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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Flugzeugkabinenpaneel
zur Schallabsorption in einem Innenraum. Die Erfindung betrifft
insbesondere auch ein Flugzeug mit einer Innenraumverkleidung mit
schallabsorbierenden Paneelen.
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Schallabsorbierende
Paneele werden in Flugzeugen im Bereich der Kabinen eingesetzt,
um die akustischen Eigenschaften des Kabineninnenraums zu verbessern,
indem der als störend empfundene Schall mittels der Paneele
reduziert wird. Mit den gestiegenen Komfortansprüchen an
Räume im allgemeinen gehen auch zunehmend Ansprüche
an die Aufenthaltsqualität in Flugzeugen einher, da unter anderem
auch an die Raumakustik während des Flugbetriebs hohe Anforderungen
gestellt werden. Für diesen Zweck ist es wünschenswert,
im Innenraum von z. B. Flugzeugpassagierkabinen Paneele zur Schallabsorption
einzusetzen, um die Geräuschbelastung im Kabineninneren
zu reduzieren. Bei den zu reduzierenden Geräuschen handelt
es sich beispielsweise um die von den Triebwerken erzeugten Geräusche
und auch um die durch mechanische Lüftungsanlagen hervorgerufenen
Geräusche sowie nicht zuletzt auch um die von den Flugzeuginsassen selbst
erzeugten Geräusche. Neben der Reduktion des eintretenden
Schalls stellt allgemein die Erhöhung der Schallabsorptionsfläche
eine Möglichkeit zur Minderung des Geräuschniveaus
innerhalb des Flugzeuginnenraums, beispielsweise innerhalb der Flugzeugkabinen,
dar. Auch trägt die Reduktion der Schallreflexionen in
unmittelbarer Nähe des Passagiers zu einer Verbesserung
der Geräuschqualität bei. Für die erstgenannte
Minderung der Schalltransmission des Triebwerks und Grenzschichtlärms
in die Kabine hinein wird beispielsweise bei Passagierflugzeugen
die akustische Wirksamkeit des Isolationsmaterials erhöht,
die Körperschallentkopplung der Kabinenverkleidungselemente
verbessert oder die Luftschalldämmung der Verkleidungselemente
optimiert. Nachteilig ist bei diesen Maßnahmen, dass sie nicht
nur vielfach mit einer unerwünschten Gewichtszunahme verbunden
sind, sondern auch den in der Kabine selbst erzeugten Schall nicht
reduzieren können. Zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften
von Flugzeugkabinen ist es beispielsweise bekannt, den Bereich der
Kabinenverkleidung für eine breitbandige schallabsorbierende
Wirkung heranzuziehen. Zum Beispiel ist aus der
DE 10 2005 016 653 A1 ein
schallabsorbierendes Paneel bekannt, bei dem ein Sandwichpaneel
akustisch transparent ausgeführt wird und auf der Paneelseite,
die der Kabine abgewandt ist, ist ein breitbandig wirksamer poröser Absorber
angeordnet. Die akustische Transparenz des Sandwichpaneels, das
die eigentliche Kabinenverkleidung darstellt, wird dadurch erreicht,
dass eine wabenförmige Kernstruktur mit akustisch transparenten
Deckflächen ausgeführt ist. Aufgrund der Transparenz
des Panels kann dessen Gewicht nicht im Sinne der Schalldämmung
verwendet werden. Der Absorber bedeutet einen erhöhten
Bauraumbedarf und ein zusätzliches Gewicht. Eine Gewichtszunahme
bedeutet jedoch ökonomische und auch ökologische
Nachteile beim Betrieb des Flugzeugs oder eines anderen Luftfahrzeugs.
Im Zusammenhang mit den stetig steigenden Treibstoffkosten und der
allgemein anerkannten Bedeutung des CO
2-Ausstoßes rückt
der Aspekt des Bauteilgewichts bei der Bauteilentwicklung im Bereich
der Luftfahrt an eine zentrale Stelle.
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Es
besteht daher Bedarf, ein bezogen auf Bauraumbedarf und Gewicht
optimiertes Paneel für den Einsatz in Flugzeugen mit verbesserten
Schallabsorptionseigenschaften zur Verfügung zu stellen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Flugzeugkabinenpaneel
zur Schallabsorption in einem Innenraum vorgesehen, das eine Sandwichkonstruktion
mit einer Kernschicht, einer ersten Deckschicht und einer zweiten
Deckschicht aufweist. Die erste Deckschicht weist eine raumabschließende erste
Oberfläche auf; die zweite Deckschicht ist gegenüber
der ersten Deckschicht angeordnet; die erste Deckschicht ist akustisch
transparent ausgebildet, und die Kernschicht weist einen Wabenkern
mit einer Vielzahl röhren- oder wabenartiger Zellen auf,
die sich über die Dicke des Wabenkerns durchgehend offen
erstrecken. Der Wabenkern erstreckt sich auf der der ersten Deckschicht
zugewandten Seite parallel zu der ersten Deckschicht durchgehend
und weist auf der der zweiten Deckschicht zugewandten Seite Ausnehmungen
auf, die sich jeweils über mehrere Zellen erstrecken, wobei
in den Ausnehmungen Absorber aufgenommen sind.
