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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit schalenförmigen Verkleidungselementen, in denen wenigstens eine Revisionsklappe vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Revisionsklappe.
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Faserverbundbauteile, die aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt wurden, sind aufgrund ihrer gewichtspezifischen Festigkeit und Steifigkeit insbesondere für den Leichtbau geeignet. Faserverbundwerkstoffe weisen hierbei ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial auf, die vor der Herstellung des Faserverbundbauteils getrennt vorliegen können oder in Form sogenannter Prepregs bereitgestellt werden können. Das Matrixmaterial benetzt dabei das Fasermaterial in der Regel vollflächig und bildet so nach dem Aushärten des Matrixmaterials eine integrale Einheit mit dem Fasermaterial. Hierdurch wird erreicht, dass die lasttragenden Fasern des Fasermaterials in ihre vorgegebene Richtung gezwungen und somit die lasttragenden Eigenschaften bauteilspezifisch ausgenutzt werden.
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Gerade in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbau bieten die Faserverbundwerkstoffe, beispielsweise unidirektionale Laminate, ein hohes Leichtbaupotenzial für Strukturbauteile und Verkleidungselemente, wodurch insbesondere bei Fahrzeugen Gewicht eingespart und somit der Treibstoffverbrauch und die Kosten reduziert werden können. Gerade bei Flugzeugen spielt dabei die äußere Strömungsoberfläche der Verkleidungselemente eine besonders große Rolle, da mit Hilfe durchgängig aerodynamisch glatter, d.h. spalten- und stufenfreier Oberflächen eine Laminarströmung ermöglicht wird, die den Widerstand des Flugzeuges weiter verringert. Hierdurch kann die benötigte Energie zur Fortbewegung des Flugzeuges reduziert werden, was ebenfalls zu Treibstoffeinsparungen führt.
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Um die Wahrscheinlichkeit einer laminaren Grenzschicht an der Strömungsoberfläche zu erhöhen, sollte die Strömungsoberfläche, die durch die äußere Oberfläche der Verkleidungselemente gebildet wird, weitestgehend krümmungsstetig und dadurch aerodynamisch glatt sein und insbesondere keine Unterbrechungen innerhalb der Oberfläche aufweisen. Befestigungselemente wie Bolzen oder Nieten, die durch die Strömungsoberfläche geführt sind, würde ein Umschlagen der laminaren Grenzschicht in eine turbulente Grenzschicht begünstigen und sind somit nicht geeignet, laminare Strömungsoberflächen bereitzustellen.
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Auch Revisionsklappen bzw. Wartungsklappen, die innerhalb der Verkleidungselemente vorgesehen sind und die einen Zugang zu dahinterliegenden Hohlräumen ermöglichen sollen, müssen zum Zwecke einer laminaren Grenzschicht mit den angrenzenden Verkleidungselementen bündig und plan abschließen, um so einen guten Übergang in den Strömungsoberflächen zu gewährleisten.
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Ein Problem bei Revisions- bzw. Wartungsklappen innerhalb der Verkleidungselemente und somit innerhalb der Strömungsoberfläche von Fahrzeugen besteht in der Tatsache, dass diese Revisions- bzw. Wartungsklappen einen Betätigungsmechanismus benötigen, mit dem die Revisions- bzw. Wartungsklappe manuell geöffnet und geschlossen werden kann. Diese Betätigungsmechanismen, die beispielsweise Griffe sein können, müssen dabei hinreichend groß ausgeführt sein, um deren Handhabbarkeit und Zugänglichkeit in den Innenraum beispielsweise auch mit Winterhandschuhen sicherstellen zu können. Diese Griffe wirken jedoch als Störstellen einer aerodynamischen Oberfläche und sind somit nicht geeignet, als Grundlage für eine laminar umströmbare Strömungsoberfläche zu dienen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Fahrzeug anzugeben, bei dem innerhalb der laminar umströmbaren Strömungsoberfläche der äußeren Verkleidungselemente eine Revisionsklappe eingebracht ist, die sich auf eine laminare Grenzschicht im Betrieb des Fahrzeuges nicht störend auswirkt und insbesondere den Erhalt einer laminaren Grenzschicht begünstigt. Es ist ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren anzugeben, mit dem eine solche Revisionsklappe innerhalb eines Verkleidungselementes hergestellt werden kann.
