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Diese
Erfindung betrifft eine Konstruktion zur Anbringung an einem Bauelement.
Insbesondere betrifft diese Erfindung eine Konstruktion zum Führen einer
Leitung oder ähnliches
durch ein Bauelement, bei dem die Unversehrtheit der durch das Bauelement
hergestellten Dichtung erhalten werden muss. Ein Beispiel einer
solchen Konstruktion wird in dem Dokument
DE 100 03 363 A gezeigt.
Eine derzeit bevorzugte Anwendung der Erfindung sieht das Führen eines
Kraftstoffmengenindikator (KMI)-Kabels aus dem Kraftstofftank in
einem Flugzeugflügel
durch einen Tragflächenholm
vor, obwohl es offensichtlich ist, dass es viele andere Anwendungen,
die ein Führen von
Rohren und -Schläuchen
umfassen, gibt.
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Im
Allgemeinen bilden die vorderen und hinteren Tragflächenholme
eines kommerziellen Flugzeugflügels
Teil der umschließenden
Wände des Kraftstofftanks.
Jeder Tank weist mindestens ein KMI-Messinstrument auf, das mit
der KMI-Anzeige in dem Cockpit verbunden sein muss. Diese Verbindung
wird gewöhnlich
mit elektrischen Drähten
hergestellt, obwohl auch Lichtleiter verwendet werden könnten; die
vorliegende Erfindung ist gleichermaßen zur Verwendung mit entweder
elektrischen Drähten
oder Lichtleitern anwendbar.
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Folglich
muss ein Kabel, das ein Bündel elektrischer
Drähte
oder ein Bündel
Lichtleiter umfasst, aus dem Kraftstofftank geführt werden, und dieses Kabel
wird gewöhnlich
durch einen Tragflächenholm
geführt.
Dies erfolgt durch Bohren zweier Löcher durch den Tragflächenholm
mit anschließendem
Fräsen,
um einen Langschlitz zu bilden, gefolgt vom Verschrauben einer Platte
mit zwei Öffnungen über den
Löchern,
wie in den 1 und 2 gezeigt.
Ein Dichtmittel wird verwendet, um eine leckfreie Dichtung zwischen
der Platte und dem Tragflächenholm
herzustellen. Selbstverständlich
ist es äußerst wichtig,
dass aufgrund der Gefahr einer Explosion oder eines Feuers kein
Kraftstoff oder Kraftstoffdampf aus dem Kraftstofftank entweicht.
Eine Dichtung zwischen dem Kabel und der Platte wird durch das Zusammenklemmen
von Stecker- und Buchsen-Hälften
eines elektrischen Verbinders an gegenüberliegenden Seiten der Platte
hergestellt, wodurch die elektrische oder optische Verbindung, die
die Durchgängigkeit
des Kabels zwischen dem KMI-Instrument und der KMI-Anzeige aufrechterhält, geschaffen
wird.
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Jedoch
schwächen
offene Öffnungen
in einem Tragflächenholm
diesen unweigerlich, da die Bereiche des Tragflächenholms um die Öffnungen herum
besonders anfällig
für Rissbildung
und -aufweitung unter Belastung sind. Risse im Tragflächenholm
können
zum Lecken von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank oder zu Konstruktionsversagen
des Tragflächenholmsführen. Um
die Festigkeitsanforderungen zu erfüllen, muss die Dicke des Tragflächenholms örtlich erhöht werden,
um die durch die Löcher verursachte
Schwächung
auszugleichen. Diese Gewichtserhöhung übertrifft
bei weitem jede Ersparnis, die durch das Entfernen von Material
beim Bilden der Löcher
gemacht wird, was höchst
unerwünscht
ist, da das Gesamtgewicht eines kommerziellen Flugzeugs äußerst wichtig
für seine
Wirtschaftlichkeit ist.
