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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Außenstrukturbauteil für ein Flugzeugs mit einer Beleuchtungseinrichtung, ein Flugzeug aufweisend ein Außenstrukturbauteil mit einer Beleuchtungseinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Außenstrukturbauteils eines Flugzeugs.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Zulassungsvorschriften für Flugzeuge fordern zur optischen Kennzeichnung von Flugzeugen den Betrieb von Positionslichtern, die dazu dienen, auf das Vorhandensein, die Position und eine Flug- bzw. Rollrichtung hinzuweisen, so dass Kollisionen vermieden werden können. Die Positionslichter umfassen Seitenlichter mit unterschiedlicher Farbgebung, ein Hecklicht und diverse Stroboskoplichter zur Kenntlichmachung des Flugzeugs in der Nacht.
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US 5 690 408 A zeigt eine faseroptische Beleuchtung eines Flugzeugs mit einer zentralisierten Lichtquelle, die sich innerhalb eines Flugzeugrumpfes befindet und mit einem faseroptischen Bündel
26 verbunden ist, welches sich zu einer bestimmten, zur Beleuchtung genutzten Position erstreckt, die Vorderkanten und Hinterkanten von Flügeln und dem Höhenleitwerk einschließen kann.
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US 3 723 722 A zeigt eine Beleuchtungseinrichtung für einen Hubschrauber, bei dem Lichtleitfasern in Rotorblättern für Navigationsleuchten verwendet werden, wobei nahe einer Rotorachse Einkoppelstellen vorhanden sind, um Licht von einer strukturfesten Lichtquelle in die Lichtleitfasern einzukoppeln und zu den Rotorspitzen zu leiten. Die Lichtleitfasern sind bevorzugt in eine Matrix der Rotorblätter eingebettet.
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US 4 537 469 A offenbart ein multifunktionales Verbundmaterial mit eingebetteten optischen Fasern, die zum Übertragen von Signalen von und zu einem Cockpit und dergleichen und zum Detektieren von Schäden verwendbar sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Neben der Zuverlässigkeit des Betriebs der Positionslichter muss ein möglichst geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit der betreffenden Struktur realisiert werden, um eine möglichst hohe Effizienz des Flugzeugs gewährleisten zu können. Die Aufgabe der Erfindung ist demnach, eine Beleuchtungseinrichtung für ein Flugzeug vorzuschlagen, das eine möglichst hohe Zuverlässigkeit und ein möglichst geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Festigkeit der betreffenden Struktur aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Außenstrukturbauteil für ein Flugzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Es wird ein Außenstrukturbauteil eines Flugzeugs mit einer Beleuchtungseinrichtung vorgeschlagen, aufweisend eine Struktur mit einer Innenseite und einer Außenfläche mit mindestens einem Leuchtbereich und eine Vielzahl von Lichtleitfasern, die sich von der Innenseite der Struktur in den mindestens einen Leuchtbereich der Außenfläche hin erstrecken, wobei die Lichtleitfasern an der Innenseite des Außenstrukturbauteils in einer gemeinsamen Schnittstellenfläche enden, die mit einer Leuchteinrichtung koppelbar ist und wobei die Struktur mit einem Strukturhalbzeug aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, in den die Lichtleitfasern integriert sind, wobei die Lichtleitfasern zum Erhöhen der Festigkeit der Struktur das Strukturhalbzeug mehrfach durchstechen.
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Das Außenstrukturbauteil ist als ein integraler Bestandteil des Flugzeugs anzusehen, das einen Teil der von außen wahrnehmbaren Außenstruktur ausbildet. Die Außenstruktur ist dabei als formgebende Struktur des Flugzeugs anzusehen, die neben dem Rumpf mit einer Außenhaut, den Tragflächenhälften und daran angeordneten Komponenten auch Leitwerke und Verkleidungsbauteile, sog. „Fairings” umfasst. Das Außenstrukturbauteil muss demnach nicht zwingend dazu dienen, eine wesentliche Strukturkraft aufzunehmen bzw. bereitzustellen, sondern kann auch lediglich ein zur Steigerung der aerodynamischen Effizienz wirksames Bauteil sein. Es verfolgt dementsprechend das Ziel, eine Beleuchtungseinrichtung als integralen Bestandteil des Flugzeugs auszubilden, wobei die eigentliche Lichtquelle nicht an der Außenseite des Außenstrukturbauteils angeordnet sein muss, sondern auch im Innern des Flugzeugs angeordnet sein kann. Die an die Umgebung abzugebenden Lichtstrahlen werden über die Lichtleitfasern von der Leuchteinrichtung in den sogenannten Leuchtbereich geleitet. Die mechanischen Anforderungen hinsichtlich des erforderlichen Bauraums für an Ort und Stelle angeordneter, aktiver Leuchteinrichtungen und des Anbringens mechanischer Schutzeinrichtungen können damit besonders vorteilhaft eingespart werden.
