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Die Erfindung betrifft die thermische Primär-Isolierung in einem Flugzeug an dessen mit Spanten versehener Bordwand.
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Aus der
DE 10 2016 118 436 A1 sind Flugzeugrümpfe, beispielsweise von Verkehrsflugzeugen, bekannt, die in der Regel eine röhrenförmige Grundform aufweisen. Die sogenannte Primärstruktur des Flugzeugrumpfs umfasst eine Außenhaut und eine Vielzahl von Spanten, die zur Aussteifung an der Innenseite der Außenhaut ringförmig umlaufen. Herkömmliche Kabinenwandaufbauten umfassen eine Außenwand zur thermischen und akustischen Isolation. Hierfür werden häufig Pakete aus Glaswolle eingesetzt, die von einer Folie umhüllt sind. Die Glaswollepakete werden an der Innenseite der Außenhaut angeordnet.
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Aus der Praxis ist es dabei bekannt, die Glaswollepakete auch um die Spanten zu wickeln, um so die Außenhaut des Flugzeuges auch über die Spanten hinweg zum Innenraum des Flugzeuges hin thermisch zu isolieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Verbesserungen hinsichtlich einer Primär-Isolierung eines Flugzeuges im Bereich der Spanten vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Isolierteil gemäß Patentanspruch 1. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Das Isolierteil dient zur Primärisolierung eines bestimmungsgemäßen Spants an einer Bordwand eines Flugzeuges. „Bestimmungsgemäß“ heißt, dass das Isolierteil auf einen bestimmten oder einen bestimmten Typ von Spant, gegebenenfalls auch Bordwand bzw. Flugzeug konstruktiv abgestimmt ist und für den Einsatz dort eingerichtet ist; z.B. für die dadurch bestimmten Geometrieanforderungen usw. ausgelegt ist. Mit anderen Worten wird ein betreffender Spant als bekannt hinsichtlich seiner Geometrie usw. vorausgesetzt.
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Die Erfindung geht dabei davon aus, dass sich der Spant entlang einer in Umfangsrichtung der Bordwand verlaufenden Verlaufslinie erstreckt und von der Innenseite der Bordwand - insbesondere im Wesentlichen lotrecht - zum Innenraum des Flugzeuges hin vorsteht. Die Umfangsrichtung ist dabei bezogen auf eine Flugzeuglängsachse, die der Richtung des Geradeausfluges des Flugzeuges entspricht. Die Verlaufslinien verlaufen also ringförmig um die Flugzeuglängsachse. Die Erfindung geht insbesondere davon aus, dass es sich um einen Spant bzw. Abschnitt der Bordwand handelt, der sich im Bereich einer Passagierkabine des Flugzeuges in Form eines Passagierflugzeuges befindet. Bordwand und Spant stellen einen Teil der sogenannten Primärstruktur des Flugzeugs dar.
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Das Isolierteil weist einen Grundkörper aus einem formstabilen und thermisch isolierenden Isoliermaterial auf. „Formstabil“ ist dabei im Sinne einer ausreichenden mechanischen Stabilität bzw. Tragfähigkeit bzw. Belastbarkeit zu verstehen. Dies betrifft sowohl die Eigenstabilität des Grundkörpers als auch die Möglichkeit, Anbauteile am Isoliermaterial in ausreichend tragfähiger Weise für einen jeweiligen Anwendungszweck befestigen zu können. Anwendungszweck ist es hier unter anderem, einen Kabelhalter, einen Leitungsträger, Clips oder ähnliches in ausreichend stabiler Weise am Grundkörper zu befestigen, um z.B. mit deren Hilfe wiederum Bauteile wie Seitenverkleidungen der Passagierkabine / Panels, Versorgungsleitungen usw. im Flugzeug ausreichend (Erfüllung der Bedingungen einer Luftfahrtzulassung usw.) zu fixieren.
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Vorliegend ist „formstabil“ in Bezug auf die aus dem Stand der Technik bekannten Glaswolle-Pakete zu verstehen: diese werden im vorliegenden Sinne als nicht formstabil verstanden, da es sich hier um flexible Matten handelt. Als hierzu vergleichsweise formstabil im vorliegenden Sinne werden jedoch zum Beispiel Bauteile aus Schaummaterial, Partikelschaum usw. verstanden.
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Der Grundkörper erstreckt sich entlang einer Erstreckungsrichtung. Quer zur Erstreckungsrichtung weist der Grundkörper einen Querschnitt in U-Form auf. Der Grundkörper ist in einer Montageposition (des Grundkörpers bzw. des Isoliertteils am Spant) am Spant platzierbar bzw. platziert. Der Grundkörper ist dabei derart am Spant platzierbar, dass die Erstreckungsrichtung entlang der Verlaufslinie ausrichtbar ist bzw. in der Montageposition ausgerichtet ist. „Ausgerichtet“ meint einen parallelen Verlauf oder ein Zusammenfallen. Dies geschieht z.B. durch eine individuelle Formgestaltung / - anpassung des Grundkörpers an einen bestimmungsgemäßen Spant.
