• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Ein Fensterrahmen zum Einbau in die Außenhaut eines Flugzeuges, der aus wenigstens je einem äußeren Flansch, einem inneren Flansch und einem senkrecht zu und zwischen diesen angeordneten vertikalen Flansch besteht, wird aus einem faserverstärkten Kunstharz hergestellt, indem zunächst ein aus einem Fasermaterial bestehendes Halbzeug in ein Formwerkzeug eingebracht wird, in das unter Druck und Temperatur Harz injiziert wird, und anschließend das so entstandene Bauteil im Formwerkzeug ausgehärtet wird. Das Halbzeug kann einen Lagenaufbau entweder aus einem Gewebematerial, aus Faserbündeln oder aber aus einer Kombinattion aus Faserbündeln und einem Gewebematerial aufweisen.
    公开号:DE102004025377A1
    申请号:DE102004025377
    申请日:2004-05-24
    公开日:2005-12-22
    发明作者:Jens Dipl.-Ing. Bold
    申请人:Airbus Operations GmbH；
    IPC主号:B29C70-48
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Fensterrahmen zum Einbau in die Außenhauteines Flugzeuges, bestehend aus wenigstens je einem äußeren Flansch, eineminneren Flansch und einem senkrecht zu und zwischen diesen angeordnetenvertikalen Flansch, wobei die Verbindung mit der Flugzeugstruktur über den äußeren Flanscherfolgt und wobei am inneren Flansch ein zu halterndes Fensterelementzur Anlage kommt, das überden vertikalen Flansch gehaltert wird. Ferner betrifft die Erfindungein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Fensterrahmens.
    [0002] Inden meisten der derzeit hergestellten und in Betrieb befindlichenPassagierflugzeuge sind Fensterrahmen aus Aluminium eingesetzt,die aus einem Teil bestehen, das durch Schmieden und Richten hergestelltwird. Das Bauteil gliedert sich dabei in insgesamt drei Bereiche:einen äußeren Flansch,einen inneren Flansch und einen senkrecht zu und zwischen diesenbeiden angeordneten vertikalen Flansch. Die Fensterrahmen werden üblicherweise mitzwei Nietreihen überden äußeren Flanschmit der Flugzeugstruktur bzw. mit der Außenhaut des Flugzeuges verbunden.Am inneren Flansch liegt ein Fensterelement an, das seinerseits üblicherweise auszwei Scheiben und einer dazwischen angeordneten Dichtung bestehtund das überNiederhalter, die mit dem vertikalen Flansch verbunden sind, in seinerPosition gehaltert wird.
    [0003] Einderartiger Fensterrahmen hat neben der Fixierung des Fensterelementesauch die Funktion, die Spannungsüberhöhungen aufzufangen,die am Rand des fürdas Fenster in die lastübertragendeAußenhauteingebrachten, vergleichsweise großen Ausschnittes auftreten.Der äußere Flanschdes Fensterrahmens dient dabei einerseits der Verstärkung diesesAusschnittes, anderseits werden über ihnder Rahmen und die Außenhautmittels Nieten miteinander verbunden. Da die Herstellung der bekanntenAluminium-Fensterrahmen üblicherweise mittelsSchmieden erfolgt, ist es nicht möglich, einen für die NietkraftverteilunggünstigenQuerschnittsverlauf des Rahmenprofils zu erreichen, da die Schräge des Flanschesmaximal etwa 2 Winkelgrad betragen darf, um eine einfache Vernietungzu gewährleisten.
    [0004] Derinnere Flansch dient der Aufnahme des Fensterelementes, wobei hiereine Schrägeden Einbau des Fensters vereinfacht. Gleichzeitig wird die durchden Innendruck, der in der Passagierkabine herrscht, entstehendeLast überdiesen Innenflansch auf die Außenhautdes Flugzeuges übertragen.
    [0005] Dervertikale Flansch schließlichdient als Versteifungsrippe auf dem Rahmen, um so die Spannungenin der Außenhautmit geringst möglichem Gewichtzu minimieren. An diesem vertikalen Flansch sind auch die Augbolzenbefestigt, mit denen üblicherweisedie Niederhalter oder Retainer fürdie Fensterelemente in ihrer Position gehalten werden. Gleichzeitigbildet der vertikale Flansch auch die Führung bei der Montage des Fensterelementes.
