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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befestigen von Einbauten in einem Flugzeug.
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Derartige Vorrichtungen sind etwa aus
DE 199 55 397 C1 bekannt. Dort wird eine Haltevorrichtung gezeigt, die an einem Stringer einer Flugzeugzellenstruktur befestigbar ist und Geräte oder Werkzeuge aufnehmen kann. Der Stringer ist dabei mit seiner abgewinkelten Längsseite an der Flugzeugzellenstruktur mechanisch befestigt und mit seiner abgerundeten Längsseite in einem vorgegebenen Abstand zur Flugzeugzellenstruktur angeordnet. Die Haltevorrichtung kann an unterschiedlichen Orten eines Stringers einhändig und schnell befestigt werden und weist dafür eine der äußeren Kontur des Stringers angepasste nutförmige Ausnehmung auf. Der Stringer greift derart in die Ausnehmung der Haltevorrichtung ein, dass die Haltevorrichtung den Stringer in seiner Längsrichtung teilweise und in seiner Querrichtung nahezu vollständig oder vollständig umschließt und mit einer Außenfläche an der Innenwandung der Flugzeugzellenstruktur anliegt. Durch ein Verriegelungselement wird eine formschlüssige Verbindung mit dem Stringer hergestellt, wobei das Verriegelungselement nahezu senkrecht zur nutförmigen Ausnehmung gegen die Federkraft einer Druckfeder verschiebbar ist. Des Weiteren sind ähnliche Vorrichtungen aus
US 7 059 565 B2 ,
DE 103 37 746 A1 und
DE 698 34 797 T2 bekannt.
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Ferner ist aus dem Stand der Technik auch bekannt, Lasten aus Systeminstallationen und Kabinenkomponenten vornehmlich über einzelne Halter – so genannte „Brackets” – in die Primärstruktur des Flugzeugrumpfes einzuleiten. Dabei werden die Halter üblicherweise an Rumpfspanten sowie auch vereinzelt an Stringer und an die Rumpfhaut befestigt, welche die Lasten aus dem System aufnehmen.
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Nachteilig bei der Lasteinleitung durch individuelle Haltevorrichtungen in die Flugzeugstruktur ist, dass die Befestigungspunkte zunächst von einem Spant- oder Stringerraster abhängen. Ferner wird eine optimale Auslegung der Rumpfspante oder Stringer durch viele unvorhersehbare Halterpositionen verhindert: lokale Lasteinleitungen erfordern eine Verstärkung der Struktur. Weiterhin erfordert das im Stand der Technik übliche Konzept eine hohe Teilevielfalt, der Montageaufwand und der Ausrüstungsaufwand steigen. Die Gestaltung und Ausrüstung der Passagierkabine ist durch die limitierte Positionswahl der Haltevorrichtungen und die beschränkte individuelle Anpassbarkeit an Kundenwünsche relativ unflexibel. Zudem sind Durchbrüche der Isolation für die einzelnen Haltevorrichtungen erforderlich.
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Die Aufgabe der Erfindung ist daher, einen oder mehrere der genannten Nachteile zu verringern oder zu eliminieren. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Befestigen von Einbauten in einem Flugzeug vorzuschlagen, die eine möglichst geringe Teilevielfalt erfordert, leicht zu montieren ist und besonders leicht an die aufzunehmenden Einbauten anpassbar ist.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Befestigen von Einbauten in einem Flugzeug gelöst, mit einer oder mehreren länglichen Befestigungsschienen, einem oder mehreren Befestigungsmitteln zum Anbringen der Befestigungsschienen an einer Flugzeugzellenstruktur und einem oder mehreren an und/oder in den Befestigungsschienen anbringbaren Haltekörpern, wobei die Haltekörper an den zu befestigenden Einbauten anbringbar sind, wobei die Befestigungsschienen kontinuierliche Befestigungspositionen für die Haltekörper bereitstellen, wobei die Befestigungsschienen einen c-förmigen Profilquerschnitt zum Aufnehmen von Haltekörpern aufweisen, wobei die Spante auf den der Außenseite entgegengesetzten Seiten Ausnehmungen zum vollständigen Aufnehmen des Profilquerschnitts der Befestigungsschienen aufweisen.
