DE69712349T2 - Schwingungsisolierungseinsatz für flugzeugböden und dergleichen - Google Patents

Schwingungsisolierungseinsatz für flugzeugböden und dergleichen

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Description

    Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Einsatz für ein Flugzeugbodenstrukturelement oder ähnliches, welches verwendet wird, um das Strukturelement auf einer Trägerstruktur zu befestigen. Im besonderen hat der vorliegende Einsatz die Fähigkeit, das Strukturelement von der Vibrationsenergie zu isolieren, die durch dessen Träger übertragen wird.
  • Es wurde bestimmt, daß ein großer Anteil am Sprachstörniveaugeräusch (SIL) in bestimmten kommerziellen Flugzeugen durch die Bodenstrukturen abgestrahlt wird. Augenscheinlich setzt die Vibration, die entlang den Trägern, die die Bodenstrukturelemente abstützen, übertragen wird, wirksam die Bodenstrukturelemente in Vibration in einer ähnlichen Weise wie eine Lautsprechermembran in Vibration versetzt wird. Um das Gewicht zu reduzieren, sind diese Bodenstrukturelemente typischerweise aus einer Aluminiumbienenwabenstruktur hergestellt oder einem anderen hochsteifen Aufbau, welcher gegenüber Vibration in hohem Maße empfänglich ist. Ein gegenwärtig eingesetztes Verfahren, um diese Bodenstrukturelemente an den Trägern zu befestigen, setzt Metalleinsätze ein, die in die Bodenstrukturelemente eingesteckt werden und an der oberen Oberfläche der Träger befestigt sind unter Einsatz einer Schraube, die den Einsatz durchgreift und in eine Clipsmutter eingeschraubt sind. Diese Technik stellt eine harte Montage der Bodenstrukturelemente ein und führt damit zu einem festen Weg für die Übertragung der Vibration.
  • Die GB-A-2 062 804 beschreibt einen Montageeinsatz mit einem äußeren Element, welches in einer Öffnung befestigbar ist, die eine Durchgangsbohrung definiert mit einem im wesentlichen konstanten Querschnitt, wobei ein mit einer Kontur versehenes elastomeres Element in der Durchgangsöffnung befestigt ist und eine mittige Öffnung aufweist, die sich hier hindurch erstreckt, während eine zylindrische starre Hülse in der Öffnung angeordnet ist zur Aufnahme eines axialen Befestigungsmittels.
  • Die vorliegende Erfindung reduziert in einer signifikanten Weise das SIL-Geräusch innerhalb der Passagierabteilung. Der Befestigungseinsatz gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Als Ergebnis dieses Aufbaues ist der Einsatz der vorliegenden Erfindung gesichert gegen einen möglichen Verlust der elastomeren Integrität. Das äußere Element besitzt einen Flansch, der zum Einsatz kommt, um den Einsatz an der unteren Oberfläche des Bodenstrukturelementes zu halten und stellt einen Durchzugswiderstand bereit.
  • Das mit einer Kontur versehene Elastomer besitzt einen Hülsenteil, welcher sich entlang der äußeren Peripherie des Schaftes des inneren Elementes erstreckt und besitzt ein längeres axiales Ausmaß als der Schaft. Zusätzlich besitzt das elastomere Element einen festen Ring, welcher sich unterhalb der Oberfläche des Flansches des äußeren Elementes erstreckt. Die excessive Länge der Hülse führt dazu, daß das Elastomer unter einer Vorlast in der befestigten Position steht. Der Ring bildet einen Reibungsdämpfungsring für das Bodenstrukturelement, wenn das Strukturelement durch das Darüberlaufen eines Passagiers, einen Getränke/Speisewagen oder das Darüberführen eines Gepäckstückes, welches neben den Sitz gestellt wird, belastet wird. Der Ring verhindert, daß durch die Belastung des Bodenstrukturelementes ein fester Weg erzeugt wird und dementsprechend verbleibt das Bodenstrukturelement isoliert von der vibrierenden Trägeroberfläche derart, daß das SIL-Geräusch in der Passagierabteilung weiter reduziert ist.
