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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rumpfaufbau mit einer Rumpfstruktur, die sich entlang einer Längsachse erstreckt und eine zylinderförmige Außenhaut, die einen Innenraum umgibt, eine Vielzahl von umlaufenden Spanten, die in Ebenen senkrecht zu der Längsachse entlang der Innenseite der Außenhaut verlaufen und die in Richtung der Längsachse parallel beabstandet zueinander sind, und eine Vielzahl von Längsträgerelementen, die in Richtung der Längsachse entlang der Innenseite der Außenhaut verlaufen und die in Umfangsrichtung der Außenhaut parallel beabstandet zueinander sind, aufweist, und mit einer Innenausbauanordnung, die im Innenraum der Rumpfstruktur angeordnet ist und die an der Rumpfstruktur derart befestigt ist, dass sie von dieser getragen wird.
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Die vorliegende Erfindung kann insbesondere bei Flugzeugrümpfen zum Einsatz kommen, ist aber nicht darauf beschränkt. Vielmehr ist es auch möglich, dass sie beispielsweise auch bei Raketen oder den Masten von Windkraftanlagen angewandt wird. Bei Flugzeugrümpfen ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Innenausbauanordnung, beispielsweise Kabineneinbauten oder dgl., nahezu ausschließlich an den Spanten, welche die Längsträgerelemente in Richtung zum Innenraum hin deutlich überragen, zu befestigten. Auf diese Weise ist die Innenausbauanordnung in Richtung der Längsachse gesehen an festen, voneinander beabstandeten Punkten an der Rumpfstruktur angebracht.
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Die Gewichts- und Trägheitskräfte der Innenausbauanordnung werden somit an diesen, in Längsrichtung betrachtet diskreten Punkten – den Spanten – in die Rumpfstruktur eingeleitet. Daher muss die Rumpfstruktur, insbesondere die Spanten und die Längsträgerelemente, derart aufgebaut und dimensioniert werden, dass diese Lasten möglichst gleichmäßig auf die gesamte Rumpfstruktur verteilt werden. Eine solche Anpassung der Rumpfstruktur, insbesondere der Dimension der Spanten und Längsträgerelemente, erfordert jedoch zusätzliches Gewicht der Rumpfstruktur, das es im Flugzeugbau grundsätzlich stets zu reduzieren gilt. Außerdem ist eine vollständig gleichmäßige Verteilung der von der Innenausbauanordnung auf die Rumpfstruktur wirkenden Lasten bei einer in Richtung der Längsachse betrachteten diskreten Lasteinleitung nicht möglich, wodurch verschiedene Bereiche der Rumpfstruktur unterschiedlich beansprucht werden und folglich verstärkt sollten, was eine Gewichterhöhung zur Folge hat.
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Darüber hinaus bietet die aus dem Stand der Technik bekannte Befestigungsweise der Innenausbauanordnung an festgelegten Orten der Rumpfstruktur an den in Richtung der Längsachse beabstandeten Spanten nicht die Möglichkeit, die Befestigungspunkte der Innenausbauanordnung an der Rumpfstruktur in Richtung der Längsachse zu verschieben, was bei der Montage des Flugzeugrumpfs durchaus wünschenswert und hilfreich wäre.
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rumpfaufbau bereitzustellen, der eine Rumpfstruktur aufweist, an der die Innenausbauanordnung in Richtung der Längsachse betrachtet möglichst kontinuierlich befestigt werden kann und der ein Verschieben der Befestigungspunkte der Innenausbauanordnung an der Rumpfstruktur zulässt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Anzahl der Längsträgerelemente als überhöhte Längsträgerelemente ausgebildet sind, die sich zumindest über einen Teil ihrer Länge in Richtung zum Innenraum bzw. zur Mitte des Innenraums hin weiter als diejenigen Spanten erstrecken, die sie kreuzen, und dass die Innenausbauanordnung an den überhöhten Längsträgerelementen befestigt ist.
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Dies bedeutet, dass die überhöhten Längsträgerelemente diejenigen Spanten überragen, die sie kreuzen, und zwar in bezüglich der Außenhaut radialer, zur Mitte des Innenraums zeigender Richtung.
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Durch eine solche Bauweise der Rumpfstruktur ergibt sich an den überhöhten Längsträgerelementen ein zum Innenraum weisender Bereich, der über die gesamte Erstreckungslänge der Längsträgerelemente frei liegt, d. h. der nicht von Spanten gekreuzt wird, sondern diese überragt. In diesem Bereich kann die Innenausbauanordnung über die gesamte Länge der überhöhten Längsträgerelemente verteilt und verschiebbar befestigt werden, ohne dass ein Spant, der die Längsträgerelemente kreuzt, ein Hindernis darstellt.