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Die Verwendung einer Vielzahl von Lichtleitfasern erhöht deutlich die Redundanz und damit die Zuverlässigkeit der eigentlichen Beleuchtungseinrichtung. Ein Ausfall einer Lichtleitfaser ist als unwahrscheinliche Singularität zu bezeichnen, was nur einen unwesentlichen Effekt auf die bereitstellbare Leuchtwirkung hat. Die räumliche Trennung des Leuchtbereichs und der eigentlichen Leuchteinrichtung erlaubt, die Leuchteinrichtung hervorragend vor mechanischen Einflüssen aus der Umgebung des Flugzeugs zu schützen. Zusätzlich kann die Zuverlässigkeit der Leuchteinrichtung durch einfache Erhöhung der Redundanz gesteigert werden, denn es ist ohne weiteres möglich, mehr als nur eine Leuchteinrichtung gleichzeitig oder umschaltbar mit den Lichtleitfasern optisch zu koppeln.
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Die Lichtleitfasern sind linienförmige und formelastische Körper, die bevorzugt aus einem Polymerwerkstoff hergestellt sind und Licht durch Reflexion an der Grenzfläche der Lichtleitfaser über eine Totalreflexion auf Grund eines geringeren Brechungsindex des den Lichtleiter umgebenden Mediums oder über eine Verspiegelung der Grenzfläche leiten. Besonders bevorzugt sind die Lichtleitfasern aus PMMA oder Polycarbonat hergestellt, sie können jedoch auch aus anderen Kunststoffen, einem natürlichen Fasermineralmaterial, etwa Ulexit, oder einem Glaswerkstoff, etwa aus einem Quarzglas, hergestellt sein. Die Enden der Lichtleitfasern sind bevorzugt poliert und weisen eine glatte, ebene oder gewölbte Oberfläche auf, um ein gewünschtes Abstrahlverhalten der einzelnen Lichtleitfasern zu erhalten.
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In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist das Außenstrukturbauteil aus einem Faserverbundwerkstoff mit mindestens einer Faserschicht und einem Matrixmaterial hergestellt, wobei die Lichtleitfasern in den Faserverbundwerkstoff integriert sind. Faserverbundmaterialien können beispielsweise in einer Negativform durch sukzessives Legen von Fasern und Aufbringen einer Schicht aus dem Matrixmaterial hergestellt werden. Die Integration der Lichtleitfasern kann so verstanden werden, dass die Lichtleitfasern einen integralen Bestandteil des Außenstrukturbauteils bilden, was etwa durch das Einfügen von Lichtleitfasern in die Faserschicht durch Legen oder Einweben erfolgen kann, alternativ oder zusätzlich auch dazu durch Auflaminieren auf eine vollständig gelegte Faserschicht. Hieraus resultiert eine hervorragende Integration der Lichtleitfaser in das Außenstrukturbauteil. Alternativ oder zusätzlich dazu könnten bei bereits fertigen Faserschichten, Prepregs oder Halbzeugen Lichtleitfasern auch die Faserschicht, das Prepreg oder das Halbzeug durchstoßen. Damit ist eine einfache Ausrichtung der Lichtleitfasern im Wesentlichen senkrecht oder winklig um eine Senkrechte zu der Faserschicht des Außenstrukturbauteils möglich.
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Weiter alternativ oder zusätzlich dazu können Lichtleitfasern auch das Halbzeug, eine gelegte Faserschicht oder ein Prepreg mehrfach unter Durchführung einer Richtungsänderung durchstoßen, um eine Erhöhung der Festigkeit des Außenstrukturbauteils hervorzurufen. Dies kann insbesondere dann interessant sein, wenn das Außenstrukturbauteil aus einem Sandwichmaterial besteht, bei dem eine Kernschicht von zwei als Deckschichten fungierenden Faserverbundschichten umschlossen wird.