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Die U-Form, also die Form des Grundkörpers bezüglich seines Querschnitts, ist derart eingerichtet, also geformt, dass in der Montageposition der Spant von der U-Form umschlossen bzw. umgriffen ist. Mit anderen Worten ist zumindest ein Teil des Spants in der U-Form - oder anders ausgedrückt in der Nut, die von der U-Form gebildet ist - aufgenommen. Beide U-Schenkel der U-Form verlaufen also auf gegenüberliegenden Seiten des Spants. Außerdem ist der Spant bzw. dessen zum Innenraum hin weisende freie Stirnseite zum Innenraum des Flugzeuges hin, also kabinenseitig, von dem die Schenkel verbindenden Abschnitt der U-Form abgedeckt. Mit „zum Innenraum hin“ ist die entsprechende Richtung, in der Regel lotrecht von der Bordwand weg, gemeint.
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Die U-Form ist weiterhin derart eingerichtet, also geformt, dass ein Anlagebereich von zumindest 60%, insbesondere zumindest 70 %, 80% oder 90%, einer nutartigen Innenfläche der U-Form am Spant anliegt. Die Innenfläche ist derjenige Anteil der Oberfläche des Grundkörpers, der in der Montageposition zum Spant hin weist. Mit anderen Worten ist die Innenfläche die Oberfläche der Nut, welche von den beiden Schenkeln der U-Form eingeschlossen ist. Der Anlagebereich ist also ein Teilbereich bzw. Teilfläche bzw. Flächenanteil der Innenfläche.
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Die U-Form ist dabei weit zu verstehen und deckt insbesondere sämtliche Formen ab, die zwei Schenkel und ein Verbindungsteil umfassen. Die Schenkel können dabei wieder für sich auch speziell geformt bzw. gekrümmt sein. Insofern wird auch eine C-Form als U-Form mit sich zum Schenkelende hin annähernden Schenkeln verstanden. Schenkel können am freien Ende auch eine L-Form aufweisen. Somit werden auch komplexe Formen grundlegend als U-Form im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden.
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Der Grundkörper ist in mindestens zwei Teilschalenschalen (insbesondere genau zwei Teilschalen als Halbschalen) zerlegbar bzw. während eines Montagevorgangs der Teilschalenschalen am Spant tatsächlich zerlegt. Jede der Teilschalenschalen weist also (im Querschnitt) einen Teil der U-Form auf. Insbesondere weisen die Teilschalen oder Halbschalen im Wesentlichen dabei C-, L- oder I-Formen auf. Die Teilschalenschalen sind derart geformt, dass die Teilschalenschalen bei dem Montagevorgang getrennt voneinander am Spant anlegbar sind bzw. an diesen angelegt werden, wodurch sie in die Montageposition bringbar sind bzw. gebracht werden. In der Montageposition sind die Teilschalenschalen dann zum Grundkörper zusammengefügt.
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Schon alleine durch die Anlage / Berührung / Kontakt des Anlagebereichs am Spant und die Formstabilität des Isoliermaterials ergibt sich folgendes: Das Isolierteil ist am Spant mechanisch abgestützt; es weist damit eine mechanische Belastbarkeit in den Grenzen seiner Formstabilität auf. Dies gilt in Richtung der jeweiligen Abstützung des Isoliertteils am Spant. Die entsprechende Abstützung verläuft somit insbesondere quer zur Erstreckungsrichtung. Die Abstützung kann aber auch an weiteren Teilen des Flugzeugs erfolgen, z.B. an einem quer zum Spant verlaufenden Fußboden. Hierdurch kann auch eine Abstützung des Isolierteils parallel zur Erstreckungsrichtung erfolgen.
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Der Grundkörper stellt damit ein thermisches Isolierprofil dar, bewirkt also eine thermische Isolierung des Spants zum Innenraum des Flugzeuges hin.
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Dank der vorgeschlagenen Lösung entfällt das teils aufwändige und zeitraubende Umwickeln der Spanten mit flexiblen Glaswolle-Paketen / -Matten. Der formstabile Grundkörper bietet außerdem anders als die Glaswolle die Möglichkeit, Bauteile in Form mechanischer Anbauteile am Grundkörper zu fixieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Grundkörper bezüglich seiner Form dazu eingerichtet, in der Montageposition quer zur Verlaufslinie formschlüssig am Spant gehalten zu werden. Der Formschluss bezieht sich hier auf zumindest eine Raumrichtung in der Ebene quer zur Erstreckungsrichtung, insbesondere jedoch auf zwei nicht parallele derartige Raumrichtungen, also eine flächenhafte Fixierung in der Querebene. Die Möglichkeiten zur Ausgestaltung eines entsprechenden Formschlusses hängen von der jeweiligen Spant-Geometrie im Querschnitt zur Verlaufslinie ab. So bietet z.B. eine reine I-Form eines Spants nicht die Möglichkeit eines Formschlusses längs des I-Verlaufs, sondern nur quer hierzu. Am freien Spantende L- oder T-förmig verlaufende Geometrien erlauben dagegen einen vollständigen Formschluss quer zur Erstreckungsrichtung. Der Begriff Formschluss ist hier eng zu verstehen, und nicht z.B. durch Reibung oder Pressung des Anlagebereiches an der Spant-Oberfläche zu erreichen, sondern nur durch einen echten Formschluss z.B. durch Umgreifen eines Hinterschnitts.