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Gemäß einem
ersten Aspekt besteht die Erfindung in einer Ringbuchse für einen
festen Sitz in einer Öffnung,
die in einem Bauelement definiert ist, wobei die Ringbuchse bei
Anordnung in der Öffnung durch
die Wirkung eines Dorns, der durch einen durch die Buchse definierten
Längsdurchgang
geführt
wird, radial ausdehnbar ist, wodurch eine Druckkraft auf den Bereich
des Bauelements, der die Buchse umgibt, ausgeübt wird, wo bei die Buchse eine Kupplung
zur abdichtbaren Befestigung einer Leitung an der Buchse aufweist.
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Das
radiale Ausdehnen der Buchse zum Verdichten von Material um das
Loch herum wird im Allgemeinen als "Kaltverformen" bezeichnet. Das verdichtete Material
des Tragflächenholms
weist einen wesentlich verbesserten Widerstand gegenüber Rissbildung
und -aufweitung auf, wodurch die durch das Bohren des Lochs verursachte
Schwächung ausgeglichen
wird. Am wichtigsten ist, dass die erhöhte Festigkeit, die durch Kaltverformen
erreicht wird, dem Bedarf zur Erhöhung der Dicke des Tragflächenholms
zum Ausgleich eines geschwächten Lochabschnitts
vorbeugt. Dadurch wird der starke Nachteil einer Gewichtserhöhung durch
die Erfindung vermieden.
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Der
Durchgang durch die Buchse wird zum Durchführen einer Leitung dort hindurch
verwendet. Es sollte beachtet werden, dass der Begriff "Leitung" im weitesten Sinne
verwendet wird, um Rohre, Schläuche,
Kabel oder jedes andere ähnliche
Mittel zur Verbindung einer Seite des Bauelements mit der anderen
zu umfassen. Es versteht sich, dass ein Kabel elektrische Drähte oder
Lichtleiter, wie zuvor bemerkt, oder einen einzigen Draht oder Lichtleiter
enthalten kann. Des Weiteren ist beabsichtigt, dass "Leitung" sowohl eine durchgehende
Leitung als auch eine durch zwei oder mehr durch einen Verbinder verbundene
Teile gebildete Leitung umfasst. In letzteren Fall weist die Bohrung
des Durchgangs eine derartige Größe auf,
dass die Verbinder, die häufig größer sind
als die Leitungen, die sie verbinden, aufgenommen werden können.
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Es
ist für
den Fachmann offensichtlich, dass viele Kupplungsarten eingesetzt
und Kupplungsmethoden angewendet werden können. Diese umfassen sowohl
dauerhafte Kupplungsmethoden (z.B. Schweißen) als auch lösbare Kupplungen
(z.B. Klemmen), so dass die Leitung zu einem späteren Zeitpunkt aus der Buchse
entfernt werden kann.
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Optional
kann die Kupplung so angeordnet werden, dass ein Dorn durch die
Buchse geführt
werden kann, ohne die Kupplung zu beschädigen. Klar ist, dass wenn
die Kupplung sich mit dem Durchgang des Dorns durch die Buchse überlagert,
nur die Kupplung ausgedehnt wird. Zweckmäßigerweise kann dies durch
Versehen der Buchse mit einem Körper
zur Positionierung in der Öffnung
des Bauelements erreicht werden, wobei der Körper die minimale Bohrung des
Durchgangs definiert und die Kupplung in der Form eines ringförmigen Kopfes
mit relativ zu dem Körper
vergrößerter Bohrung
vorliegt. Auf diese Weise wird der Körper der Buchse radial ausgedehnt,
wenn ein konischer Dorn durch die Buchse geführt wird, wobei der Dorn nicht
direkt auf die Kupplung wirkt.
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Die
Kupplung kann sich mit dem Körper
der Buchse an einer abgestuften Schulter verbinden, so dass sich
die Kupplung axial aus der Schulter erstreckt. Wird die Buchse an
einem Tragflächenholm angebracht,
kann die Schulter zur Schaffung eines Anschlags verwendet werden,
um das Buchsenelement in der gewünschten
axialen Richtung aufzunehmen, so dass sein anderes Ende bündig mit
einer gegenüberliegenden
Fläche
des Tragflächenholms
abschließt.
