DE102009039580B4

DE102009039580B4 - Fußbodenstützstruktur für Flugfrachträume sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE102009039580B4
Application number: DE102009039580.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Siemetzki; Brian Bautz; Andreas Gessler; Franz Maidl
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2029-09-02
Also published as: DE102009039580A1

Abstract

Fußbodenstützstruktur für Flugzeugfrachträume zur Aufnahme von Befestigungsschienen und/oder Fußbodenpaneelen, umfassend – mindestens eine Querstruktur (5) mit – mindestens einem Stützgrundelement, welches – mindestens zwei obere Auflagen (10, 11, 12) für eine Befestigungsschiene und/oder ein Fußbodenpaneel und – mindestens zwei untere Auflagen (21, 22) zum Kontakt mit einem Flugzeugspant (7) und/oder der Flugzeugaußenhaut (8) sowie – Verbindungsstreben (30) zwischen den mindestens zwei oberen Auflagen (10, 11, 12) und den mindestens zwei unteren Auflagen (21, 22) aufweist, wobei in einer Frontalansicht (Projektion des Stützgrundelements auf eine normal zur Flugzeuglängsachse (3) liegenden Ebene) die unteren Auflagen (21, 22) außerhalb der durch die oberen Auflagen (10, 11, 12) verlaufenden Senkrechten (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützgrundelement eine vordere obere Auflage (11) und eine hintere obere Auflage (12) umfasst, wobei mindestens eine der oberen Auflagen (11, 12) außerhalb der normal zur Flugzeuglängsachse (3) liegenden und durch die unteren Auflagen (21, 22) verlaufende Ebene (2) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fußbodenstützstruktur für Flugzeugfrachträume sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben. Genauer betrifft die Erfindung eine Fußbodenstützstruktur zur Aufnahme von Befestigungsschienen und/oder Fußbodenpaneelen.
Um die durch die Ladung von Frachtflugzeugen oder allgemein von Flugzeug-Frachträumen entstehenden hohen Lasten auf die Flugzeugstruktur überzuleiten, sind aus dem Stand der Technik entsprechende Konstruktionen bekannt. Diese weisen auf ihrer Oberseite gewöhnlich eine ebene Fläche auf, und sind an ihrer Unterseite der Außenform des Flugzeugs entsprechend angepasst, also zumeist gewölbt. Diese Konstruktion, die sich unterhalb des Fußbodens des Frachtraums befindet und diesen stützt, wird im Folgenden Fußbodenstützstruktur genannt.
Konventionelle Fußbodenstützstrukturen bestehen dabei aus in axiale Richtung des Flugzeugrumpfes verlaufenden Längsträgern, die ihrerseits die Auflager- und die Befestigungspunkte für die Ladung bereitstellen. Die Längsträger stützen sich auf Querträgern ab, welche wiederum über Streben mit den Spanten oder der Flugzeugaußenhaut verbunden sind. Auf den Längsträgern werden gewöhnlich Befestigungsschienen oder Fußbodenpaneele angebracht. Sie übernehmen die vertikalen Lasten der losen Ladung und übertragen die Lasten in Flugrichtung auf, am äußeren Rand des Fußbodens befindliche, Schubbleche. Über die Schubbleche werden die Lasten direkt in die Flugzeugaußenhaut abgeführt. Die Stellung und Anzahl der Streben richtet sich nach der Größe des Rumpfes und dem dadurch zur Verfügung stehenden Bauraum. Querträger, Streben und Spante befinden sich jeweils in einer normal zur axialen Richtung des Flugzeugs liegenden Frontalebene.
Die WO 2007/073 787 A1 offenbart eine Stützstruktur für einen Frachtraumboden, die aus Fachwerkstreben besteht, die obere Auflagepunkte für den Fußboden des Frachtraums bereitstellen. Die unteren Auflagepunkte der Fachwerkstreben befinden sich in einer Ebene, die senkrecht auf der Flugzeuglängsachse steht, seitlich beabstandet von einer durch den oberen Auflagepunkt verlaufenden Senkrechte. Die WO 2009/098 098 A2 offenbart eine Stützstruktur für ein Fußbodensystem für eine Rumpfzelle eines Flugzeugs mit einer Vielzahl von Bodenelementen. Dazu sind entlang der Flugzeuglängsrichtung zwei untere Längsträger an der Rumpfinnenseite angebracht, die jeweils über vertikal und diagonal Streben mit einem oberen Längsträger verbunden sind, die sich gegebenenfalls aus Längsstreben zusammensetzten. Die zwei oberen Längsträger sind über Vielzahl von Querträgern miteinander verbunden und können gegebenenfalls mit einem Kragende oder einer Samerstange mit dem Rumpf verbunden sein. Die Fußbodenfläche wird dabei durch eine Vielzahl von Bodenelementen gebildet, die auf den Querträgern aufliegen.