  • Weitere andere Merkmale, Vorteile und Charakteristika der vorliegenden Erfindung werden deutlich nach dem Studium der nachfolgenden Beschreibung.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden beschrieben im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen:
  • Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Vorderansicht einer ersten Ausführungsform des Einsatzes der vorliegenden Erfindung, gesehen entlang der Linie I-I der Fig. 3,
  • Fig. 2 ist die Draufsicht auf die erste Ausführungsform des Einsatzes in etwa in der aktuellen Größe,
  • Fig. 3 ist eine Unteransicht der ersten Ausführungsform des Einsatzes,
  • Fig. 4 ist eine Querschnittsvorderansicht einer zweiten Ausführungsform des Einsatzes wiedergegeben installiert in einem Bodenstrukturelement, und
  • Fig. 5 ist eine perspektivische Teilansicht des Bodenaufbaus.
    • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 wiedergegeben und allgemein mit der Bezugsziffer 20 identifiziert. Ein starres äußeres Element 22 ist wiedergegeben mit einem im wesentlichen zylindrischen Körperteil 24 und einem Flansch 26, der von einer unteren Kante ausgeht. Andere Formen könnten natürlich zum Einsatz kommen, jedoch wird die zylindrische Form allgemein bevorzugt zur Erleichterung der Anordnung in den Fußbodenstrukturelementen 11 (Fig. 4). Das Bohren einer runden Öffnung wird einfacher sein als das Ausstanzen einer anderen Form. Der obere Rand 28 des zylindrischen Körperteils 24 besitzt eine verringerte Wanddicke, die umgebördelt sein kann in einem Stauchvorgang zur Befestigung an dem Strukturelement 11. Zusätzlich wird ein Kleber auf die obere Oberfläche 27 des Flansches 26 aufgetragen (Fig. 2) zur Befestigung an der unteren Oberfläche des Bodenstrukturelementes 11.
  • Ein starres äußeres Element kann metallisch ausgebildet sein, hergestellt aus Metallen einschließlich Aluminium, pulverisiertes Titan oder ähnlichen leichten Metallen, wobei in diesem Fall der Stauchvorgang mechanisch ist. Als eine Alternative kann das starre äußere Element 22 aus einem Kunststoff bestehen, wie etwa ULTEM verfügbar beispielsweise von GE. Bei einem solchen Kunststoff kann ein Ultraschallstauchvorgang eingesetzt werden, um den oberen Flansch zu bilden für eine Halterung der Platte 11. Bestimmte Verbundwerkstoffe können ebenfalls geeignet sein, um die starren Elemente der vorliegenden Erfindung herzustellen, wie etwa Glas oder kohlenfaserverstärkte Kunststoffe. Das starre äußere Element 22 besitzt eine minimale innere Dimension, die gebildet wird durch den nach innen vorspringenden Ring 30.
  • Ein kontourieres elastomeres Element 32 ist mit einem inneren Bereich des starren äußeren Elementes 22 verbunden. Die Verbindung kann entweder chemischer Natur sein, d. h. hergestellt durch den Einsatz eines Klebers oder mechanisch, d. h. das Elastomere kann an Ort und Stelle geformt werden. Das Elastomere ist vorzugsweise ein solches, welches eine mittlere Dämpfung bereitstellt und eine normale Flexibilität bei niedriger Temperatur besitzt. Ein geeignetes Elastomeres ist verfügbar von Lord Corporation und ist identifiziert als SPE®I. Ein Teil des elastomeren Elementes 32 ist in dem starren äußeren Element 22 enthalten und ein Teil erstreckt sich bis unterhalb des Elementes 22. Das elastomere Element 32 besitzt eine erste vorbestimmte axiale Länge, die sich entlang der Achse des starren äußeren Elementes 22 erstreckt und eine zentrale Öffnung 33, die sich hier hindurch erstreckt. Der Teil der sich bis unterhalb des Elementes 22 erstreckt, ist ein Ring 34, welcher aus mehreren (vorzugsweise drei) lasttragenden Teilen 36 besteht, mit einer ähnlichen Zahl von dazwischenliegenden Überbrückungsteilen 38. Ein umlaufender Ring 40 unterliegt einem Teil des starren äußeren Elementes 22. Der Teil des elastomeren Elementes 32, welches sich innerhalb des starren äußeren Elementes befindet, besitzt die Ausbildung, die demjenigen des Ringes 34 identisch ist, mit der Ausnahme der Abwesenheit eines Ringes entsprechend dem Ring 40.
