DE102007029500A1 - Verfahren zum Koppeln von Versteifungsprofilelementen sowie Strukturbauteil - Google Patents
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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 aus1 ; -
2B eine Perspektivansicht eines Endabschnitts eines Versteifungsprofilelements aus1 , mit verdeutlichter Faserrichtung; und -
3 eine Querschnittansicht des Strukturbauteils aus1 . - In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteili ges angegeben ist.
-
1 zeigt in Perspektivansicht ausschnitthaft ein Strukturbauteil100 , das einen Teil der Rumpfschale eines Flugzeugs bildet, wobei der Blick auf die Innenseite der Außenhaut102 ,103 des Flugzeugs gerichtet ist. Die Rumpfschale ist aus mehreren Sektionen116 ,118 entlang ringförmig um den Flugzeugrumpf verlaufender Nahtlinien120 zusammengefügt. Der in1 gezeigte Ausschnitt umfasst je einen Teil einer ersten116 und einer zweiten118 Sektion, deren Nahtstelle durch die strichpunktierte Linie120 markiert ist. - Die erste Sektion
116 umfasst einen ersten Abschnitt102 , und die zweite Sektion118 einen zweiten Abschnitt103 der Außenhaut102 ,103 . Beide Außenhautabschnitte stoßen entlang der Nahtlinie120 stumpf aneinander, so dass an der dem Betrachter abgewandten, glatten Außenseite des Flugzeugrumpfs keine Stufe entsteht. Auf der dem Betrachter zugewandten Innenseite der Außenhaut102 ,103 ist eine Stoßlasche122 flächig jeweils zur Hälfte auf dem ersten102 und dem zweiten103 Abschnitt der Außenhaut102 ,103 angeordnet und mit beiden Abschnitten z. B. durch Vernieten verbunden. - Der erste
102 und der zweite103 Abschnitt der über die Stoßlasche122 verbundenen Außenhaut102 ,103 sind jeweils für sich durch als Stringer104 ,106 ausgebildete Versteifungsprofilelemente104 ,106 versteift, die zur Flugrichtung annähernd parallel und zur Nahtlinie120 zwischen den Sektionen116 ,118 annähernd rechtwinklig verlaufen. Die Stringer104 ,106 weisen ein Ω-förmiges Profil auf, mit einem Dachabschnitt401 , zu dessen beiden Seiten jeweils ein Flankenabschnitt400 abfällt, an den sich wiederum jeweils ein Fußabschnitt402 anschließt. Die Stringer104 ,106 sind jeweils mit ihren Fußabschnitten402 auf der Außenhaut befestigt, so dass sie unter ihren Dach-401 und Flankenabschnitten400 mit dem zwischen den Fußabschnitten liegenden Abschnitt der Außenhaut102 ,103 einen Hohlraum108 mit angenähert trapezförmigem Querschnitt einschließen. - In der Nähe der Nahtlinie
122 enden die auf der Außenhaut102 ,103 in Richtung auf die Nahtlinie120 zu verlaufenden Stringer104 ,106 jeweils an den Kanten der Stoßlasche122 , so dass im Bereich der Stoßlasche120 die Außenhaut nicht unmittelbar durch die Stringer104 ,106 verstärkt ist. Zu beiden Seiten der Stoßlasche120 steht sich jeweils ein Paar eines auf dem ersten Abschnitt102 der Außenhaut102 ,103 liegenden ersten Stringers104 und eines auf dem zweiten Abschnitt103 der Außenhaut102 ,103 liegenden zweiten Stringers106 mit ihren Stirnseiten gegenüber. Die beiden Stringer104 ,106 eines einander gegenüberliegenden Paares aus erstem104 und zweitem106 Stringer sind jeweils über zwei Kopplungslaschen112 ,113 gekoppelt. - Die Kopplungslaschen
112 ,113 weisen ein zweischenkliges, annähernd L-förmiges Profil auf, wobei der Winkel zwischen den Schenkeln mit dem zwischen Fußabschnitt402 und Flankenabschnitt400 der Ω-Stringer104 ,106 gebildeten Winkel übereinstimmt. Die beiden Kopplungslaschen112 ,113 , die jeweils ein Paar sich gegenüberstehender Stringer104 ,106 koppeln, sind zueinander spiegelbildlich zu beiden Seiten der Dachabschnitte401 auf den Fuß-402 und Flankenabschnitten400 der Ω-Stringer104 ,106 angeordnet, wobei sich die Schenkel der Kopplungslaschen112 ,113 aufgrund der Übereinstimmung der Winkel an die Fuß-402 und Flankenabschnitte400 anschmiegen. Jede Kopplungslasche112 ,113 liegt für die Länge einer Kopplungszone204 des ersten Stringers104 an dessen dem zweiten Stringer106 zugewandten Ende auf dem ersten Stringer104 auf, verläuft im Bereich zwischen den Stringern104 ,106 über die Querstoßlasche122 hinweg und liegt für die Länge einer Kopplungszone205 des zweiten Stringers106 an dessen dem ersten Stringer106 zugewandten Ende auf dem zweiten Stringer106 auf. - Die an Fußabschnitten
