DE102008001725A1

DE102008001725A1 - Method for producing large, particularly long shell segments to form body cell for aircraft, involves assembling film segments into large film panel

Info

Publication number: DE102008001725A1
Application number: DE102008001725A
Authority: DE
Inventors: Holger Frauen; Robert Alexander Goehlich; Steffen Biesek
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2028-05-14
Also published as: DE102008001725B4

Abstract

The method involves assembling film segments (3,4,5,6,7) into a large film panel (2), and welding different integral stringers (10,11,12,13) on the film panel. The ring frame segments (14,15) are welded with the film panel for the completion of a shell segment (1). An independent claim is included for a shell segment with a large film panel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von großformatigen, insbesondere langen, Schalensegmenten zur Bildung einer Rumpfzelle für ein Flugzeug.The The invention relates to a process for producing large-format, especially long, shell segments to form a fuselage cell for a Plane.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein großformatiges Schalensegment, das nach Maßgabe des Verfahrens gefertigt ist.Furthermore the invention relates to a large format Cup segment, according to specification of the method is made.

Sowohl die klassische Aluminiumbauweise als auch die Aluminiummischbauweise finden im Flugzeugbau nach wie vor verbreitet Anwendung. Hierbei werden Rumpfsektionen aus mindestens zwei vorgefertigten (Halb-)Schalensegmenten unter Bildung von Längsnähten zusammengefügt. Die einzelnen vorgefertigten Schalensegmente sind mit einer einfach oder zweifach gekrümmten Außenhaut gebildet, die innenseitig mit in Längsrichtung des Flugzeugs verlaufenden Stringern und quer hierzu angeordneten Spanten versteift ist. Die Verbindung aller genannten Komponenten erfolgt überwiegend durch eine Vielzahl von Nieten. Die Herstellung der Längsnähte zwischen den zusammen zu fügenden Schalensegmenten erfordert hinreichend große Überlappungen zwischen den Außenhäuten der Schalensegmente, um die Vernietung zu ermöglichen. Diese Überlappungen stellen eine statisch nicht erforderliche Dopplung der Materialstärke der Außenhaut dar, die sich gewichtserhöhend auswirkt.Either the classic aluminum construction as well as the aluminum composite construction are still widely used in aircraft construction. in this connection Fuselage sections are made up of at least two prefabricated (half) shell segments joined together to form longitudinal seams. The single prefabricated shell segments are easy with one or doubly curved Outer skin formed, the inside with in the longitudinal direction of the aircraft extending stringers and arranged transversely thereto Frames is stiffened. The connection of all mentioned components predominantly by a variety of rivets. The production of longitudinal seams between the together too mating shell segments requires sufficiently large overlaps between the outer skins of the shell segments, to allow the riveting. These overlaps make a statically unnecessary duplication of the material thickness of the outer skin which is increasing in weight effect.

Die Rumpfzelle eines Flugzeugs wird aus mehreren vorgefertigten Rumpfsektionen gebildet. Zu diesem Zweck werden mindestens zwei Rumpfsektionen entlang einer quer zur Längsachse des Flugzeugs verlaufenden, umlaufenden Quernaht zusammengefügt. Im Bereich der Quernaht werden die Außenhäute der Rumpfsektionen auf Stoß verbunden, so dass für die Vernietung innenseitig, sich beidseitig von der Quernaht erstreckende Querstoßlaschen erforderlich sind. Die im Bereich der Quernaht gegenüberliegenden Stringer jeder Rumpfsektion werden durch Stringerkupplungen miteinander verbunden. im Bereich der Quernaht sind erforderlichenfalls zusätzliche Anbindungswinkel (so genannte ”Clips”) vorgesehen, die zur Anbindung und Abstützung von im Quernahtbereich verlaufender Ringspante dienen. Die Anbindungswinkel können gegebenenfalls als integrale Bestandteile der Stringerkupplungen ausgebildet sein. Die Querstoßlaschen, die Stringerkupplungen sowie die Anbindungswinkel im Querstoßbereich sind in statischer Hinsicht nicht zwingend erforderlich, für die Herstellung der Nietverbindungen jedoch unabdingbar, so dass durch diese Verbindungselemente unnötiges zusätzliches Gewicht in die Rumpfzellenstruktur des Flugzeugs eingetragen wird.The The fuselage cell of an aircraft is made up of several prefabricated fuselage sections educated. For this purpose, at least two fuselage sections along a transverse to the longitudinal axis the aircraft running, circumferential transverse seam joined together. In the area The transverse seams are the outer skins of the Fuselage sections connected on push, so for the riveting inside, extending from both sides of the cross seam Cross fishplates required are. The opposite in the transverse seam Stringers of each fuselage section are interconnected by stringer couplings connected. in the area of the transverse seam are additional if necessary Connecting angle (so-called "clips") provided the for connection and support serve in the transverse seam area extending ring frame. The connection angle can optionally as integral components of the stringer couplings be educated. The crossbeams, the Stringers couplings and the connection angle in the transverse joint area are not absolutely necessary for the manufacture in static terms However, the riveting is essential, so that through these fasteners unnecessary additional weight is entered into the fuselage cell structure of the aircraft.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Schalensegmenten für Rumpfsektionen für Flugzeuge anzugeben, mit dem sich im Vergleich zur herkömmlichen Bauweise eine Gewichtsreduzierung erzielen lässt.task The invention therefore provides a method for producing shell segments for fuselage sections for airplanes specify a weight reduction compared to the conventional design achieve.

