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Die
Erfindung betrifft eine Verbindung eines Querträgers mit einem Strukturbauteil
eines Flugzeugrumpfes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Querträger in Flugzeugrümpfen bilden
häufig ein
Traggerüst
für einen
Fußboden.
Die Querträger sind
meistens endseitig an Spanten befestigt und über Streben abgestützt. Die
Befestigung der Querträger
an den Spanten erfolgt über
eine Vielzahl von Nieten, die in parallelen Nietreihen angeordnet
sind und ein viereckiges Nietbild bilden. Dabei nehmen die Nieten,
die von einem gedachten Mittelpunkt des Nietbildes am weitesten
entfernt liegen, die größten Kräfte auf.
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Nachteilig
an dieser Art der Befestigung ist, dass die Belastungen, die auf
den Querträger
wirken, im Prinzip auf die Ecknieten des viereckigen Nietbildes
verteilt werden. Die übrigen
Nieten des Nietbildes sind geringeren Belastungen ausgesetzt, dennoch
werden sie entsprechend diesen Ecknieten dimensioniert. Diese Art
der Dimensionierung wirkt sich nachteilig auf das Flugzeuggewicht
aus. Es ist daher häufig üblich, nur
die beiden äußeren in
Querrichtung des Flugzeugs verlaufenden Nietreihen entsprechend
den Ecknieten zu dimensionieren und die inneren Nietreihen mit schwächer dimensionierten Nieten
auszuführen.
Dies hat jedoch den Nachteil, dass die äußeren und inneren Nietreihen
unterschiedliche Nietlöcher
aufweisen, was sowohl das Bohren der Nietlöcher aufwendig, als auch das
Setzen der Nieten störanfällig macht.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbindung zwischen einem
Querträger
und einem Strukturbauteil eines Flugzeugrumpfes zu schaffen, die
die vorgenannten Nachteile beseitigt.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Eine
erfindungsgemäße Verbindung
hat zumindest ein Verbindungselement zum Befestigen eines Querträgers an
einem Strukturbauteil eines Flugzeugrumpfes, das eine Kreisbahn
zum Einleiten von Belastungen des Querträgers in das Strukturbauteil definiert.
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Ein
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht
darin, dass im Vergleich zur vorbeschriebenen bekannten Querträgerverbindung über die
Kreisbahn eine optimierte Krafteinleitung von dem Querträger in das
zumindest eine Verbindungselement und von dem Verbindungselement
in das Strukturbauteil erfolgt.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
bildet eine Vielzahl von Verbindungselementen die Kreisbahn. Somit
weisen alle Verbindungselemente den gleichen Abstand zum Kreismittelpunkt
auf und die auf den Querträger
wirkende Belastung wird auf alle gleichmäßig und nicht nur auf einige
Verbindungselemente verteilt. Entsprechend können die Verbindungselemente
gegenüber
dem Stand der Technik schwächer
dimensioniert werden. Ferner sind sämtliche Verbindungselemente
gleich dimensionierbar, so dass die Bohrungen in dem Querträger und
in dem Strukturbauteil zur Aufnahme der Verbindungselemente den
gleichen Innendurchmesser aufweisen und entsprechend eine einheitliche
Bohrschablone verwendet werden kann. Die Gefahr von Fehlbohrungen
oder Fehlsetzungen der Verbindungselemente ist wesentlich reduziert.
Ebenso kann die Anzahl der Verbindungselemente verringert werden.
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Es
kann eine zweite Kreisbahn vorgesehen sein, die ebenfalls von einer
Vielzahl von Verbindungselementen gebildet ist und konzentrisch
zur ersten Kreisbahn verläuft.
Ebenso ist zumindest eine weitere konzentrische Nietreihe vorstellbar.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, wenn die Kreisbahnen konzentrisch zu einer in
dem Querträger
und in das Strukturbauteil eingebrachten Fixierbohrung angeordnet
sind. Somit wirkt sich eine durch die Fixierbohrung verursachte
Materialschwächung des
Querträgers
im Anschlussbereich nicht negativ auf ein einzelnes Verbindungselement
aus.
