DE10042413C2 - Kabinenfensteranordnung für ein Flugzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kabinenfensteranordnung für ein Flugzeug, wobei eine Innenfensterscheibe und eine Außenfensterscheibe vorgesehen ist, die einen Fensterscheibenzwischenraum einschließen.

Derartige Kabinenfenster sind beispielsweise aus DE-PS 198 06 106 bekannt. Eine solche Doppelscheiben-Kabinenfensteranordnung ist vorgesehen, um ein Beschlagen und Vereisen der Kabinenfensterscheiben zu verhindern und damit für die Fluggäste störungsfreie Sichtverhältnisse zu erreichen. Der Passagierkomfort kann somit maßgeblich verbessert werden. Ein Problem von bisher bekannten Kabinenscheibenanordnungen besteht jedoch darin, dass die aus Kunststoffmaterial - üblicherweise Acryl - bestehenden Kabinenscheiben kratzempfindlich sind. So kann es bereits während der Ausstattungsphase eines neuen Flugzeuges, speziell beim Einbau der neuen Scheiben zum Verkratzen derselben kommen. Auch bei einer späteren Reinigung der Flugzeugaußenhaut oder auch bei der Reinigung der Flugzeugkabine erfolgt eine Reinigung der Außenfensterscheibe sowie der Innenfensterscheibe, wobei durch die an den Scheiben anhaftenden Schmutzpartikeln Kratzer auf den Scheibenoberflächen entstehen. Die Kratzer können bei Lichteinstrahlung zu Lichtreflexen führen, was die ungestörte Sicht der Fluggäste durch die Kabinenfenster beeinträchtigt.

Vorhandene Kratzer in den Kabinenscheiben werden entweder durch Ausschleifen und Nachpolieren der Scheiben entfernt, was einen hohen Nacharbeitsaufwand bedeutet, oder es erfolgt ein Austausch der verkratzten Scheiben mit neuen Scheiben. Das ist natürlich ebenfalls kosten- und arbeitsintensiv, da die Kabinenfensteranordnung als Teil der Flugzeugstruktur den auftretenden Druckunterschieden ausgesetzt ist und entsprechend aufwendig die montagetechnische Verbindung zwischen dem Flugzeugrumpf und dem Kabinenfenster ist.

Aus DE 197 03 150 A1 ist ein Rahmenprofil für Fenster bekannt, das zumindest an der Rahmenaußenseite eine Schutzschicht gegen Witterungseinflüsse sowie gegen mechanische und chemische Einwirkungen aufweist. Diese Schutzschicht ist als Nanokeramikschicht ausgebildet, wobei die Keramikteilchen Durchmesser im Nanometerbereich aufweisen. Einen Hinweis, dass auch Fensterscheiben an sich mit Schutzschichten versehen werden können, ist dieser Schrift nicht entnehmbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verkratzen der Oberflächen der Scheiben einer gattungsgemäßen Kabinenfensteranordnung durch mögliche mechanische Beanspruchungen oder Einwirkungen von Schmutzpartikeln zu verhindern.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Kabinenfensteranordnung mit den im Patentanspruch 1 genannten Maßnahmen gelöst. Ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Kabinenfensteranordnung ist im Anspruch 7 angegeben.

Dabei ist insbesondere von Vorteil, dass hervorragende Antikratz- und Antihafteigenschaften der Scheiben einer Kabinenfensteranordnung erreicht werden, was ein aufwendiges Austauschen oder Nacharbeiten der Scheiben bei einer Montage der Flugzeugfenster überflüssig macht, da ein Verkratzen der Scheibe verhindert wird. Der Aufwand im Herstellungs- und Wartungsprozess eines Verkehrsflugzeuges kann demnach erheblich reduziert werden. Darüber hinaus wird einem Fluggast während eines Fluges eine störungsfreie Sicht durch die Flugzeugfenster ermöglicht.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 sowie 8 bis 10 angegeben sowie in der nachfolgenden Figurenbeschreibung dargestellt.

