stellung mit einer Verjüngung der Hülse in Anlage kommt. So wird die Schraube verliersicher gehalten. Ferner können Schraube und Bolzen eine vormontierte Baugruppe bilden, wobei die Hülse die Baugruppe zusammenhält. Im Falle der drehfesten Befestigung der Hülse am Bolzen ist die Anlage der Schraube an der Verjüngung vorzugsweise reibschlüssig, um ein Drehmoment von der Schraube auf die Hülse und somit auch auf den Bolzen zu übertragen.
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Zur Drehsicherung der Schraube, beispielsweise gegen ein selbsttätiges Öffnen oder Herausdrehen der Schraube aufgrund von Vibrationen während des Flugs, kann die Mantelfläche der Schraube ein (umlaufendes) Außenprofil aufweisen, das mit einem komplementären Innenprofil der Hülse form- oder reibschlüssig zusammenwirkt. Beispielsweise können die ineinandergreifenden Außen- und Innenprofile eine Wellenform haben. Die Drehsicherung kann dann nur durch Übereinanderschieben zweier Wellenberge überwunden werden. Ein zur Überwindung der Drehsicherung erforderliches Drehsicherungsmoment ist vorzugsweise größer gewählt als durch Vibrationen an der Schraube induzierte Vibrationsmomente und kleiner gewählt als ein Verriegelungsmoment, welches durch das an der Rastvertiefung anliegende Rastelement auf den Bolzen ausgeübt wird und ihn in der Drehverriegelungsstellung hält. Dadurch ist die Schraube in jeder Stellung zwischen der eingeschraubten (ersten) und der herausgedrehten (zweiten) Stellung vibrationsgesichert und (dennoch) drehbar, ohne dass die Schraubendrehung den eingerasteten Bolzen mitdreht.
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Ferner kann zur Festlegung des Drehsicherungsmoments die Hülse einen Längsschlitz aufweisen und aus einem federelastischen Material gefertigt sein. In diesem Fall erfordert das Überwinden der Drehsicherung eine Aufweitung des Längsschlitzes, so dass das Drehsicherungsmoment aus dem Schermodul der Hülse bestimmbar ist.
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Zur besseren axialen Führung des Bolzens können am ersten Ende wenigstens zwei gegenüberliegende Rastvertiefungen vorgesehen sein. Zur Sicherstellung einer definierten axialen Verriegelungstiefe des Bolzens können zudem an den gegenüberliegenden Rastvertiefungen am ersten Ende des Bolzens keilförmige, sich in Richtung des zweiten Endes aufweitende Anlaufschrägen vorhanden sein. Die Anlaufschrägen können nahezu ebene Flächen oder (bei einem rotationssymmetrischen Bolzen) konisch sein. Die Verriegelungstiefe des Bolzens ist durch den Eingriff der Rastelemente in die Rastvertiefungen definiert. Im Falle einer bei der Montage über die Verriegelungstiefe hinausgehenden Annäherung (beispielsweise durch übermäßiges Eindrücken) des Bolzens an das Rastelement drücken Keilkräfte den Bolzen wieder zurück bis zum Erreichen der definierten Verriegelungstiefe.
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Die gegenüberliegenden Rastvertiefungen können eine (kleinere) innere Abmessung und eine (größere) äußere Abmessung aufweisen. Ferner kann der Bolzen rechtwinklig zu den gegenüberliegenden Rastvertiefungen eine im Wesentlichen einheitliche Querabmessung aufweisen. Die Querabmessung ist eine im Wesentlichen quer zur Längsachse des Bolzens verlaufende Abmessung, d. h. die Querabmessung steht im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Bolzens und senkrecht zur äußeren/inneren Abmessung. Dadurch kann der eingerastete Bolzen (zusätzlich zur vorbestimmten Verriegelungstiefe) eine definierte Drehverriegelungsstellung einnehmen. Auch ist so eine definierte Drehstellung der mit dem Bolzen verbundenen Hülse realisierbar.