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Der
Vorteil des erfindungsgemäßen Paneels besteht
darin, dass innerhalb des Paneels zusätzliche Absorberelemente
zur Verfügung gestellt werden, was sich prinzipiell günstig
auf den benötigten Bauraum auswirkt und darüber
hinaus auch Vorteile bei der Fertigung eines Flugzeugs, insbesondere
bei dem Kabinenausbau bedeutet. Da die dem Kabinenraum zugewandte
Deckschicht akustisch transparent ist, kann von dieser Seite aus
ein Schalleintrag in das Paneel erfolgen. Da die Zellen des Wabenkerns
offen sind, kann der durch die erste Deckschicht eintretende Schall
durch den Wabenkern hindurch treten und auf den Absorber auftreffen.
Beim Eindringen des Schalls in den Absorber erfolgt dann die Schallabsorption.
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Die
Ausbildung der Ausnehmungen zur Aufnahme der Absorber erfolgt vorzugsweise
unter Verwendung von im Flugzeugbau und insbesondere im Flugzeuginnenausbau verwendeten
Materialien. Dieser Aspekt ist im Flugzeugbau von grundlegender Bedeutung,
da sämtliche in einem Flugzeug verwendeten Materialien
spezielle Zulassungsverfahren erfordern. Bei Verwendung von konventionellen
Materialien, d. h. bei Verwendung von Materialien, die bereits alle
qualifiziert sind, oder mit anderen Worten, zugelassen sind, ergibt
sich auch für neue Konstruktionen ein wesentlich einfacheres
Zulassungsverfahren, als beim Einsatz von neuen, d. h. bisher nicht
zugelassenen und nicht qualifizierten Materialien. Neben den bekannten
Materialien spielen auch bekannte Herstellungsprozesse eine Rolle,
da auch diese bei dem Zulassungsverfahren berücksichtigt
werden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Flugzeugkabinenpaneel wird
daher vorzugsweise auf bekannte Materialien und bekannte Herstellungsprozesse
zurückgegriffen, um die für die Luftfahrt erforderlichen Zulassungsverfahren
so einfach wie möglich zu halten, wobei hier sowohl zeitliche
als auch finanzielle Aspekte eine große Rolle spielen.
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Aufgrund
der Ausnehmungen in dem Wabenkern können unterschiedliche
Absorber bei dem erfindungsgemäßen Flugzeugkabinenpaneel
zur Anwendung kommen. Dies bedeutet eine verbesserte Anpassungsmöglichkeit.
Dabei können beispielsweise Paneele zur Verfügung
gestellt werden, bei denen in mehreren Ausnehmungen jeweils der
gleiche Absorber, d. h. das gleiche Absorbermaterial, eingesetzt ist.
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Daneben
können aber auch Flugzeugkabinenpaneele zur Verfügung
gestellt werden, bei denen die Ausnehmungen mit unterschiedlichen
Absorber bestückt sind. Dadurch lassen sich Paneele zur Verfügung
stellen, bei denen bereits die spätere Einbaulage derart
berücksichtigt werden kann, dass in unterschiedlichen Bereichen
des Paneels unterschiedliche Absorber angeordnet sind, die sich
bezogen auf ihre Absorptionseigenschaften, zum Beispiel bezogen
auf die abzudeckenden Frequenzbereiche, besser an die zu erwartenden
Schallfelder anpassen lassen.
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Der
auf der Vorderseite, d. h. auf der dem Raum zugewandten Seite, durchgehend
ausgebildete Wabenkern ermöglicht eine Oberfläche
des Kabinenpaneels, die den hohen Anforderungen, zum Beispiel in
Passagierflugzeugen mit Erster Klasse, entspricht. Die Ausbildung
eines durchgehenden Wabenkerns auf der Vorderseite bedeutet insbesondere auch,
dass hier auf bekannte Deckschicht-Konstruktionen zurückgegriffen
werden kann, so dass sich die erfindungsgemäßen
Paneele an bisheriges Kabinenlayout anpassen lassen, da sie in ihrer
Oberfläche, d. h. in ihrer sichtbaren Oberfläche,
nicht von denjenigen Paneelen unterscheiden, bei denen beispielsweise
lediglich ein durchgehender Wabenkern vorgesehen ist und keine Absorberelemente
vorhanden sind.
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Unter
akustischer Transparenz wird im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung die Eigenschaft verstanden, den auf die Fläche
auftreffenden Schall möglichst ungehindert passieren zu
lassen. Die akustische Transparenz bezieht sich dabei insbesondere
auf den Frequenzbereich der Sprachverständlichkeit. Für
diesen wird üblicherweise ein Bereich von 500 bis 4000
Hz angegeben. Die akustische Transparenz bedeutet also, dass Schallwellen möglichst
in dem gesamten genannten Frequenzbereich durchgelassen werden sollten.
Nur dann ist eine breitbandige Beeinflussung der Akustik im Sinne einer
Verbesserung der Sprachverständlichkeit, zu deren Kennzeichnung
auch der Begriff Speach Interference Level verwendet wird, im Kabinenraum
möglich.
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Die
akustische Transparenz wird, vereinfacht gesagt, von der Zusammenwirkung
zwischen den verwendeten Materialien und deren Befestigung, bzw.
