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Die Erfindung betrifft einen Ablassstutzen eines Luftfahrzeuges zur Anordnung mindestens einer Auslassöffnung für abzuführende Flüssigkeiten außerhalb der an der Außenhaut entlang strömenden turbulenten Grenzschicht, mit einem gleichzeitig eine Saugstrahlpumpwirkung herbeiführenden aerodynamisch profilierten Gehäuse, an dessen distalem Ende die Auslassöffnung heckweisend angeordnet ist und an dessen proximalem Ende eine Grundplatte zur Befestigung an der Außenhaut vorgesehen ist, welche mindestens eine Einlassöffnung für die abzuführende Flüssigkeit aufweist, wobei innenliegende Leitungsmittel die Einlassöffnung mit der Auslassöffnung verbinden. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Ablassstutzens sowie ein Luftfahrzeug mit einem großvolumigen Rumpf zur Unterbringung von Personen oder Gütern, an dem der erfindungsgegenständliche Ablassstutzen angebracht ist.
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Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf den Luftfahrzeugbau. Insbesondere an Verkehrsflugzeugen werden die hier interessierenden Ablassstutzen, fachsprachlich auch als Drain Mast bezeichnet, eingesetzt, um im Rahmen einer Drainage Flüssigkeiten – wie Kondenswasser, Treibstoffreste, Schmutzwasser – nach außen hin abzuführen. Die Abführung erfolgt dabei in einer Weise, dass die Flüssigkeit außerhalb der der Außenhaut entlang strömenden turbulenten Grenzschicht gebracht wird, um von dort fern gehalten zu werden. Würde dagegen die Flüssigkeit innerhalb der turbulenten Grenzschicht abgeführt werden, so ist eine Verschmutzung der Außenhaut des Luftfahrzeuges zu befürchten. Durch die Formgebung des Ablassstutzens wird in der Regel ein Abstand von ca. 15 bis 20 cm von der Außenhaut des Luftfahrzeuges erzeugt. Gleichzeitig ist das Gehäuse des Ablassstutzens derart aerodynamisch geformt, dass sich an der heck weisenden Auslassöffnung eine Saugstrahlpumpwirkung ergibt, um die Flüssigkeit sicher und zügig nach außen zu befördern. Ein Ablassstutzen ist in der Praxis meist unbeheizt, insbesondere wenn überschüssiger Kraftstoff hierüber nach außen drainiert werden soll.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Aus der
EP 0 654 402 A1 geht ein gattungsgemäßer Ablassstutzen eines Luftfahrzeuges hervor. Der Ablassstutzen besteht im Wesentlichen aus dem vorstehend erläuterten aerodynamisch profilierten Gehäuse mit heckweisender Auslassöffnung. Der Ablaufstutzen ist über eine stirnseitig angeformte Grundplatte an der Außenhaut des Luftfahrzeuges schraubbefestigt. Das Gehäuse ist als Außenschale ausgebildet und besteht aus einem faserverstärkten Kunststoff, der durch ein Harzinjektionsverfahren Urformen hergestellt wird. Nachfolgend werden hierin innenliegende als Rohre ausgebildete Leitungsmittel eingegossen, welche die Verbindung zwischen der stirnseitigen Einlassöffnung und der Auslassöffnung herstellen. Zusätzlich ist ein elektrischer Heizdraht mit eingegossen, um ein Vereisen der Leitungsmittel zu verhindern.
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Dieses Ausgießverfahren erscheint als recht aufwendig und es ist bei dieser technischen Lösung sicherzustellen, dass die innenliegenden Leitungen beim Ausgießen mit Kunstharz in der Sollposition bleiben. Hierzu sind zusätzliche innenliegende Befestigungsmittel vorgesehen. Weiterhin fällt der im Wesentlichen urgeformte Ablassstutzen recht schwer aus.
