DE102007029500A1 - Verfahren zum Koppeln von Versteifungsprofilelementen sowie Strukturbauteil - Google Patents

Verfahren zum Koppeln von Versteifungsprofilelementen sowie Strukturbauteil Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Koppelverfahren zur Kopplung eines ersten und eines zweiten Versteifungsprofilelements für eine Außenhaut eines Luft- oder Raumfahrzeugs. In einem ersten Schritt werden die Versteifungsprofilelemente auf der Außenhaut derart angeordnet, dass die Versteifungsprofilelemente sich mit einer jeweiligen Stirnseite gegenüberliegen und unter sich einen Hohlraum einschließen. Weiterhin wird ein Befestigungsloch durch eine Wandung mindestens eines der Versteifungsprofilelemente in den Hohlraum ausgebildet, innerhalb einer Kopplungszone des Versteifungsprofilelements. Entlang der Kopplungszone wird eine Zugangsöffnung durch die Wandung in den Hohlraum ausgebildet. Eine Kopplungslasche, die die Versteifungsprofilelemente aneinander koppelt, wird an der Kopplungszone mittels eines durch das Befestigungsloch geführten Befestigungselements befestigt. Unter einem weiteren Aspekt wird ein Strukturbauteil für ein Luft- oder Raumfahrzeug geschaffen, mit einer Außenhaut, einem ersten und einem zweiten Versteifungsprofilelement, die auf der Außenhaut derart angeordnet sind, dass die Versteifungsprofilelemente sich mit einer jeweiligen Stirnseite gegenüberliegen und unter sich einen Hohlraum einschließen, einem Befestigungsloch durch eine Wandung mindestens eines der Versteifungsprofilelemente in den Hohlraum, das innerhalb einer Kopplungszone des Versteifungsprofilelements ausgebildet ist, einer Zugangsöffnung in den Hohlraum durch die Wandung, die ...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koppelverfahren zum Koppeln von Versteifungsprofilelementen, insbesondere zur Versteifung einer Außenhaut eines Luft- oder Raumfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Strukturbauteil mit gekoppelten Versteifungsprofilelementen.
  • Obwohl auf beliebige Versteifungsprofilelemente mit Höhlungen oder Hinterschneidungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf Stringer mit Ω-Profil, die einen Flugzeugrumpf in Längsrichtung versteifen, näher erläutert.
  • 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 quer zur Längsrichtung des Flugzeugs verlaufenden Spanten als Versteifungselementen verstärkt ist. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, einen Flugzeugrumpf in mehrere angenähert zylinder- oder kegelstumpfförmige Sektionen aufzuteilen, die vorab montiert und in einem nachfolgenden Arbeitsschritt zu einem Flugzeugrumpf zusammengefügt werden. An den Nahtstellen zwischen den einzelnen Sektionen werden so genannte Querstoßverbindungen gebildet, die Außenhautfelder angrenzender Sektionen sowie über die Sektionsgrenzen hinweg verlaufende Stringer derart aneinander koppeln, dass die Stabilität des Flugzeugrumpfs über die Sektionsgrenzen hinweg gewährleistet ist.
  • Beispielsweise lässt man üblicherweise zur Verbindung von Außenhautfeldern diese an einer Sektionsgrenze stumpf aneinanderstoßen und verbindet sie durch eine so genannte Querstoßlasche, eine gebogene Platte von mit der Außenhaut vergleichbarer Dicke, die über die Sektionsgrenze hinweg verlaufend an der Innenseite der Außenhaut flächig auf den Außenhautfeldern angeordnet und mit diesen z. B. durch Vernieten verbunden wird.
  • In ähnlicher Weise werden Stringer, die herkömmlicher Weise als Profilteile mit Z- oder T-Profil ausgebildet sind, durch entsprechend angepasste Querstoßlaschen gekoppelt. Beispielsweise werden Querstoßlaschen mit einem zweischenkligen, L-förmigen Profil derart über die Sektionsgrenze hinweg verlaufend auf den stumpf aneinanderstoßenden Stringern angeordnet, dass einer der Schenkel des Profils auf den Profilfüßen der zu koppelnden Stringer und der andere Schenkel auf dem senkrecht verlaufenden Profilsteg des Z- oder T-Profils flächig aufliegt. Beide Schenkel werden sodann z. B. mit herkömmlichen Nieten- oder Bolzenverbindungen mit den Stringern verbunden. Dabei wird der auf dem Profilfuß der Stringer aufliegende Schenkel mit Nieten befestigt, die die Querstoßlasche, den Profilfuß und die Außenhaut durchdringen, während der auf dem senkrechten Profilsteg der Stringer aufliegende Schenkel mit Nieten befestigt wird, die lediglich die Querstoßlasche und den Profilsteg der Stringer durchdringen.
