DE102008047793A1

DE102008047793A1 - Lasteinleitungselement

Info

Publication number: DE102008047793A1
Application number: DE200810047793
Authority: DE
Inventors: Marco Göttinger; Tamas Dr. Havar; Xavier Hue; Franz Stadler
Original assignee: Airbus Operations GmbH; EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-18
Also published as: CN101683896B; US20150108678A1; US10046526B2; BRPI0903391A2; US9004405B2; CN101683896A; CA2678321A1; US20100065689A1; DE102008047793B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lasteinleitungselement (2) für eine Steuerfläche eines Luft- oder Raumfahrzeugs, mit mindestens einer ersten (4) und einer zweiten (8) Komponente und einem ersten Flansch (6), wobei mindestens ein Oberflächenbereich (26) der ersten Komponente (4) an die Innenkontur der Steuerfläche angepasst ist, die zweite Komponente (8) mindestens ein Auge (10, 12) zum Aufnehmen von Lagermitteln zum Lagern der Steuerfläche aufweist und ein Querschnittsprofil der ersten Komponente (4) zwei oder mehr im Wesentlichen gerade Schenkel aufweist, die an ihrer Oberseite durch eine an eine obere Kontur der Steuerfläche angepasste Oberkante miteinander verbunden sind. Ein derartiges Lasteinleitungselement ist aus einem Faserverbundwerkstoff in integraler Bauweise hergestellt, bei der sämtliche Komponenten gemeinsam infiltriert und ausgehärtet werden. Dies führt zu einem kostengünstigen, stabilen und leichten Bauteil. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Leisteinleitungselements (2), einen Antriebsbeschlag (18), eine Verwendung und ein Luftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lasteinleitungselement für eine Steuerfläche eines Luft- oder Raumfahrzeugs, ein Verfahren zum Herstellen eines Lasteinleitungselements, eine Verwendung eines derartigen Lasteinleitungselements sowie ein Luftfahrzeug.
Größere Steuerflächen von Verkehrsflugzeugen weisen häufig Rippen auf, die an mindestens einem Holm angeordnet und von einer äußeren Beplankung umgeben sind. Steuerflächen mit relativ komplexem Bewegungsablauf, der über ein reines Klappen hinausgeht, erfordern eine besondere Lagerung und besondere Antriebselemente. So bewegen sich beispielsweise Fowler-Klappen zur Steigerung des Auftriebsbeiwerts in bestimmten Flugphasen sowohl translatorisch als auch rotatorisch und werden dementsprechend beispielsweise an Pendelstützen, Rollwagen oder dergleichen bewegbar gelagert und über einen verschwenkbar gelagerten Aktuator oder dergleichen ausgelenkt.
Eine hierauf angepasste Konstruktion einer Steuerfläche sieht dementsprechend mindestens eine Rippe vor, die als Schnittstelle zwischen auftretenden Lasten an der Steuerfläche und der Struktur des Fahrzeugs dient, über die die Steuerfläche gelagert werden kann. Solche „Lasteinleitungsrippen” sind heutzutage – auch bei einer reinen CFK-Konstruktion der Steuerfläche – als ein Metall-Frästeil hergestellt und etwa über formschlüssige Verbindungselemente mit der Steuerfläche mechanisch verbunden.
Die Fertigung einer derartigen metallischen Lasteinleitungsrippe ist aufgrund der mechanischen Bearbeitung eines massiven Werkstücks sehr aufwändig und führt dementsprechend zu hohen Kosten. Weiterhin besteht der Nachteil, dass bei aus Faserverbundwerkstoffen gefertigten Steuerflächen eine metallische Lasteinleitungsrippe ein anderes Wärmeausdehnungsverhalten besitzt als die an ihr angebundene Steuerfläche. Daraus können mechanische Spannungen resultieren, die nur durch entsprechend ausgelegte Strukturen oder flexible Lagerungen ausgeglichen werden können. Dementsprechend sind derartige metallische Lasteinleitungsrippen besonders bei modernen Verkehrsflugzeugen mit aus Faserverbundwerkstoffen hergestellten Steuerflächen von großem Nachteil.
