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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Versteifungselement für ein Luft-
oder Raumfahrzeug und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen
Versteifungselements für
ein Luft- oder Raumfahrzeug.
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Obwohl
auf beliebige Versteifungselemente anwendbar, werden die vorliegende
Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf Spanten
zur Versteifung einer Rumpfschale eines Flugzeugs näher erläutert.
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Üblicherweise
werden Rumpfschalen für Flugzeuge
in so genannter Leichtbauweise aus einer Außenhaut hergestellt, die an
der Innenseite durch eine zweidimensionale Struktur aus in Längsrichtung des
Flugzeugs verlaufenden Stringern und in Querrichtung verlaufenden
Spanten als Versteifungselementen verstärkt ist. Hierbei sind für die Stringer
unterschiedliche Profilformen bekannt, die beispielsweise einem „L", einem „Ω" oder einem auf dem
Kopf stehenden „T" gleichen. Dabei
bildet ein Teil des Profils jeweils einen Fußabschnitt des Stringers, der
auf der Innenseite der Außenhaut
flach aufliegt und mit dieser durch unterschiedliche Techniken wie
Vernieten, Verschweißen
oder Verkleben fest verbunden wird.
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Um
zur weiteren Versteifung in Querrichtung verlaufende Spanten in
die durch die Verbindung von Haut und Stringern gebildete Unterstruktur
einpassen zu können,
werden üblicherweise
an den Kreuzungsbereichen von Spanten und Stringern Aussparungen
an den Spanten vorgesehen, so dass die Stringer in der gemeinsam
mit den Spanten gebildeten Versteifungsstruktur durch die Aussparungen
unterhalb der Spanten hindurchgeführt sind. Die Verbindung des
Spants mit der Außenhaut
in den Bereichen zwischen den Aussparungen wird dabei entweder durch
einen separaten Clip, beispielsweise ein Blechumformteil, oder bei
einem so genannten Integraispant durch einen in den Spant integrierten
Fußabschnitt
hergestellt.
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Um
eine hohe mechanische Stabilität
zu erreichen, ist es wünschenswert,
den Clip bzw. den Fußabschnitt
des Spants nicht nur über
die Außenhaut
selbst, sondern auch über
Fußabschnitte
der Stringer, z.B. über
einen Fußabschnitt
eines Ω-
oder T-Stringers zu führen.
Da der Übergang
zwischen Außenhaut
und Fußabschnitt
des Stringers eine Stufe darstellt, muss der Clip bzw. der Fußabschnitt
des Spants entsprechend an die Form dieser Stufe angepasst werden,
um eine Fixierung des Spants sowohl im Bereich der Fußabschnitte
der Stringer als auch im Bereich der zwischen den Stringern freiliegenden Außenhaut
zu erreichen.
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Zum
Beispiel ist es möglich,
im Falle eines aus einem Blechumformteil gebildeten Clips der Form
der Stufe entsprechende Durchsetzungen bei der Herstellung im Blechumformteil
vorzusehen oder durch nachträgliche
Umformung anzubringen. Im Falle eines aus Aluminium oder einem anderen
Metall gefertigten Integralspants kann der Fußabschnitt durch Fräsen der
Form der stufenartigen Unterstruktur angepasst werden.
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Rumpfschalen,
Stringer und Spanten werden jedoch aus Gründen der Gewichtsersparnis
zunehmend aus Faserverbundwerkstoffen, insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK),
hergestellt. Sie weisen dabei einen Aufbau aus mehreren Schichten
Fasergelege auf, die mittels einer ausgehärteten Harzmatrix, insbesondere
Epoxidharz, miteinander verbunden sind. Hierbei ergibt sich das
Problem, dass ein stufenartiges Befräsen eines Fußabschnitts
eines aus CFK gefertigten Integralspants in der für einen
Aluminiumspant beschriebenen Weise unmöglich ist, da es beim Befräsen von CFK
in einer gegenüber
dem Faserverlauf stark geneigten Richtung zu Absplitterungen und
Delaminationen kommt.
