DE102007011613B4

DE102007011613B4 - Beschlag zur Einleitung von hohen Kräften in eine Rumpfzelle eines Flugzeugs

Info

Publication number: DE102007011613B4
Application number: DE102007011613A
Authority: DE
Inventors: Hermann 27367 Benthien
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2027-03-10
Also published as: EP2125508A1; DE102007011613A1; DE102007011611B4; US8408492B2; RU2458820C2; US7462006B2; BRPI0806723A2; US8382038B2; US7895810B2; WO2008090039B1; DE102007011620A1; US8220744B2; DE102007011618A1; DE102007011621A1; RU2009130305A; DE102007011618B4; CN101626952B; US20110108668A1; US20080173758A1; US20080175685A1

Abstract

Beschlag (1; 31) zur Einleitung von hohen Kräften in eine mit einer Vielzahl von Spanten (23; 48) ausgesteifte Rumpfzelle eines Flugzeugs, mit einer Augenlasche (3; 33), in der ein Auge (4; 34) zur Einleitung der Kräfte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der innen an der Rumpfstruktur angeordnete Beschlag (1; 31) eine Schulterplatte (2; 32) aufweist, welche für eine innenseitige Anlage an einer Rumpfzellenhaut (24; 47) und für ein Zusammenfügen mit dieser ausgebildet ist, wobei auf der Schulterplatte (2; 32) mindestens eine in etwa senkrecht nach oben weisende Befestigungslasche (5–7; 35, 36) zur Verbindung mit einem Spantsteg (27; 49) angeordnet ist und unterhalb der Schulterplatte (2; 32) eine senkrecht nach unten gerichtete Augenlasche (3; 33) angeordnet ist, die durch eine Ausnehmung (29) in der Rumpfzellenhaut (24; 47) nach Außen geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschlag, insbesondere einen Fahrwerkbefestigungsbeschlag, zur Einleitung von hohen Kräften in eine mit einer Vielzahl von Spanten ausgesteifte Rumpfzelle eines Flugzeugs mit einer Augenlasche, in der ein Auge zur Einleitung der Kräfte, insbesondere der von Fahrwerkskomponenten ausgehenden Kräfte, angeordnet ist.
Die Einleitung von hohen äußeren Lasten in die Rumpfzelle eines Flugzeugs ist konstruktiv aufwändig und gewichtsintensiv. Hierzu werden im Flugzeugbau bislang zwei Anbindungsvarianten eingesetzt. Derartige Lastformen treten beispielsweise beim Start oder bei der Landung eines Flugzeugs fahrwerksseitig auf.
Bei einer ersten Variante wird ein gabelförmiger Beschlag mit einer Grundplatte durch die Rumpfzellenhaut mit einem innenliegenden Spant verschraubt oder vernietet. Von Nachteil bei dieser Ausführungsform ist, dass die Spantflansche auf Biegung belastet werden und diese erhöhte Beanspruchung bei der Dimensionierung berücksichtigt werden muss. Darüber hinaus muss der Spantflansch eine Breite aufweisen, die zumindest im Anbindungsbereich einer Breite der Grundplatte des Gabelbeschlags entspricht. Da die Einleitung der Lasten punktuell erfolgt, müssen sowohl die Rumpfzellenhaut als auch der Spant lokal verstärkt werden, was sich gerade im Fall der Rumpfzellenhaut als konstruktiv sehr schwer darstellt. Die Gesamtheit der genannten Einflussfaktoren wirkt sich gewichtserhöhend aus.
Im Fall einer zweiten Variante werden zur Krafteinleitung Spanten verwendet, bei denen der Gabelbeschlag integraler Bestandteil des Spantes selbst ist. Diese Konstruktionsform erfordert breite Spanten im Anbindungsbereich, da zum einen die Spantbreite der Breite des Gabelbeschlags entsprechen muss und zum anderen die äußeren Lasten im Randbereich des integral ausgebildeten Gabelschlags in die Rumpfzellenhaut übergeleitet werden. Erschwerend kommt hinzu, dass dieser ohnehin schon große Ausschnitt in der Rumpfzellenhaut eine zweireihige, druckdichte Vernietung erfordert. Beide Aspekte wirken sich gewichtserhöhend aus. Darüber hinaus gestaltet sich die Herstellung der zum Spant integral ausgebildeten Gabelbeschläge fertigungstechnisch sehr aufwändig.
GB 349,365 A zeigt ein Verbindungselement für Motoren und Rahmen für Flugzeuge, welches eine Anbindung an weitere Komponenten über eine Vielzahl von Befestigungselemente, bspw. Nieten oder Schrauben, erlaubt.