Diese Aufgabe wird zunächst durch ein Verfahren, das die nachfolgenden Verfahrensschritte des Patentanspruchs 1 umfasst, gelöst:

a) Zusammenfügen von mindestens zwei Hautsegmenten zu einem großformatigen Hautfeld,
b) Aufschweißen einer Vielzahl von integralen Stringern auf das Hautfeld, und
c) Verschweißen einer Vielzahl von integralen Ringspantsegmenten mit dem Hautfeld zur Fertigstellung des Schalensegmentes.

This object is first achieved by a method which comprises the following method steps of patent claim 1:

a) joining at least two skin segments into a large-sized skin panel,
b) welding a plurality of integral stringers to the skin panel, and
c) welding a plurality of integral annular segments to the skin panel to complete the shell segment.

Infolge der erfindungsgemäß großen Länge der einzelnen Schalensegmente wird die Anzahl der erforderlichen Verbindungselemente zum Zusammenfügen der Rumpfsektionen zu einer Rumpfzelle eines Flugzeugs, insbesondere im Bereich der Quernähte, und zugleich die Anzahl der zur Bildung einer Rumpfzelle erforderlichen Rumpfsektionen signifikant vermindert, wodurch sich ein hohes Gewichtseinsparungspotenzial einstellt. Darüber hinaus ist der Wartungsaufwand des erfindungs gemäßen Schalensegmentes im Betrieb im Vergleich zur klassischen Nietbauweise erheblich vermindert, da sowohl Korrosionseffekte als auch Ermüdungserscheinungen innerhalb der Schweißnähte nicht oder nur in einem im Vergleich zu genieteten Nähten geringeren Umfang auftreten. Ferner wird durch die reduzierte Anzahl der Quernähte der Montageaufwand einer Rumpfsektion verringert.As a result the inventively large length of individual shell segments becomes the number of required fasteners to join the fuselage sections to a fuselage cell of an aircraft, in particular in the area of cross seams, and at the same time the number of times required to form a fuselage cell Fuselage sections significantly reduced, resulting in a high weight saving potential established. About that In addition, the maintenance of fiction, contemporary shell segment is in operation significantly reduced in comparison to the classic rivet construction, because both corrosion effects and fatigue within the welds are not or occur only in a smaller compared to riveted seams. Furthermore, by the reduced number of transverse seams of Reduced installation effort of a fuselage section.

Im Verfahrensschritt a) erfolgt das Zusammenfügen von mindestens zwei Hautsegmenten zu einem großformatigen Hautfeld. Eine Länge des so zusammengefügten Hautfeldes beträgt vorzugsweise deutlich mehr als 12 m. Anschließend wird im Verfahrensschritt b) eine Vielzahl von integralen, das heißt einstückig ausgebildeten Stringern, innenseitig auf das großformatige Hautfeld vorzugsweise aufgeschweißt, vernietet oder verklebt. Abschließend wird im Verfahrensschritt c) eine Vielzahl von gleichfalls bevorzugt integral ausgestalteten Ringspantsegmenten mit dem Hautfeld zur Fertigstellung der Schalensegmente vorzugsweise verschweißt, vernietet oder verklebt.in the Process step a), the joining of at least two skin segments to a large format Skin field. A length of the so assembled Skin field is preferably significantly more than 12 m. Subsequently, in the process step b) a plurality of integral, that is integrally formed stringers, inside on the large format Skin field preferably welded, riveted or glued. Finally In method step c), a large number of compounds are likewise preferred integrally formed Ringpantsegmenten with the skin panel to Completion of the shell segments preferably welded, riveted or glued.

Gewichtserhöhende Verbindungselemente, wie beispielsweise Stringerkupplungen, Anbindungswinkel oder Querstoßlaschen sind für die Stabilität der derart gefertigten Schalensegmente (so genanntes ”long panel”) nicht mehr erforderlich. Eine Rumpfsektion für den späteren Flugzeugrumpf wird hierbei vorzugsweise mit zwei großformatigen, insbesondere Schalensegmenten mit Überlänge, in der so genannten Halbschalenbauweise oder mit vier Schalensegmenten in der Vierschalenbauweise gebildet. Eine umfangsseitig andere Schalenteilung mit drei, fünf oder mehr Schalensegmenten ist gleichfalls möglich.Weight-increasing connecting elements, such as stringer clutches, connection angle or transverse joint straps are no longer required for the stability of the shell segments produced in this way (so-called "long panel"). A fuselage section for the future aircraft fuselage is preferably formed here with two large-sized, in particular shell segments with excess length, in the so-called half-shell construction or with four shell segments in the four-shell construction. A circumferentially different shell division with three, five or more shell segments is also possible.

Mit dem Begriff der integralen Stringer bzw. der integral ausgestalteten Ringspantsegmente ist im Kontext der vorliegenden Anmeldung gemeint, dass sowohl die Stringer als auch die Ringspantsegmente innerhalb eines Schalensegmentes jeweils einstückig, das heißt durchgehend ausgebildet sind. Hierdurch sind Verbindungselemente für Stringer sowie Ringspante innerhalb eines Schalensegmentes entbehrlich.With the term integral stringer or integrally designed Ring frame segments is meant in the context of the present application, that both the stringers and the ring frame segments within a shell segment each in one piece, that is continuously are formed. As a result, fasteners for stringer As well as ring frame within a shell segment dispensable.

Nach Maßgabe einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Hautsegmente durch Reibrührschweißen zusammengefügt werden.To proviso an advantageous further development of the method is provided that the at least two skin segments are joined together by friction stir welding.

