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Die Erfindung betrifft einen Flugzeugboden eines Flugzeuges aus einer Anzahl von Bodenplatten und einer Anzahl von Längsträgern und ein Flugzeug mit einem solchen Flugzeugboden.
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Ein herkömmlicher Flugzeugboden oder Frachtraumboden eines Flugzeugs ist in 1 schematisch dargestellt. Der Flugzeugboden 10 gemäß 1 ist aus einer Vielzahl von funktionsabhängig zueinander beabstandeten Bodenplatten 20, 30, 40 und Längsträgern 50, 60 oder Längsprofilen gebildet, die parallel zur Längsachse (x) des Flugzeugs verlaufen.
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Die Längsträger 50, 60 bestehen aus Längsträgerelementen 51, 52; 61, 62. In analoger Weise bestehen die Bodenplatten 20–40 aus Bodenplattenelementen 21–23; 31–33; 41–43. Die Längsträgerelemente 51, 52; 61, 62 sind versetzt gegenüber den Bodenplattenelementen 21–23; 31–33; 41–43 angeordnet.
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Unterhalb der Längsträger 51,52; 61,62 verlaufen herkömmlicherweise Querträger (nicht gezeigt), die bei einigen Flugzeugtypen, insbesondere bei Frachtflugzeugen, gleichzeitig die Spanten bilden (so genannte Integralspanten). Die Querträger verlaufen bevorzugt gleichmäßig zueinander beabstandet unterhalb der Längsprofile jeweils quer (y-Achse) zur Längsachse des Flugzeugs. Die Längsprofile können zumindest teilweise Kanäle (so genannte ”tie down channels”) aufweisen, die zur Aufnahme von Verzurrpunkten dienen. Mittels der Verzurrpunkte werden zum Beispiel rollende Lasten auf dem Frachtraumboden mittels Spannseilen gegen Lageveränderungen gesichert. Die auf den Querträgern aufliegenden Längsprofile bilden zusammen mit weiteren Elementen ein gitterförmiges Fußbodengerüst. Zwischen den Längsprofilen sind Bodenplatten oder Fußbodenplatten eingelegt, um eine im Wesentlichen ebene und begehbare Fußbodenfläche zu schaffen.
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Die Querträger übertragen optimal vertikale und transversale Lasten, die parallel zur z-Achse, sprich Hochachse, bzw. y-Achse, das heißt quer zur Flugrichtung angreifen. Ferner können von den Querträgern Drehmomente um die x-Achse herum aufgenommen werden (so genanntes Drehmoment Mx). Die parallel zur x-Achse (und zur z-Achse) auftretenden Kräfte (so genannte Kräfte Fx (und Fz)) sowie das Drehmoment Mx um die x-Achse erfordern mechanisch hinreichend belastbare Spante. Die herkömmlichen Längsträger bzw. die Kanäle werden insbesondere mit den Kräften Fx sowie den Drehmomenten My belastet. Dabei werden Lasten in Flugrichtung von der Längsachse aufgenommen und über Diagonalen in die Außenhaut des Flugzeuges eingeleitet.
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Die Verzurr-Vorrichtungen werden üblicherweise jeweils mit vier Schrauben mit den oberen Spantflanschen der Spante verbunden. Daher werden die erwähnten mechanischen Lasten über den Umweg in Form des Spantes eingeleitet, wodurch zusätzliche statisch relevante Versatzmomente entstehen, die aufgenommen werden müssen und die aufgrund der hierdurch erforderlichen stabileren Auslegung der Spanten, Längsträgern und Kanälen zu Gewichtserhöhungen führen.
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Die oben erwähnten Bodenplatten oder Fußbodenplatten haben mitunter die Funktion, Lasten aus den Verzurr-Vorrichtungen oder Sitzschienen über Schub in die seitliche Außenhaut des Flugzeuges zu übertragen. Diese Funktion begrenzt deren Floating und damit auch deren Länge. Die Bodenplatten bilden mit den Kanälen des Fußbodens einen Verbund und erhöhen dabei deren Biegesteifigkeit. Weiter definieren sie damit auch den optimalen Lasteinleitungspunkt für die Verzurr-Lasten in Richtung der x-Achse. In Zusammenwirken mit den Kanälen oder Sitzschienen stabilisieren die Bodenplatten die Querträger oder Querprofile der Primärstruktur.
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Besonders beachtenswert ist hierbei, dass im Falle eines Unfalls oder Crashs die Fracht des Flugzeuges mit 9 g beschleunigt wird. Dabei ist es die Aufgabe des Fußbodens, diese Last gleichmäßig an den Seiten in die Außenhaut des Flugzeuges einzuleiten.