Konstruktion bestimmt. Zu unterscheiden ist zunächst in
luftdurch- und luftundurchlässige Werkstoffe. Die akustische
Transparenz von luftdurchlässigen Materialien wird dabei
durch deren Strömungswiderstand gekennzeichnet. Luftundurchlässige
Materialien weisen nur unter bestimmten Randbedingungen eine akustische
Transparenz auf. Beispielsweise kann ein dünner, leichtgewichtiger
plattenförmiger luftundurchlässiger Werkstoff
bei loser Aufhängung einen Frequenzbereich ungehindert
weitergeben, indem die Platte den Luftschwingungen keinen Widerstand
entgegensetzt und die Schallwellen die Schicht ungehindert passieren
können. Dahingegen bietet derselbe Werkstoff in fest eingespanntem
Zustand, insbesondere bei Einspannung in geringen Abständen,
einen wesentlich größeren Widerstand für
die auftreffenden Schallwellen. Entscheidend für die Beurteilung
der akustischen Transparenz ist daher die tatsächlich erreichte
Wirkung und nicht eine isolierte Betrachtung eines Materials an
sich oder lediglich die Betrachtung einer bestimmten Konstruktion.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist der Strömungswiderstand
der ersten Deckschicht nicht größer als 1000 Ns/m3.
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Bei
einem solchen Strömungswiderstand ist gewährleistet,
dass die dem Raum zugewandte Deckschicht das Absorptionsvermögen
des Paneels im wesentlichen nicht beeinträchtigt. Der Strömungswiderstand
bezieht sich dabei auf die gesamte Deckschicht, d. h. beispielsweise
auf ein Gitterprepreg mit dem davor angeordneten Dekorelement.
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Bei
dem Strömungswert handelt es sich um einen Mittelwert der
betrachteten Fläche, bei dem einige Bereiche im Prinzip
auch dichter verschlossen sein können und andere durchlässiger.
Dadurch lassen sich z. B. heterogene Oberflächen gestalten,
die beispielsweise in der sichtbaren Fläche strukturiert sind.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Strömungswiderstand
der ersten Deckschicht nicht größer als 500 Ns/m3.
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Bei
diesem Wert kann die Deckschicht als akustisch sehr transparent
angesehen werden.
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In
einer noch weiter bevorzugten Ausführungsform beträgt
der Strömungswiderstand der ersten Deckschicht maximal
200 Ns/m3.
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Unterhalb
dieses Wertes ist eine Schicht nahezu völlig akustisch
transparent. Weitere Unterschreitungen führen zu kaum wahrnehmbaren
Verbesserungen.
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Im
Zusammenhang mit der akustischen Transparenz der Deckschicht ist
unabhängig von dem erzielten Wert insbesondere zu beachten,
dass es nicht zu einer Reflektion der hohen Frequenzen, z. B. an
der Deckschichtoberfläche kommt, da diese Frequenzen damit
weiterhin als akustische Last im Raum vorhanden sind und von dem
Absorbermaterial nicht absorbiert werden können.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Deckschicht
mehrlagig ausgebildet.
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Dadurch
ist gewährleistet, dass die einzelnen von der Deckschicht
zu erfüllenden Funktionen von unterschiedlichen Materialien
in verschiedenen Lagen abgedeckt werden können.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die erste
Deckschicht ein erstes Gitterprepreg und eine die erste Oberfläche
bildende Abdeckung auf, wobei das erste Gitterprepreg flächig mit
dem Wabenkern verbunden ist.
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Dabei übernimmt
das Gitterprepreg statische bzw. mechanische Aufgaben, indem es
den dahinterliegenden Wabenkern aufgrund der Verbundwirkung stabilisiert
und so dem Paneel die für eine Kabinenverkleidung erforderliche
Stabilität und Steifigkeit verleiht. Bei dem Gitterprepreg
handelt es sich beispielsweise um eine aus Hochleistungsfasern und
einem Matrixmaterial aufgebaute Gitterstruktur, die in der Regel
durch Kleben mit den Stirnseiten der Wabenwände verbunden
wird. Da sich in diesem Bereich kein Absorbermaterial in unmittelbarer
Nähe zu dem Klebebereich befindet, kann beim Kleben auch beispielsweise
kein Harz vom Absorbermaterial in die Wabenstruktur hinein gezogen
werden. Mit anderen Worten, der Klebevorgang und die dafür
erforderliche Genauigkeit bei der Dosierung werden durch die erfindungsgemäße Anordnung
der Absorber in den Ausnehmungen vereinfacht. Die Abdeckung übernimmt
schließlich die Aufgabe, das Paneel mit der Kernschicht
und dem Gitterprepreg mit einer optisch hochwertigen Ansichtsseite
zu versehen.
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Die
durchgehende Wabenstruktur bedeutet im Zusammenhang mit der Verwendung
des Prepregs eine durchgehende glatte Oberfläche des Prepregs,
bei der das sogenannte Telegraphing verhindert wird, d. h. bei der
verhindert wird, dass das Prepreg bezogen auf die Fläche
eines Paneels einhängt bzw. dass es zu konkaven Einbauchungen
kommt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist die Abdeckung als
Oberflächenmaterial Leder auf.
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Bei
entsprechend geringer Dicke des Leders und angepasstem Perforationsmuster
lassen sich damit beispielsweise Strömungswiderstandswerte von
ca. 50 Ns/m3 erreichen. Leder eignet sich
besonders für hochwertig ausgestatte Kabinenbereiche, wie
zum Beispiel der ersten Klasse. Aufgrund der relativ strapazierbaren
Oberfläche eignet sich Leder auch für stark beanspruchte
Bereiche, beispielsweise im Eingangs- oder Gangbereich.
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In
einer bevorzugten alternativen Ausführungsform weist die
Abdeckung als Oberflächenmaterial ein Gewebe auf.
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Mit
einem Gewebe lässt sich einerseits bei entsprechender Ausbildung
eine akustisch transparente Schicht ausbilden. Andererseits wird
durch ein Gewebe eine optisch ansprechende Oberfläche geschaffen.