US 3,463,424 A beschreibt einen Schnelllösemechanismus für Zusatzgeräte an einem Flugzeug, der aus einem außenseitigen Pylon und einer innenseitigen, mit dem Flugzeugrumpf verbundenen Gabelmontierung besteht. Die Gabelmontierung wiederum ist mit den Rohren des Flugzeugrumpfes in der Art einer Rohrschelle verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Konstruktionsformen zur Einleitung von äußeren Kräften in eine Rumpfzelle, insbesondere in Form einer Fahrwerksanbindung an die Rumpfzelle, zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch einen Beschlag mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass der innen an der Rumpfstruktur angeordnete Beschlag eine Schulterplatte zur innenseitigen Anlage an der Rumpfzellenhaut aufweist, wobei auf der Schulterplatte mindestens eine senkrecht nach oben weisende Befestigungslasche zur Verbindung mit einem Spantsteg und unterhalb der Schulterplatte eine senkrecht nach unten gerichtete Augenlasche angeordnet ist, die durch eine Ausnehmung in der Rumpfzellenhaut nach Außen geführt ist,
werden die am Beschlagauge angreifenden äußeren Kräfte größtenteils im Bereich der neutralen Faser in den Spant eingeleitet. Eine nennenswerte Beanspruchung des Spantes durch Versatzmomente wird hierdurch vermieden. Die direkte Lasteinleitung in den Spant macht örtliche Aufdickungen der Rumpfzellenhaut überflüssig. Der Spant dient der Lastverteilung. Die Abmessungen der Hautdurchdringung sind im Vergleich zum Integralbauteil begrenzt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Augenlasche in Bezug auf die Befestigungslasche um einen Abstand versetzt an der Schulterplatte angeordnet.
Hierdurch wird erreicht, dass die zur Durchführung der Augenlasche nach außen erforderliche Ausnehmung in der Rumpfzellenhaut nicht unmittelbar an den Spant angrenzt und eine einfachere Abdichtung möglich ist.
Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die mindestens eine Befestigungslasche mit einer Verstärkungsrippe versehen.
Infolge dieser Ausgestaltung wird die Biegesteifigkeit der Befestigungslaschen in Richtung der Flugzeuglängsachse, das heißt quer zur Spantachse erhöht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Beschlags weist dieser lediglich zwei Befestigungslaschen auf.
Hierdurch ergibt sich ein vereinfachter Herstellungsprozess bei einer zugleich verringerten Masse des Beschlags, wobei die Lastüberleitungsfähigkeit im Verhältnis zu einer Ausführungsvariante des Beschlags mit drei Befestigungslaschen kleiner ist. Der einstückig ausgebildete Beschlag wird bevorzugt mit einem hochfesten metallischen Material, wie zum Beispiel einer Aluminiumlegierung, einer Titanlegierung oder einer Edelstahllegierung hergestellt. Die Herstellung kann zum Beispiel spanend aus einem entsprechenden Vollmaterial erfolgen. Alternativ ist eine Herstellung mittels der bekannten Guss-, Schmiede- oder Funkenerosionsverfahren möglich. Ferner kann der Beschlag auch mit einem Verbundmaterial, wie zum Beispiel einem kohlefaserverstärkten Epoxydharz mit einer kraftflussoptimierten Ausrichtung der Verstärkungsfasern gebildet sein.
Eine weitere Fortbildung des Beschlags sieht vor, dass dieser drei Befestigungslaschen aufweist.
Hierdurch erhöht sich die Kraftüberleitungsfähigkeit im Verhältnis zu den Varianten mit lediglich einer oder zwei Befestigungslaschen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Beschlags sind in den weiteren Patentansprüchen dargelegt.
In der Zeichnung zeigt:
1 Eine perspektivische Ansicht des Beschlags mit drei Befestigungslaschen,
2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie II-II der 1 durch den Beschlag, und
3 eine Draufsicht auf einen Beschlag mit zwei Befestigungslaschen.
In der Zeichnung weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils die gleiche Bezugsziffer auf.
Die 1 zeigt den erfindungsgemäßen Beschlag in einer perspektivischen Ansicht.