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Durch die Nähe des Fußbodens zur Außenhaut des Flugzeuges besteht die Notwendigkeit, den Fußboden und den Rumpf durch ein entsprechendes Floating der Verbindungselemente zu entkoppeln. Die Außenhaut des Flugzeuges kühlt im Flug auf die Außentemperatur von beispielsweise –55°C ab. Dagegen ist der Innenraum des Flugzeuges beheizt, auf beispielsweise 20°C. Diese hohe Differenztemperatur bewirkt eine Relativausdehnung von etwa 1 mm/m zwischen dem Fußboden und der Außenhaut bei einem Beispiel einer Aluminiumstruktur des Flugzeuges. Bei einem beispielhaften Flugzeug von 17 m Länge wären das entsprechend 17 mm Ausdehnung.
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Des Weiteren besteht bei einem Militärtransportflugzeug zusätzlich das Problem, dass die Steifigkeiten des Fußbodens lastengetrieben deutlich höher sein müssen. Demnach führt hier eine thermische Ausdehnung auch zu deutlich höheren Lasten.
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Eine Verspannung müsste dabei über diagonale Paddels stattfinden, welche entsprechend schwer sein müssten. Der Fußboden wäre ein Teil der Primärstruktur und müsste entsprechend getestet werden, das heißt Fluglasten müssten mit Cargo-Lasten überlagert aufgebracht werden.
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Bei einer Verzwängung des Fußbodens durch Anschlusspaddel entstünden Probleme, weil sich in der Mitte des Fußbodens infolge des Floatings der Fußbodenplatten trotzdem Spannverformungen ausbilden würden, für welche die Spanten nicht ausgelegt sind. Eine verbesserte Auslegung der Spanten hätte wiederum Gewichtsnachteile.
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Die Druckschrift
WO 2005/012083 A1 beschreibt ein Frachtdeck zur Aufnahme von Ladung im Frachtraum eines Flugzeugs, wobei das Frachtdeck aus einer Vielzahl von Bodenmodulen aufgebaut ist, die im Frachtraum befestigt sind und das Frachtdeck bilden, wobei an der Außenhaut Längsträger befestigt sind, an denen die Bodenmodule montierbar sind.
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Die Druckschrift
EP 1 481 894 A2 beschreibt eine Vorrichtung zur Aufnahme von Zurrvorrichtungen für ein Frachtladungssystem eines Transportmittels, insbesondere eines Flugzeuges, welche mindestens eine Zurrvorrichtung zum Verzurren oder Aufnehmen von Lasten oder Gütern umfasst, wobei die Vorrichtung als ein Zurrpunktkanal ausgebildet ist, der Kanalseitenwände und eine Bodenplatte aufweist, wobei der Zurrpunktkanal eine Aufnahme für mehrere, in Abständen angeordnete und jeweils einen Grundkörper aufweisende Zurrvorrichtungen und/oder Adapterplatten/Abdeckplatten und/oder Lastaufnahmeadapter bildet.
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Demnach ist es eine Aufgabe der Erfindung einen gewichtsreduzierten Flugzeugboden eines Flugzeuges zu schaffen, welcher einen Längenausgleich des Fußbodens relativ zu der Außenhaut des Flugzeuges bei einer thermischen Ausdehnung des Fußbodens ermöglicht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Flugzeugboden mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Flugzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
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Demgemäß wird ein Flugzeugboden eines Flugzeuges aus einer Anzahl von Bodenplatten und einer Anzahl von Längsträgern vorgeschlagen, wobei Querfugen zur Segmentierung des Flugzeugbodens in eine Mehrzahl von Segmenten quer zu einer Längsachse des Flugzeuges vorgesehen sind, wobei das jeweilige Segment aus einer Anzahl von mittels der Querfugen segmentierten Längsträgerelementen der Längsträger und einer Anzahl von mittels der Querfugen segmentierten Bodenplattenelementen der Bodenplatten besteht, wobei das jeweilige Segment an einem ersten Ende ein Koppel-Stück und an seinem zweiten Ende ein korrespondierendes Koppel-Gegenstück aufweist, wobei das Koppel-Stück eines ersten Segmentes mit dem Koppel-Gegenstück eines zweiten Segmentes derart koppelbar ist, dass die Segmente ausschließlich einen translatorischen Freiheitsgrad gegeneinander in Richtung der Längsachse des Flugzeuges haben, und wobei das Koppel-Stück als eine vorspringende Verzahnung ausgebildet ist und das Koppel-Gegenstück als eine zur Verzahnung korrespondierende Aufnahme ausgebildet ist, wobei die Querfuge zwischen der Verzahnung und der Aufnahme gebildet ist.