    [0006] Aufgabeder Erfindung ist es, einen Fensterrahmen der eingangs genanntenArt bereitzustellen, der eine beträchtliche Gewichtsersparnisim Vergleich zu den heute fürdiesen Verwendungszweck eingesetzten Fensterrahmen ermöglicht.Zugleich sollen die Kosten fürdie Herstellung eines solchen Fensterrahmens möglichst niedrig liegen. Weiterhin solldurch die Erfindung ein möglichsteinfach und kostengünstigdurchzuführendesVerfahren zur Herstellung eines solchen Fensterrahmens bereitgestellt werden.
    [0007] DieErfindung löstdie erste Aufgabe, indem sie vorsieht, daß ein derartiger Fensterrahmenaus einem faserverstärktenHarz besteht. Die Lösungder weiteren Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren, bei dem ein auseinem Fasermaterial bestehendes Halbzeug in ein Formwerkzeug eingebrachtwird, in das unter Druck und Temperatur Harz injiziert wird, und beidem das so entstandene Bauteil anschließend im Formwerkzeug ausgehärtet wird.
    [0008] DieErfindung ermöglichtdie Verwendung eines Fensterrahmens, der in Faserverbundbauweise hergestelltwird, wodurch gegenüberden bislang eingesetzten Aluminium-Fensterrahmen eine Gewichtsersparnisvon bis zu 50 Prozent erzielt wird. Trotz dieses großen Gewichtseinsparungspotentialserhöhen sichdie Kosten fürein solches Bauteil im Vergleich zu einem als Aluminium-Schmiedeteilhergestellten Fensterrahmen nicht.
    [0009] Zugleichist es möglich,den Faserfensterrahmen gemäß der Erfindungmit einer Toleranz von nur etwa 0,2 mm bei einer durchschnittlichenWandstärkevon 5 mm Dicke herzustellen, was einer Fertigungstoleranz von etwa4 Prozent entspricht. Bei Aluminium-Schmiederahmen sind dagegen, bedingt durchdas Fertigungsverfahren, Toleranzen von etwa 1,5 mm zu akzeptieren,was bei gleicher Wandstärke einerFertigungstoleranz von etwa 30 Prozent entspricht. Damit werdendurch die Erfindung nicht nur die Gewichtsschwankungen zwischenden einzelnen Fensterrahmen erheblich verringert, sondern es wird zugleichauch der Einbau des Rahmens in ein Flugzeug bzw. die Montage desFensterelementes im Rahmen beträchtlichvereinfacht. Weitere Vorteile sind schließlich eine erhöhte Sicherheitsowie eine deutlich verbesserte thermische Isolierung der Fensterrahmennach der Erfindung.
    [0010] Nachfolgendsoll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.Es zeigen
    [0011] 1 einenFensterrahmen in perspektivischer Darstellung,
    [0012] 2 einenDetailschnitt durch die Einbauposition eines Fensterrahmens gemäß 1,
    [0013] 3 einenTeil eines Formwerkzeuges zur Herstellung eines Fensterrahmens gemäß 1 in geöffneterPosition,
    [0014] 4 dasFormwerkzeug gemäß 3 in geschlossenerPosition,
    [0015] 5 und 6 eineDarstellung der Hauptrichtungen bei einem Fensterrahmen gemäß 1, wobei 6 undeine Detaildarstellung des mit VI gekennzeichneten Bereiches in 5 ist,
    [0016] 7 denAufbau eines ersten Preforms in Schnittdarstellung,
    [0017] 8 denAufbau eines zweiten Preforms in Schnittdarstellung und
    [0018] 9 denAufbau eines dritten Preforms in Schnittdarstellung.
    [0019] Derin 1 dargestellte Fensterrahmen 1 ist inFaserbauweise hergestellt und weist, wie auch die bekannten Aluminium-Schmiederahmen,einen äußeren Flansch 2,einen inneren Flansch 3 sowie einen zwischen diesen beidenangeordneten vertikalen Flansch 4 auf. Im Gegensatz zuherkömmlichenAluminium-Fensterrahmen weist der äußere Flansch 2 indiesem Fall jedoch einen gleichmäßig umlaufendenRand auf. Ferner weist dieser äußere Flansch 2 imGegensatz zum entsprechenden Aluminium-Schmiedeteil in unterschiedlichenradialen Bereichen eine unterschiedliche Dicke auf. Dies führt zu einerwesentlich besseren Materialausnutzung im Bereich der Vernietungund des Hautauschnittes. 2 verdeutlicht dies in einemDetailschnitt, in dem die Einbaulage eines solchen Fensterrahmens 1 in derAußenhaut 5 einesFlugzeuges dargestellt ist. Angedeutet sind in dieser Figur auchdie Nietpositionen 6 fürdie Verbindung des Rahmens mit der Außenhaut 5, sowie zweiFensterscheiben 7 und 8, die zusammen mit einerDichtung 9 das Fensterelement bilden.