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Zum Vorteil einer leichten Lösbarkeit und Entnahmemöglichkeit des Bolzens bei einer Demontage des Dekompressionselementbefestigungssystems kann die Querabmessung im Wesentlichen gleich der äußeren Abmessung sein. Bei einer Drehung des eingerasteten Bolzens um 90° laufen dann die einander gegenüberliegenden Rastelemente auf einem nicht kreisförmigen (beispielsweise ellipsoidalen) Bolzenumfang aus den Rastvertiefungen heraus. Dabei wird das Rastelement von der inneren Abmessung auf die äußere Abmessung aufgeweitet oder gespreizt. Durch eine solche Drehung können die gegenüberliegenden Rastelemente ihre Rastvertiefungen ohne großen Kraftaufwand (insbesondere ohne die vorbestimmte Zugkraft aufzubringen) verlassen und der Bolzen eine (gegenüber der Drehverriegelungsstellung um 90° gedrehte) Lösestellung einnehmen.
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Alternativ kann die Rastvertiefung am ersten Ende als eine am Bolzen umlaufende Nut ausgebildet sein. In diesem Fall ist der Bolzen in der Verriegelungsposition drehbar, ohne dass Rastelement und Rastvertiefung außer Eingriff kommen. Um auch in diesem Fall eine Demontage zu vereinfachen, können ferner (für jedes der Rastelemente) zwei gegenüberliegende Längsnuten am ersten Ende des Bolzens vorgesehen sein. Diese Längsnuten legen dann ebenfalls eine Lösestellung des Bolzens fest, in der die Rastelemente aus der umlaufenden Rastvertiefung gelöst werden und entlang der Längsnuten (vom ersten Ende des Bolzens) gleiten können.
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Eine solche Drehung zwischen Verriegelungsstellung und Lösestellung des Bolzens ist (bei beiden Ausführungsformen) insbesondere in Verbindung mit der am Bolzen befestigten Hülse elegant realisierbar, indem eine (weitere) Drehung der Schraube in der herausgedrehten (zweiten) Stellung den Bolzen aus der Verriegelungsstellung in die Lösestellung dreht. Die in der herausgedrehten (zweiten) Stellung an der Hülse drehfest anliegende Schraube kann ein Drehmoment auf die am Bolzen befestigte Hülse übertragen und so den Bolzen drehen. Dazu muss lediglich eine (Links-)Drehung, die die Schraube in die herausgedrehte (zweite) Stellung gebracht hat, um eine weitere Vierteldrehung fortgesetzt werden. Insbesondere kann die Drehung der Schraube in der herausgedrehten (zweiten) Stellung jedes (der dem wenigstens einen Bolzen zugeordneten) Rastelemente aus seinem Eingriff mit der Rastvertiefung herausdrücken.
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Um eine über die Vierteldrehung hinausgehende Drehung des Bolzens zu verhindern, kann wenigstens ein (feststehender) Anschlag tragstrukturseitig vorhanden sein und der Bolzen an seinem ersten Ende einen (als drehbarer Anschlag fungierenden) Fortsatz aufweisen, der in der Lösestellung des Bolzens am Anschlag anliegt. So vereinfacht sich die Demontage dahingehend, dass eine die Schraube aus der eingeschraubten (ersten) Stellung in die herausgedrehte (zweite) Stellung führende Drehung über die herausgedrehte (zweite) Stellung hinaus unter Mitführung des Bolzens bis zum Erreichen der Lösestellung ”blind” fortgesetzt werden kann. Der Wechsel des Drehmechanismus von Schraubbewegung zu Hülsendrehung erfolgt dabei automatisch und bleibt von einem Benutzer unbemerkt.
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Zur Platzersparnis kann die Schraube ein Innengewinde aufweisen, in das ein Außengewinde des Bolzens eingreift. Auch kann der das (umlaufende) Außenprofil aufweisende Abschnitt der Schraube zugleich auf einer Innenseite das Innengewinde aufweisen, zur Verkleinerung der Bauform und Gewichtseinsparung.
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Die vorbestimmte Zugkraft des Dekompressionselementbefestigungssystems kann zum schnellen Ansprechen im Dekompressionsfall mit einer Wirkfläche des durch das Dekompressionselementbefestigungssystem befestigten Verkleidungsbauteils und einer erwarteten Dekompressionsdruckdifferenz sowie einer Anzahl weiterer Bolzen (oder Befestigungspunkte) abgestimmt sein. Die vorbestimmte Zugkraft kann kleiner (und in der selben Größenordnung wie) eine Dekompressionskraft gewählt werden. Die Dekompressionskraft kann in erster Näherung aus dem Produkt von Wirkfläche und Dekompressionsdruckdifferenz geteilt durch die Anzahl an Bolzen bestimmt sein.