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Bevorzugterweise
sind die Verbindungselemente Nieten. Es sei erwähnt, dass die Nieten als ein Beispiel
eines Verbindungselements zu verstehen sind. Ebenso sind Schrauben
oder Stifte vorstellbar.
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Ein
anderes Ausführungsbeispiel
sieht vor, das Verbindungselement als einen Bolzen auszuführen. Diese
Lösung
hat den Vorteil, dass der Querträger
schnell ausgetauscht werden kann. Insbesondere bei Frachtflugzeugen,
bei denen häufig
Beschädigungen
der Querträger
auftreten, muss ein Querträgeraustausch
schnell durchführbar
sein.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
hat der Bolzen eine Querschnittfläche, die der Summe der Einzelquerschnittsflächen der
für die
Verbindung benötigten
Nieten entspricht.
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Der
Bolzen kann in Buchsen geführt
sein, wobei bevorzugterweise die in das Strukturbauteil eingesetzte
Buchse eine zylindrische Innenwandung und die Buchse in dem Querträger eine
konische Innenwandung hat. Die konische Innenwandung bewirkt eine
Selbstzentrierung des Querträgers
zum Strukturbauteil, so dass auch bei einem Verzug des Strukturbauteils
ein Querträgeraustausch
durchgeführt
werden kann.
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Sonstige
vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind
Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
Draufsicht auf ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel und
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2 eine
Draufsicht auf ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Verbindung 2 zwischen
einem Querträger 4 und
einem Struktur bauteil 6 eines Flugzeugrumpfes. Der Querträger 4 erstreckt
sich in Querrichtung des Flugzeugrumpfes und ist jeweils mit einem
Endabschnitt 8 an dem Strukturbauteil 6 befestigt.
Eine Vielzahl von in Längsrichtung
des Flugzeugs nebeneinander angeordneten Querträgern 4 bildet ein
Traggerüst
für einen
Flugzeugboden. Beispielhaft ist eine Sitzschiene 10 für Passagiersitze
dargestellt.
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Der
Querträger 4 hat
ein I-förmiges
Profil mit einem Obergurt 12, einem Untergurt 14 und
einem Steg 16. Der Steg 16 erstreckt sich zwischen
den Gurten 12, 14 und befindet sich im Anschlussbereich des
Querträgers 4 im
flächigen
Kontakt mit dem Strukturbauteil 6. Zum Anschluss des Querträgers 4 an
dem Strukturbauteil 6 ist der Querträger 4 an seinen Endabschnitten
mit einseitig zurückgestuften Gurten 12, 14 ausgebildet,
so dass der Querträger 4 in
diesen Bereichen jeweils ein U-förmiges
Profil aufweist.
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Eine
simulierte Belastung des Querträgers 4, zum
Beispiel durch Passagiere, ist durch den Pfeil 18 angedeutet.
Die Belastung 18 wird senkrecht in den Obergurt 12 eingeleitet.
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Das
Strukturbauteil 6 ist ein Spant, der in Umfangsrichtung
des Flugzeugrumpfes verläuft
und rumpfinnenseitig mit einer Flugzeughaut 20 vernietet ist.
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Die
Verbindung 2 des Querträgers 4 mit
dem Spant 6 erfolgt über
eine Vielzahl von Nieten 22, 24, die hier als
Kreuze dargestellt sind. Die Nieten 22, 24 bilden
zwei konzentrische Kreisbahnen 26, 28, die in der
Figur gestrichelt angedeutet sind. Somit ist ein Nietbild mit zwei
kreisförmigen
Nietreihen gebildet. Die Nieten 22, 24 sind auf
ihrer jeweiligen Kreisbahn 26, 28 gleichmäßig voneinander
beabstandet und weisen einen einheitlichen Außendurchmesser auf. Entsprechend
weisen nicht gezeigte Nietlöcher
in dem Querträger 4 und
in dem Spant 6 einen einheitlichen Innendurchmesser auf.
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Die
Kreisbahnen 26, 28 sind konzentrisch um eine Fixierbohrung 30 positioniert.
Die Fixierbohrung 30 erstreckt sich durch den Quer träger 4 und den
Spant 6 und dient zur Aufnahme eines Fixierstiftes bei
der Montage des Querträgers 4.