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Die Lichtleitfasern erstrecken sich von einer Innenseite zu der Außenfläche des Außenstrukturbauteils, indem sie das Material des Außenstrukturbauteils zumindest in einem Bereich um den Leuchtbereich durchdringen bzw. durchstoßen. Bei der Fertigung des betreffenden Außenstrukturbauteils können die Lichtleitfasern bereits in das Material des Außenstrukturbauteils integriert werden, so dass dieses bei geschickter Anordnung der Lichtleitfasern eine partielle mechanische Verstärkung erfahren kann, das Mehrgewicht durch Integration der Lichtleitfasern jedoch kaum bemerkbar ist. Neben der Integration in eine Struktur aus einem Faser-Matrix-Verbundmaterial durch Legen in das Fasermaterial, das Ein- oder Auflaminieren können die Lichtleitfasern auch in eine Struktur eingegossen oder in eigens dafür hergestellte Bohrungen eingeführt und geklebt bzw. versiegelt werden. Die Richtung der jeweils abgegebenen Lichtstrahlen ist von der Ausrichtung des Endes der Lichtleitfaser im Leuchtbereich abhängig. Ist eine Abstrahlung senkrecht zu der Außenfläche gewünscht, muss das in dem Leuchtbereich liegende Ende der Lichtleitfaser demnach senkrecht zu der Außenfläche angeordnet sein.
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Das Außenstrukturbauteil kann durch Integration der Lichtleitfasern statt einer aktiven Leuchteinrichtung in dem Leuchtbereich einen deutlich einfacheren Aufbau aufweisen und eine Aufnahme für z. B. Gasentladungslampen, LEDs und andere Leuchtmittel nicht mehr bereitstellen muss. Neben der Vereinfachung der Fertigung werden die Kosten deutlich reduziert. Die Integration der eigentlichen Leuchteinrichtung an der Innenseite des Außenstrukturbauteils kann weiterhin an einem solchen Ort erfolgen, der eine problemlose Installation zulässt, ohne jedoch eine aufwändige Neugestaltung zu erfordern.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Leuchteinrichtung ein Laser. Ein Laser ist eine besonders effektive Lichtquelle, die einen stark gerichteten, gleichmäßigen und kohärenten Lichtstrahl mit einer diskreten Wellenlänge aussendet. Ein Laser kennzeichnet sich zudem durch seine Haltbarkeit und die geringe Neigung zum Verlust von Leuchtleistung. Neben der Verwendung eines eigenständigen Lasers, dessen Laserstrahl in die Lichtleitfasern optisch eingekoppelt wird, kann die Erzeugung des Laserstrahls auch innerhalb der Lichtleitfaser erfolgen. Dies erfordert die Verwendung einer optisch mit den Lichtleitfasern gekoppelten Laserpumpe, wobei sich das Material der Lichtleitfasern als Lasermedium eignet, in dem auf die Energiezufuhr durch die Laserpumpe eine Besetzungsinversion von Elektronen erreichbar ist. Die Ausführung der Lichtleitfasern jeweils als Resonator mit einer verspiegelten und einer teilverspiegelten Endfläche erlaubt demnach das gewichtssparende Erzeugen und Aussenden von Laserstrahlen. Beispielhaft kann ein Erbium-dotiertes Quarzglas ein für diesen Zweck geeignetes Material einer Lichtleitfaser sein. Alternativ dazu ist auch die Verwendung einer anderen, ein stark gerichtetes Licht aussendenden Lichtquelle geeignet, etwa eine Hochleistungs-LED, eine Gasentladungslampe oder ähnliche Lichtquellen, die mit einer geeigneten Optik zum Einkoppeln des Lichts in die Lichtleitfasern ausstattbar sind.