Die WO 2008/109 711 A1 offenbart eine Struktur zur Befestigung eines Fußbodens an der Innenwand eines Flugzeugrumpfs. Dazu sind an der Innenseite des Rumpfs auf jeder Seite in gleicher Höhe jeweils eine obere Befestigungsstruktur und eine untere Befestigungsstruktur angebracht, die parallel zueinander entlang der Flugzeuglängsachse verlaufen. Die Befestigungsstrukturen weisen dabei eine im Wesentlichen längliche Rechteckform mit im Inneren ausgesparten Teilbereichen auf. Die Befestigungsstrukturen laufen von den am Rumpf angebrachten Kanten vom Rumpf weg und aufeinander zu und bilden somit eine Fassung, in die der Fußboden, der aus rechteckigen Elementen besteht, aufgenommen wird.
Da, abgesehen von den Punkten, an welchen sich die Schubbleche befinden, die Flugzeugaußenhaut gewöhnlich zu empfindlich für eine direkte Krafteinleitung ist, befinden sich die Auflagepunkte für die Querträger normalerweise direkt an den Spanten. Der Abstand der Spanten zueinander wird dabei primär nicht von der Belastung durch den Frachtraum, sondern anderen flugzeugstrukturellen Anforderungen bestimmt. Demnach stehen nur bestimmte Auflagepunkte für die Querträger und Streben zur Verfügung, so dass auch der von ihnen gestützte Fußboden lediglich in genau diesen Abständen gestützt werden kann, da die Längsträger mit den Abständen der Spante gestützt sind. Ist der Spantabstand groß, ist ein Durchbiegen des Fußbodens nur dann zu vermeiden, wenn der Fußboden entsprechend stark ist. Hohes Gewicht und daraus resultierend hohe Fertigungs- sowie Betriebskosten und verringertes Zuladungsgewicht sind die Folge.
Zudem sind alle oben genannten Bauteile Einzelteile, welche direkt (Stück für Stück) in den Rumpf eingebaut werden. Die Verbindung untereinander und zur Rumpfstruktur erfolgt gewöhnlich durch Bolzen oder Niete. Die Einbauzeit der Einzelteile und deren Zusammenfügen benötigt einen langen Zeitraum, in welchem der Flugzeuginnenraum nicht für andere Fertigungs- oder Montageschritte zur Verfügung steht. Die große Anzahl von Fügestellen erhöht die Montagekosten.
Ein weiteres Problem besteht in der gewöhnlich nachträglich erfolgenden Montage von Systemleitungen und ähnlichen Komponenten. Aufgrund der teilweise schweren Zugänglichkeit der Verlegestellen ist die Montagezeit lang, eine spätere Änderung aufwändig. Eine Vorab-Montage scheidet oft aus, weil das Einbringen der erforderlichen Befestigungsbohrungen zu einer Kontamination der Systemleitungen führen würde.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Fußbodenstützstruktur für Flugzeugfrachträume sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben bereitzustellen, welche eine Stützung des Fußbodens/Frachtraumbodens bereitstellt, die ein Durchbiegen des Bodens verhindert und gleichzeitig eine Reduzierung der Materialstärke des Bodens ermöglicht, außerhalb des Flugzeuges zusammengefügt und als ganzes im Flugzeug montiert werden kann, in die vor der Montage vorgesehene Systemleitungen und ähnliche Komponenten eingefügt werden können und dazu geeignet ist, je nach Anforderung zur Aufnahme von Containern und/oder Paletten in Flugzeuglängsrichtung verlaufende Schienen oder eine aus Fußbodenpaneelen bestehende ebene Fläche bereitzustellen, um lose Ladung aufzunehmen und um den Frachtraum begehbar zu machen. Gleichzeitig soll die Fußbodenstützstruktur die Lasten der Ladung über Anbindungspunkte, die an den Schienen angeordnet sind, über die Fußbodenstruktur auf die gekrümmte Struktur des Flugzeugrumpfes, d. h. auf die Spante, die Stringer und ggf. auf die Flugzeugaußenhaut, übertragen und die Anzahl von Fügestellen verringern. Die Fußbodenstruktur soll die im Flugzeugbau üblichen Anforderungen erfüllen und dabei leicht und kostengünstig in der Herstellung und Montage sein.
Die Aufgabe wird durch eine Fußbodenstützstruktur gemäß Anspruch 1 sowie durch ein zur Herstellung derselben geeignetes Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Figuren zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft eine Fußbodenstützstruktur für Flugzeugfrachträume zur Aufnahme von Befestigungsschienen und/oder Fußbodenpaneelen, sowie ein Herstellungsverfahren für eine derartige Fußbodenstützstruktur. Erfindungsgemäß umfasst die Fußbodenstützstruktur mindestens eine Querstruktur. Eine derartige Querstruktur erstreckt sich in Querrichtung des Flugzeugs, liegt also in einer Ebene, die senkrecht (normal) auf der in Flugrichtung weisenden, axialen Richtung steht. Bevorzugt ist die Querstruktur derart angeordnet, dass sie sich oberhalb eines Flugzeugspants befindet. Die Unterseite der Querstruktur weist dabei bevorzugt eine Form auf, die dem Flugzeugspant angepasst ist, und die Oberseite hat bevorzugt eine ebene Form.