Das Reibrührschweißverfahren ermöglicht die Herstellung einer überlappungsfreien Verbindung zwischen zwei auf Stoß aneinandergrenzenden Aluminiumlegierungs blechen, wobei die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht mit denen des Ausgangsmaterials vergleichbar oder im Einzelfall sogar besser sind. Entsprechend kann mit Hautsegmenten aus dem Grundwerkstoff Glare^® verfahren werden, wenn im unmittelbaren Fügebereich für die zu bildenden Längsnaht- und/oder Quernahtverbindungen ein schweißbarer Aluminiumlegierungsbereich durch einen so genannten ”Splice”-Übergang zum Grundwerkstoff Glare^® vorgehalten wird.The friction stir welding method enables the production of an overlap-free connection between two abutting aluminum alloy sheets, wherein the mechanical properties of the weld comparable to those of the starting material or even better in individual cases. Accordingly, it can be moved with skin segments of the base material Glare ^®, if a weldable aluminum alloy region in the immediate joining area for the to be formed longitudinal seam and / or transverse seams is held by a so-called "splice" transition to the base material Glare ^®.

Eine weitere Fortbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Stringer und/oder die Ringspantsegmente durch Laserstrahlschweißen mit dem großformatigen Hautfeld verbunden werden.A Further training of the procedure provides that the stringer and / or the Ringspantsegmente by laser beam welding with the large format Skin field to be connected.

Das Laserstrahlschweißverfahren ermöglicht eine schnelle und vor allem weitgehend verzugfreie Herstellung von Schweißnähten mit hoher Güte zwischen unterschiedlichen Aluminiumlegierungsmaterialien. Darüber hinaus sind Vorrichtungen zum Laserstrahlschweißen in der Regel kompakt aufgebaut und weisen nur ein geringes Gewicht auf, so dass die Verschweißung der integralen Stringer und/oder der integralen Ringspantsegmente mit dem Hautfeld mit Standard-Industrierobotern erfolgen kann, wobei der Schweißvorgang gegebenenfalls sogar innerhalb einer bereits umfangsseitig geschlossenen Rumpfsektion durchführbar ist.The Laser beam welding process allows one fast and above all largely distortion-free production of welds with high quality between different aluminum alloy materials. Furthermore are devices for laser beam welding usually compact and constructed have only a low weight, so that the welding of the integral stringer and / or integral ring frame segments the skin field can be done with standard industrial robots, wherein the welding process possibly even within an already circumferentially closed Fuselage section feasible is.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Rumpfsektion für ein Flugzeug mit mindestens zwei Schalensegmenten und mindestens einem Fußbodengerüst gebildet, wobei die mindestens zwei Schalensegmente entlang Längsnähten zusammengefügt werden.According to one Another embodiment of the method is a fuselage section for an aircraft with formed at least two shell segments and at least one floor scaffold, wherein the at least two shell segments are joined together along longitudinal seams.

Die Längsnähte zwischen den Schalensegmenten einer Rumpfsektion können in konventioneller Weise durch Vernieten, Verschrauben oder Verkleben hergestellt werden, so dass eine Überlappung erforderlich ist. Alternativ ist es möglich, auch diese Längsnähte mittels des Reibrührschweißverfahrens auf Stoß, das heißt überlappungsfrei auszuführen.The Longitudinal seams between The shell segments of a fuselage section can be constructed in a conventional manner be made by riveting, screwing or gluing, so that an overlap is required is. Alternatively it is possible These longitudinal seams means of the friction stir welding method shock, that means without overlap perform.

Darüberhinaus wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Schalensegment nach Maßgabe des Patentanspruchs 7 gelöst.Furthermore becomes the object of the invention by a shell segment according to the claim 7 solved.

Dadurch, dass das großformatige Hautfeld des Schalensegmentes mit mindestens zwei durch Reibrührschweißen zusammengefügten Hautsegmenten gebildet ist,
wobei das großformatige Hautfeld innenseitig mit einer Vielzahl von mittels Laser strahlschweißen aufgeschweißten integralen Stringern und Ringspantsegmenten versteift ist und eine Länge von mindestens 12 m aufweist,
kann das Gewicht einer hiermit aufgebauten Flugzeugrumpfzelle im Vergleich zur herkömmlichen Aluminiumbauweise erheblich verringert werden, weil sich die Anzahl der erforderlichen Quernähte insgesamt verringert und zugleich nur noch eine verminderte Anzahl von Verbindungselementen in den verbleibenden Quernahtbereichen nötig ist. Die erfindungsgemäßen Schalensegmente können eine Länge von bis zu 25 m aufweisen.Characterized in that the large-sized skin panel of the shell segment is formed with at least two skin segments joined together by friction stir welding,
wherein the large-sized skin panel is stiffened on the inside with a plurality of welded by laser beam welding welded integral stringers and Ringspantsegmenten and has a length of at least 12 m,
For example, the weight of an aircraft fuselage cell constructed herewith can be considerably reduced in comparison with the conventional aluminum construction because the number of required transverse seams is reduced overall and at the same time only a reduced number of connecting elements in the remaining transverse seam areas is necessary. The shell segments of the invention may have a length of up to 25 m.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Schalensegmentes sind in den weiteren Patentansprüchen dargelegt.Further advantageous embodiments of the method and the shell segment are in the further claims explained.

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 eine vereinfachte (ebene) Darstellung einer Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Schalensegment, 1 a simplified (planar) representation of a plan view of an inventive shell segment,

2 eine Querschnittsdarstellung entlang der Schnittlinie II-II in der 1, 2 a cross-sectional view along the section line II-II in the 1 .