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Durch einen entsprechenden Formschluss wird nicht nur der Grundkörper am Spant fixiert, sondern es ergeben sich auch Möglichkeiten zur mittelbaren Fixierung von Bauteilen wie Anbauteilen am Grundkörper und damit am Spant.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Isolierteil ein am Grundkörper in der Montageposition befestigbares Fixierteil. Das Fixierteil ist dazu eingerichtet, den Grundkörper durch mechanischen Eingriff am Spant und am Grundkörper in der Montageposition am Spant zu halten. Ein derartiges Fixierteil ist z.B. ein Fixierstift, der sowohl am Spant als auch am Grundkörper angreift, z.B. in der Montageposition fluchtende Bohrungen in Grundkörper und Spant durchsetzt oder, z.B. als Klammer, die Teilschalen in der Form des Grundkörpers zusammenhält.
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Somit ist ein Lösen des Isolierteils vom Spant verhindert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Isolierteil mindestens ein am Spant oder der Bordwand zu befestigendes Strukturteil, das in der Montageposition unmittelbar am Grundkörper befestigbar bzw. befestigt ist und vermittels des Grundkörpers mittelbar am Spant oder der Bordwand befestigbar bzw. befestigt ist.
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Für das Strukturteil ergibt sich also keine unmittelbare Befestigung am Rumpf bzw. der Primärstruktur (Bordwand, Spant), sondern eine Befestigung am Grundkörper, also am Isoliermaterial, erst das Isoliermaterial ist dann wiederum über den Anlagebereich und gegebenenfalls das Fixierteil am Spant bzw. Rumpf befestigt.
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Somit ergibt sich ein Isolierteil, welches ein Trägerbauteil für das Strukturteil mit zusätzlicher Isolierfunktion ist. Der Grundkörper stellt mit anderen Worten ein Isolierprofil dar, das sowohl als Isolierung als auch als Halterung für Strukturteile und damit z.B. Anbauteile dient. Das Isolierteil bildet somit einen Systemträger für Kabinensysteme, nämlich Strukturteile als Teil des Kabinensystems.
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In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist das Strukturteil ein Halter für ein im Flugzeug anzubringendes Bauteil. Das Bauteil ist insbesondere ein Teil des genannten Kabinensystems, also z.B. eine elektrische oder pneumatische oder sonstige Systemleitung, ein Kabel, ein Lüftungsrohr / -leitung oder ein Verkleidungselement, z.B. eine Kabinenverkleidung bzw. ein Panel. Die entsprechenden Bauteile brauchen somit nicht mehr direkt an der Primärstruktur befestigt zu werden, sondern können unmittelbar am Isolierteil und durch dieses mittelbar an der Primärstruktur befestigt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Isoliermaterial ein Schaummaterial, insbesondere ein Partikelschaum. Derartige Materialien weisen eine ausreichende Formstabilität auf, um die Strukturteile mechanisch ausreichend fest anbringen zu können. Durch ein entsprechendes Schaummaterial ergeben sich große Möglichkeiten der Formgebung für den Grundkörper und die Möglichkeit zur Integration von Strukturteilen, z.B. durch deren mechanisch festes Einschäumen in das Schaummaterial.
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Es ist denkbar, dass ein einziges Isolierteil einen gesamten Spant bzw. dessen zu isolierenden Teil, z.B. auf einer Bordseite des Flugzeuges zwischen Boden (unterem Ende der Passagierkabine) und Überkopfbereich (Staufachbereich) / oberem Ende / Decke der Kabine verkleidet bzw. isoliert.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Spantverkleidung gemäß Anspruch 7. Diese dient wie das Isolierteil zur Primärisolierung eines bestimmungsgemäßen Spants an einer Bordwand eines Flugzeuges. Die Spantverkleidung enthält mindestens zwei, insbesondere eine Vielzahl der vorgeschlagenen Isolierteile, welche entlang der Erstreckungsrichtung am selben Spant lückenlos aneinander reihbar sind. Im Montagezustand sind die Isolierteile demnach entlang der Verlaufslinie am Spant aneinandergereiht. Die aufgereihten Isolierteile bilden zusammen eine lückenlose thermisch isolierende Spantverkleidung. Ein Isolierteil bildet dabei besondere einen 5cm - 30cm, insbesondere 8cm - 15cm langen Längsabschnitt der Spantverkleidung entlang der Erstreckungsrichtung bzw. Verlaufslinie. Insbesondere sind alle Abschnitte / Isolierteile einer Spantverkleidung in Richtung der Verlaufslinie gleich lang, jedoch sind auch unterschiedliche Längen denkbar.
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Die Spantverkleidung und zumindest ein Teil deren möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Isolierteil erläutert.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Isolieranordnung gemäß Anspruch 8. Auch diese dient, sinngemäß wie das Isolierteil und die Spantverkleidung, zur Primärisolierung eines Teils der Primärstruktur eines Flugzeuges, nämlich der durch die Isolieranordnung zu isolierenden bzw. zu verkleidenden Bordwand (bzw. eines entsprechenden Abschnitts dieser) eines Flugzeuges einschließlich der dort befindlichen Spante (bzw. thermisch zu isolierende Abschnitte von diesen). Die Isolieranordnung umfasst mindestens ein Isolierpaket zur thermischen Isolierung der Bordwand. Dieses ist in seiner bzw. einer zu oben vergleichbaren Montageposition an der Bordwand (dem Abschnitt der Bordwand, der durch das Isolierpaket abzudecken ist) anbringbar bzw. angebracht. Die Isolieranordnung enthält außerdem mindestens eines der oben vorgeschlagenen Isolierteile. Isolierpakete und Isolierteile sind in ihrer jeweiligen Montageposition zu einer thermischen Gesamtisolierung des betreffenden Abschnitts der Bordwand einschließlich dortiger Spante verbunden. Das Isolierpaket ist insbesondere eine Isoliermatte. Der mit dem Isolierpaket zu verkleidende Teil der Bordwand ist insbesondere eine zwischen zwei Spanten angeordnete Spantbucht.