Es sei angemerkt, dass das Ausmaß der Überlappung zwischen der Schulter
der Buchse und einer benachbarten Oberfläche des Tragflächenholms
die Leichtigkeit der Bildung einer leckfreien Dichtung dazwischen
beeinflusst.
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In
einer derzeit bevorzugten Ausführungsform
ist ein Gewinde an einer Innenwand der Kupplung angeordnet.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung besteht in einer Kombination aus Buchse
und Sekundärkupplung,
umfassend die Buchse nach dem ersten Aspekt der Erfindung und eine
Sekundärkupplung,
die mit einer Öffnung
versehen ist, wobei die Sekundärkupplung
zum Kuppeln mit der Kupplung der Buchse ausgebildet ist, um dadurch
die minimale Bohrung des Durchgangs zu reduzieren und einen Anschlag
in dem Durchgang zu schaffen. Im Gebrauch kann ein Teil einer Leitung
in die Öffnung
der Sekundärkupplung
eindringen, und optional kann ein Flansch des Teils an den in dem
Durchgang geschaffenen Anschlag anliegen. Dies ermöglicht beispielsweise, dass
eine Hälfte
eines Verbinders der Leitung durch die Sekundärkupplung hindurchragt, um
sich mit der anderen Hälfte
des Verbinders zu verbinden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Öffnung
der Sekundärkupplung
geformt, um einen Teil einer darin aufgenommenen Leitung in einer
bevorzugten Orientierung anzuordnen. Zweckmäßigerweise kann die Öffnung im
Wesentlichen D-förmig sein.
Zusätzlich
zur Anordnung der Leitung unterbindet eine D-förmige Öffnung auch jede ungewollte Drehung
der Leitung.
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Optional
ist die Sekundärkupplung
zur Aufnahme von zwei Teilen der Leitung ausgebildet, die daran
geklemmt sind. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die
Sekundärkupplung
mit Passflächen,
die mit den Teilen der Leitung zusammenpassen, versehen wird. Vorteilhafterweise
kann ein O-Ring eine Dichtung zwischen der Leitung und dem Sekundärkupplungselement
bilden.
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Zweckmäßigerweise
kann die derzeit bevorzugte gestufte Buchse umfassend einen Körper und eine
Kupplung mit einer scheibenartigen Sekundärkupplung verwendet werden,
die mit einem Gewinde um ihren Umfang versehen ist. Dieses Gewinde
ist mit dem Gewinde der Kupplung der oben beschriebenen Buchse zusammenwirkbar.
Dies ermöglicht, dass
die Teile der Leitung an gegenüberliegende
Seiten der scheibenartigen Sekundärkupplung geklemmt werden.
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Die
Sekundärkupplung
kann mit der Buchse verriegelt werden, um zu verhindern, dass sich
die Sekundärkupplung
herausschraubt und von der Buchse löst. Eine Drahtsicherungsanordnung
kann zweckmäßigerweise
verwendet werden. Zweckmäßigerweise
kann im Außenrand
des vergrößerten Abschnitts
der Buchse ein Loch vorgesehen werden, um den Draht aufzunehmen.
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Die
Erfindung besteht ferner in einem Tragflächenholm mit der Kombination
aus einer Buchse und einer Sekundärkupplung gemäß dem zweiten Aspekt
der Erfindung und in einem Flügel
und einem Flugzeug mit einem derartigen Tragflächenholm.
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Damit
die Erfindung besser verstanden werden kann, wird nun rein beispielsweise
auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
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1 eine
Draufsicht eines bekannten Anschlussstücks zum Führen von Kabeln durch einen Tragflächenholm
ist;
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2 ein
Schnitt entlang der Linie II-II von 1 ist;
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3 eine
Explosionsdarstellung einer Anordnung zum Verbinden eines KMI-Messinstruments in
einem Kraftstofftank mit einer KMI-Anzeige in einem Cockpit gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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4 eine
zusammengesetzte Ansicht der Anordnung von 3 ist;
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5 eine
Draufsicht einer Sekundärkupplung
in Form eines Kabelhalters gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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6 ein
Schnitt entlang der Linie VI-VI von 5 ist;
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7 ein
Schnitt durch eine Buchse gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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8 ein
vergrößertes Detail
des Teils der Buchse ist, der in 7 eingekreist
ist;
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9 ein
Schnitt durch eine Buchse gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; und
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10 ein
vergrößertes Detail
des Teils der Buchse ist, der in 9 eingekreist
ist.