  • Ein drittes Element des Einsatzes 20 ist ein starres inneres Element 42. Das innere Element 42 besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material, welches für das starre äußere Element zum Einsatz kommt, obwohl ein unterschiedliches Material zum Einsatz kommen könnte. Das starre innere Element 42 besitzt einen ersten im allgemeinen zylindrischen Teil 44 mit einem ersten äußeren Durchmesser, der in einem Preßsitz in die zentrale axiale Öffnung 33 eingreift. Das innere Element 42 besitzt einen zweiten kürzeren, im allgemeinen zylindrischen Teil 46, welcher einen Durchmesser besitzt, der das elastomere Element 32 übergreift. Der maximale Durchmesser des zweiten zylindrischen Teils 46 überschreitet die minimale innere Dimension des Ringes 30. Auf diese Weise wird der Einsatz 20 sicher gehalten gegen einen möglichen Verlust der Integrität des elastomeren Elementes 32, d. h. das Bodenstrukturelement 11 kann sich nicht von dem Träger 13, an welchem es befestigt ist, abheben. Das innere starre Element 42 besitzt eine axiale Befestigungsmittel aufnehmende Durchgangsbohrung 48. Die Wirkungsweise des Einsatzes 20 soll nun beschrieben in Verbindung mit der zweiten Ausführungsform.
  • Die Nummer 4 gibt eine zweite Ausführungsform wieder, die allgemein mit der Bezugsziffer 20' identifiziert ist. Bei dieser Ausführungsform ist der obere Rand, der über das Bodenstrukturelement 11 gestaucht ist, weggelassen. Der Klebstoff, der auf die obere Oberfläche 2T des Flansches 26' aufgetragen wird, ist ausreichend, um das Bodenstrukturelement an seinem Platz zu halten, so daß ein Stauchvorgang überflüssig wird, was zu signifikanten Einsparungen der Installationskosten und -Zeit führt. Alle anderen Merkmale dieser Ausführungsform sind identisch mit der ersten Ausführungsform. Wie in der Fig. 4 gezeigt ist, wird das Bodenstrukturelement 11 am oberen Flansch 13 eines I-Trägers gehalten, über ein Gewindebefestigungsmittel 15 sowie eine Clipsmutter 17. Die Mutter 17 wird über den Flansch 13 gestreift, wobei eine Öffnung 19 hierin eingebohrt ist. Die Schraube 15 wird dann durch die das Befestigungsmittel aufnehmende Durchgangsbohrung 48' hindurchgesteckt und der Einsatz 20' und das Bodenstrukturelement 11, welches hieran befestigt ist, werden an dem Stützflansch 13 gehalten. Die vorbestimmte axiale Länge des elastomeren Elementes 32 überschreitet die Länge des starren inneren Elementes 42 (Fig. 1). Dementsprechend wird, wenn das Befestigungsmittel 15 angezogen wird, das elastomere Element 32 unter eine Vorlast gesetzt, wodurch sichergestellt ist, daß ein kontinuierlicher Kontakt sowie eine gleichbleibende Wirkungsweise sichergestellt ist.
  • Das elastomere Element 32' isoliert das äußere Element 22' von dem inneren Element 42' und dementsprechend das Bodenstrukturelement 11 von dem Stützflansch 13. Dementsprechend werden bestimmte Vibrationen, die durch den Flansch 13 übertragen werden, nicht in das Bodenstrukturelement 11 und damit den entsprechenden Passagierraum hinein übertragen. Das Bodenstrukturelement 11 nimmt normalerweise eine erhöhte Position ein reaktiv zum Flansch 13 entsprechend der Darstellung in Fig. 4. Sollte das Bodenstrukturelement einer Belastung ausgesetzt werden, beispielsweise, wenn jemand darüber hinweg geht, ein Getränkewagen darüberfährt, oder ein Gepäckstück auf das Strukturelement 11 gestellt wird, gestattet das Elastomere, um die Belastung tragenden Vorsprünge 36 herum, es, daß das Strukturelement sich nach unten ausbiegt, bis der Ring 40' mit dem Flansch 13 in Anlage tritt. Der Ring 40' dämpft diese Bewegung weich und sogar unter Belastung verbleibt das Strukturelement 11 isoliert von dem Flansch 13.
