DE102006026167B3

DE102006026167B3 - Leichtbau-Strukturpanel

Info

Publication number: DE102006026167B3
Application number: DE102006026167A
Authority: DE
Inventors: Alexei Dr.-Ing. Vichniakov
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2026-06-07
Also published as: US20070277470A1; US9963218B2; US8096092B2; US20120102869A1; US9347221B2; US20160311514A1

Abstract

Es wird ein Leichtbau-Strukturpanell, das eine flächig ausgedehnte Außenhaut (1) gegebener Dicke und mit dieser verbundene, in einem gegebenen Abstand zueinander angeordnete Versteifungselemente (11) umfasst, beschrieben. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Außenhaut (1) durch Teilschichten (2, 3) gebildet ist, die jeweils in Flächenrichtung des Leichtbau-Strukturpanells (4) ausgedehnt sind und sich in Dickenrichtung zur Dicke der Außenhaut (1) ergänzen und miteinander verbunden sind, wobei die Versteifungselemente (11) mit einer der Teilschichten (2, 3) einstückig ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leichtbau-Strukturpanel, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist. Ein solches umfaßt eine flächig ausgedehnte Außenhaut gegebener Dicke und mit dieser verbundene, in einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnete Versteifungselemente.
Bei der Auslegung von Leichtbaustrukturen sollen in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung unterschiedliche Festigkeits-, Ermüdungs- und Schadenstoleranzanforderungen erfüllt werden. Insbesondere im Flugzeugbau kommt den schadenstoleranten Eigenschaften von Leichtbaustrukturen eine besondere Wichtigkeit zu. Für die Herstellung von Leichtbaustrukturpanelen ist es bekannt, Versteifungsprofile mit einem eine Außenhaut bildenden Hautfeld zu verbinden.
Es ist bekannt bei Leichtbau-Strukturpanelen, etwa an solchen, welche die Außenhaut eines Flugzeugs bilden, Versteifungselemente vorzusehen. Diese können beispielsweise nach Art von Stringern in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufen und beispielsweise einen umgekehrt L-förmigen Querschnitt haben. Herkömmlich werden solche Versteifungselemente getrennt von der Außenhaut hergestellt und dann mit der Außenhaut verbunden. Am Fuß des Versteifungselements kann ein Schenkel vergesehen sein, welcher der Befestigung an der Außenhaut dient. Die Befestigung kann durch Nieten, Kleben oder eine Kombination davon erfolgen. Alternativ kann das Versteifungselement an seinem fußseitigen Ende an der Außenhaut angeschweißt sein.
Aus der DE 196 39 667 oder der DE 198 44 035 sind Strukturbauteile in einer geschweißten Haut-Stringer-Bauweise bekannt. Auf großformatige Hautbleche werden mittels Laserstrahlschweißen Profile, die als Stringer oder Spanten ausgebildet sein können, aufgeschweißt. Aus der DE 199 24 909 ist es bekannt zur Vermeidung oder Verzögerung von Rißbildungen im Fußbereich einer an einer Außenhaut vorgesehenen Versteifung eine Aufdickung vorzusehen. Eine Verwendung von zusätzlichen Verstärkungen an Versteifungsprofilen ist auch aus der DE 101 63 848 oder der DE 100 31 510 bekannt.
Die EP 1 439 121 A1 beschreibt ein Leichtbau-Strukturbauteil insbesondere für Flugzeuge. Das Leichtbau-Strukturbauteil besteht aus wenigstens einem Hautblech und darauf längs oder quer oder längs und quer angeordneten Versteifungselementen, die jeweils mit ihrem Fuß stoffschlüssig vollständig oder zumindest teilweise mit dem Hautblech verbunden sind, wobei der Steg des Versteifungselementes auf seiner dem Hautblech zugewandten Seite aus zwei Schenkeln besteht, die beide mittels zweier getrennter Fügezonen stoffschlüssig mit dem Hautblech verbunden sind.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leichtbau-Strukturpanel zu schaffen, welches bei geringem Gewicht eine hohe Festigkeit aufweist. Insbesondere soll das Leichtbau-Strukturpanel schadenstolerant und gegen Rißbildung möglichst unempfindlich sein.
