-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die Erfindung betrifft ein Druckschott für einen druckbeaufschlagten Rumpf eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit einem druckbeaufschlagten Rumpf und einem solchen Druckschott.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
In Flugzeugen mit druckbeaufschlagtem Flugzeugrumpf befindet sich üblicherweise ein Druckschott an einem rückwärtigen Ende des Flugzeugrumpfs und begrenzt dort den druckbeaufschlagten Bereich. Sie erstrecken sich dort im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt des Flugzeugrumpfs. Bekannte Druckschotts weisen oftmals eine konvexe, in einen nicht druckbeaufschlagten Bereich gerichtete Krümmung auf. In Verkehrsflugzeugen sind die Druckschotts einem Druckunterschied von bis zu etwa 0,5 bar ausgesetzt und besitzen daher eine sehr hohe mechanische Festigkeit. Dennoch sind Druckschotts üblicherweise so ausgeführt, dass sie ein möglichst geringes Gewicht aufweisen.
-
DE 10 2015 205 934 B3 etwa zeigt ein Druckschott mit mehreren Materiallagen, die jeweils aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.
-
DE 10 2012 005 451 A1 offenbart einen Druckrumpf eines Luftfahrzeuges, mit einer Rumpfschale und einem darin angeordneten Druckschott zur Bildung eines rumpfinternen Druckbereichs, welches randseitig innen an der Rumpfschale angebracht ist, wobei das Druckschott einen linsenförmigen Querschnitt aufweist und einen Sandwichaufbau besitzt, welcher einen zwischen zwei einander gegenüberliegenden Außenschalen eingeschlossenen Schaumkern umfasst.
-
Weiter sind beispielsweise aus
DE 10 2014 107 316 A1 oder
DE 10 2006 042 748 A1 Druckschotte für einen druckbeaufschlagten Rumpf eines Fahrzeugs, mit einer axialen Innenfläche und einer axialen Auenfläche bekannt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Druckschott für einen druckbeaufschlagten Rumpf eines Fahrzeugs vorzuschlagen, das eine alternative Lösung zu bekannten Druckschotts realisiert und hierbei zu einer verbesserten Bauraumnutzung und/oder zu einem vorteilhafteren Gewicht führt.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Druckschott mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 14. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
-
Es wird ein Druckschott für einen druckbeaufschlagten Rumpf eines Fahrzeugs mit einer axialen Innenfläche und einer axialen Außenfläche vorgeschlagen, das durch mindestens einen Tank, der an der Innenfläche oder der Außenfläche aufgesetzt ist und sich in axialer Richtung erstreckt und mindestens einen Anschluss zum Einleiten und/oder Ausleiten eines Fluids aufweist, gekennzeichnet.
-
Das erfindungsgemäße Druckschott kann folglich eine Form aufweisen, die auf der Form eines üblichen Druckschotts basiert. Eine axiale Innenfläche definiert eine mit dem druckbeaufschlagten Raum in Berührung stehende Fläche des Druckschotts. Diese könnte an der betreffenden Position in dem Flugzeugrumpf den gesamten Rumpfquerschnitt überspannen. Die axiale Außenfläche ist auf der gegenüberliegenden Seite des Druckschotts angeordnet und ragt in die nicht druckbeaufschlagte Seite des Fahrzeugrumpfes. Die Kontur des Druckschotts hängt von der Kontur des Fahrzeugrumpfes ab und kann oval, kreisrund, abgerundet oder auf andere geeignete Weise gestaltet sein.
-
Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Druckschotts liegt in dem Tank, der an zumindest einer der Innenfläche und der Außenfläche aufgesetzt ist und sich von dort in axialer Richtung erstreckt. Folglich ist ein Tank an der Innenfläche oder an der Außenfläche angeordnet oder an beiden Flächen ist jeweils ein Tank vorgesehen.