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Ein
bei CFK-Integralspanten gegenwärtig eingesetztes
Verfahren sieht daher vor, zwischen den Fußabschnitt des Spants und tiefer
liegende Bereiche der stufenartigen Unterstruktur Beilegestücke einzufügen, um
die Stufen der Unterstruktur auszugleichen. Dieses Verfahren hat
den Nachteil, dass mit den Beilegestücken zahlreiche zusätzliche
Teile passgenau angefertigt werden müssen, was die Herstellungskosten
und das Gesamtgewicht der Struktur erhöht.
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Ein
weiteres Problem, das beim Einsatz von aus CFK gefertigten Integralspanten
auftritt, besteht darin, dass es aufgrund des Aushärtprozesses
bei der Herstellung der CFK-Spanten nicht dieselbe Maßgenauigkeit
erreicht werden kann, wie bei befrästen Aluminiumspanten. Auch
aus diesem Grund werden in der genannten Art und mit den genannten Nachteilen
Bellegestücke
eingesetzt.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Versteifungselement
zu schaffen, wobei insbesondere die Anpassung eines aus einem Faserverbundwerkstoff
gefertigten Versteifungselements an eine stufenartige Unterstruktur bei
geringen Kosten erreicht werden soll.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Versteifungselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 oder durch ein Verfahren zur Herstellung eines Versteifungselements
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
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Demgemäß wird ein
Versteifungselement zur Versteifung einer stufenartigen Unterstruktur,
insbesondere in einem Luft- oder Raumfahrzeug, bereitgestellt. Das
Versteifungselement weist einen Fußabschnitt mit einem Faserverbundwerkstoff
auf, der derart stufenartig geformt ist, dass er die Unterstruktur
im Wesentlichen ausfüllt.
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Ferner
wird ein Verfahren zur Herstellung eines Versteifungselements zur
Versteifung einer stufenartigen Unterstruktur für ein Luft- oder Raumfahrzeug
bereitgestellt. Die Verfahrensschritte werden im Folgenden kurz
beschrieben. Zunächst
wird ein Profilteil mit einem Fußabschnitt bereitgestellt,
der einen kohlenstofffaserverstärkten
Kunststoff aufweist. Daraufhin wird mindestens eine Lage eines glasfaserverstärkten Kunststoffs
auf den Fußabschnitt
auflaminiert. Anschließend
wird der glasfaserverstärkte Kunststoff
entsprechend einer stufenartigen Form befräst, die die Unterstruktur im
Wesentlichen ausfüllt.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin,
dass die Form des Fußabschnitts
des Versteifungselements entsprechend der Form der stufenartigen
Unterstruktur ausgebildet wird, so dass der Fußabschnitt beim Einfügen in die Unterstruktur
passgenau auf dieser aufsetzt. Dadurch wird die Verwendung von Beilagestücken zum Ausgleich
der Stufen unnötig,
wodurch sich eine Ersparnis von Herstellungskosten und Gewicht ergibt.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der
Erfindung.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Faserverbundwerkstoff
einen kohlenstofffaserverstärkten
Kunststoff auf. Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe sind wegen
ihres niedrigen Gewichts bei hoher Festigkeit in der Luft- und Raumfahrt
zu bevorzugen. Diese Maßnahme
erlaubt eine Optimierung des Versteifungselements hinsichtlich Festigkeit
und Gewicht. Dabei kann der Faserverbundwerkstoff sowohl insgesamt
als auch nur in einem Teil des Versteifungselements den kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff
aufweisen. Zum Beispiel kann der Faserverbundwerkstoff in einem Teil
des Versteifungselements glasfaserverstärkten Kunststoff aufweisen.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Faserverbundwerkstoff Fasern
auf, die entlang der stufenartigen Form des Fußabschnitts verlaufend angeordnet
sind. Durch diese Maßnahme
wird eine widerstandsfähige
Oberfläche
in einer die stufenartige Unterstruktur im Wesentlichen ausfüllende Form
bereitgestellt. Hierdurch wird sowohl der Einsatz von Beilagestücken als
auch der Einsatz zusätzlicher
Materialien wie z.B. von glasfaserverstärktem Kunststoff zusätzlich zu
kohlenstofffaserverstärktem
Kunststoff unnötig,
was zu einer besonderen Gewichtsersparnis führt.