Die Aufgabe wird durch ein Leichtbau-Strukturpanel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Leichtbau-Strukturpanels sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die Erfindung wird ein Leichtbau-Strukturpanel geschaffen, das eine flächig ausgedehnte Außenhaut gegebener Dicke und mit dieser verbundene, in einem gegebenen Abstand zueinander angeordnete Versteifungselemente umfaßt. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Außenhaut durch Teilschichten gebildet ist, die jeweils in Flächenrichtung des Leichtbau-Strukturpanels ausgedehnt sind und sich in Dickenrichtung zur Dicke der Außenhaut ergänzen und miteinander verbunden sind, wobei die Versteifungselemente mit einer der Teilschichten einstückig oder integral ausgebildet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leichtbau-Strukturpanels ist die Außenhaut durch eine erste Teilschicht und eine zweite Teilschicht gebildet, und die Versteifungselemente sind mit der zweiten Teilschicht einstückig oder integral ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Teilschicht, mit welcher die Versteifungselemente einstückig oder integral ausgebildet sind, aus mehreren Flächenelementen, die in Flächenrichtung aneinandergefügt sind.
Die Flächenelemente der Teilschicht, mit welcher die Versteifungselemente einstückig oder integral ausgebildet sind, können ein oder mehrere Versteifungselemente beinhalten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Versteifungselemente jeweils durch mehrere Teilelemente gebildet, die mit verschiedenen Flächenelementen einstückig oder integral ausgebildet und miteinander verbunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Versteifungselemente jeweils durch zwei Teilelemente gebildet, von denen das eine an einem ersten Flächenelement und das andere an einem diesem benachbarten zweiten Flächenelement angeordnet ist, so dass die Versteifungselemente jeweils durch die Teilelemente der benachbarten Flächenelemente gebildet sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Versteifungselement einen Bereich, der mit der Teilschicht oder deren Flächenelementen einstückig oder integral ausgebildet ist, und einen weiteren Bereich, der durch ein oder mehrere zusätzliche Verstärkungselemente gebildet ist, die mit dem Bereich, der mit der Teilschicht oder deren Flächenelementen einstückig oder integral ausgebildet ist, verbunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Versteifungselement einen im wesentlichen senkrecht zur Flächenrichtung der Außenhaut angeordneten und sich in einer Längsrichtung entlang dieser erstreckenden Stegbereich, der mit der Teilschicht oder deren Flächenelementen einstückig oder integral ausgebildet ist.
Das Versteifungselement kann einen sich im wesentlichen parallel zur Flächenrichtung der Außenhaut erstreckenden Gurtbereich enthalten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Gurtbereich mit dem besagten Stegbereich einstückig oder integral ausgebildet ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Versteifungselement ein oder mehrere zusätzliche Verstärkungselemente enthält, die mit der Teilschicht oder deren Flächenelementen nicht einstückig oder integriert ausgebildet sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hat das Versteifungselement einen umgekehrt L-förmigen oder J-förmigen Querschnitt, von dem der senkrechte Schenkel den Stegbereich und der andere Schenkel den Gurtbereich bildet.
Die das Versteifungselement bildenden zwei Teilelemente können einen gleichgerichteten umgekehrt L- oder J-förmigen Querschnitt haben und aneinander so angepaßt sein, dass sie flächig aneinander anliegen und sich zu dem Versteifungselement mit umgekehrt L- oder J-förmigem Querschnitt ergänzen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung hat das Versteifungselement einen T-förmigen Querschnitt, von dem der senkrechte Schenkel den Stegbereich und der waagrechte Schenkel den Gurtbereich bildet.
Die das Versteifungselement bildenden zwei Teilelemente können jeweils einen entgegengerichteten umgekehrten L- oder J-förmigen Querschnitt haben und aneinander so angepaßt sein, dass sie teilweise flächig aneinander anliegen und sich zu dem T-förmigen Querschnitt des Versteifungselements ergänzen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat das Versteifungselement einen I-förmigen Querschnitt.
Die das Versteifungselement bildenden zwei Teilelemente können jeweils einen I-förmigen Querschnitt haben und aneinander so angepaßt sein, dass sie flächig aneinander anliegen und sich zu dem I-förmigen Querschnitt des Versteifungselements ergänzen.
Von den das Versteifungselement bildenden zwei Teilelementen kann das eine einen I-förmigen Querschnitt und das andere einen umgekehrt L-förmigen Querschnitt haben, wobei das Teilelement mit dem umgekehrt L-förmigen Querschnitt so an das Teilelement mit dem I-förmigen Querschnitt angepaßt ist, dass es flächig an diesem anliegt und die beiden Teilelemente sich zu dem I-förmigen Querschnitt des Versteifungselements ergänzen.
Gemäß wieder einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das Versteifungselement einen kastenförmigen Querschnitt, durch welchen zwei Stegbereiche und ein diese verbindender Gurtbereich gebildet ist.
Sind zwei das Versteifungselement bildende Teilelemente vorgesehen, können diese einen entgegengerichteten L- oder J-förmigen Querschnitt haben und so aneinander angepaßt sein, dass sie im Gurtbereich flächig aneinander anliegen und sich zu dem kastenförmigen Querschnitt des Versteifungselements ergänzen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können die Teilelemente einen zwischen dem Stegbereich und der Teilschicht befindlichen Y-förmigen Übergangsbereich bilden.