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Die Isolieranordnung und zumindest ein Teil deren möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Isolierteil und der erfindungsgemäßen Spantverkleidung erläutert.
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Insbesondere enthält die Isolieranordnung auch mindestens zwei der Isolierteile, die in Form einer oben erläuterten Spantverkleidung ausgeführt sind.
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Insbesondere sind Isolierpaket und Isolierteil jeweils luftdicht miteinander verbunden. Für den Fall, dass Isolierpaket und Isolierteil luftdicht ausgeführt sind, ergibt sich so eine insgesamt luftdichte Isolation des betreffenden Abschnitts der Bordwand / Spanten. Mit anderen Worten kann so ein gesamter Spant-Hinterraum luftdicht abgeschlossen werden.
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In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist das Isolierpaket eine Glaswollematte. Derartige Glaswollematten eignen sich besonders gut zur Isolierung einer Bordwand.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist eines der Isolierpakete und eines der Isolierteile, die aneinander angrenzen, an einem Verbindungsabschnitt miteinander - insbesondere luftdicht - verklebt. So entsteht an dieser Stelle (Verbindungsabschnitt) eine durchgängige Isolierschicht. Für den Fall, dass auch die einzelnen Elemente selbst luftdicht ausgeführt sind, ergibt sich so eine insgesamt luftdichte Isolierschicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind eines der Isolierpakete und eines der Isolierteile, die aneinander angrenzen, derart aufeinander und auf die Bordwand und den Spant abgestimmt, dass in der Montageposition des Isolierteils und des Isolierpakets das Isolierpaket zwischen Isolierteil (insbesondere dessen Grundkörper) und Bordwand und/oder Spant an einem Verbindungsabschnitt - insbesondere luftdicht - verklemmt ist. Der Verbindungsabschnitt kann der gleiche sein, wie er oben in Bezug auf die Verklebung genannt ist. Mit anderen Worten wird im Verbindungsabschnitt eine thermisch dichte Verklemmung zwischen Isolierteil und Isolierpaket erreicht, welche insbesondere luftdicht ausgeführt ist. Es wird also durch das Isolierteil eine Druckkraft auf das Isolierpaket in Richtung zur Bordwand und/oder zum Spant hin erzeugt, die durch die Formstabilität des Grundkörpers erreichbar ist. Hierdurch wird einerseits eine mechanische Fixierung des Isolierpaket erreicht, falls die Verklemmung luftdicht ausgeführt ist, entsteht - wie oben zur Klebung erläutert - gegebenenfalls eine insgesamt luftdichte Isolierschicht.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Bordwandanordnung gemäß Patentanspruch 12 eines Flugzeuges. Die Bordwandanordnung enthält zumindest einen Abschnitt der Bordwand und zumindest einen Abschnitt eines Spants des Flugzeuges und mindestens ein erfindungsgemäßes Isolierteil, das sich in der Montageposition am Spant befindet.
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Die Bordwandanordnung und zumindest ein Teil deren möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Isolierteil und der erfindungsgemäßen Spantverkleidung und der erfindungsgemäßen Isolieranordnung erläutert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Bordwandanordnung die vorgeschlagene Isolieranordnung und deren Isolierteil befindet sich in der Montageposition am Spant und deren Isolierpaket befindet sich in der Montageposition an der Bordwand. Die Isolierteile sind Bestandteile der Isolieranordnung.
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Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen, Beobachtungen bzw. Überlegungen und weist noch die nachfolgenden Ausführungsformen auf. Die Ausführungsformen werden dabei teils vereinfachend auch „die Erfindung“ genannt. Die Ausführungsformen können hierbei auch Teile oder Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen enthalten oder diesen entsprechen und/oder gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen einschließen.
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Gemäß der Erfindung ergibt sich insbesondere eine Primärisolierung und ein Systemträger aus Schaumwerkstoff. Partikelschaum wird als Primärisolierung über den Spanten genutzt. Im Schaum sind Halterungen für diverse Systemleitungen und Verkleidungselemente integriert.
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Prinzipiell wäre eine „integrierte“ Seitenwand (Verkleidung von Bordwand und Spanten, Ersatz für Isolierpakete einschließlich eventueller Isolierteile) aus Partikelschaum denkbar. Während eine vollständige Seitenwand aus Gewichtsgründen jedoch nachteilig erscheint, wird vorliegend eine reduzierte Lösung (nur Isolierteile, Isolierpakete bleiben unverändert, z.B. Glaswolle) vorgeschlagen, die vorteilhaft erscheint.
