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Die
Erfindung betrifft eine Rumpfstruktur, insbesondere eine Rumpfstruktur
zur Verwendung im Flugzeugbau.
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Gegenwärtige Flugzeugrumpfstrukturen
von herkömmlichen
Transportflugzeugen bestehen üblicherweise
aus versteiften Panelen, die durch umlaufende Spanten verstärkt sind,
wobei die Spanten mittels Clipse (Shear Clips) mit der Flugzeugrumpfhaut verbunden
sind. Die Clipse werden üblicherweise
mit der Flugzeughaut, dem Rahmen und in bestimmten Fällen mit
Stringern vernietet. Diese Clipse dienen dazu Lasten zwischen der
Flugzeughaut und dem Spanten zu übertragen.
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Bei
der Herstellung eines Flugzeugrumpfs wird in Zukunft ein Schweißverfahren
verwendet, um Flugzeugrumpfpanelen in Längsrichtung miteinander zu
verbinden. Die Schweißverbindung
kann beispielsweise eine Stoßverbindung
oder eine überlappende
Verbindung sein und die herkömmliche
vernietete überlappende
Verbindung ersetzen. Der Bereich der Längsverbindung, egal ob geschweißt oder
vernietet, muss mittels eines geeigneten Clips an dem Spanten befestigt
werden.
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Die
Verwendung eines herkömmlichen
Clips ist jedoch nicht geeignet, wenn Flugzeugrumpfpanele in Längsrichtung
mittels Schweißen
zu einer Flugzeugrumpfaußenhaut
verbunden werden. Die herkömmliche
Bauweise der Clips hat den Nachteil, dass während der Herstellung der Flugzeugrumpfaußenhaut
die Clips und Spante mittels Nieten an allen Orten montiert werden,
die von den Längsnähten der Panelen
entfernt liegen. Die versteifte Außenhaut bzw. die Panelen werden
dann mittels einer geeigneten Schweißtechnik in Längsrichtung
verbunden. Nach dem Schweißen
wird in dem Schweißbereich der
Clip installiert. Dies hat eine nicht optimale Herstellungsfolge
zur Folge, da es notwendig ist, den Nietvorgang zweimal durchzuführen.
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Ein
weiterer Nachteil der herkömmlichen Bauweise
der Clips liegt darin, dass die Schweißnaht zur lokalen Oberflächenbehandlung
(z.B. Korrosionsschutz) nicht zugänglich ist. Es ist notwendig,
eine Oberflächenbehandlung
der Schweißnaht
vor der Montage der Clipse in dem Schweißbereich durchzuführen. Die
Flugzeugrumpfpanele müssen
vor Korrosion geschützt
werden und durch geeignete Oberflächenbehandlungen auf die Lackierung
vorbereitet werden. Die Oberflächenbehandlung
muss vor der Installation der Spante und der Clipse durchgeführt werden,
die globale Behandlung der Schweißoberfläche soll jedoch nur nach dem
Schweißen
erfolgen. Das Nieten, das Schweißen und die Oberflächenbehandlung
stellen somit getrennte Herstellungsschritte dar, so dass es bei
der herkömmlichen
Bauweise der Clipse notwendig ist, zwischen diesen Schritten hin und
her zu springen, was zeitaufwendig und kostenintensiv ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung einer Rumpfstruktur, mit der die
oben genannten Nachteile überwunden
werden.
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Die
Lösung
der gestellten Aufgabe ist dem Patentanspruch 1 zu entnehmen. Vorteilhafte
Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Rumpfstruktur
enthält
eine Mehrzahl von Elementen, die in Längsrichtung durch Schweißverbindungen
miteinander befestigt sind. Die Rumpfstruktur enthält ferner
eine Mehrzahl von umlaufenden Spanten, die mit der Mehrzahl von
Elementen in Verbindung stehen und im Wesentlichen senkrecht zur
Längsrichtung
der Elemente verlaufen, wobei eine Mehrzahl von Clips derart zwischen
den Elementen und den Spanten angeordnet ist, dass die jeweiligen
Schweißverbindungen
der Elemente nicht abgedeckt werden.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung der Erfindung enthält die Rumpfstruktur ferner
eine Mehrzahl von Stringern, die über ein separates Winkelelement mit
dem Spanten verbunden sind.
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Gemäß einer
weiteren Weiterentwicklung der Erfindung ist jeder Clip im Schweißbereich
zwischen zwei Stringern angeordnet, wobei ein Endbereich jedes Clips
mit einem entsprechenden Element verbunden ist, und ein anderer
Endbereich jedes Clips mit einem entsprechenden Spante verbunden ist.
Der eine Endbereich weist optional einen zusätzlichen Winkel auf, um die
Verbindung des Clips mit dem entsprechenden Element zu verstärken.