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Außenstrukturbauteil mindestens eine Referenzachse auf, zu der die Lichtleitfasern an ihren im Leuchtbereich liegenden Enden jeweils mindestens einen Abstrahlwinkel einschließen, wobei die Gesamtheit der Abstrahlwinkel einen Winkelbereich überspannt, der mindestens 90 Grad breit ist. Die Lichtleitfasern enden an der Außenfläche des Außenstrukturbauteils in einem Leuchtbereich. Die von den einzelnen Lichtleitfasern abgegebenen Lichtstrahlen weisen dabei eine Richtung auf, die bevorzugt von der lokalen Ausrichtung des jeweiligen Endes der Lichtleitfaser direkt abhängt. Dier Abstrahlwinkel kann eine spitze, schlanke Konusform aufweisen. Ist es gewünscht, beispielsweise im Fall von Positionslichtern, bestimmte Abstrahlwinkelbereiche zum Beispiel in einer vertikalen und einer horizontalen Richtung zu überstreichen, ist eine entsprechende Ausrichtung der Enden der Lichtleitfasern in dem Leuchtbereich dafür notwendig, so dass die Gesamtheit aller Abstrahlwinkel einen vorgegebenen Abstrahlwinkelbereich überspannen. Um eine besonders gleichmäßige Abstrahlung über die gewünschten Abstrahlwinkelbereiche zu gewährleisten, sollte eine gleichmäßige Winkelverteilung der Gesamtheit der Enden der Lichtleitfasern erfolgen. Als zur Definition der Abstrahlrichtungen geeignete Referenzachsen könnten etwa Parallelen zu der x-, y- oder z-Achse eines flugzeugfesten Koordinatensystems Verwendung finden, zu denen das betreffende Außenstrukturbauteil eine durch seine Art und Verwendung vorgeschriebene Ausrichtung besitzt. Der gewünschte Abstrahlwinkelbereich kann dabei aus einer Zulassungsvorschrift der EASA, JAA oder FAA vorgegeben sein.
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Beispielsweise werden von der EASA in den „Certification Specifications for Large Aeroplanes (CS-25)”, Abschnitte CS 25.1389 bis CS 25.1393, Leuchtintensitäten für Positionslichter in verschiedenen Raumrichtungen gefordert. Linke und rechte Positionslichter sollen etwa zu einer mit der Längsachse des Flugzeugs parallelen, vertikalen Ebene zu der jeweiligen Seite nach außen hin in einem Bereich von 0° bis 110° bestimmte Mindestintensitäten einnehmen, die winkelabhängig abgestuft sind. In einem Winkelbereich von 0° bis 10° werden etwa mindestens 41 Candela vorgeschrieben, während in einem Winkelbereich von 10° bis 20° mindestens 31 Candela vorgeschrieben sind. In mit einem weiteren Winkelbereich von 20° bis 110° sind indes nur mindestens 5 Candela gefordert. Ein Rücklicht weist in einem Winkelbereich von insgesamt 140°, das heißt zu jeder Seite in einem Winkelbereich von jeweils 110° bis 180° eine Mindestintensität von 20 Candela auf. Weiterhin werden abgestufte Mindestleuchtintensitäten von Positionslichtern um eine Horizontalebene des Flugzeugs in vertikaler Richtung in einem Winkelbereich von 0° bis 90° gefordert. Es könnte daher sinnvoll sein, wenn die Leuchteinrichtung dazu eingerichtet ist, einen Winkelbereich zu überspannen, der mindestens 90° breit ist.
