-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestücken einer Außenhaut aus einem faserverstärkten Verbundmaterial eines Luftfahrzeugs mit einem Kabinenfenster, ein Kabinenfenster sowie ein Luftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
-
Wie beispielsweise in der Patentanmeldung
DE 10 2006 053 967 A1 gezeigt, werden Kabinenfenster eines Flugzeugs herkömmlicherweise in einen Rumpfausschnitt eingesetzt und über ihren Fensterrahmen mit der Außenhaut des Flugzeugs vernietet. Die Vernietung bzw. die Verwendung von mechanischen Verbindungselementen ist jedoch bei faserverstärkten Bauteilen nur bedingt geeignet, da die Verbindungselemente und insbesondere die Bohrungen zur Aufnahme der Verbindungselemente eine erhebliche Schwächung der jeweiligen Struktur bedeuten. Darüber hinaus bestehen die Verbindungselemente meist aus einem metallischen Werkstoff, was beispielsweise bei kohlenstofffaserverstärkten Bauteilen zu einer Korrosion führen kann. Des Weiteren können unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der metallischen Verbindungselemente und der kunststoffbasierten Bauteile eine Entstehung von Spannungen zwischen den Verbindungselementen und den Bauteilen bewirken, die über die Verbindungselemente aufgenommen werden müssen.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Bestücken einer Außenhaut aus einem faserverstärkten Verbundmaterial eines Luftfahrzeuges mit einem Kabinenfenster, das die vorgenannten Nachteile beseitigt und strukturmechanisch die Außenhaut im Bereich des Kabinenfensters stabilisiert, sowie ein Kabinenfenster für ein Luftfahrzeug und ein Luftfahrzeug mit derartigen Kabinenfenstern zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 1, durch ein Kabinenfenster mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 sowie durch ein Luftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestücken einer Außenhaut aus einem faserverstärkten Verbundmaterial eines Luftfahrzeugs mit einem Kabinenfenster wird zuerst ein Fensterrahmen aus einem faserverstärkten Verbundmaterial an einen Außenhautabschnitt zur Definition eines Fensterausschnitts angebunden. Anschließend wird der Fensterausschnitt ausgeschnitten bzw. ausgefräst. An der erfindungsgemäßen Lösung ist insbesondere vorteilhaft, dass auf jegliche mechanische Verbindungselemente wie Nieten zur Befestigung des Fensterrahmens verzichtet wird und stattdessen dieser ausschließlich mit der Außenhaut verklebt bzw. verbacken wird. Hierdurch erfolgt keine Schwächung der Außenhaut im Bereich des Fensterausschnittes, sondern vielmehr eine sehr gute Aussteifung bzw. Stabilisierung. Weiterhin wird die Montage bzw. Anbindung des Fensterahmens erleichtert, da Bohrungen für die Verbindungselemente und das Setzen derselben per se nicht mehr notwendig sind. Durch den Wegfall der metallischen Verbindungselemente ist ferner eine Korrosion im Bereich des Fensterrahmens nicht zu befürchten. Des Weiteren sind aufgrund der fehlenden Verbindungselemente unterschiedliche Wandstärken der Außenhaut nicht zu berücksichtigen. Darüber hinaus weisen der Fensterrahmen und die Außenhaut aufgrund der gleichen Materialien bzw. der großen Materialähnlichkeit gleiche bzw. im Wesentlichen gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, so dass das Entstehen von Wärmespannungen zwischen den Fensterrahmen und der Außenhaut verhindert wird.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird der Fensterrahmen im ausgehärteten Zustand an den Außenhautabschnitt angebunden. Hierdurch wird eine vereinfachte Handhabung und Positionierung des Fensterrahmens erreicht, da aufwändige Stützelemente des Fensterrahmens zur Positionierung an dem Außenhautabschnitt entfallen.