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Lasteinleitungselement vorzuschlagen, das die vorangehend geschilderten Nachteile nicht aufweist, sondern möglichst einfach zu fertigen ist, ein möglichst geringes Gewicht aufweist und ein ähnliches Wärmeausdehnungsverhalten wie beispielsweise eine aus Faserverbundwerkstoff hergestellte Steuerfläche besitzt.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Lasteinleitungselement, ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Lasteinleitungselements, die Verwendung eines solchen Lasteinleitungselements und ein Luftfahrzeug mit mindestens einer Steuerfläche und mindestens einem solchen Lasteinleitungselement gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
Ein besonders wichtiger Aspekt der Erfindung liegt darin, dass das erfindungsgemäße Lasteinleitungselement für eine Steuerfläche eines Luft- oder Raumfahrzeugs eine erste und eine zweite Komponente aufweist, die zwei verschiedene Funktionen erfüllen. Die erste Komponente wirkt von der Gestaltung ihrer oberen Oberfläche als eine herkömmliche Rippe, so dass eine Beplankung über dem erfindungsgemäßen Lasteinleitungselement mit einer durchgängigen Kontur realisiert werden kann. Die zweite Komponente weist mindestens ein Auge zum Aufnehmen von Lagermitteln zum Lagern der Steuerfläche auf, so dass die mechanische Lasteinleitung im Wesentlichen durch die zweite Komponente realisiert wird, die die Last in die mit ihr verbundenen ersten Komponente weiterleitet.
Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt der Erfindung liegt darin, dass die einzelnen Komponenten des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements, beispielsweise die erste Komponente und die zweite Komponente, nicht separat voneinander hergestellt und aufwändig aneinander angepasst und miteinander verbunden werden, sondern dass die einzelnen Komponenten jeweils aus einer oder mehreren Lagen von Faserhalbzeugen gelegt und anschließend – etwa in einem entsprechenden Formwerkzeug – gemeinsam infiltriert und ausgehärtet werden. Hierbei ist möglich, die einzelnen Komponenten in Form von Fasersubstrukturen aus mehreren Lagen eines Faserhalbzeugs herzustellen und diese Fasersubstrukturen dann in dem Formwerkzeug zusammenzusetzen, um die Gesamtheit der Fasersubstrukturen dann gemeinsam zu infiltrieren und auszuhärten. Das erfindungsgemäße Lasteinleitungselement weist demnach sehr gleichmäßige Materialeigenschaften auf und durch die gemeinsame Infiltrierung und Aushärtung sind auch die einzelnen Komponenten auf optimale Weise miteinander zu einem integralen Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff verbunden. Gleichermaßen können die einzelnen Komponenten hinsichtlich der auftretenden Kraftrichtungen etwa durch entsprechend ausgerichtete Fasern optimiert werden. Dies wäre bei einer Fertigung aus einem metallischen Werkstoff nicht zu realisieren, denn durch eine spanende oder umformende Bearbeitung eines metallischen Werkstoffs könnten keine derart auf Kraftrichtungen optimierte und sehr leichte Körper hergestellt werden. Mit mechanischen Bearbeitungswerkzeugen wäre der Aufwand deutlich zu hoch und das resultierende Bauteil zu kostenintensiv.