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Die
Belastung 18 führt
zu einer Durchbiegung des Querträgers 4 und
die Nieten 22, 24 werden auf Scherung beansprucht.
Gleichzeitig wird der Querträger 4 und
der Spant 6 im Anschlussbereich insbesondere auf Lochleibung
und Scherspannung beansprucht. Aufgrund der ringartigen Anordnung der
Nieten 22, 24 wird die Belastung zumindest auf sämtliche
Nieten 22, 24 der äußeren Kreisbahn 26 bzw.
Nietreihe verteilt, wodurch sowohl die Belastung jedes einzelnen
Niets 22, 24 reduziert als auch die Spannungen
des Querträger 4 und
des Spants 6 im Anschlussbereich verringert sind. Die ringartige
Einleitung bzw. Verteilung der Belastung 18 auf die Nieten 22, 24 entlang
ihrer jeweiligen Kreisbahn 26, 28 ist durch die
entlang der Kreisbahn 26 orientierten Pfeile 32 angedeutet.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Verbindung 2 zwischen
einem Querträger 4 und
einem Spant 6 eines Flugzeugrumpfes. Der einzige Unterschied
zum Ausführungsbeispiel
nach 1 besteht darin, dass anstelle einer Vielzahl
von Verbindungselementen 22, 24 zur Befestigung
des Querträgers 4 an
dem Spant 6 nur ein Bolzen 34 vorgesehen ist.
Entsprechend einfach lässt
sich diese Verbindung lösen
und wiederherstellen, so dass ein Querträger 4 schnell getauscht
werden kann.
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Der
Bolzen 34 hat eine Querschnittsfläche, die der Summe der Einzelquerschnittsfläche der
hierfür
benötigten
Verbindungselemente 22, 24 nach dem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß 1 entspricht.
Er ist als ein zylindrischer Passbolzen ausgeführt und in jeweils einer in
dem Querträger 4 und
einer in dem Spant 6 positionierten Buchse gelagert und
gegen ein axiales Herausgleiten aus den Buchsen entsprechend gesichert.
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Die
Buchsen sind in der Figur nicht dargestellt und in entsprechenden
Bohrungen des Querträgers
und des Spants eingesetzt. Die spantseitige Buchse hat eine in der
Figur nicht sichtbare zylindrische Innenwandung und die querträgerseitige
Buchse hat eine konische Innenwandung 36. Die konische Innenwandung 36 verjüngt sich
in eine Richtung weg von dem Spant 6. Dies bewirkt bei
einer Montage des Querträgers 4 eine
Selbstzentrierung, so dass zum Beispiel bei einem Querträgeraustausch
ein Verzug des Spants 6 bzw. eine Fehlstellung der spantseitigen
Buchse ausgeglichen wird.
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Die
Bohrung in dem Querträger 4 bildet
mit ihrer Innenwandung 36 eine erfindungsgemäße Kreisbahn 26, über die
auf den Querträger 4 wirkende
Belastungen 18 in den Bolzen 34 und von dort in den
Spant 6 eingeleitet werden. Aufgrund der kreisförmigen Krafteinleitung
sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel
die Scherbelastungen in dem Bolzen 34 und die Lochleibung
bzw. Scherspannungen in dem Querträger 4 und dem Spant 6 reduziert.
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Offenbart
ist eine Verbindung 2 zum Befestigen eines Querträgers 4 an
einem Strukturbauteil 6 eines Flugzeugrumpfes mittels zumindest
eines Verbindungselements 22, 24; 34,
wobei das Verbindungselement 22, 24; 34 eine
Kreisbahn 26, 28 definiert, entlang der auf den
Querträger 4 wirkende
Belastungen 18 in das Strukturbauteil 6 eingeleitet
werden.
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- 2
- Verbindung
- 4
- Querträger
- 6
- Strukturbauteil
- 8
- Endabschnitt
- 10
- Sitzschiene
- 12
- Obergurt
- 14
- Untergurt
- 16
- Steg
- 18
- Belastung
- 20
- Flugzeughaut
- 22
- Niet
- 24
- Niet
- 26
- Kreisbahn
- 28
- Kreisbahn
- 30
- Fixierbohrung
- 32
- ringartige
Einleitung
- 34
- Bolzen
- 36
- konische
Innenwandung