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Der erste Aspekt der Aufgabe wird mit dem Fahrzeug gemäß Patentanspruch 1 erfindungsgemäß gelöst.
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Gemäß Anspruch 1 wird ein Fahrzeug mit schalenförmigen Verkleidungselementen beansprucht, wobei die Verkleidungselemente an einer Fahrzeugstruktur des Fahrzeuges angeordnet sind. In wenigstens einem der Verkleidungselemente ist dabei eine Revisionsklappe, auch Wartungsklappe genannt, vorgesehen, die mittels eines Betätigungsmechanismus von einer geschlossenen Position in eine geöffnete Position bringbar ist und die in der geöffneten Position einen temporären Zugang zu einem dahinterliegenden Hohlraum des Fahrzeuges ermöglicht.
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Derartige Revisions- bzw. Wartungsklappen innerhalb der Verkleidung von Fahrzeugen dienen dabei insbesondere dazu, einen temporären Zugang zu den hinter den Verkleidungselementen liegenden technischen Elementen des Fahrzeuges bereitzustellen, um diese zu warten und bei einem Defekt ggf. auszutauschen. Gerade bei Flugzeugen sind derartige Revisions- bzw. Wartungsklappen für den täglichen Betrieb immanent wichtig, da sonst ein Zugang zu den technischen Elementen des Flugzeuges, die hochgradig sicherheitskritisch sind, nicht gewährleistet werden kann.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Betätigungsmechanismus wenigstens einen Push-to-Open-Beschlag hat, der mit der Revisionsklappe derart zusammenwirkt, dass beim Ausüben einer Kraft auf die Revisionsklappe in Richtung des Hohlraumes die Revisionsklappe in eine Auswerfrichtung von der geschlossenen Position in die geöffnete Position überführt wird, wobei er Push-to-Open-Beschlag einen in einem Stößelgehäuse geführten Auswerfstößel hat, der in der geschlossenen Position vorgespannt und in dem Stößelgehäuse mittels einer Arretierung arretiert ist, wobei die Arretierung derart ausgebildet ist, dass beim Ausüben einer Kraft entgegen der Auswerfrichtung die Arretierung gelöst und der Auswerfstößel in Auswerfrichtung gedrückt wird, wobei der Auswerfstößel an einer Innenseite der Revisionsklappe fest angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der Betätigungsmechanismus zum Öffnen und Schließen der Revisionsklappe einen Push-to-Open-Beschlag hat, bei dem ein Auswerfstößel in der geschlossenen Position vorgespannt und arretiert ist, wobei die Arretierung derart ausgebildet ist, dass bei einem Druck entgegen der Öffnungsrichtung die Arretierung gelöst und der Auswerfstößel die Revisionsklappe in Richtung geöffnete Position drückt. Der Ausfwerfstößel ist dabei fest an der Revisionsklappe angeordnet und verhindert somit, dass die Revisionsklappe im geschlossenen Zustand sich nicht ohne weiteres aus ihrer geschlossenen Position bewegen kann. Dies ist insbesondere für Strömungsoberflächen bei schnelleren Fahrzeugen, wie beispielsweise Flugzeugen, notwendig.
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Erfindungsgemäß wird somit erreicht, dass eine Revisions- bzw. Wartungsklappe innerhalb von Verkleidungselementen umströmter Oberflächen vorgesehen sein kann, ohne dass an der äußeren Oberfläche angeordneten Betätigungselementen, wie beispielsweise Griffen oder Mulden, notwendig sind, wobei sich die Revisions- bzw. Wartungsklappe dennoch einfach und schnell öffnen lässt. Somit können auch Oberflächen mit einer laminaren Grenzschichteigenschaft realisiert werden, innerhalb dessen sich ein oder mehrere Revisions- bzw. Wartungsklappen befinden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Revisions- bzw. Wartungsklappe aus einem Faser- und Matrixmaterial aufweisenden Faserverbundwerkstoff hergestellt, um so dem Prinzip des Leichtbaus Rechnung zu tragen.