-
Der Tank ist als Behälter zu interpretieren, der im Sinne der Erfindung insbesondere eine Flüssigkeit aufnehmen und wieder abgeben kann. Der Tank ist an der mechanischen Struktur des Druckschotts angeordnet und nutzt damit Bauraum, der üblicherweise für die Lagerung von Flüssigkeiten nicht benutzt wird.
-
Die axiale Erstreckung ist des Weiteren derart zu verstehen, dass der Tank eine bestimmte Bautiefe bzw. Dicke aufweist, die zur Erstreckung des Tanks entlang einer Mittelachse des Druckschotts führt. Die Dicke und damit die Erstreckung in axialer Richtung hängt von der Anforderung an das Tankvolumen und den am Druckschott vorhandenen Bauraum ab.
-
Der mindestens eine Anschluss kann ein einzelner Anschluss sein, der sowohl zum Befüllen als auch zum Entleeren des Tanks bzw. zur Entnahme der gespeicherten Flüssigkeit genutzt werden kann. Ein solcher Anschluss kann etwa an einer Unterseite des erfindungsgemäßen Druckschotts angeordnet sein. Alternativ dazu können auch zwei separate Anschlüsse vorgesehen sein, die zum Einleiten und/oder Ausleiten von Fluid genutzt werden können. Beide Anschlüsse könnten in Vertikalrichtung an einander gegenüberliegenden Enden des Tanks angeordnet sein, um etwa an einer Oberseite das entnommene Fluidvolumen durch Zufuhr von Luft auszugleichen. Ein solcher Anschluss an einer Oberseite kann auch dazu verwendet werden, bei Anordnung in einem Flugzeug Druckschwankungen durch unterschiedliche Flughöhen durch Einlassen oder Abführen von Luft zu erlauben.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Tank starr ausgebildet. Der Tank weist demnach eine vom Befüllungsgrad unabhängige geometrische Form auf. Der Tank kann hierzu aus einem Material bestehen, das eine für diesen Zweck ausreichende Steifigkeit bereitstellt. Neben metallischen Konstruktionen kommt auch die Verwendung von Kunststoffen in Betracht, die zur Erhöhung der Steifigkeit faserverstärkt sein könnten.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Tank eine auf der Außenfläche aufgesetzte Außenschale auf, wobei die Außenschale eine Krümmung besitzt, welche mindestens einer Krümmung der Außenfläche entspricht oder stärker ist. Die Außenschale des Tanks ist die Schale, die mit der Außenfläche des Druckschotts einen als Tankvolumen nutzbaren Bereich einschließt. Die Form der Außenschale hängt auch von der Krümmung der Außenfläche ab. Ist die Außenfläche konvex gekrümmt und erstreckt sich folglich in axialer Richtung in den nicht druckbeaufschlagten Bereich, muss die Außenschale dieser Form zumindest teilweise folgen. Es kann sich daher anbieten, dass die Außenschale eine Krümmung aufweist, die mindestens der Krümmung der Außenfläche entspricht. Mit der Krümmung ist der Kehrwert des Krümmungsradius der Außenfläche gemeint. Der Krümmungsradius der Außenschale ist folglich höchstens so groß wie der Krümmungsradius der Außenfläche. Der Abstand der Außenschale von der Außenfläche wird von einem radial außen liegenden Randbereich zu einer Mitte der Außenschale bzw. der Außenfläche größer. Ist das Druckschott planar ausgeführt, könnte die Außenschale ebenso planar sein, müsste sich zum Erreichen eines nutzbaren Tankvolumens jedoch in einem axialen Abstand zu der Außenfläche befinden. Dies könnte durch hierfür geeignete Befestigungsmittel, etwa Flansche und optional Abstandshalter, realisiert sein. Bei dieser Konstruktion