Im Anspruch 2 sind mögliche Zusammensetzungen einer erfindungsgemäßen Verschleißschutzschicht angegeben.

Die Maßnahmen in den Unteransprüchen 3 bis 6 zeigen Ausgestaltungen von Kabinenfensteranordnungen auf, die aufgrund des vorteilhaften Kratzverhaltens der Scheiben ermöglicht sind und sich gegenüber bekannten Kabinenfensteranordnungen durch Vereinfachungen und eine erweiterte Anwendung als Strukturelement auszeichnen.

Die Unteransprüche 8 bis 10 geben Maßnahmen an, welche Prozesse zur Herstellung einer Verschleißschutzschicht als "Dünne Schicht" eingesetzt werden können.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nach­ stehend anhand der Fig. 1 bis 4 näher beschrieben werden. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Kabinenfenster­ anordnung mit einer erfindungsgemäßen Scheibenbeschichtung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Kabinenfenster­ anordnung,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer Kabinenfenster­ anordnung für ein Flugzeug und

Fig. 4 eine Darstellung der unterschiedlichen Benetzungswinkel an der Oberfläche einer Scheibe in Abhängigkeit von der Oberflächenbeschichtung.

In Fig. 1 ist schematisch eine Kabinenfensteranordnung 1 für ein Flugzeug in einer ersten Ausgestaltung ersichtlich.

Die Kabinenfensteranordnung 1 umfasst im wesentlichen eine Innenfensterscheibe 2 und eine Außenfensterscheibe 3, die einen Fensterscheibenzwischenraum 4 einschließen. Der Randbereich der Innen- und Außenfensterscheibe 2 und 3 ist von einem Dichtelement 5 umschlossen. Die Fensterscheiben 2 und 3 bestehen üblicherweise aus Kunststoff (Acryl)- Material.

Üblicherweise ist ein Kabinenfensterrahmen (nicht gezeigt) vorgesehen, der die Scheibenanordnung aufnimmt und der in die vorgesehenen Öffnungen einer Flugzeugstruktur eingesetzt werden kann.

Als erfindungsgemäße Lösung wird vorgeschlagen, die Fensterscheiben 2 und 3 an den dem Fensterscheibenzwischenraum 4 entgegengesetzten Flächen mit einer speziellen transparenten Beschichtung 6 (für Innenfensterscheibe 2) oder 7 (für Außenfensterscheibe 3) auszuführen. Eine solche Verschleißschutzbeschichtung 6 bzw. 7 weist eine hohe Kratz- und Verschleißfestigkeit auf, wobei diese Beschichtung 6 oder 7 erfindungsgemäß als Nanobeschichtung ausgeführt ist und mittels Nanotechnologie - auch als "Dünne Schichten" bezeichnet - erzeugt wird. Die Wirkungsweise und mögliche Verfahren zum Aufbringen der Nanobeschichtung sind nach der Figurenbeschreibung zu Fig. 4 offenbart.

Die Verschleißschutzbeschichtung 6 oder 7 ist jeweils lediglich nur einige Nanometer dick und als superharte Schicht ausgebildet. Damit werden hervorragende Antikratz- und Antihafteigenschaften der Scheiben 2 und 3 erreicht, wobei die Schicht 6 oder 7 aufgrund der Dicke im Nanometerbereich und der Transparenz vom menschlichen Auge nicht ohne weiteres wahrgenommen wird. Eine solche Schicht 6 oder 7 wird beispielsweise erzeugt durch das Aufbringen von amorphen Siliziumoxid (SiO)-Schichten oder amorphen Kohlenstoff (a-C:H)-Schichten. Es entsteht eine diamantähnliche Schicht, wobei genau definierte Schichten durch die homogene Anordnung der Atome bzw. Moleküle entstehen.