Zwischen den Stegbereichen der das Versteifungselement bildenden Teilelemente kann ein zusätzliches Verstärkungselement angeordnet sein.
An der dem Stegbereich entgegengesetzten Seite des Gurtbereichs des Versteifungselements kann ein zusätzliches Verstärkungselement angeordnet sein, welches längs des Gurtbereichs verläuft und sich mindestens über die Breite desselben erstreckt.
Hierbei kann das zusätzliche Verstärkungselement einen umgekehrt U-förmigen Querschnitt haben und den Gurtbereich der mit der Teilschicht einstückig ausgebildeten Teilelemente des Versteifungselements seitlich überlappen und an diesen anliegen.
Hierbei kann zwischen dem Verstärkungselement mit dem umgekehrt U-förmigen Querschnitt und dem Gurtbereich der mit der Teilschicht einstückig ausgebildeten Teilelemente des Versteifungselements ein weiteres Verstärkungselement angeordnet sein, welches bandförmig ist.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung können die Teilelemente zwischen dem Stegbereich und der Teilschicht einen gekröpften Übergangsbereich mit einem dadurch ausgesparten, im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen, in welchem ein weiteres Verstärkungselement angeordnet ist, das bandförmig ist.
Das Versteifungselement und die Teilschicht, mit welcher das Versteifungselement einstückig oder integral ausgebildet ist, können aus einer Metallegierung hergestellt sein.
Das Versteifungselement und die Teilschicht, mit welcher das Versteifungselement einstückig oder integral ausgebildet ist, können aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sein.
Die zusätzlichen Verstärkungselemente können aus einer Metallegierung hergestellt sein.
Die zusätzlichen Verstärkungselemente können aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sein.
Die Teilschichten der Außenhaut können durch Klebung miteinander verbunden sein.
Die Teilelemente der Versteifungselemente und die Verstärkungselemente können durch Klebung miteinander verbunden sein.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
1a) eine schematisierte, perspektivische, geschnittene Ansicht eines Teils eines Flugzeugrumpfs, bei welchem ein Leichtbau-Strukturpanel gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung Anwendung finden können und 1b) eine perspektivische, geschnittene, vergrößerte Ansicht durch ein solches Leichtbau-Strukturpanel;
2 eine perspektivische, geschnittene Ansicht durch ein Leichtbau-Strukturpanel gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine perspektivische, geschnittene Ansicht einer Teilschicht des in 2 gezeigten Leichtbau-Strukturpanels, wobei diese Teilschicht einstückig oder integral ausgebildete Versteifungselemente aufweist; und
4 bis 13 vergrößerte, perspektivische, geschnittene Ansichten von Ausschnitten von Leichtbau-Strukturpanelen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung.
1a) zeigt perspektivisch, geschnitten und schematisiert einen Teil eines Flugzeugrumpfs, in welchem Leichtbau-Strukturpanele gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung zur Herstellung der Außenhaut Verwendung finden können.
In 1b) ist etwas schematisiert, vergrößert, perspektivisch und geschnitten ein Teil eines solchen Leichtbau-Strukturpanels dargestellt, das eine flächig ausgedehnte Außenhaut 1 gegebener Dicke und mit dieser verbundene, in einem gegebenen Abstand zueinander angeordnete Versteifungselemente 11 umfaßt. Die Außenhaut 1 ist durch Teilschichten 2, 3 gebildet, die jeweils in Flächenrichtung des Leichtbau-Strukturpanels 4 ausgedehnt sind und die sich in Dickenrichtung zur Dicke der Außenhaut 1 ergänzen. Die Teilschichten 2, 3 sind miteinander flächig verbunden, wobei diese Verbindung bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Klebung mit einer Klebeschicht 5 hergestellt ist.
An einer Seite des Leichtbaustrukturpanels 4, welche der Innenseite des Flugzeugrumpfs, vgl. 1a), zugewandt ist, sind Versteifungselemente 11 vorgesehen, die mit einer der beiden Teilschichten 2, 3 der Außenhaut 1, nämlich der innenliegenden Teilschicht 3 integral oder einstückig ausgebildet sind. Mit anderen Worten, die Außenhaut 1 ist durch eine erste Teilschicht 2 und eine zweite Teilschicht 3 gebildet und die Versteifungselemente 11 sind mit der zweiten Teilschicht 3 einstückig oder integral ausgebildet.
