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    • 专利摘要:
    Ein Verfahren zur Herstellung eines Fensterrahmens für den 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, sieht vor, daß zunächst ein aus mehreren einzelnen Substrukturen bestehendes Halbzeug hergestellt wird, das anschließend in ein Formwerkzeug eingebracht wird, in das unter Druck und Temperatur Harz injiziert wird, und daß das so entstandene Bauteil anschließend im Formwerkzeug ausgehärtet wird. Die Substrukturen werden vor dem Einbringen in das Formwerkzeug zusammengefügt. Das Halbzeug weist einen Lagenaufbau auf, der aus einem Gewebematerial, aus Faserbündeln oder aus einer Kombination aus Faserbündeln und einem Gewebematerial besteht.
    公开号:DE102004025381A1
    申请号:DE102004025381
    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:B29B11-16
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fensterrahmensfür denEinbau in die Außenhauteines Flugzeuges, bestehend aus 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.
    [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, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben,das eine möglichsteinfache, flexible und kostengünstigeHerstellung eines solchen Fensterrahmens gewährleistet.
    [0007] DieErfindung löstdiese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem zunächst ein aus mehreren einzelnenSubstrukturen bestehendes Halbzeug hergestellt wird, das anschließend inein Formwerkzeug eingebracht wird, in das unter Druck und Temperatur Harzinjiziert wird, und daß dasso entstandene Bauteil anschließendim Formwerkzeug ausgehärtet wird.
    [0008] DieErfindung ermöglichtdamit die kostengünstigeHerstellung einer Vielzahl verschiedener derartiger in Faserverbundbauweisehergestellter Fensterrahmen, durch die gegenüber den bislang eingesetztenAluminium-Fensterrahmen eine Gewichtsersparnis von bis zu 50 Prozenterzielt wird. Trotz dieses großenGewichtseinsparungspotentials erhöhen sich durch das erfindungsgemäße Verfahrendie 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 denAufbau des Fensterrahmens gemäß 1 ineiner Explosionsdarstellung
    [0014] 4 einenDetailschnitt durch einen Fensterrahmen gemäß 1,
    [0015] 5 denAufbau eines ersten Preforms in Schnittdarstellung,
    [0016] 6 denAufbau eines zweiten Preforms in Schnittdarstellung und
    [0017] 7 denAufbau eines dritten Preforms in Schnittdarstellung.
    [0018] 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.
    [0019] DerFensterrahmen 1 wird mittels der sogenannten "Resin-Transfer-Moulding" oder RTM-Technologie hergestellt.Hierbei wird zunächstaus Fasern ein Formteil, das sogenannte Preform, hergestellt. Dieseswird anschließendin ein zweiteiliges Formwerkzeug eingelegt, das Formwerkzeug wirdgeschlossen und es wird unter Druck und Temperatur Harz in das Formwerkzeuginjiziert. Das komplette Bauteil 1 wird anschließend innerhalbdes Formwerkzeuges ausgehärtet.
    [0020] DasPreform wird in der sogenannten Sub-Preform-Technik hergestelltwerden, bei der der komplette Fensterrahmen 1 aus einzelnenSubstruktur-Elementen oder Sub-Preforms 11 bis 17 zusammengesetztwird, wie sie in der Explosionsdarstellung in 3 gezeigtsind. 4 zeigt in einer Schnittdarstellung den Aufbaudes kompletten Faserverbund- Fensterrahmens 1 aus den einzelnenSubstrukturen 11 bis 17. Die vergleichsweise hoheAnzahl unterschiedlicher Substrukturen ermöglicht dabei auf einfache Weiseeine Anpassung an unterschiedlich hohe Beanspruchungen, die an einensolchermaßengefertigten Fensterrahmen 1 gestellt werden. So kann beispielsweisebei niedrigerer Last das Sub-Preformoder Substruktur-Element 14 entfallen, während umgekehrtbei höherenBeanspruchungen ein oder mehrere Substruktur-Elemente 14 odereventuell sogar 15 hinzugefügt werden können. Die unterschiedlichenDicken, die hierbei entstehen, werden durch die gute Trapierbarkeitder einzelnen Sub-Preforms ausgeglichen. Bei unterschiedlichen Wandstärken derFlugzeughaut 5 kann schließlich zum Ausgleich der gesamteBereich um das Sub-Preform 15 paprallel verschoben werden,auch dies infolge der guten Trapierbarkeit.
    [0021] DasPreform kann im Prinzip auf drei verschiedene Arten hergestelltwerden – ausGewebehalbzeugen, – ausFaserbündeln, – auseiner Kombination aus Gewebehalbzeugen und Faserbündeln.
    [0022] 5 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.
    [0023] 6 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.
    [0024] 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°.
    [0025] 7 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.
    [0026] 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 (6)
    [1] Verfahren zur Herstellung eines Fensterrahmensfür denEinbau in die Außenhauteines Flugzeuges, bestehend aus 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, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst einaus mehreren einzelnen Substrukturen (11-17) bestehendesHalbzeug hergestellt wird, das anschließend in ein Formwerkzeug eingebrachtwird, in das unter Druck und Temperatur Harz injiziert wird, unddaß dasso entstandene Bauteil (1) anschließend im Formwerkzeug ausgehärtet wird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dieSubstrukturen (11-17) vor dem Einbringen in dasFormwerkzeug zusammengefügtwerden.
    [3] Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß dieSubstrukturen (11-17) mittels Thermoplast-Schweißen gefügt werden.
    [4] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß dasHalbzeug einen Lagenaufbau aus einem Gewebematerial aufweist.
    [5] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß dasHalbzeug einen Lagenaufbau aus Faserbündeln aufweist.
    [6] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß dasHalbzeug einen Lagenaufbau aufweist, der aus einer Kombination ausFaserbündelnund einem Gewebematerial besteht.
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