3 eine Querschnittsdarstellung entlang der Schnittlinie III-III in der 1, 3 a cross-sectional view along the section line III-III in the 1 .

4–6 eine schematisierte Darstellung des Verfahrensablaufs, und 4 - 6 a schematic representation of the procedure, and

7 eine prinzipielle Darstellung eines unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schalensegmente (”long panel”) gefertigten Flugzeuges. 7 a schematic representation of an aircraft using the inventive shell segments ("long panel") manufactured.

In der Zeichnung weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils die gleiche Bezugsziffer auf.In the drawing, the same constructive elements each have the same reference number.

Die 1 zeigt eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Schalensegment. Ein Schalensegment 1 ist unterseitig mit einem Hautfeld 2 beplankt. Das Hautfeld 2 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 mit insgesamt fünf in etwa rechteckförmigen Hautsegmenten 3 bis 7 (Hautblechen) gebildet. Die fünf mit einem Aluminiumlegierungsmaterial gebildeten Hautsegmente 3 bis 7 sind jeweils durch eine Vielzahl von Reibrührschweißnähten miteinander verbunden, von denen eine Reibrührschweißnaht 8 stellvertretend für die restlichen eine Bezugsziffer trägt. Durch die Anwendung des Reibrührschweißverfahrens ist gewährleistet, dass das aus den Hautsegmenten 3 bis 7 zusammengeschweißte Hautfeld 2 über dieselben mechanischen Eigenschatten verfügt, als wenn das Hautfeld 2 mit einem einstückigen, homogenen Aluminiumlegierungsblech gebildet wäre. Das Hautfeld 2 kann darüber hinaus in nahezu beliebigen Abmessungen gefertigt werden, die völlig unabhängig von den in der Regel genormten Standardabmessungen der eingesetzten und auf so genannten ”Coils” bereitgestellten Aluminiumlegierungsbleche und/oder der Glare^®-Halbzeuge gewählt werden können.The 1 shows a plan view of an inventive shell segment. A shell segment 1 is underside with a skin panel 2 planked. The skin field 2 is in the illustrated embodiment of the 1 with a total of five approximately rectangular skin segments 3 to 7 (Skin sheets) formed. The five skin segments formed with an aluminum alloy material 3 to 7 are each interconnected by a plurality of friction stir welds, one of which is a friction stir weld 8th representative of the remaining one carries a reference number. By using the friction stir welding process, it is ensured that the skin segments 3 to 7 welded-together skin field 2 has the same mechanical properties as the skin 2 would be formed with a one-piece, homogeneous aluminum alloy sheet. The skin field 2 can be made in addition in virtually any dimensions, can be chosen completely independently of the standardized dimensions of the generally standard used and provided on so-called "Coils" aluminum alloy sheets and / or the glare ^® semi-finished products.

Eine Längsachse 9 des Schalensegmentes 1 verläuft im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse eines nicht dargestellten Flugzeugs. Auf das Hautfeld 2 sind eine Vielzahl von einstückigen, durchgehenden, kupplungsfreien Stringern, von denen vier Stringer 10, 11 sowie 12, 13 repräsentativ für alle Weiteren mit einer Bezugsziffer versehen sind, aufgeschweißt. Das zumindest abschnittsweise Aufschweißen der Stringer auf das Hautfeld 2 erfolgt vorzugsweise mittels bekannter Laserstrahlschweißverfahren. Die Stringer sind vorzugsweise gleichmäßig zueinander beabstandet sowie parallel zur Längsachse 9 verlaufend auf dem Hautfeld 2 angeordnet. Die Stringer können mit einem längeren, vorzugsweise nahtlos extrudierten Profil (z. B. T-Stringer, Z-Stringer oder Ω-Stringer) gebildet sein. Alternativ können die Stringer durch kürzere, auf Stoß zusammengefügte, insbesondere mittels thermischer Fügeverfahren verbundener, Profile hergestellt werden.A longitudinal axis 9 of the shell segment 1 is substantially parallel to a longitudinal axis of an aircraft, not shown. On the skin field 2 are a variety of one-piece, continuous, clutchless stringers, four of which stringer 10 . 11 such as 12 . 13 Representative of all others with a reference numeral, welded on. The at least partially welding the stringer on the skin field 2 is preferably carried out by means of known laser beam welding. The stringer are preferably evenly spaced from each other and parallel to the longitudinal axis 9 running on the skin field 2 arranged. The stringers can be formed with a longer, preferably seamlessly extruded profile (eg T-stringer, Z-stringer or Ω-stringer). Alternatively, the stringer can be made by shorter, jointed, in particular by means of thermal joining processes associated profiles.

Quer zu den Stringern bzw. der Längsachse 9 sind eine Vielzahl von integral, das heißt einstückig und kupplungsfrei ausgestaltete Ringspantsegmente, von denen zwei Ringspantsegmente 14, 15 stellvertretend für alle übrigen des Schalensegmentes 1 mit einer Bezugsziffer versehen sind, zumindest abschnittsweise auf das Hautfeld 2 aufgeschweißt. Auch die Ringspantsegmente 14, 15 werden – wie die Stringerprofile auch – vorzugsweise im Laserstrahlschweißverfahren mit dem Hautfeld 2 verschweißt. Die im Bereich der Stringer bzw. der Ringspantsegmente verlaufenden Laserstrahlschweißnähte sind in der Darstellung der 1 nicht dargestellt.Transverse to the stringers or the longitudinal axis 9 are a variety of integral, that is, one-piece and clutch-free designed Ringpantsegmente, of which two Ringpantsegmente 14 . 15 representative of all the rest of the shell segment 1 are provided with a reference numeral, at least in sections on the skin panel 2 welded. Also the ring frame segments 14 . 15 are - like the Stringer profiles also - preferably in the laser beam welding process with the skin field 2 welded. The laser beam welding seams running in the region of the stringers or the ring frame segments are shown in FIG 1 not shown.