Wie 2 zeigt, ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Teilschicht 3, mit welcher die Versteifungselemente 11 einstückig oder integral ausgebildet sind, aus mehreren Flächenelementen 3a, 3b, 3c gebildet, welche jeweils von einem Versteifungselement 11 bis zum nächsten Versteifungselement 11 reichen und in Flächenrichtung, also in der Ebene der Außenhaut 1 aneinandergefügt sind. Die Flächenelemente 3a, 3b, 3c der Teilschicht 3, mit welchen die Versteifungselemente 11 einstückig oder integral ausgebildet sind, können jeweils ein oder mehrere Versteifungselemente beinhalten.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Versteifungselemente 11 jeweils durch zwei Teilelemente 12, 13 gebildet, von denen das eine an der einen Seite eines ersten Flächenelements 3a und das andere an der anderen Seite eines diesem benachbarten zweiten Flächenelements 3b angeordnet ist, so dass die Versteifungselemente 11 jeweils durch die zwei Teilelemente 12, 13 benachbarter Flächenelemente 3a, 3b zusammengesetzt sind. Es ist ersichtlich, dass die Flächenelemente 3a, 3b, 3c zumindest im wesentlichen gleich ausgebildet sind, nämlich jeweils auf der einen Seite ein erstes Teilelement 12 und auf der anderen Seite ein zweites Teilelement 13 aufweisen, wobei diese ersten und zweiten Teilelemente 12, 13 zusammen jeweils ein Versteifungselement 11 ergeben. Die Teilelemente 12, 13 der Versteifungselemente 11 sind miteinander verbunden, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Klebeschicht 5.
Die in den 4 bis 13 vergrößert und detailliert dargestellten verschiedenen Ausführungsbeispiele ähneln dem der 2 insofern, als dass die Außenhaut 1 durch eine erste Teilschicht 2 und eine zweite Teilschicht 3 gebildet ist und die Versteifungselemente 11; 21; 31; 41; 51 mit der zweiten Teilschicht 3 einstückig oder integral ausgebildet sind. Ebenfalls besteht bei diesen Ausführungsbeispielen die Teilschicht 3, mit welcher die Versteifungselemente 11; 21; 31; 41; 51 einstückig ausgebildet sind, aus mehreren Flächenelementen 3a, 3b, welche in Flächenrichtung, also in der Ebene der Außenhaut 1 aneinandergefügt sind. Auch sind die Versteifungselemente 11; 21; 31; 41; 51 jeweils durch zwei Teilelemente 12; 22; 32; 42; 52 bzw. 13; 23; 33; 43; 53 gebildet, von denen das eine an der einen Seite des einen Flächenelements 3a und das andere an der anderen Seite des diesem benachbarten anderen Flächenelements 3b angeordnet ist, so dass die Versteifungselemente 11; 21; 31; 41; 51 jeweils durch das eine Teilelement 12; 22; 32; 42; 52 des einen Flächenelements 3a und des anderen Teilelements 13; 23; 33; 43; 53 des benachbarten Flächenelements 3b gebildet sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Flächenelemente aber auch mehr als zwei Versteifungselemente aufweisen.
Bei den Ausführungsbeispielen, die in 4, 5, 7, 8, 9 und 10 gezeigt sind, sind die Versteifungselemente 11; 21; 41; 51 ausschließlich durch die jeweiligen Teilelemente 12, 13 bzw. 22, 23 bzw. 42, 43 bzw. 52, 53 gebildet, die mit der Teilschicht 3 einstückig oder integral ausgebildet sind.
Demgegenüber sind bei den Ausführungsbeispielen, die in 6, 11, 12 und 13 gezeigt sind, die Versteifungselemente 31 so ausgebildet, dass sie einen Bereich enthalten, der mit der Teilschicht 3 bzw. deren Flächenelementen 3a, 3b einstückig ausgebildet ist, bestehend in den ersten Teilelementen 32 und den zweiten Teilelementen 33, und einen weiteren Bereich, bzw. weitere Bereiche, der bzw. die durch ein oder mehrere zusätzliche Verstärkungselemente 36, 37, 38, 39 gebildet sind, die mit dem Bereich 32, 33, der mit der Teilschicht 3 bzw. deren Flächenelementen 3a, 3b einstückig ausgebildet ist, verbunden sind. Die Verbindung kann wiederum in Form von Klebeschichten bestehen, die in den Figuren jedoch nicht eigens dargestellt sind.
Bei allen in den 2 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispielen enthält das Versteifungselement 11; 21; 31; 41; 51 einen im wesentlichen senkrecht zur Flächenrichtung der Außenhaut 1 bzw. deren Teilschichten 2, 3 angeordneten und sich in einer Längsrichtung entlang derselben erstreckenden Stegbereich 12a, 13a; 22a, 23a; 32a, 33a; 42a, 43a; 52a, 53a, der durch die jeweiligen Teilelemente 12, 13; 22, 23; 32, 33; 42, 43; 52, 53 gebildet und mit der Teilschicht 3 bzw. deren Flächenelementen 3a, 3b, 3c einstückig oder integral ausgebildet ist.