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Bei den weiteren Anwendungen der Leichtbaustruktur u. a. in Trägerraketen, Raketenstufen, Raumstationen, Raumstationsmodule, Satelliten und Masten von Windkraftanlagen liegt der Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, dass die Längsträger als Schienen benutzt werden können. Gerade bei Raumstationsmodule und Masten von Windkraftanlagen ist die Zugänglichkeit ein Problem und ein Schienensystem erleichtert die Installation durch Roboter oder erlaubt die Verwendung von verteilten Anbindungspunkten.
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Die Längsträgerelemente können als sogenannte Stringer ausgebildet sein. Sie können entweder über ihre gesamte Erstreckungslänge oder nur über einen Teil ihrer Erstreckungslänge überhöht ausgebildet sein. Ferner können in Umfangsrichtung der Außenhaut entweder alle Längsträgerelemente oder nur ein Teil dieser überhöht ausgebildet sein. Je mehr Längsträgerelemente überhöht ausgebildet sind, desto weniger Längsträgerelemente werden insgesamt benötigt, um die Stabilität und Festigkeit des Rumpfs entlang der Längsachse zu gewährleisten, da die überhöhten Längsträgerelemente höhere Lasten aufnehmen können als die niedrigen Längsträgerelemente.
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Durch den Einsatz von überhöhten Längsträgerelementen wird somit zum einen eine gleichmäßigere Lasteinleitung in die Rumpfstruktur zum anderen eine Verstärkung der Rumpfstruktur in Richtung der Längsachse erreicht, wodurch wiederum Anzahl und Abmessungen der Rumpfstrukturelemente, d. h. der Spanten und Längsträgerelemente, reduziert werden können. In beiden zuvor genannten Fällen führt die Verringerung der Rumpfstrukturelemente bzw. deren Dimensionierung zu einer Gewichtsersparnis und zu einem Raumgewinn im Rumpfaufbau. Der Raumgewinn kann wiederum entweder für einen vergrößerten Innenraum bzw. bei einem Flugzeugrumpf eine vergrößerte Kabine genutzt werden, was hier den Komfort der Fluggäste erhöht, oder für eine Verringerung des Rumpfdurchmessers genutzt werden, was sich in einem geringeren Luftwiderstand und einem geringeren Gewicht auswirkt. Geringerer Luftwiderstand und geringeres Gewicht eines Flugzeugs bedeuten schließlich geringeren Treibstoffverbrauch, d. h. geringere Betriebskosten, höhere Reichweiten, geringere Umweltverschmutzung usw. Außerdem ist es nicht mehr erforderlich, dass für Versorgungsleitungen in den Spanten Durchgangsöffnungen, die die Stabilität der Spanten vermindern, vorgesehen sind. Um die gewünschte Stabilität zu erreichen, müssen beim Stand der Technik die Spanten größere Abmessungen und damit ein größeres Gewicht haben. Dies fällt beim erfindungsgemäßen Aufbau weg, da die Spanten insgesamt kleiner bemessen sein können.
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Ein weiterer Vorteil der überhöhten Längsträgerelemente besteht darin, dass die Innenausbauanordnung, insbesondere während der Montage des Flugzeugrumpfs, entlang der überhöhten Längsträgerelemente trotz Eingriff mit diesen verschoben werden kann, sodass beispielsweise eine komplette Innenausbauanordnung umfassend Fracht- und Kabinenbodenstruktur, Flugzeugausrüstungskomponenten sowie Kabinenteile vormontiert und anschließend entlang der überhöhten Längsträgerelemente in die Rumpfstruktur eingeschoben werden kann. Ferner kann die Innenausbauanordnung ähnlich einer Streckenlast kontinuierlich verteilt über zumindest einen großen Teil der Erstreckungslänge der überhöhten Längsträgerelementen an diesen befestigt sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Innenausbauanordnung die Frachtbodenstruktur und/oder die Kabinenbodenstruktur. Die Frachtbodenstruktur ist unterhalb und im Wesentlichen parallel zu der Kabinenbodenstruktur angeordnet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Innenausbauanordnung Flugzeugausrüstungskomponenten, insbesondere Kabelanordnungen. Außer Kabelanordnungen, wie beispielsweise Kabelbäume, können die Flugzeugausrüstungskomponenten vor allem Schläuche, Rohre, elektronische Komponenten sowie diverse Antriebsvorrichtungen für Ausrüstungskomponenten umfassen. In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Innenausbauanordnung Kabinenteile. Dabei kann die Innenausbauanordnung auch die gesamte Kabine inklusive Kabinenverkleidung, Bestuhlung, etc., umfassen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Innenausbauanordnung sowohl Fracht- und Kabinenbodenstruktur als auch Flugzeugausrüstungskomponenten als auch Kabinenteile bzw. die gesamte Kabine umfasst.