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Es können auch kleinere Winkelbereiche sinnvoll sein. Die Beleuchtungseinrichtung kann etwa aus mehreren Beleuchtungseinrichtungen in Form einzelner Bündel von Lichtleitfasern bestehen, die jeweils einen individuellen Teilbereich dieses Winkelbereichs überspannen. Beispielsweise wäre eine Gruppe von Beleuchtungseinrichtungen denkbar, die Gruppe aufweisend eine erste Beleuchtungseinrichtung mit einem ersten Bündel von Lichtleitfasern, wobei die Breite des damit überspannten Winkelbereichs 10° ist und die Leuchtintensität mindestens 41 Candela beträgt. Die Enden der Lichtleitfasern sind bevorzugt gleichmäßig über den Winkelbereich verteilt ausgerichtet, so dass diese erste Beleuchtungseinrichtung den ersten Winkelbereich von 0° bis 10° realisieren kann. Eine zweite Beleuchtungseinrichtung mit einem zweiten Bündel aus Lichtleitfasern könnte einen Winkelbereich mit einer Breite von ebenfalls 10° überspannen, wobei die Leuchtintensität mindestens 31 Candela beträgt. Dies kann dadurch realisiert werden, dass die zweite Beleuchtungseinrichtung zwar gleich ausgerichtete Enden der Lichtleitfasern aufweist, wie die erste Beleuchtungseinrichtung, jedoch die Anzahl der Lichtleitfasern im Vergleich zu der ersten Beleuchtungseinrichtung leicht reduziert ist. Schließlich kann eine dritte Beleuchtungseinrichtung mit einem dritten Bündel von Lichtleitfasern vorhanden sein, wobei die Enden der Lichtleitfasern einen deutlich breiteren Winkelbereich von 90° überspannen und die Anzahl der Lichtleitfasern so gewählt ist, dass bei gleichmäßiger Ausrichtung der Enden der Lichtleitfasern eine gleichmäßige Leuchtintensität von mindestens 5 Candela über den Winkelbereich realisiert wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Lichtleitfasern zu einer Vielzahl von Faserbündeln zusammengefasst, die jeweils eine diskrete Abstrahlrichtung aufweisen, wobei die Abstrahlrichtungen aller Faserbündel mindestens einen vorgeschriebenen Abstrahlwinkelbereich umgreifen. Durch die Zusammenfassung von Lichtleitfasern zu Faserbündeln kann die Fertigung des Außenstrukturbauteils vereinfacht werden, insbesondere für Außenstrukturbauteile, die eine Integration der Lichtleitfasern während der Herstellung nicht durch Einlaminieren oder Integrieren in Faserhalbzeuge ohne weiteres zulassen. Dies kann etwa Außenstrukturbauteile betreffen, die aus einem metallischen Material gefertigt werden. Es kann empfehlenswert sein, Enden einzelner Faserbündel jeweils mit einer optisch funktionalen Abdeckung zu versehen, die beispielsweise eine konvexe Form aufweist und eine gezielte Aufweitung des Abstrahlwinkelbereichs vollzieht. Die Ausrichtung der einzelnen Fasern oder der Faserbündel ist damit nicht mehr unbedingt notwendig.
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Es kann vorteilhaft sein, das Außenstrukturbauteil auf der Außenfläche in dem Leuchtbereich mit einer transluzenten Schicht auszustatten. Diese kann einen Schutz der Licht abstrahlenden Enden der Lichtleitfasern in dem Leuchtbereich erreichen. Gleichzeitig kann das von den Enden der Lichtleitfasern ausgesandte Licht gleichförmig verteilt werden, insbesondere dann, wenn die transluzente Schicht milchig ist.
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Zudem könnte die transluzente Schicht eine gewölbte Oberfläche aufweisen, die eine Aufweitung bzw. Streuung des Abstrahlwinkelbereichs hervorruft. Mit Hilfe dieses Effekts, der auf einem Lupeneffekt basiert, kann die Größe der individuellen Leuchtpunkte vergrößert werden, so dass die aus der Beleuchtungseinrichtung resultierende Leuchtintensität verringert wird, was besonders Bodenpersonal vor zu stark blendendem Licht schützt.
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In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist eine phosphoreszierende Schicht auf der Außenfläche des Außenstrukturbauteils in dem Leuchtbereich angeordnet, die durch auftreffende Lichtstrahlen der Lichtleitfasern zum Leuchten angeregt wird. Damit wird eine sehr gleichmäßige Abgabe von Licht mit der gewünschten Wellenlänge verursacht.
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Das Außenstrukturbauteil kann besonders vorteilhaft als eine Flügelendform, beispielsweise ein Sharklet, ausgeführt sein. In die Flügelendform ist die Beleuchtungseinrichtung integriert. Die Flügelendform weist aufgrund der extrem platzsparenden Leitung von Licht keine einzuhaltenden, geometrischen Randbedingungen bezüglich der Größe und Form der Leuchteinrichtungen auf. Diese Freiheit kann vorteilhaft für die Auslegung der aerodynamischen Oberflächen sein.
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Weiter vorteilhaft kann das Außenstrukturbauteil als Abschnitt eines Seitenleitwerks eines Flugzeugs ausgeführt sein. Damit können Positionslichter am Seitenleitwerk realisiert werden, insbesondere an einem oberen Ende einer Vorderkante des Seitenleitwerks.