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Gemäß einer
anderen Weiterentwicklung der Erfindung weist jeder Clip an seinem
Endbereich eine Aussparung auf, durch die eine entsprechende Schweißverbindung
der Elemente verläuft.
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Gemäß einer
weiteren Weiterentwicklung der Erfindung sind die Clips, die Spanten
und die Stringer durch Nieten miteinander in Verbindung.
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Die
erfindungsgemäße Rumpfstruktur
hat den Vorteil, dass die Flugzeugrumpfhaut und die Rahmen über den
Clip derart verbunden werden, dass die Schweißoberfläche vollständig zugreifbar bleibt, wenn
der Clip installiert ist, und dass die Flugzeugrumpfpanelen mit
bereits vorinstalliertem Clip verschweißt werden können. Hierdurch kann die globale
Oberflächenbehandlung
vor dem Schweißen
erfolgen. Im Anschluss erfolgt die Installation aller vernieteter
und verklebter Verbindungen inklusive der des hier beschriebenen
Elements. Nach dem Schweißen
kann dann die Oberflächenbehandlung im
Bereich der Schweißung
durchgeführt
werden. Ferner kann mit bereits installierten Clips eine Oberflächenbehandlung
der Schweißnaht
durchgeführt werden.
Weitere Vorteile sind eine leichtere Detektion von Schäden und
eine einfachere Reparatur, z.B. ist es möglich die Längsverbindungen (Schweißnähte) zu
reparieren, ohne dass die Clips entfernt werden müssen. Zusätzliche
Vorteile der Erfindung liegen in dem vereinfachten Zugang bei Inspektionen, um
z.B. Ermüdungsrisse
zu finden und einer Vereinfachung der Reparatur im Bereich der Erfindung
bzw. der Schweißnaht
ohne die Notwendigkeit der Deinstallation der vorinstallierten Clips.
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Im
Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben. Es zeigen
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1 eine
Teilansicht einer Rumpfstruktur, die einen Clip gemäß dem Stand
der Technik zeigt;
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2 Teilansichten
einer Rumpfstruktur gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung von vorne und von hinten;
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3 eine
Teilansicht einer Rumpfstruktur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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4 eine
schematische Detaileilansicht einer Rumpfstruktur gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel.
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In
den Figuren werden gleiche oder entsprechende Komponenten mit den
gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten versehen.
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1 zeigt
eine Teilansicht einer Rumpfstruktur gemäß dem Stand der Technik, die
die oben genannten Nachteile aufweist.
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Die
Rumpfstruktur 1 enthält,
eine Flugzeugrumpfhaut 4 die über einen Clip 3 in
Verbindung mit Spante 8 ist. Stringer 2, die zu
Stabilisierungszwecken an dem Clip 3 angenietet sind, verlaufen
vorzugsweise parallel zueinander und dienen zum Versteifen einer
Flugzeugrumpfhaut 4. Die Flugzeugrumpfhaut 4 besteht üblicherweise
aus einer Mehrzahl von Panelen 5a, b, die über eine
in Längsrichtung
verlaufende Schweißnaht 6 miteinander
verbunden sind.
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Wie
in 1 gezeigt, ist der Clip 3 mittels Nieten 7 an
der Flugzeugrumpfhaut 4 befestigt, wobei die Schweißnaht 6 von
dem Clip 3 teilweise abgedeckt wird.
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Wie
in 1 gezeigt, wird die Flugzeugrumpfaußenhaut 4 über den
Clip 3 mit einem umlaufenden Spant 8 verbunden.
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2 zeigt
Teilansichten einer Rumpfstruktur 10 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung von vorne (links in der Figur) und von hinten (rechts
in der Figur).
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Die
Rumpfstruktur gemäß dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
enthält
Stringer 2, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Zwischen den Stringern 2 ist ein Clip 11 angeordnet,
der im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Stringer 2 verläuft und
die (Haut) Panele 5a mit dem Spant 8 verbindet.
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Wie
in 2 gezeigt, ist der Clip 11 vorzugsweise
mittels Nieten 7 an einer Flugzeugrumpfhaut 4 befestigt,
die aus einer Mehrzahl von Panelen 5a, b gebildet wird,
die in Längsrichtung
miteinander verschweißt
werden. In 2 ist eine in Längsrichtung verlaufende
Schweißnaht 6 zu
sehen, die im Wesentlichen parallel zu den Stringern 2 verläuft. Wie
in 2 zu erkennen, ist der Clip 11 derart
angeordnet, dass die Schweißnaht
frei liegend bleibt und von dem Clip 11 nicht abgedeckt
wird. Des Weiteren ist der Clip lediglich mit der Panele 5a verbunden,
so dass er installiert werden kann, bevor die Panelen 5a und 5b miteinander
verbunden werden. Durch Vernieten des Clips 11 nur mit
der Panele 5a ist es möglich
den Clip vor verschweißen
der Panelen 5a und 5b zu installieren.