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Das Verwenden von Befestigungsschienen ist besonders vorteilhaft, da dadurch eine individuelle Ausstattung eines Flugzeugs nicht eine Vielzahl von verschiedenen Halterungen an Stringern oder Spanten der Flugzeugzellenstruktur nach sich zieht, sondern kontinuierlich über die gesamte Länge des Flugzeugs Lasteinleitungsstellen zur Verfügung gestellt werden können. Befestigungsschienen lassen sich mit einer nahezu beliebigen Anzahl von Haltekörpern bestücken, an denen Einbauten befestigt werden können. Die in die Befestigungsschienen eingeleitete Kraft wird an exakt vordefinierte Punkte in der Flugzeugzellenstruktur weitergegeben, so dass die dortigen Lasteinleitungsstellen bereits in der Auslegung des Flugzeugs und der Flugzeugzellenstruktur berücksichtigt werden können. Daraus folgt, dass keine durch die Variabilität der Ausstattung hervorgerufenen unvorhergesehenen Lastfälle die Struktur des Flugzeugs beschädigen können.
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Mit Einbauten sind generell alle Bauteile, Komponenten, Systeme und dergleichen gemeint, die auf irgendeine Weise an der Struktur zu befestigen sind. Beispielhaft und ohne Anspruch auf Vollständigkeit seien hier Teile der Kabinenausstattung wie Verkleidungen und Ablagefächer, oder auch elektrische, hydraulische und mechanische Systeme genannt.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen entnehmbar. Insbesondere können die Befestigungsschienen nicht nur zur Halterung von Einbauten verwendet werden, sondern auch zur Versteifung der Flugzeugzellenstruktur. Durch diese doppelte Funktionalität kann zusätzlich Gewicht eingespart werden, da an entsprechenden Stellen Versteifungsbauteile der Flugzeugzellenstruktur – etwa Stringer – eingespart oder schwächer dimensioniert werden können.
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Zusätzlich ist eine Trennung der Funktionen Positionieren und Lasteinleitung einer Befestigungsschiene denkbar, die zu einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung führt. Diese Ausführungsform sieht eine schwacher dimensionierte und Rastmittel aufweisende Positionierungsschiene vor, auf oder an der ein zusätzlicher Schienenkörper anbringbar und in vordefinierten Positionen einrastbar ist, der die auf ihn einwirkende Last über seine gesamte Breite in die schwächer dimensionierte Positionierungsschiene leitet. Dadurch wird erreicht, dass sich lediglich an höher belasteten Befestigungsstellen eine besonders stabile und damit ein entsprechendes Gewicht aufweisende Schienenkonstruktion befindet, sich an allen noch verbleibenden Stellen in der Flugzeugzelle jedoch lediglich besonders leichte Positionierungsschienen befinden.
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Die Aufgabe wird ferner auch durch eine Befestigungsschiene der in den nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Art gelöst.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. In den Figuren werden gleiche Objekte durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
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1: schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2a und 2b: schematische Darstellung zweier Befestigungsvarianten der erfindungsgemäßen Befestigungsschiene,
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3a und 3b: schematische Darstellung zweier Ausführungsarten der erfindungsgemäßen Befestigungsschiene und
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4: schematische Darstellung einer besonders leichten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In 1 ist ein Abschnitt einer Außenhaut 2 eines Flugzeugs dargestellt, die mit Spanten 4 und Stringer 6 versteift ist. Die Spanten 4 und Stringer 6 bilden zusammen mit der Außenhaut 2 die Flugzeugzellenstruktur. An der Flugzeugzellenstruktur werden Einbauten befestigt, die die Ausstattung des Flugzeugs bilden. Ein Teil der Ausstattung des Flugzeugs umfasst etwa die Innenausstattung der Passagierkabine, zu der auch die über den Passagiersitzen angeordneten und in 1 gestrichelt angedeuteten Ablagefächer 8 (auch „Hat Rack” oder „Overhead Bin” genannt) gehören. Die Ablagefächer 8 werden im Folgenden beispielhaft dazu verwendet, die erfindungsgemäße Vorrichtung detaillierter zu beschreiben.