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Die Erfindung beruht auf folgender Erkenntnis: Derzeit ist es aus der Praxis bekannt, das gesamte Flugzeug mit Glaswolle zu isolieren, welche im Bereich der Spante um diese gewickelt wird. Halterungen für Kabel, Verkleidungsbauteile werden vorher an der Primärstruktur befestigt. Dies erfordert hohe manuelle Aufwendungen. Die Qualität der Isolierung ist ausreichend, jedoch entstehen über dem Spant kalte Stellen, da es eine Kältebrücke gibt. Die strukturmontierten (also unmittelbar an der Primärstruktur: Bordwand, Spanten) Halterungen erfordern eine frühe Versionierung des Flugzeugs bei kundenspezifischer Ausstattung. Weiterhin durchfeuchten die Isoliermatten und kann sich Eis bilden, da Wasserdampf in Kontakt mit der Primärstruktur kommt, welche im Reiseflug die Umgebungstemperatur annimmt (also bis -55°C).
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Grundidee der Erfindung ist folgende: Im Bereich der Spantbucht verbleiben die herkömmlichen Isoliermatten, da diese ein sehr gutes Verhältnis von Isolierwirkung zu Gewicht haben. Die Spante werden mit U-förmigen Isolierteilen bzw. einer Spantverkleidung, also insbesondere Schaumprofilen, überdeckt, welche einerseits die Isolierung bewerkstelligen und andererseits mechanisch ausreichend stabile Halterungen für Strukturteile, also Anbauteile, darstellen. Die Überdeckungsprofile (Isolierteil) können aus Partikelschaum hergestellt werden, welcher große Möglichkeiten der Formgebung sowie der Integration von Bauteilen bietet. Der Anschluss an die Glasfaserplatten / -matten (im Verbindungsabschnitt) erfolgt über eine Kombination von Klemmung und Klebung.
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Die Isolierteile bzw. Schaumprofile erlauben, die komplette Kundenanpassung (insbesondere Positionierung von Strukturteilen) von der Primärstuktur zu lösen, indem die Strukturteile nicht mehr unmittelbar an der Primärstruktur, sondern an den Isolierteilen angebracht werden. Durch Methoden der Digitalisierung kann dies sehr effizient erfolgen und kundenspezifische Halterungen (Strukturteile) direkt aus dem Modell (Planung der Strukturteile zum Beispiel bezüglich deren Platzierung) zur Maschine (Fertigung des Grundkörpers / Schaumprofils) übertragen werden. Logistikprozesse auf dem Stand der Technik (etwa RFID-Tracking) informieren entlang der Prozesskette über die Konfiguration und den Einbauort (des jeweils produzierten Isolierteils).
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Das Isolierteil kann als Bauteil leichter ausgeführt werden. Zwar hat Partikelschaum nicht die gleiche Isoliereffizienz wie das jetzige Material (der Isoliermatte, z.B. Glaswolle), aber auch dieses bisherige Material wird im Bereich der Spante nicht bestmöglich eingesetzt (Umwickelung der Spanten nicht immer optimal). Die Reduktion von Wasseranhaftungen kann das effektive Fluggewicht reduzieren.
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Stünden Verkleidungen aus Partikelschaum in Form von Bauteilen in direktem Kontakt mit der Kabine, müssten diese Bauteile den höchsten Brandschutzanforderungen genügen. Für derzeit praxisübliche und infrage kommende Isoliermaterialien (insbesondere Partikelschaum) ist das Erfüllen dieser Brandschutzanforderungen nicht möglich. Die hier vorgeschlagene Lösung befindet sich entfernt von der Kabine an der Primärstruktur und stellt daher einen Systemträger dar; dies reduziert die Brandschutzanforderungen. Die reduzierten Anforderungen sind durch entsprechende Isoliermaterialien, z.B. Partikelschaum erfüllbar.
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Dank der vorgeschlagenen Lösung sinkt der Gesamtinstallationsaufwand. Zwar ist der Einbau der Isolierteile bzw. Schaumprofile eine manuelle Aufgabe, es entfällt aber die Anbringung von zahlreichen Haltern (Strukturteile) an der Primärstruktur, sowie die sehr fummelige Aufgabe der Installation der Isolierung in Form von Isoliermatten. Die Strukturteile werden nunmehr zusammen mit den Isolierteilen bereitgestellt. Sobald das Isolierteil an seiner bestimmungsgemäßen Montageposition angebracht ist, ist auch das Strukturteil dort automatisch mit montiert.
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Die Erfindung zeichnet sich insbesondere aus durch Partikelschaum als Primärisolierung; eine zeit- und gewichtsparende Integrationslösung, die hochkompatibel mit digitalisierten Prozessen ist; eine Kombination verschiedener Materialien entsprechend ihrer Eigenschaften; eine Einbeziehung hygrothermischer Erkenntnisse in die Ausgestaltung des konkreten Produkts; und eine Einbeziehung von Systemintegrationsaspekten (speziell Luftverteilung und Kabinenelektrik) in die Erfindung.