Eine Querstruktur umfasst erfindungsgemäß mindestens ein Stützgrundelement. Dieses Stützgrundelement dient der physikalischen Verbindung zwischen der gewöhnlich gewölbten und empfindlichen Flugzeugstruktur (Spante bzw. Außenhaut) und dem (robust auszuführenden) Frachtraumboden, der gewöhnlich eben ist oder zumindest ebene Frachtraumschienen aufweist, auf denen Güter in das Flugzeuginnere geschoben werden können. Bevorzugt umfasst eine Querstruktur mehrere, einander benachbart angeordnete Stützgrundelemente.
Ein Stützgrundelement weist seinerseits mindestens eine obere Auflage für eine Befestigungsschiene und/oder ein Fußbodenpaneel, sowie mindestens zwei untere Auflagen zum Kontakt mit einem Flugzeugspant und/oder der Flugzeugaußenhaut auf. Eine Auflage kann ein zusätzliches Bauteil umfassen, welches beispielsweise einen punkt- oder linienförmigen oder flächigen Kontakt zu dem Bauteil herstellt, auf welchem es aufliegt. Eine Auflage kann aber auch rein funktioneller Natur sein und muss somit aus keinem separaten Bauteil bestehen.
Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass ein Stützgrundelement Verbindungsstreben zwischen der mindestens einen oberen Auflage und den mindestens zwei unteren Auflagen umfasst. Diese Verbindungsstreben dienen somit der physikalischen Verbindung zwischen der mindestens einen oberen und den unteren Auflagen. Der Begriff der Verbindungsstrebe schließt dabei auch solche Konstruktionen ein, bei denen gleichwirkende Ergebnisse erzielt werden, bei denen also nicht zwangsläufig separate Streben, sondern beispielsweise flächige Bauelemente Verwendung finden.
Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass die Fußbodenstützstruktur mindestens eine Querstruktur mit mindestens einem Stützgrundelement umfasst, welches mindestens zwei obere Auflagen für eine Befestigungsschiene und/oder ein Fußbodenpaneel und mindestens zwei untere Auflagen zum Kontakt mit einem Flugzeugspant und/oder der Flugzeugaußenhaut sowie Verbindungsstreben zwischen den mindestens zwei oberen Auflagen und den mindestens zwei unteren Auflagen aufweist, wobei in einer Frontalansicht (Projektion des Stützgrundelements auf eine normal zur Flugzeuglängsachse liegenden Ebene) die unteren Auflagen außerhalb der durch die oberen Auflagen verlaufenden Senkrechten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützgrundelement eine vordere obere Auflage und eine hintere obere Auflage umfasst, wobei mindestens eine der oberen Auflagen außerhalb der normal zur Flugzeuglängsachse liegenden und durch die unteren Auflagen verlaufende Ebene angeordnet ist. Die vorliegende Ausführungsform stellt eine dreidimensionale Geometrie dar, bei welcher die Auflagen gerade an den Eckpunkten eines Tetraeders liegen. Dieser Tetraeder ist so ausgerichtet, dass eine (obenliegende) Kante in axiale Richtung weist, so dass an ihren Endpunkten die vordere und die hintere obere Auflage angeordnet sind. Er ist außerdem so ausgerichtet, dass eine weitere (untenliegende und sich nicht mit der obenliegenden Kante schneidende) Kante in Querrichtung (Definition s. o.) weist, so dass an ihren Endpunkten die linke und die rechte untere Auflage angeordnet sind.
Des Weiteren sind in einer Frontalansicht (Projektion des Stützgrundelements auf eine normal zur Flugzeuglängsachse liegenden Ebene) die unteren Auflagen außerhalb der durch die obere(n) Auflage(n) verlaufenden Senkrechten angeordnet. Sieht man also von oben auf ein Stützgrundelement hinab, so liegen die beiden, einer oberen Auflage zugeordneten unteren Auflagen gerade nicht unterhalb der oberen Auflage, sondern seitlich versetzt dazu. Seitlich meint dabei eine Richtung, die senkrecht auf der axialen Richtung des Flugzeuges und senkrecht auf der Flugzeugsenkrechten steht, also in Querrichtung des Flugzeugs verläuft.
Für den Fall, dass ein Stützgrundelement lediglich genau eine obere Auflage umfasst, ist nach einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die obere Auflage und die unteren Auflagen in derselben, normal zur Flugzeuglängsachse liegenden Ebene angeordnet sind. Das bedeutet, dass die obere Auflage in axialer Richtung nicht zu den unteren Auflagen versetzt angeordnet ist, sondern beispielsweise in etwa den gleichen Abstand von der Flugzeugspitze aufweist. Da die drei Auflagepunkte in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, kann auch von einem zweidimensional aufgebauten Stützgrundelement gesprochen werden.
Eine derartige Struktur hat den Vorteil, dass eine Befestigungsschiene, die auf den beiden oberen, voneinander beabstandeten Auflagen aufliegt, besser von unten gestützt wird, da im Gegensatz zur zweidimensionalen Variante die doppelte Anzahl von Auflagepunkten bereitgestellt wird. Alternativ wäre es somit möglich, die Anzahl der Querstrukturen zu reduzieren.
Besonders bevorzugt sind bei einem Stützgrundelement die normal zur Flugzeuglängsachse und durch die jeweiligen oberen Auflagen verlaufenden Ebenen beidseitig symmetrisch zur normal zur Flugzeuglängsachse und durch die jeweiligen unteren Auflagen verlaufenden Ebene angeordnet. Auf diese Weise werden auch die von den Befestigungsschienen bzw. den Fußbodenpaneelen auf die oberen Auflagen übertragenen und mittels der Verbindungsstreben abgeleiteten Kräfte gleichmäßig verteilt.