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Zur Erfüllung vorgegebener Durchbrandzeiten kann das Dekompressionselementbefestigungssystem, insbesondere jeder Bolzen, aus feuerfesten, vorzugsweise metallischen Werkstoffen gefertigt sein.
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Das Verkleidungsbauteil kann mehrere Durchgangsausnehmungen zur Aufnahme je eines Bolzens des Dekompressionselementbefestigungssystems und zumindest teilweise elastische Dichtungsflächen aufweisen. Die elastischen Dichtungsflächen können mit Halteflächen einer Tragstruktur des Flugzeugs in Anlage bringbar sein. Da eine Dekompressionsdruckdifferenz auf die volle Fläche des Verkleidungsbauteils wirkt, besitzt das Dekompressionselementbefestigungssystems gegenüber herkömmlichen Dekompressionsrahmen wesentlich verkürzte Ansprechzeiten und ermöglicht durch den erheblich größeren Strömungsquerschnitt ferner einen rascheren Druckausgleich.
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Alternativ oder ergänzend zu einer in der Dekompressionselementbefestigungsvorrichtung integrierten Drehsicherung können an den Durchgangsausnehmungen Sicherungsscheiben vorhanden sein. Ein Kopf jeder Schraube kann sich über die Sicherungsscheibe am Verkleidungsbauteil abstützen. Die Sicherungsscheiben können zur vereinfachten Montage mit dem Verkleidungsbauteil eine Montageeinheit darstellen und bieten eine besonders einfache Sicherung der Schrauben gegen im Flugbetrieb auftretende Vibrationen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend unter Bezugnahme auf die schematischen Figuren näher beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Dekompressionselementbefestigungssystems bei eingerastetem Bolzen und in einer herausgedrehten Stellung einer Schraube;
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2 die Schnittansicht des Dekompressionselementbefestigungssystem aus 1 in einer eingeschraubten Stellung der Schraube;
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3 die Schnittansicht des Dekompressionselementbefestigungssystem aus 1 in der eingeschraubten Stellung der Schraube und in einer Lösestellung des Bolzens;
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4 eine Schnittansicht einer verkleidungsseitig vorgesehenen, die Schraube, den Bolzen und eine Hülse umfassenden Baugruppe in der eingeschraubten Stellung;
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5 eine Schnittansicht der Baugruppe aus 4 in der herausgedrehten Stellung;
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6 einen Querschnitt einer in der Baugruppe der 4 und 5 integrierten Drehsicherung der Schraube;
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7 eine Aufsicht auf eine strukturseitig vorgesehene, ein Rastelement umfassende Baugruppe;
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8 eine Schnittansicht der Baugruppe aus 7 parallel zum Rastelement; und
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9 eine Schnittansicht der Baugruppe aus 7 quer zum Rastelement.
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1 zeigt ein allgemein mit 10 bezeichnetes Dekompressionselementbefestigungssystem, das zur dekompressionssensitiven Befestigung, d. h. in einem Dekompressionsfall selbständig lösbaren Befestigung, eines als Dekompressionselement wirkenden Verkleidungsbauteils 12 an einer Tragstruktur 14 in einem Flugzeuginnenbereich vorgesehen ist. Die gezeigte Schnittebene steht senkrecht zum Verkleidungsbauteil 12 und verläuft durch den Befestigungspunkt.
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Zur druckdichten Unterteilung des Flugzeuginnenbereichs ist am Verkleidungsbauteil 12 eine Schaumstoffdichtung 16 aufgeklebt, die in diesem Ausführungsbeispiel aus dem feuerdämmenden Silikonelastomer ABS5006 besteht. Die Dichtung 16 muss nicht vollflächig auf der der Tragstruktur 14 zugewandten Seite 18 des Verkleidungsbauteils 12 aufgebracht sein. Vielmehr genügt zur druckdichten Ausführung eine den Befestigungspunkt (beispielsweise kreisförmig) als Band umgebende Dichtung 16.