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Gemäß der Erfindung ergibt sich insbesondere ein Bauteil (Isolierteil) aus Partikelschaum (oder einem anderen geeigneten Material), welches den Rumpfspant (Teil einer Halbschalenbauweise im Flugzeugleichtbau) kabinenseitig abdeckt. Die Abdeckung ist bei Flugzeugen mit Druckkabinen und großen Flughöhen aufgrund der niedrigen Außentemperaturen zwingend notwendig. Das Isolierteil erfüllt die Aufgabe der thermischen Isolierung und erfüllt weiterhin die Aufgabe als Systemträger für Kabinensysteme. Dabei ist die Eigenschaft des Partikelschaums hilfreich, dass sich Halterungen einfach integrieren lassen. Anpassung an spezielle Ausführungen der Spante kann durch Befräsung erfolgen.
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Ein Anwendungsbeispiel wäre die Seitenverkleidung für ein Single Aisle Verkehrsflugzeug. In den Spantbuchten (engl. Frame Bays) werden herkömmliche Glaswolle-Isolierpakete angebracht. Auf die Spante werden die Isolierteile montiert. Die Erfindung sorgt für einen luftdichten Abschluss des Spant-Hinterraums. Weiterhin sind am Spant alle Halterungen für die spezifische Kabinenvariante des jeweiligen Flugzeugs integriert.
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Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
- 1 einen Querschnitt durch eine Bordwandanordnung eines Flugzeuges;
- 2 einen Querschnitt durch eine alternative Bordwandanordnung,
- 3 einen Querschnitt durch einen alternativen Spant mit Isolierteil,
- 4 in perspektivischen Ansichten: a) einen Ausschnitt eines Spants mit einer Spantverkleidung im demontierten Zustand, b) die Spantverkleidung aus 4a ohne Spant, c) eine der Teilschalen, hier Halbschalen, der Spantverkleidung aus 4b, d) den Spant gemäß 4a mit Spantverkleidung in Montageposition,
- 5 einen Ausschnitt aus eines Flugzeugs mit Spanten mit Spantverkleidungen in Montageposition in perspektivischer Ansicht;
- 6 einen Querschnitt durch eine alternative Bordwandanordnung eines Flugzeuges.
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1 zeigt einen horizontalen Querschnitt durch ein nicht weiter dargestelltes Flugzeug 2, hier ein Passagierflugzeug, im Bereich von dessen Bordwand 4. Die Bordwand 4 trennt den Innenraum 6 des Flugzeugs 2 vom Außenraum 8, also der Umgebungsluft.
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An der dem Innenraum 6 zugewandten Innenseite 10 der Bordwand 4 sind an dieser Spanten 12 befestigt, von denen in 1 einer exemplarisch dargestellt ist. In 1 ist eine Längsachse 14 des Flugzeugs 2 eingezeichnet, welche dessen Geradeaus-Flugrichtung entspricht. Die Bordwand 4 verläuft in Umfangsrichtung 16 bezüglich der Längsachse 14. Die Spanten 12 verlaufen entlang einer Verlaufslinie 26, die wiederum entlang der Umfangsrichtung 16 verläuft. Umfangsrichtung 16 und Verlaufslinie 26 stehen in 1 senkrecht zur Zeichenebene. Bordwand 4 und Spanten 12 bilden einen Teil der sogenannten Primärstruktur des Flugzeugs 2. Die Spanten 12 stehen dabei von der Innenseite 10 der Bordwand 4 zum Innenraum 6 des Flugzeugs 2 hin vor.
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An dem Spant 12 ist ein hier nur schematisch angedeutetes Isolierteil 18 in hier nicht näher erläuterter Weise befestigt. Das Isolierteil 18 umfasst im Wesentlichen einen Grundkörper 20 aus einem formstabilen und thermisch isolierenden Isoliermaterial, hier einem Schaummaterial, hier Partikelschaum. An der Innenseite 10 der Bordwand 4 sind außerdem Isolierpakete 22, hier Glaswolle in Form einer Glaswollematte, angeordnet bzw. befestigt, von denen in 1 zwei Stück dargestellt sind. Sowohl das Isolierteil 18 als auch die Isolierpakete 22 befinden sich jeweils in einer Montageposition M am Spant 12 und an der Bordwand 4 und sind zu einer Gesamtisolierung 24 verbunden, d.h. liegen thermisch abgedichtet aneinander an. Die Gesamtisolierung 24 bewirkt daher zumindest eine durchgehende thermische Primärisolierung des Innenraums 6 gegenüber dem Außenraum 8. Isolierpaket 22 und Isolierteile 18 bilden zusammen eine Isolieranordnung 23 zur Primär-Isolierung der Bordwand 4 mit den Spanten 12 des Flugzeugs 2. In einem Verbindungsabschnitt 44 sind Isolierpaket 22 und Isolierteile 18 miteinander verklebt, um die lückenlose thermische Primär-Isolierung sicherzustellen.
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Der Grundkörper 20 erstreckt sich entlang einer Erstreckungsrichtung 28, die in 1 ebenfalls senkrecht zur Zeichenebene verläuft, da der Grundkörper 20 in einer entsprechenden Position bzw. Ausrichtung, nämlich der Montageposition M, am Spant 12 platziert ist. Quer zur Erstreckungsrichtung 28, also hier in der Zeichenebene, weist der Grundkörper 20 einen Querschnitt 30 in U-Form 32 auf (die U-Form 32 ist in 1 linienhaft skizziert).