würde es sich jedoch anbieten, der Außenschale eine solche Krümmung zu verleihen, so dass sie sich konvex von dem planaren Druckschott aus in den nicht druckbeaufschlagten Bereich erstreckt. Bei konvex gekrümmten Außenflächen gilt dasselbe. Folgt die Außenschale exakt der Krümmung der Außenfläche, müsste die Außenschale in einem gewissen Abstand zu der Außenfläche angeordnet werden, um ein Tankvolumen bereitstellen zu können. Es würde sich dann allerdings anbieten, die Außenschale stärker zu krümmen. Dadurch kann der nach innen größer werdende Abstand der Außenschale zu der Außenfläche gewährleistet werden.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Tank eine Innenschale aufweisen, die eine Krümmung besitzt, welche einer Krümmung der Außenfläche folgt und wobei die Innenschale und die Außenschale fluiddicht miteinander verbunden sind. Der Tank ist folglich aus der Innenschale und der Außenschale zusammengesetzt, welche ein nutzbares Tankvolumen zwischen sich einschließen. Dieses hängt folglich von der Größe der Flächen sowie von den Krümmungen bzw. den Abständen zwischen den beiden Schalen ab. Um möglichst effektiv den Bauraum auszunutzen, bietet es sich an, die Innenschale möglichst bündig mit der Außenfläche in Verbindung zu bringen. Die Innenschale könnte insbesondere der Krümmung der Außenfläche folgen. Zum Erlauben einer gewissen, durch die Bauweise des Druckschotts vorgegebenen Verformbarkeit des Druckschotts kann es sich anbieten, einen gewissen Abstand zwischen der Innenschale und der Außenfläche vorzusehen und/oder die Innenschale etwas stärker zu krümmen als die Außenfläche. Einer verformungsbedingten Beschädigung des Tanks kann damit vorgebeugt werden.
-
Bevorzugt kann ein lokaler Abstand zwischen der Außenschale und der Außenfläche von einem radial außen liegenden Bereich zu einer Mitte des Druckschotts größer werden, so dass durch die Außenschale und die Außenfläche oder die daran angeordnete Innenschale ein nutzbares Tankvolumen definiert wird.
-
In einer weiteren Ausführungsform kann der Tank eine auf der Innenfläche aufgesetzte Außenschale aufweisen, wobei die Außenschale eine Krümmung besitzt, welche höchstens einer Krümmung der Innenfläche entspricht oder schwächer ist. Folglich könnte auch auf der druckbeaufschlagten Seite des Druckschotts ein Tank angeordnet sein. Die Ausgestaltung ist analog zu dem Tank an der Außenseite des Druckschotts, das heißt auf der nicht druckbeaufschlagten Seite, ausgeführt. Die schwächere Krümmung kann auch eine Krümmung umfassen, die betragsmäßig größer ist, jedoch in eine entgegengesetzte Seite verläuft. Basiert das Druckschott auf einer planaren Bauweise, kann es folglich sinnvoll sein, die Außenschale des Tanks so zu krümmen, dass sie sich konvex von der Innenfläche in den druckbeaufschlagten Bereich des Rumpfes erstreckt.
-
Auch bei dieser Anordnung kann der Tank eine Innenschale aufweisen, die eine Krümmung besitzt, welche einer Krümmung der Innenfläche folgt, wobei die Innenschale und die Außenschale fluiddicht miteinander verbunden sind.
-
Ebenso bevorzugt kann ein lokaler Abstand zwischen der Außenschale und der Innenfläche von einem radial außen liegenden Bereich zu einer Mitte des Druckschotts größer werden. Zwischen der Innenfläche oder der daran angeordneten Innenschale und der Außenschale wird folglich ein nutzbares Tankvolumen definiert.