  • Als herkömmlicher Werkstoff für Außenhaut, Stringer und Spanten werden dabei seit Jahrzehnten Aluminium und Aluminiumlegierungen verwendet. Diese werden jedoch zunehmend durch Faserverbundwerkstoffe, insbesondere durch kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) ersetzt, was eine erhebliche Gewichtseinsparung ermöglicht. Dabei müssen jedoch Konstruktionsverfahren und Strukturen vielfach modifiziert werden, um den von herkömmlichen Aluminiumwerkstoffen stark abweichenden Eigenschaften der Faserverbundwerkstoffe zu entsprechen.
  • So hat es sich als zweckmäßig erwiesen, bei aus CFK gefertigten Flugzeugrümpfen anstelle von Stringern mit Z- oder T-Profil solche mit einem so genannten Ω-Profil einzusetzen, d. h. mit einem Profil, das zwei auf der Außenhaut aufliegende Profilfüße und eine zwischen diesen angeordnete Aufwölbung aufweist, die mit dem zwischen den Profilfüßen liegenden Abschnitt der Außenhaut einen Hohlraum einschließt.
  • Da dieser Hohlraum von außerhalb des Stringers nicht auf einfache Weise zugänglich ist, ergibt sich bei der Kupplung derartiger Stringer das Problem, dass z. B. Nietverbindungen zwischen einer Flanke des Ω-Profils und einer auf dieser flächig angeordneten Querstoßlasche auf Seite des Stringers in den unzugänglichen Hohlraum hineinragen, von wo sie nicht zur Qualitätskontrolle in Augenschein genommen werden können. Ein weiteres Problem besteht darin, dass z. B. beim Bohren von Befestigungslöchern in die Flanken des Stringers Späne in den Hohlraum fallen, die aus diesem nicht mehr entfernt werden können. Wenn gar zum Reparieren beschädigter Nietverbindungen diese von der zugänglichen Außenseite des Stringers her aufgebohrt würden, fielen Teile der beschädigten Nietverbindungen zwangsläufig in den unzugänglichen Hohlraum, wo sie im Flugbetrieb umherrollen, Geräusche und Beschädigungen verursachen würden.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für Versteifungsprofilelemente, die im montierten Zustand einen unzugänglichen Hohlraum einschließen, eine verbesserte Kopplung anzugeben, die den Hohlraum nicht mit Abfällen belastet und eine zuverlässige Qualitätskontrolle ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Koppelverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch ein Strukturbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass ein erstes Versteifungsprofilelements, welches bei Anordnung auf der zu versteifenden Außenhaut einen Hohlraum unter sich einschließt, zur Kopplung an ein zweites Versteifungsprofilelement in einer Kopplungszone mit einer Zugangsöffnung versehen wird, die den Hohlraum in der Kopplungszone zugänglich macht, wodurch z. B. mechanische Verrichtungen oder Qualitätskontrollmaßnahmen ermöglicht werden. In der Kopplungszone wird entlang der Zugangsöffnung mindestens ein Befestigungsloch ausgebildet. Eine Kopplungslasche, die die Versteifungsprofilelemente aneinander koppelt, wird mit einem durch das Befestigungsloch geführten Befestigungselement an der Kopplungszone des ersten Versteifungsprofilelements befestigt.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht, die Qualität des Befestigungslochs nicht nur von der Außenseite des Versteifungsprofilelements, sondern durch die Zugangsöffnung auch von der dem Hohlraum zugewandten Innenseite aus auf einfache Weise zu überprüfen. Nach Anbringen des Befestigungselements, z. B. einer Niete oder eines Bolzens, kann der in den Hohlraum ragende Teil auch von der Seite des Hohlraums aus leicht inspiziert werden. Die Erfindung ermöglicht daher bei geringem Aufwand, einen gleichbleibenden und hohen Qualitätsstandard bei der Kopplung der Versteifungsprofilelemente einzuhalten.
  • Die erfindungsgemäße Zugangsöffnung in den Hohlraum ermöglicht zudem, mit geringem Aufwand mechanische Verrichtungen im Hohlraum auszuführen. So können z. B. Schraubenmuttern und/oder Werkzeuge von der Hohlraumseite aus an das Befestigungsloch geführt werden, wodurch vielfältige Möglichkeiten zur Ausgestaltung des Befestigungselements bereitgestellt werden. Beispielsweise kann das Befestigungselement als Schraubbolzen ausgeführt und so bei Reparaturarbeiten rasch und einfach gelöst werden. Fällt bei Reparaturarbeiten wie z. B. beim Erneuern des Befestigungselements ein Teil des Be festigungselements in den Hohlraum, so kann er durch die Zugangsöffnung einfach aus diesem entfernt werden.