Weiterhin sind die Versteifungselemente 11; 21; 31; 41; 51 der in den 4, 5, 6 und 8 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispiele so ausgebildet, dass sie einen sich im wesentlichen parallel zur Flächenrichtung der Außenhaut 1 bzw. deren Teilschichten 2, 3 erstreckenden Gurtbereich 12b, 13b; 22b, 23b; 32b, 33b; 42b; 52b, 53b enthalten. Dieser ist wieder an dem jeweiligen Teilelement 12, 13; 22, 23; 32, 33; 42; 52, 53 des entsprechenden Versteifungselements 11; 21; 31; 41; 51 vorgesehen und einstückig oder integral ausgebildet mit dem entsprechenden Stegbereich 12a; 22a; 32a; 42a; 52a bzw. 13a; 23a; 33a; 53a desselben.
Bei den in den 2, 4, 5 und 10 dargestellten Ausführungsbeispielen hat das Versteifungselement 11; 21 einen umgekehrt L-förmigen oder J-förmigen Querschnitt, von dem der senkrechte Schenkel den Stegbereich 12a, 13a; 22a, 23a und der andere Schenkel den Gurtbereich 12b, 13b; 22b, 23b bildet (die jeweils durch die beiden Teilelemente 12, 13; 22, 23 gebildet sind). Dabei haben die beiden das Versteifungselement 11; 21 bildenden zwei Teilelemente 12, 13; 22, 23 einen gleichgerichteten umgekehrten L- oder J-förmigen Querschnitt und sind aneinander so angepaßt, dass sie flächig aneinander anliegen und sich zu dem besagten umgekehrten L- oder J-förmigen Querschnitt des Versteifungselements 11; 21 ergänzen.
Bei den Ausführungsbeispielen der 6 und der 11 bis 13 hat das Versteifungselement 31 allgemein einen T-förmigen Querschnitt, von dem der senkrechte Schenkel den Stegbereich 32a, 33a und der waagrechte Schenkel den Gurtbereich 32b, 33b bildet (die jeweils durch die beiden Teilelemente 12, 13; 22, 23 gebildet sind), indem die das Versteifungselement 31 bildenden zwei Teilelemente 32, 33 einen entgegengerichteten umgekehrten L- oder J-förmigen Querschnitt haben und aneinander so angepaßt sind, dass sie teilweise flächig aneinander anliegen und sich zu dem besagten T-förmigen Querschnitt des Versteifungselements 31 ergänzen.
Bei den Ausführungsbeispielen der 7 und 8 hat das Versteifungselement 41 einen I-förmigen Querschnitt. Im Falle des in 7 gezeigten Ausführungsbeispiels haben die beiden das Versteifungselement 41 bildenden Teilelemente 42, 43 jeweils einen I-förmigen Querschnitt und liegen flächig so aneinander an, dass sie sich zu dem besagten I-förmigen Querschnitt des Versteifungselements 41 ergänzen. Bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel hat von dem das Versteifungselement 41 bildenden zwei Teilelementen 42, 43 das eine Teilelement 43 einen I-förmigen Querschnitt und das andere Teilelement 42 einen umgekehrt L-förmigen Querschnitt, wobei das Teilelement 42 mit dem umgekehrt L-förmigen Querschnitt so an das Teilelement 43 mit dem I-förmigen Querschnitt angepaßt ist, dass es flächig an diesem anliegt und dass die beiden Teilelemente 42, 43 sich zu dem besagten I-förmigen Querschnitt des Versteifungselements 41 ergänzen.
Gemäß dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Versteifungselement 51 einen kastenförmigen Querschnitt, welcher zwei Stegbereiche 52a, 53a, die zu den Schichten 2, 3 der Außenhaut 1 senkrecht sind, und einen diese verbindenden Gurtbereich 52b, 53b, der zu den Schichten 2, 3 der Außenhaut 1 parallel ist, bildet. Das Versteifungselement 51 ist durch zwei Teilelemente 52, 53 gebildet, die einen entgegengerichteten umgekehrt L-förmigen Querschnitt haben und so aneinander angepaßt sind, dass sie im Gurtbereich 52b, 53b flächig aneinander anliegen und sich zu dem kastenförmigen Querschnitt des Versteifungselements 51 ergänzen.
Bei dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel bilden die Teilelemente 22, 23 des Versteifungselements 21 zwischen ihren Stegbereichen 22a, 23a und der Teilschicht 3a, 3b, mit der die Teilelemente 22, 23 einstückig oder integral ausgebildet sind, einen Y-förmigen Übergangsbereich 22c, 23c, welcher eine zusätzliche Verstärkung des Versteifungselements 21 bewirkt.