-
Zur Erzielung einer optimalen Anbindung zwischen dem Fensterrahmen und der Außenhaut ist es vorteilhaft, wenn die Außenhaut im nicht ausgehärteten Zustand vorliegt und erst bei der Anbindung des Fensterrahmens ausgehärtet wird. Dies kann beispielsweise im Rahmen eines Autoklavprozesses erfolgen.
-
Die Aufnahme eines Scheibenpakets kann über einen Aufnahmerahmen erfolgen, der in den Fensterausschnitt eingesetzt und an dem Fensterrahmen abgestützt wird. Der Aufnahmerahmen erleichtert insbesondere das Ausschneiden des Fensterausschnittes aus der Außenhaut, da dieser getrennt von dem Fensterrahmen hergestellt und erst nach dem Ausschneiden des Fensterausschnittes mit diesem verbunden wird.
-
Zur Verspannung des Scheibenpakets in dem Fensterrahmen kann ein Andruckrahmen vorgesehen sein, der an dem Fensterrahmen abgestützt und mit einem freien Endabschnitt gegen das Scheibenpaket gepresst wird. Dabei sind der Aufnahmerahmen und der Andruckrahmen keine Strukturbauteile im herkömmlichen Sinn und können separat hergestellt und angeliefert werden.
-
Ein erfindungsgemäßes Kabinenfenster zum Bestücken einer faserverstärkten Außenhaut eines Luftfahrzeuges hat einen in einen Fensterausschnitt ragenden Aufnahmerahmen zur Aufnahme eines Scheibenpakets, der an einen mit der Außenhaut verklebbaren faserverstärkten Fensterrahmen abstützbar ist. Diese Lösung erleichtert insbesondere die Ausbildung des Fensterausschnittes in der Außenhaut, da der Aufnahmerahmen erst nach der Ausbildung des Fensterausschnittes mit dem Fensterrahmen zu verbinden ist. Darüber hinaus ist der Fensterrahmen einfach herzustellen und die Montage des Aufnahmerahmens entsprechend einfach.
-
Vorzugsweise bilden der Aufnahmerahmen und die Außenhaut eine ebene Außenfläche, so dass aerodynamische Störungen im Bereich des Kabinenfensters zumindest stark reduziert werden.
-
Ein erfindungsgemäßes Luftfahrzeug mit einer einen Rumpf definierenden Außenhaut aus einem faserverstärkten Verbundmaterial hat eine Vielzahl von Kabinenfenstern. Die Kabinenfenster weisen jeweils einen Fensterrahmen aus einem faserverstärkten Verbundmaterial auf, der mit jeweils einem Außenhautabschnitt verklebt bzw. verbacken ist. Durch die Verklebung entfallen mechanische Verbindungselemente wie Nieten, wodurch strukturmechanische Schwächungen der Außenhaut im Bereich der Kabinenfenster wirkungsvoll verhindert werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die Außenhaut im Bereich des Kabinenfensters vielmehr strukturmechanisch stabilisiert. Ferner reduziert sich das Gewicht des Rumpfes, da zum einen der Fensterrahmen aus einem kunststoffbasierten Verbundmaterial besteht und zum anderen die mechanischen Verbindungselemente entfallen.
-
Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
-
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Teilquerschnitt durch ein in einen Fensterausschnitt eingesetzten erfindungsgemäßen Fensterrahmen, und
-
2 bis 4 Verfahrensschritte zur Anbindung des Kabinenfensters aus 1 an eine Außenhaut.
-
1 zeigt einen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kabinenfenster 2 eines Flugzeugs. Das Kabinenfenster 2 umgreift einen Rumpfausschnittes 4 einer kohlenstofffaserverstärkten Außenhaut 6 eines Flugzeugs und ist über einen Fensterrahmen 8 fest mit der Außenhaut 6 verbunden.