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Wenn mehrere einzelne Verkleidungsbauteile 12, beispielsweise (Decken-)Paneele zur Bereichsunterteilung eingesetzt sind, sind an aneinander angrenzenden Kanten (nicht gezeigt) der Verkleidungsbauteile 12 ebenfalls Dichtungen zwischen den Verkleidungsbauteilen vorhanden.
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An der Tragstruktur 14 ist ein mit einem Bolzen 20 auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Bolzens 20 zusammenwirkendes, zu einer Bolzenachse 21 hin vorgespanntes Rastelement 22 im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Blattfeder ausgebildet. Das Rastelement 22 hat eine zur Tragstruktur 14 parallele Basis 23 und zwei sich von ihr aus der Ebene der Basis 23 und zur Bolzenachse 21 symmetrisch erstreckende Arme 25, derart, dass die Basis 23 und die zwei Arme 25 ein annähernd dreieckiges Querschnittsprofil des Rastelements 22 bilden. Enden 24 der Arme 25 sind nach außen umgebördelt. Das Rastelement 22 erstreckt sich senkrecht zur Schnittebene der 1 mit ebenen Flächen und liegt in einer in 1 gezeigten Verriegelungsstellung des Bolzens 20 mit seinen Enden 24 jeweils an einer von zwei Rastvertiefungen 26 an einem der Tragstruktur 14 zugewandten ersten Ende 28 des Bolzens 20 an. Die Rastvertiefungen 26 werden aus einem sich zum ersten Ende 28 hin verjüngenden Keilkörper 30 und zwei in der in 1 gezeigten Schnittebene quer zur Achse des Bolzens 20 verlaufenden Vorsprüngen 32 gebildet.
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Zur Herstellung des Keilkörpers 30 wird z. B. ausgehend von einem annähernd zylindrischen oder leicht konischen Bolzenabschnitt die in 1 gezeigte, sich linear in Richtung auf die Rastvertiefung 26 verjüngende Keilform des Keilkörpers 30 mit zwei sich am Bolzen 20 gegenüberliegenden Anlaufflächen 33 herausgefräst. Dabei verjüngt sich der Bolzen 20 nur in einer (in der Schnittebene der 1 liegenden) Querachse bis zu einem Grund der Rastvertiefung 26 auf eine innere Abmessung W2 und weitet sich an den seitlichen Vorsprüngen 32 auf eine äußere Abmessung W1. In einer zweiten, zu der in 1 gezeigten Querachse senkrechten Querachse des Bolzens 20 bleibt eine Querabmessung des Bolzens 20 entlang des ersten Endes 28 unverändert, wie nachfolgend unter Bezug auf 3 näher beschrieben ist.
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Tragstrukturseitig ragt der Bolzen 20 durch eine Öffnung 34 in der Tragstruktur 14 und erreicht dort das Rastelement 22. Um eine Fluidverbindung zwischen den zu trennenden Innenbereichen durch die Öffnung 34 zu blockieren, ist die Öffnung 34 einschließlich des Rastelements 22 von einem Gehäuse 36 umgeben, das an einer vom Verkleidungsbauteil 12 abgewandten Seite 37 der Tragstruktur 14 mit der Tragstruktur 14 druckdicht abschließt und tragfähig verbunden ist.
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Verkleidungsseitig ragt ein zweites Ende 38 des Bolzens 20 in eine Durchgangsausnehmung 39 des Verkleidungsbauteils 12. Am zweiten Ende 38 greift ein Außengewinde 40 des Bolzens 20 in ein entsprechendes Innengewinde 42 einer Schraube 44 ein. Ein Schraubenkopf 46 der Schraube 44 liegt formschlüssig in einer Sicherungsscheibe 48, über die die Schraube 44 das Verkleidungsbauteil 12 gegen die Tragstruktur 14 pressen kann.