  • In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erfolgen das Ausbilden des Befestigungslochs, das Ausbilden der Zugangsöffnung und das Befestigen der Kopplungslasche jeweils am ersten und am zweiten Versteifungsprofilelement. Hierdurch ergeben sich die genannten Vorteile sowohl aufseiten des ersten, wie auch aufseiten des zweiten Versteifungsprofilelements.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Ausbilden des Befestigungsloches durch spanende Bearbeitung. Weiterhin ist ein Schritt des Entfernens von Spänen aus dem Hohlraum durch die Zugangsöffnung vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass das Fluggewicht des Flugzeugs verringert wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist weiterhin ein Schritt des Verstärkens der Wandung des Versteifungsprofilelements in der Kopplungszone vorgesehen ist. Dies ermöglicht, eine durch die Zugangsöffnung bedingte mechanische Schwächung des Versteifungsprofilelements in der Kopplungszone auszugleichen, so dass die gekoppelten Versteifungselemente über die Nahtstelle zwischen ihnen hinweg eine konstante mechanische Festigkeit aufweisen.
  • Vorzugsweise ist dabei das Versteifungsprofilelement als Faserverbundbauteil ausgebildet, wobei das verstärken der Wandung durch Auflaminieren mindestens einer zusätzlichen Faserlage erfolgt. Dies ermöglicht neben einer festen Verbindung mit den übrigen Faserlagen auch, die Faserrichtung der zusätzlichen Faserlage der Form und Position der Zugangsöffnung anzupassen und so eine erhöhte Stabilität zu erreichen.
  • Das erfindungsgemäße Koppelverfahren eignet sich vorteilhaft zur Verbindung von Sektionen eines Flugzeugrumpfs, da es ermöglicht, Sektionen auf einfache und wartungsfreundliche Weise bei hohem Qualitätsstandard miteinander zu verbinden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Strukturbauteils sind ein erstes und zweites Befestigungsloch in einer jeweiligen Kopplungszone des ersten bzw. zweiten Versteifungsprofilelement ausgebildet. Am ersten und am zweiten Versteifungsprofilelement ist je eine Zugangsöffnung ausgebildet. Die Kopplungslasche ist am ersten Versteifungsprofilelement mittels eines durch das erste Befestigungsloch geführten Befestigungselements befestigt und am zweiten Versteifungsprofilelement mittels eines durch das zweite Befestigungsloch geführten Befestigungselements befestigt. Somit können die an beiden Versteifungsprofilelementen verwendeten Befestigungselemente einfach repariert und zur Qualitätskontrolle leicht inspiziert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Zugangsöffnung als ein in Längsrichtung des Versteifungsprofilelements verlaufender Schlitz ausgebildet. Auf diese Weise kann z. B. das in den Hohlraum ragende Ende des Befestigungselements aus mehreren Raumrichtungen inspiziert werden. Längs der schlitzförmigen Zugangsöffnung kann eine Reihe von Befestigungselementen vorgesehen sein, die alle auch vonseiten des Hohlraums zugänglich sind. Vorzugsweise mündet der Schlitz in die Stirnseite des Versteifungsprofilelements, was die Zugänglichkeit besonders von in der Nähe der Stirnseite des Versteifungsprofilelements angeordneter Befestigungselemente weiter verbessert.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind zu beiden Seiten der Zugangsöffnung jeweils eine erste und eine zweite Kopplungslasche befestigt, und zwar jeweils mittels durch Befestigungslöcher in der Wandung geführter Befestigungselemente.