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Alle der in Umfangsrichtung der Rumpfstruktur vorgesehenen Längsträgerelemente sind in einer bevorzugten Ausführungsform als überhöhte Längsträgerelemente ausgebildet. Auf diese Weise kann die Innenausbauanordnung an allen Längsträgerelementen befestigt werden, sodass eine hohe Flexibilität bei der Montage der Innenausbauanordnung an der Rumpfstruktur gegeben ist. Außerdem kann auf derartige Weise die Anzahl der Längsträgerelemente deutlich reduziert werden. Denn die überhöhten Längsträgerelemente können deutlich höhere Lasten aufnehmen als die niedrigen Längsträgerelemente.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist ein Anteil der in Umfangsrichtung der Rumpfstruktur vorgesehenen Längsträgerelemente als überhöhte Längsträgerelemente ausgebildet, und ein anderer Anteil der in Umfangsrichtung der Rumpfstruktur vorgesehenen Längsträgerelemente ist als niedrige Längsträgerelemente ausgebildet, die sich über ihre gesamte Länge in Richtung zum Innenraum hin weniger weit als diejenigen Spanten erstrecken, die sie kreuzen, wobei jedes der niedrigen Längsträgerelemente sich zwischen zwei benachbarten Spanten erstreckt, ohne diese zu durchdringen.
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Auf diese Weise sind genau so viele Längsträgerelemente überhöht ausgebildet, wie benötigt werden, um die Innenausbauanordnung an der Rumpfstruktur zu befestigen. Die übrigen Längsträgerelemente sind nicht überhöht, sondern niedrig ausgebildet und erstrecken sich lediglich zwischen zwei benachbarten parallelen Spanten als Längsträgerelemente, die rechtwinklig an die Spanten anstoßen und gegebenenfalls an diesen befestigt sind, diese jedoch nicht durchdringen. Auf Aussparungen zum Durchführen der Längsträgerelemente durch die Spanten, die in der Folge eine Schwächung der Spannstruktur bedeuten würden, kann somit dennoch verzichtet werden.
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Flugzeugausrüstungskomponenten, insbesondere Kabelanordnungen, sind in einer bevorzugten Ausführungsform in dem Raum zwischen zwei benachbarten überhöhten Längsträgerelementen angeordnet. Eine solche Anordnung ist besonders vorteilhaft, da der sich in Richtung der Längsachse erstreckende Raum zwischen zwei benachbarten überhöhten Längsträgerelementen nicht ungenutzt bleibt, sondern in idealer Weise durch die sich ebenfalls in Richtung der Längsachse erstreckenden Kabelanordnungen, aber auch Schläuche oder Rohre ausgefüllt werden kann. Dies ist bei aus dem Stand der Technik bekannten Rumpfstrukturen nämlich nicht möglich, da der Raum zwischen zwei Längsträgerelementen in Richtung der Längsachse regelmäßig durch die höher ausgebildeten Spanten unterbrochen wird und der Raum zwischen zwei Spanten nicht in Erstreckungsrichtung der Kabelanordnungen, Schläuche und Rohre, d. h. in Richtung der Längsachse, sondern senkrecht zu dieser verläuft. Um beim Stand der Technik dieses Problem zu lösen, müssen die Spanten Aussparungen aufweisen, was die Spanten schwächt, sodass dies durch in radialer Richtung größere Abmessungen kompensiert werden muss.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Innenausbauanordnung Befestigungselemente auf, und die überhöhten Längsträgerelemente weisen an ihren zum Innenraum weisenden Enden in Richtung der Längsachse verlaufende Führungsschienen auf, wobei die Befestigungselemente mit den Führungsschienen eingreifen und entlang dieser verschiebbar sind. Durch eine solche Konstruktion kann während der Montage des Flugzeugrumpfs die vormontierte Innenausbauanordnung in die Rumpfstruktur eingeschoben werden, bis die gewünschte Position zur Fixierung der Innenausbauanordnung an der Rumpfstruktur erreicht ist. Außerdem besteht die Möglichkeit, zum Beispiel zu Instandhaltungszwecken die Innenausbauanordnung entlang der Führungsschienen zu verschieben.