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Dabei ist es denkbar, dass die Revisionsklappe aus mehreren Lagen Fasermaterial hergestellt ist, wobei der Auswerfstößel in einem metallisierten Bereich der Fasermateriallagen fest angeordnet ist. Dieses feste Anordnen des Auswerfstößels innerhalb des metallisierten Bereichs der Revisionsklappe kann dabei beispielsweise mittels Schweißen oder Löten erfolgen. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Auswerfstößel aus einem Material gebildet ist, welches sich an dem metallisierten Bereich der Revisionsklappe besonders anschweißen bzw. anlöten lässt.
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Es versteht sich von selbst, dass der Auswerfstößel an einer Innenseite der Revisionsklappe fest angeordnet ist, wobei die Innenseite in Richtung des Hohlraumes, dessen Zugang durch die Revisionsklappe geöffneten Zustand temporär ermöglicht werden soll, gerichtet ist.
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Ein Fahrzeug im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei ein bewegliches Objekt wie beispielsweise ein Luftfahrzeug, ein Straßenfahrzeug, ein Schienenfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug. Luftfahrzeuge im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Flugzeuge, wie beispielsweise Verkehrsflugzeuge oder Passagierflugzeuge aber auch Drehflügler wie beispielsweise Hubschrauber.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Verkleidungselemente teilweise oder ganz ebenfalls aus einem Faser- und Matrixmaterial aufweisenden Faserverbundwerkstoff hergestellt, wodurch die gesamte Verkleidung des Fahrzeugs aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt und somit optimal dem Prinzip des Leichtbaus Rechnung getragen wird.
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Um im Betrieb eine möglichst langanhaltende laminare Grenzschicht zu begünstigen, ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn die Revisionsklappe mit den umliegenden Verkleidungselementen in der geschlossenen Position an der Außenseite plan abschließt und an den Übergängen zwischen den Verkleidungselementen und der Revisionsklappe keine Sprünge in der Oberfläche existieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Stößelgehäuse an der Fahrzeugstruktur angeordnet, wodurch die Revisionsklappe in der geschlossenen Position fest an der Fahrzeugstruktur befestigt ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Arretierung in dem Stößelgehäuse angeordnet, sodass der Auswerfstößel in dem Stößelgehäuse in der geschlossenen Position vorgespannt gehalten wird. Wird nun eine Kraft entgegen der Auswerfrichtung auf den Auswerfstößel ausgeübt, so wird die Arretierung innerhalb des Stößelgehäuses gelöst und die Vorspannkraft drückt den Auswerfstößel in Auswerfrichtung, sodass sich die Revisionsklappe von der geschlossenen Position in die geöffnete Position bewegt.
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Um die Revisionsklappe wieder zu schließen, d.h. die Revisionsklappe von einer geöffneten Position in die geschlossene Position zu überführen, wird die Revisionsklappe in Richtung Fahrzeug bzw. Hohlraum des Fahrzeuges gedrückt, wobei dabei der Auswerfstößel in dem Stößelgehäuse entgegen der Vorspannkraft gedrückt wird, bis der Auswerfstößel auf die Arretierung wirkt und somit den Auswerfstößel in der geschlossenen Position arretiert.
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Das Vorspannen des Auswerfstößels in der geschlossenen Position in Richtung geöffnete Position kann dabei beispielsweise mittels einer Feder bewirkt werden, die sich in oder an dem Stößelgehäuse befindet.