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Aus der
US 5,655,732 geht ein anderer Ablassstutzen für ein Luftfahrzeug hervor, welcher ebenfalls recht schwer ausfällt, da hier ein sogar mehrschichtiger Wandaufbau ausgegossen wird, um das Gehäuse zu bilden und gleichzeitig separate innenliegende Rohrleitungen zu fixieren. Der Wandaufbau besteht aus einer außenliegenden Schale aus glas- oder karbonfaserverstärktem Kunststoffmaterial, welches an der der Flugrichtung zugewandten Außenkante mit einem zusätzlichen Verstärkungsstreifen aus Metall versehen ist. Nach Innen setzt sich der Wandaufbau mit einer thermischen Isolationsschicht fort, welcher ein wandinnenseitiges großflächiges Heizelement folgt. Der gesamte weitere Innenbereich des Gehäuses ist bis auf die Rohrleitung mit Hartschaum oder dergleichen ausgefüllt.
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Trotz der Verwendung des zellularen Hartschaums erscheint das Gesamtgewicht dieses Bauteils immer noch recht hoch und insbesondere wegen des mehrschichtigen Wandaufbaus und der Integration der Leitungsmittel ist die Herstellung recht aufwendig.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Ablassstutzen eines Luftfahrzeuges sowie ein diesbezügliches Herstellungsverfahren zu schaffen, welches eine einfache Fertigung eines leichtbauenden Ablassstutzens ermöglicht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe wird ausgehend von einem Ablassstutzen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Hinsichtlich eines diesbezüglichen Herstellungsverfahrens wird auf Anspruch 7 verwiesen. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die innenliegenden Leitungsmittel eines Ablassstutzens durch die Innenwandung eines das Gehäuse darstellenden korrosionsarmen Blechmaterials selbst gebildet ist, welches aus maximal zwei miteinander durch Dichtschweißen verbundene Blechschalen besteht, an denen ein einziges, die Grundplatte bildendes Deckbleck angebracht ist.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass der Ablassstutzen rohrleitungsfrei ausgebildet ist und insoweit derartige Bauteile nicht erforderlich sind, um die Ableitungsfunktion zu gewährleisten. Dank der umformtechnischen Herstellung besteht der erfindungsgemäße Ablassstutzen lediglich aus Blechmaterial, welches das Gehäuse bildet. Es sind maximal drei Teile erforderlich, um das Gehäuse samt Deckblech herzustellen, welche mittels Dichtschweißen fest miteinander gefügt werden. Unter dem Begriff Dichtschweißen werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung all diejenigen stoffschlüssigen Verbindungsarten verstanden, welche eine dauerhaft feste Bauteilverbindung sicherstellen. Ganz vorzugsweise erfolgt das Dichtschweißen durch Laserschweißen, um bei möglichst dünnen Blechen eine stabile dichte Verbindung zu erhalten. Daneben ist es jedoch auch denkbar, die Verbindung anderweitig stoffschlüssig zu bewirken.
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Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass das Deckblech zur Bildung der Einlassöffnung mindestens einen ausgestanzten Durchbruch aufweist. Sollten aus sicherheitstechnischen Gründen redundante Einlassöffnungen gefordert sein, so ist es durchaus auch möglich, mehrere derartige Durchbrüche in fertigungstechnisch einfacher Weise durch Stanzen zu erzeugen. Ebenfalls lässt sich umformtechnisch auch ein Anschlussdom im Bereich des mindestens einen Durchbruchs anformen. Mit dem umformenden Fertigungsschritt kann gleichzeitig auch die Außenkontur des Deckbleches mit ausgestanzt werden, so dass keine weitere Nachbearbeitung vor dem Anschweißen an die übrigen gehäusebildenden Bauteile erforderlich ist. Alternativ hierzu ist es auch denkbar, die Grundplatte durch Fräsen aus einem dicken Blechmaterial herzustellen, um eventuell anwendungsbedingt eine stabilere Struktur zu erreichen.
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Die übrigen gehäusebildenden Bauteile bestehen vorzugsweise aus zwei spiegelsymmetrisch zu den beiden Blechschalen umgeformten Blechplatten, die aus einem korrosionsarmen Leichtmetall bestehen sollten, um eine möglichst hohe Gewichtseinsparung zu erzielen. Als besonders geeignetes Leichtmetallmaterial kommt vorzugsweise Titan oder eine Titanlegierung zum Einsatz.