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3 und 4 zeigen
drei Komponenten 21, 23, 25 einer Leitung
in Form eines elektrischen Kabels 20, die durch eine zylinderhutförmige Buchse 50,
die in einen Tragflächenholm 40 eingebaut
ist, verbunden sind.
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Ein
abgewinkelter Abschnitt 21 des Kabels 20 erstreckt
sich zu der Luftseite 41 des Tragflächenholms 40 und endet
bei einem Buchsenverbinder 22. Der Buchsenverbinder 22 ist
mit einem mittig gelegenen Doppelbuchsenverbinder 25 verbunden,
der wiederum mit einem weiteren Buchsenverbinder 24 auf der
Kraftstoffseite 42 des Tragflächenholms 40 verbunden
ist. Der Buchsenverbinder 24 ist mit dem KMI-Messinstrument
(nicht gezeigt) über
einen kraftstoffseitigen Abschnitt 23 des Kabels 20 verbunden.
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Wie
am besten durch Vergleichen der 3 und 4 gesehen
werden kann, ist die Buchse 50 so in den Tragflächenholm 40 eingebaut,
dass sich ein Körper 51 der
Buchse 50 in einer Öffnung 43 in dem
Tragflächenholm 40 befindet.
Wenn auf diese Weise eingebaut, ragt ein vergrößerter Kopf 52 der Buchse 50 aus
der Öffnung 43 auf
der Luftseite 41 des Tragflächenholms 40 hervor.
Der Körper 51 der Buchse 50 trifft
auf den Kopf 52 bei einer gestuften Schulter 53,
wobei diese Schulter 53 an einer luftseitigen Oberfläche 44 des
Tragflächenholms 40 anliegt,
wenn eingebaut. Der Körper 51 weist
eine Größe auf,
die gut in die Öffnung 43 passt
und weist eine solche Tiefe auf, dass er bündig mit einer kraftstoffseitigen
Oberfläche 45 des
Tragflächenholms 40 abschließt.
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Eine
scheibenartige Sekundärkupplung
in Form eines Kabelhalters 70 wird in den Kopf 52 der Buchse 50 geschraubt,
wobei eine Umfangsfläche 71 des
Kabelhalters 70 und eine Innenwand 54 des Kopfes 52 ein
entsprechendes Gewinde 74 bzw. 55 aufweisen.
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Das
Kabel 20 ist durch die Buchse 50 und den Kabelhalter 70 über eine
große
Innenbohrung 56 der Ringbuchse 50 und eine D-förmige Öffnung 73 verbunden,
siehe 5, die mittig in dem Kabelhalter 70 vorgesehen
ist. Eine Innenbohrung 63 des Kopfes 52 der Buchse 50 ist
größer als
die Bohrung 56 des Körpers 51,
wobei der Kabelhalter 70 einen größeren Durchmesser als die Bohrung 56 aufweist.
Die Größe der Öffnung 73 des
Kabelhalters ist kleiner als die der Bohrung 56. Ein D-förmiges Ende 26 des
Doppelbuchsenverbinders 25 weist genau die Größe auf, um
durch die D-förmige Öffnung 73 geführt zu werden
und ist geformt, nur um in einer vorgegebenen Orientierung dort
hindurch geführt
zu werden.