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Des Weiteren wird ein Flugzeug mit zumindest einem wie oben beschriebenen Flugzeugboden vorgeschlagen.
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Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch die erfindungsgemäße Anordnung der Querfugen oder Dehnungsfugen der Flugzeugboden in Segmente segmentiert ist, die ausschließlich einen translatorischen Freiheitsgrad gegeneinander in Richtung der Längsachse des Flugzeuges haben.
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Dadurch ist der Flugzeugboden thermisch entkoppelt. Die Segmente sind dabei derart miteinander koppelbar, dass eine Bewegung der Segmente des Flugzeugbodens in Richtung der Längsachse des Flugzeuges freigegeben ist und eine Bewegung der Segmente des Flugzeugbodens in Richtung der Querachse und in Richtung der Hochachse des Flugzeuges blockiert ist.
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Dabei haben die Bodenplatten oder Fußbodenplatten in Flugrichtung oder in Richtung der Längsachse des Flugzeuges vorzugsweise die Breite von minimal einer Spantteilung. Die Längsträger mit den Kanälen und/oder Sitzschienen sind gleich den Bodenplatten in Flugrichtung segmentiert. Dabei können die Kanal-/Sitzschienensegmente strukturmechanisch integrale Bestandteile der Bodenplatten sein. Vorzugsweise erfolgt die Ableitung der x-Lasten in die Außenhaut über definierte Festlager, so genannte Anschlusspaddel oder Crash-Paddel. Dabei ist jeweils ein Außen-Paddel auf jeder Seite angeordnet.
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Vorzugsweise werden die Bodenplatten lediglich in allen drei Achsen mittels einer Verzurr-Vorrichtung (Tie-down) fixiert. Die Verzurr-Vorrichtung lässt dabei ein Floating für die Bodenplatten in Flugrichtung zu. Durch die Verschraubung der Verzurr-Vorrichtung des mittleren Spantes wird eine strukturell tragfähige Verschraubung (Festlager) bereitgestellt. Die seitliche Anbindung an die Kanäle erfolgt nach demselben Prinzip. Hier wird vorzugsweise ein Kopplungsstück auf dem Spant angeordnet, welches bei Lasten in x-Richtung zum Eingriff kommt und die x-Lasten momentenfrei und formschlüssig in die jeweilige Fußbodenplatte oder -paneele einleitet.
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Des Weiteren werden y-Lasten von den Verzurr-Vorrichtungen direkt durch deren Verschraubung in den Spant eingeleitet. Die Entkopplung einer Wärmedehnung in y-Richtung erfolgt vorzugsweise über ein Verbiegen der Kanalwände.
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Insgesamt entstehen somit vorteilhafterweise keine Zwangskräfte. Die Struktur des Flugzeugbodens muss daher nur für die Kräfte ausgelegt werden, die tatsächlich lastgetrieben angesetzt werden müssen. Dies führt zu einem gewichtsoptimierten Fußboden, denn aufwändige Verschraubungen der Bodenplatten entfallen.
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Das jeweilige Segment hat an einem ersten Ende ein Koppel-Stück und an seinem zweiten Ende ein korrespondierendes Koppel-Gegenstück. Das Koppel-Stück eines ersten Segmentes ist mit dem Koppel-Gegenstück eines zweiten Segmentes derart koppelbar, dass die Segmente ausschließlich einen translatorischen Freiheitsgrad gegeneinander in Richtung der Längsachse (x) des Flugzeuges haben.
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Das Koppel-Stück ist als eine vorspringende Verzahnung ausgebildet und das Koppel-Gegenstück ist als eine zur Verzahnung korrespondierende Aufnahme ausgebildet. Die Querfuge ist zwischen der Verzahnung und der Aufnahme gebildet.