Dabei können beispielsweise Gewebe verwendet werden, die
die Unternehmensfarbe einer Luftfahrtgesellschafft aufweisen oder
in sonstiger Art und Weise an das Unternehmenslayout bzw. die Corporate
Identity angepasst sind. Insbesondere kann das Gewebe auch mit Logos
oder auch sonstigen graphischen Gestaltungsmitteln versehen sein.
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Je
nach Einsatzbereich des Paneels innerhalb der Flugzeugkabine kann
das Gewebe mit einer Beschichtung ausgerüstet werden, die
einen selbstreinigenden Effekt aufweist, beispielsweise kann eine solche
Beschichtung mit Titandioxid ausgeführt werden. Dadurch
lässt sich eine Verschmutzung der Oberfläche,
beispielsweise in Gangbereichen, verhindern.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
dass die Abdeckung einerseits eine gewisse akustische Transparenz
aufweist, andererseits jedoch bereits aufgrund der Struktur des Gewebes
eine Beeinflussung der akustischen Wirkungsweise des Kabinenpaneels
gewährleistet ist.
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Dadurch
lassen sich beispielsweise die Schallabsorptionseigenschaften oder
auch sonstigen akustischen Eigenschaften des Paneels weiter verbessern.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abdeckung mehrlagig
ausgebildet.
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Dadurch
lässt sich die Abdeckung noch besser an die jeweiligen
Anforderungen anpassen, z. B. lassen sich auch weitere optische
Eigenschaften erzielen, wie beispielsweise ein Moirémuster
bei Verwendung von hintereinander liegenden Geweben.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Oberflächenmaterial
und dem ersten Gitterprepreg ein Vlies vorgesehen.
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Dadurch
lässt sich das Oberflächenmaterial, bei dem es
sich, vereinfacht gesagt, in erster Linie um ein Dekorelement handelt,
unterfüttern. Dadurch lassen sich beispielsweise Unebenheiten
im Bereich der darunter liegenden Konstruktion ausgleichen, so dass
eine höhere Oberflächengenauigkeit zur Verfügung
gestellt wird.
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Andererseits
lassen sich dadurch auch unterschiedliche haptische Eigenschaften
des Kabinenpaneels erreichen, was zum Beispiel bei Kabinenwänden
einen hochwertigeren Eindruck beim Nutzer hervorrufen kann, beispielsweise
bei seitlich neben den Sitzen angeordneten Kabinenwänden,
bei denen in der Regel ein Berühren durch den Nutzer erfolgt, beispielsweise
wenn er sich seitlich gegen die Wand lehnt. Eine weichere Oberfläche
kann hier unter Umständen einen größeren
Nutzerkomfort bedeuten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist das Raumgewicht des
Absorbers maximal so groß wie das Raumgewicht des Wabenkerns.
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Dadurch
ist gewährleistet, dass es trotz verbesserter akustischer
Eigenschaft nicht zu einer Erhöhung des Paneelgewichts
kommt. Insbesondere bei Passagierflugzeugen, bei denen die Kabinenraumgestaltung
einen nicht unerheblichen Anteil der in die Flugzeugkonstruktion
eingefügten Bauelemente darstellt, kommt es nicht zu einer
Erhöhung des Flugzeuggewichts, was im Flugzeugbau, wie
bereits eingangs erwähnt, einen zentralen Aspekt darstellt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform sind in einem Paneel
mehrere Ausnehmungen angeordnet, die voneinander beabstandet sind.
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Dadurch
ist gewährleistet, dass bezogen auf die gesamte Paneelfläche
mehrere Bereiche vorgesehen sind, bei denen der Wabenkern in seiner
Dicke der Tiefe der Kernschicht entspricht. Diese auch als Stege
wirkenden Bereiche sind zusammen mit ihrer Höhe und Breite
für die mechanische Festigkeit der gesamten Paneelfläche
entscheidend. Da die Stege in ihrer Höhe, d. h. in Richtung
der Plattendicke, mit der dritten Potenz in die Biegesteifigkeit
des Sandwichs eingehen, während die Stegbreite, d. h. die Breite
in Richtung der Paneelfläche, lediglich zur ersten Potenz
eingeht, ist vor allem die Dicke der Kernschicht für die
Biegesteifigkeit, d. h. die Stabilität des Paneels, verantwortlich.
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Durch
entsprechende Dimensionierung der Stege zwischen den Ausnehmungen
können weiterhin die statischen Eigenschaften der bekannten
Paneele beibehalten werden, bei denen zwischen zwei akustisch transparenten
Decklagen ein durchgehender Wabenkern vorgesehen ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ausnehmungen
in einer Art Raster derart angeordnet, dass sich zwischen den Rändern
des Paneels durchgehende Bereiche ohne Ausnehmungen erstrecken.
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Diese
durchgehenden Bereiche übernehmen die Funktion von Stegen,
die die Biegesteifigkeit des Paneels gewährleisten. Vereinfacht
ausgedrückt, erfolgt die Lastabtragung über die
Fläche des Paneels in der Art eines Gitters. Dabei wird
im Bereich der Ausnehmungen eine auf das Paneel einwirkende Flächenlast,
oder auch Punktlast, senkrecht zur Fläche von dem Wabenkernbereich
mit geringerer Tiefe an die Bereiche mit größerer
Tiefe übertragen, die dann in der Art eines Steges die
Last an die Ränder des Paneels weiterleiten, wo sie an
die tragende Struktur des Flugzeugs abgegeben werden können. Stattdessen
kann auch eine zusätzliche Rahmenstruktur vorgesehen sein,
die zur Aufnahme der Innenraumpaneele dient und an die Flugzeugstruktur angeschlossen
ist. Der Abstand der als Stege ausgebildeten Bereiche, und damit
einhergehend auch die Größen der Ausnehmungen,
stehen daher in direktem Zusammenhang zur Tiefe der Kernschicht.