Weiterhin kann durch die Herstellung aus einem Faserverbundwerkstoff, bestehend aus einzelnen Faserhalbzeugen und einem Matrixmaterial, deutlich Gewicht eingespart werden, so dass eine mit einem erfindungsgemäßen Lasteinleitungselement ausgerüstete Steuerfläche deutlich leichter sein kann als eine herkömmliche Steuerfläche mit einer metallischen Lasteinleitungsrippe.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung ist, dass das Wärmeausdehnungsverhalten einer gesamten Steuerfläche mit einem erfindungsgemäßen Lasteinleitungselement homogen ist, so dass keine strukturellen oder mechanischen Anpassungen an unterschiedliche Wärmeausdehnungsverhalten zwischen der Steuerfläche und der metallischen Lasteinleitungsrippe notwendig sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements weist die erste Komponente einen Oberflächenbereich auf, der an die Innenkontur der Steuerfläche angepasst ist, so dass eine Beplankung wie bei allen Versteifungsrippen der Steuerfläche vollzogen werden kann. Ein Querschnittsprofil dieser ersten Komponente der bevorzugten Ausführungsform weist zwei oder mehr im Wesentlichen gerade Schenkel auf, die an ihrer Oberseite durch eine an eine obere Kontur der Steuerfläche angepasste Oberkante miteinander verbunden sind. Weiterhin ist mindestens ein erster Flansch zum Verbinden mit mindestens einer Struktur der Steuerfläche an dem der Oberkante abgewandten Ende der ersten Komponente angeordnet. Dadurch kann die erste Komponente ein Querschnittsprofil aufweisen, das im Wesentlichen wie ein Omega geformt ist. In dem Omega-Profil existiert ausreichend Bauraum für die Unterbringung einer zweiten Komponente. Weiterhin weist dieses Profil ein besonders vorteilhaftes Flächenträgheitsmoment zum Aufnehmen von mechanischen Biege- oder Verwindungslasten auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements sind der erste Flansch und die erste Komponente aus gemeinsamen Materiallagen in Form von Fasergelegen, Fasergeflechten, Faserverbundmatten oder anderen ähnlich ausgebildeten Lagen eines Fasermaterials gebildet. Dadurch kann die Gefahr minimiert werden, dass zwischen dem ersten Flansch und der ersten Komponente mechanische Beschädigungen auftreten, die etwa aus der Befestigung des Flanschs an der ersten Komponente resultieren würden. Weiterhin wird die Fertigung einer derartigen Komponente vereinfacht und damit kostengünstiger. Schließlich wird auch die Kraftleitung zwischen dem Flansch und der ersten Komponente sehr gleichmäßig und kontinuierlich, so dass die Wandstärken dementsprechend gering ausgelegt werden können.
In einem besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Lasteinleitungselement ist die zweite Komponente zumindest bereichsweise von der ersten Komponente umschlossen. Dadurch wird ebenfalls eine besonders gleichmäßige und kontinuierliche Kraftleitung zwischen dem mindestens einen Auge der zweiten Komponente in die erste Komponente des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements ermöglicht. Außerdem wird der in der ersten Komponente zur Verfügung stehende freie Raum durch die zweite Komponente eingenommen und dadurch die erste Komponente zusätzlich versteift.
Die zweite Komponente weist besonders bevorzugt eine Wanddicke auf, die in einem das mindestens eine Auge umfassenden Bereich größer ist als in einem von der ersten Komponente umschlossenen Bereich. In dem mindestens ein Auge umfassenden Bereich werden üblicherweise über eine Bohrung bzw. Öffnung Buchsen, Bolzen oder dergleichen zum Übertragen von Kräften und Bewegungen von Lagermitteln auf die zweite Komponente verwendet, so dass die mechanische Beanspruchung dieses Bereichs besonders ausgeprägt ist. Damit die Struktur der zweiten Komponente keinen Schaden erleidet, ist die Wandstärke in diesem Bereich entsprechend zu dimensionieren. Die resultierenden Spannungen verteilen sich außerhalb dieses Bereichs in die zweite Komponente, die eine geringere Wandstärke zur Bewältigung der Lasten benötigt.
Besonders bevorzugt weist die zweite Komponente einen Profilquerschnitt auf, der im Wesentlichen U-förmig ist. Durch eine derartige Konstruktion lässt sich die zweite Komponente sehr leicht in einer beispielsweise Omegaförmigen ersten Komponente unterbringen und weist weiterhin ausreichend Bauraum zum Unterbringen von weiteren Komponenten auf und ermöglicht durch die Beabstandung der Schenkel des U-Profils ein besonders günstiges Flächenträgheitsmoment.