Bei dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zwischen den Stegbereichen 32a, 33a der das Versteifungselement 31 bildenden Teilelemente 32, 33 ein zusätzliches Verstärkungselement 37 angeordnet.
Die Ausführungsbeispiele der 11 bis 13 umfassen jeweils an der der Teilschicht 3, 3a, 3b entgegengesetzten Seite des Gurtbereichs 32b, 33b ein zusätzliches Verstärkungselement 36, welches einen umgekehrt U-förmigen Querschnitt hat und dem Gurtbereich 32b, 33b der mit der Teilschicht 3, 3a, 3b einstückig ausgebildeten Teilelemente 32, 33 seitlich überlappt und an diesen anliegt. Zusätzlich ist bei dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen diesem Verstärkungselement 36 mit umgekehrt U-förmigem Querschnitt und dem Gurtbereich 32b, 33b der Teilelemente 32, 33 ein weiteres Verstärkungselement 38 angeordnet, welches bandförmig ausgebildet ist.
Das Versteifungselement 31 des in 13 dargestellten Ausführungsbeispiels hat Teilelemente 32, 33, welche zwischen ihrem Stegbereich 32a, 33a und der Teilschicht 3, 3a, 3b, mit der sie einstückig oder integral ausgebildet sind, einen gekröpften Übergangsbereich 32d, 33d mit einem dadurch ausgesparten, im wesentlichen rechteckigen Querschnitt bilden, in welchem ein weiteres Verstärkungselement 39 angeordnet ist, das bandförmig ist.
Das Versteifungselement 11; 21; 31; 41; 51 aller Ausführungsbeispiele und die Teilschicht 3, 3a, 3b, 3c, mit welcher dieses einstückig oder integral ausgebildet ist, kann aus einer Metallegierung hergestellt sein oder es kann aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sein. Die zusätzlichen Verstärkungselemente 36, 37, 38, 39 können aus dem gleichen Material hergestellt sein oder aus einem anderen, beispielsweise kann eine Metallegierung für die zusätzlichen Verstärkungselemente 36, 37, 38, 39 mit einem Faserverbundwerkstoff für die mit der Teilschicht 3, 3a, 3b, 3c einstückig oder integral ausgebildeten Teile des Versteifungselements 11; 21; 31; 41; 51 kombiniert werden, oder umgekehrt. Wie bereits weiter oben beschrieben, können die Teilschichten 2, 3 der Außenhaut 1 miteinander durch Klebung verbunden sein, ebenso die Teilelemente und Verstärkungselemente.
Die Versteifungselemente 11; 21; 31; 41; 51 können durch Teilelemente gebildet oder einstückig ausgebildet sein. Bei einstückiger Ausbildung sind die in den Figuren getrennt dargestellten Teilelemente 12, 13; 22, 23; 32, 33; 42, 43 bzw. 52, 53 integral in Form eines Teils ausgebildet. Die Verbindungsfläche zwischen benachbarte Versteifungselemente tragenden Flächenelementen liegt dann im Hautfeld, bzw. in der zweiten Teilschicht 3, mit der die Versteifungselemente 11; 21; 31; 41; 51 integral ausgebildet sind.

1: Außenhaut
2: erste Teilschicht
3: zweite Teilschicht
3a, 3b, 3c: Flächenelement
4: Leichtbau-Strukturpanel
5: Klebeschicht
11; 21; 31; 41; 51: Versteifungselement
12; 22; 32; 42; 52: Teilelement
13; 23; 33; 43; 53: Teilelement
12a; 22a; 32a; 42a; 52a: Stegbereich
13a; 23a; 33a; 43a; 53a: Stegbereich
12b; 22b; 32b; 42b; 52b: Gurtbereich
13b; 23b; 33b; 53b: Gurtbereich
32c, 33c: Übergangsbereich
32d, 33d: Übergangsbereich
36: Verstärkungselement
37; 38; 39: Verstärkungselement
71; 81: Versteifungselement

Claims

Leichtbau-Strukturpanel, das eine flächig ausgedehnte Außenhaut (1) gegebener Dicke und mit dieser verbundene, in einem gegebenen Abstand zueinander angeordnete Versteifungselemente (11; 21; 31; 41; 51) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (1) durch Teilschichten (2, 3) gebildet ist, die jeweils in Flächenrichtung des Leichtbau-Strukturpanels (4) ausgedehnt sind und sich in Dickenrichtung zur Dicke der Außenhaut (1) ergänzen und miteinander verbunden sind, wobei die Versteifungselemente (11; 21; 31; 41; 51) mit einer der Teilschichten (2, 3) einstückig oder integral ausgebildet sind.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (1) durch eine erste Teilschicht (2) und eine zweite Teilschicht (3) gebildet ist, und dass die Versteifungselemente (11; 21; 31; 41; 51) mit der zweiten Teilschicht (3) einstückig oder integral ausgebildet sind.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilschicht (3), mit welcher die Versteifungselemente (11; 21; 31; 41; 51) einstückig oder integral ausgebildet sind, aus mehreren Flächenelementen (3a, 3b, 3c) besteht, welche in Flächenrichtung aneinandergefügt sind.