Um einen möglichst großen Absorberanteil zur Verfügung
zu stellen, können die Ausnehmungen derart dimensioniert
werden, dass die Stege möglichst schmal sind. Hierbei bedeutet
bereits eine geringe Zunahme der Plattentiefe eine wesentlich höhere Steifigkeit
der Stege. Mit anderen Worten kann bereits durch geringere Vergrößerung
des Bauraums die Gesamtplatte ein wenig dicker gemacht werden, um
höhere und schmalere Stege zu realisieren, so dass der
flächenmäßige Anteil der Ausnehmungen an
der Plattenfläche erheblich höher wird. Gleichzeitig
können auch die Ausnehmungen tiefer ausgebildet werden,
d. h. es können insgesamt größere und dickere
Absorber eingesetzt werden. Somit wird das Absorptionsvermögen
des Paneels weiter verbessert.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Absorber
im Vergleich zum Wabenkern ein geringeres Raumgewicht auf.
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Aufgrund
des geringeren Raumgewichts der Absorber kommt es auch bei großen
Gesamtstärken nicht zu einer Zunahme des Paneelgewichts.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Absorber Glaswolle
auf, die sich in einer Umhüllung befindet.
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Glaswolle
stellt dabei ein als Absorber für ein breites Frequenzspektrum
geeignetes Material dar, das zudem sehr leicht und auch kostengünstig
ist. Die Umhüllung gewährleistet eine einfachere
Handhabung bei der Herstellung der Paneele und stellt zudem sicher,
dass sich die Glaswolle nicht in dem Paneel verteilt, zum Beispiel
nicht in die davor angeordnete Wabenstruktur eindringt. Die Umhüllung
ist akustisch transparent ausgebildet, damit der Schall ungehindert
in das eigentliche Absorbermaterial, d. h. die Glaswolle, eindringen
kann. Die Ausbildung von Ausnehmungen gewährleistet, dass
die Glaswolle in Form der Glaswollpakete sicher und dauerhaft gehalten
ist. Wenn die Glaswollpakete relativ kleine Abmessungen aufweisen,
ist zudem gewährleistet, dass die Glaswolle im Laufe der
Zeit nicht zusammensackt. Zusätzliche Trägermaterialien
zum Halten der Glaswolle sind dann nicht erforderlich.
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In
einer alternativen Ausführungsform bestehen die Absorber
aus einem offenzelligen Schaum.
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Offenzellige
Schäume zeichnen sich ebenfalls durch ein gutes Absorptionsvermögen
aus. In der Regel liegen sie als plattenartige Halbzeuge vor, die
durch einfache Bearbeitungsverfahren auf Plattengrößen
zugeschnitten werden können, die den Ausnehmungen entsprechen.
Dadurch ergibt sich ein möglichst einfaches Herstellungsverfahren,
da sich die offenzelligen Schäume in Form von kleineren Platten
leicht handhaben lassen.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind die offenzelligen
Schäume mit einer Umhüllung versehen.
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Dadurch
lassen sich auch Schaummaterialien verwenden, die als loses oder
sehr brüchiges Material vorliegen, d. h. die nicht als
einfach zu handhabende plattenartige Halbzeuge vorliegen.
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Selbstverständlich
können als Absorberelemente auch andere Materialien vorgesehen
werden, die mit einer Umhüllung versehen werden, um dann in
die Ausnehmung eingesetzt zu werden.
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Besonders
vorteilhaft ist bei der Ausbildung der Ausnehmungen, dass die Absorber
in die Ausnehmung lediglich eingefügt oder eingesetzt werden müssen.
Aufgrund der zweiten Deckschicht, die sich über den gesamten
hinteren Bereich des Paneels erstreckt, sind die Absorber in den
Ausnehmungen gehalten.
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Da
es sich bei den Absorbermaterialien, wie beispielsweise Glaswolle,
gleichzeitig auch um Materialien mit einem geringen Wärmedurchgangskoeffizienten
handelt, wirken die in den Paneelen verteilten Absorber gleichzeitig
auch als wärmedämmende Elemente, so dass die Kabinenpaneele
insbesondere bei schmal ausgebildeten Stegen eine zusätzliche Wärmedämmung
bilden. Dadurch lassen sich die in der Regel in der Außenwandkonstruktion
vorgesehenen Dämmschichten reduzieren, was einen zusätzlichen
Gewichtsvorteil und auch eine Verringerung des für die
Außenwandkonstruktion vorgesehenen Bauraumbedarfs bedeutet.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die zweite
Deckschicht wasserundurchlässig ausgebildet.
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Dadurch
wird ein Eindringen von Kondenswasser in die Paneele verhindert,
dessen Entstehung im Bereich zwischen der Flugzeugaußenhaut
und der Kabinenwand oftmals nicht verhindert werden kann.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die zweite
Deckschicht akustisch geschlossen ausgebildet.