  • Die doppelt ausgeführten Kopplungslaschen ermöglichen eine besonders stabile Kopplung.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Zugangsöffnung derart ausgebildet, dass im Wesentlichen der gesamte Hohlraum in der Kopplungszone mit einer durch die Zugangsöffnung eingeführten menschlichen Hand erreichbar ist. Dies ermöglicht es z. B. Wartungstechnikern, Späne, Muttern, Nietenreste usw. aus dem Hohlraum ohne spezielle Werkzeuge oder Greifvorrichtungen zu entfernen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Zugangsöffnung derart ausgebildet, dass die Mündung des Befestigungslochs in den Hohlraum von außerhalb des Hohlraums durch die Zugangsöffnung einsehbar ist. Dies ermöglicht es z. B. Wartungstechnikern, die Befestigungslöcher und Befestigungselemente ohne spezielle Spiegel, Kameras oder ähnliche Vorrichtungen vonseiten des Hohlraums aus zur Qualitätskontrolle einzusehen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Versteifungsprofilelement ein Ω-Profil auf, was insbesondere bei Versteifungsprofilelementen aus Faserverbundwerkstoffen ein geringes Gewicht des Strukturbauteils bei gegebenen Stabilitätsanforderungen ermöglicht.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Kopplungslasche ein zweischenkliges Profil auf, wobei ein erster Schenkel durch einen Fußabschnitt des Ω-Profils hindurch an der Außenhaut befestigt, und ein zweiter Schenkel mittels der Befestigungselemente an einem Flankenabschnitt des Ω-Profils befestigt ist. Dies ist vorteilhaft, weil das L-Profil der Kopplungslasche den zwischen Fußabschnitt und Flankenabschnitt des Ω-Profils gebildeten Winkel verstärkt und somit eine relative Schwächung des Ω-Profils selbst durch die Zugangsöffnung in der Kopplungszone ausgleicht.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Wandung des Versteifungsprofilelements in der Kopplungszone eine größere Dicke auf als außerhalb der Kopplungszone, wodurch eine relative Schwächung des Versteifungsprofilelements durch die Zugangsöffnung in der Kopplungszone ausgleichbar ist. Vorzugsweise ist – bei einem als Faserverbundbauteil ausgebildeten Versteifungsprofilelement – in der Kopplungszone eine zusätzliche Faserlage auflaminiert und damit besonders fest mit den darunterliegenden Lagen verbunden. Weiterhin vorzugsweise weist die zusätzliche Faserlage eine Faserrichtung auf, die in Richtung zur Stirnfläche des Versteifungsprofilelements diagonal nach außen verläuft. Durch diesen Verlauf ermöglichen die Fasern, Belastungen des Versteifungselements im Bereich der Kopplungszone an der Zugangsöffnung vorbeizuleiten.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
  • Von den Figuren zeigen:
  • 1 eine Perspektivansicht eines Strukturbauteil mit gekoppelten Versteifungsprofilelementen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2A eine Perspektivansicht eines Endabschnitts eines Versteifungsprofilelements aus 1;
  • 2B eine Perspektivansicht eines Endabschnitts eines Versteifungsprofilelements aus 1, mit verdeutlichter Faserrichtung; und
  • 3 eine Querschnittansicht des Strukturbauteils aus 1.
  • In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteili ges angegeben ist.
  • 1 zeigt in Perspektivansicht ausschnitthaft ein Strukturbauteil 100, das einen Teil der Rumpfschale eines Flugzeugs bildet, wobei der Blick auf die Innenseite der Außenhaut 102, 103 des Flugzeugs gerichtet ist. Die Rumpfschale ist aus mehreren Sektionen 116, 118 entlang ringförmig um den Flugzeugrumpf verlaufender Nahtlinien 120 zusammengefügt. Der in 1 gezeigte Ausschnitt umfasst je einen Teil einer ersten 116 und einer zweiten 118 Sektion, deren Nahtstelle durch die strichpunktierte Linie 120 markiert ist.
  • Die erste Sektion 116 umfasst einen ersten Abschnitt 102, und die zweite Sektion 118 einen zweiten Abschnitt 103 der Außenhaut 102, 103. Beide Außenhautabschnitte stoßen entlang der Nahtlinie 120 stumpf aneinander, so dass an der dem Betrachter abgewandten, glatten Außenseite des Flugzeugrumpfs keine Stufe entsteht. Auf der dem Betrachter zugewandten Innenseite der Außenhaut 102, 103 ist eine Stoßlasche 122 flächig jeweils zur Hälfte auf dem ersten 102 und dem zweiten 103 Abschnitt der Außenhaut 102, 103 angeordnet und mit beiden Abschnitten z. B. durch Vernieten verbunden.
  • Der erste 102 und der zweite 103 Abschnitt der über die Stoßlasche 122 verbundenen Außenhaut 102, 103 sind jeweils für sich durch als Stringer 104, 106 ausgebildete Versteifungsprofilelemente 104, 106 versteift, die zur Flugrichtung annähernd parallel und zur Nahtlinie 120 zwischen den Sektionen 116, 118 annähernd rechtwinklig verlaufen. Die Stringer 104, 106 weisen ein Ω-förmiges Profil auf, mit einem Dachabschnitt 401, zu dessen beiden Seiten jeweils ein Flankenabschnitt 400 abfällt, an den sich wiederum jeweils ein Fußabschnitt 402 anschließt. Die Stringer 104, 106 sind jeweils mit ihren Fußabschnitten 402 auf der Außenhaut befestigt, so dass sie unter ihren Dach- 401 und Flankenabschnitten 400 mit dem zwischen den Fußabschnitten liegenden Abschnitt der Außenhaut 102, 103 einen Hohlraum 108 mit angenähert trapezförmigem Querschnitt einschließen.