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In der in 1 gezeigten, relativ zum Bolzen 20 herausgedrehten Stellung der Schraube 44 ist eine Länge L1 von der Rastvertiefung 26 bis zum Schraubenkopf 46 am größten. Ein darüber hinausgehendes Herausdrehen der Schraube 44 wird durch eine am Bolzen 20 drehfest verklemmte Hülse 50 verhindert, indem bei Erreichen der herausgedrehten Stellung der Schraube 44 ein sich zum Innengewinde 42 hin verbreiternder Schaft 52 der Hülse 50 an einem sich verengenden Endabschnitt 54 der Hülse 50 anschlägt. Zum Einen können so die Gewinde 40, 42 nicht versehentlich außer Eingriff gebracht werden. Zum Anderen entsteht durch zwischen dem Schaft 52 und dem Endabschnitt 54 wirkende Keilkräfte ein Reibschluss, der es erlaubt ein Drehmoment von der Schraube 44 auf die Hülse 50 zu übertragen.
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Zur Montage des Dekompressionselementbefestigungssystems 10 wird in einem ersten Schritt eine den Bolzen 20, die Schraube 44 und die Hülse 50 umfassende Baugruppe in die Öffnung 34 hineingedrückt, wobei die Vorsprünge 32 das Rastelement 22 spreizen, so dass dessen Enden 24 über das erste Ende 28 des Bolzens 20 gleiten, um unter Wirkung der Vorspannung beim Erreichen der Verriegelungsstellung des Bolzens 20 in die Rastvertiefungen 26 einzugreifen. Da dabei die Schraube 44 in der herausgedrehten Stellung ist, erfordert das Erreichen der Verriegelungsstellung keinen besonderen Kraftaufwand. Die Anlaufflächen 33 des Keilkörpers 30 sorgen für den Fall eines zu tiefen Einführens des Bolzens 20 dafür, dass der Bolzen unter Wirkung der Federkraft des Rastelements 22 oder an den Anlaufflächen 33 auflaufenden Anne 25 des Rastelements 22 wieder mit den Enden 24 in die Rastvertiefungen 26 zurückgedrängt wird. Damit ist in der Verriegelungsstellung eine definierte Verrieglungstiefe des Bolzens 20 gegeben.
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Der Bolzen 20 ist nun, d. h. in der Verriegelungsstellung, auf Zug belastbar bis zum Überschreiten einer vorbestimmten Zugkraft, bei der die Enden 24 des Rastelements 22 aus den Rastvertiefungen 26 herausgedrängt werden. Eine typische Größenordnung für die vorbestimmte Zugkraft je Bolzen 20 beträgt 750 N.
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Zum Abschluss der Montage des Dekompressionselementbefestigungssystems 10 wird in einem zweiten Schritt die Schraube 44 eingedreht, wobei sich der Abstand zwischen Rastvertiefung 26 und Schraubenkopf 46 von L1 in der herausgeschraubten Stellung auf L2 in einer in 2 gezeigten eingeschraubten Stellung verkürzt. Dabei wird eine Oberfläche 56 der Dichtung 16 gegen eine dem Verkleidungsbauteil 12 zugewandte Seite 58 gepresst. Eventuelle Unebenheiten in den Flächen 56, 58 sowie Toleranzen im Verkleidungsbauteil 12 und der Tragstruktur 14 werden durch die Elastizität der Dichtung 16 ausgeglichen, die in der eingeschraubten Stellung auf etwa ihre halbe ursprüngliche Schichtdicke komprimiert ist.
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Die Schraube 44 weist am Schraubenkopf 46 eine Torx-Kupplung 60 auf, über die die Schraube 44 mit einem definierten Drehmoment, vorzugsweise zwischen 0,4 Nm und 0,8 Nm, in der eingeschraubten Stellung angezogen ist. Da der Anpressdruck durch die Gewindepaarung 40, 42 erzeugt wird, erfordert das Anpressen der Dichtung ebenfalls keinen besonderen Kraftaufwand bei der Montage.
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Damit ist die Montage an dem in den 1 und 2 gezeigten Befestigungspunkt abgeschlossen. Ein komplettes Dekompressionssystem (nicht gezeigt) umfasst mehrere solcher Befestigungspunkte und bei der Montage werden zunächst die in Ecken des Verkleidungsbauteils 12 angeordneten Bolzen 20 in die Verriegelungsstellung gedrückt, um das Verkleidungsbauteil 12 grob zu fixieren. Eine Feinjustage schließt sich im Zuge des zweiten Schritts des Eindrehens der Schrauben 44 an.
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3 zeigt die Demontage des Dekompressionselementbefestigungssystems 10. In einem ersten Demontageschritt wird die Schraube 44 aus der eingeschraubten Stellung der 2 in die herausgedrehte Stellung der 1 gedreht. Dabei expandiert die elastische Dichtung 16.