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Dadurch
wird verhindert, dass es zu einem Schalldurchgang des von außerhalb
des Kabinenbereichs entstehenden Schalls durch die Kabinenwand hinein
in die Kabine kommt. Da das Bauteil also nur einseitig akustisch
transparent ist, verfügt es neben den Absorptionseigenschaften
auch über ein Schalldämmmaß. Das Schalldämmmaß wird
dabei von der Ausbildung der zweiten Deckschicht bestimmt. Da sich
die zweite Deckschicht auf der der Kabine abgewandten Seite befindet,
lassen sich hier Konstruktionen und Materialien verwenden, die auf
eine Optimierung des Schalldämmmaßes ausgerichtet
sind und bei denen die optische Wirkung nicht beachtet werden muss.
Mit anderen Worten, lässt sich auf vereinfachte Art und
Weise ein höheres Schalldämmmaß des Bauteils
erreichen. Das erfindungsgemäße Paneel führt
somit insgesamt zu einer deutlichen Reduktion des Flugzeuginnengeräuschs.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Deckschicht
mehrlagig ausgebildet und weist ein zweites Gitterprepreg auf.
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Das
zweite Gitterprepreg ist dabei im Bereich der Stege vollflächig
mit den Stirnkanten der Wabenstruktur auf ähnliche Art
und Weise verbunden, wie das erste Gitterprepreg auf der Vorderseite
des Paneels. Das zweite Gitterprepreg trägt zu einer weiteren
Verbesserung der statischen und mechanischen Eigenschaften des Paneels
bei, indem es die Kernstruktur zusätzlich stabilisiert.
Außerdem übernimmt das Gitterprepreg die Funktion,
die Absorber in den Ausnehmungen zu halten.
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Bei
einer Ausbildung als akustisch geschlossene rückseitige
Deckschicht wird diese akustische Funktion von weiteren Lagen gewährleistet,
die von der Rauminnenseite aus gesehen hinter dem zweiten Gitterprepreg
angeordnet sind.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich
der Wabenkern an den Rändern des Paneels über
die Dicke der Kernschicht.
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Das
Paneel weist damit an seinen umlaufenden Rändern einen
bezogen auf die Dicke des Paneels sich durchgehend erstreckenden
Wabenkern auf. Dadurch ist gewährleistet, dass ein Paneel
zur Verfügung gestellt wird, das sich in seinen Anschlussgeometrien
und im Bereich der Anschlüsse verwendeten Materialien und
Konstruktionen nicht von bekannten Paneelen unterscheidet, bei denen eine
Sandwichkonstruktion durch eine Wabenkernstruktur mit zwei Deckschichten
gebildet ist. Dies ergibt den Vorteil, dass sich das erfindungsgemäße
Paneel auch in Kombination mit üblichen Kabinenpaneelen
einsetzen lässt. Darüber hinaus eignet sich das
erfindungsgemäße Paneel auch für einen
nachträglichen Einsatz in bereits vorhandene Strukturen, beispielsweise
im Rahmen von turnusgemäß stattfindenden Umbauten
der Flugzeugkabinen oder sogenannten Retrofittings.
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Erfindungsgemäß ist
auch ein Flugzeug mit einer Rumpfkonstruktion und einer innerhalb
des Rumpfes ausgebildeten Kabine vorgesehen, die zumindest teilweise
von einer von Paneelen gebildeten Innenraumverkleidung umschlossen
ist. Gemäß der Erfindung ist wenigstens ein Teil
der Paneele als ein schallabsorbierendes Paneel nach einer der vorhergehenden
Ausführungsformen ausgebildet.
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Dadurch
wird ein Flugzeug zur Verfügung gestellt, bei dem die akustischen
Innenraumverhältnisse in der Kabine dahingehend verbessert
sind, dass es aufgrund der verbesserten Absorptionseigenschaften
der Innenraumverkleidung zu einer Reduktion des Flugzeuginnengeräuschs
kommt. Die erfindungsgemäßen Paneele gewährleisten
dabei, dass es trotz Verbesserung der akustischen Eigenschaften
nicht zu einer Erhöhung des Bauteilgewichts kommt, was
gleichzeitig eine Erhöhung des Kraftstoffbedarfs des Flugzeugs
im Betrieb bedeuten würde. Als weiterer Vorteil ist zu
nennen, dass es im Vergleich zu denjenigen Paneelen, bei denen auf
der Rückseite ein zusätzliches Absorberelement
angeordnet ist, zu einem kleineren Bauraumbedarf kommt. Dadurch
steht mehr Raum für die eigentliche Nutzung der Kabine
zur Verfügung, was eine zusätzliche Zunahme des
Nutzerkomforts bedeutet. Eine Zunahme der Nutzfläche bedeutet
auch gleichzeitig eine bessere Ausnutzung des Flugzeugs, was wiederum ökonomisch
von Vorteil ist.
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Es
sei darauf hingewiesen, das die vorhergehende Darstellung der Erfindung
und die folgenden Beispielsbeschreibungen sowie die Ansprüche
zwar von ihrem Wortlaut her auf ein Flugzeug gerichtet sind, dass
jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter Flugzeuge auch
andere Luftfahrzeuge, insbesondere auch Hubschrauber verstanden
werden. Die Erfindung und der Schutzbereich der Ansprüche
bezieht sich daher auf Luftfahrzeuge im allgemeinen, wie zum Beispiel
Flugzeuge und Hubschrauber, und nicht nur auf Flugzeuge.
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Nachfolgend
wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher
auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen.