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Die U-Form 32 bzw. der Querschnitt 30, also die Form des Grundkörpers 12 ist derart eingerichtet, dass in der Montageposition M der Spant 12 von der U-Form 32 umschlossen und zum Innenraum 6 des Flugzeuges 2 hin (die Richtung „zum Innenraum 6 hin“ ist angedeutet durch einen Richtungspfeil 34) abgedeckt ist.
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Die U-Form 32 weist eine nutartige - hier ebenfalls U-förmige - Innenfläche 36 auf, die zum Spant 12 hin weist. Eine Anlagebereich 38 (Flächenanteil) dieser Innenfläche 36, der am Spant 12 anliegt, beträgt hier 70% der Innenfläche 36.
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Der Spant 12 ist in zwei Teile bzw. Teilschalen 40a,b, hier Halbschalen, zerlegbar bzw. besteht aus diesen. Die Teilschalen 40a,b sind so geformt, dass sie bei einem Montagevorgang getrennt voneinander am Spant 12 anlegbar sind. Durch das Anlegen beim Montagevorgang können beide Teilschalen 40a,b in die in 1 gezeigte Montageposition M gebracht werden. In dieser Montageposition M sind sie dann wieder zum Grundkörper 20 zusammengefügt.
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Das Flugzeug 2 weist eine nicht näher dargestellte Passagierkabine im Innenraum 6 auf. 1 zeigt eine Seitenwand der Passagierkabine in Form zweier Bauteile 42, hier Panels zur Innenverkleidung der Passagierkabine. Die Bauteile 42 sind nicht direkt, sondern hier nur vermittels des Grundkörpers 20 mit der Primärstruktur des Flugzeuges, hier dem Spant 12, verbunden bzw. dort gehalten.
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Die jeweiligen, mit den Isolierteilen 18 in der jeweiligen Montageposition M verkleideten Abschnitte der Spanten 12 sowie der Abschnitt der Bordwand 4, der mit solchen Spanten 12 verbunden ist, bilden eine Bordwandanordnung 46 des Flugzeuges 2.
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Vorliegend enthält die Bordwandanordnung 46 auch die oben genannte Isolieranordnung 23, da sich sowohl deren Isolierteile 18 in der Montageposition M an den Spanten 12 und die Isolierpaket 22 in der Montageposition M an der Bordwand 4 befinden.
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2 zeigt in einer Darstellung entsprechend 1 ein alternatives Flugzeug 2. Die Spanten 12 weisen hier eine zu 1 abweichende Formgebung auf. Entsprechend ist auch das Isolierteil 18 bezüglich seiner Formgebung auf diese bestimmungsgemäßen Spanten 12 zugeschnitten. Die grundsätzliche U-Form 32 ist jedoch beibehalten.
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Da die Formgebung des Spants 12 im Querschnitt (Zeichenebene) dies erlaubt, ist der Querschnitt 30 hier mit einem Hinterschnitt ausgeführt, sodass in der gezeigten Montageposition M der Grundkörper 20 quer zur Verlaufslinie 26 formschlüssig am Spant 12 gehalten ist. Die Teilschalen 40a,b sind so geformt bzw. diesbezüglich an den bestimmungsgemäßen Spant 12 angepasst, dass diese getrennt voneinander an den Spant 12 in die Montageposition M anlegbar und dort zum Grundkörper 20 zusammenfügbar sind, um den Formschluss zu bewirken. Vorliegend wirkt der Formschluss flächenhaft in der Zeichenebene, d.h. der Formschluss ist in zwei orthogonalen Raumrichtungen sichergestellt.
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In dieser Ausführungsform enthält das Isolierteil 18 weiterhin ein Fixierteil 48, hier einen Steckstift. Dieser durchsetzt in der Montageposition M sowohl den Grundkörper 20 als auch den Spant 12 in jeweiligen Passbohrungen / -ausnehmungen. Das Fixierteil 48 ist auch hier auf die bestimmungsgemäße Geometrie der dargestellten Anordnung abgestimmt, sodass in der Montageposition M der Grundkörper 20 durch mechanischen Eingriff / Formschluss am Spant 12 in der Montageposition M gehalten ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind weiterhin die Isolierpakete 22 und das Isolierteil 18 bezüglich ihrer Geometrie, Kompressibilität usw. derart aufeinander und auf die Geometrie von Bordwand 4 und Spant 12 abgestimmt, dass in der Montageposition M des Isolierteils 18 und der Isolierpakete 22 die Isolierpakete 22 zwischen Isolierteil 18 und Bordwand 4 sowie Spant 12 in zu oben vergleichbaren Verbindungsabschnitten 44 verklemmt sind. Durch die Verklemmung wird eine thermische Abdichtung zwischen Grundkörper 20 und Isolierpaket 22 am jeweiligen Verbindungsabschnitt 44 sowie eine mechanische Fixierung der Isolierpakete 22 an der Primärstruktur des Flugzeugs 2 erreicht. Eine zusätzliche Verklebung in den Verbindungsabschnitten 44 erhöht die thermische und Luft-Dichtheit der Gesamtisolierung 24.
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Auch 3 zeigt in einer Darstellung entsprechend 1 ein alternatives Flugzeug 2, hier nur dessen Spant 12 und einen Grundkörper 20. Der Spant 12 weist hier eine nochmals abweichende Formgebung auf. Entsprechend ist auch das Isolierteil 18 bezüglich seiner Formgebung auf diese bestimmungsgemäßen Spanten 12 zugeschnitten. Die grundsätzliche U-Form 32 ist jedoch wieder beibehalten.