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Sämtliche Richtungsangaben, wie etwa „Längsrichtung” oder „Querrichtung” beziehen sich auf das in 1 gezeigte Koordinatensystem, bei dem die x-Achse parallel zur Längsachse des Flugzeugs verläuft, die y-Achse zur Querrichtung bzw. Nickachse und die z-Achse zur Vertikalen bzw. zur Gier-Achse des Flugzeugs.
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Die an der Flugzeugzellenstruktur befestigten und sich beidseitig von den Kabinenseiten in Querrichtung erstreckenden Ablagefächer 8 sind während des Flugs häufig vollständig mit Gepäck befüllt und leiten eine durch die Masse des Gepäcks hervorgerufene Last in die Flugzeugzellenstruktur ein. Eine ausreichend tragfähige Befestigung ist erforderlich, um ein Herunterfallen der Ablagefächer 8 auf die darunter sitzenden Passagiere zu verhindern. An den Befestigungsstellen muss außerdem die Flugzeugzellenstruktur ausreichend fest sein, so dass die eingeleitete Last vollständig von der Flugzeugzellenstruktur getragen werden kann.
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Da die Innenausstattung eines Flugzeugs von den Wünschen des Flugbetreibers und der jeweiligen Klassenaufteilung innerhalb der Passagierkabine abhängen kann, ist für ein herzustellendes Flugzeug eine Vielzahl verschiedener Gestaltungsmöglichkeiten und damit eine Vielzahl verschiedener Befestigungsstellen für alle Arten von Einbauten denkbar. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht das flexible Ausstatten eines Flugzeug, indem möglichst alle denkbaren Befestigungspositionen für Einbauten kontinuierlich durch Befestigungsschienen 10 bereitgestellt werden können, ohne bei der Herstellung des Flugzeugs in der Flugzeugzellenstruktur selbst individuelle Befestigungsstellen für die zu befestigenden Einbauten vorzubereiten.
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Erfindungsgemäß werden Befestigungsschienen 10 im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Flugzeugs angeordnet und werden beispielsweise – von innerhalb der Passagierkabine aus gesehen beidseitig – an den Spanten 4 der Flugzeugzellenstruktur befestigt. Die Stellen, an denen die Befestigungsschienen 10 an den Spanten 4 befestigt werden, werden infolge der Lasteinleitung auch Lasteinleitungsstellen genannt. Das Ziel ist, für alle denkbaren Ausstattungsvarianten lediglich eine gleich bleibende Art von Befestigungsschienen 10 vorzusehen und an diese individuell Einbauten anzubringen. Dies hat zur Folge, dass die Lasteinleitungsstellen an den Spanten 4 optimiert und bereits bei der Auslegung des Flugzeugs und der Flugzeugzellenstruktur berücksichtigt werden können, anstatt willkürliche Lasteinleitungsstellen in Kauf zu nehmen und dafür die Spanten 4 generell großzügiger auszulegen.
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Aufgrund thermischer Ausdehnungseffekte einer metallischen Flugzeugzellenstruktur ist es erforderlich, dass die Befestigungsschienen 10 mechanisch derart entkoppelt an der Flugzeugzellenstruktur befestigt sind, dass sich die Flugzeugzellenstruktur ohne Beeinträchtigung während des Betriebs in Längsrichtung ausdehnen oder zusammenziehen kann. Dazu ist eine Fest- und Loslagerung der Befestigungsschienen 10 geeignet. Bei einigen Anwendungsfällen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, die Befestigungsschienen 10 nicht nur als Befestigungsmittel für Einbauten, sondern auch als funktionalen Teil der Flugzeugzellenstruktur zu verwenden. Aufgrund der Anordnung in Längsrichtung können die Befestigungsschienen als zusätzliche Stringer 6 verwendet werden, die wie herkömmliche Versteifungsbauteile fest mit der übrigen Flugzeugzellenstruktur verbunden sind. An geeigneten Stellen können dafür Stringer 6 entsprechend schwächer dimensioniert oder ausgespart werden.