Das Schalensegment 1 für den realen Einsatz ist im Gegensatz zur Darstellung der 1 nicht eben, sondern zumindest bereichsweise mindestens einachsig bzw. zweiachsig (sphärisch) gekrümmt ausgebildet, um sich nahtlos in eine Umfangskon tur einer Flugzeugrumpfzelle mit in der Regel örtlich variablen Krümmungsradien einzufügen. Sowohl die Hautsegmente 3 bis 7 als auch die Stringer sowie die Ringspantsegmente sind mit einem geeigneten Aluminiumlegierungsmaterial gebildet. Eine Länge 16 des Schalensegmentes 1 beträgt mehr als 12 m.The shell segment 1 for the real use is contrary to the representation of the 1 not even, but at least partially formed at least uniaxial or biaxial (spherical) curved to fit seamlessly into a Umfangskon structure of a fuselage cell with usually locally variable radii of curvature. Both the skin segments 3 to 7 as well as the stringers and the ring frame segments are formed with a suitable aluminum alloy material. A length 16 of the shell segment 1 is more than 12 m.

Die 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung entlang der Schnittlinie II-II aus der 1.The 2 shows a cross-sectional view along the section line II-II of the 1 ,

Das Hautsegment 3 ist mittels der Reibrührschweißnaht 8 mit dem Hautsegment 5 verbunden. Oberhalb der Hautsegmente 3, 5 verläuft der Stringer 10, der mittels einer Laserstrahlschweißnaht 17 mit den beiden Hautsegmenten 3, 5 sowie der Reibrührschweißnaht 8 verbunden ist.The skin segment 3 is by means of the friction stir weld 8th with the skin segment 5 connected. Above the skin segments 3 . 5 runs the stringer 10 by means of a laser beam weld 17 with the two skin segments 3 . 5 as well as the friction stir weld 8th connected is.

In der 3 ist eine Querschnittsdarstellung entlang der Schnittlinie III-III aus der 1 dargestellt.In the 3 is a cross-sectional view along the section line III-III of the 1 shown.

Die beiden Hautsegmente 3, 4 sind mittels der Reibrührschweißnaht 8 auf Stoß miteinander verbunden. Oberhalb der Hautsegmente 3, 4 verläuft das linksseitige Ringspantsegment 14, das mit den Hautsegmenten 3, 4 jeweils über eine zumindest abschnittsweise ausgebildete Laserstrahlschweißnaht 17 verbunden ist. In den Ringspant 14 sind ferner zwei Ausnehmungen 18, 19 eingebracht, durch die die beiden Stringer 12, 13 geführt sind, die unter einem rechten Winkel zum Ringspantsegment 14 verlaufen. Die Stringer 12, 13 sind gleichfalls durch zwei mindestens abschnittsweise ausgebildete Laserschweißnähte 20, 21 mit den Hautsegmenten 3, 4 zusammen gefügt.The two skin segments 3 . 4 are by means of the friction stir weld 8th connected on impact. Above the skin segments 3 . 4 runs the left-sided ring frame segment 14 that with the skin segments 3 . 4 in each case via an at least partially formed laser beam weld 17 connected is. In the ring frame 14 are also two recesses 18 . 19 introduced by the two stringers 12 . 13 are guided at a right angle to the ring frame segment 14 run. The stringers 12 . 13 are also formed by two at least partially trained laser welds 20 . 21 with the skin segments 3 . 4 joined together.

Die 4 bis 6 illustrieren schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.The 4 to 6 illustrate schematically the course of the method according to the invention.

In einem ersten Verfahrensschritt a) wird ein Hautfeld 22 mit drei Hautsegmenten 23 bis 25 gebildet, die durch eine Reibrührschweißnaht 26 auf Stoß miteinander verbunden sind. Im Verfahrensschritt b) wird eine Vielzahl von bevorzugt integral ausgestalteten Stringern, von denen lediglich zwei Stringer mit der Bezugsziffer 27 versehen sind, im Laserstrahlschweißverfahren auf das Hautfeld 22 aufgeschweißt. Im letzten und dritten Verfahrensschritt c) werden eine Vielzahl von Ringspantsegmenten, von denen gleichfalls nur zwei Ringspantsegmente 28 stellvertretend für die Übrigen eine Bezugsziffer tragen, im Laserstrahlschweißverfahren auf das Hautfeld 22 aufgeschweißt, um ein fertiges Schalensegment 29 (so genanntes ”long panel”) für die Herstellung einer ”langen” Rumpfsektion zu bilden.In a first process step a) becomes a skin field 22 with three skin segments 23 to 25 formed by a friction stir weld 26 are connected to each other on impact. In method step b) is a plurality of preferably integrally configured stringers, of which only two stringers with the reference numeral 27 are provided in the laser beam welding process on the skin panel 22 welded. In the last and third process step c) are a plurality of annular segments, of which also only two annular segments 28 representative of the others by a reference numeral, in the laser beam welding process on the skin panel 22 welded to a finished shell segment 29 (so-called "long panel") for the production of a "long" fuselage section to form.