-
Bei den Varianten mit Innenschale und Außenschale kann die Innenschale eine geringere Fläche als die Außenschale aufweisen und die Außenschale kann einen über die Innenschale ragenden Randstreifen besitzen, der mit einem Flansch oder Laschen der betreffenden Außenfläche oder Innenfläche verbunden ist. Beide Schalen sind miteinander verbunden, um die Funktion des Tanks auch unabhängig von einer Befestigung zu gewährleisten. Die Abdichtung und mechanische Verbindung zwischen den beiden Schalen kann folglich nach anderen Maßstäben und mit anderen Verbindungsverfahren hergestellt werden als die Verbindung des Druckschotts an der Fahrzeugstruktur.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die betreffende Innenfläche oder Außenfläche einen umlaufenden Flansch aufweisen oder an diesen angrenzen, wobei mindestens eine Komponente des Tanks an dem umlaufenden Flansch befestigt ist. Das Druckschott kann also einen Flansch aufweisen oder an einen solchen angrenzen, um das Druckschott selbst mit einer Struktur des Flugzeugs zu verbinden. Dieser Flansch kann auch zur Verbindung des Tanks genutzt werden. Die Innenfläche oder die Außenfläche selbst kann einen Flansch aufweisen, der ausschließlich für die Aufgabe des Halterns des Tanks verwendet wird. Dies kann davon abhängen, ob das erfindungsgemäße Druckschott nachträglich mit einem Tank ausgestattet wird, oder ob direkt bei der Herstellung des Flugzeugs ein erfindungsgemäßes Druckschott mit einem daran angeordneten Tank vorgesehen ist. Der Flansch muss nicht zwangsläufig kontinuierlich umlaufen, sondern kann auch in Form von einzelnen Laschen realisiert sein, die auf einer umlaufenden Bahn angeordnet sind.
-
Der Tank kann zumindest bereichsweise mit dem umlaufenden Flansch überlappen. Der vorangehend genannte Randstreifen könnte etwa mit diesem Flansch in Überlappung gebracht werden, um hier eine Niet-, Schweiß- oder Klebeverbindung durchzuführen.
-
Die Außenfläche des Druckschotts kann konvex gekrümmt sein. Insbesondere bei Verkehrsflugzeugen sind derartige Außenflächen vorzufinden, welche sich konvex in den nicht druckbeaufschlagten Bereich erstrecken.
-
Es kann vorteilhaft sein, dass ein erster Tank an der Außenfläche angeordnet ist und ein zweiter Tank an der Innenfläche. Der durch ein Druckschott eingenommene Bauraum kann hierdurch effektiv für andere Funktionen genutzt werden.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, aufweisend einen druckbeaufschlagten Rumpf und ein Druckschott mit den vorangehend beschriebenen Merkmalen.
-
Der Tank könnte ein Abwassertank, ein Wassertank, ein Brennstofftank, ein Schmierstofftank oder ein Hydraulikreservoir sein. Ein Abwassertank kann zur Speicherung von Grauwasser oder Schwarzwasser ausgeführt sein. Ein Wassertank könnte etwa Brauchwasser oder Trinkwasser speichern. Ein Brennstofftank muss nicht zwangsläufig zur Speicherung von herkömmlichem Treibstoff für schuberzeugende Triebwerke genutzt werden, sondern könnte auch zum Speichern flüssigen Treibstoffs für Brennstoffzellen genutzt werden, welche im nicht druckbeaufschlagten Bereich oder im druckbeaufschlagten Bereich des Flugzeugrumpfs angeordnet sind. Desweiteren kann auch ein Hydraulikreservoir durch den Tank realisiert werden, welches mit einem Hydrauliksystem gekoppelt ist und ohne Druckbeaufschlagung Hydraulikflüssigkeit aufnehmen und abgeben kann.
-
Der Tank könnte ferner einen Einlass für die Einleitung eines Inertgases aufweisen, um ein nicht durch eine Flüssigkeit eingenommenes Volumen des Tanks mittels eines Schutzgases zu füllen. Dieses Schutzgas kann stickstoffangereicherte bzw. sauerstoffabgereicherte Luft sein, die durch ein OBIGGS, OBOGS und/oder eine Brennstoffzelle bereitgestellt wird.