    [0020] DerFensterrahmen 1 wird mittels der sogenannten "Resin-Transfer-Moulding" oder RTM-Technologie hergestellt.Hierbei wird zunächstaus Fasern ein Formteil 10, das sogenannte Preform, hergestellt. Dieseswird anschließendin ein zweiteiliges Formwerkzeug 11 eingelegt, wie es inden 3 und 4 dargestellt ist. Innerhalbeines unteren Formwerkzeuges 12 und eines oberen Formwerkzeuges 13 sinddabei ein innerer Kern 14 und ein, in diesem Fall zweigeteiltausgebildeter, äußerer Kern 15 angeordnet.Das Preform 10 wird zwischen die beiden Kerne 14 und 15 eingebracht,das Formwerkzeug 11 wird geschlossen und es wird unterDruck und Temperatur Harz in das Formwerkzeug injiziert. Das kompletteBauteil 1 wird anschließend innerhalb des Formwerkzeuges 11 ausgehärtet.
    [0021] DasPreform 10 kann dabei entweder als ein komplettes Teiloder aber in der sogenannten Sub-Preform-Technik hergestellt werden,bei der der komplette Fensterrahmen 1 aus einzelnen Substruktur-Elementenoder Sub-Preforms zusammengesetzt wird. In jedem Fall aber bestehtdas Preform 10 aus einzelnen Lagen, die im Prinzip aufdrei verschiedene Arten aufgebaut sein können – aus Gewebehalbzeugen, – ausFaserbündeln, – auseiner Kombination aus Gewebehalbzeugen und Faserbündeln.
    [0022] Entscheidendfür diemit dem hier beschriebenen Fensterrahmen 1 erzielbare Gewichtsersparnisist dabei die Richtung der Fasern in den einzelnen Lagen, die einenbelastungsgerechten Lagenaufbau gewährleisten. Eine Faserrichtung,die nicht umlaufend im Rahmen ist, könnte nicht die Gewichtsersparniserzielen, wie sie mit der hier beschriebenen Anordnung erreichtwird. Die prinzipielle Faserrichtung mit den Hauptrichtungen 0°, 45 und90° istin den 5 und 6 dargestellt. Die 0°-Richtungist dabei die Umfangsrichtung des Fensterrahmens 1, die 90°-Richtungverläuftin radialer Richtung und die 45°-Richtungverläuftim Bereich des Überganges vomvertikalen Flansch 4 zum äußerem Flansch 2.
    [0023] 7 zeigteinen Schnitt durch den aus Gewebehalbzeugen bestehenden Lagenaufbaudes Fensterrahmens 1. In dieser Figur bezeichnen die Bezugszeichen 20 den0°-Wickelkernim Innenflansch, 21 die ± 60°-Lagen in allen Außenbereichen sowiedie ± 60°-Lagen durchgehendvom äußeren Flansch 2 zuminneren Flansch 3 und das Bezugszeichen 22 bezeichnetdie 0°-und 90°-Lagenim Bereich des vertikalen Flansches 4. Diese Lagerichtungen sinddabei an der Schnittstelle von äußerem Flansch 2,innerem Flansch 3 und vertikalem Flansch 4 gemessen.Außerhalbdieses Bereiches ergibt sich für diegekrümmtverlegten Gewebehalbzeuge der folgende Sachverhalt: vertikalerFlansch 4: – alle Fasern bleiben in derRichtung, in der sie gemessen wurden, innerer Flansch 3 und äußerer Flansch 2: – 0°-Fasern bleibenin der Richtung, in der sie gemessen wurden, – ±45°-Fasern bleibenin der Richtung, in der sie gemessen wurden, sind aber gekrümmt, – ±60°-Fasern bleibenin der Richtung, in der sie gemessen wurden, sind aber gekrümmt.