Ebenfalls bevorzugt ist, dass das erfindungsgemäße Lasteinleitungselement mindestens eine im Querschnitt L-förmige Materiallage aufweist, die zumindest bereichsweise gleichzeitig auf mindestens ein Element der Gruppe gebildet aus der ersten Komponente, der zweiten Komponente und dem ersten Flansch aufgebracht ist. Dies könnte beispielsweise ein Teil des Auges sein und wird auf die zweite Komponente von außen aufgebracht, wobei der Winkel unter dem Flansch der ersten Komponente liegt. Andererseits könnte auch der erste Flansch gegenüber der ersten Komponente zusätzlich versteift werden, was durch Auflegen einer L-förmigen Materiallage auf den ersten Flansch im Anschlag an eine Wandfläche der ersten Komponente geschehen könnte.
Ferner ist besonders bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Lasteinleitungselement mindestens eine Wandscheibe aufweist, die in die mindestens eine zweite Komponente integriert ist. Derartige Wandscheiben könnten dazu verwendet werden, Lasten in Spannweiten-Richtung auf beide Hälften der zweiten Komponente zu verteilen und eventuell Last tragende Strukturen der Steuerfläche, die durch das erfindungsgemäße Lasteinleitungselement getrennt sind, wieder Last tragend zu verbinden. Dies könnte beispielsweise ein Vorderholm oder ähnliches sein. Dementsprechend existieren bevorzugte Positionen für derartige Wandscheiben beispielsweise im Augen-Bereich.
Zusätzlich ist es bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Lasteinleitungselement ferner mindestens einen zweiten Flansch aufweist, der im Wesentlichen quer zur Erstreckungsrichtung des Lasteinleitungselements ausgerichtet ist. Ein derartiger zweiter Flansch ermöglicht die Anbindung des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements an weitere in Spannweitenrichtung positionierte Last tragende Strukturen der Steuerfläche, beispielsweise ein Hinterholm und/oder ein Hilfsholm.
Zusätzlich ist bevorzugt, dass die erste Komponente Mittel zum Verbinden mit einem Antriebsbeschlag aufweist. Der Antriebsbeschlag ermöglicht ein Auslenken des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements in einem separaten Bauteil, so dass Aufnahmepunkte für Aktuatoren optimal gestaltet werden können, ohne die Integrität des Lasteinleitungselements und den Punkten zum Aufnehmen der Lagermittel zu gefährden. Da das erfindungsgemäße Lasteinleitungselement nicht unbegrenzten Bauraum innerhalb der Steuerfläche zur Verfügung hat, bietet sich diese Vorgehensweise an, denn der Antriebsbeschlag könnte etwa seitlich zu dem erfindungsgemäßen Lasteinleitungselement positioniert werden.
Schließlich ist vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Lasteinleitungselement ein integrales Bauteil ist und die erste Ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements löst ebenfalls die Aufgabe der Erfindung. Zusammengefasst könnte ein derartiges Verfahren das Zuschneiden von vorgeformten Fasersubstrukturen aus einem Fasermaterial umfassen, das Drapieren dieser Fasersubstrukturen zum Ausformen der ersten Komponente, der zweiten Komponente und des ersten Flanschs in Form eines einzigen Halbzeugs, Einbringen des Halbzeugs in ein Formwerkzeug, Initiieren von Matrixmaterial und anschließendes Aushärten. Dadurch wird ein integrales Bauteil in Form des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements realisiert, das auf wenige Verfahrensschritte beschränkt ist und dementsprechend kostengünstig ausgeführt werden kann. Zum Sicherstellen der Maßhaltigkeit des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements können zusätzlich auch Nachbearbeitungen mit herkömmlichen mechanischen Bearbeitungsmitteln erfolgen, deren Aufwand jedoch in keinem Verhältnis des Bearbeitungsaufwands eines massiven Frästeils steht.