400 der Stringer104 ,106 anliegenden Schenkel der Kopplungslaschen112 ,113 sind an den Fußabschnitten400 und den darunterliegenden Außenhautabschnitten102 ,103 über Profilfußbefestiger408 befestigt, z. B. über Nietbolzen, die durch eine Kopplungslasche112 ,113 , einen Stringer104 ,106 und einen Außenhautabschnitt102 ,103 geführt sind. Beide Enden der Profilfußbefestiger408 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 zweiten106 Stringers anliegenden Schenkel der Kopplungslaschen112 ,113 sind in der Kopplungszone204 des ersten Stringers104 mit einer ersten Reihe von Befestigungselementen114 und in der Kopplungszone105 des zweiten Stringers105 mit einer zweiten Reihe von Befestigungselementen115 befestigt, z. B. mit Nieten oder Schraubbolzen. Die Befestigungselemente114 ,115 sind dabei jeweils durch eine Kopplungslasche112 ,113 und den Flankenabschnitt400 eines Stringers104 geführt, so dass die Befestigungselemente114 ,115 mit einem Ende in den Hohlraum108 ragen. - In den Dachabschnitten
401 der Stringer104 ,106 ist im Bereich der Kopplungszonen204 ,205 jeweils eine schlitzförmige Zugangsöffnung110 ausgebildet, die eine Zugang in den Hohlraum108 eröffnet. Da die Zugangsöffnung110 zwischen und parallel zu den in den beidseitigen Flankenabschnitten400 des Stringers angeordneten Reihen von Befestigungselementen114 ,115 verläuft, sind die in den Hohlraum108 ragenden Enden der Befestigungselemente114 ,115 durch die Zugangsöffnung zugänglich, z. B. für eine Sichtkontrolle zur Qualitätssicherung. - An der Nahtlinie
120 zwischen den beiden Außenhautabschnitten102 ,103 ist als weiteres Versteifungselement ein Spant124 mittels eines Schubkamms126 auf der Querstoßlasche122 befestigt. Dabei sind Schubkammbefestiger wie z. B. Nietbolzen durch Schubkammfüße127 , die Querstoßlasche122 und den Barunterliegenden ersten Außenhautabschnitt102 geführt. Der Spant124 ist zusätzlich durch Spantstützen130 auf jeweils einer112 der ein Paar von Stringern104 ,106 koppelnden Kopplungslaschen112 ,113 abgestützt. - Bevor die Sektionen
116 ,118 zur Montage des Flugzeugrumpfs zusammengefügt werden, können die Querstoßlasche122 , der Schubkamm126 und der Spant124 als Teil der ersten Sektion116 vormontiert sein. Die Sektion116 umfasst in diesem Fall die vormontierte Querstoßlasche122 , den Schubkamm126 und den Spant124 . In der Sektionsmontage, d. h. beim zusammenfügen der Sektionen116 ,117 werden die Sektionen relativ zueinander positioniert, wobei der über den ersten Außenhautabschnitt102 hinausragende Teil der Querstoßlasche122 auf der Innenseite des zweiten Außenhautabschnitts103 zu liegen kommt und mit diesem verbunden wird. Anschließend werden die Kopplungslaschen112 ,113 und nach diesen die Spantstützen130 montiert. -
2A zeigt in perspektivischer Ansicht einen Endabschnitt eines Ω-Stringers104 , wie er Bestandteil des Strukturbauteils aus1 ist. Das Ω-förmige Profil des Stringers104 umfasst fünf Abschnitte402 ,400 ,401 ,400 ,402 etwa gleicher Breite und Wandungsstärke d1, nämlich einen zentralen Dachabschnitt401 , der von zwei Flankenabschnitten400 flankiert wird, an die sich ihrerseits jeweils ein Fußabschnitt402 anschließt. Unterhalb des Dachabschnitts401 und der Flankenabschnitte ist ein Hohlraum108 gebildet. - Im Vordergrund der Ansicht ist die Stirnseite
200 des Ω-Stringers104 gezeigt. Innerhalb einer Kopplungszone204 ist im Dachabschnitt401 ein zur Stirnseite200 hin offener Schlitz110 als Zugangsöffnung in den Hohlraum108 ausgebildet. In den Flankenabschnitten400 sind im Bereich der Kopplungszone204 Befestigungslöcher202 ausgebildet, wobei deren Mündung in den Hohlraum108 von außen durch den Schlitz110 einsehbar ist und damit einfach inspiziert werden kann. In den Fußabschnitten402 sind im Bereich der Kopplungszone204 Profilfußbefestigerlöcher210 vorgesehen. - Die Wandung