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Die weiteren Vorteile des Außenstrukturbauteils liegen in der verbesserten Erkennbarkeit durch die im Vergleich zu aktiven Leuchteinrichtungen deutlich gesteigerte Direktionalität, was insbesondere die Reichweite der damit zu realisierenden Positionslichter erhöht. Die Lichtleitfasern erlauben weiterhin eine flexible Gestaltung und Verwendung von statischer Beleuchtung und Stroboskoplichtern, die durch einen gemeinsamen Satz von Lichtleitfasern auch kombinierbar sind. Sollte die Erwärmung der Lichtleitfasern deutlich spürbar sein, könnte es sich anbieten, diese derart zu positionieren, dass sie automatisch eine Enteisung eines gefährdeten Bereichs durchführen. Die Trennung der Leuchteinrichtung von dem Leuchtbereich unterstützt das Auswechseln von defekten Leuchtmitteln, ohne eine aufwändige Demontage an einer Außenfläche eines Flugzeugs zu erfordern, was stets das korrekte Wiederherstellen einer Dichtung gegen Eintritt von Wasser erfordert.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Flugzeug, welches mindestens ein Außenstrukturbauteil mit den vorangehend dargestellten Merkmalen und Vorteilen aufweist. Das Flugzeug weist insgesamt ein geringeres Gewicht auf, als Flugzeuge, die herkömmliche Beleuchtungseinrichtungen an Außenstrukturbauteilen aufweisen. Dennoch ist die Zuverlässigkeit nicht beeinträchtigt, durch Redundanz der Leuchteinrichtung kann diese sogar deutlich erhöht werden. Die glattere Oberfläche an den Außenstrukturbauteilen, die nicht aktive Leuchteinrichtungen aufnehmen muss, verbessert die Umströmung des Flugzeugs.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Außenstrukturbauteils mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch. Die wesentlichen Merkmale liegen in dem Bereitstellen einer Struktur mit einer Innenseite und einer Außenseite mit mindestens einem Leuchtbereich, dem Integrieren einer Vielzahl von Lichtleitfasern in die Struktur derart, dass sie sich von der Innenseite in den mindestens einen Leuchtbereich der Außenfläche hin erstrecken. In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Bereitstellen der Struktur das Herstellen eines Halbzeugs aus einem Faserverbundmaterial, wobei das Integrieren der Lichtleitfasern das mehrfache Durchstoßen des Halbzeugs mit den Lichtleitfasern umfasst, wobei das mehrfache Durchstoßen des Halbzeugs mit den Lichtleitfasern zum Erhöhen der Festigkeit der Struktur vorteilhaft ist. Zudem ist vorteilhaft, die Lichtleitfasern nach dem Integrieren in die Struktur über die Außenfläche hinausragen zu lassen, um nach Fertigstellung der Struktur diese bündig mit der Außenfläche zu kürzen. Anschließend kann eine transluzente Schutzschicht oder alternativ eine phosphoreszierende Schicht aufgebracht werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
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1 zeigt ein Außenstrukturbauteil ohne Lichtleitfaser in einem Teilschnitt.
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2 zeigt ein Außenstrukturbauteil mit einer durchstochenen Lichtleitfaser in einem Teilschnitt.
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3 zeigt ein Außenstrukturbauteil mit gestraffter und ausgerichteter Lichtleitfaser in einem Teilschnitt.
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4 zeigt ein Außenstrukturbauteil mit Lichtleitfaser und einer Schutzschicht in einem Teilschnitt.
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5 zeigt ein Außenstrukturbauteil mit Lichtleitfaser und einer optisch angekoppelten Leuchteinrichtung in einem Teilschnitt.
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6a bis 6c zeigen ein Außenstrukturbauteil mit Lichtleitfasern mit einer kreisrunden optischen Schnittstelle in Teilschnitten und einer schematischen Darstellung.
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7a bis 7c zeigen ein Außenstrukturbauteil mit Lichtleitfasern mit einer rechteckigen optischen Schnittstelle in Teilschnitten und einer schematischen Darstellung.
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8 zeigt ein exemplarisches Außenstrukturbauteil mit eingestellten Abstrahlwinkeln.