-
Die Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Hauptdruckschott, das an einem rückwärtigen Ende eines Flugzeugrumpfs angeordnet ist. Allerdings sind auch andere Bauarten von Druckschotts möglich, die etwa in einem Flügel-Rumpf- Übergang oder an einem Bug des Flugzeugrumpfs angeordnet sind.
-
Figurenliste
-
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.
- 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckschotts in einem Seitenschnitt.
- 3a, 3b und 3c zeigen weitere Ausführungsbeispiele jeweils in einem Seitenschnitt.
- 4 zeigt ein Druckschott in einer Vorderansicht auf den Tank.
- 5 und 6 zeigen unterschiedliche Varianten zum Verbinden des Tanks mit einem Flansch.
- 7 zeigt ein Flugzeug mit einem druckbeaufschlagten Rumpf und einem erfindungsgemäßen Druckschott.
-
DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
1 zeigt einen Flugzeugrumpf 2 mit einem Druckschott 4, welches einen druckbeaufschlagten Bereich 6 von einem nicht druckbeaufschlagten Bereich 8 trennt. Das Druckschott 4 weist eine Innenfläche 10 und eine Außenfläche 12 auf. Die Innenfläche 10 steht mit dem druckbeaufschlagten Bereich 6 in Berührung, während die Außenfläche 12 zu dem nicht druckbeaufschlagten Bereich 8 gerichtet ist.
-
Exemplarisch befindet sich an der Außenfläche 12 ein Tank 14, der hier lediglich eine Außenschale 16 aufweist, die auf der Außenfläche 12 aufgesetzt ist. Die Krümmung der Außenschale 16 ist etwas stärker als die Krümmung der Außenfläche 12. Folglich ist der Krümmungsradius der Außenschale 16 geringer als der der Außenfläche 12. Die Erstreckung der Außenschale 16 in Radialrichtung ist zudem etwas geringer als die der Außenfläche 12. Der Tank 14 bildet damit einen linsenförmigen Ergänzungskörper auf der Außenfläche 12. Der Tank 14 steht dann zur Aufnahme insbesondere von Flüssigkeiten zur Verfügung.
-
Beispielhaft wird in 1 in dem druckbeaufschlagten Bereich 6 eine Kabine 18, ein Frachtraum 20 und Abwassertanks 22 und 24 in einem dafür vorgesehenen Abwassercompartment 26 dargestellt. Das Abwassercompartment ist derart dimensioniert, dass dort eine gewisse Abwassermenge gelagert werden kann. Hierdurch verringert sich beispielhaft das vorhandene Volumen des Frachtraums 20.
-
Wie in 2 gezeigt ist, kann durch Verwendung des Tanks 14 beispielhaft der Abwassertank 24 eingespart werden, so dass der Frachtraum 20 in Axialrichtung durch ein kleiner dimensioniertes Abwassercompartment 26 vergrößert werden kann. Das erfindungsgemäße Druckschott 4 wird durch Ausnutzung eines relativ schlanken Bauraums direkt an der Außenfläche 12 zu einer deutlichen Vergrößerung des Frachtraums 20 genutzt.
-
3a zeigt eine Variante in Form eines Druckschotts 28, bei dem ein Tank 30 vorgesehen ist, welcher eine Innenschale 32 und eine Außenschale 34 aufweist. Die Innenschale 32 grenzt direkt an die Außenfläche 12 an und folgt der Krümmung der Außenfläche 12. Die Außenschale 34 ist indes etwas stärker gekrümmt, so dass zumindest in der Querschnittsansicht der Abstand zwischen der Innenschale 32 und der Außenschale 34 von einer Mittelachse 36 aus gesehen in radialer Richtung nach außen hin abnimmt.