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Gemäß dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird der Stringer, der näher an der Schweißnaht 6 liegt,
mittels eines Winkels 12 an einem Spant 8 befestigt,
um die Stringer zu stabilisieren, wobei der Spant 8 über den
Clip 11 mit der Flugzeugrumpfhaut 4 (bzw. mit
der Panele 5a) in Verbindung ist. Der Clip 11 erstreckt
sich im Wesentlichen senkrecht von der Panele 5a in Richtung
Spant 8.
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Ein
Endbereich 13 des Clips 11 über die Nieten 7 mit
der Panele 5a verbunden, wobei ein anderer Endbereich 14 des
Clips 11 mit dem Spant 8 verbunden ist, beispielsweise
mittels Nieten oder einer anderen geeigneten Verbindungstechnik.
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Wie
in der rechten Hälfte
der 2 zu erkennen, ist an dem Endbereich 13 des
Clips 11 ein Winkelelement 15 angeordnet, das
durch Nieten 7 mit der Flugzeugpanele 5a bzw.
mit der gleichen Panele verbunden, mit der auch der Clip 11 verbunden
ist. Das Winkelelement 15 erstreckt sich zwischen den Stringer 2 derart,
dass die Schweißnaht 6 freiliegend bleibt.
Dieses Winkelelement ist optional und hängt von der Laststruktur ab,
um die Tatsache zu kompensieren, dass die neue Bauweise des Clips
einen kleineren Verbindungsbereich mit der Flugzeugaußenhaut
hat. Die neue Clipbauweise führt
zu einer geringeren Länge
zwischen Clip und Haut bzw. Spant. Infolge einer kürzeren Länge kann
eine kleinere Kraft übertragen
werden. Dies soll durch den zweiten Winkel kompensiert werden.
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3 zeigt
eine Rumpfstruktur 20 gemäß einem zweiten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Rumpfstruktur 20 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von der Rumpfstruktur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
unter anderem in der Ausgestaltung des Clips 21.
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Die
verbleibenden in 3 gezeigten Bestandteile (Komponenten)
entsprechen denen gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
und werden nicht erneut beschrieben.
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Wie
in 3 gezeigt, erstreckt sich der Clip 21 zwischen
den Stringern 2 derart, dass die Stege der Stringer 2 berührt werden,
wobei jeder Clip mit nur einem Stringer 2 verbunden ist
und der Clip nicht die Stringer 2 miteinander verbindet.
Der Clip 21 enthält
eine Ausnehmung 22, wobei die längsverlaufende Schweißnaht 6 durch
die Ausnehmung 22 verläuft.
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist es nicht notwendig, dass ein Winkel vorgesehen wird, um den an
der Schweißnaht 6 liegenden
Stringer 2 mit dem Rahmen zu verbinden.
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Ähnlich wie
bei dem Clip 11 ist es mit dem Clip 21 möglich ein
Schweißen
und eine mögliche Oberflächenbehandlung
der Schweißnaht
durchzuführen
nachdem die Clips bereits installiert sind.
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4 zeigt
eine schematische Detaileilansicht einer Rumpfstruktur gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel werden
zwei Clips 30,31 vorgesehen. Wie in 4 gezeigt,
ist der Clip 30 mit der Panele 5a verbunden. Der
Clip 30 hat eine Ausnehmung 32, in die ein abgewinkelter
Bereich 33 des Stringer 2 hineinragt.
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Der
Clip 31 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
ist mit dem Stringer 2a und mit der Panele 5b verbunden.
Wie in der Figur gezeigt, wird eine Schweißnaht 6, die die Panelen 5a, 5b miteinander verbindet,
weder von dem Clip 5a noch von dem Clip 5b abgedeckt,
so dass die gleichen Vorteile erhalten werden, wie oben unter Bezugnahme
auf das erste und zweite Ausführungsbeispiel
beschrieben. In 4 sind keine Spante 8 gezeigt
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Obwohl
die Erfindung im Vorangegangenen unter Bezugnahme auf bevorzugte
Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, soll verstanden werden, dass dies nur beispielhaft
und nicht einschränkend ist.
So können
beispielsweise die Clipse 11, 21 gemäß dem ersten
und dem zweiten Ausführungsbeispiel
nur an derartigen Stellen angeordnet werden, wo zwei Flugzeugpanele
miteinander verschweißt werden.
In den übrigen
Bereichen zwischen den Stringers können herkömmliche Clips 3 verwendet werden,
um die Flugzeugrumpfhaut mit dem Spante zu verbinden.
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Ferner,
obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf einen Flugzeugrumpf beschrieben
wurde, soll verstanden werden, dass die Erfindung auch in anderen
Anwendungsbereichen eingesetzt werden kann, beispielsweise im Schiffsbau.
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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.