Alternativ können auch vollständige, das heißt zum Beispiel kreisringförmige, integrale, in sich geschlossene Ringspante auf das in diesem Fall bevorzugt unten angeordnete Hautfeld 22 aufgeschweißt werden. Anschließend wird eine erforderliche Anzahl von gleichartigen Schalensegmenten mit vorab aufgeschweißten Stringern, jedoch noch ohne Ringspantsegmente zur Vervollständigung der Rumpfsektion umfangsseitig aneinander schließend von außen auf die Ringspantsegmente aufgebracht. Sämtliche Verbindungen zwischen den Schalensegmenten einerseits und zwischen den Schalensegmenten und den Ringspanten andererseits können durch Kleben, Nieten, Schrauben, thermische Fügeverfahren oder eine beliebige Kombination hiervon hergestellt werden.Alternatively, complete, that is, for example, annular, integral, self-contained annular frame on the be in this case be preferably arranged lower skin area 22 be welded. Subsequently, a required number of similar shell segments with pre-welded stringers, but still without Ringpantsegmente to complete the fuselage section circumferentially adjacent to each other from the outside applied to the Ringspantsegmente. All connections between the shell segments on the one hand and between the shell segments and the annular frames on the other hand can be made by gluing, riveting, screwing, thermal joining methods or any combination thereof.

Die 7 zeigt eine prinzipielle, jedoch nicht maßstabsgetreue Darstellung eines unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schalensegmente (”long panel”) gefertigten Flugzeuges.The 7 shows a schematic, but not to scale representation of an aircraft using the inventive shell segments ("long panel") manufactured aircraft.

Ein Flugzeug 30 verfügt über eine Rumpfzelle 31, die im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Cockpitsektion 32, einer ”langen” Rumpfsektion 33, einer Flügelkastensektion 34 sowie einer Hecksektion 35 gebildet ist. Sämtliche Sektionen sind durch Quernähte 36 bis 38 miteinander verbunden. Die Rumpfsektion 33 ist mit erfindungsgemäßen ”langen” Schalensegmenten gebildet, von denen Schalensegmente 39 bis 41 sichtbar sind, während ein weiteres Schalensegment verdeckt ist, Durch alle Sektionen verläuft darüberhinaus ein Fußbodengerüst 42, das in der Darstellung der 7 mit einer gestrichelten Linie veranschaulicht ist. Die Schalensegmente 39 bis 41 sind durch die Längsnähte 43, 44 miteinander verbunden.An airplane 30 has a fuselage cell 31 in the embodiment shown with a cockpit section 32 , a "long" fuselage section 33 , a wing box section 34 as well as a tail section 35 is formed. All sections are by cross seams 36 to 38 connected with each other. The fuselage section 33 is formed with "long" shell segments according to the invention, of which shell segments 39 to 41 are visible while another shell segment is hidden, Through all sections also runs a floor scaffold 42 that in the representation of the 7 is illustrated with a dashed line. The shell segments 39 to 41 are through the longitudinal seams 43 . 44 connected with each other.

Sowohl die Quernähte 36 bis 38 als auch die Längsnähte 43, 44 sind vorzugsweise konventionell, zum Beispiel mit Nietverbindungen, Schrauben, Klebeverbindungen oder eine beliebige Kombination hiervon hergestellt, so dass in diesem Fall noch Überlappungsbereiche zur Schaffung der Verbindung erforderlich sind. Alternativ ist es möglich, zumindest die Längsnähte 43, 44 und gegebenenfalls auch die Quernähte zwischen den Schalensegmenten 39 bis 41 im Bereich der mittleren Rumpfsektion 33 im Reibrührschweißverfahren und/oder im Laserstrahlschweißverfahren herzustellen, um die Anzahl der erforderlichen Überlappungsbereiche und der Nietver bindungen weiter zu verringern, wodurch zugleich der Abdichtungs- und Korrosionsschutzaufwand vermindert wird.Both the cross seams 36 to 38 as well as the longitudinal seams 43 . 44 are preferably conventional, for example made with riveted joints, screws, adhesive bonds or any combination thereof, so that in this case still overlapping areas are required to establish the connection. Alternatively, it is possible, at least the longitudinal seams 43 . 44 and optionally also the transverse seams between the shell segments 39 to 41 in the middle section of the fuselage 33 in the friction stir welding and / or laser beam welding process to reduce the number of required overlap areas and the Nietver compounds further, which at the same time the sealing and corrosion protection cost is reduced.

Aufgrund der erfindungsgemäß großen Abmessung in Längsrichtung von vorzugsweise jeweils mindestens 12 m der zur Herstellung der mittleren Rumpfsektionen 33 eingesetzten Schalensegmente 39 bis 41 einschließlich des nicht mit einer Bezugsziffer versehenen, verdeckten weiteren (hinteren) Schalensegmentes, verringert sich die Anzahl der erforderlichen Quernähte 36 bis 38 innerhalb der Rumpfzelle 31 im Vergleich zur konventionellen Aluminiumsektionsbauweise und damit auch die Anzahl der gewichtserhöhenden Überlappungsbereiche ohne eine zwingend erforderliche statische Funktion.Due to the large dimension according to the invention in the longitudinal direction of preferably at least 12 m in each case for the production of the middle fuselage sections 33 inserted shell segments 39 to 41 including the non-referenced, concealed further (rear) shell segment, reduces the number of transverse seams required 36 to 38 inside the fuselage cell 31 Compared to conventional aluminum section construction and thus the number of weight-increasing overlap areas without a mandatory static function.

