• 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:
    EinFensterrahmen zum Einbau in die Außenhaut eines Flugzeuges bestehtaus wenigstens je einem äußeren Flansch,einem inneren Flansch und einem senkrecht zu und zwischen diesenangeordneten vertikalen 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. Der Fensterrahmen bestehtaus einem mit Fasergewebehalbzeugen verstärkten Hart, wobei der Verlaufder Lagen der Gewebe in den drei Bereichen äußerer Flansch, innerer Flanschund vertikaler Flansch der mechanischen Belastungsrichtung folgt.Zur Herstellung wird ein aus Verstärkungsgeweben bestehendes Halbzeugin ein Formwerkzeug eingebracht, in das unter Druck und Temperatur Harzinjiziert wird, und das so entstandene Bauteil wird anschließend imFormwerkzeug ausgehärtet.
    公开号:DE102004025380A1
    申请号:DE102004025380
    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 mit Halbzeugen aus Fasergewebe verstärkten Harz besteht. Die Lösung derweiteren Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren, bei dem ein aus Geweben bestehendesHalbzeug in ein Formwerkzeug eingebracht wird, in das unter Druckund Temperatur Harz injiziert wird, und bei dem das so entstandeneBauteil anschließendim Formwerkzeug ausgehärtetwird.
    [0008] Dadurch,daß dieErfindung die Verwendung eines in Faserverbundbauweise hergestelltenFensterrahmens mit einem belastungsgerecht verlegtem Gewebe vorsieht,bei dem die Lagen gleichsam der Belastungsrichtung folgen, wirdgegenüberden bislang eingesetzten Aluminium-Fensterrahmen eine Gewichtsersparnisvon etwa 50 Prozent ermöglicht. Aufgrundseines erfindungsgemäß derartoptimierten Lagenaufbaus weist der Fensterrahmen nach der Erfindungzugleich auch gegenüberFaserfensterrahmen, die aus einem Halbzeug mit quasi-isotropen Lagenaufbau hergestelltwerden, einen nochmaligen Gewichtsvorteil von etwa 20 Prozent auf.Trotz dieses großenGewichtseinsparungspotentials erhöhen sich die Kosten für ein solchesBauteil im Vergleich zu einem als Aluminium-Schmiedeteil hergestellten Fensterrahmennicht.
    [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 durch das Fertigungsverfahren, Toleranzen von etwa 1,5 mmzu akzeptieren, was bei gleicher Wandstärke einer Fertigungstoleranzvon etwa 30 Prozent entspricht. Damit werden durch die Erfindungnicht nur die Gewichtsschwankungen zwischen den einzelnen Fensterrahmenerheblich verringert, sondern es wird zugleich auch der Einbau desRahmens in ein Flugzeug bzw. die Montage des Fensterelementes im Rahmenbeträchtlichvereinfacht. 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 eineDetaildarstellung des mit VI gekennzeichneten Bereiches in 5 ist,
    [0016] 7 dieRichtungen eines belastungsgerechten Lagenaufbaus des Fensterrahmensgemäß 1 inprinzipieller Darstellung,
    [0017] 8 denLagenaufbau eines Preforms in Schnittdarstellung und
    [0018] 9-12 denFaserverlauf in unterschiedlichen Bereichen des Fensterrahmens gemäß 1.
    [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 besitzt dieser äußere Flansch 2 imGegensatz zum entsprechenden Aluminium-Schmiedeteil in unterschiedlichen radialenBereichen eine unterschiedliche Dicke. Dies führt zu einer wesentlich besserenMaterialausnutzung im Bereich der Vernietung und des Hautausschnittes. 2 verdeutlichtdies in einem Detailschnitt, in dem die Einbaulage eines solchenFensterrahmens 1 in der Außenhaut 5 eines Flugzeugesdargestellt ist. Angedeutet sind in dieser Figur auch die Nietpositionen 6 für die Verbindungdes Rahmens mit der Außenhaut 5 sowiezwei Fensterscheiben 7 und 8, die zusammen miteiner Dichtung 9 das Fensterelement bilden.
    [0020] DerFensterrahmen 1 wird mittels der sogenannten "Resin-Transfer-Moulding" oder RTM-Technologiehergestellt. Hierbei wird zunächstaus Gewegelagen ein Formteil 10, das sogenannte Preform, hergestellt.Dieses wird 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. DasPreform 10 kann entweder als ein komplettes Teil oder aberin der sogenannten Sub-Preform-Technik hergestellt werden, bei derder komplette Fensterrahmen 1 aus einzelnen Substruktur-Elementenoder Sub-Preforms zusammengesetzt wird.