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In einem zweiten Demontageschritt, der sich unterbrechungslos an den ersten zur Erleichterung der Demontage anschließt, wird durch eine weitere Vierteldrehung der Schraube 44 (in gleicher Drehrichtung wie beim ersten Demontageschritt) über die am verengten Endabschnitt 54 reibschlüssig anliegende Schraube 44 ein Drehmoment auf die Hülse 50 übertragen, wodurch sich Hülse 50 und der mit der Hülse drehfest verbundene Bolzen 20 um 90° drehen. Dabei wird das Rastelement 22 auf die rechtwinklig zur in 1 gezeigten äußeren Abmessung W1 verlaufende und in 3 gezeigte Querabmessung W'1 gespreizt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die Querabmessung W'1 der äußeren Abmessung W1. In dieser Lösestellung des Bolzens 20 liegt ein als drehbarer Anschlag ausgebildeter Fortsatz 62 an zwei gegenüberliegend im Gehäuse 36 angeordneten Festanschlägen 64, 66 an und verhindert ein Überdrehen (über die Lösestellung hinaus) der aus Schraube 44, Bolzen 20 und Hülse 50 bestehenden Baugruppe.
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In der Lösestellung des Bolzens 20 können die umgebördelten Enden 24 der Arme 25 des Rastelements 22, ohne in eine rückhaltende Rastvertiefung 26 zu laufen, mit geringem Kraftaufwand über das erste Ende 28 des Bolzens 20 gleiten, da dieses bis zum Bolzen eine im Wesentlichen einheitliche Querabmessung W'1 hat. Mit der Entnahme der Baugruppe 20, 44, 50 aus der Durchgangsausnehmung 39 ist die Demontage des Befestigungspunktes abgeschlossen.
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Der erwähnte Fortsatz 62 wirkt ferner bereits beim ersten Montageschritt mit dem Rastelement 22 so zusammen, dass der Bolzen 20 beim Eindrücken automatisch die in den 1 und 2 gezeigte Drehstellung (und nicht die der Lösestellung der 3 entsprechende, um 90° gedrehte Drehstellung) einnimmt.
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Die 4 und 5 zeigen vergrößerte Einzelschnittansichten der verkleidungsseitigen Baugruppe mit der Schraube 44, der Hülse 50 und dem Bolzen 20. Am Bolzen 20 sind Abflachungen 68 einander gegenüberliegend angeordnet, auf denen flächige Abschnitte 70 der Hülse 50 verklammert anliegen und eine drehfeste Verbindung zwischen Hülse 50 und Bolzen 20 herstellen.
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Eine detaillierte Geometrie der Rastvertiefungen 26 legt zusammen mit einer Geometrie des Rastelements 22 die vorbestimmte Zugkraft fest, bis zu der die Rastvertiefungen 26 Zugkräfte über das Rastelement 22 auf die Tragstruktur 14 übertragen können.
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5 zeigt einen Einschraubweg S = L1 - L2 zwischen der in 4 gezeigten eingeschraubten Stellung und der in 5 gezeigten herausgedrehten Stellung der Schraube 44.
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Durch eine in 6 gezeigte Drehsicherung der Schraube 44 relativ zur Hülse 50 sind die eingeschraubte Stellung, die herausgedrehte Stellung und dazwischenliegende Drehstellungen der Schraube gegen im Flugbetrieb auftretende Vibrationen gesichert. Die Drehsicherung ist vollständig in die in den 4 und 5 gezeigte Baugruppe integriert, bei der eine Außenseite 72 der Schraube 44 ein dreizähliges wellenförmiges Umlaufprofil aufweist, das mit einem komplementären auf einer Innenseite 74 der Hülse 50 ausgebildeten Umlaufprofil zusammenwirkt. In einer drehgesicherten Stellung der Schraube 44 fällt ein Wellenberg 76 auf der Seite 72 mit einem Wellental 78 auf der Seite 74 zusammen. Das Drehsicherungsmoment ist jenes Drehmoment, das notwendig ist, um Wellenberge übereinander hinweg zu schieben. Da dies eine Aufweitung des Hülsendurchmessers erfordert, besitzt die Hülse einen Längsschlitz 79. Aus einer Oberflächenreibung zwischen der Außenseite 72 und der Innenseite 74 sowie einem Schermodul des Hülsenmaterials ist das Drehsicherungsmoment berechen- und festlegbar.