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Bevorzugt
weist dabei der Fußabschnitt
entlang der stufenartigen Form eine konstante Dicke auf. Dies hat
den zusätzlichen
Vorteil, dass die Dicke entsprechend der benötigten mechanischen Stabilität gewählt werden
kann und gewichtserhöhende Aufdickungen
vermieden werden können.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Fußabschnitt
mindestens eine Lage von glasfaserverstärktem Kunststoff auf. Diese
ist an der Seite des Fußabschnitts
angeordnet, die derart stufenartig geformt ist, dass sie die Unterstruktur
im Wesentlichen ausfüllt.
Unter einer Lage ist hier ein einzelnes Fasergelege von Glasfasern
zu verstehen. Es kann auch eine Schicht aus glasfaserverstärktem Kunststoff
vorgesehen sein, die mehrere Lagen von Glasfasern umfasst. Durch
diese Maßnahme
ergibt sich der Vorteil, an der Oberfläche des Fußabschnitts überragende
Bearbeitungseigenschaften des glasfaserverstärkten Kunststoffs bereitstellen
zu können,
während
für den überwiegenden Teil
des Versteifungselements ein leichtes Material wie kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff
gewählt werden
kann.
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Glasfaserverstärkter Kunststoff
hat z.B. gegenüber
kohlenstofffaserverstärktem
Kunststoff den Vorteil, durch Fräsen
in beliebige Form gebracht werden zu können. Beispielsweise ist es
möglich,
den Fußbereich
durch Befräsen
des glasfaserverstärkten Kunststoffs
auf ein präziseres
Maß zu
bearbeiten, als bei Herstellung eines rein aus kohlenstoffverstärktem Kunststoff
bestehenden Versteifungselements möglich wäre. Eine Gefahr der unbeabsichtigten
Beschädigung
des kohlenstoffverstärktem
Kunststoffs durch zu starkes Befräsen besteht nicht, da die Kunststoffe an
ihrer Farbe leicht unterschieden werden können. Durch diese Maßnahme wird
die Anfertigung und Verwendung von Beilagestücken zum Ausgleich von Maßungenauigkeiten
unnötig,
was zu einer weiteren Kostenreduzierung führt. Weiterhin werden durch
die Lage von glasfaserverstärktem
Kunststoff Absplitterungen an Bohrlöchern vermieden, wenn z.B.
zur Vernietung des Fußabschnitts
mit der Unterstruktur Löcher
in den Fußabschnitt
gebohrt werden.
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Bevorzugt
weisen der kohlenstofffaserverstärkte
Kunststoff und die mindestens eine Lage des glasfaserverstärkten Kunststoffs
Fasern auf, die zueinander parallel verlaufen. Dies wird z.B. erreicht,
indem Glasfasergewebelagen in eine zur Herstellung des Versteifungselements
verwendete Laminiervorrichtung eingelegt und auflaminiert werden.
Durch die an der Grenzfläche
unbeschädigt
parallel verlaufenden Fasern wird eine stabile und einfach herzustellende
Verbindung erreicht.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die mindestens eine
Lage des glasfaserverstärkten
Kunststoffs entlang dem Fußabschnitt
eine stufenartige Veränderung
der Dicke auf. Diese stufenartige Veränderung ermöglicht es, dass der Fußabschnitt
auf eine entsprechende, umgekehrt geformte Stufe in der zu versteifenden
Unterstruktur passt, so dass der Fußabschnitt beim Einfügen in die Unterstruktur
zu beiden Seiten der Stufe mit der Unterstruktur flächig in
Kontakt tritt.