Zur Verhinderung der Wärme- oder UV-Einwirkung auf einen Passagier sind auch Beschichtungen 8 und 9 zur Absorbierung bzw. Filterung des Infrarot-Anteils und des UV-Anteils des einfallenden Sonnenlichtes vorgesehen. Auch die durch die Kabinenscheibe einfallende Höhenstrahlung in bestimmten Gebieten der Erde kann durch eine spezielle Beschichtung der Scheibe 2 oder 3 reduziert werden. Die spezielle Auswahl von Beschichtungsmaterial erfolgt nach bekannter Art. In der gezeigten Ausführung ist eine IR-Filterschicht 9 für die Absorption des Infrarotanteils der Sonnenstrahlung auf die Außenfensterscheibe 3 und eine UV-Filterschicht 8 zum Filtern der ultravioletten Strahlung auf die Innenfensterscheibe 2 aufgebracht. Die Filterschichten 8 oder 9 werden zwischen der jeweiligen Fensterscheibe 2 oder 3 und der jeweiligen Verschleißschutzschicht 6 oder 7 angeordnet. Das Aufbringen einer Absorber- bzw. Filterschicht 8 oder 9 erfolgt beispielsweise durch Aufdampfen von Metall, durch die lineare optische Resonanzeigenschaften entstehen, die durch das eintretende Licht angeregt werden. Diese Resonanzen treten bei bestimmten Lichtfrequenzen auf, die abhängig vom aufgedampften Material sind. Es können beispielsweise Aluminium für die UV-Filterschicht 8 und Gold für die IR- Filterschicht 9 verwendet werden. Diese Schichten 8 und 9 sind im Nanometerbereich dick und sind mittels der Nano-Technik herstellbar.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform einer Kabinenfensteranordnung 10 gezeigt. Im wesentlichen entspricht diese Anordnung 10 der ersten Kabinenfensteranordnung 1.

Die Kabinenfensteranordnung 10 weist ebenfalls eine Innenfensterscheibe 2 und eine Außenfensterscheibe 3 auf, die einen Fensterscheibenzwischenraum 4 einschließen. Die Fensterscheiben 2 und 3 bestehen üblicherweise aus Acryl- Material. Sie sind jeweils mit der Absorber- bzw. Filterschicht 8 oder 9 und der Verschleißschutzschicht 6 oder 7 versehen. Aufgrund der hohen Kratzfestigkeit der Scheiben 2 und 3 kann in dieser Ausführungsform eine hermetisch dichte Verbindung der Innenfensterscheibe 2 und der Außenfensterscheibe 3 vorgesehen sein, da ein Auswechseln der beiden Scheiben 2 und 3 nicht mehr notwendig sein wird. Die Verbindung der beiden Scheiben 2 und 3 ist vorzugsweise unlösbar, so dass eine Scheibeneinheit 11 entsteht. Zur hermetischen Abdichtung können übliche Methoden zur Anwendung kommen, wie beispielweise die Nutzung von elastomeren Dichtelementen. Mit der Anwendung von hermetisch dichten Kabinenscheiben ist eine Verbesserung der Wärmeisolation erreicht, was eine Komforterhöhung für einen am Fensterplatz sitzenden Passagier bedeutet.

Der Randbereich der die Scheibeneinheit 11 bildende Innen- und Außenfensterscheibe 2 und 3 ist von einem Dichtelement 5, vorzugsweise einem Gummiprofil umschlossen. Die gesamte Einheit wird in einen Kabinenfensterrahmen (nicht gezeigt) eingesetzt, der in die vorgesehenen Öffnungen der Flugzeugstruktur montiert werden kann.

In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform 20 einer Kabinenfensteranordnung gezeigt. Die wesentlichen Bauteile der vorhergehenden Ausführungen sind auch in dieser Ausführungsform entsprechend vorhanden. Die innere und die äußere Scheibe 2 und 3 weisen die Filterschicht 8 oder 9 (IR-Filter- oder UV- Filterschicht) sowie die superharte Verschleißschicht 6 oder 7 auf. Die Kabinenscheiben 2 und 3 sind fest miteinander verbunden und der Scheibenzwischenraum 4 ist hermetisch verschlossen. Vorzugsweise bilden die Kabinenscheiben 2 und 3 eine Fenstereinheit 12, die zu Montagezwecken mit dem Flugzeugrumpf (Luftfahrtzelle) 13 verbunden wird.