Infolge der forcierten Anwendung des bekannten Reibrührschweißverfahrens können die Schalensegmente 39 bis 41 durch Stumpfstöße zu ”langen” Rumpfsektionen gefügt werden, so dass die bislang erforderlichen Überlappnähte und hierdurch bedingte Gewichtserhöhungen und Abdichtungsprobleme entfallen.As a result of the forced application of the known friction stir welding method, the shell segments 39 to 41 be added by butt joints to "long" fuselage sections, so that the overlap seams required so far and thereby caused weight increases and sealing problems omitted.

Ferner erlaubt das Verfahren eine weitgehende Unabhängigkeit von den Standardabmessungen der verwendeten Aluminiumlegierungsbleche, die heutzutage auf genormten ”coils” bereit gestellt werden. Die möglichen Längenabmessungen der späteren Schalensegmente 39 bis 41 werden im Fall einer zumindest bereichsweisen Mischbauweise mit Aluminiumlegierungsblechen und mit Glare^®-Halbzeugen nur noch durch die Abmessungen der zur Verfügung stehenden Autoklaven limitiert. Ungeachtet dessen kann die bereits vorhandene konventionelle Anlagentechnik (zum Beispiel Ziehklötze, Bäder etc.) zur Vorfertigung der Schalensegmente bzw. der Hautfelder weiter genutzt werden. Durch die Kombination der Reibrührschweißtechnik mit der Laserstrahlschweißtechnik lassen sich Schalensegmente mit großen Abmessungen (> 12 m) für die Großkomponentenmontage fertigen.Furthermore, the method allows a substantial independence from the standard dimensions of the aluminum alloy sheets used, which are nowadays provided on standardized "coils". The possible length dimensions of the later shell segments 39 to 41 In the case of an at least partially mixed construction with aluminum alloy sheets and with Glare ^® semi-finished products, only the dimensions of the available autoclaves are limited. Regardless of this, the existing conventional plant technology (for example, drawing blocks, baths, etc.) can be used to prefabricate the shell segments or the skin fields. By combining the friction stir welding technique with the laser beam welding technology, shell segments with large dimensions (> 12 m) can be produced for large component assembly.

Darüber hinaus vereinfacht das erfindungsgemäße Verfahren den Fertigungsprozess, da Stringer und Spante als Integralbauteile leichter positioniert und (vor-)montiert werden können und keine Überlappungsbereiche mit unterschiedlichen Toleranzausprägungen existieren. Ferner kann das Aufbringen der Spante und Stringer auf die langen Schalensegmente durch die vorzugsweise Anwendung des Laserstrahlschweißverfahrens in effektiver Weise erfolgen. Erhebliche Gewichtsre duzierungen der Schalensegmente 39 bis 41 und verkürzte Durchlaufzeiten stellen sich ein.Moreover, the method according to the invention simplifies the manufacturing process, since stringer and bulkhead can be positioned and (pre-) mounted more easily as integral components and there are no overlapping areas with different tolerance values. Furthermore, the application of the ridge and stringer to the long shell segments can be effected by the preferable application of the laser beam welding method in an effective manner. Substantial weight reductions of the shell segments 39 to 41 and shorter lead times are set.

Zusätzliche Kupplungselemente können weitgehend entfallen. Im Falle der Anwendung der Integralbauweise für Spante in Umfangsrichtung und Stringer in Längsrichtung über die Grenzmaße der zur Verfügung stehenden Halbzeuge hinaus, können die genannten Bauteile mit den gleichen geometrischen Abmessungen wie die ”langen” Schalensegmente vorgefertigt werden. Das Aufbringen der Stringer und der Spant(-segmente) auf das großformatige Hautfeld erfolgt hierbei bevorzugt mittels bekannter Laserstrahlschweißverfahren, die im Vergleich zum klassischen Nietprozess erheblich produktiver sind. Durch die Anwendung des Laserstrahlschweißverfahrens auf Schalensegmente 39 bis 41 mit einer typischen Länge von mehr als 12 m kommen die spezifischen Vorteile dieser modernen Fügetechnik optimal zum Tragen.Additional coupling elements can be largely eliminated. In the case of the application of the integral construction for ribs in the circumferential direction and stringer in the longitudinal direction beyond the limit dimensions of the available semi-finished products, said components can be prefabricated with the same geometric dimensions as the "long" shell segments. The application of the stringer and the bulkhead (segments) on the large-sized skin panel is preferably carried out by means of known laser beam welding, which are considerably more productive compared to the classical riveting process. By applying laser beam welding to shell segments 39 to 41 with a typical length of more than 12 m, the spe The advantages of this modern joining technology are optimally

Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens effektive Herstellung der langen Schalensegmente 39 bis 41 reduziert die Anzahl der ansonsten erforderlichen Schnittstellen in der Längsrichtung und der Querrichtung auf das für eine Großkomponentenmontage einer Rumpfsektion unerlässliche Minimum, wobei die Rumpfsektionen vorzugsweise mit zwei, drei oder vier Schalensegmenten gebildet werden (so genannte 2'er, 3'er oder 4'er Schalenteilung). Das vorstehend erläuterte Verfahren ist die Grundlage des Zukunftskonzeptes der ”Integrierten Rumpfsektions- und Rumpfzellenmontage”, das die konstruktive und die fertigungstechnische Trennung von Rumpfsektionsbau und Rumpfzellenbau aufhebt.The effective production of the long shell segments by means of the method according to the invention 39 to 41 reduces the number of otherwise required longitudinal and transverse interfaces to the minimum required for large scale assembly of a fuselage section, with the fuselage sections preferably being formed with two, three or four shell segments (so-called 2's, 3's or 4's) shell division). The process described above is the basis of the future concept of "Integrated fuselage section and fuselage cell assembly", which eliminates the structural and technical separation of fuselage section construction and fuselage cell construction.