  • In der Nähe der Nahtlinie 122 enden die auf der Außenhaut 102, 103 in Richtung auf die Nahtlinie 120 zu verlaufenden Stringer 104, 106 jeweils an den Kanten der Stoßlasche 122, so dass im Bereich der Stoßlasche 120 die Außenhaut nicht unmittelbar durch die Stringer 104, 106 verstärkt ist. Zu beiden Seiten der Stoßlasche 120 steht sich jeweils ein Paar eines auf dem ersten Abschnitt 102 der Außenhaut 102, 103 liegenden ersten Stringers 104 und eines auf dem zweiten Abschnitt 103 der Außenhaut 102, 103 liegenden zweiten Stringers 106 mit ihren Stirnseiten gegenüber. Die beiden Stringer 104, 106 eines einander gegenüberliegenden Paares aus erstem 104 und zweitem 106 Stringer sind jeweils über zwei Kopplungslaschen 112, 113 gekoppelt.
  • Die Kopplungslaschen 112, 113 weisen ein zweischenkliges, annähernd L-förmiges Profil auf, wobei der Winkel zwischen den Schenkeln mit dem zwischen Fußabschnitt 402 und Flankenabschnitt 400 der Ω-Stringer 104, 106 gebildeten Winkel übereinstimmt. Die beiden Kopplungslaschen 112, 113, die jeweils ein Paar sich gegenüberstehender Stringer 104, 106 koppeln, sind zueinander spiegelbildlich zu beiden Seiten der Dachabschnitte 401 auf den Fuß- 402 und Flankenabschnitten 400 der Ω-Stringer 104, 106 angeordnet, wobei sich die Schenkel der Kopplungslaschen 112, 113 aufgrund der Übereinstimmung der Winkel an die Fuß- 402 und Flankenabschnitte 400 anschmiegen. Jede Kopplungslasche 112, 113 liegt für die Länge einer Kopplungszone 204 des ersten Stringers 104 an dessen dem zweiten Stringer 106 zugewandten Ende auf dem ersten Stringer 104 auf, verläuft im Bereich zwischen den Stringern 104, 106 über die Querstoßlasche 122 hinweg und liegt für die Länge einer Kopplungszone 205 des zweiten Stringers 106 an dessen dem ersten Stringer 106 zugewandten Ende auf dem zweiten Stringer 106 auf.
  • Die an Fußabschnitten 400 der Stringer 104, 106 anliegenden Schenkel der Kopplungslaschen 112, 113 sind an den Fußabschnitten 400 und den darunterliegenden Außenhautabschnitten 102, 103 über Profilfußbefestiger 408 befestigt, z. B. über Nietbolzen, die durch eine Kopplungslasche 112, 113, einen Stringer 104, 106 und einen Außenhautabschnitt 102, 103 geführt sind. Beide Enden der Profilfußbefestiger 408 sind jeweils von der Innen- bzw. der Außenseite des Flugzeugs zugänglich und können so z. B. einer Sichtkontrolle unterzogen werden.
  • Die an Flankenabschnitten des ersten 104 und zweiten 106 Stringers anliegenden Schenkel der Kopplungslaschen 112, 113 sind in der Kopplungszone 204 des ersten Stringers 104 mit einer ersten Reihe von Befestigungselementen 114 und in der Kopplungszone 105 des zweiten Stringers 105 mit einer zweiten Reihe von Befestigungselementen 115 befestigt, z. B. mit Nieten oder Schraubbolzen. Die Befestigungselemente 114, 115 sind dabei jeweils durch eine Kopplungslasche 112, 113 und den Flankenabschnitt 400 eines Stringers 104 geführt, so dass die Befestigungselemente 114, 115 mit einem Ende in den Hohlraum 108 ragen.
  • In den Dachabschnitten 401 der Stringer 104, 106 ist im Bereich der Kopplungszonen 204, 205 jeweils eine schlitzförmige Zugangsöffnung 110 ausgebildet, die eine Zugang in den Hohlraum 108 eröffnet. Da die Zugangsöffnung 110 zwischen und parallel zu den in den beidseitigen Flankenabschnitten 400 des Stringers angeordneten Reihen von Befestigungselementen 114, 115 verläuft, sind die in den Hohlraum 108 ragenden Enden der Befestigungselemente 114, 115 durch die Zugangsöffnung zugänglich, z. B. für eine Sichtkontrolle zur Qualitätssicherung.
