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Die Erfindung betrifft ein Rahmenteil zur abschnittsweisen lateralen Einfassung eines Durchgriffs am Rumpf eines Luft- oder Raumfahrzeugs, mit einer wenigstens eine Tür aufweisenden Schließeinrichtung, deren Tür in einen das Rahmenteil aufweisenden Rahmen schließt. Außerdem betrifft die Erfindung einen Rahmen zur Einfassung eines Durchgriffs sowie ein Verfahren zur Herstellung eines verschließbaren Durchgriffs am Rumpf eines Luft- oder Raumfahrzeugs.
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Der Rumpf eines Luft- oder Raumfahrzeugs stellt dessen die weiteren Bauteile verbindende Hauptbaugruppe dar und weist unter anderem einen oder mehrere Räume zur Unterbringung von Passagieren und/oder Nutzlast auf, etwa einen Frachtraum oder eine Druckkabine. Die genannten Personen oder Güter können über Durchgriffe am Rumpf, der zumeist durch Beplankung einer Tragstruktur gebildet ist, in das Rumpfinnere eingebracht und von dort auch wieder entfernt werden. Die Rümpfe insbesondere von Verkehrsflugzeugen sind dabei regelmäßig in sogenannter Halbschalenbauweise mit quer zur Längsrichtung verlaufenden Spanten und sich in Längsrichtung erstreckenden Stringern als Tragstruktur ausgeführt, wodurch Gewicht eingespart und die Festigkeit verbessert wird. Hierbei werden am Rumpf auftretende Kräfte nicht nur durch die Tragstruktur, sondern auch durch die Rumpfhaut, die durch die Beplankung gebildet wird, aufgenommen.
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Da ein verschließbarer Durchgriff der Rumpfhaut in der Regel eine Unterbrechung der Tragstruktur mit sich bringt, ist ein den betreffenden Durchgriff einfassender Rahmen entsprechend stabil ausgelegt. Hierzu sind an dem mit Rahmenteilen versehenen Rahmen Abschnitte von Spanten als Profile, beispielsweise als C-, U-, L- oder Z-Profile ausgebildet, die mit zusätzlichen Stützelementen, sogenannten Intercostals, versehen sind, welche jeweils an Rumpfhaut und/oder Stringern festzulegen sind. Solche Strukturen sind etwa aus der
DE 10 2009 057 012 B4 bekannt, in welcher eine Flugzeugrumpfstruktur mit einer Rumpfhaut versehen ist, der Versteifungselemente zugeordnet sind, und eine Türumgebungsstruktur einen Türausschnitt begrenzt, wobei die Türumgebungsstruktur eine sich an Türumgebungsspante anschließende, relativ zur Flugrichtung vordere und hintere Seitenstruktur mit kastenförmigen Boxstrukturen aufweist, die mit einem eine Verbindungsfläche bildenden äußeren Hautfeld zu verbinden sind. Diese Strukturen sind recht aufwendig in die Tragstruktur des Rumpfs zu integrieren. Weiter Türrahmenbauteile kennt man etwa aus der
US 2012 / 0 211 602 A1 oder der
DE 10 2007 015 007 A1 .
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Es besteht daher die Aufgabe, ein Rahmenteil zur Verfügung zu stellen, das einfach herzustellen ist, mit guter Stabilität die Tragstruktur des Rumpfs unterstützt und eine einfache Integration in die Tragstruktur des Rumpfs gestattet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Rahmenteil gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8 und durch einen Rahmen gemäß Anspruch 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche. Die Rahmenteile unterliegen insgesamt einem geringeren Verzug, da das erfindungsgemäße Rahmenteil als geschlossenes Hohlprofil oder als Hohlprofil mit einer zumindest bereichsweise durchbrochenen Rahmenteilstruktur ausgebildet ist. Beispielsweise kann hierbei die Rahmenteilstruktur eine Art Käfig bilden. Die geschlossene Struktur des Hohlprofils weist eine hohe Eigensteifigkeit auf.
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In einer bevorzugten Weiterbildung, die sich hinsichtlich Herstellung und Montage gut handhaben lässt, ist das erfindungsgemäße Rahmenteil mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt ausgebildet.