11: Schalensegmentshell segment
22: Hautfeldskin panel
33: Hautsegmentskin segment
44: Hautsegmentskin segment
55: Hautsegmentskin segment
66: Hautsegmentskin segment
77: Hautsegmentskin segment
88th: Reibrührschweißnahtfriction stir weld
99: Längsachse (Schalensegment)longitudinal axis (Shell segment)
1010: Stringer (integral)Stringer (integral)
1111: Stringer (integral)Stringer (integral)
1212: Stringer (integral)Stringer (integral)
1313: Stringer (integral)Stringer (integral)
1414: Ringspantsegment (integral)ring frame segment (integral)
1515: Ringspantsegment (integral)ring frame segment (integral)
1616: Länge (Schalensegment)Length (shell segment)
1717: Laserstrahlschweißnahtlaser weld
1818: Ausnehmung (Ringspant)recess (Annular rib)
1919: Ausnehmung (Ringspant)recess (Annular rib)
2020: Laserstrahlschweißnahtlaser weld
2121: Laserstrahlschweißnahtlaser weld
2222: Hautfeldskin panel
2323: Hautsegmentskin segment
2424: Hautsegmentskin segment
2525: Hautsegmentskin segment
2626: Reibrührschweißnahtfriction stir weld
2727: Stringer (integral)Stringer (integral)
2828: Ringspantsegment (integral)ring frame segment (integral)
2929: Schalensegmentshell segment
3030: Flugzeugplane
3131: Rumpfzellehull cell
3232: Cockpitsektioncockpit section
3333: Rumpfsektion (mittleres ”long panel”)fuselage section (middle "long panel ")
3434: FlügelkastensektionWing box section
3535: Hecksektiontail section
3636: Quernahtcross seam
3737: Quernahtcross seam
3838: Quernahtcross seam
3939: Schalensegment (Oberschale)shell segment (Upper shell)
4040: Schalensegment (linke Seitenschale)shell segment (left side shell)
4141: Schalensegment (Unterschale)shell segment (Bottom shell)
4242: Fußbodengerüstfloor framework
4343: Längsnahtlongitudinal seam
4444: Längsnahtlongitudinal seam

Claims

Process for producing large-format, in particular long, shell segments ( 1 . 29 ) to form a fuselage cell ( 31 ) for an aircraft, comprising the following steps: a) joining together at least two skin segments ( 3 - 7 . 23 - 25 ) to a large-sized skin field ( 2 . 22 b) welding on a plurality of integral stringers ( 10 - 13 . 27 ) on the skin field ( 2 . 22 ), and c) welding a plurality of integral annular frame segments ( 14 . 15 . 28 ) with the skin field ( 2 . 22 ) for the completion of the shell segment ( 1 . 29 ).

Method according to claim 1, characterized in that the at least two skin segments ( 3 - 7 . 23 - 25 ) by friction stir welding to create the large-sized skin panel ( 2 . 22 ).

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the stringers ( 10 - 13 . 27 ) and the ring frame segments ( 14 . 15 . 28 ) by laser beam welding with the large-sized skin field ( 2 . 22 ) get connected.

Method according to one of the claims 1 to 3, characterized in that a fuselage section ( 33 ) of an aircraft ( 30 ) with at least two shell segments ( 1 . 29 ) and at least one floor scaffolding ( 42 ), wherein the at least two shell segments ( 1 . 29 ) along at least two longitudinal seams ( 43 . 44 ).

Method according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the assembly of the fuselage section ( 33 ) with the at least two shell segments ( 1 . 29 ) takes place in particular by welding, riveting, screwing, gluing or any combination thereof.

Method according to one of the claims 1 to 5, characterized in that a fuselage cell ( 31 ) of an aircraft by assembling at least one fuselage section ( 33 ) with in particular a cockpit section ( 32 ), a wing box section ( 34 ) and a tail section ( 35 ) creating at least two transverse seams ( 36 - 38 ) he follows.

Shell segment ( 1 . 29 ) with a large-sized skin panel ( 2 . 22 ), in particular by means of a method according to one of the claims 1 to 6, characterized in that that the skin field ( 2 . 22 ) of the shell segment ( 1 . 29 ) with at least two skin segments joined together by friction stir welding ( 3 - 7 . 23 - 25 ), wherein the skin panel ( 2 . 22 ) with a plurality of integral stringers welded by laser welding ( 10 - 13 . 27 ) and ring frame segments ( 14 . 15 . 28 ) and at least one length ( 16 ) of 12 m.

Shell segment ( 1 . 29 ) according to claim 7, characterized in that a fuselage section ( 33 ) for a fuselage cell ( 31 ) of an aircraft ( 30 ) with at least two shell segments ( 1 . 29 ) creating at least two longitudinal seams ( 43 . 44 ) is bildbar.

Cup segment according to claim 7 or 8, characterized in that a fuselage cell ( 31 ) of an aircraft ( 30 ) a cockpit section ( 32 ), a wing box section ( 34 ) and a tail section ( 35 ) and at least one fuselage section ( 33 ) having at least two transverse seams ( 36 - 38 ) are connected.