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In 3 ist nochmals besonders die Innenfläche 36 (einfach schraffiert dargestellt) der U-Form 32 hervorgehoben. Auch ist verdeutlicht, wie diese einen Anlagebereich 38 (zusätzliche Querschraffur, also Kreuzschraffur) von hier 90% der Innenfläche 36 aufweist.
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4a zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Spant 12 sowie eine Mehrzahl von Isolierteilen 18 gemäß 3, wobei sich die Isolierteile 18 nicht in der Montageposition M befinden. Vielmehr sind dieses in ihre jeweiligen zwei Teilschalen 40a,b zerlegt. 4b zeigt zur Verdeutlichung nochmals die Isolierteile 18 mit den beiden zerlegten Teilschalen 40a,b ohne den Spant 12. 4c zeigt lediglich die Teilschalen 40a; 4d zeigt die Isolierteile 18 im Montagezustand M am Spant 12, d.h. mit bestimmungsgemäß zusammengefügten Teilschalen 40a,b.
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Die dargestellte Mehrzahl der Isolierteile 18 bildet eine Spantverkleidung 50, die zur Primär-Isolierung des bestimmungsgemäßen Spants 12 an der nicht dargestellten Bordwand des Flugzeuges dient. Entlang der Verlaufslinie 26 des Spants 12 (hier zur Verdeutlichung neben diesem dargestellt) sind die Isolierteile 18 lückenlos aneinandergereiht. Somit ergibt sich eine vollständig durchgehende thermische Isolierung des Spants 12.
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5 zeigt einen größeren Ausschnitt eines Flugzeugs 2 in Form eines Passagierflugzeugs im Bereich der Passagierkabine (Die Bordwand 4 ist weggelassen). Dargestellt sind eine Mehrzahl von Spanten 12, welche jeweils mit Spantverkleidungen 50 gemäß 4 in der Montageposition M verkleidet sind. Die Spantverkleidungen 50 reichen dabei von einem Fußboden 52 der Passagierkabine bis zu deren Decke, angedeutet durch in diesem Bereich montierte Staufächer 54.
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6 zeigt in einer Darstellung gemäß 1 einen großflächigeren und detaillierteren Schnitt durch ein Flugzeug 2. Hier sind insgesamt drei Spanten 12 mit Isolierteilen 18 und vier Isolierpakete 22 dargestellt. Illustriert ist nochmals die Verklebung und Verklemmung der Isolierpakete 22 und Grundkörper 20 an den Verbindungsabschnitten 44. Dargestellt sind auch nochmals Fixierteile 48 zur Fixierung der Grundkörper 20 an den Spanten 12.
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6 zeigt weiterhin Strukturteile 56. Diese sind bestimmungsgemäß am Spant 12 bzw. der Bordwand 4 zu befestigen. Die Befestigung erfolgt hierbei jedoch nicht unmittelbar am Spant 12 / Bordwand 4, sondern lediglich unmittelbar am Grundkörper 20. Da der Grundkörper 20 wiederum am Spant 12 befestigt ist, erfolgt somit erst und ausschließlich vermittels diesem eine mittelbare Befestigung der Strukturteile 56 am Spant 12. Im Beispiel sind die Strukturteile 56 unter anderem Halter zur Halterung bzw. Befestigung von Bauteilen 42 in Form von Panels zur Innenverkleidung der Passagierkabine. Über die Bauteile 42 in Form der Panels sind wiederum Fenstertrichter 58 gehalten.
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Weitere Strukturteile 56 sind Halter zur Befestigung von weiteren Bauteilen 42 an den Spanten 12. Die weiteren Bauteile 42 sind hier elektrische Leitungen / Steigleitungen / Lufkanäle.
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Die Strukturteile 56 sind dabei an den Grundkörpern 20 (hier wieder mechanisch insofern ausreichend stabiler Partikelschaum) durch Einschäumen in diesen mechanisch gehalten.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Flugzeug
- 4
- Bordwand
- 6
- Innenraum (Flugzeug)
- 8
- Außenraum
- 10
- Innenseite (Bordwand)
- 12
- Spant
- 14
- Längsachse (Flugzeug)
- 16
- Umfangsrichtung (Längsachse)
- 18
- Isolierteil
- 20
- Grundkörper
- 22
- Isolierpaket
- 23
- Isolieranordnung
- 24
- Gesamtisolierung
- 26
- Verlaufslinie (Spant)
- 28
- Erstreckungsrichtung (Grundkörper)
- 30
- Querschnitt
- 32
- U-Form
- 34
- Richtungspfeil
- 36
- Innenfläche (U-Form)
- 38
- Anlagebereich (Innenfläche)
- 40a,b
- Teilschale
- 42
- Bauteil
- 44
- Verbindungsabschnitt
- 46
- Bordwandanordnung
- 48
- Fixierteil
- 50
- Spantverkleidung
- 52
- Fußboden
- 54
- Staufach
- 56
- Strukturteil
- 58
- Fenstertrichter
- M
- Montageposition
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016118436 A1 [0002]