  • Fluguntersuchungen des vorliegenden Einsatzes 20 demonstrierten SIL- Geräuschverminderungen in dem Passagierraum einschließlich in etwa 5 dB im 500 Hz-Bereich und 10 dB bei jedem der 2000 Hz- und 4000 Hz-Niveaus. Etwa vierzig Einsätze 20 werden verwendet, um ein 2' · 4' (0,6 · 1,2 m) Bodenstrukturelement 11 in Position zu halten. Die Einsätze 20, die bei der Untersuchung verwendet wurden, besaßen äußere und innere starre Elemente 22 und 42, die aus Aluminium bestanden. Die Fig. 5 zeigt eine Ansicht des Fußbodenaufbaues mit dem Bodenstrukturelement 11 und dem Flansch 13.
  • Verschiedene Änderungen, Alternativen und Modifikationen leuchten dem Sachverständigen auf diesem Gebiet ein nach dem Studium der vorangehenden Beschreibung. Es ist beabsichtigt, daß alle diese Änderungen, Alternativen und Modifikationen in den Rahmen der folgenden Ansprüche fallen, die als Teil der vorliegenden Erfindung anzusehen sind.

Claims (8)

1. Einsatz (20, 20') zum Isolieren eines Flugzeugbodenstrukturelementes (11) oder ähnliches von über dessen Träger (13) übertragene Vibrationen, wobei der Einsatz (20, 20') folgendes umfaßt,
(a) ein im wesentlichen starres, zylindrisches, äußeres Element (22, 22'), welches an einer Ausnehmung in dem Bodenstrukturelement (11) befestigbar ist und eine axiale Durchgangsbohrung aufweist, wobei das äußere Element ein Volumen ausbildet,
(b) ein an die axiale Durchgangsbohrung geklebtes, konturiertes, elastisches Element (32) mit einer durch dieses hindurch gehenden, mittigen, axialen Öffnung und einem Abschnitt (40, 40'), welcher die mittige, axiale Öffnung umgibt und sich bis unter einen untersten Abschnitt des äußeren Elementes (22, 22') erstreckt; und
(c) ein starres inneres Element (42, 42') mit einem im wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt (44) mit einem ersten Durchmesser, welcher mittels einer Preßpassung in die mittige, axiale Öffnung des elastomeren Elementes paßt, wobei das starre, innere Element (42, 42') eine axiale Durchgangsbohrung (48, 48') zur Aufnahme eines Befestigungsmittels zum Verbinden mit dem Träger (13) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Durchgangsbohrung einen Abschnitt mit einer minimalen inneren Ausdehnung aufweist, wobei das starre Element (42, 42') einen kürzeren zylindrischen zweiten Abschnitt (46) aufweist, welcher das konturierte, elastomere Element (32) im wesentlichen überlagert, und daß der zweite Abschnitt (46) innerhalb des Volumens des äußeren Elementes liegt und einen zweiten, größeren Durchmesser aufweist, welcher die minimale, innere Ausdehnung des äußeren Elementes (22, 22') überschreitet, um den Einsatz (20, 20') gegen einen potentiellen Verlust der elastomeren Integrität zu sichern.
2. Einsatz (20, 20') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere starre Element (22, 22') und das innere starre Element (42, 42') aus Metall, Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff oder Kombinationen dieser hergestellt ist.
3. Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das konturierte, elastomere Element (32) einen elastomeren Abschnitt aufweist, welcher sich vor der Montage bis unter den ersten Abschnitt (44) des starren, inneren Elementes (42, 42') erstreckt, wodurch das elastomere Element (32) in montiertem Zustand eingespannt ist.
4. Einsatz (20, 20') nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der sich bis unterhalb des starren, inneren Elementes (42, 42') erstreckende Abschnitt einen Ring umfaßt, welcher mehrere Stützabschnitte (36) aufweist, die durch eine entsprechende Anzahl von Brückenabschnitten (38) miteinander verbunden sind.
5. Einsatz (20, 20') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische, starre, äußere Element (22, 22') einen sich radial erstreckenden, unteren Flansch (26, 26') aufweist, welcher unter einem Umfangsabschnitt der Ausnehmung im Bodenstrukturelement (11) liegt.
6. Einsatz (20, 20') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Flansch (26, 26') von einer Kreisform abweichend ausgebildet ist.
7. Einsatz (20, 20') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das konturierte, elastomere Element (32) einen ringförmigen Abschnitt (40, 40') aufweist, welcher den unteren Flansch (26, 26') wenigstens teilweise unterfängt.
8. Einsatz (20, 20') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (20, 20') mittels eines Klebers zwischen dem unteren Flansch (26, 26') und dem Bodenstrukturelement (11) mit letzterem verbunden ist.
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