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenelemente (3a, 3b, 3c) der Teilschicht (3), mit welcher die Versteifungselemente (11; 21; 31; 41; 51) einstückig oder integral ausgebildet sind, jeweils ein oder mehrere Versteifungselemente (11; 21; 31; 41; 51) beinhalten.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungselemente (11; 21; 31; 41; 51) jeweils durch mehrere Teilelemente (12, 13; 22, 23; 32, 33; 42, 43; 52, 53) gebildet sind, die mit verschiedenen Flächenelementen (3a, 3b) einstückig oder integral ausgebildet und miteinander verbunden sind.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungselemente (11; 21; 31; 41; 51) jeweils durch zwei Teilelemente (12, 13; 22, 23; 32, 33; 42, 43; 52, 53) gebildet sind, von denen das eine mit einem ersten Flächenelement (3a) und das andere mit einem diesem benachbarten zweiten Flächenelement (3b) einstückig oder integral ausgebildet ist, so dass die Versteifungselemente (11; 21; 31; 41; 51) jeweils durch die Teilelemente (12; 22; 32; 42; 52 bzw. 13; 23; 33; 43; 53) der benachbarten Flächenelemente (3a bzw. 3b) gebildet sind.
Leichtbau-Strukturpanel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (31) einen Bereich (32, 33) enthält, der mit der Teilschicht (3) oder deren Flächenelementen (3a, 3b) einstückig ausgebildet ist, und einen weiteren Bereich, der durch ein oder mehrere zusätzliche Verstärkungselemente (36, 37, 38, 39) gebildet ist, die mit dem Bereich (32, 33), der mit der Teilschicht (3) oder deren Flächenelementen (3a, 3b) einstückig oder integral ausgebildet ist, verbunden sind.
Leichtbau-Strukturpanel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (11; 21; 31; 41; 51) einen im wesentlichen senkrecht zur Flächenrichtung der Außenhaut (2, 3) angeordneten und sich in einer Längsrichtung entlang dieser erstreckenden Stegbereich (12a, 13a; 22a, 23a; 32a, 33a; 42a, 43a; 52a, 53a) enthält, der mit der Teilschicht (3) oder deren Flächenelementen (3a, 3b) einstückig ausgebildet ist.
Leichtbau-Strukturpanel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (11; 21; 31; 41; 51) einen sich im wesentlichen parallel zur Flächenrichtung der Außenhaut (1) erstreckenden Gurtbereich (12b, 13b; 22b, 23b; 32b, 33b; 42b; 52b, 53b) enthält.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gurtbereich (12b; 22b; 32b; 42b; 52b bzw. 13b; 23b; 33b; 53b) mit dem Stegbereich (12a; 22a; 32a; 42a; 52a bzw. 13a; 23a; 33a; 53a) einstückig oder integral ausgebildet ist.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 7, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (31) ein oder mehrere zusätzliche Verstärkungselemente (36, 37, 38, 39) enthält, die mit der Teilschicht (3) oder deren Flächenelementen (3a, 3b, 3c) nicht einstückig oder integral ausgebildet sind.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (11; 21) einen umgekehrt L-förmigen oder J-förmigen Querschnitt hat, von dem der senkrechte Schenkel den Stegbereich (12a, 13a; 22a, 23a) und der andere Schenkel den Gurtbereich (12b, 13b; 22b, 23b) bildet.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 12 in Verbindung mit Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die das Versteifungselement (11; 21) bildenden zwei Teilelemente (12, 13; 22, 23) jeweils einen gleichgerichteten umgekehrt L- oder J-förmigen Querschnitt haben und aneinander so angepaßt sind, dass sie flächig aneinander anliegen und sich zu dem Versteifungselement (11; 21) mit dem umgekehrt L-förmigen oder J-förmigen Querschnitt ergänzen.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (31) einen T-förmigen Querschnitt hat, von dem der senkrechte Schenkel den Stegbereich (32a, 33a) und der waagrechte Schenkel den Gurtbereich (32b, 33b, 36) bildet.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 14 in Verbindung mit Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die das Versteifungselement (31) bildenden zwei Teilelemente (32, 33) jeweils einen entgegengerichteten umgekehrten L-förmigen oder J-förmigen Querschnitt haben und aneinander so angepaßt sind, dass sie teilweise flächig aneinander anliegen und sich zu dem T-förmigen Querschnitt des Versteifungselements (31) ergänzen.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (41) einen I-förmigen Querschnitt hat.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 16 in Verbindung mit Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die das Versteifungselement (41) bildenden zwei Teilelemente (42, 43) jeweils einen I-förmigen Querschnitt haben und aneinander so angepaßt sind, dass sie flächig aneinander anliegen und sich zu dem I-förmigen Querschnitt des Versteifungselements (41) ergänzen.