Nach einer anderen Ausführungsform liegt eine der obere Auflagen in derselben Frontalebene wie die unteren Auflagen. In Anknüpfung an die vorstehende Anordnung der Auflagen an den Eckpunkten eines Tetraeders ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass sich bei einem Stützgrundelement von jeder der beiden oberen Auflagen nach beiden Seiten jeweils eine vordere und hintere Verbindungsstrebe derart erstrecken, dass die anderen Enden der sich jeweils nach der gleichen Seite erstreckenden Verbindungsstreben an der auf dieser Seite befindlichen unteren Auflage enden. Mit anderen Worten, die Verbindungsstreben verlaufen nach dieser Ausführungsform gerade an den Kanten des Tetraeders. Diese Anordnung stellt somit eine besonders Material sparende und gleichzeitig stabile Variante dar.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Fläche zwischen zwei sich nach derselben Seite erstreckenden Verbindungsstreben mit Material ausgefüllt ist. Je nach Belastungsart und konkreter Geometrie des Tetraeders kann so eine vorteilhafte Erhöhung der Stabilität erreicht werden. Die mit Material ausgefüllte Fläche kann wahlweise die gleiche Dicke wie die sie begrenzenden Streben aufweisen, oder auch eine andere, insbesondere eine geringere Dicke haben.
Wie oben beschrieben, ist es bevorzugt, dass eine Querstruktur nicht nur ein, sondern mehrere Stützgrundelemente umfasst, die in einer gemeinsamen Frontalebene angeordnet sind. Für den Fall der oben beschriebenen dreidimensionalen Variante stehen die oberen Auflagen der Stützgrundelemente in und entgegen der axialen Richtung heraus, wohingegen die unteren Auflagen alle auf einer in Querrichtung verlaufender Linie angeordnet sind.
Bevorzugt ist dabei, dass einander benachbarte Stützgrundelemente jeweils eine gemeinsame untere Auflage aufweisen. Das bedeutet, dass sich ein erstes Stützgrundelement, welches eine rechte und linke untere Auflage aufweist, und ein beispielsweise rechts davon angeordnetes zweites Stützgrundelement, welches ebenfalls eine rechte und linke untere Auflage aufweist, sich eine untere Auflage teilen. Im Beispiel fällt demnach die rechte untere Auflage des ersten Stützgrundelements mit der linken unteren Auflage des zweiten Stützgrundelements zusammen. Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass an den beiden oberen Auflagen eines Stützgrundelements eine in axiale Richtung weisende Auflageschiene angeordnet ist. Diese Auflageschiene verläuft demnach kollinear mit der oben liegenden Kante des die Umrisse eines Stützgrundelements bildenden Tetraeders und dient beispielsweise der Befestigung von Befestigungsschienen oder Fußbodenpaneelen.
Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Längen der Auflageschienen derart bemessen sind, dass die Auflageschienen benachbarter Querstrukturen aneinander angrenzen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Länge einer Auflageschiene gerade dem Abstand zwischen aufeinander folgenden Spanten entspricht, wobei die Auflageschiene vorteilhafterweise in etwa um den gleichen Betrag in und entgegen der axialen Richtung aus der Frontalebene herausragt, in welcher die unteren Auflagen angeordnet sind.
Selbstverständlich müssen die Verbindungsstreben kein Rund- oder Flachprofil aufweisen. Stattdessen können die Verbindungsstreben zur Erhöhung der mechanischen Steifigkeit Sicken und/oder ein U-Profil, ein T-Profil, ein Hohlkammerprofil oder ein andersartig gewölbtes Profil aufweisen und/oder als Sandwichträger ausgestaltet sein. Dabei ist es ebenfalls selbstverständlich, dass je nach Belastungsart und Geometrie unterschiedliche oder ineinander übergehende Profilarten gewählt werden können, die sich zweckmäßigerweise an einer belastungsgerechten sowie material- und somit gewichtssparenden Ausgestaltung orientieren.
Eine weitere Maßnahme zur Erhöhung der mechanischen Steifigkeit kann darin bestehen, dass auf den oberen Auflagen einer Querstruktur eine Querversteifung angeordnet ist. Somit sind die Stützgrundelemente nicht nur mittels der Spanten, an denen die unteren Auflagen bevorzugt fixiert sind, versteift, sondern zusätzlich durch eine Querversteifung, die die oberen Auflagen einer Querstruktur miteinander verbindet und so aussteift.
Eine derartige Querversteifung ist jedoch insbesondere dann verzichtbar, wenn an den oberen Auflagen Fußbodenpaneele befestigt werden, da diese die Funktion einer Querversteifung, im Übrigen auch die Funktion einer Längsversteifung übernehmen.