206 des Ω-Stringers104 ist im Bereich der Kopplungszone204 dicker ausgeführt als außerhalb der Kopplungszone204 , um so die durch den Schlitz110 bedingte Schwächung des Stringers104 im Bereich der Kopplungszone204 auszugleichen. Beispielsweise ist die Dicke d2 der Wandung206 innerhalb der Kopplungszone204 um ca. 20% größer als die Dicke d1 außerhalb der Kopplungszone204 , wobei in einer Übergangszone207 die Dicke allmählich von d1 auf d2 ansteigt. -
2B zeigt in gleicher Perspektive wie2A eine mögliche Ausführungsform des Ω-Stringers104 aus2A . Der Stringer104 ist als Faserverbundbauteil104 ausgebildet, z. B. aus kohlefaserverstärktem Kunststoff. Im Innern der Wandung des Stringers104 verlaufen übereinanderliegende Faserlagen209 in Schichten parallel209 und quer zur Längsrichtung des Stringers104 . Im Bereich der Kopplungszone204 sind zusätzliche Faserlagen208 auflaminiert, deren Faserrichtungen vom Dachabschnitt401 in Richtung zur Stirnseite200 beidseitig diagonal nach außen verlaufen. Hierdurch wird der Kraftfluss durch den Dachabschnitt401 des Stringers in der Kopplungszone204 an der Zugangsöffnung110 vorbei in die Flanken- und Fußabschnitte des Stringers104 geleitet. -
3 zeigt eine Querschnittansicht des Strukturbauteils aus1 . Auf der Außenhaut102 sind drei parallel verlaufende Ω-Stringer104 angeordnet, hinter denen ebenfalls auf der Außenhaut102 die Querstoßlasche122 verläuft. Auf der Querstoßlasche122 ist ein Schubkamm126 mittels Nietbolzen128 befestigt, die durch den Fuß127 des Schubkamms126 , die Querstoßlasche122 und die Außenhaut122 geführt sind. Der Schubkamm126 trägt den Spant124 . - Auf den Flanken-
400 und Fußabschnitten402 der Ω-Stringer104 sind Kopplungslaschen112 ,113 angeordnet, deren Profil zwei Schenkel404 ,406 im Winkel von ca. 120° zueinander aufweist, demselben Winkel, in dem auch Fuß-402 und Flankenabschnitte400 der Ω-Stringer104 zueinander stehen. Auf dem Fußabschnitt402 der Ω-Stringer104 aufliegende Schenkel404 der Kopplungslaschen112 ,113 sind auf diesen befestigt durch Nietbolzen408 ,410 , die jeweils durch die Kopplungslasche112 ,113 , den Ω-Stringer104 und die Außenhaut geführt sind. Einige410 dieser Nietbolzen408 ,410 sind zusätzlich durch Spantstützen130 geführt, die auf den Kopplungslaschen112 aufliegen und den Spant124 abstützen. - Die Ω-Stringer
104 schließen unter sich einen Hohlraum108 ein, der durch einen Schlitz110 im Dachabschnitt401 der Ω-Stringer104 mit bloßem Auge einsehbar und für menschliche Hände zugänglich gemacht ist. Auf den Flankenabschnitten406 der Ω-Stringer104 aufliegende Schenkel406 der Kopplungslaschen112 ,113 sind an diesen durch Nietbolzen114 befestigt, die durch die Ω-Stringer104 und die Kopplungslaschen112 ,113 geführt sind. Die in den Hohlraum108 ragenden Enden der Nietbolzen114 können bei Montage, Inspektion und Reparatur durch den Schlitz110 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)
- 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 ). - 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. - 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. - 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. - 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. - Verwendung des Koppelverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Verbindung von Sektionen (
116 ,118 ) eines Flugzeugrumpfs. - 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. - 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. - 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. - 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 ). - 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. - 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. - Strukturbauteil nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsprofilelement (
104 ) ein Ω-Profil aufweist. - 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. - 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 ). - 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. - 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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