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Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Befestigungselemente derart ausgebildet sind, dass sie über die gesamte Erstreckungslänge der Führungsschienen verteilt mit diesen eingreifen. Auf diese Weise werden die von der Innenausbauanordnung ausgehenden Lasten als Streckenlast kontinuierlich und gleichmäßig verteilt in die Rumpfstruktur eingeleitet, wodurch die Dimensionierung der Rumpfstruktur weiter verringert werden kann, was weitere Gewichts- und Raumersparnis mit sich bringt.
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In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Flugzeugausrüstungskomponenten ausschließlich an den Kabinenteilen befestigt, und die Kabinenteile sind ausschließlich an den überhöhten Längsträgerelementen befestigt. Durch einen solchen Aufbau des Flugzeugrumpfs ist es möglich, dass die Flugzeugausrüstungskomponenten zunächst an den Kabinenteilen bzw. an der vollständigen Kabine vormontiert werden und die Innenausbauanordnung aus Kabinenteilen und daran befestigten Flugzeugausrüstungskomponenten anschließend entlang der überhöhten Längsträgerelemente in die Rumpfstruktur eingeschoben und dort befestigt werden kann. Auch die Kabinenbodenstruktur sowie die Frachtbodenstruktur kann bereits mit den Kabinenteilen vormontiert werden. Auf diese Weise kann die Montage des Flugzeugrumpfs erheblich vereinfacht und beschleunigt werden.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
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1 einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flugzeugrumpfs,
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2 einen Querschnitt der Oberseite des Flugzeugrumpfs aus 1 mit zusätzlich dargestellten Flugzeugausrüstungskomponenten,
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3 einen Querschnitt der Rumpfstruktur aus 2 und
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4 einen Querschnitt der Kabinenteile aus 2 zusammen mit daran befestigten Flugzeugausrüstungskomponenten.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flugzeugrumpfs 1 dargestellt. Während dieses Ausführungsbeispiel einen Flugzeugrumpf 1 zeigt, ist die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt, sondern es ist auch möglich, dass sie beispielsweise bei Raketen, Raumstationen oder Masten von Windkraftanlagen angewandt wird.
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Der Flugzeugrumpf 1 umfasst eine Rumpfstruktur 3 und eine Innenausbauanordnung 5. Die Rumpfstruktur 3 erstreckt sich entlang einer Längsachse 7 und umfasst eine zylinderförmige Außenhaut 9, eine Vielzahl von umlaufenden Spanten 11 und eine Vielzahl von Längsträgerelementen 13. Dabei ist die Erfindung aber nicht auf Rumpfaufbauten mit ausschließlich geradlinig verlaufenden Längsachsen beschränkt. Vielmehr kann zumindest in Teilbereichen wie den Endabschnitten eines Flugzeugrumpfes die Längsachse gekrümmt verlaufen.
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Die Außenhaut 9 umgibt einen Innenraum 15, durch dessen Mitte sich die Längsachse 7 erstreckt. Die Spanten 11 verlaufen in Ebenen senkrecht zu der Längsachse 7 entlang der Innenseite der Außenhaut 9 und sind in Richtung der Längsachse 7 parallel beabstandet zueinander. Die Längsträgerelemente 13 verlaufen in Richtung der Längsachse 7 entlang der Innenseite der Außenhaut 9 und sind in Umfangsrichtung der Außenhaut 9 parallel beabstandet zueinander.
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Die Innenausbauanordnung 5 ist im Innenraum 15 der Rumpfstruktur 3 bzw. der Außenhaut 9 angeordnet und derart an der Rumpfstruktur 3 befestigt, dass sie von dieser getragen wird. Die Innenausbauanordnung 5 umfasst in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Fracht- und Kabinenbodenstruktur 17, 19 (siehe 1), verschiedene Flugzeugausrüstungskomponenten 21 (in 1 nicht dargestellt, siehe aber 2), wie beispielsweise Kabelanordnungen, Schläuche, Rohre, elektronische Bauteile und diverse Antriebe, sowie Kabinenteile 23, wie zum Beispiel die Innenverkleidung und die Bestuhlung (siehe 1).