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7 zeigt eine tragstrukturseitige Baugruppe mit dem Rastelement 22, einer zur Öffnung 34 konzentrischen Bohrung 80 in der Basis 23 des Rastelement 22, den Festanschlägen 64 und 66 und einer Nietplatte 82 mit Nietöffnungen 84 und 86 zum Vernieten der in 7 gezeigten tragstrukturseitigen Baugruppe mit der Tragstruktur 14. Schnittansichten parallel zum Rastelement 22 (A-A) und quer zum Rastelement 22 (B-B) sind in den 8 bzw. 9 gezeigt.
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Ein nicht gezeigtes Ausführungsbeispiel des Dekompressionselementbefestigungssystems verwendet ein Deckenpaneel eines Frachtraums als Verkleidungsbauteil 12. Bei einem Druckabfall im Frachtraum löst das Dekompressionselementbefestigungssystem 10 das Deckenpaneel von einer Sekundärstruktur des Flugzeugs (sogenannte ”Blow-In”-Dekompression).
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Das erfindungsgemäße Dekompressionselementbefestigungssystems 10 vereinigt fünf Funktionen in einer Vorrichtung. Zum Einen wird während des normalen Flugverlaufs ein Verkleidungsbauteil durch das Dekompressionselementbefestigungssystem 10 an der Primär- oder Sekundärstruktur des Flugzeugs gehalten.
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Zum Zweiten löst das Dekompressionselementbefestigungssystem 10 im Falle einer schnellen („explosiven”) Dekompression unter der Last des Dekompressionsdifferenzdrucks bei 40 bis 100 hPa, vorzugsweise bei 80 hPa, innerhalb von weniger als 0,2 Sekunden aus. Bereits dadurch verbindet das Dekompressionselementbefestigungssystem 10 zwei bislang unabhängig voneinander gelöste Aufgaben in einem Bauteil bei verbesserten Leistungsdaten und unter Gewichtseinsparung.
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Zum Dritten kann durch geeignete Materialwahl mit dem Dekompressionselementbefestigungssystem 10 die Zulassungsvorschrift CS 25.855 (c), Anhang F, Teil III der Europäischen Agentur für Flugsicherheit (EASA) hinsichtlich Durchbrandwerhalten eingehalten werden.
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Zum Vierten lässt sich durch das Dekompressionselementbefestigungssystem 10 (gegebenenfalls unter Einbeziehung der Dichtung 16) die Zulassungsvorschrift CS 25.365 (e) hinsichtlich Dichtheit erfüllen. Durch den vom Dekompressionselementbefestigungssystem 10 ausgeübten Andruck auf die Dichtung 16 kann die Dichtheit der Verkleidungsbauteile auch im Brandfall sichergestellt werden, so dass die Konzentration an beispielsweise im Frachtraum eingeschlossenen Flammläschmitteln (z. B. Halogenkohlenwasserstoffe, auch Halone genannt) über die festgelegte ETOPS-Zeit aufrechterhalten bleibt. Ferner erlaubt diese Dichtheit im normalen Flugverlauf eine unabhängige Klimatisierung oder Belüftung des Frachtraums. Zur Unterbindung eines Luftstroms aus dem Frachtraum arbeitet eine Belüftungsfunktion im Frachtraum mit einem leichten Unterdruck bezogen auf eine Passagierkabine, beispielsweise von –0,5 mbar.
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Zum Fünften ermöglicht das Dekompressionselementbefestigungssystem 10 eine Einsatzdauer von 1.500 Installations- und Demontagezyklen. Dabei ist das Rastelement 22 bei der wiederholten Spreizung kein limitierender Faktor, so dass im Wesentlichen nur Abrieb an den Rastvertiefungen 26 als die Einsatzdauer begrenzender Einfluss in Betracht kommt, da (wie zuvor unter Bezug auf 4 erwähnt) die Geometrie der Rastvertiefungen 26 für eine genau vorbestimmte Zugkraft mitentscheidend ist.