-
Exemplarisch ist ein Anschluss 38 zum Ausleiten eines Fluids angedeutet. Hier schließt sich eine Leitung 40 an, welche sich exemplarisch durch die Innenfläche 10 und die Außenfläche 12 erstreckt. Damit kann eine in dem Tank 30 aufgenommene Flüssigkeit entnommen und Verbrauchern zugeführt werden. Der Tank 30 könnte in dem Fall etwa ein Brauchwasser- oder Frischwassertank sein.
-
Der Anschluss 38 kann jedoch auch ein Einlass sein, der zum Aufnehmen beispielsweise von Abwasser genutzt werden kann.
-
Für Wartungszwecke kann es erforderlich sein, ein Inneres des Tanks 30 zugänglich zu machen. Exemplarisch weist die Außenschale 34 hierzu ein verschließbares Mannloch 42 auf. Bei entleertem Tank 30 kann das Mannloch 42 geöffnet werden, um einer Person zu ermöglichen, in den Tank 30 zumindest hineinzusehen oder diesen zu besteigen. Damit könnte beispielsweise eine Reinigung des Tanks 30 durchgeführt werden.
-
3b zeigt ein Druckschott 29, das an der Innenfläche 10 einen Tank 31 aufweist. Dieser besitzt eine Außenschale 33, die sich von der Innenfläche 10 weg erstreckt und hierdurch ein nutzbares Tankvolumen bereitstellt. Gleichzeitig ist direkt auf der Innenfläche 10 eine Innenschale 35 angeordnet, die im Wesentlichen der Krümmung der Innenfläche 10 folgt. Die Außenschale 33 weist beispielhaft ebenso ein Mannloch 42 auf, durch das ein Inneres des Tanks 31 erreichbar ist. Eine Leitung 37 ist mit einem Anschluss 39 des Tanks 31 verbunden.
-
3c zeigt die Kombination der Druckschotts 28 und 29 in Form eines Druckschotts 41, welches einen Tank 30 auf der Außenfläche 12 und einen Tank 31 auf der Innenfläche 10 aufweist.
-
4 zeigt das erfindungsgemäße Druckschott 28 als Draufsicht beispielhaft in Flugrichtung. Es sei darauf hingewiesen, dass bei Anordnung eines Tanks an einer dem druckbeaufschlagten Bereich zugewandten Seite eine Draufsicht entgegen der Flugrichtung auf die gleiche Weise dargestellt wäre.
-
In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist folglich die Außenschale 34 zu sehen, die an einzelnen Laschen 44, welche an der Außenfläche 12 angeordnet sind, befestigt ist. Hierzu sind Verbindungselemente 46 vorgesehen, mit denen die Außenschale 34 versehen ist. Die Laschen 44 sind in Umfangsrichtung um die Mittelachse 36 herum umlaufend angeordnet und voneinander beabstandet. Hier werden beispielhaft acht Laschen 44 gezeigt, es können jedoch auch mehr oder weniger Laschen sein. Die Laschen 44 könnten auch einen vollständig umlaufenden Randstreifen bilden, mit dem die Außenschale 34 verbunden werden könnte.
-
5 zeigt eine mögliche Verbindung zwischen einem Tank 30 und einer Lasche 44 mithilfe einer Bolzenverbindung. Hierzu kann eine Gabel 50 vorgesehen sein, die mit einem Auge 48 durch einen Bolzen verbunden ist.
-
In 6 wird ebenfalls eine Lasche 44 gezeigt, die mit einem Streifen 52 der Außenschale 34 des Tanks 30 in Verbindung steht. Hierdurch ist eine Niet- oder Schraubverbindung 54 in einer Überlappung zwischen dem Randstreifen 52 und der Lasche 44 vorgesehen.
-
7 zeigt ein Flugzeug 56, das mit einem Rumpf 6 ausgestattet ist und an einem rückwärtigen Bereich 58 mit einem erfindungsgemäßen Druckschott 28 (oder Druckschott 4) ausgestattet sein kann.
-
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein“ oder „eine“ 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 Einschränkung anzusehen.