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Die Befestigungsschienen 10 können auf mehrere Arten an der Flugzeugzellenstruktur angebracht werden, von denen zwei Beispiele in 2a und 2b vorgestellt werden. In 2a befinden sich die Befestigungsschienen 10 auf der Innenseite der Spanten 4 und sind dort mit nicht näher dargestellten beliebigen Befestigungselementen befestigt, welche zum exakten Positionieren der Befestigungsschiene 10 etwa eine klammerartige Form aufweisen können. Da die Befestigungsschienen 10 durch eine oder mehrere thermische Isolierungsschichten hindurch in die Passagierkabine ragen, bietet es sich an, auch die Befestigungsschienen 10 thermisch von den Spanten 4 zu entkoppeln. Zum Beispiel könnten thermische Schutzschichten mit einer sehr geringen Wärmeleitfähigkeit auf die Befestigungsstellen der Befestigungsschienen 10 aufgebracht werden.
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In 2a wird ferner ein beispielhafter Querschnitt 12 eines denkbaren Profils einer Befestigungsschiene 10 dargestellt, der hier eine c-förmige Form aufweist. Die von den Außenkanten 14 des Prpfilquerschnitts 12 in das Profilinnere ragenden Flanken 16 schaffen eine hinterschnittene Vertiefung 18, in die ein Haltekörper 20 zum Herstellen einer formschlüssigen Verbindung eingesetzt werden kann. Ein Haltekörper 20 weist beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt auf, der gleichermaßen das Einführen zwischen den Flanken 16 in die Vertiefung 18 erlaubt und durch Verdrehen um etwa 90° die Breite und Höhe der Vertiefung 18 vollständig ausfüllt. Der c-förmige Profilquerschnitt 12 stellt hier lediglich ein Beispiel dar, es sind beliebige andere abgekantete, gebogene oder ebene Profile 12 denkbar, die zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung eines Haltekörpers 20 mit einer Befestigungsschiene 10 führen können. Die Befestigungsschiene könnte andererseits auch lochblechartig ausgestaltet sein.
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In 2b wird eine weitere Möglichkeit vorgestellt, wie eine Befestigungsschiene 10 an Spanten 4 einer Flugzeugzellenstruktur befestigt werden kann. Hier weisen benachbarte Spanten 4 Ausnehmungen 22 auf, deren Abmessungen jeweils den äußeren Abmessungen des Profilquerschnitts 12 einer Befestigungsschiene 10 entsprechen. In benachbarte Ausnehmungen 22 benachbarter Spanten 4 ist eine Befestigungsschiene 10 einbringbar, die durch kraft-, form- oder stoffschlüssige Verbindungen mit den Spanten 4 verbunden wird. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Befestigungsschienen 10 keinen zusätzlichen in Querrichtung verlaufenden (radialen) Bauraum beanspruchen.
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3a und 3b zeigen jeweils eine Befestigungsschiene 10, welche aus einem sich im Wesentlichen radial von der Außenhaut des Flugzeugs über die Spanten 4 erstreckenden Stringer 6 gebildet wird oder mit einem solchen Stringer 6 verbunden ist. Durch eine solche Kombination eines Stringers 6 und einer Befestigungsschiene 10 könnten gleichzeitig die Funktionen eines Stringers 6 erfüllt, Befestigungspunkte an den Spanten 4 eingespart und die Teilevielfalt verringert werden.
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Zum Übertragen der Strukturlasten aus der Außenhaut 2 des Flugzeugs in einen derart ausgeführten und in radialer Richtung verlängerten Stringer 6 ist der Raum zwischen der Befestigungsschiene 10 und der Außenhaut 2 bevorzugt als eine Art Schubblech oder dergleichen realisiert, welches zum Einsparen von Gewicht zusätzlich mit Öffnungen 23 versehen ist. Der Stringer 6 kann gemäß 3a Ausnehmungen 25 zum Einpassen der Spanten 4 aufweisen oder die Spanten 4 werden gemäß 3b durch einige der Öffnungen 23 geführt.