Es zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch ein Flugzeug mit einer Kabinenverkleidung mit
erfindungsgemäßen Kabinenpaneelen;
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2 eine
schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Flugzeugkabinenpaneels entlang der Schnittlinie B-B in 3;
und
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3 einen
Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Flugzeugkabinenpaneel
entlang der Schnittlinie A-A in 2.
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1 zeigt
ein Flugzeug 10 mit einem Flugzeugrumpf 12 und
zwei seitlich daran anschließende Flügel 14,
an denen Triebwerke 15 vorgesehen sind. Der Flugzeugrumpf 12 ist
in 1 quer zu seiner Längsachse geschnitten
dargestellt. Der Flugzeugrumpf 12 ist in einen oberen Kabinenbereich 16 und einen
darunter angeordneten Frachtbereich 18 durch einen horizontal
verlaufenden Boden 20 unterteilt. Der Flugzeugrumpf 12 weist
weiter eine im wesentlichen umlaufende Flugzeugaußenhaut 22 auf,
die an einer nicht näher dargestellten Flugzeugrumpfstruktur
befestigt ist. Die Flugzeugrumpfstruktur besteht vereinfacht gesagt
aus einer Art tragenden Struktur aus Spanten und Stringern und gewährleistet
eine stabile Konstruktion zur Aufnahme der äußeren
und inneren Lasten.
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Im
oberhalb des Bodens 20 angeordneten Kabinenbereich 16 befinden
sich entlang der Außenwand 22 seitliche Kabinenverkleidungen 24, 26 sowie
eine im oberen Bereich vorgesehene obere Kabinenverkleidung 28.
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Die
Elemente der Kabinenverkleidung 24, 26, 28 umschließen
zusammen mit dem Boden 20 einen Innenraum, d. h. die Kabine.
Innerhalb der Kabine sind beispielsweise Sitze 30 für
die Passagiere angeordnet. Weiter sind zum Beispiel Gepäckaufnahmefächer 32 vorgesehen,
die sich im wesentlichen oberhalb der Sitzreihen befinden und der
Aufnahme des Handgepäcks der Passagiere dienen. Weiter
sind im Kabinenbereich 16 auch diverse Versorgungsleitungen,
zum Beispiel für eine Sauerstoffversorgung, elektrische
Versorgung oder Lüftungsanlage, vorgesehen, die jedoch
in 1 nicht näher dargestellt sind.
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Die äußeren
Lasten, beispielsweise Windlasten und aus Druckunterschieden resultierende Lasten,
auf den Rumpfbereich werden von der Außenhaut 22 an
die Tragstruktur des Flugzeugrumpfes übertragen und damit
abgeleitet. Um innerhalb der Kabine geeignete Aufenthaltsbedingungen
zur Verfügung zu stellen, ist in der Außenwandkonstruktion auch
eine Wärmedämmung vorgesehen. Außerdem ist
die Außenwandkonstruktion möglichst schalldämmend
ausgebildet, um einen Lärmeintrag von den Turbinen 15 in
die Kabine 16 hinein auf ein Minimum zu beschränken.
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Neben
der raumabschließenden Funktion der Kabinenverkleidungselemente 24, 26, 28 werden diese
erfindungsgemäß auch zur Beeinflussung der akustischen
Verhältnisse innerhalb der Kabine 16 herangezogen.
Dazu sind die Kabinenpaneele 24, 26, 28 schallabsorbierend
ausgestaltet, was anhand der 2 und 3 nachfolgend
näher erläutert wird.
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In 2 ist
schematisch ein Längsschnitt durch ein Flugzeugkabinenpaneel 40 dargestellt,
wobei der Längsschnitt entlang der Schnittlinie B-B in 3 verläuft.
In 3 ist ein Querschnitt durch das Paneel 40 aus 2 entlang
der Schnittlinie A-A gezeigt.
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Das
Flugzeugkabinenpaneel 40 weist eine Kernschicht 42 und
eine erste Deckschicht 44 sowie eine zweite Deckschicht 46 auf.
Die erste Deckschicht 44, d. h. die in 3 nach
unten weisende Deckschicht, weist eine raumabschließende
erste Oberfläche 48 auf. Die zweite Deckschicht 46 ist
gegenüber der ersten Deckschicht 44 angeordnet,
d. h. auf der anderen Seite der Kernschicht 42 und weist zur
nicht gezeigten Kabinenaußenhaut 22 hin.
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Die
Kernschicht 42 weist einen Wabenkern 50 mit einer
Vielzahl röhren- oder wabenartiger Zellen 52 auf,
die sich über die Dicke des Wabenkerns 50 durchgehend
offen erstrecken. Die Zellen 52 sind von seitlichen Zellwänden 54 voneinander
getrennt. Der Wabenkern 50 erstreckt sich auf der der ersten Deckschicht 44 zugewandten
Seite, d. h. in 3 im unteren Bereich des Wabenkerns 50,
parallel zu der ersten Deckschicht 44 durchgehend. Auf
der anderen Seite, d. h. auf der der zweiten Deckschicht 46 zugewandten
Seite, weist der Wabenkern 50 Ausnehmungen 56 auf.
In den Ausnehmungen 56 sind Absorber 58 aufgenommen.
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Die
erste Deckschicht 44 ist akustisch transparent ausgebildet,
um zu gewährleisten, dass die von den Seiten des Innenraums
her, d. h. in 3 von unten her, auf das Paneel 40 auftreffenden Schallwellen
in die Kernschicht 50 möglichst ungehindert eindringen
können. Nach Passieren der ersten Deckschicht 44 treten
die Schallwellen durch die offenen Zellen 52 des Wabenkerns
hindurch und treffen im Bereich der Ausnehmungen 56 auf
die Absorber 58, wo dann die Schallobsorption erfolgt.