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Gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, die seitens der Blechschalen angeordnete Auslassöffnung durch einander zur Anlage kommende halbkreisförmige oder ovale Ausnehmung der jeweiligen Blechschale zu bilden. Somit wird dieser Auslassöffnung durch das Umformen der Blechplatten zur Blechschale erzeugt und beim Aneinanderfügen der beiden spiegelsymmetrischen Blechschalen ergibt sich die vollständige Auslassöffnung.
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Einem Hauptgedanken der vorliegenden Erfindung folgend ist es nicht erforderlich, zwischen der so gebildeten Auslassöffnung und der in der Grundplatte vorhandenen Einlassöffnung separate Rohrleitungen oder dergleichen zu verlegen. Die Flüssigkeit gelangt ausgehend von der Einlassöffnung über das Gehäuseinnere zur Auslassöffnung, wovon die Flüssigkeit durch den Saugpumpeffekt bedingt nach außen transportiert wird. Die vorzugsweise aus Titan oder einer Titanlegierung bestehenden Blechschalen sowie die Deckplatte sind nicht korrosionsanfällig, so dass eine Zerstörung des Gehäuses von innen nach außen in Folge einer Korrosionseinwirkung der Flüssigkeit auf das Gehäusematerial nicht zu befürchten ist.
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Der vorstehend beschriebene Ablassstutzen lässt sich erfindungsgemäß besonders einfach herstellen, indem die folgenden wenige Herstellungsschritte durchlaufen werden:
- – Zwei zur Ausbildung der Blechschalen vorgesehene ebene Blechplatten werden über Dichtschweißen entlang des das Gehäuse bildenden Umfangsbereichs fest miteinander verbunden, wobei stirnseitige Bereiche hiervon ausgenommen sein sollen.
- – Die so vorkonfektionierte Blechplattenanordnung wird in ein die Kontur des Gehäuses aufweisendes Innendruck-Umformwerkzeug eingelegt und materialerweichend erhitzt.
- – Die erhitzte Blechplattenanordnung wird durch Druckzugabe zwischen den Blechplatten innenhochdruckverformt, bis die gewünschte Form des Gehäuses erreicht ist.
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Der durch dieses Herstellungsverfahren erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass sich die Außengeometrie als Integralteil in einem einzigen formgebenden Umformschritt herstellen lässt. Zur Vorbereitung sind die beiden Blechplatten lediglich an den erforderlichen Umfangsbereichen, also denjenigen Stellen, welche nicht für das stirnseitige Anbringen des Deckblechs sowie für die Auslassöffnung vorgesehen ist, dichtend stoffschlüssig miteinander zu verbinden. Für das Innendruckumformen kann beispielsweise das sogenannte Superplastic Forming (SPF) verwendet werden. Um die vorkonfektionierte Blechplattenanordnung innerhalb des Innendruck-Umformwerkzeugs zu fixieren, können eckseitige Stifte am Rand der Blechplattenanordnung angebracht werden, die in das Umformwerkzeug eingreifen und nach dem Umformen wieder entfernt werden.
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Gemäß einer das Herstellungsverfahren verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, die vorkonfektionierte Blechplattenanordnung je nach Material im Innendruck-Umformwerkzeug auf ca. 700 bis 1100°C, zu erhitzen. Werden Blechplatten aus Titan verwendet, so ist eine Erhitzung auf ca. 900°C ausreichend, um den Umformprozess zu begünstigen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere, die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 eine Seitenansicht eines Luftfahrzeugs mit heckseitig angeordnetem Ablassstutzen,
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2 eine perspektivische Seitenansicht des Gehäuses ohne Deckblech,
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3 eine perspektivische Ansicht eines Deckbleches für das Gehäuse nach 2,
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4 eine perspektivische Ansicht eines zusammengebauten Ablassstutzens, und
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5a–5c eine das Herstellungsverfahren für den Ablassstutzen illustrierende schematische Bildsequenz.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Gemäß 1 weist das hier dargestellte Luftfahrzeug einen großvolumigen Rumpf 1 auf, welcher der Unterbringung von Personen und Gütern dient und an dessen Außenhaut 2 heckseitig ein Ablassstutzen 3 angebracht ist.