  • An der Nahtlinie 120 zwischen den beiden Außenhautabschnitten 102, 103 ist als weiteres Versteifungselement ein Spant 124 mittels eines Schubkamms 126 auf der Querstoßlasche 122 befestigt. Dabei sind Schubkammbefestiger wie z. B. Nietbolzen durch Schubkammfüße 127, die Querstoßlasche 122 und den Barunterliegenden ersten Außenhautabschnitt 102 geführt. Der Spant 124 ist zusätzlich durch Spantstützen 130 auf jeweils einer 112 der ein Paar von Stringern 104, 106 koppelnden Kopplungslaschen 112, 113 abgestützt.
  • Bevor die Sektionen 116, 118 zur Montage des Flugzeugrumpfs zusammengefügt werden, können die Querstoßlasche 122, der Schubkamm 126 und der Spant 124 als Teil der ersten Sektion 116 vormontiert sein. Die Sektion 116 umfasst in diesem Fall die vormontierte Querstoßlasche 122, den Schubkamm 126 und den Spant 124. In der Sektionsmontage, d. h. beim zusammenfügen der Sektionen 116, 117 werden die Sektionen relativ zueinander positioniert, wobei der über den ersten Außenhautabschnitt 102 hinausragende Teil der Querstoßlasche 122 auf der Innenseite des zweiten Außenhautabschnitts 103 zu liegen kommt und mit diesem verbunden wird. Anschließend werden die Kopplungslaschen 112, 113 und nach diesen die Spantstützen 130 montiert.
  • 2A zeigt in perspektivischer Ansicht einen Endabschnitt eines Ω-Stringers 104, wie er Bestandteil des Strukturbauteils aus 1 ist. Das Ω-förmige Profil des Stringers 104 umfasst fünf Abschnitte 402, 400, 401, 400, 402 etwa gleicher Breite und Wandungsstärke d1, nämlich einen zentralen Dachabschnitt 401, der von zwei Flankenabschnitten 400 flankiert wird, an die sich ihrerseits jeweils ein Fußabschnitt 402 anschließt. Unterhalb des Dachabschnitts 401 und der Flankenabschnitte ist ein Hohlraum 108 gebildet.
  • Im Vordergrund der Ansicht ist die Stirnseite 200 des Ω-Stringers 104 gezeigt. Innerhalb einer Kopplungszone 204 ist im Dachabschnitt 401 ein zur Stirnseite 200 hin offener Schlitz 110 als Zugangsöffnung in den Hohlraum 108 ausgebildet. In den Flankenabschnitten 400 sind im Bereich der Kopplungszone 204 Befestigungslöcher 202 ausgebildet, wobei deren Mündung in den Hohlraum 108 von außen durch den Schlitz 110 einsehbar ist und damit einfach inspiziert werden kann. In den Fußabschnitten 402 sind im Bereich der Kopplungszone 204 Profilfußbefestigerlöcher 210 vorgesehen.
  • Die Wandung 206 des Ω-Stringers 104 ist im Bereich der Kopplungszone 204 dicker ausgeführt als außerhalb der Kopplungszone 204, um so die durch den Schlitz 110 bedingte Schwächung des Stringers 104 im Bereich der Kopplungszone 204 auszugleichen. Beispielsweise ist die Dicke d2 der Wandung 206 innerhalb der Kopplungszone 204 um ca. 20% größer als die Dicke d1 außerhalb der Kopplungszone 204, wobei in einer Übergangszone 207 die Dicke allmählich von d1 auf d2 ansteigt.
  • 2B zeigt in gleicher Perspektive wie 2A eine mögliche Ausführungsform des Ω-Stringers 104 aus 2A. Der Stringer 104 ist als Faserverbundbauteil 104 ausgebildet, z. B. aus kohlefaserverstärktem Kunststoff. Im Innern der Wandung des Stringers 104 verlaufen übereinanderliegende Faserlagen 209 in Schichten parallel 209 und quer zur Längsrichtung des Stringers 104. Im Bereich der Kopplungszone 204 sind zusätzliche Faserlagen 208 auflaminiert, deren Faserrichtungen vom Dachabschnitt 401 in Richtung zur Stirnseite 200 beidseitig diagonal nach außen verlaufen. Hierdurch wird der Kraftfluss durch den Dachabschnitt 401 des Stringers in der Kopplungszone 204 an der Zugangsöffnung 110 vorbei in die Flanken- und Fußabschnitte des Stringers 104 geleitet.
  • 3 zeigt eine Querschnittansicht des Strukturbauteils aus 1. Auf der Außenhaut 102 sind drei parallel verlaufende Ω-Stringer 104 angeordnet, hinter denen ebenfalls auf der Außenhaut 102 die Querstoßlasche 122 verläuft. Auf der Querstoßlasche 122 ist ein Schubkamm 126 mittels Nietbolzen 128 befestigt, die durch den Fuß 127 des Schubkamms 126, die Querstoßlasche 122 und die Außenhaut 122 geführt sind. Der Schubkamm 126 trägt den Spant 124.