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 16 in Verbindung mit Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass von den das Versteifungselement (41) bildenden zwei Teilelementen (42, 43) das eine einen I-förmigen Querschnitt und das andere einen umgekehrt L-förmigen Querschnitt hat, wobei das Teilelement (42) mit dem umgekehrt L-förmigen Querschnitt so an das Teilelement (43) mit dem I-förmigen Querschnitt angepaßt ist, dass es flächig an diesem anliegt und die beiden Teilelemente (42, 43) sich zu dem I-förmigen Querschnitt des Versteifungselements (41) ergänzen.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (51) einen kastenförmigen Querschnitt hat, durch welchen zwei Stegbereiche (52a, 53a) und ein diese verbindender Gurtbereich (52b, 53b) gebildet ist.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die das Versteifungselement (51) bildenden zwei Teilelemente (52, 53) einen entgegengerichteten umgekehrt L- oder J-förmigen Querschnitt haben und so aneinander angepaßt sind, dass sie im Gurtbereich (52b, 53b) flächig aneinander anliegen und sich zu dem kastenförmigen Querschnitt des Versteifungselements (51) ergänzen.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (22, 23) einen zwischen dem Stegbereich (22a, 23a) und der Teilschicht (3, 3a, 3b) befindlichen Y-förmigen Übergangsbereich (22c, 23c) bilden.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 15, 17 oder 21 in Verbindung mit Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Stegbereichen (32a, 33a) der das Versteifungselement (31) bildenden Teilelemente (32, 33) ein zusätzliches Verstärkungselement (37) angeordnet ist.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 14 oder 15 in Verbindung mit Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der der Teilschicht (3, 3a, 3b) entgegengesetzten Seite des Gurtbereichs (32b, 33b) des Versteifungselements (31) ein zusätzliches Verstärkungselement (36; 36, 38) angeordnet ist, welches längs des Gurtbereichs (32b, 33b) verläuft und sich mindestens über die Breite desselben erstreckt.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Verstärkungselement (36) einen umgekehrt U-förmigen Querschnitt hat und den Gurtbereich (32b, 33b) der mit der Teilschicht (3, 3a, 3b) einstückig oder integral ausgebildeten Teilelemente (32, 33) des Versteifungselements (31) seitlich überlappt und an diesen anliegt.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verstärkungselement (36) mit dem umgekehrt U-förmigen Querschnitt und dem Gurtbereich (32b, 33b) der mit der Teilschicht (3, 3a, 3b) einstückig oder integral ausgebildeten Teilelemente (32, 33) des Versteifungselements (31) ein weiteres Verstärkungselement (38) angeordnet ist, welches bandförmig ist.
Leichtbau-Strukturpanel nach Anspruch 15 oder 17 in Verbindung mit Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (32, 33) zwischen dem Stegbereich (32a, 33a) und der Teilschicht (3, 3a, 3b) einen gekröpften Übergangsbereich (32d, 33d) mit einem dadurch ausgesparten, im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen, in welchem ein weiteres Verstärkungselement (39) angeordnet ist, welches bandförmig ist.
Leichtbau-Strukturpanel nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (11; 21; 31; 41; 51) und die Teilschicht (3, 3a, 3b, 3c), mit welcher das Versteifungselement (11; 21; 31; 41; 51) einstückig ausgebildet ist, aus einer Metallegierung hergestellt sind. 28. Leichtbau-Strukturpanel nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (11; 21; 31; 41; 51) und die Teilschicht (3, 3a, 3b, 3c), mit welcher das Versteifungselement (11; 21; 31; 41; 51) einstückig ausgebildet ist, aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sind.
Leichtbau-Strukturpanel nach einem der Ansprüche 7 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Verstärkungselemente (36, 37, 38, 39) aus einer Metallegierung hergestellt sind.
Leichtbau-Strukturpanel nach einem der Ansprüche 7 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Verstärkungselemente (36, 37, 38, 39) aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sind.
Leichtbau-Strukturpanel nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilschichten (2, 3) der Außenhaut (1) durch Klebung miteinander verbunden sind.
Leichtbau-Strukturpanel nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (32, 33) und die Verstärkungselemente (36, 37, 38, 39) der Versteifungselemente (31) durch Klebung miteinander verbunden sind.