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In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die Segmente in der Längsachse (x) gegeneinander verschiebbar und dazu eingerichtet, in Richtung einer Querachse (y) und in Richtung einer Hochachse (z) des Flugzeuges Kräfte aufeinander zu übertragen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Verzurr-Vorrichtung zumindest teilweise im Bereich der Kopplung durch das Koppel-Stück und das Koppel-Gegenstück derart auf ein quer zu der Längsachse (x) des Flugzeuges verlaufendes Querprofil geschraubt, dass die Verzurr-Vorrichtung nur eine der beiden Segmente an dem Querprofil befestigt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung befestigt die Verzurr-Vorrichtung die Aufnahme des Koppel-Gegenstückes an dem Querprofil, so dass die Verzahnung des Koppel-Stückes den Freiheitsgrad in Richtung der Längsachse (x) des Flugzeuges hat.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das mindestens eine Querprofil als ein Querträger und/oder als ein Spant einer Rumpfzelle des Flugzeuges ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind seitliche Anschlusspaddel vorgesehen, welche einen kontinuierlichen Anschluss des Flugzeugbodens an eine Außenhaut des Flugzeuges bereitstellen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung hat das jeweilige Segment zumindest ein Längsträgerelement und zumindest ein an dem jeweiligen Längsträgerelement angeschlossenes Bodenplattenelement.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
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Von den Figuren zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Flugzeugbodens;
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2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flugzeugbodens;
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3 eine perspektivische Darstellung eines Längsträgers eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Flugzeugbodens;
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4 eine Draufsicht auf den Längsträger nach 3;
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5 eine gegenüber der 3 um 180° gedrehte, perspektivische Darstellung des Längsträgers nach 3;
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6 eine schematische Schnittansicht des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Flugzeugbodens;
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7 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie D-D in der 6; und
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8 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie C-C in der 6; und
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9 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie B-B in der 6; und
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10 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A in der 6.
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In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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In den Figuren bezeichnet weiter x die Längsachse des Flugzeuges. Die Querachse des Flugzeuges wird mit y und die Hochachse des Flugzeuges wird mit z bezeichnet.
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Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele des Flugzeugbodens 10 gemäß der Erfindung detailliert beschrieben. Dabei wird das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flugzeugbodens 10 mit Bezug auf 2 erläutert. Das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flugzeugbodens 10 ist in 6 dargestellt. Dabei zeigen die 3–5 Detailansichten des Längsträgers 50 des Flugzeugbodens 10 nach 6.
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Die beiden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Flugzeugbodens 10 nach den 2 und 6 haben folgende Merkmale gemeinsam: Der Flugzeugboden 10 hat eine Anzahl von Bodenplatten 20, 30, 40 und eine Anzahl von Längsträgern 50, 60. Aus Gründen der Veranschaulichung zeigt 2 eine rein schematische Darstellung des Flugzeugbodens 10, wohingegen die 6 einen detaillierten Ausschnitt des Flugzeugbodens 10 zeigt.
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Ferner hat der Flugzeugboden 10 Querfugen 70, 80 zur Segmentierung des Flugzeugbodens 10 in eine Mehrzahl von Segmenten 91–93 quer zu einer Längsachse x des Flugzeuges. Die Querfugen 70, 80 erfüllen die Funktion einer Trennfuge und die Funktion einer Dehnungsfuge. Die Dehnungsfuge 70, 80 ist zur thermischen Entkopplung der Segmente 91–93 des Fußbodens 10 geeignet. Die Dehnungsfuge 70, 80 ist dabei dazu eingerichtet, eine vorbestimmte Dehnung, beispielsweise von einigen Millimetern, aufnehmen zu können.
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Das jeweilige Segment 91–93 besteht aus einer Anzahl von mittels der Querfugen 70, 80 segmentierten Längsträgerelementen 51–53; 61–63 der Längsträger 50, 60 und einer Anzahl von mittels der Querfugen 70, 80 segmentierten Bodenplattenelementen 21–23; 31–33; 41–43 der Bodenplatten 20, 30, 40.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 2 hat ein erstes Segment 91 des Fußbodens 10 die Bodenplattenelemente 21, 31, 41 und die Längsträgerelemente 51, 61. In analoger Weise hat ein zweites Segment 92 des Fußbodens 10 die Bodenplattenelemente 22, 32, 42 sowie die Längsträgerelemente 52, 62. Ebenso in analoger Weise hat ein drittes Segment 93 des Fußbodens 10 die Bodenplattenelemente 23, 33, 43 und die Längsträgerelemente 53, 63. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit sind in 2 drei Segmente 91–93 mit drei Bodenplatten 21; 23; 31–33; 41–43 und zwei Längsträgerelementen 51–53; 61–63 dargestellt.
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Die Segmente 91–93 sind derart miteinander gekoppelt, dass sie ausschließlich einen translatorischen Freiheitsgrad gegeneinander in Richtung der Längsachse x des Flugzeuges haben.
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Dabei sind die Segmente 91–93 in der Längsachse x gegeneinander verschiebbar und dazu eingerichtet, in Richtung der Querachse y und in Richtung der Hochachse z des Flugzeuges Kräfte aufeinander zu übertragen.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit zeigt die 6 einen Ausschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels des Flugzeugbodens 10 mit einem Längsträger 50 und einer Bodenplatte 20. Der Längsträger 50 wird mit Bezug auf die 3–5 und die Bodenplatte 20 wird mit Bezug auf die 7 detailliert beschrieben.