  • Auf den Flanken- 400 und Fußabschnitten 402 der Ω-Stringer 104 sind Kopplungslaschen 112, 113 angeordnet, deren Profil zwei Schenkel 404, 406 im Winkel von ca. 120° zueinander aufweist, demselben Winkel, in dem auch Fuß- 402 und Flankenabschnitte 400 der Ω-Stringer 104 zueinander stehen. Auf dem Fußabschnitt 402 der Ω-Stringer 104 aufliegende Schenkel 404 der Kopplungslaschen 112, 113 sind auf diesen befestigt durch Nietbolzen 408, 410, die jeweils durch die Kopplungslasche 112, 113, den Ω-Stringer 104 und die Außenhaut geführt sind. Einige 410 dieser Nietbolzen 408, 410 sind zusätzlich durch Spantstützen 130 geführt, die auf den Kopplungslaschen 112 aufliegen und den Spant 124 abstützen.
  • Die Ω-Stringer 104 schließen unter sich einen Hohlraum 108 ein, der durch einen Schlitz 110 im Dachabschnitt 401 der Ω-Stringer 104 mit bloßem Auge einsehbar und für menschliche Hände zugänglich gemacht ist. Auf den Flankenabschnitten 406 der Ω-Stringer 104 aufliegende Schenkel 406 der Kopplungslaschen 112, 113 sind an diesen durch Nietbolzen 114 befestigt, die durch die Ω-Stringer 104 und die Kopplungslaschen 112, 113 geführt sind. Die in den Hohlraum 108 ragenden Enden der Nietbolzen 114 können bei Montage, Inspektion und Reparatur durch den Schlitz 110 eingesehen und mit bloßen Händen und kleineren Werkzeugen erreicht werden.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
  • Beispielsweise können andere Materialien als Faserverbundwerkstoffe für Außenhaut, Versteifungsprofilelemente und/oder Kopplungslaschen verwendet werden. Die Versteifungsprofilelemente können ein vollständig geschlossenes Profil, z. B. ein rechteckiges Profil aufweisen. Statt einen Hohlraum einzuschließen kann das Versteifungsprofil z. B. Hinterschneidungen oder Nasen aufweisen, unterhalb derer für Inspektion und Montage schwer zugängliche Bereiche liegen.
  • 100
    Strukturbauteil
    102, 103
    Außenhaut
    104, 106
    Versteifungsprofilelement
    108
    Hohlraum
    110
    Zugangsöffnung
    112
    Kopplungslasche
    114, 115
    Befestigungselement
    116, 118
    Sektion
    120
    Nahtlinie
    122
    Stoßlasche
    124
    Spant
    126
    Schubkamm
    127
    Schubkammfuß
    128
    Schubkammfußbefestiger
    130
    Spantstütze
    200
    Stirnseite
    202
    Befestigungsloch
    204, 205
    Kopplungszone
    206
    Wandung
    207
    Übergangszone
    208
    Diagonale Faserlage
    209
    Longitudinale Faserlage
    210
    Profilfußbefestigerloch
    400
    Flankenabschnitt
    401
    Dachabschnitt
    402
    Fußabschnitt
    404, 406
    Profilschenkel
    408
    Profilfußbefestiger
    410
    Spantbefestiger

Claims (17)

  1. Koppelverfahren zur Kopplung eines ersten (104) und eines zweiten (106) Versteifungsprofilelements für eine Außenhaut (102) eines Luft- oder Raumfahrzeugs, mit den Verfahrensschritten: Anordnen der Versteifungsprofilelemente (104, 106) auf der Außenhaut (102) derart, dass die Versteifungsprofilelemente (104, 106) sich mit einer jeweiligen Stirnseite (200) gegenüberliegen und unter sich einen Hohlraum (108) einschließen; Ausbilden eines Befestigungsloches (202) durch eine Wandung mindestens eines der Versteifungsprofilelemente (104) in den Hohlraum (108), innerhalb einer Kopplungszone (204) des Versteifungsprofilelements (104); Ausbilden einer Zugangsöffnung (110) in den Hohlraum (108) durch die Wandung (206), entlang der Kopplungszone (204); und Befestigen einer Kopplungslasche (112), welche die Versteifungsprofilelemente (104, 106) aneinander koppelt, an der Kopplungszone (204) mittels eines durch das Befestigungsloch (202) geführten Befestigungselements (114).
  2. Koppelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden des Befestigungslochs (202), das Ausbilden der Zugangsöffnung (110) und das Befestigen der Kopplungslasche (112) jeweils am ersten (104) und am zweiten (106) Versteifungsprofilelement erfolgen.