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Bevorzugt
ist dabei ein Teil der Fasern der mindestens einen Lage des glasfaserverstärkten Kunststoffs
an der stufenarti gen Veränderung
abgeschnitten. Da die stufenartige Veränderung ausschließlich im
glasfaserverstärkten
Kunststoff ausgebildet ist, kann die stufenartige Veränderung
nämlich durch
Fräsen
erzeugt werden. Der Fräsvorgang
kann im Gegensatz zur Herstellung des Versteifungselements durch
Laminierung leicht automatisiert werden. Dies hat den Vorteil, dass
z.B. eine Reihe von Versteifungselementen, die bei gleicher Grundform an
verschiedenen Stellen in dem Luft- oder Raumfahrzeug eingesetzt
werden sollen, wo aufgrund unterschiedlicher Unterstruktur jeweils
anders geformte stufenartige Veränderungen
am Fußbereich
benötigt werden,
aus identischen, in der gleichen Laminiervorrichtung hergestellten
Halbzeugen des Versteifungselements durch einfaches Umprogrammieren einer
numerisch gesteuerten Fräseinrichtung
hergestellt werden kann.
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Bevorzugt
weist die mindestens eine Lage des glasfaserverstärkten Kunststoffs
eine maximale Dicke von 1 bis 20 mm auf. Die Dicke kann dabei so gewählt werden,
dass alle vorkommenden stufenartigen Konturen der Unterstruktur
durch Befräsen
des glasfaserverstärkten
Kunststoffs erzeugt werden können,
ohne das Gewicht des Versteifungselements unnötig zu erhöhen.
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Weiterhin
bevorzugt weist die mindestens eine Lage des glasfaserverstärkten Kunststoffs
entlang dem Fußabschnitt
eine minimale Dicke von 0,1 mm bis 0,2 mm auf. Durch diese Maßnahme verbleibt stets
eine Restschicht des glasfaserverstärkten Kunststoffs, so dass
die Oberfläche
auch bei maximalem Abfräsen
z.B. vor Absplitterungen bei Bohrungen geschützt bleibt.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt das Auflaminieren der mindestens einen Lage des glasfaserverstärkten Kunststoffs
mit einer konstanten Dicke entlang dem Fußabschnitt. Insbesondere beträgt dabei
die Dicke zwischen 1 mm und 20 mm. Dieses Verfahren ist besonders
vorteilhaft, da z.B. für
eine Produktionsserie von Versteifungselementen eine Schicht glasfaserverstärkten Kunststoffs
von konstanter Dicke auflaminiert werden kann, auch wenn für unterschiedlichen
Einsatz der Versteifungselemente unterschiedliche Detailstrukturen
des Fußabschnitts
benötigt
werden, da sich diese Detailstrukturen durch anschließendes unterschiedliches
Befräsen
etwa unter Verwendung unterschiedlicher Fräsprogramme erzeugen lassen.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt das Befräsen
des glasfaserverstärkten
Kunststoffs bis zu einer verbleibenden Dicke von 0,1 mm bis 0,2
mm. Durch diese Maßnahme
verbleibt stets eine Restschicht des glasfaserverstärkten Kunststoffs,
die die Oberfläche
z.B. vor Absplitterungen schützt,
wenn Bohrlöcher
zur Vernietung angebracht werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
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Von
den Figuren zeigt:
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1 eine
ausschnittsweise Längsansicht eines
herkömmlichen
Leichtmetallspants;
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2 eine
perspektivische Sicht auf einen Ausschnitt einer herkömmlichen
Versteifungsstruktur mit einem Spant aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Versteifungselements gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung;
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3A eine
vergrößerte Längsschnittansicht
A aus 3;
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3B eine
vergrößerte Längsschnittansicht
B aus 3;
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4 eine
Querschnittsansicht eines Fußabschnitts
eines Versteifungselements gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung; und
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5 ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Versteifungselements,
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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In
den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt
einen Ausschnitt eines herkömmlichen
Integralspants 100 aus Aluminium oder einem anderen Leichtmetall.
Der Integralspant 100 weist einen Fußabschnitt 102 auf,
an dem durch Fräsen
geeignete Stufen zur Anpassung an eine entsprechend geformte, nicht
gezeigte Unterstruktur gebildet wurden.