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Da
der Wabenkern 50 auf der Seite der ersten Deckschicht 44 durchgehend
ausgebildet ist, wird ein Flugzeugkabinenpaneel geschaffen, das
eine möglichst glatte Oberfläche zum Raum hin
aufweist. Um eine möglichst hochwertige Oberfläche
des Paneels zur Verfügung zu stellen, ist die erste Deckschicht 44 mehrlagig
ausgebildet und weist ein Gitterprepreg 60 auf, das flächig
mit dem Wabenkern verbunden ist. Weiter ist eine die erste Oberfläche 48 bildende
Abdeckung 62 vorgesehen, wobei es sich bei der Abdeckung 62 als
Oberflächenmaterial beispielsweise um ein Gewebe handelt.
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Vorzugsweise
ist die Abdeckung mehrlagig ausgebildet, so dass zwischen dem Gewebe 62 und dem
Gitterprepreg 60 ein Vlies vorgesehen sein kann, was in 3 jedoch
nicht näher dargestellt ist. Das Vliesmaterial zwischen
dem Gewebe 62 und dem ersten Gitterprepreg 60 dient
unter anderem auch dazu, Unebenheiten der Kernschicht 42 auszugleichen,
um eine möglichst hochwertige und optisch ansprechende
Oberfläche des Paneels zu erhalten.
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Die
akustische Transparenz der ersten Deckschicht 44 wird dadurch
erreicht, dass der Strömungswiderstand der ersten Deckschicht 44 nicht größer
als 1000 Ns/m3 ist.
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Dadurch
kann im Kabinenraum 16 vorhandener Schall, beispielsweise
von den Personen selbst erzeugter Schall, oder auch durch Lüftungsanlagen hervorgerufene
Geräusche, in das Paneel 40 eindringen, um von
den Absorber 58 absorbiert zu werden.
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Bezogen
auf das Paneel 40 sind mehrere Ausnehmungen 56 gleichmäßig
verteilt angeordnet, so dass zwischen den Ausnehmungen 56 Bereiche 64 entstehen,
in denen der Wabenkern 50 in seiner vollen Dicke, d. h.
in der Stärke der Kernschicht 42, ausgebildet
ist. Die Bereiche 64 bilden dadurch sozusagen Stege, die
sich zwischen den Rändern des Paneels 40 erstrecken.
Die Stege sorgen für die erforderliche Biegesteifigkeit,
d. h. die Stabilität des Paneels 40.
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Als
Absorber 56 können beispielsweise offenzellige
Schäume verwendet werden, wobei sich hier diejenigen Schäume
besonders eignen, die als plattenartiges Halbzeug zur Verfügung
stehen. Alternativ können die Absorber 58 beispielsweise
auch Glaswolle aufweisen, die sich in einer Umhüllung befindet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass verschiedene
Absorbermaterialien in einem Paneel verwendet werden können,
z. B. Glaswollpakete in Ausnehmungen im unteren Bereich und Schaumwerkstoffe
in Ausnehmungen in einem oberen Bereich.
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Unabhängig
vom verwendeten Material der Absorber sollte das Raumgewicht der
Absorber maximal so groß sein wie das Raumgewicht des Wabenkerns.
Dadurch ist gewährleistet, dass das Paneel 40 insgesamt
kein größeres Gewicht aufweist als ein vergleichbares
Paneel ohne Absorptionseigenschaften, d. h. ein Paneel mit einem
Wabenkern zwischen zwei Deckschichten.
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Die
zweite Deckschicht 46 ist wasserundurchlässig
ausgebildet, um ein Eindringen von Kondenswasser zu verhindern,
welches im Bereich zwischen der Kabinenwand und der Außenwand
auftreten kann. Weiter ist vorgesehen, dass die zweite Deckschicht 46 akustisch
geschlossen ausgebildet ist, um ein Eindringen von Schall von dem
Bereich außerhalb der Kabine, beispielsweise Lärm
von den Turbinen trotz der Schalldämmung der Außenwand 22,
zu verhindern.
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Beispielsweise
kann die zweite Deckschicht 46 ein zweites Gitterprepreg 66 aufweisen,
das im Bereich der Stege vollflächig mit dem Wabenkern verbunden,
beispielsweise indem das zweite Gitterprepreg 66 mit den
Kanten der Wabenkernwände 54 verklebt ist. Dadurch
wird die Kernstruktur 50 zusätzlich stabilisiert,
was eine Verbesserung der Biegesteifigkeit des Paneels 40 bedeutet.
Auf dem zweiten Gitterprepreg 66 können dann geeignete
flächige Materialien zur Schalldämmung vorgesehen
sein, um ein Paneel zur Verfügung zu stellen, das insgesamt
zu einer deutlichen Reduktion des Flugzeuginnengeräuschs
führt.
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Je
nach Einsatzbereich des Paneels 40 innerhalb der Flugzeugkabine
kann das Gewebe 62 auf der Vorderseite mit einer Beschichtung
ausgerüstet werden, die einen selbstreinigenden Effekt
aufweist, beispielsweise kann eine solche Beschichtung mit Titandioxid
ausgeführt werden.
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Ergänzend
ist darauf hinzuweisen, dass ”umfassend” keine
anderen Elemente oder Schritte ausschließt und ”eine” oder ”ein” keine
Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass
Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele
beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen
oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele
verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen
sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005016653
A1 [0002]