    [0024] 8 zeigteinen belastungsgerechten Lagenaufbau mit Faserbündeln, wobei wiederum ein Schnittdurch den Lagenaufbau der Faserbündeldargestellt ist. In dieser Figur bezeichnen die Bezugszeichen 20 den0°-Wickelkernim Innenflansch, 23 die Faserbündel mit einer ± 60°-Lage inallen Außenbereichensowie die ± 60°-Lagen durchgehendvom äußeren Flansch 2 zuminneren Flansch 3, das Bezugszeichen 24 bezeichnetdie Faserbündelmit 0°- und 90°-Lagen imBereich des vertikalen Flansches 4 und das Bezugszeichen 25 dieFaserbündelmit ±45°-Lagen imBereich des äußeren Flansches 2.Diese Lagerichtungen sind an der Schnittstelle von äußerem Flansch 2,innerem Flansch 3 und vertikalem Flansch 4 gemessen.Um einen Faserverlauf zu erzielen, bei dem die Fasern der Belastungsrichtungfolgen, wird fürden Fensterrahmen 1 ein Aufbau gewählt, der sich wie folgt zusammensetzt: äußerer Flansch 2: – quasi-isotroper,radialer Aufbau im Bereich der Vernietung, vertikalerFlansch 4: – 0°-Kern zur Hauptlastaufnahme, – ±60°-Lagen ander Außenseite, innererFlansch 3: – 0°-Richtung vorherrschend, – ±60°-Lagen anden Außenseiten, – 90° zur Versteifung.
    [0025] Damitergibt sich damit fürdie jeweils gerade verlegte Faser der folgende Sachverhalt: vertikalerFlansch 4: – alle Fasern bleiben in derRichtung, in der sie gemessen wurden, innerer Flansch 3 und äußerer Flansch 2: – 0°-Fasern bleibenin der Richtung, in der sie gemessen wurden, – ±45°-Fasern ändern ihrenWinkel zu ±60°, – ±60°-Fasern ändern ihrenWinkel zu ±70°.
    [0026] 9 schließlich zeigteinen Lagenaufbau mit einer Kombination aus Geweben und Faserbündeln. Hierbezeichnet wieder das Bezugszeichen 20 die Gewebelage den0°-Wickelkern im Innenflansch, während dasBezugszeichen 27 die 0° gewickelten Schieben,28 die ±60° Gewebelagen, 29 die0°/90° Gewebelagendarstellen.
    [0027] Derauf diese Weise hergestellte Fensterrahmen 1 weist gegenüber herkömmlichenAluminium-Fensterrahmen eine etwa 50-prozentige Gewichtsersparnisbei etwa gleichen Herstellungskosten auf. Seine Toleranzen liegenwesentlich niedriger als die Toleranzen der entsprechenden Aluminiumbauteile.Zugleich bietet der Rahmen eine höhere Sicherheit und eine besserethermische Isolierung als herkömmlicheAluminium-Fensterrahmen.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] Fensterrahmen zum Einbau in die Außenhaut einesFlugzeuges, bestehend aus wenigstens je einem äußeren Flansch, einem innerenFlansch und einem senkrecht zu und zwischen diesen angeordnetenvertikalen Flansch, wobei die Verbindung mit der Flugzeugstruktur über den äußeren Flanscherfolgt und wobei am inneren Flansch ein zu halterndes Fensterelementzur Anlage kommt, das überden vertikalen Flansch gehaltert wird, dadurch gekennzeichnet,daß derFensterrahmen (1) aus einem faserverstärkten Harz besteht.
    [2] Fensterrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß derFensterrahmen (1) aus einem Gewebehalbzeug hergestelltist.
    [3] Fensterrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß derFensterrahmen (1) aus einem aus Faserbündeln bestehenden Halbzeughergestellt ist.
    [4] Fensterrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß derFensterrahmen (1) aus einem Halbzeug hergestellt ist, dasaus einer Kombination aus Faserbündelnund einem Gewebehalbzeug besteht.
    [5] Verfahren zur Herstellung eines Fensterrahmens gemäß einemder Ansprüche1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem Fasermaterial bestehendesHalbzeug (10) in ein Formwerkzeug (11) eingebrachtwird, in das unter Druck und Temperatur Harz injiziert wird, unddaß dasso entstandene Bauteil (1) anschließend im Formwerkzeug (11)ausgehärtetwird.
    [6] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß dasHalbzeug (10) einen Lagenaufbau aus einem Gewebematerialaufweist.
    [7] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß dasHalbzeug (10) einen Lagenaufbau aus Faserbündeln aufweist.