Zur Herstellung kommen sämtliche denkbaren und geeigneten Materialien und Herstellungsverfahren zum Einsatz. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Fußbodenstützstruktur aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK), glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK), Duromeren, Thermoplasten, Aluminium, Titan und/oder Verbundstoffen derselben bestehen und/oder mittels Urformen, Tiefziehen, Schrauben, Nieten, Verschweißen, Prepreg-Technik, Textil-Technik, vakuumunterstützten Prozessen (VAP, Vaccum Assisted Processing), Injektionsverfahren (RTM, Resin Transfer Moulding) und/oder Kombinationen derselben hergestellt sein. Auch weitere, gleichermaßen geeignete, Materialien und Herstellungsverfahren sind nicht ausgeschlossen.
Die Erfindung offenbart neben der vorstehend ausführlich beschriebenen Fußbodenstützstruktur für Flugzeugfrachträume zur Aufnahme von Befestigungsschienen und/oder Fußbodenpaneelen auch ein Herstellungsverfahren für eine derartige Fußbodenstützstruktur. Erfindungsgemäß umfasst das Herstellungsverfahren folgende Schritte:

– Herstellung der Verbindungsstreben
– Fügen der Verbindungsstreben zu Stützgrundelementen
– Fügen der Stützgrundelemente zu Querstrukturen
– Fügen mehrerer Querstrukturen zu Modulen

Vorteilhafterweise ist der Einbau von Systemleitungen in die Module vorgesehen und/oder der Aufbau von Befestigungsschienen und/oder Fußbodenpanelen auf die Module vorgesehen.
Die Herstellung und die Materialauswahl der Verbindungsstreben kann dabei nach einem geeigneten bekannten Verfahren bzw. Materialien (s. o.) geschehen.
Ebenso können zum Fügen der Verbindungsstreben alle geeigneten bekannten Verfahren verwendet werden. Insbesondere kommen hier Schweiß-, Klebe-, und Nietverfahren in Frage, wie sie bereits heute im Flugzeugbau zum Stand der Technik gehören.
Sofern eine Querstruktur mehr als ein Stützgrundelement umfasst, können mehrere Stützgrundelemente, wiederum unter Verwendung o. g. Verfahren, zu einem Verbund, der Querstruktur, verbunden werden. Andernfalls entspricht das einzelne Stützgrundelement gerade einer Querstruktur.
Mehrere, in axialer Richtung des Flugzeugs hintereinander und beabstandet zueinander angeordnete Querstrukturen werden dann zu einem Modul zusammengefügt. Der physikalische Zusammenhalt kann dabei beispielsweise durch Auflageschienen erreicht werden, deren Länge so bemessen ist, dass aufeinander folgende Auflageschienen einander berühren oder überlappen. Durch Fügen der Auflageschienen werden dann auch die Querstrukturen miteinander verbunden. Der physikalische Zusammenhalt kann auch durch die Verbindung mit geeignet ausgeführten Befestigungsschienen erreicht werden. Dabei können die Befestigungsschienen als integrales Bauteil aus Auflageschiene und Befestigungsschiene ausgebildet sein.
Nachdem ein Modul wie vorstehend gefertigt ist, können bei Bedarf Systemleitungen eingefügt werden, die vorteilhafterweise einfach von oben in die offene Struktur eingelegt und ggf. mit geeigneten Mitteln daran befestigt werden. Es ist klar, dass die im Rahmen der Erfindung beschriebenen Strukturen daher auch nicht explizit beschriebene, aber dennoch zur Befestigung beispielsweise von Systemleitungen notwendige Merkmale aufweisen müssen, also beispielsweise Löcher, Durchführungen, Befestigungsflächen usw. Ggf. werden in einem letzten Schritt nun die Befestigungsschienen und/oder Fußbodenpaneele, welche den Fußboden des Frachtraums ausmachen, auf den Modulen montiert. Hierzu kommen wiederum bevorzugt die aus dem Stand der Technik für derartige Verbindungen bekannten Verfahren zum Einsatz.
Während gemäß dem Stand der Technik der Aufbau von Fußbodenstrukturen für Flugzeugfrachträume im Wesentlichen vollständig im Inneren des Flugzeugs stattfindet, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass einige oder alle der genannten Schritte außerhalb des Flugzeugs erfolgen. Auf diese Weise kann der Zusammenbau an gut zugänglichen Stellen außerhalb des Flugzeugs erfolgen, und der Einbau in das Flugzeug erfolgt in sehr kurzer Zeit.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Auflagen und Verbindungsstreben des Stützgrundelements in einem gemeinsamen Arbeitsschritt integral aus einem flächigen Zwischenteil (Faserpreform) gefertigt und ggf. mechanisch nachbearbeitet werden. Gewünschtenfalls kann das Herstellwerkzeug auch integrierte Nuten, Sicken o. Ä. zur Herstellung entsprechender Profile der Verbindungsstreben bereitstellen. Das Zwischenteil setzt sich aus zwei geknickten Verbindungsstreben und einem flächigen Zuschnitt zusammen und besteht bevorzugt aus NCF (Non-Crimp Fiber). Falls gewünscht, lässt sich auf diese Weise auch eine integrierte Auflageschiene fertigen. Besonders bevorzugt werden im Fall der Verwendung von Fasermaterial die Fasern belastungsgerecht orientiert (FFP, Fiber Patch Placement). Auch die Fertigung differenzieller Einzelteile, die beispielsweise nur zwei (nicht geknickte) Streben und drei Auflagen bereitstellen, ist möglich. Derartige Einzelteile werden dann in einem weiteren Schritt zu den Stützgrundelementen verbunden.