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Dabei ist es denkbar, dass der in dem Stößelgehäuse linear geführte Auswerfstößel so in dem Stößelgehäuse geführt ist, dass der Auswerfstößel in der geöffneten Position in dem Stößelgehäuse verbleibt und dort an einem Endanschlag anliegt. Hierdurch wird verhindert, dass die Revisionsklappe vollständig abgenommen werden kann. Denkbar ist aber auch, dass der Auswerfstößel vollständig aus dem Stößelgehäuse entfernt werden kann, wodurch ein ungehinderter Zugang zu dem dahinterliegenden Hohlraum ermöglicht wird. Beim Einsetzen der Revisionsklappe muss dann der Auswerfstößel wieder in das Stößelgehäuse eingeführt und in Richtung Hohlraum gedrückt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bilden die schalenförmigen Verkleidungselemente zusammen mit der Revisionsklappe in der geschlossenen Position an der Außenseite eine laminar umströmbare Strömungsoberfläche.
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Der zweite Aspekt der Aufgabe wird mit dem Verfahren zur Herstellung einer Revisionsklappe gemäß Anspruch 10 erfindungsgemäß gelöst. Demzufolge wird zunächst ein Faserverbundwerkstoff mit einem Fasermaterial und einem Matrixmaterial bereitgestellt sowie ein Auswerfstößel eines Push-to-Open-Beschlages eines Betätigungsmechanismus, sowie vorstehend beschrieben.
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Anschließend wird das Fasermaterial in einem Bereich, in dem der Auswerfstößel angeordnet werden soll, mit einem metallischen Werkstoff metallisiert, um dort lokal in dem metallisierten Bereich die anisotrope Werkstoffeigenschaft des Fasermaterials aufzuheben und einen isotropierten Bereich innerhalb des Fasermaterials bereitzustellen. Vor oder nach dem Aushärten des in das Fasermaterial infundierten Matrixmaterials wird nun der Auswerfstößel an einer Innenseite der Revisionsklappe in dem metallisierten Bereich des Fasermaterials angelötet oder angeschweißt, wodurch der Auswerfstößel nach dem Aushärten des Matrixmaterials eine integrale und damit feste Verbindung mit dem Fasermaterial eingeht.
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Dabei ist es denkbar, dass die Revisionsklappe aus mehreren Fasermateriallagen aufgebaut wird, wobei mehrere der Fasermateriallagen in einem gemeinsamen Bereich metallisiert werden.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
- 1 - schematische Darstellung eines Teils eines Fahrzeuges mit einer Revisionsklappe im geschlossenen Zustand;
- 2 - schematische Darstellung der Revisionsklappe im geöffneten Zustand
- 3 - schematische Darstellung einer Revisionsklappe im Herstellungsprozess.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer äußeren Struktur eines Fahrzeuges 1, das eine Fahrzeugstruktur 2 und äußere Verkleidungselemente 3 hat. Die Verkleidungselemente 3 bilden dabei an ihrer äußeren Schicht eine Strömungsoberfläche 4, die insbesondere eine laminare Grenzschicht ausbilden soll und an der ein Fluid beim Bewegen des Fahrzeuges allzeit entlanggeführt wird.
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Innerhalb eines dieser Verkleidungselemente 3 befindet sich eine Revisionsklappe 5, die im Ausführungsbeispiel der 1 in einer geschlossenen Position dargestellt ist. Die geschlossene Position meint hierbei, dass die äußere Strömungsoberfläche 6 der Revisionsklappe 5 an ihren Übergangspunkten zu den Verkleidungselementen 3 und deren dortigen Strömungsoberfläche 4 plan abschließt und somit die Aufrechterhaltung der laminaren Grenzschicht an den Strömungsoberflächen 4 und 6 begünstigt.
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Zwischen der Fahrzeugstruktur 2 und der Revisionsklappe 5 ist ein Betätigungsmechanismus 7 angeordnet, der im Ausführungsbeispiel der 2 wenigsten zwei Push-to-Open-Beschläge 8 hat. Der Betätigungsmechanismus 7 mit den Push-to-O-pen-Beschlägen 8 ist dabei so ausgebildet, dass in der geschlossenen Position eine auf die Revisionsklappe 5 an der äußeren Strömungsoberfläche 6 aufgebrachte Betätigungskraft in eine Betätigungsrichtung Rb dazu führt, dass die Revisionsklappe 5 in eine Auswerfrichtung Ra gedrückt und somit von der geschlossenen Position in die geöffnete Position überführt wird.