Wie schon in der zweiten Ausführungsform beschrieben, wird aufgrund der hohen Kratzfestigkeit dieser Teile ein Auswechseln der beiden Scheiben 2 und 3 nicht mehr notwendig sein. Das eröffnet die Möglichkeit, die Fenstereinheit 12 mit den Kabinenscheiben 2 und 3 als ein Strukturelement auszubilden, welches ohne Rahmen in die Luftfahrtzelle 13 eingesetzt werden kann. Aufwendige Aufdopplungen und Strukturversteifungen für eine Scheibenhalterung in der Flugzeugrumpfhaut können verringert werden oder entfallen. Eine direkte Verbindung, beispielsweise durch eine Verklebung 14 der Fenstereinheit 12 mit dem Flugzeugrumpf 13 ist vorgesehen.

In Fig. 4 ist ersichtlich, inwieweit sich durch eine Nanobeschichtung der Benetzungswinkel an der Oberfläche der Scheibe 2 oder 3 ändert. Durch eine mittels Nano-Technologie erzeugte Schicht kann der Benetzungswinkel stark reduziert werden, was die Antihaft-Eigenschaft stark verbessert. In der Fig. 4A ist eine herkömmliche Oberfläche 15 ohne Beschichtung einer Kabinenscheibe 2 oder 3 gezeigt. Ein Wasser- bzw. Schmutzpartikel 16 befindet sich auf der Oberfläche 15. Der Benetzungswinkel 16A ist relativ groß und somit ist eine Haftung des Partikels 16 auf der Oberfläche 15 gegeben. Eine Verschmutzung der Fensterscheibe kann nur durch einen Reinigungsvorgang entfernt werden. In der Fig. 4B ist eine nanobeschichtete Oberfläche 17 vorgesehen. Die Nanobeschichtung wird mittels Nano-Technologie erzeugt und auf die Oberfläche 15 aufgebracht. Mit der Nano-Technologie können geordnete Oberflächen erzeugt werden, die zur Folge haben, daß bei Benetzung der Oberfläche der Benetzungswinkel 16B gegen 0° geht und somit eine bestmöglich erreichbare Antihaftbeschichtung entsteht. Die Adhäsion der Wasser- bzw. Schmutzpartikel 16 ist an der nanobeschichteten Oberfläche 17 gehemmt oder zumindest wesentlich reduziert, so dass während des Fluges durch den Luftstrom Partikel 16 sich von selbst lösen bzw. durch Schwerkraft abgelöst werden.

Die Erzeugung von "Dünnen Schichten", wie eine Nanobeschichtung auch genannt wird, kann durch vakuumgestützte Verfahren erfolgen.

Mögliche Herstellungsverfahren sind z. B.:

• - Kathodenzerstäubung
• - Ionenimplantierung
• - Sputtertechnik (Plasmastrahlquelle, Magnetronzerstäubung, RFDiodenzerstäubung)
• - Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition -CVD-)
• - PACVD-(Plasma assisted Chemical Vapor Deposition) Verfahren
• - PVD-(Physical Vapor Deposition) Verfahren

Möglich ist es weiterhin, eine Beschichtung auf Basis von anorganisch- organischen Nanokompositen mit niedriger Oberflächenenergie zu erzeugen, hergestellt beispielsweise durch einen Sol-Gel-Prozess. Eine solche Beschichtung kann durch bekannte Beschichtungstechnologien, wie Tauchen, Sprühen oder Schleudern, mit anschließender Härtung durch UV-Stahlung und/oder thermischen Einfluss erzielt werden, wobei Nanopartikel die gewünschten Antihafteigenschaften erzielen.