Schließlich wird die Aufgabe auch durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements in einem Luft- oder Raumfahrzeug gelöst, sowie durch ein Luftfahrzeug, das mindestens eine Steuerfläche mit mindestens einem erfindungsgemäßen Lasteinleitungselement aufweist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte. Es zeigen:
1: eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements und einem Antriebsbeschlag;
2a: dreidimensionale Ansicht zweier zweiter Komponenten;
2b: Schnittansicht einer zweiten Komponente im eingebauten Zustand;
3: eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements;
4a: eine dreidimensionale Ansicht eines Antriebsbeschlags;
4b: eine dreidimensionale Ansicht einer Antriebsbeschlagsrippe;
4c: eine dreidimensionale Ansicht eines Antriebsbeschlagsbügels;
4d: eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements und eines Antriebsbeschlags mit einem zusätzlichen Holm;
5: eine schematische Ansicht einer gelagerten Steuerfläche mit einem erfindungsgemäßen Lasteinleitungselement;
6: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
7: ein Flugzeug mit einer Steuerfläche und einem erfindungsgemäßen Lasteinleitungselement.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Lasteinleitungselement 2 mit einer ersten Komponente 4, zwei ersten Flanschen 6, einer zweiten Komponente 8 mit Augen 10 und 12 sowie sechs zweiten Flanschen 14, 16, 18 und einem Antriebsbeschlag 18 mit einer Antriebsbeschlagsrippe 20 und einem Antriebsbeschlagsbügel 22. Die erste Komponente 4 des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements 2 weist eine obere Oberfläche 26 auf, die derart angepasst ist, das sie sich möglichst dicht an die Innenkontur einer in dieser Darstellung gezeigten Steuerfläche anschmiegt. Es ist zu erkennen, dass die obere Oberfläche 26 der ersten Komponente 4 ähnlich wie eine Tragfläche eines Flugzeugs gewölbt ist. Seitlich von der oberen Oberfläche 26 angeordnet sind zwei Wände 28, die im Wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zu den ersten Flanschen 6 verlaufen. Würde die erste Komponente 4 vertikal geschnitten werden, würden die beiden Wände 28 zwei Schenkel bilden, die durch eine an die obere Kontur der Steuerfläche angepasste Oberkante miteinander verbunden sind, wobei die Oberkante durch den Schnitt der oberen Oberfläche 26 gebildet wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die erste Komponente 4 mit den zwei ersten Flanschen 6 eine feste Einheit, die aus gemeinsamen Materiallagen gebildet ist. Dies bedeutet, dass beim Drapieren der Faserhalbzeuge ein Knick 30 vorgesehen ist, an dem die Wände 28 in jeweils einen Flansch 6 überführt werden. Daraus resultiert eine im Wesentlichen Omega-förmige Profilkontur des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements 2 in seiner ersten Komponente 4 mit den ersten Flanschen 6.
Die erste Komponente 4 weist ein vorderes Ende 32 und ein hinteres Ende 34 auf, an denen die jeweils zwei zweiten Flansche 14 und 18 angeordnet sind. Die zweiten Flansche 18 und 14 dienen dazu, das erfindungsgemäße Lasteinleitungselement 2 mit Strukturbauteilen der an dem Lasteinleitungselement 2 angebundenen Steuerfläche zu verbinden, etwa Holmen oder dergleichen. Die Verbindung zu den Strukturbauteilen kann durch Kleben, Auflaminieren, Nieten, Schrauben oder beliebige andere verbreitete Techniken realisiert werden. Unterhalb der ersten Komponente 4 bzw. davon umschlossen befindet sich mindestens eine zweite Komponente 8, an denen exemplarisch Augen 10 und 12 angeordnet sind. Die Augen 10 und 12 dienen dazu, das erfindungsgemäße Lasteinleitungselement 2 bewegbar an dem Luft- oder Raumfahrzeug zu lagern, so dass das erfindungsgemäße Lasteinleitungselement 2 eine durch entsprechende Lagermittel vorgegebene Bewegungsbahn abfahren kann. Ein sogenanntes „swing link” wird beispielsweise an dem Auge 10 und zwei Öffnungen 36 an der Vorderseite 32 des Lasteinleitungselements 2 gelagert.