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2 eine
perspektivische Sicht auf einen Ausschnitt einer Innenfläche 201 einer
herkömmlichen
Versteifungsstruktur einer Rumpfschale eines Flugzeugs, wie sie
insbesondere bei Fertigung von Außenhaut 200, Stringern 202, 202' und Spanten 100 aus
kohlenstofffaserverstärktem
Kunststoff verwendet wird. Auf Innenfläche 201 sind parallel
verlaufende Stringer 202, 202' befestigt, die die Rumpfschale
in Längsrichtung
des Flugzeugs versteifen. Die Stringer 202, 202' sind so genannte
T-Stringer, die einen auf der Innenfläche 201 aufliegenden
und mit ihr z.B. durch Verkleben verbundenen Fuß 203, 203' und einen Stegabschnitt 208, 208' aufweisen, der
sich im Wesentlichen senkrecht zur Innenfläche 201 der Außenhaut 200 erstreckt.
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In
Querrichtung zu den Stringern 202, 202' verläuft ein
Spant 100, der Aussparungen 210, 210' aufweist, durch
die die Stringer 202, 202' unter dem Spant 100 hindurchgeführt sind.
Der Spant 100 weist weiterhin einen Fußabschnitt 102 auf,
der sich parallel zur Außenhaut 200 erstreckt
und auf den Füßen 203, 203' der Stringer 202, 202' ruht. Der Spant 100 ist
durch Nieten 206 durch die Stringer 202, 202' hindurch an
der Innenfläche 201 der
Außenhaut 200 befestigt.
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Da
der Fußabschnitt 102 gerade
geformt ist, zwischen den Füßen der
Stringer 202, 202' und
der Außenhaut 200 aber
ein Höhenunterschied
besteht, der der Dicke der Füße 203, 203' der Stringer 202, 202' entspricht,
liegt der Fußabschnitt
des Spants im Bereich zwischen den Füßen 203, 203' der Stringer 202, 202' jedoch nicht
auf der Außenhaut 200 auf.
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Zwischen
dem Fußabschnitt 102 des
Spants 100 und der Außenhaut 200 ist
im Bereich zwischen den Füßen der
Stringer 202, 202' ein
Beilagestück 204 eingeschoben,
das mit Spant 100 und der Außenhaut verklebt ist und so
mittelbar die Verbindung zwischen beiden herstellt.
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Integralspants 100,
der ein Versteifungselement gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung darstellt. Im Unterschied zur Ansicht in 2 ist
der Spant 100 in umgekehrter Stellung mit nach oben weisenden
Aussparungen 210 und Fußabschnitten 102, 102' gezeigt. Um
mehrere mögliche
Ausführungsformen
der Erfindung zu verdeutlichen, ist jeder der beiden gezeigten Fußabschnitte 102, 102' auf unterschiedliche
Weise ausgestaltet, die jeweils für sich genommen ebenfalls Ausführungsformen
der Erfindung entsprechen.
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Die
an einem ersten Fußabschnitt 102 verdeutlichte
Ausführungsform
zeigt eine entlang dem Verlauf des Spants 100 in Längsrichtung
stufenartig veränderte
Dicke des Fußabschnitts 102,
die durch eine Aufdickung in der Mitte des Fußabschnitts 102 gebildet
wird. Um den Aufbau des Fußabschnitts 102 im
Detail zu erklären,
ist ein Ausschnitt A der Figur markiert und in 3A vergrößert in
einer schematischen Längsschnittsansicht
gezeigt.
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Aus
der vergrößerten Ansicht
des Ausschnitts A ist ersichtlich, dass der Fußabschnitt 102 gemäß der Darstellung
in 3 aus einem unteren, aus kohlestofffaserverstärktem Kunststoff
bestehenden Bereich 304 und gemäß der Darstellung in 3 einem
oberen, aus glasfaserverstärktem
Kunststoff bestehenden Bereich 302 zusammengesetzt ist.