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Hierfür weist der Push-to-Open-Beschlag einen Auswerfstößel 9 auf, der in einem Stößelgehäuse 10 linear geführt ist und in der geschlossenen Position durch eine Arretierung 11 gehalten wird und mit Hilfe einer Feder 12 vorgespannt ist. Wird nun durch Betätigen der Revisionsklappe 5 in Betätigungsrichtung Rb die Arretierung 11 gelöst, so drückt die Vorspannfeder 12 den Auswerfstößel 9 in die Auswerfrichtung Ra , wodurch die Revisionsklappe 5 in die Auswerfrichtung Ra geschoben und somit in die geöffnete Position überführt wird.
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Die geöffnete Position ist dabei in 2 gezeigt, wobei der Auswerfstößel 9 hierbei aus dem Stößelgehäuse 10 gänzlich herausgeführt wurde. Dies ermöglicht einen ungehinderten Zugang zu den hinter den Verkleidungselementen 3 befindlichen Hohlraum H.
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Erfindungsgemäß ist der Auswerfstößel 9 direkt an der Innenseite der Revisionsklappe 5 angeordnet und mit dieser fest verbunden, sodass in der geschlossenen Position die Revisionsklappe 5 sicher durch die an der Fahrzeugstruktur 2 angeordneten Stößelgehäuse 10 gehalten wird. Wird nun die Revisionsklappe 5 wieder eingesetzt, so werden die Auswerfstößel 9 in das jeweilige Stößelgehäuse 10 eingeführt und entgegen der Kraft der Vorspannfeder 12 in Betätigungsrichtung Rb gedrückt, bis die Arretierung 11 in dem Stößelgehäuse 10 greift und den jeweiligen Auswerfstößel 9 entgegen der Vorspannkraft der Vorspannfeder 12 in der geschlossenen Position in dem Stößelgehäuse hält.
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3 zeigt schematisch einen Teil einer Revisionsklappe 5, die aus mehreren Schichten in Faserlagen aufgebaut ist. In einem metallisierten Bereich 13 wurden die Faserlagen des Fasermaterials der Revisionsklappe 5 durch einen metallischen Werkstoff metallisiert, wodurch in diesem Bereich die anisotrope Werkstoffeigenschaft des Fasermaterials aufgehoben und entsprechend isotropiert wurde. In diesem metallisierten Bereich 13 kann nun der Auswerfstößel angelötet oder angeschweißt werden, d.h. stoffschlüssig mit dem metallisierten Bereich verbunden werden, wodurch der Auswerfstößel 9 einen festen Halt mit der Revisionsklappe 5 bildet.
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Eine Tränkung eines solchen hybriden Faser-Metall-Halbzeuges mit einem flüssigen Matrixmaterial und die anschließende Aushärtung erlaubt das Ausführen integral gefertigter Lasteinleitungspunkte, welche in Verbindung mit einem passenden Gegenstück den Einsatz eines grifflosen Öffnungssystems für Revisionsklappen in Faserverbundkunststoffbauweise mit einseitig defektfreier Oberfläche erlauben. Aufgrund der Auswerfstößel 9 abgewandten ungestörten Oberfläche kann ein solches Element in plattenförmige oder leicht gekrümmte Kunststofflaminate integriert werden, welche als Abdeckplatte bzw. Revisionsklappe an umströmten Oberflächen eingesetzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- - Fahrzeug
- 2
- - Fahrzeugstruktur
- 3
- - Verkleidungselemente
- 4
- - Strömungsoberfläche der Verkleidungselemente
- 5
- - Revisionsklappe
- 6
- - Strömungsoberfläche der Revisionsklappe
- 7
- - Betätigungsmechanismus
- 8
- - Push-to-Open-Beschlag
- 9
- - Auswerfstößel
- 10
- - Stößelgehäuse
- 11
- - Arretierung
- 12
- - Vorspannfeder
- 13
- - Metallisierter Bereich
- H
- - Hohlraum
- Ra
- - Auswerfrichtung
- Rb
- - Betätigungsrichtung