    [0021] Injedem Fall besteht das Preform 10 aus einzelnen Lagen einesVerstärkungsgewebes,die in unterschiedlichen Lagen angeordnet sind. Entscheidend für die mitdem hier beschriebenen Fensterrahmen 1 erzielbare Gewichtsersparnisist dabei die Richtung der Fasern in den einzelnen Gewebelagen. EineFaserrichtung, die nicht umlaufend im Rahmen ist, könnte nichtdie Gewichtsersparnis erzielen, wie sie mit der hier beschriebenenAnordnung erreicht wird. Die prinzipielle Faserrichtung mit denHauptrichtungen 0°,45 und 90° istin den 5 und 6 dargestellt. Die 0°-Richtung ist dabeidie Umfangsrichtung des Fensterrahmens 1, die 90°-Richtung verläuft in radialerRichtung und die 45°-Richtung verläuft im Bereichdes Übergangesvom vertikalen Flansch 4 zum äußerem Flansch 2.
    [0022] DerFaserverlauf ist detailliert in den 7 bis 12 dargestellt.Dabei zeigen zunächst 7 inprinzipieller Darstellung die Richtungen eines belastungsgerechtenLagenaufbaus des Fensterrahmens 1 und 8 einenSchnitt durch den aus Gewebehalbzeugen bestehenden Lagenaufbau.In dieser Figur bezeichnen die Bezugszeichen 20 den 0°-Wickelkernim Innenflansch, 21 die ± 60°-Lagen in allen Außenbereichensowie die ± 60°-Lagen durchgehendvom äußeren Flansch 2 zuminneren Flansch 3 und 22 die 0°- und 90°-Lagen im Bereich des vertikalenFlansches 4. Diese Lagerichtungen sind dabei an der Schnittstellevon äußerem Flansch 2,innerem Flansch 3 und vertikalem Flansch 4 gemessen.Der Lagenaufbau außerhalbdieses Bereiches soll nachfolgend anhand der 9 bis 12 erläutert werden,in denen jeweils der im linken Teil der Figur gekennzeichnete Ausschnittdes Fensterrahmens 1 vergrößert dargestellt ist. Wie ausdiesen Figuren ersichtlich ist, ergibt sich für die gekrümmt verlegten Gewebehalbzeugeder folgende Sachverhalt: vertikaler Flansch 4: – alleFasern bleiben in der Richtung, in der sie gemessen wurden, innererFlansch 3 und äußerer Flansch 2: – 0°-Fasern bleibenin der Richtung, in der sie gemessen wurden (9), – ±45°-Fasern bleibenin der Richtung, in der sie gemessen wurden, sind aber gekrümmt (10), – ±60°-Fasern bleibenin der Richtung, in der sie gemessen wurden, sind aber gekrümmt ° (11).
    [0023] 12 zeigtschließlichnoch die 90°-Faser inRadiusrichtung. Insgesamt ergibt sich hieraus ein quasi-isotrop,radial gekrümmterAufbau, bei dem die Fasern immer in der Richtung der mechanischenBeanspruchung verlaufen.
    [0024] 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 (3)
    [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 mit Fasergewebehalbzeugen (20, 21, 22)verstärktemHarz besteht.
    [2] Fensterrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß derVerlauf der Fasern in den Gewebehalbzeugen (20, 21, 22)der mechanischen Belastungsrichtung folgt.
    [3] Verfahren zur Herstellung eines Fensterrahmens gemäß einemder Ansprüche1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß ein aus unterschiedlich gelegtenGeweben (20, 21, 22) bestehendes Halbzeug (10)in ein Formwerkzeug (11) eingebracht wird, in das unterDruck und Temperatur Harz injiziert wird, und daß das so entstandene Bauteil(1) anschließend imFormwerkzeug (11) ausgehärtet wird.
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    同族专利:
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    WO2005115839B1|2006-01-12|
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    2011-02-17| 8327| Change in the person/name/address of the patent owner|Owner name: AIRBUS OPERATIONS GMBH, 21129 HAMBURG, DE |
    2011-07-07| R020| Patent grant now final|Effective date: 20110413 |
    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 |
    2017-12-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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