Auch die Herstellung von mehreren, integral miteinander verbunden Stützgrundelementen zu einer integrierten Querstruktur ist so auf einfache Weise möglich. Besonders bevorzugt wird hierbei die Faserpreform mittels Dry-Fiber-Placement oder Tape-Legetechnik realisiert.
Die Erfindung bietet demnach gegenüber dem Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen. So verringert sich durch die Anordnung von zwei oberen Auflagen die freie Länge der Längsschiene bzw. der darauf zu befestigenden Befestigungsschiene bzw. der Fußbodenpaneele. Aufgrund der strukturmechanisch günstigeren Anordnung kann Gewicht eingespart werden. Die modulare Fertigung erlaubt eine deutlich kostengünstigere Fabrikation, da die Zugänglichkeit und somit die Handhabbarkeit der Einzelteile vereinfacht und die Montage parallelisiert ablaufen kann. Auch ist die Montagezeit der fertigen Module in der Endlinie stark verringert. Insbesondere für den Fall einer Fertigung in CFK-Bauweise sind signifikante Kosteneinsparungen erreichbar, da ein Stützgrundelement ein flächiges Bauteil darstellt, welches unter Verwendung des heute angewandten Standes der Technik und entsprechender Werkzeuge problemlos fertigbar ist. Durch die nach oben offene Bauweise ist eine einfache, auch nachträgliche, kosten- und zeitsparende Integration von Systemleitungen und ähnlichen Komponenten in die bereits aufgebauten Module möglich. Die leichte Zugänglichkeit bleibt auch nach dem Einbau der Module in das Flugzeug erhalten. Erfolgt diese Integration bereits außerhalb des Flugzeugs, ist eine weitere Reduktion der Zeit in der Endlinie zu erreichen.
Die 1 zeigt die Anordnung oberer und unterer Auflagen eines Stützgrundelements in einer Frontalansicht gemäß einer Grundausführung.
Die 2 zeigt die Anordnung oberer und unterer Auflagen der Grundausführung in einer Seitenansicht.
Die 3 zeigt die Anordnung oberer und unterer Auflagen in einer Seitenansicht gemäß einer Ausführungsform mit zwei oberen Auflagen je Stützgrundelement.
Die 4 zeigt die Anordnung oberer und unterer Auflagen in einer Ansicht gemäß 3 in einer bevorzugten Ausführungsform.
Die 5A zeigt schematisch die Konstruktion eines Stützgrundelements mit zwei oberen und zwei unteren Auflagen in einer Seitenansicht.
Die 5B zeigt schematisch die Konstruktion eines Stützgrundelements mit zwei oberen und zwei unteren Auflagen in einer Ansicht von Oben.
Die 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Stützgrundelement mit einer Auflageschiene 4 in einer Draufsicht.
Die 7 zeigt mehrere erfindungsgemäße Stützgrundelemente, die zu einer Querstruktur 5 zusammengefügt sind, in einer Draufsicht.
Die 8 zeigt mehrere erfindungsgemäße Querstrukturen 5, die zu einem Modul 6 zusammengefügt sind, in einer Draufsicht.
Die 9A–C zeigen Varianten erfindungsgemäßer Ausführungsformen von Modulen 5 in einer perspektivischen Ansicht.
In der 1 ist die Anordnung oberer und unterer Auflagen eines Stützgrundelements in einer Frontalansicht (Projektion des Stützgrundelements auf eine normal zur Flugzeuglängsachse liegenden Ebene) gemäß einer Grundausführung gezeigt. Die Flugzeuglängsachse weist dabei in die Blattebene hinein. Das Stützgrundelement wird vorliegend nur durch seine Auflagen symbolisiert. Der ausgefüllte Kreis symbolisiert dabei eine obere Auflage 10, die leeren Kreise symbolisieren untere Auflagen 21, 22, wobei der linke Kreis die linke untere Auflage 21, der rechte Kreis die rechte untere Auflage 22 symbolisiert. Die unteren Auflagen sind an der Flugzeugaußenhaut 8 oder einem ihrer Form entsprechenden Spant angeordnet, symbolisiert durch die gewölbte Linie. Erfindungsgemäß sind die unteren Auflagen 21, 22 außerhalb der durch die punktierte Linie angedeuteten Senkrechten 1, die durch die obere Auflage 10 verläuft, angeordnet.
In der 2 ist die Anordnung oberer und unterer Auflagen der Grundausführung in einer Seitenansicht gezeigt. Gut ist zu erkennen, dass nach dieser Ausführungsform die obere Auflage 10 und die unteren Auflagen 21, 22 in derselben Frontalebene 2 liegen, die durch die gestrichelte Linie angedeutet wird. Die Flugzeuglängsachse und somit die Flugrichtung 3 verläuft in der 2 von links nach rechts. Die hier gezeigte Struktur entspricht der in der Beschreibung als zweidimensionale Variante bezeichneten Ausführungsform des Stützgrundelements, da alle Auflagen eines Stützgrundelements in einer (Frontal-)Ebene 2 angeordnet sind.