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Eine zweckmäßige, weil einfach zu realisierende Integration des erfindungsgemäßen, insbesondere als Hohlprofil ausgebildeten Rahmenteils lässt sich dann erreichen, wenn dieses mit zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten ausgebildet ist, welche in Gebrauchsstellung parallel zu Spanten des Rumpfs orientiert sind. Das Rahmenteil ist dann in vorteilhafter Weise selbst Bestandteil eines Spants und bildet eine Struktur, die man aufgrund der Ausbildung als Hohlprofil als Spantbox bezeichnen könnte.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rahmenteils mit weiter verbesserter Stabilität können zumindest die Längsseiten des Rahmenteils als Vollmaterialstruktur ausgebildet sind.
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In einfach handzuhabender Weise, bei der die Anordnung direkt an der Außenhaut /Rumpfhaut des Fahrzeugs erfolgen kann, ist eine Ausführung des Rahmenteils in Gebrauchsstellung an einer Rumpfhaut des Rumpfs anordenbar oder angeordnet und mit einem Befestigungsmittel mit der Außenhaut verbunden und/oder an dieser festgelegt. Dabei kann das Rahmenteil mit der Rumpfhaut beispielsweise vernietet sein. Es sind aber auch andere Befestigungstechniken bzw. solche zum Zusammenfügen der Rahmenteile mit der Rumpfhaut denkbar.
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Überdies kann bei einer anderen Ausbildung des erfindungsgemäßen Rahmenteils an diesem ein Haltemittel vorgesehen sein, mittels dessen die wenigstens eine Tür der Schließeinrichtung in zumindest einer wählbaren, den Durchgriff am Rumpf freigebenden Offenstellung festlegbar oder festgelegt ist.
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Zur Erreichung geringer Massen bei gleichzeitig hoher Steifigkeit kann an dem erfindungsgemäßen Rahmenteil der Faserverbundwerkstoff ein kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK von carbon-faserverstärkter Kunststoff bzw. CFRP für carbon fibre reinforced plastic) sein. Dessen vorteilhafte mechanischen Eigenschaften im ausgehärteten Verbund beruhen überwiegend auf der Zugfestigkeit und der Steifigkeit der Kohlenstofffasern, die in eine Kunstharzmatrix eingebettet sind, die eine Verlagerung der Fasern unter Belastung verhindert. Hierbei können Festigkeit und Steifigkeit dadurch mitbestimmt werden, dass bei der Konstruktion Faserrichtungen festgelegt werden, die zuvor bei der Auslegung des Rahmenteils berechnet wurden. Überdies ist es auch möglich, dass bei einer zweckmäßigen Ausführung des Rahmenteils dieses in einem additiven Herstellungsverfahren gefertigt ist, so dass in vorteilhafter Art und Weise die Ergebnisse von Topologieoptimierungen der vorgesehenen und/oder tatsächlichen Belastung entsprechend direkt im Bauteil abgebildet werden können. Als additive Verfahren, etwa im 3D-Druck, sind hierbei zum Beispiel selektives Lasersintern, Stereolithografie, Digital Light Processing, Polyjet-Modeling und Fused Deposition Modeling denkbar. Es sind aber auch andere Modellierprozesse vorstellbar.
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In zweckmäßiger Weise kann also das Rahmenteil als Hohlprofil ausgebildet werden, das eine Spantbox bildet. Das Rahmenteil, das als Türrahmenspant zuvor beispielsweise als C-Profil ausgeführt war und die sich daran anschließenden Stützelemente (Intercostals) können durch das Hohlprofil der Spantbox mit hoher Eigensteifigkeit ersetzt werden. Neben der Gewichtsersparnis können durch das Hohlprofil die Teilezahl und die Anzahl der Montageschritte reduziert werden (die Intercostals entfallen), das betreffende Bauteil ist dadurch kostengünstiger und überdies einfacher zu fertigen. Durch die geschlossene Form der Box ist der Verzug des Bauteils nach dem Entformen vernachlässigbar.