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In einigen Anwendungsfällen kann es trotz des genannten Vorteils – beispielsweise auch aus Redundanzgründen – zusätzlich sinnvoll sein, eine Befestigungsschiene 10 nicht nur an einem radial verlängerten Stringer 6 zu befestigen, sondern auch gleichzeitig an den Spanten 4.
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4 offenbart schließlich ein erweitertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das mehrere Vorteile miteinander kombiniert. Die dort gezeigte Befestigungsschiene 10 wird durch eine Trennung der Schienenfunktionen Positionieren und Lastaufnahme durch voneinander getrennte Bauteile charakterisiert. Die Befestigungsschiene 10 weist eine Positionierungsschiene 24 auf, die über die abzudeckende Länge der Flugzeugzelle an der Flugzeugzellenstruktur angebracht wird. Die Positionierungsschiene 24 weist ein Profil auf, dessen Querschnitt nicht ausreichend dimensioniert ist, um eine punktuell durch angebrachte Einbauten eingeleitete Last vollständig aufzunehmen und in die Flugzeugzellenstruktur einzuleiten. Zusätzlich besitzt die Positionierungsschiene 24 beispielhaft an ihren Längskanten periodisch über die gesamte oder zumindest einen Teil ihrer Länge angeordnete Vertiefungen 26, die als Rastkerben dienen. Alternativ dazu sind auch ein Lochgitter oder alle anderen Arten von form- oder kraftschlüssigen Verbindungen denkbar. Dieser Teil der Vorrichtung erfüllt die Funktion des Positionierens.
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Dieses Ausführungsbeispiel der Vorrichtung umfasst weiterhin einen Schienenkörper 28, der so ausgebildet ist, dass er auf die Positionierungsschiene 24 aufgeschoben oder aufgesteckt werden kann. Der Schienenkörper 28 weist auf seiner zu der Positionierungsschiene 24 gewandten Seite Rastkörper auf, die mit den Rastkerben 26 der Positionierungsschiene 24 korrespondieren, so dass durch Einrasten der Rastkörper eine exakte Positionierung des Schienenkörpers 28 entlang der Längsachse der Positionierungsschiene 24 erfolgt. Der Schienenkörper 28 dient zur Erfüllung der Lasteinleitungsfunktion.
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Der Schienenkörper 28 ist seinerseits als Schiene ausgebildet und weist demnach einen Profilquerschnitt 30 mit einer Vertiefung 32 auf, in die ein oder mehrere Haltekörper 34 eingebracht werden können. Die an der Flugzeugzellenstruktur zu befestigenden Einbauten werden mit den Haltekörpern 34 verbunden. Die Haltekörper 34 gehen eine formschlüssige Verbindung mit dem Schienenkörper 28 ein und übertragen die am Haltekörper 34 anliegende Last über die gesamte Breite des Schienenkörpers 28 in die Positionierungsschiene 24. Es ist demnach nicht erforderlich, die Positionierungsschiene 24 so auszulegen, dass sie die gesamte Last bei punktueller Einleitung aufnehmen kann. Dadurch weist die Positionierungsschiene 24 ein deutlich geringeres Gewicht auf. Sind deutlich geringere Lasten als etwa durch die Ablagefächer 8 an der Flugzeugzellenstruktur anzubringen, kann es mitunter ausreichen, sie direkt an der Positionierungsschiene 24 anzubringen, so dass ein entsprechender Schienenkörper 28 an dieser Stelle eingespart werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine Möglichkeit dar, Einbauten in einem Flugzeug möglichst flexibel positionieren und befestigen zu können, ohne jedoch eine hohe Vielfalt an unterschiedlichen Haltekörpern zu fordern. Die mit den Figuren dargestellten und erläuterten Ausführungsbeispiele beschränken nicht den Gegenstand der Erfindung, sondern dienen lediglich zur besseren Erläuterung des erfindungsgemäßen Gedankens. Somit können sämtliche in einer Flugzeugzelle befindlichen Einbauten durch die erfindungsgemäße Vorrichtung befestigt sein, welche wiederum sämtliche denkbaren Gestaltungsmerkmale, wie etwa Profilquerschnitte, Rastmittel, Befestigungsmittel, Haltekörper und dergleichen, aufweisen kann.