Die 3 zeigt die Anordnung oberer und unterer Auflagen in einer Seitenansicht gemäß einer Ausführungsform mit zwei oberen Auflagen je Stützgrundelement. Die beiden unteren Auflagen 21, 22 und eine der oberen Auflagen (vordere obere Auflage 11) liegen wieder in derselben Frontalebene 2. Die zweite, hintere obere Auflage 12 liegt jedoch außerhalb dieser Ebene, ist in dem Beispiel der 3 nach hinten versetzt angeordnet. Demnach kann hier auch vor einer dreidimensionalen Variante des Stützgrundelements gesprochen werden.
Die 4 zeigt die Anordnung oberer und unterer Auflagen in einer Ansicht gemäß 3 in einer bevorzugten Ausführungsform. Die beiden unteren Auflagen 21, 22 sind wieder in derselben Frontalebene 2 angeordnet. Die vordere obere Auflage 11 und die hintere obere Auflage 12 liegen jedoch außerhalb dieser Ebene, und sind symmetrisch nach vom bzw. nach hinten versetzt angeordnet.
In der 5A ist schematisch die Konstruktion eines Stützgrundelements mit zwei oberen und zwei unteren Auflagen in einer Seitenansicht gezeigt. Diese Anordnung entspricht derjenigen aus der 4, wobei zusätzlich noch Verbindungsstreben 30 dargestellt sind, die sich zwischen den oberen Auflage 11, 12 und den unteren Auflagen 21, 22 erstrecken.
Die 5B zeigt schematisch die Konstruktion eines Stützgrundelements mit zwei oberen und zwei unteren Auflagen in einer Ansicht von Oben. Zur Erläuterung der Bezugszeichen sei auf die vorstehenden Figuren verwiesen. Gut erkennbar ist die Anordnung der Verbindungsstreben 30. Diese verlaufen von der vorderen oberen Auflage 11 zur rechten und zur linken unteren Auflage 21 bzw. 22, und außerdem von der hinteren oberen Auflage 12 zur rechten und zur linken unteren Auflage 21 bzw. 22. Die Verbindungsstreben verlaufen demnach an den Kanten eines Tetraeders, die Auflagen bilden dessen Eckpunkte.
In der 6 ist ein erfindungsgemäßes Stützgrundelement mit einer Auflageschiene 4 in einer Draufsicht gezeigt. Die Auflageschiene 4 ist dabei auf den oberen Auflagen (verdeckt dargestellt) angeordnet und verläuft parallel zur Flugzeuglängsachse 3. Die Auflageschiene 4 dient der Aufnahme von Befestigungsschienen oder Fußbodenpaneelen (jeweils nicht dargestellt). Die Auflageschiene 4 ragt dabei in beide Richtungen über die Position der oberen Auflagen heraus.
In der 7 sind mehrere erfindungsgemäße Stützgrundelemente, die zu einer Querstruktur 5 zusammengefügt sind, in einer Draufsicht gezeigt. Dabei ist zu erkennen, dass die unteren Auflagen einander angrenzender Stützgrundelemente gemäß 6 gemeinsame untere Auflagen aufweisen.
In der 8 sind mehrere erfindungsgemäße Querstrukturen 5, die zu einem Modul 6 zusammengefügt sind, in einer Draufsicht gezeigt. Dabei ist zu erkennen, dass die Auflageschienen 4 derart bemessen sind, dass die Auflageschienen benachbarter Querstrukturen aneinander angrenzen. Auf diese Weise lässt sich eine zusammenhängende Konstruktion großer Stabilität herstellen, die außerhalb des Flugzeugs zusammengesetzt und dann als Ganzes in den Frachtraum eingebaut werden kann.
In den 9A–C sind Varianten erfindungsgemäßer Ausführungsformen von Modulen 6 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Die Module 6 sind dabei auf Spanten 7 gelagert, die ihrerseits auf der Flugzeugaußenhaut 8 befestigt sind. In der 9A ist ein Modul gemäß der 8 gezeigt, welches Verbindungsstreben gemäß der 5A und 5B aufweist (dreidimensionale Variante). In der Konstruktion der 9B sind die Zwischenräume der jeweils seitlich von den oberen Auflagen abgehenden Verbindungsstreben mit Material ausgefüllt. Die Ausführungsform der 9C schließlich zeigt eine Variante gemäß der 1 und 2 mit nur einer oberen Auflage je Stützgrundelement (zweidimensionale Variante).