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Eine anderer vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass das Rahmenteil aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt und nach dem Entformen am Rand der Durchgriffsöffnung angeordnet und festgelegt wird. Hierdurch kann vermieden werden, Türrahmenspante aus Titan fertigen zu müssen, was recht teuer und zudem mit einer deutlich höheren Masse behaftet ist, als das Spantboxkonzept. Auch hierbei hat die Auslegung als Hohlprofil Vorteile, da ein Verzug des Rahmenteils, der bei Verwendung eines offenen Profils aus Faserverbund aufträte, vermieden wird.
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Hinsichtlich einer einfachen Handhabung von Vorteil ist eine Variante des Verfahrens, bei der das Rahmenteil nach Anordnung an der Außenhaut Aufnahmen eingebracht werden, in welchen anschließend die Befestigungsmittel zur Verbindung mit der Rumpfhaut des Rumpfs zumindest teilweise aufgenommen werden. Dies können etwa Zugangslöcher für Vernietungen mit der Rumpfhaut sein. Auch andere in dem Rahmenteil aufzunehmende Installationen können durch einzubringende Aufnahmen vorbereitet werden.
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Schließlich stellt auch ein mit einer Mehrzahl der vorstehend beschriebenen Rahmenteile natürlich eine Lösung der Aufgabe dar. Dieser Rahmen zur lateralen Einfassung eines Durchgriffs am Rumpf eines Luft- oder Raumfahrzeugs, ist mit einer wenigstens eine Tür aufweisenden Schließeinrichtung versehen, deren Tür in den Rahmen schließt. Dabei weist der Rahmen zumindest zwei, insbesondere zueinander parallele, Rahmenteile auf, wie sie zuvor beschrieben wurden.
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Außerdem kann der erfindungsgemäße Rahmen in einer zweckmäßigen Weiterbildung mit zumindest zwei zueinander im wesentlichen parallelen Rahmenteilen versehen sein, die insbesondere jeweils mit einem Spant einer Tragstruktur des Luft - oder Raumfahrzeugs fluchten, zwischen welchen Rahmenteils zwei gegenüberliegenden Querteile ausgebildet sind, die im Wesentlichen parallel zu Stringern des Rumpfs orientiert sind und mit den Rahmenteilen den Durchgriff allseitig einfassen.
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Allen Lösungen der Aufgabe ist gemein, dass bei ihnen das Rahmenteil, das einen Türrahmenspant bildete und zuvor beispielsweise als mit Stützelementen versehenes offenes Profil ausgebildet war, durch eine geschlossenes Hohlprofil als Spantbox mit hoher Eigensteifigkeit ersetzt wird. Diese Lösung ist zum einen leichter als die bisherige, benötigt weniger Einzelteile/Montageschritte, ist kostengünstiger und einfacher zu fertigen. Es wird demnach ein torsionsweiches, offenes Profil ersetzt durch ein geschlossenes, torsionssteifes Profil, wodurch die als Versteifungsrippen ausgebildeten Stützelemente entbehrlich werden. Das Hohlprofil kann durch entsprechende Auslegung und Berechnung mit einem fasergerechten Design versehen werden, so dass die Werkstoffvorteile des Faserverbunds voll zum Tragen kommen können.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. In teilweise schematisierter Darstellung zeigen hierbei die
- 1 eine perspektivische Seitenansicht eines Rahmenteils als Spant mit Stützelementen nach dem Stand der Technik;
- 2 eine perspektivische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Rahmenteils als Hohlprofil, welches als Teil eines Spants eine Begrenzung eines Rumpfdurchgriffs bildet; und
- 3 eine perspektivische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels von Rahmenteilen, die als gegenüberliegende Hohlprofile eines Rahmens eine Durchgriff zu einem Frachtraum am Rumpf eines Luftfahrzeugs begrenzen.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts Anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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In der 1 erkennt man einen Abschnitt eines im Ganzen mit 10 bezeichneten Rahmenteils, das als C- bzw. L-förmiges Profil aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist und welches sich für den Betrachter in im Wesentlichen vertikaler Richtung als Spants erstreckt und seitlich mit Stützelementen 22 versehen ist, die über eine Anzahl von Nieten eine Verbindung sowohl zu der Rumpfhaut 20 als auch zu den die Tragstruktur des Rumpfs 1 in Längsrichtung verstärkenden Stringern 24 herstellen.