Ein einstückig ausgebildeter Beschlag 1 umfasst unter anderem eine Schulterplatte 2, an deren Unterseite eine Augenlasche 3 mit einem Auge 4 angeordnet ist. Die Augenlasche 3 mit dem Auge 4 dient zur Anbindung von weiteren nicht dargestellten Bauteilen, insbesondere von Komponenten eines Fahrwerks für ein Flugzeug. Oberhalb der Schulterplatte 2 sind drei Befestigungslaschen 5 bis 7 angeordnet, die mit der Schulterplatte 2 einen Winkel von etwa 90° einschließen. An die Befestigungslaschen 5 und 7 schließen seitlich zwei kleinere Flansche 8, 9 an. Die Flansche 8, 9 verlaufen entlang der rückseitigen Kante der Schulterplatte 2 und stehen senkrecht auf der Schulterplatte 2. Die Befestigungslaschen 5 bis 7 sowie die Flansche 8, 9 weisen einen Bohrungsraster mit einer Vielzahl von nicht bezeichneten Bohrungen auf, durch die die Befestigung des Beschlags 1 an einem in der 1 nicht dargestellten Spant einer Rumpfzelle mittels Nieten und/oder Schrauben erfolgt. Die beiden Befestigungslaschen 5, 6 sowie 6, 7 schließen zueinander jeweils Winkel 10, 11 von etwa 45° ein. Die beiden äußeren Befestigungslaschen 5, 7 schließen mit der Schulterplatte 2 jeweils einen Winkel 12, 13 von ebenfalls ungefähr 45° ein. Die mittlere Befestigungslasche 6 steht senkrecht auf der Schulterplatte 2. Zwischenräume zwischen den Befestigungslaschen 5, 6 sowie 6, 7 weisen ungefähr kreissegmentförmige Anlageflächen auf, die ebenfalls mit Bohrungen versehen sind.
Bevorzugt schneiden die Verlängerungen der Mittellinien 14 bis 16 der drei Befestigungslaschen 5 bis 7 in einem Mittelpunkt 17 des Auges 4, um eine optimale Kraftüberleitung vom Auge 4 auf die Befestigungslaschen 5 bis 7 zu gewährleisten.
Die Befestigungslaschen 5 bis 7 weisen jeweils auf den Befestigungslaschen senkrecht stehende Verstärkungsrippen 18 bis 20 auf. Eine Materialstärke der Schulterplatte 2 verringert sich gestuft und/oder übergangslos ausgehend von einer Rückkante 21 zu einer Vorderkante 22.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 ist die mittlere Verstärkungsrippe 19 mit einem nicht bezeichneten Bohrungsraster mit einer Vielzahl von Bohrungen zur Anbindung von weiteren, nicht eingezeichneten Komponenten versehen.
Die 2 zeigt einen Schnitt durch den Beschlag gemäß der 1 entlang der Schnittlinie II-II.
Der Beschlag 1 ist sowohl mit einem Spant 23 als auch mit der Rumpfzellenaußenhaut 24 durch eine Vielzahl von nicht näher bezeichneten Nieten und/oder Schrauben (strichlinierte Linien) im Bereich der Befestigungslasche 6 sowie der Schulterplatte 2 verbunden. Der Spant 23 weist eine im Wesentlichen C- bzw. U-förmige Querschnittsgeometrie mit einem oberen Flansch 25, einem unteren Flansch 26 sowie einem beide Flansche 25, 26 verbindenden Spantsteg 27 auf. Mittels der Verstärkungsrippe 19 erfolgt die Aussteifung der Befestigungslasche 6 und der Schulterplatte 2. Die Befestigungslasche 6 steht, wie die übrigen Befestigungslaschen auch, senkrecht auf der Schulterplatte 2. Unterhalb der Schulterplatte 2 schließt sich die Augenlasche 3 mit dem Auge 4 an, wobei die Augenlasche 3 in Bezug auf die Befestigungslasche 6 um einen Abstand 28 versetzt an der Schulterplatte 2 angeordnet ist. In die Rumpfzellenhaut 24 ist eine Ausnehmung 29 zur Durchführung der Augenlasche 3 durch die Rumpfzellenhaut 24 eingebracht. Die Ausnehmung 29 wird mittels nicht dargestellter Dichtelemente gegenüber der Rumpfzellenhaut 24 und der Augenlasche 3 abgedichtet bzw. versiegelt. Die Ausnehmung 29 ist mit einer geeigneten Abdichtung versehen. Weiterhin befinden sich zwischen dem unteren Spantflansch 26 und der Rumpfzellenhaut 24 sowie zwischen der Schulterplatte 2 und der Rumpfzellenhaut 24 Dichtungen.