Bezugszeichenliste

1: Senkrechte
2: Frontalebene, Ebene
3: Flugzeuglängsachse, Flugrichtung, axiale Richtung
4: Auflageschiene
5: Querstruktur
6: Modul
7: Spant, Flugzeugspant
8: Flugzeugaußenhaut
10: obere Auflage
11: vordere obere Auflage
12: hintere obere Auflage
21: linke untere Auflage
22: rechte untere Auflage
30: Verbindungsstreben

Claims

Fußbodenstützstruktur für Flugzeugfrachträume zur Aufnahme von Befestigungsschienen und/oder Fußbodenpaneelen, umfassend – mindestens eine Querstruktur (5) mit – mindestens einem Stützgrundelement, welches – mindestens zwei obere Auflagen (10, 11, 12) für eine Befestigungsschiene und/oder ein Fußbodenpaneel und – mindestens zwei untere Auflagen (21, 22) zum Kontakt mit einem Flugzeugspant (7) und/oder der Flugzeugaußenhaut (8) sowie – Verbindungsstreben (30) zwischen den mindestens zwei oberen Auflagen (10, 11, 12) und den mindestens zwei unteren Auflagen (21, 22) aufweist, wobei in einer Frontalansicht (Projektion des Stützgrundelements auf eine normal zur Flugzeuglängsachse (3) liegenden Ebene) die unteren Auflagen (21, 22) außerhalb der durch die oberen Auflagen (10, 11, 12) verlaufenden Senkrechten (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützgrundelement eine vordere obere Auflage (11) und eine hintere obere Auflage (12) umfasst, wobei mindestens eine der oberen Auflagen (11, 12) außerhalb der normal zur Flugzeuglängsachse (3) liegenden und durch die unteren Auflagen (21, 22) verlaufende Ebene (2) angeordnet ist.
Fußbodenstützstruktur nach Anspruch 1, wobei die obere Auflage (10) und die unteren Auflagen (21, 22) in derselben, normal zur Flugzeugachse liegenden Ebene (2) angeordnet sind.
Fußbodenstützstruktur nach Anspruch 1, wobei bei einem Stützgrundelement die normal zur Flugzeuglängsachse (3) und durch die jeweiligen oberen Auflagen (11, 12) verlaufenden Ebenen beidseitig symmetrisch zur normal zur Flugzeuglängsachse (3) und durch die jeweiligen unteren Auflagen (21, 22) verlaufenden Ebene (2) angeordnet sind.
Fußbodenstützstruktur nach einem der Ansprüche 1 oder 3, wobei sich bei einem Stützgrundelement von jeder der beiden oberen Auflagen (11, 12) nach beiden Seiten jeweils eine vordere und hintere Verbindungsstrebe (30) derart erstrecken, dass die anderen Enden der sich jeweils nach der gleichen Seite erstreckenden Verbindungsstreben (30) an der auf dieser Seite befindlichen unteren Auflage (21, 22) enden.
Fußbodenstützstruktur nach Anspruch 4, wobei die Fläche zwischen zwei sich nach derselben Seite erstreckenden Verbindungsstreben (30) mit Material ausgefüllt ist.
Fußbodenstützstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Querstruktur (5) mehrere Stützgrundelemente umfasst, die in einer gemeinsamen Frontalebene (2) angeordnet sind.
Fußbodenstützstruktur nach Anspruch 6, wobei einander benachbarte Stützgrundelemente jeweils eine gemeinsame untere Auflage (21, 22) aufweisen.
Fußbodenstützstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei an den beiden oberen Auflagen (11, 12) eines Stützgrundelements eine in Richtung der Flugzeuglängsachse (3) weisende Auflageschiene (4) angeordnet ist.
Fußbodenstützstruktur nach Anspruch 8, wobei die Längen der Auflageschienen (4) derart bemessen sind, dass die Auflageschienen (4) benachbarter Querstrukturen (5) aneinander angrenzen.
Fußbodenstützstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsstreben (30) zur Erhöhung der mechanischen Steifigkeit Sicken und/oder ein U-Profil, ein T-Profil, ein Hohlkammerprofil oder ein andersartig gewölbtes Profil aufweisen und/oder als Sandwichträger ausgestaltet sind.
Fußbodenstützstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Erhöhung der mechanischen Steifigkeit auf den oberen Auflagen (10, 11, 12) einer Querstruktur (5) eine Querversteifung angeordnet ist.
Fußbodenstützstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieselbe aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK), glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK), Duromeren, Thermoplasten, Aluminium, Titan und/oder Verbundstoffen derselben besteht und/oder mittels Urformen, Tiefziehen, Schrauben, Nieten, Verschweißen, Prepreg-Technik, Textil-Technik, vakuumunterstützten Prozessen (VAP, Vaccum Assisted Processing), Injektionsverfahren (RTM, Resin Transfer Moulding) und/oder Kombinationen derselben hergestellt wird.
Herstellungsverfahren für eine Fußbodenstützstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend folgende Schritte: – Herstellung der Verbindungsstreben (30) – Fügen der Verbindungsstreben (30) zu Stützgrundelementen – Fügen der Stützgrundelemente zu Querstrukturen (5) – Fügen mehrerer Querstrukturen (5) zu Modulen (6).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 13, in dem der Einbau von Systemleitungen in die Module vorgesehen ist und/oder der Aufbau von Befestigungsschienen und/oder Fußbodenpaneelen auf die Module vorgesehen ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 14, wobei das Fügen mehrerer Querstrukturen (5) zu Modulen (6) unter Verwendung von Befestigungsschienen erfolgt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei einige oder alle der genannten Schritte außerhalb des Flugzeugs erfolgen.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Auflagen (10, 11, 12, 21, 22) und Verbindungsstreben (30) des Stützgrundelements in einem gemeinsamen Arbeitsschritt integral aus einem flächigen Zwischenteil gefertigt und ggf. mechanisch nachbearbeitet werden.