  3. Koppelverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden des Befestigungsloches (202) durch spanende Bearbeitung erfolgt und weiterhin ein Schritt des Entfernens von Spänen aus dem Hohlraum (108) durch die Zugangsöffnung (110) vorgesehen ist.
  4. Koppelverfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Schritt des Verstärkens (d2) der Wandung (206, d1) des Versteifungsprofilelements (104) in der Kopplungszone (204) vorgesehen ist.
  5. Koppelverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsprofilelement (104) als Faserverbundbauteil ausgebildet ist und das Verstärken der Wandung (206) durch Auflaminieren mindestens einer zusätzlichen Faserlage (208) erfolgt.
  6. Verwendung des Koppelverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Verbindung von Sektionen (116, 118) eines Flugzeugrumpfs.
  7. Strukturbauteil (100) für ein Luft- oder Raumfahrzeug, mit: einer Außenhaut (102); einem ersten (104) und einem zweiten (106) Versteifungsprofilelement, welche auf der Außenhaut (100) derart angeordnet sind, dass die Versteifungsprofilelemente (104, 106) sich mit einer jeweiligen Stirnseite (200) gegenüberliegen und unter sich einen Hohlraum (108) einschließen; einem Befestigungsloch (202) durch eine Wandung (206) mindestens eines der Versteifungsprofilelemente (104) in den Hohlraum (108), welches innerhalb einer Kopplungszone (204) des Versteifungsprofilelements (104) ausgebildet ist; einer Zugangsöffnung (110) in den Hohlraum (108) durch die Wandung (206), welche entlang der Kopplungszone (204) ausgebildet ist; und einer Kopplungslasche (112), welche die Versteifungsprofilelemente (104, 106) aneinander koppelt und an der Kopplungszone (108) mittels einem durch das Befestigungsloch (202) geführten Befestigungselement (114) befestigt ist.
  8. Strukturbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes und zweites Befestigungsloch (202) in einer jeweiligen Kopplungszone des ersten (104) bzw. zweiten (106) Versteifungsprofilelements ausgebildet sind; am ersten (104) und am zweiten (106) Versteifungsprofilelement je eine Zugangsöffnung (110) ausgebildet ist; und die Kopplungslasche (112) am ersten Versteifungsprofilelement (104) mittels eines durch das erste Befestigungsloch (202) geführten Befestigungselements (114) und am zweiten Versteifungsprofilelement (106) mittels eines durch das zweite Befestigungsloch geführten Befestigungselements (115) befestigt ist.
  9. Strukturbauteil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangsöffnung (110) als ein in Längsrichtung des Versteifungsprofilelements (104) verlaufender Schlitz (110) ausgebildet ist, welcher insbesondere in die Stirnseite (200) des Versteifungsprofilelements (104) mündet.
  10. Strukturbauteil nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Seiten der Zugangsöffnung (110) jeweils eine erste (112) und eine zweite (113) Kopplungslasche befestigt sind, jeweils mittels durch Befestigungslöcher (202) in der Wandung (206) geführter Befestigungselemente (114).
  11. Strukturbauteil nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangsöffnung (110) derart ausgebildet ist, dass im Wesentlichen der gesamte Hohlraum (108) in der Kopplungszone (204) mit einer durch die Zugangsöffnung eingeführten menschlichen Hand erreichbar ist.
  12. Strukturbauteil nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangsöffnung (110) derart ausgebildet ist, dass die Mündung des Befestigungslochs (202) in den Hohlraum (108) von außerhalb des Hohlraums (108) durch die Zugangsöffnung (110) einsehbar ist.
  13. Strukturbauteil nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsprofilelement (104) ein Ω-Profil aufweist.
  14. Strukturbauteil nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungslasche (112) ein zweischenkliges Profil (404, 406) aufweist, wobei ein erster Schenkel (404) durch einen Fußabschnitt (402) des Ω-Profils hindurch an der Außenhaut (102) befestigt (408, 410), und ein zweiter Schenkel (406) mittels der Befestigungselemente (202) an einem Flankenabschnitt (400) des Ω-Profils befestigt ist.
  15. Strukturbauteil nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (206) des Versteifungsprofilelements (104) in der Kopplungszone (204) eine größere Dicke (d2) aufweist als außerhalb (d1) der Kopplungszone (204).
  16. Strukturbauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das das Versteifungsprofilelement (104) als Faserverbundbauteil (104) ausgebildet ist, wobei in der Kopplungszone (204) eine zusätzliche Faserlage (208) auflaminiert ist.
  17. Strukturbauteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Faserlage (208) eine Faserrichtung aufweist, welche in Richtung zur Stirnfläche (200) diagonal nach außen verläuft.
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