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Der
Doppelbuchsenverbinder 25 weist einen Flansch 27 mit
einem integralen O-Ring 28 auf, der an einem inneren Abschnitt 74a einer
Passfläche 74 des
Kabelhalters 70 anliegt, siehe 6, um eine Dichtung
zu bilden. Diese Dichtung wird gebildet, indem eine Gewindemutter 29 auf
ein Gewinde 30, das an dem Ende 26 des Doppelbuchsenverbinders 25, der
durch die Öffnung 73 des
Kabelhalters 70 hervorragt, vorgesehen ist, geschraubt
wird. Folglich drückt die
Mutter 29, wenn festgeschraubt, gegen eine Einsatzfläche 75 des
Kabelhalters 70, siehe 6, wodurch
der O-Ring 28 des
Doppelbuchsenverbinders 25 an die gegenüberliegende Passfläche 74a des Kabelhalters 70 geklemmt
wird.
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Daher,
wenn wie oben beschrieben zusammengebaut, erstreckt sich das D-förmige Ende 26 des
Doppelbuchsenverbinders 25 durch die Öffnung 73 des Kabelhalters 70 auf
der Luftseite 41 des Tragflächenholms 40, und
das andere Ende 31 sitzt in der von dem Körper 51 der
Buchse 50 definierten Bohrung 56. Der Buchsenverbinder 22 des
abgewinkelten Abschnitts 21 des Kabels 20 ist
mit dem luftseitigen Ende 73 des Doppelbuchsenverbinders 70 verbunden,
und der Buchsenverbinder 24 des kraftstoffseitigen Abschnitts 23 des
Kabels 20 ist mit der Kraftstoffseite 31 des Doppelbuchsenverbinders 25 verbunden.
Beide Verbindungen werden mit einem Schiebesitz hergestellt. Elektrische
Verbindungen werden mittels einer herkömmlichen Steckverbinderanordnung
hergestellt.
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Eine
erste Ausführungsform
einer Buchse 50 ist in den 7 und 8 gezeigt,
und eine zweite Ausführungsform
ist in den 9 und 10 gezeigt.
Die zwei Ausführungsformen
unterscheiden sich nur in der Tiefe ihrer Körper 51. Dieser Tiefenunterschied
entsteht, weil die erste Ausführungsform auf
relativ dicken hinteren inneren Tragflächenholmen verwendet wird und
die zweite Ausführungsform in
relativ dünnen
vorderen inneren Tragflächenholmen
verwendet wird. Wie oben festgestellt, ist die Tiefe der Körper 51 derart,
dass sie bündig
mit der kraftstoffseitigen Oberfläche 45 des Tragflächenholms 40 abschließen, wenn
ihre Schulter 53 an der luftseitigen Oberfläche 44 des
Tragflächenholms 40 anliegt.
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8 und 10 zeigen
vergrößerte Details
der Seiten des Kopfes 52 der beiden Ausführungsformen
der Buchse 50: es sei angemerkt, dass sie übereinstimmen,
und daher werden sie zusammen beschrieben.
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Das
Gewinde 55 der Buchse 50 sitzt auf einem relativ
schmalen Mittelteil 57 des Kopfes 52, wobei dieses
Mittelteil 57 sowohl hinterschnitten als auch überschnitten
ist. Der hinterschnittene Abschnitt 58 trifft auf den schmaleren
Körper 51 bei
einer Schulter 59, die einen Sitz vorsieht, an dem der Außenabschnitt 74b der
Passfläche 74 des
Kabelhalters 70 aufsitzt, wenn der Kabelhalter 70 vollständig in
die Buchse 50 geschraubt ist. Ein Dichtmittel wird verwendet,
um eine leckfreie Dichtung zwischen der Schulter 59 und
dem Kabelhalter 70 zu bilden. Somit wird die Passfläche 74 des
Kabelhalters 70 verwendet, um die Dichtung sowohl zwischen
dem Kabelhalter 70 und dem O-Ring 28 des Doppelbuchsenverbinders 25 bei 74a als
auch zwischen dem Kabelhalter 70 und der Schulter 59 der
Buchse 50 bei 74b zu bilden. Die endgültige Dichtung,
die erforderlich ist, um eine leckfreie Barriere zwischen der Luftseite 41 und der
Kraftstoffseite 42 des Tragflächenholms 40 zu bilden,
wird durch Kaltverformen der Buchse 50 in dem Loch gebildet,
wodurch die Buchse 50 in dem Loch, wie später noch
beschrieben wird, abgedichtet wird.