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DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine partielle Schnittdarstellung eines Außenstrukturbauteils 2, welches aus einem Faserverbundmaterial mit einer ersten Deckschicht 4, einer zweiten Deckschicht 6 und einer dazwischen angeordneten Kernschicht 8 besteht. Die erste und die zweite Deckschicht 4, 6 sind aus einem Faserverbundmaterial hergestellt und weisen eine Vielzahl von Fasern 10 auf, die in einem Matrixmaterial 11 eingebettet sind und beispielsweise als Kohle- oder Glasfasern ausgeführt sein können. Durch Anordnen einer möglichst leichten Kernschicht 8 kann trotz geringem Gewicht ein sehr hohes Flächenträgheitsmoment des Außenstrukturbauteils 2 realisiert werden, was sich insbesondere zur Herstellung von einer Luftströmung im transsonischen Bereich ausgesetzten Bauteilen anbietet. Die Art des Außenstrukturbauteils 2 ist zunächst nicht relevant, jedes beliebige Außenstrukturbauteil 2 eines Flugzeugs kann mit einer Leuchteinrichtung ausgestattet werden. Im Folgenden wird anhand einer einzelnen Lichtleitfaser die Herstellung einer Beleuchtungseinrichtung mit einer Vielzahl von Lichtleitfasern beschrieben. Hierbei ist anzumerken, dass die Verläufe der Lichtleitfasern nur schematisch dargestellt werden und bei der Realisierung eines Produkts an die Eigenschaften des Materials der Lichtleitfaser anzupassen sind, um eine Beschädigung der Lichtleitfasern bei der Integration in ein Außenstrukturbauteil zu vermeiden.
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2 zeigt das Außenstrukturbauteil 2 während der Integration einer Lichtleitfaser 12, die sich von einer Innenseite 14 des Außenstrukturbauteils 2 zu einer Außenfläche 16 in einem Leuchtbereich 18 erstreckt. Die Integration erfolgt durch exemplarisch mehrfaches Durchstechen der noch nicht ausgehärteten Struktur des Außenstrukturbauteils 2 derart, dass im Wechsel wie bei einem Nähvorgang die zweite Deckschicht 6 und die erste Deckschicht 4 mit der Lichtleitfaser 12 durchstochen werden. Ein Ende 20 der Lichtleitfaser 12 ragt über die erste Deckschicht 4 und damit über die Außenfläche 16 hinaus und kann nach Beendigung des Herstellvorgangs des Außenstrukturbauteils 2 gekürzt werden.
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Die Ausrichtung des Endes 20 der Lichtleitfaser 12 ist für die Richtung des abgestrahlten Lichts verantwortlich. Durch entsprechende Ausrichtung des Endes 20 kann demnach die Abstrahlrichtung des Lichtes beeinflusst werden, was etwa durch ein werkzeuggeführtes Durchstechen der Struktur mit der Lichtleitfaser 12 erfolgen kann.
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3 zeigt die nach Durchstechen gestraffte Anordnung der Lichtleitfaser 12 in dem Außenstrukturbauteil 2 und die gewünschte Ausrichtung des Endes 20, die etwa einen Winkel α zu einer Referenzachse 22, die parallel zu der lokalen Außenfläche 16 verläuft, einschließt. Die Referenzachse 22 ist lediglich exemplarisch dargestellt und kann mit einer Achse eines flugzeugfesten Koordinatensystems korrelieren. Hierzu wird in 8 weiter eingegangen.
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Die gestraffte Anordnung der Lichtleitfaser 12 führt zu einer deutlichen Verstärkung der mechanischen Struktur des Außenstrukturbauteils 2. Dies macht sich insbesondere bei der Verwendung einer großen Vielzahl von Lichtleitfasern 12 bemerkbar.
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4 zeigt ein gekürztes Ende 20 der Lichtleitfaser 12 und eine auf die Außenfläche 16 aufgebrachte transluzente Schutzschicht 24, die die Enden 20 der Lichtleitfasern 12 vor Umwelteinflüssen und insbesondere Feuchtigkeit schützt. Die Schutzschicht 24 könnte vollständig transparent, alternativ aber auch milchig ausgeführt sein, um nach Art eines Diffusors eine verbesserte Verteilung von Licht zu ermöglichen.