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Wie in 1 schematisch dargestellt und darüber hinaus aus 2 und 3 ersichtlich, sind in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eine gewisse Anzahl – jedoch nicht alle – der Längsträgerelemente 13 als überhöhte Längsträgerelemente 13a ausgebildet, die sich zumindest über einen Teil ihrer Länge in radialer Richtung bezüglich der Außenhaut 9 zum Innenraum hin weiter als diejenigen Spanten 11 erstrecken, die sie kreuzen. Wie aus 1 ersichtlich, müssen die überhöhten Längsträgerelemente 13a sich jedoch nicht ausschließlich exakt in radialer Richtung der Außenhaut 9 erstrecken, sondern können auch, dort wo es angebracht ist, wie zum Beispiel im Fall der Fracht- und Kabinenbodenstruktur 17, 19, von der radialen Richtung abweichen.
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Die nicht überhöht, sondern niedrig ausgebildeten Längsträgerelemente 13b, die sich über ihre gesamte Länge in Richtung zum Innenraum 15 hin weniger weit als diejenigen Spanten 11 erstrecken, die sie kreuzen, erstrecken sich ausschließlich zwischen zwei benachbarten Spanten 11, ohne diese zu durchdringen. Sie sind vielmehr an diesen befestigt, ohne dass in den Spanten 11 Aussparungen zur Durchführung der niedrigen Längsträgerelemente 13b vorgesehen sind. Alternativ können jedoch auch alle Längsträgerelemente 13 als überhöhte Längsträgerelemente 13a ausgebildet sein.
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Die Innenausbauanordnung 5 ist ausschließlich an den überhöhten Längsträgerelementen 13a befestigt. Die Befestigung erfolgt derart, dass die Innenausbauanordnung 5 Befestigungselemente 25 aufweist und die überhöhten Längsträgerelemente 13a an ihren zum Innenraum 15 weisenden Enden 27 in Richtung der Längsachse 7 verlaufende Führungsschienen 29 aufweisen, sodass die Befestigungselemente 25 mit den Führungsschienen 29 eingreifen und entlang dieser verschoben werden können. Die Befestigungselemente 25 sind dabei derart ausgebildet, dass sie über die gesamte Erstreckungslänge der Führungsschienen 29 verteilt mit diesen eingreifen und die Lasten der Innenausbauanordnung 5 gleichmäßig kontinuierlich über die überhöhten Längsträgerelemente 13a verteilen.
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Die Flugzeugausrüstungskomponenten 21 sind, wie in 4 gezeigt, ausschließlich an den Kabinenteilen 23 befestigt, und die Kabinenteile 23 wiederum sind ausschließlich an den überhöhten Längsträgerelementen 13a befestigt (siehe 2). Dabei sind die Flugzeugausrüstungskomponenten 21, insbesondere die sich in Richtung der Längsachse 7 erstreckenden Flugzeugausrüstungskomponenten 21, wie beispielsweise Kabelanordnungen bzw. Kabelbäume, Schläuche und Rohre, an solchen Positionen an den Kabinenteilen 23 befestigt, dass sie bei einem Verbinden der Kabinenteile 23 mit der Rumpfstruktur 3 durch eine Befestigung an den überhöhten Längsträgerelementen 13a in dem Raum 31 zwischen zwei benachbarten überhöhten Längsträgerelementen 13a angeordnet sind und diesen Raum 31 ausfüllen.
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Auf diese Weise können die Flugzeugausrüstungskomponenten 21 an den Kabinenteilen 23 vormontiert werden und anschließend durch einen Eingriff der Befestigungselemente 25 mit den Führungsschienen 29 in die Rumpfstruktur 3 entlang der Führungsschienen 29 in Richtung der Längsachse 7 bis zu einer gewünschten Position eingeschoben werden. Die Innenausbauanordnung 5 wird nun ausschließlich von den überhöhten Längsträgerelementen 13a getragen, wodurch die von der Innenausbauanordnung 5 ausgehenden Lasten in Richtung der Längsachse 7 betrachtet gleichmäßig verteilt in die Rumpfstruktur 3 eingeleitet werden können, wodurch wiederum Struktur eingespart werden kann, woraus sich wiederum eine Gewichtsersparnis, eine höhere Reichweite, geringere Betriebskosten, etc. ergeben. Außerdem ist es möglich, dass sich Flugzeugausrüstungskomponenten 21 wie Kabelbäume zwischen den in Richtung der Längsachse 7 verlaufenden überhöhten Längsträgerelementen 13a über die Spanten 11 hinweg erstrecken, ohne dass die Spanten 11 Aussparungen aufweisen müssen. Dies ist insbesondere auch dann möglich, wenn flächige Kabinenteile an den überhöhten Längsträgerelementen 13a angebracht sind.