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Demgegenüber zeigt die 2 zunächst isoliert ein Rahmenteil 10 zur abschnittsweisen lateralen Einfassung eines Durchgriffs 28 am Rumpf 1 eines Luft- oder Raumfahrzeugs. In der 2 erkennt man gut, dass das aus einem Faserverbund hergestellte Rahmenteil 10 als geschlossenes Hohlprofil 11 und dabei als Hohlprofil 11 mit einer zumindest bereichsweise durchbrochenen Tragstruktur ausgebildet ist. Das Rahmenteil 10 weist mit seinem Hohlprofil 11 dabei einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf.
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Außerdem ist das Rahmenteil 10 auch mit zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten 12, 13 ausgebildet, die in Gebrauchsstellung parallel zu Spanten 26 des Rumpfs 1 orientiert sind. Diese Längsseiten 12, 13 des Rahmenteils 10 sind als Vollmaterialstruktur ausgebildet. Diese Längsseiten sind in Längsrichtung parallel zu Stringern 24 der Tragstruktur des Rumpfs 1 mit Stegen 14 versehen, zwischen welchen in Längserstreckungsrichtung des Rahmenteils Öffnungen des Hohlprofils 11 des Rahmenteils 10 gebildet sind.
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Am besten in der 3 erkennt man, dass das Rahmenteil 10 in Gebrauchsstellung an einer Rumpfhaut 20 des Rumpfs 1 angeordnet ist und mit einem Befestigungsmittel mit der Außenhaut verbunden ist, wobei auf eine detailliertere Darstellung von Verbindungsmitteln / Fügetechnik zu Gunsten der Übersichtlichkeit verzichtet wurden. Ebenfalls entnimmt man der 3, dass das Rahmenteil 10 zur abschnittsweisen lateralen Einfassung eines Durchgriffs 28 am Rumpf 1 eines Luft- oder Raumfahrzeugs vorgesehen ist. Hierzu ist an dem Rumpf 1 eine eine Tür 32 aufweisende Schließeinrichtung 30 angeordnet, deren Tür 32 in einen das Rahmenteil 10 aufweisenden Rahmen 16 schließt. Die beiden zueinander parallel angeordneten Rahmenteile 10 sind jeweils aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt und jeweils einstückig ausgebildet. Zusammen mit den sich in parallel zu den Stringern 24 des Rumpfs 1 erstreckenden, ebenfalls zueinander parallelen Querteilen 17 bilden die Rahmenteile 10 den Rahmen 16, der den Durchgriff 28 am Rumpf 1 lateral begrenzt oder einfasst.
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Dementsprechend betrifft die vorstehend beschriebene Erfindung also ein Rahmenteil 10 zur abschnittsweisen lateralen Einfassung eines Durchgriffs 28 am Rumpf 1 eines Luft- oder Raumfahrzeugs, mit einer wenigstens eine Tür 32 aufweisenden Schließeinrichtung 30, deren Tür 32 in einen das Rahmenteil 10 aufweisenden Rahmen 16 schließt. Um ein Rahmenteil zur Verfügung zu haben, das einfach herzustellen ist, mit guter Stabilität die Tragstruktur des Rumpfs 1 unterstützt und eine einfache Integration in die Tragstruktur des Rumpfs 1 gestattet, ist das Rahmenteil 10 aus einem Faserverbundwerkstoff herstellbar oder hergestellt und das Rahmenteil 10 ist einstückig ausgebildet.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rumpf
- 10
- Rahmenteil
- 11
- Hohlprofil
- 12
- Längsseite Rahmenteil
- 13
- Längsseite Rahmenteil
- 14
- Steg
- 15
- Öffnung
- 16
- Rahmen
- 17
- Querteil
- 20
- Rumpfhaut
- 22
- Stützelement
- 24
- Stringer des Rumpfs
- 26
- Spant des Rumpfs
- 28
- Durchgriff am Rumpf
- 30
- Schließeinrichtung
- 32
- Tür