Zum Ausführen einer gewünschten Bewegung ist es notwendig, das erfindungsgemäße Lasteinleitungselement 2 anzutreiben. Aus diesem Grunde ist ein Antriebsbeschlag 16 an dem erfindungsgemäßen Lasteinleitungselement angeordnet, das über den Antriebsbeschlagsbügel 22 mit einem Aktuator verbunden werden kann. Exemplarisch könnte der Antriebsbeschlag 16 über die zweiten Flansche 16 und 18 sowie dem ersten Flansch 6 auf der linken Seite des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements 2 verbunden werden.
Wie in 2a gezeigt, können an der mit den ersten Flanschen 6 Omegaförmige erste Komponente 4 eine oder mehrere zweite Komponenten 8 angeordnet werden, wobei die zweiten Komponenten 8 als Grundform eine U-Form aufweisen, die nach unten hin geöffnet sind, wie in den 2b und 2c dargestellt. An dieser Grundform sind exemplarisch L-förmige Materiallagen 38 angeordnet, die dermaßen ausgestaltet sind, dass sie die Augen 10 und 12 der ersten Komponenten 8 verstärken und sich von einer Unterseite an die ersten Flansche 6 anschmiegen können. Dadurch kann eine sehr hohe Festigkeit erreicht werden, insbesondere dann, wenn sämtliche Komponenten des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements 2, einschließlich der L-förmigen Materiallagen 38, in integraler Bauweise mit einem gemeinsamen Infiltrationsprozess und einem anschließenden gemeinsamen Aushärteprozess hergestellt sind.
Wie in 2c ferner verdeutlicht, können die zweiten Komponenten 8 unterschiedliche Wanddicken in mehreren Bereichen aufweisen. So können beispielsweise die Bereiche, die das Auge 10 oder 12 umgibt, mit einer relativ großen Wandstärke ausgestattet sein, wohingegen die von der ersten Komponente 4 umgebenden Bereiche der zweiten Komponenten 8 mit relativ dünner Wandstärke ausgerüstet sein können.
3 stellt dar, wie die Festigkeit des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements 2 weiter gesteigert werden kann. Unterbricht beispielsweise das erfindungsgemäße Lasteinleitungselement 2 ein oder mehrere Strukturbauteile der Steuerfläche, wie etwa einen Holm, kann die Last bzw. Kraftleitung in diesem Bereich durch jeweils eine Wandscheibe 40 und 42 überbrückt werden. Eine erste Wandscheibe 40 könnte innerhalb einer am hinteren Ende 34 angeordneten zweiten Komponente 8 positioniert sein, während eine zweite Wandscheibe 42 eher in Richtung der vorderen Seite 32 des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements 2 angeordnet sein könnte. In Spannweitenrichtung, die im Wesentlichen quer zur Erstreckung des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements 2 verläuft, wäre die Kraftleitung nicht mehr unterbrochen.
In 4a wird erneut ein Antriebsbeschlag 20 dargestellt, der, wie in den 4b und 4c gezeigt, im Wesentlichen aus zwei Hauptkomponenten, nämlich einer Antriebsbeschlagsrippe 20 und einem Antriebsbeschlagsbügel 22 besteht. Die Antriebsbeschlagsrippe 20 weist zu ihren Seitenflächen als Flansch oder Verstärkung dienende Falze 44 auf, die etwa mit korrespondierenden zweiten Flanschen 16 und 18 verbunden werden könnten. Auf einer Grundplatte 46 ist in entgegengesetzter Richtung zur Antriebsbeschlagsrippe 20 der Antriebsbeschlagsbügel 22 angeordnet, der im Wesentlichen ein U-förmiges Profil mit variabler Höhe aufweist, in der sich zwei Bohrungen 48 zum Aufnehmen und Lagern eines angetriebenen Endes eines nicht dargestellten Aktuators befinden. Die Kraft des in die Öffnungen 48 wirkenden Aktuators wird über die Grundplatte 46 in die Antriebsbeschlagsrippe 44 und von dort über die korrespondierenden zweiten Flansche 16, 18 und evtl. 6 in das erfindungsgemäße Lasteinleitungselement 2 weitergeleitet, wo es in die umgebende Steuerfläche wirkt. Zum Verbessern der Kraftübertragung zeigt 4d einen zusätzlichen Holm 50, der an den zweiten Flanschen 18 und der Antriebsbeschlagsrippe 20 mit deren Falzen 44 angeordnet ist.