Der aus kohlestofffaserverstärktem
Kunststoff bestehende Bereich 304 ist eine Fortsetzung
des den Körper des
Spants 100 bildenden Profilteils. Dieser Bereich 304 weist
für sich
genommen eine konstante Dicke auf und ist geradlinig ausgebildet,
wie z.B. der in 2 gezeigte Fußabschnitt
eines herkömmlichen Spants.
Innerhalb des Bereichs 304 verlaufen Gewebelagen von Kohlenstofffasern 300' parallel zur Grenzfläche 305 der
Bereiche 304, 302.
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Der
aus glasfaserverstärktem
Kunststoff bestehende Bereich 302 weist dagegen eine entlang dem
Fußabschnitt 102 stufenartig
veränderte
Dicke auf, die zwischen einem Maximalwert dmax und
einem Minimalwert dmin liegt. Bevorzugt
liegt der Minimalwert dmin entlang dem Fußabschnitt 102 etwa
zwischen 0,1 mm bis 0,2 mm und der Maximalwert dmax entlang
des Fußabschnitt 102 etwa
zwischen 1 mm bis 20 mm. Innerhalb des Bereichs 304 verlaufen
Gewebelagen von Glasfasern 306 parallel zur Grenzfläche 305 der
Bereiche 304, 302. An einer gezeigten Stufe 308 mit
einer senkrecht zur Grenzfläche 305 verlaufenden
Stirnfläche 309 ist
dabei ein Teil der Fasern abgeschnitten, während ein anderer Teil sich entlang
der Grenzfläche 305 fortsetzt.
Durch die rechteckartig veränderte
Dicke des aus glasfaserverstärktem
Kunststoff bestehenden Bereichs 302 ergibt sich eine ebenso
stufenartig veränderte
Höhe des Fußbereichs 102,
die bei geeigneter Wahl der Abmessungen eine entsprechende Kontur
der zu versteifenden Unterstruktur im Wesentlichen ausfüllt.
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Die
an einem zweiten Fußabschnitt 102' verdeutlichte
Ausführungsform
zeigt eine entlang dem Verlauf des Spants 100 kon stante
Dicke des Fußabschnitts 102,
in dem durch stufenartige Abknickungen 310, 310' eine Durchsetzung
gebildet wird, die zu einer stufenartigen Erhöhung des Fußabschnitts 102' in der Mitte
des Fußabschnitts 102' führt. Um
den Aufbau des Fußabschnitts 102' im Detail zu
erklären, ist
ein Ausschnitt B der 3 in 3B vergrößert in einer
schematischen Querschnittsansicht gezeigt.
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Aus
der vergrößerten Ansicht
des Ausschnitts B ist ersichtlich, dass der Fußabschnitt 102' anders als
der Fußabschnitt 102 nicht
in Bereiche geteilt ist, sondern als Ganzes eine Fortsetzung des den
Körper
des Spants 100 bildenden Profilteils darstellt. Innerhalb
des Fußabschnitts 102' verlaufen Gewebelagen
von Kohlenstofffasern 300 parallel zur Oberfläche des
Fußabschnitts 102', folgen mithin dem
Verlauf der Abknickungen 310, 310' und der durch sie gebildeten stufenartigen
Veränderung
der Höhe
des Fußabschnitts 102'. Dabei ermöglicht eine Diagonalführung 400 der
Kohlenstofffasern 300 zwischen den Abknickungen 310, 310', dass eine
Beschädigung
der Kohlestofffasern 300 durch zu starke Biegung vermieden
wird. Dies wird durch die Wahl geeigneter Radien gewährleistet.
Da die Strecke der Diagonalführung
im Vergleich zur Gesamtlänge
des Fußabschnitts 102' kurz ist, ergibt
sich eine wesentlich gleiche stufenartige Veränderung der Höhe des Fußbereichs 102' wie sie in
Fußbereich 102 erreicht wird.
Bei geeigneter Wahl der Abmessungen füllt diese eine entsprechende
Kontur der zu versteifenden Unterstruktur im Wesentlichen aus, wobei
die erreichbare Kontaktfläche
durch die erwähnten
Diagonalführungen
nur unwesentlich verkleinert wird.