-
Der Fensterrahmen 8 hat einen L-förmigen Teilquerschnitt und besteht aus einem faserverstärkten kunststoffbasierten Verbundmaterial, das beispielsweise mit Kohlenstofffasern oder Glasfasern verstärkt ist. Er hat einen sich entlang der Außenhaut 6 erstreckenden Befestigungsring 10 sowie einen im Wesentlichen orthogonal zum Befestigungsring 10 verlaufenden Stützrand 12. Der Befestigungsring 10 ist über eine Klebefläche 14 fest mit einem den Rumpfausschnitt 4 umgebenden Innenflächenabschnitt 16 der Außenhaut 6 bzw. Außenhautabschnitt stoffschlüssig verbunden wie verklebt bzw. verbacken. Vorzugsweise ist der Befestigungsring 10 in Richtung seines freien Endabschnitts 18 zurückgestuft.
-
An einer umfangsseitig außenliegenden Stützrandfläche 20 sind eine Vielzahl von säulenartigen lokalen Materialverdickungen 22 zur Aufnahme jeweils eines Gewindebolzens 24 vorgesehen. Die Gewindebolzen 24 dienen zur Positionierung und Befestigung eines Aufnahmerahmens 26 zur Abstützung eines Fensterscheibenpakets 28 sowie zur Positionierung und Befestigung eines Andruckrahmens 30 zur Einspannung des Fensterscheibenpakets 28.
-
Der Aufnahmerahmen 26 besteht aus einem faserverstärkten Verbundmaterial und hat einen etwa S-förmigen Teilquerschnitt mit einem umlaufenden Befestigungsabschnitt 32 zur Abstützung an dem Stützrand 12 des Fensterrahmens 8, einen von dem Befestigungsabschnitt 32 entfernt liegenden umlaufenden Aufnahmeabschnitt 34 sowie einen die Abschnitte 32, 34 miteinander verbindenden umlaufenden Verbindungsabschnitt 36.
-
Zur Aufnahme der Gewindebolzen 24 weist der Befestigungsabschnitt 32 eine Vielzahl von Bohrungen 38 auf. Zur Vermeidung bzw. Reduzierung von aerodynamischen Störungen bildet der Aufnahmeabschnitt 34 mit der Außenhaut 6 eine nahezu ebene Außenfläche 40.
-
Der Verbindungsabschnitt 36 ist im Wesentlichen von dem Stützrand 12 beabstandet, wodurch ein Ringraum 42 zwischen dem Stützrand 12 und dem Verbindungsabschnitt 36 gebildet ist. Kabinenseitig ist der Ringraum 42 über einen inneren Dichtmittelring 44 im Übergangsbereich zum Befestigungsabschnitt 32 mit dem Stützrand 12 abgedichtet. Außenumgebungsseitig ist der Ringraum 42 über einen äußeren Dichtmittelring 46 im Bereich des Aufnahmeendabschnitts 34 abgedichtet. Zwischen den Dichtmittelringen 44, 46 ist in der Nähe des Aufnahmeabschnitts 34 ein Distanzring 47 angeordnet, der flächig an dem Stützrand 12 und dem Verbindungsabschnitt 36 anliegt.
-
Der Aufnahmeendabschnitt 34 dient zur Abstützung des Fensterscheibenpakets 28, das im Wesentlichen aus einer Außenscheibe 48 und einer von dieser beabstandeten Innenscheibe 50 besteht, die in eine umlaufende Dichtung 52 eingefasst sind. Die Dichtung 52 liegt an dem Aufnahmeendabschnitt 34 auf und ist über den Andruckrahmen 30 mit diesem verspannt.
-
Der Andruckrahmen 30 besteht aus einem faserverstärkten kunststoffbasierten Verbundmaterial und hat einen etwa S-förmigen Teilquerschnitt mit einem umlaufenden Befestigungsabschnitt 54, in dem eine Vielzahl von Bohrungen 56 zur Aufnahme der Gewindebolzen 24 ausgebildet sind, sowie einen freien Endabschnitt 58, der gegen die Dichtung 52 des Fensterscheibenpakets 28 gedrückt ist. Die Sicherung des Andruckrahmens 30 sowie des Fensterrahmens 28 an dem Stützrand 12 erfolgt über jeweils eine auf die Gewindebolzen 24 aufgedrehte Mutter 60.