5 zeigt weiterhin schematisch eine Steuerfläche 52, die mit einem erfindungsgemäßen Lasteinleitungselement 2 und einem dazugehörigen und in der gewählten Darstellung verdeckten Antriebsbeschlag 18 ausgerüstet ist. Zwischen den Öffnungen 36 und dem Auge 10 wird ein „swing link” 54 angeordnet, das exemplarisch an einem Wagen 56 gelagert ist, der auf einer Schiene 58 geführt wird. In dem hinteren Auge 12 des Lasteinleitungselements 2 ist ein Ende eines Verbindungsglieds 60 („rear link”) gelagert, welches mit seinem dem Lasteinleitungselement 2 entgegengesetzten Ende an einem die Schiene 58 unterstützenden Körper 62 gelagert ist. In der gezeigten exemplarischen Darstellung könnten die vorderen zweiten Flansche 18 an einer Art Vorderholm 64 oder einem vergleichbaren Bereich einer aus Faserverbundwerkstoffen gefertigten Steuerfläche 2 befestigt sein, die hinteren zweiten Flansche 14 an einer Art Hinterholm 66 und die mittleren zweiten Flansche 16 an einem weiteren, nicht dargestellten Strukturbauteil der Steuerfläche 52, so dass das erfindungsgemäße Lasteinleitungselement 2 fest in die Struktur der Steuerfläche 52 eingebunden ist.
In 6 wird ferner das Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Lasteinleitungselements 2 gezeigt, das im Wesentlichen die Schritte Zuschneiden 68 von vorgeformten Fasersubstrukturen aus Fasermaterial, Drapieren 70 der Fasersubstrukturen zum Ausformen der ersten Komponente, der zweiten Komponente und des ersten Flanschs in Form eines einzigen Halbzeugs, Einbringen 72 des Halbzeugs in ein Formwerkzeug, Injizieren 74 von Matrixmaterial und anschließendes Aushärten 76. Je nach Qualität des Herstellvorgangs bis hierhin ist das Durchführen 78 von weitere Nachbearbeitungen notwendig.
In 7 wird schließlich ein Flugzeug 80 gezeigt, das mehrere Steuerflächen aufweist, in denen jeweils ein oder mehrere erfindungsgemäße Lasteinleitungselemente 2 sowie korrespondierende Antriebsbeschläge 18 angeordnet sind.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

2: Lasteinleitungselement
4: erste Komponente
6: erster Flansch
8: zweite Komponente
10: Auge
12: Auge
14: zweiter Flansch
16: zweiter Flansch
18: Antriebsbeschlag
20: Antriebsbeschlagsrippe
22: Antriebsbeschlagsbügel
26: obere Oberfläche
28: Wand
30: Knick
32: vorderes Ende der ersten Komponente
34: hinteres Ende der ersten Komponente
36: Öffnung
38: L-förmige Materiallage
40: Wandscheibe
42: Wandscheibe
44: Falz
46: Grundplatte
48: Bohrung
50: Holm
52: Steuerfläche
54: swing link
56: Wagen
58: Schiene
60: Verbindungsglied
62: Körper
64: Vorderholm
66: Hinterholm
68: Zuschneiden
70: Drapieren
72: Einbringen des Halbzeugs in Formwerkzeug
74: Injizieren von Matrixmaterial
76: Aushärten
78: Durchführen von Nachbearbeitungen
80: Flugzeug

Claims

Lasteinleitungselement für eine Steuerfläche (52) eines Luft- oder Raumfahrzeugs, aufweisend – mindestens eine erste Komponente (4), – mindestens eine zweite Komponente (8) und – mindestens einen ersten Flansch (6) zum Verbinden mit mindestens einer Struktur der Steuerfläche (52), wobei mindestens ein Oberflächenbereich (26) der ersten Komponente (4) an die Innenkontur der Steuerfläche (52) angepasst ist, wobei die zweite Komponente (8) mindestens ein Auge (10, 12) zum Aufnehmen von Lagermitteln zum Lagern der Steuerfläche (52) aufweist und wobei ein Querschnittsprofil der ersten Komponente (4) zwei oder mehr im Wesentlichen gerade Schenkel aufweist, die an ihrer Oberseite durch eine an eine obere Kontur der Steuerfläche (52) angepasste Oberkante miteinander verbunden sind.