Der Beschlag 1 weist eine Vielzahl von nicht mit einer Bezugsziffer versehenen Bohrungen auf, die zum Teil in der Form eines Bohrungsrasters angeordnet sind. Die Bohrungen sind durch strichpunktierte Linien angedeutet. Durch die Bohrungen werden Befestigungsmittel zum endgültigen Zusammenfügen hergestellt, wodurch der Beschlag 1 sowohl mit dem Spant 23 als auch mit Rumpfzellenaußenhaut 24 verbunden wird. Als Befestigungsmittel kommen zum Beispiel Nieten und/oder Schrauben in Betracht.
Der Beschlag 1 ist bevorzugt einstückig mit einer mechanisch hochfesten Metalllegierung, wie zum Beispiel einer Aluminiumlegierung, einer Titanlegierung oder einer Edelstahllegierung gebildet. Alternativ kann der Beschlag 1 zum Beispiel mit einem CFK-Material gebildet sein.
Der erfindungsgemäße Beschlag 1 weist im Vergleich zu vorbekannten Ausführungsformen den Vorteil auf, dass vom Auge 4 ausgehende Kraftwirkungen im Wesentlichen ”momentenfrei”, das heißt unmittelbar in den Bereich der neutralen Faser 30 des Spantes 23 eingeleitet werden. Demzufolge werden der obere und der untere Spantflansch 25, 26 nicht mehr durch Versatzmomente auf Biegung beansprucht. Lasten aus der Rumpfzellenhaut 24 werden direkt durch Scherung in den Spantsteg 27 eingeleitet. Radiale Lasten werden gleichfalls über Scherung von der Schulterplatte 2 in die Rumpfzellenhaut 24 eingeleitet.
Der Beschlag 1 (so genannter ”Schulterschwertbeschlag”) findet bevorzugt bei der Anbindung des Fahrwerks an die Rumpfzelle von Flugzeugen Anwendung, wobei hohe, vom Fahrwerk ausgehende Kräfte bzw. in das Fahrwerk eingeleitete Kräfte über den Beschlag 1 in beiden Richtungen zwischen dem Fahrwerk und der Rumpfzelle transferiert werden können.
Die 3 zeigt eine geringfügig abgewandelte Ausführungsform des Beschlags in der Draufsicht.
Ein Beschlag 31 umfasst unter anderem eine Schulterplatte 32 (senkrecht zur Zeichenebene verlaufend), an der eine Augenlasche 33 mit einem Auge 34 befestigt ist. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach Maßgabe der 1 und 2 weist der Beschlag 31 lediglich zwei Befestigungslaschen 35, 36 auf. An den Befestigungslaschen 35, 36 schließen nach außen hin zwei Flansche 37, 38 an. Die Befestigungslaschen 35, 36 schließen mit der Schulterplatte 32 die Winkel 39, 41 von etwa 45° ein. Zwischen den Befestigungslaschen 35, 36 selbst besteht ein Winkel 40 von etwa 90°. Von den genannten Werten abweichende Winkel sind bei beiden Ausführungsvarianten des Beschlags 1, 31 möglich. Darüber hinaus kann der Beschlag in Abhängigkeit von den mechanischen Anforderungen eine oder mehr als drei Befestigungslaschen aufweisen.
Beide Mittellinien 42, 43 schneiden sich bevorzugt im Mittelpunkt 44 des Auges 34. Die Befestigungslaschen 35, 36 sind mit Verstärkungsrippen 45, 46 ausgesteift. Die Schulterplatte 32 liegt bevorzugt vollflächig auf einer Rumpfzellenhaut 47 auf. Zu diesem Zweck weist die Schulterplatte 32 eine geringfügige Krümmung auf, die möglichst genau an den Krümmungsradius der Rumpfzellenhaut angepasst ist.
Der Beschlag 31 weist eine Vielzahl von nicht bezeichneten Bohrungen auf, die durch strichpunktierte Linien angedeutet sind. Durch die Bohrungen werden nicht dargestellte Befestigungselemente zur Anbindung des Beschlags 31 an die Rumpfstruktur geführt, die zu diesem Zweck ebenfalls mit einer Vielzahl von Bohrungen versehen ist. Der Beschlag 31 wird mittels der beiden Befestigungslaschen 35, 36 mit einem Spant 48 im Bereich eines Spantstegs 49 verbunden und durch die Schulterplatte 32 wird der Beschlag 31 mit der Rumpfzellenaußenhaut 47 zusammen gefügt. Als Befestigungselemente 50, 51 kommen, wie bei der Ausführungsvariante des Beschlags 1 nach Maßgabe der 1 und 2, zum Beispiel Schrauben und/oder Nieten in Betracht. Grundsätzlich kann der Beschlag 1, 31 auch mit der Rumpfzelle durch Verkleben verbunden werden.