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Mit der in 5 dargestellten Leuchteinrichtung 26 kann Licht in die Lichtleitfaser 12 eingekoppelt werden. Die Leuchteinrichtung 26 kann einfach oder mehrfach ausgeführt sein, um eine gewünschte Redundanz und damit die Zuverlässigkeit positiv zu beeinflussen. Die Schutzschicht 24 lässt bei transparenter Gestaltung bevorzugt einen gerichteten Lichtstrahl 28 aus dem Ende 20 der Lichtleitfaser 12 austreten, während bei einer milchigen Ausgestaltung ein breiterer, unschärferer und in 5 gestrichelt dargestellter Lichtfleck 30 mit einem größeren Abstrahlwinkelbereich entstehen würde.
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Zum Einleiten von Licht ist erforderlich, eine Schnittstelle 32 vorzusehen, die mit der Leuchteinrichtung 26 koppelbar ist. Beispielhaft wird in 6a eine beispielhaft kreisrunde Schnittstelle 32 dargestellt, in der mehrere Lichtleitfasern 12 zu einem Faserbündel 34 gebündelt sind und durch Einleiten von Licht einen Lichtstrahl an ihren jeweiligen Enden 20 abstrahlen. Wie 6b zeigt, ist zur Einleitung von Licht in die Schnittstelle 32 bei starker Ausrichtung des Lichts einer Leuchteinrichtung 26 notwendig, einen Lichtleitkonus 36 einzusetzen, der den von der Leuchteinrichtung 26 abgegebenen Lichtstrahl aufweitet. 6c lässt erkennen, dass die Integration einer runden Schnittstelle 32 dazu führt, ein Faserbündel 34 außerhalb des Außenstrukturbauteils zu der Leuchteinrichtung 26 zu führen.
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In der analogen Darstellung aus den 7a bis 7c wird ein Faserbündel 38 gezeigt, das zu einer rechteckigen Schnittstelle 40 führt, die wie in 7c dargestellt an einer Begrenzungskante eines Außenstrukturbauteils 2 enden könnte. Durch mechanische Integration des Außenstrukturbauteils 2 könnte in einer besonders vorteilhaften Ausführung die optische Ankopplung automatisch erreicht werden. Bei der Verwendung einer rechteckigen bzw. abgeflachten Schnittstelle 40 ist besonders vorteilhaft, dass die Schnittstelle 40 direkt in eine Struktur 44 des Außenstrukturbauteils 2 integrierbar ist. Der beispielsweise in 1 erkennbare Abstand zwischen den beiden Deckschichten 4 und 6 kann ausreichen, die Schnittstelle 40 aufzunehmen.
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Schließlich stellt 8 exemplarisch ein Außenstrukturbauteil 46 in Form einer Flügelendform, beispielsweise eines Sharklets, dar, das einen Beleuchtungsbereich 18 mit einer Vielzahl von einzelnen Lichtleitfasern 12 aufweist. Zum Einstellen der gewünschten Abstrahlwinkelbereiche sind die Enden der Lichtleitfasern 12 individuell ausgerichtet. Die Gesamtheit der Lichtleitfasern 12 überstreicht vorgegebene Winkelbereiche insbesondere in der Horizontalebene und der Vertikalebene, die beim Flugzeug etwa durch die flugzeugfeste x-y-Ebene und die y-z-Ebene definiert werden. Durch Anpassung der Anzahl und Ausrichtung der Enden der Lichtleitfasern 12 können demnach die Leuchtintensitäten in Abhängigkeit des jeweiligen Abstrahlwinkels eingestellt werden. Je höher die gewünschte Intensität in einer Abstrahlrichtung ist, desto mehr Lichtleitfasern 12 werden zu dieser Abstrahlrichtung ausgerichtet. Schließlich kann der Beleuchtungsbereich 18 mit einer transluzenten und/oder phosphoreszierenden Schutzschicht überzogen werden. Die in 3 und 4 beispielhaft dargestellte Referenzachse 22 kann mit einer der Achsen eines flugzeugfesten Koordinatensystems zusammenfallen.
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Ergänzend sei darauf hinzuweisen, dass „aufweisend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „ein” oder „einer” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