Lasteinleitungselement nach Anspruch 1, wobei der erste Flansch (6) an mindestens einem Schenkel an dem der Oberkante abgewandten Ende der ersten Komponente (4) angeordnet ist.
Lasteinleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Flansch (6) und die erste Komponente (4) aus gemeinsamen Materiallagen gebildet sind.
Lasteinleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Komponente (8) zumindest bereichsweise von der ersten Komponente (4) umschlossen ist.
Lasteinleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Komponente (8) eine Wanddicke aufweist, die in einem das mindestens eine Auge (10, 12) umfassenden Bereich größer ist als in einem von der ersten Komponente (4) umschlossenen Bereich.
Lasteinleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Komponente (8) einen Profilquerschnitt aufweist, der im Wesentlichen U-förmig ist.
Lasteinleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend mindestens eine im Querschnitt L-förmige Materiallage, die zumindest bereichsweise gleichzeitig auf mindestens ein Element der Gruppe gebildet aus der ersten Komponente (4), der zweiten Komponente (8) und dem ersten Flansch (6) aufgebracht ist.
Lasteinleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend mindestens eine Wandscheibe (40, 42), die in die mindestens eine zweite Komponente (8) integriert ist.
Lasteinleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend mindestens einen zweiten Flansch (14, 16, 18), der zum Anbinden an Last tragende Strukturbauteile der Steuerfläche (52) im Wesentlichen quer zur Erstreckungsrichtung des Lasteinleitungselements (2) ausgerichtet ist.
Lasteinleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Komponente (4) Mittel zum Verbinden mit einem Antriebsbeschlag (18) aufweist.
Lasteinleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lasteinleitungselement (2) ein integrales Bauteil ist und die erste Komponente (4), die zweite Komponente (8) und mindestens der erste Flansch (6) aus gemeinsam imprägnierten und gemeinsam ausgehärteten vorgefertigten Fasersubstrukturen hergestellt ist.
Antriebsbeschlag (18) zum Antreiben eines Lasteinleitungselements (2) nach einem der Ansprüche 1–11, wobei der Antriebsbeschlag (18) Mittel zum Verbinden mit dem Lasteinleitungselement (2) sowie Mittel zum Verbinden mit einem Aktuator aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Lasteinleitungselements (2) für eine Steuerfläche (52) eines Luft- oder Raumfahrzeugs, die mindestens eine erste Komponente (4), mindestens eine zweite Komponente (8) und mindestens einen ersten Flansch (6) zum Verbinden mit mindestens einer Struktur der Steuerfläche (52) aufweist, wobei mindestens ein Oberflächenbereich (26) der ersten Komponente (4) an die Innenkontur der Steuerfläche (52) angepasst ist und wobei die zweite Komponente (8) mindestens ein Auge (10, 12) zum Aufnehmen von Lagermitteln zum Lagern der Steuerfläche (52) aufweist, umfassend die Schritte – Zuschneiden (68) von vorgeformten Fasersubstrukturen aus Fasermaterial, – Drapieren (70) der Fasersubstrukturen zum Ausformen der ersten Komponente (4), der zweiten Komponente (8) und des ersten Flanschs (6) in Form eines einzigen Halbzeugs, – Einbringen (72) des Halbzeugs in ein Formwerkzeug, – Injizieren (74) von Matrixmaterial und – anschließendes Aushärten (76).
Verwendung eines Lasteinleitungselements (2) nach einem der Ansprüche 1–12 in einem Luft- oder Raumfahrzeug.
Luftfahrzeug (80), aufweisend mindestens eine Steuerfläche 52 mit mindestens einem Lasteinleitungselement (2) nach einem der Ansprüche 1–12.