-
Zur Positionierung eines nicht gezeigten Verkleidungselementes weist der Andruckrahmen 30 eine Vielzahl von Zentrierbolzen 62 auf, die durch entsprechende Durchbrüche des Verkleidungselementes zu führen sind.
-
Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Anbindung des erfindungsgemäßen Kabinenfensters 2 an eine Außenhaut 6 eines Flugzeugrumpfes erläutert: Gemäß 2 wird zuerst ein ausgehärteter Fensterrahmen 8 zur Definierung eines Fensterausschnittes 4 an einem Innenflächenabschnitt 16 einer nicht ausgehärteten Außenhaut 6 positioniert. Dann wird der Fensterrahmen 8 mit der Außenhaut 6 in einem Autoklavprozess miteinander verbacken. Nach dem Autoklavprozess und einer Abkühlphase wird, wie in 3 gezeigt, der Fensterausschnitt 4 mittels eines Fräsers 64 ausgefräst. Nach der Ausbildung des Fensterausschnittes 4 wird gemäß 4 ein Fensterset bestehend aus einem Aufnahmerahmen 26, einem Fensterscheibenpaket 28 sowie einem Andruckrahmen 30 an dem Fensterrahmen 8 montiert. Dabei werden der Aufnahmerahmen 26 sowie der Andruckrahmen 30 mit ihren Bohrungen 38, 56 über die Gewindebolzen 24 des Fensterrahmens 8 geschoben und mittels Muttern 60 in ihrer Position gesichert. Beim Montieren des Aufnahmerahmens 26 bildet sich zwischen dem Fensterrahmen 28 und dem Aufnahmerahme 26 ein Ringraum 42 aus, der kabinenseitig und außenumgebungsseitig über jeweils einen Dichtmittelring 44, 46 gegen Feuchtigkeit und Verschmutzungen abgedichtet wird. Zusätzlich wird zwischen dem Fensterrahmen 8 und dem Aufnahmerahmen 26 ein Distanzring positioniert.
-
Offenbart ist ein Verfahren zum Bestücken einer Außenhaut aus einem faserverstärkten kunststoffbasierten Verbundmaterial eines Luftfahrzeugs mit einem Kabinenfenster, bei dem ein Fensterrahmen aus einem faserverstärkten Verbundmaterial mit einem Innenflächenabschnitt der Außenhaut verklebt wird, und anschließend ein von dem Fensterrahmen umfasster Fensterausschnitt aus der Außenhaut herausgetrennt wird, ein Kabinenfenster sowie ein Luftfahrzeug mit derartigen Kabinenfenstern.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Kabinenfenster
- 4
- Rumpfausschnitt
- 6
- Außenhaut
- 8
- Fensterrahmen
- 10
- Befestigungsring
- 12
- Stützrand
- 14
- Klebefläche
- 16
- Innenflächenabschnitt
- 18
- freier Endabschnitt
- 20
- Stützrandfläche
- 22
- Materialverdickung
- 24
- Gewindebolzen
- 26
- Aufnahmerahmen
- 28
- Fensterscheibenpaket
- 30
- Andruckrahmen
- 32
- Befestigungsabschnitt
- 34
- Aufnahmeabschnitt
- 36
- Verbindungsabschnitt
- 38
- Bohrung
- 40
- Außenfläche
- 42
- Ringraum
- 44
- innerer Dichtmittelring
- 46
- äußerer Dichtmittelring
- 47
- Distanzring
- 48
- Außenscheibe
- 50
- Innenscheibe
- 52
- Dichtung
- 54
- Befestigungsabschnitt
- 56
- Bohrung
- 58
- freier Endabschnitt
- 60
- Mutter
- 62
- Zentrierbolzen
- 64
- Fräser
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102006053967 A1 [0002]