Die Ausführungsvariante nach Maßgabe der 3 weist einen konstruktiv weniger aufwändigen Aufbau auf, kann aber infolge der lediglich zwei Befestigungslaschen im Verhältnis zur ersten Bauform nur geringere Kräfte überleiten.
Bezugszeichenliste

1: Beschlag
2: Schulterplatte
3: Augenlasche
4: Auge
5: Befestigungslasche
6: Befestigungslasche
7: Befestigungslasche
8: Flansch (Schulterplatte)
9: Flansch (Schulterplatte)
10: Winkel
11: Winkel
12: Winkel
13: Winkel
14: Mittellinie
15: Mittellinie
16: Mittellinie
17: Mittelpunkt
18: Verstärkungsrippe
19: Verstärkungsrippe
20: Verstärkungsrippe
21: Rückkante
22: Vorderkante
23: Spant
24: Rumpfzellenhaut
25: oberer Spantflansch
26: unterer Spantflansch
27: Spantsteg
28: Abstand
29: Ausnehmung
30: Neutrale Faser
31: Beschlag
32: Schulterplatte
33: Augenlasche
34: Auge
35: Befestigungslasche
36: Befestigungslasche
37: Flansch (Schulterplatte)
38: Flansch (Schulterplatte)
39: Winkel
40: Winkel
41: Winkel
42: Mittellinie
43: Mittellinie
44: Mittelpunkt
45: Verstärkungsrippe
46: Verstärkungsrippe
47: Rumpfzellenhaut
48: Spant
49: Spantsteg

Claims

Beschlag (1; 31) zur Einleitung von hohen Kräften in eine mit einer Vielzahl von Spanten (23; 48) ausgesteifte Rumpfzelle eines Flugzeugs, mit einer Augenlasche (3; 33), in der ein Auge (4; 34) zur Einleitung der Kräfte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der innen an der Rumpfstruktur angeordnete Beschlag (1; 31) eine Schulterplatte (2; 32) aufweist, welche für eine innenseitige Anlage an einer Rumpfzellenhaut (24; 47) und für ein Zusammenfügen mit dieser ausgebildet ist, wobei auf der Schulterplatte (2; 32) mindestens eine in etwa senkrecht nach oben weisende Befestigungslasche (5–7; 35, 36) zur Verbindung mit einem Spantsteg (27; 49) angeordnet ist und unterhalb der Schulterplatte (2; 32) eine senkrecht nach unten gerichtete Augenlasche (3; 33) angeordnet ist, die durch eine Ausnehmung (29) in der Rumpfzellenhaut (24; 47) nach Außen geführt ist.
Beschlag (1; 31) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Augenlasche (3; 33) um einen Abstand (28) zu der mindestens einen Befestigungslasche (5–7; 35, 36) versetzt unterhalb der Schulterplatte (2; 32) angeordnet ist.
Beschlag (1; 31) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befestigungslasche (5–7; 35, 36) eine Verstärkungsrippe (18–20; 45, 46) aufweist.
Beschlag (1; 31) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschlag (31) zwei Befestigungslaschen (35, 36) aufweist, deren Mittellinien (42, 43) sich in einem Mittelpunkt (44) des Auges (34) schneiden.
Beschlag (1; 31) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschlag (1) drei Befestigungslaschen (5–7) aufweist, deren Mittellinien (14–16) sich in einem Mittelpunkt (17) des Auges (4) schneiden.
Beschlag (1; 31) nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befestigungslasche (5–7; 35, 36) mit dem Spantsteg (27; 49) und die Schulterplatte (2; 32) mit der Rumpfzellenhaut (24; 47) verbunden ist.
Beschlag (1; 31) nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung durch Nieten und/oder Schrauben erfolgt.
Beschlag (1; 31) nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der mindestens einen Verstärkungsrippe (18–20; 45, 46) weitere Komponenten befestigbar sind.
Beschlag (1; 31) nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulterplatte (2; 32) zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgebildet ist, um eine möglichst vollflächige Anlage am Spant (23; 48) zu gewährleisten.
Beschlag (1; 31) nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschlag (1; 31) einstückig mit einem hochfesten Material gebildet ist.
Beschlag (1; 31) nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschlag (1; 31) mit einer Aluminiumlegierung, einer Titanlegierung, einer Edelstahllegierung oder einer Kombination hiervon gebildet ist.
Beschlag (1; 31) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschlag (1; 31) ein Fahrwerkbefestigungsbeschlag zur Einleitung der von Fahrwerkskomponenten ausgehenden Kräfte ist.