Für den Anwendungsfall der Erzeugung einer Verschleißschutzschicht 6 oder 7 ist vorzugsweise eine amorphe Siliziumoxid (SiO)-Schicht oder eine amorphe Kohlenstoff (a-C:H)-Schicht auszuwählen. Die Schicht wird mittels Plasmapolimerisation, einer speziellen Variante des Plasma CVD-Prozesses, erzeugt. Bei diesem Verfahren findet die Abscheidung bei sehr niedriger Temperatur statt. Dies führt zu einem geringfügigen Härteverlust der Kabinenscheibe, jedoch zu einer Verbesserung der Duktilität des Materials. Durch diesen Effekt wird die Lebensdauer der Kabinenscheibe erhöht, da das Material die Druckschwankungen und somit die Verformung besser verkraftet.

Ferner ist eine Beschichtung mittels der Magnetron-Sputtertechnik möglich.

Diese, dem Fachmann bekannte Technik gehört zur Verfahrensgruppe der Kathodenzerstäubung, bei der im Vakuum die Beschichtung aufgebracht und ein fester Untergrund mit metallischen bzw. nichtmetallischen Schichten versehen wird. Das Beschichtungsmaterial auf den Kathoden wird durch Beschuss mit Gasionen in einer Gasatmosphäre zerstäubt und schlägt sich auf der Oberfläche als Schicht nieder. Die Ionen sorgen dafür, dass die oberen Atomschichten aus dem Beschichtungsmaterial durch Impulsaustausch in den gasförmigen Zustand überführt werden. Das nun im gasförmigen Zustand vorliegende Beschichtungsmaterial scheidet sich dann auf der zu beschichtenden Fläche ab. Mit der Magnetron-Sputter-Technik ist die thermische Belastung der zu beschichtenden Oberfläche relativ gering. Es werden hier niedrige Temperaturen unter 100°C eingehalten.

Claims (10)

1. Kabinenfensteranordnung für ein Flugzeug, wobei eine Innenfensterscheibe (2) und eine Außenfensterscheibe (3) vorgesehen ist, die einen Fensterscheibenzwischenraum (4) einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfensterscheibe (2) und die Außenfensterscheibe (3) an den dem Fensterscheibenzwischenraum (4) entgegengesetzten Flächen mit einer transparenten Verschleißschutzschicht (6; 7) mit einer Schichtdicke im Nanometerbereich versehen sind.

2. Kabinenfensteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (6; 7) im wesentlichen aus einer amorphen Siliziumoxid (SiO)-Schicht oder einer amorphen Kohlenstoff (a-C:H)- Schicht besteht, die mittels einer Nanotechnologie aufgebracht ist.

3. Kabinenfensteranordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfensterscheibe (2) und die Außenfensterscheibe (3) im Randbereich miteinander verbunden sind und der Fensterscheibenzwischenraum (4) hermetisch abgedichtet ist.

4. Kabinenfensteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfensterscheibe (2) und die Außenfensterscheibe (3) im Randbereich verbunden sind und eine Scheibeneinheit (11) bilden, wobei ein Dichtelement (5) diesen Randbereich umschließt zum Einsetzen in einen Kabinenfensterrahmen.

5. Kabinenfensteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfensterscheibe (2) und die Außenfensterscheibe (3) eine Fenstereinheit (12) bilden, die als Strukturelement in einen Flugzeugrumpf (13) einsetzbar ist.

6. Kabinenfensteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fenstereinheit (12) mittels einer Verklebung (14) mit dem Flugzeugrumpf (13) verbunden ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Kabinenfensters nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Innenfensterscheibe (2) und die Außenfensterscheibe (3) jeweils eine Verschleißschutzschicht (6, 7) aufgebracht wird, wobei die Schicht (6, 7) als "Dünne Schicht" mittels Nanotechnologie erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (6, 7) mittels PACVD-(Plasma assisted Chemical Vapor Deposition), vorzugsweise durch Plasmapolimerisation, aufgebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen der Verschleißschutzschicht (6, 7) ein Magnetron- Sputter-Verfahren eingesetzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen der Verschleißschutzschicht (6, 7) ein Sol-Gel-Prozess eingesetzt wird.