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Der Längsträger 50 gemäß den 3–5 ist durch die Querfuge 70 segmentiert. Dabei zeigt die 3 eine perspektivische Darstellung des Längsträgers 50 des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Flugzeugbodens 10. Die 4 zeigt eine Draufsicht auf den Längsträger 50 nach 3 und die 6 zeigt eine gegenüber der 3 um 180° gedrehte, perspektivische Darstellung des Längsträgers 50 nach 3.
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Der Längsträger 50 ist durch die Querfuge 70 – wie oben bereits dargestellt – segmentiert und hat damit die durch die Querfuge 70 getrennten Längsträgerelemente 51 und 52. Das jeweilige Längsträgerelement 51, 52 hat an seinem ersten Ende E1 ein Koppel-Stück 94 und an seinem zweiten Ende E2 ein korrespondierendes Koppel-Gegenstück 95. Das Koppelstück 94 des ersten Längsträgerelementes 51 ist mit dem Koppel-Gegenstück 95 des zweiten Längsträgerelementes 52 derart koppelbar, dass die Längsträgerelemente 51, 52 ausschließlich einen translatorischen Freiheitsgrad gegeneinander in Richtung der Längsachse x des Flugzeuges haben.
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Ferner ist eine Verzurr-Vorrichtung 100 zur Ausbildung eines Verzurr-Punktes vorgesehen. Die Verzurr-Vorrichtung 100 ist zumindest teilweise im Bereich der Kopplung durch das Koppel-Stück 94 und das Koppel-Gegenstück 95 auf einem quer zur Längsachse x des Flugzeuges verlaufenden Querprofil (nicht gezeigt) derart verschraubt, dass die Verzurr-Vorrichtung 100 nur eine der beiden Längsträgerelemente 51, 52 an dem Querprofil befestigt. Nach dem Ausführungsbeispiel der 3–5 befestigt die Verzurr-Vorrichtung 100 ausschließlich das zweite Längsträgerelement 52 an dem Querträger oder Querprofil.
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Die Bezugszeichen 100, 102 in 5 zeigen Bohrungen zur Verschraubung der Verzurr-Vorrichtung 100.
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Weiter mit Bezug auf die 3–5 ist das Koppel-Stück 94 vorzugsweise als eine vorspringende Verzahnung ausgebildet. Entsprechend ist das Koppel-Gegenstück 95 als eine zur Verzahnung 94 korrespondierende Aufnahme 95 ausgebildet. Die Querfuge 70 ist zwischen der Verzahnung 94 und der Aufnahme 95 gebildet.
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Die Ausbildung der Verzahnung 94, der Aufnahme 95 und der Querfuge 70 wird besonders mit Bezug auf die 7–10 deutlich. Dabei zeigt 7 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie D-D in der 6. Die Bodenplatte 20 gemäß 7 hat ohne Einschränkung der Allgemeinheit zwei Bodenplattenelemente 21, 22, welche durch die Querfuge 70 getrennt sind. Die Zusammenschau der 6 und 7 zeigt dabei, dass ein erstes Segment 91 ein erstes Längsträgerelement 51 und ein erstes Bodenplattenelement 21 hat. Demgegenüber hat ein zweites Segment 92 ein zweites Längsträgerelement 52 und ein zweites Bodenplattenelement 22. Die beiden Segmente 91, 92 sind durch die Querfuge 70 oder Trennfuge zur thermischen Entkopplung getrennt.
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Die Ausbildung der Verzahnung 94 und der korrespondierenden Aufnahme 95 wird besonders deutlich anhand der Schnittansichten der 8–10. Dabei zeigt die 8 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie C-C in der 6, die 9 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie B-B in der 6 und die 10 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A in der 6.
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Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Flugzeugboden
- 20, 30, 40
- Bodenplatte
- 21–23
- Bodenplattenelement
- 31–33
- Bodenplattenelement
- 41–43
- Bodenplattenelement
- 50, 60
- Längsträger
- 51–53
- Längsträgerelement
- 61–63
- Längsträgerelement
- 70, 80
- Querfuge
- 91–93
- Segment
- 94
- Koppel-Stück
- 95
- Koppel-Gegenstück
- 100
- Verzurr-Vorrichtung
- 101, 102
- Bohrung
- E1
- erstes Ende
- E2
- zweites Ende
- x
- Längsachse
- y
- Querachse
- z
- Hochachse