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4 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Fußabschnitts 102' eines Versteifungselements
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Auf einer Innenfläche 201 der
Außenhaut 200 sind
zwei so genannte Ω-Stringer 202, 202' angeordnet,
deren dem Buchstaben Ω gleichendes
Profil in der gezeigten Querschnittsansicht deutlich wird. Zwischen
den Füßen 203, 203' der Stringer 202, 202' ist der Fußabschnitt 102' des Spants gezeigt,
der von einem Fuß 203 des
einen Stringers 202 auf die Innenfläche 201 und weiter
auf einen Fuß 203' des anderen
Stringers 202' läuft. Der
Fußabschnitt 102' ist entsprechend der
in 3 rechts oben erläuterten Ausführungsform
ausgebildet. Deutlich erkennbar ist, dass die oben erwähnte Diagonalführung 400 zu
keiner wesentlichen Verminderung der Kontaktfläche zwischen Fußabschnitt 102' und der stufenartig
geformten Unterstruktur aus Stringern und Außenhaut führt.
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5 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Versteifungselements zur
Versteifung einer stufenartigen Unterstruktur, gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. In einem ersten Schritt 500 wird ein Profilteil
mit einem Fußabschnitt
bereitgestellt, der einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff aufweist.
Mit Profilteil ist hier der Körper
eines Versteifungselements bezeichnet, beispielsweise ein in einer
Laminiervorrichtung laminierter Körper eines Integralspants aus
kohlenstofffaserverstärktem
Kunststoff.
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In
einem zweiten Schritt 502 wird mindestens eine Lage eines
glasfaserverstärkten
Kunststoffs auf den Fußabschnitt
auflaminiert. Dies kann z.B. in derselben Laminiervorrichtung erfolgen,
in der schon das den Körper
des Versteifungselements bildende Profilteil laminiert wurde.
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In
einem dritten Schritt 504 wird der glasfaserverstärkte Kunststoff
entsprechend einer stufenartigen Form abgefräst, die die Unterstruktur im
Wesentlichen ausfüllt.
Dies kann z.B. in einer numerischen Fräseinrichtung geschehen, in
die die zu fräsende
stufenartige Form einprogrammiert wurde.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern
auf vielfältige
Weise modifizierbar.
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Beispielsweise
ist die Geometrie der Spanten und der Stringer auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar. So können
auch Stringer anderer Profile wie z.B. L-Stringer verwendet werden.
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Weiterhin
ist die stufenartige Unterstruktur nicht auf rechtwinklige Stufen
beschränkt,
sondern kann allgemein auf eine Unterstruktur mit komplexen Konturen,
z.B. Diagonalen oder Krümmungen
bezogen werden. Die Konturen der Unterstruktur müssen nicht auf Füße eines
Stringers zurückgehen,
sondern können
auf beliebige Weise gegeben sein.
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Der
Begriff „Versteifungselement" bezieht sich auf
Versteifungselemente jeder Art, also auch auf Stringer.
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- 100
- Integralspant
- 102
- Fußabschnitt
- 200
- Außenhaut
- 201
- Innenfläche
- 202,
202'
- Stringer
- 203,
203'
- Füße (Stringer)
- 204
- Beilagestück
- 206
- Niete
- 208,
208'
- Stegabschnitt
- 210,
210'
- Aussparungen
für Stringer
- 300,
300'
- Kohlenstofffasern
- 302
- Glasfaserverstärkter Kunststoff
(GFK)
- 304
- Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK),
Profilteil hieraus
- 305
- Grenzschicht
- 306
- Glasfasern
- 308
- Stufe
- 309
- Stirnfläche
- 310,
310'
- Abknickung
- 400
- Diagonalführung
- 500
- Bereitstellen
- 502
- Auflaminieren
- 504
- Befräsen
- A
- Detailausschnitt
- B
- Detailausschnitt
- d
- Dicke
des Fußabschnitts
- dmin
- minimale
Dicke der Glasfaserschicht
- dmax
- maximale
Dicke der Glasfaserschicht