    [8] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß dasHalbzeug (10) einen Lagenaufbau aufweist, der aus einerKombination aus Faserbündelnund einem Gewebematerial besteht.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US9738371B2|2017-08-22|Splice joints for composite aircraft fuselages and other structures
    US20160341122A1|2016-11-24|Nose cone assembly
    RU2658211C2|2018-06-19|Стыковое соединение по окружности для конструкций обшивки
    RU2493010C2|2013-09-20|Способ получения цельной детали из волокнистого композита
    US5981023A|1999-11-09|Fiber-reinforced composite structural element and method of manufacturing the same
    AT503840B1|2010-09-15|Leitschaufelanordnung für ein triebwerk
    RU2424153C2|2011-07-20|Балка жесткости, способ и многослойное изделие из волокнистого материала для изготовления этой балки
    US7028950B2|2006-04-18|Load bearing window
    RU2435700C2|2011-12-10|Фюзеляжная конструкция воздушного судна и способ ее изготовления
    ES2611033T3|2017-05-04|Cajón de torsión multilargero integrado de material compuesto
    ES2352941B1|2012-01-25|Estructura integrada de aeronave en material compuesto
    US8226870B2|2012-07-24|Pressure bulkhead made of composite material for an aircraft
    EP1663776B1|2012-11-07|Mit harz imprägnierte durchsichtige beplankungsplatte und herstellungsverfahren dafür
    US8083182B2|2011-12-27|Monolithic self-stiffened panels
    DE69837640T2|2008-01-03|Äusseres Gondelverkleidungspanel einer Triebwerkgondel mit integrierten Führungsschienenverkleidungen und Verfahren zu dessen Herstellung
    US5239822A|1993-08-31|Composite structure for thrust reverser torque box
    RU2568229C2|2015-11-10|Способ изготовления металлического элемента жесткости лопатки турбомашины
    EP2254789B1|2012-10-17|Luke für ein flugzeug, insbesondere eine kabinentür
    CA2658317C|2013-12-17|Encadrement de porte pour aeronef
    US8544798B2|2013-10-01|Window replacement for filling a window frame
    US8100162B2|2012-01-24|Guiding device for a device for producing fiber preforms by the TFP process for composite components
    US8220154B2|2012-07-17|Method for fabricating an aircraft fuselage in composite material
    ES2347122B1|2011-08-11|Estructura de ensamblaje del mamparo de presion de una aeronave.
    ES2539799T3|2015-07-06|Estructura a las 12 horas para inversor de empuje en particular de rejillas
    US7159822B2|2007-01-09|Structural panels for use in aircraft fuselages and other structures
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    CN1956884A|2007-05-02|
    DE102004025377B4|2013-02-14|
    EP1748925A1|2007-02-07|
    AT473915T|2010-07-15|
    RU2369523C2|2009-10-10|
    BRPI0510635A|2007-11-13|
    US20080078878A1|2008-04-03|
    JP2008500229A|2008-01-10|
    CN100471757C|2009-03-25|
    EP1748925B1|2010-07-14|
    WO2005115836A1|2005-12-08|
    CA2563441A1|2005-12-08|
    US7988093B2|2011-08-02|
    WO2005115836B1|2006-02-02|
    RU2006143856A|2008-06-27|
    DE602005022305D1|2010-08-26|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-12-22| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2011-01-13| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: AIRBUS OPERATIONS GMBH, 21129 HAMBURG, DE |
    2012-10-09| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2013-08-22| R020| Patent grant now final|Effective date: 20130515 |
    2016-04-21| R082| Change of representative|Representative=s name: LKGLOBAL ] LORENZ & KOPF PARTG MBB PATENTANWAE, DE Representative=s name: KOPF WESTENBERGER WACHENHAUSEN PATENTANWAELTE , DE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004025377A|DE102004025377B4|2004-05-24|2004-05-24|Fensterrahmen für Flugzeuge|DE102004025377A| DE102004025377B4|2004-05-24|2004-05-24|Fensterrahmen für Flugzeuge|
    DE602005022305T| DE602005022305D1|2004-05-24|2005-05-24|Fensterrahmen für luftfahrzeuge|
    CNB2005800167920A| CN100471757C|2004-05-24|2005-05-24|飞机窗框|
    EP05754403A| EP1748925B1|2004-05-24|2005-05-24|Fensterrahmen für luftfahrzeuge|
    PCT/EP2005/005602| WO2005115836A1|2004-05-24|2005-05-24|Window frame for aircraft|
    BRPI0510635-4A| BRPI0510635A|2004-05-24|2005-05-24|aircraft window frame|
    AT05754403T| AT473915T|2004-05-24|2005-05-24|Fensterrahmen für luftfahrzeuge|
    RU2006143856/11A| RU2369523C2|2004-05-24|2005-05-24|Рама иллюминатора летательного аппарата|
    CA002563441A| CA2563441A1|2004-05-24|2005-05-24|Window frame for aircraft|
    JP2007517105A| JP2008500229A|2004-05-24|2005-05-24|航空機用窓枠|
    US11/596,627| US7988093B2|2004-05-24|2005-05-24|Window frame for aircraft|
    [返回顶部]