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Gemäß 2 ist eine Auslassöffnung 4 am distalen Ende eines Gehäuses 5 des Ablassstutzens angeordnet. Durch die Gestalt des Gehäuses 5 wird die Auslassöffnung 4 heckweisend und derart beabstandet von der – nicht dargestellten – Außenhaut des Luftfahrzeuges platziert, das die durch das Gehäuse 5 geleitete Flüssigkeit außerhalb der turbulenten Grenzschicht an der Außenhaut des Luftfahrzeuges gelangt.
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Durch den Bereich der Innenwandung 10 des Gehäuses 5 werden die Leitungsmittel zum Abführen der Flüssigkeit Richtung Einlassöffnung 7 gebildet. Damit ist das Gehäuse 5 im Prinzip hohl ausgebildet und enthält keine weiteren Bauteile. Die Auslassöffnung 4 am Gehäuse 5 wird durch zur Anlage kommende halbkreisförmige Ausnehmungen 11a und 11b jeweils zugeordneter Blechschalen 12a bzw. 12b gebildet. Die beiden Blechschalen 12a und 12b, aus denen das hier dargestellte Gehäuse 5 besteht, sind aus spiegelsymmetrisch umgeformten Blechplatten aus Titan hergestellt.
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Mit dem in 3 dargestellten Deckblech 6 wird das vorstehend beschriebene Gehäuse 5 verschlossen. Das Deckblech 6 weist einen langlochförmigen ausgestanzten Durchbruch 8 zur Bildung einer Einlassöffnung 7 für den Ablassstutzen auf. Diverse kleinere Durchbrüche 9 sind zum Befestigen des Ablassstutzens an der Außenhaut des Luftfahrzeuges mittels Schrauben vorgesehen.
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Gemäß 4 sind die beiden Blechschalen 12a und 12b gemeinsam mit dem Deckblech 6 durch Laserschweißen dicht geschweißt, um das geschlossene Gehäuse 5 zu bilden, welches einen unbeheizten Ablassstutzen 3 ergibt.
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Die Wesentlichen Herstellungsschritte zur Fertigung des vorstehend beschriebenen innenleitungsfreien und spanungsfrei hergestellten Ablassstutzens verlaufen wie folgt: Zunächst werden nach 5a zwei spiegelsymmetrisch ausgestanzte Blechplatten 13a und 13b an den gehäusebildenden Randbereichen 14a und 14b durch Dichtschweißen fest miteinander verbunden. Ferner werden mehrere Stifte 15 am Umfang der Blechplattenanordnung nach außen weisend angeschweißt.
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Gemäß 5b dienen die – nicht weiter dargestellten – Stifte einem Fixieren der so vorkonfektionierte Blechplattenanordnung innerhalb eines Innendruck-Umformwerkzeugs 16. Die beiden Blechplatten 13a und 13b werden hierin unter geringer Beabstandung zueinander angeordnet. Das Innendruck-Umformwerkzeug 16 beinhaltet die Kontur des fertigen Gehäuses im Bereich der Blechschalen.
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Gemäß 5c wird nach einem verformungsfördernden Erhitzen der Blechplattenanordnung hydraulischer Druck in einen Innenraum 17 des Innendruck-Umformwerkzeugs 16 gegeben, so dass sich die beiden Blechplatten 13a und 13b an die Form des Innendruck-Umformwerkzeugs 16 anlegen.
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In einem letzten Fertigungsschritt ist lediglich noch das Deckblech 6 stirnseitig der umgeformten Blechschalenanordnung anzuschweißen.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rumpf
- 2
- Außenhaut
- 3
- Ablassstutzen
- 4
- Auslassöffnung
- 5
- Gehäuse
- 6
- Deckblech
- 7
- Einlassöffnung
- 8
- Durchbruch
- 9
- Durchbruch (klein)
- 10
- Innenwandung
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Blechschale
- 13
- Blechplatte
- 14
- Randbereich (verschweißt)
- 15
- Stift
- 16
- Innendruck-Umformwerkzeug
- 17
- Innenraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0654402 A1 [0003]
- US 5655732 [0005]