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Wie
am besten anhand der 8 und 10 gesehen
werden kann, weist die Seitenwand 60 der Buchse 50,
die den überschnittenen
Abschnitt 61 des Kopfes 52 definiert, eine kleine Öffnung 62 auf,
die gebildet ist, um von einer Seite zu der anderen Seite der Wand 60 durchzubrechen.
Wenn zusammengebaut, wird ein Draht (nicht gezeigt) durch diese Öffnung 62 und
eine zusammenwirkende Öffnung
in der Mutter 29 (nicht gezeigt) geführt, und die Enden des Drahtes
werden verdrillt, um sicherzustellen, dass der Draht gespannt ist.
Dies verhindert, dass sich der Kabelhalter 70 herausschraubt,
was dessen Abdichtung mit der Buchse 50 aufbrechen würde.
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Bevor
die verschiedenen Teile 20, 25, 50, 70 der
Anordnung zusammengefügt
werden können, muss
die Buchse 50 an dem Tragflächenholm 40 angebracht
und kaltverformt werden. Die Öffnung 43 in dem
Tragflächenholm 40 ist
so gebildet, dass sie eine mit dem Körper 51 der Buchse 50 vergleichbare
Größe aufweist,
so dass der Körper 51 der
Buchse 50 eine engen Passung in der Öffnung 43 bildet.
Optional kann der Einbau der Buchse 50 dadurch unterstützt werden,
dass zuerst ein Dichtmittel auf den Außenseiten der Buchse 50 aufgebracht
wird, das anfänglich
als ein Schmiermittel agiert.
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Die
Buchse 50 und der Tragflächenholm 40 werden
dann kaltverformt, indem ein kegelstumpfförmiger Dorn durch die Buchse 50 gezogen
wird. Der Konus des Dorns ist derart, dass sein minimaler Durchmesser
kleiner ist als der der Bohrung 56 des Körpers 51 der
Buchse 50, aber sein maximaler Durchmesser größer ist.
Jedoch ist sein maximaler Durchmesser kleiner als der des Gewindes 55 an
der Innenwand 54 des Kopfes 52 der Buchse 50,
so dass das Gewinde 55 nicht beschädigt wird, wenn der Dorn durchgezogen
wird.
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Folglich
wird der Körper 51 der
Buchse 50 gleichmäßig um seinen
Umfang ausgedehnt, während
der Dorn durchgezogen wird. Diese Ausdehnung der Buchse 50 wiederum
verdichtet den Tragflächenholm 40 um
die Buchse 50 herum. Somit ist die Buchse 50 an
dem Tragflächenholm 40 gesichert; eine
hohe Herausziehkraft wird benötigt,
um die Buchse 50 zu entfernen. Des Weiteren bildet das Kaltverformen
eine Dichtung zwischen der Buchse 50 und dem Tragflächenholm 40.
Zur zusätzlichen
Sicherheit kann die Verwendung des oben beschriebenen optionalen
Dichtmittels diese Dichtung verstärken.
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Wie
oben bemerkt, agiert das Dichtmittel dort, wo es verwendet wird,
anfänglich
als ein Schmiermittel und senkt die zum Entfernen der Buchse 50 erforderliche
Herausziehkraft beträchtlich.
Es wurde jedoch herausgefunden, dass nach dem Aushärten die
erforderliche Herausziehkraft höher
ist als wenn kein Dichtmittel verwendet worden wäre. Obwohl die Aushärtezeit
ziemlich lang sein kann, stellt dies kein Problem dar, da diese
Zeit gewöhnlich
viel kürzer
ist als der typische Zeitraum von mehreren Monaten für den Einbau
des Tragflächenholms 40 in ein
funktionsfähiges
Flugzeug.
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Das
Gewinde 55 ist anfänglich
in einer leicht kegelstumpfförmigen
Form gebildet. Wenn sich die Bohrung 56 durch Kaltverformen
dann ausdehnt, wird das Gewinde parallelseitig.