DE102010042186A1

DE102010042186A1 - Verbund, Luft- oder Raumfahrzeug sowie Verfahren

Info

Publication number: DE102010042186A1
Application number: DE102010042186A
Authority: DE
Inventors: Wolf-Dietrich Dolzinski; Michael Kolax
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2012-04-12
Also published as: WO2012045871A1; CN103153781A; CN103153781B; EP2625095A1; EP2625095B1; US20130295322A1; US9315252B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft einen Verbund (1) für ein Luft- oder Raumfahrzeug, mit: einem Hautabschnitt (2); einem Stringer (3), welcher mit dem Hautabschnitt (2) verbunden ist; und einem Spant (4) aus Faserverbundwerkstoff, welcher mit dem Hautabschnitt (2) verbunden ist und mit diesem eine Öffnung (11) bildet, durch die sich der Stringer (3) im Wesentlichen quer zu dem Spant (4) streckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbund, ein Luft- oder Raumfahrzeug sowie ein Verfahren.
Obwohl auf beliebige Luft- oder Raumfahrzeuge anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf ein Flugzeug näher erläutert.
Die Druckschrift DE 10 2006 060 364 B4 beschreibt einen Hautabschnitt, welcher mit Stringern und Spanten verstärkt ist. Während die Stringer direkt mit dem Hautabschnitt verbunden sind, sind die Spanten beabstandet von dem Hautabschnitt oberhalb der Stringer angeordnet und schließen an den Hautabschnitt mittels mehrerer Clipse an.
Ein Verbund mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau lässt sich in Faserverbundbauweise kaum kosteneffektiv darstellen. Dies hängt insbesondere mit den verwendeten Clipsen zusammen. Bei einem typischen Rumpf für ein Mittel- oder Langstreckenflugzeug werden heute etwa 4000 bis 5000 solcher Clipse verwendet, die zumeist geometrisch nicht identisch sind. Würde man die geometrisch hinreichend ähnlichen Clipse zusammenfassen, verblieben immer noch über 200 verschiedene Clipstypen und eine entsprechend große Anzahl von Fertigungsmitteln.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit den vorstehend beschriebenen Clipsen verbundenen Nachteile zumindest zu verringern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Verbund mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Luft- oder Raumfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.
Demgemäß wird ein Verbund für ein Luft- oder Raumfahrzeug, mit: einem Hautabschnitt; einem Stringer, welcher mit dem Hautabschnitt verbunden ist; und einem Spant aus Faserverbundwerkstoff, welcher mit dem Hautabschnitt verbunden ist und mit diesem eine Öffnung bildet, durch die sich der Stringer im Wesentlichen quer zu dem Spant streckt; bereitgestellt.
Weiterhin wird ein Luft- oder Raumfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Verbund bereitgestellt.
Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen eines Verbunds, insbesondere des erfindungsgemäßen Verbunds, mit den Schritten: Verbinden eines Stringers mit einem Hautabschnitt; und Verbinden eines Spants aus Faserverbundwerkstoff mit dem Hautabschnitt, wobei sich der Stringer durch eine zwischen dem Spant und dem Hautabschnitt gebildete Öffnung erstreckt; bereitgestellt.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, auf die aus dem Stand der Technik bekannten Clipse zu verzichten und anstelle dieser einen Spant aus Faserverbundwerkstoff derart vorzusehen, dass dieser mit einem Hautabschnitt eine Öffnung bildet, durch welche sich der Stringer im Wesentlichen quer zu dem Spant erstreckt. Damit kann für eine Befestigung des Spants direkt an dem Hautabschnitt gesorgt werden und gleichzeitig auf die Clipse verzichtet werden. Damit fallen entsprechende Aufwendungen für die Herstellung und Vorhaltung der Clipse.
Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbunds ist der Stringer T-förmig und/oder der Spant Ω-förmig ausgebildet. Die Ω-Form ist mit dem Vorteil verbunden, dass ein derartiger Spant vergleichsweise verwindungssteif ist. Im Wege der T-Form des Stringers kann die Öffnung in dem Spant vergleichsweise klein gehalten werden, so dass die entsprechende Schwächung des Spants nur gering ausfällt.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbunds entspricht die Form der Öffnung im Wesentlichen der äußeren Geometrie des Stringers. Auch dadurch kann die Öffnung in dem Spant und die entsprechende Schwächung desselben klein gehalten werden.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbunds ist der Stringer und/oder der Spant mit dem Hautabschnitt vernietet. Damit ergibt sich ein einfaches Fertigungsverfahren.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbunds sind der Hautabschnitt und/oder der Stringer aus Faserverbundwerkstoff ausgebildet. Als Faserverbundwerkstoff kommt insbesondere Kohlefaserkunststoff (CFK) oder auch ein Faserverbund-Metall-Mischmaterial, beispielsweise ein Aluminium-Glasfaser-Laminat, insbesondere GLARE, in Frage.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Stringer und/oder der Spant beim Schritt des Verbindens mit dem Hautabschnitt vernietet.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Stringer und/oder Hautabschnitt aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet. Weiterhin bevorzugt ist der Stringer, der Spant und/oder der Hautabschnitt beim Schritt des Verbindens wenigstens teilweise ausgehärtet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Figur der Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt einen Verbund 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Der Verbund 1 weist einen Hautabschnitt 2, Stringer 3 sowie einen Spant 4 auf.
Der Hautabschnitt 2 ist bevorzugt aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere CFK, ausgebildet. Der Hautabschnitt 2 bildet beispielsweise eine Außenhaut einer Rumpftonne eines allgemein mit 7 bezeichneten Flugzeugs.
Die Stringer 3 weisen beispielsweise einen T-förmigen Querschnitt auf. Die Stringer 3 können beispielsweise mit einem Fußabschnitt 8 derselben mit dem Hautabschnitt 2 verbunden, insbesondere vernietet, sein, während ein Stegabschnitt 9 derselben nach oben von dem Fußabschnitt 8 bzw. Hautabschnitt 2 absteht. Bevorzugt sind die Stringer 3 aus einem Faserverbundwerkstoff, beispielsweise CFK, ausgebildet.
Der Spant 4 weist vorzugsweise einen Ω-förmigen Querschnitt (auch teilweise als A-förmig bezeichnet) auf. Der Ω-förmige Querschnitt setzt sich aus Fußabschnitten 5 und einem Kamm 6 zusammen. Der Spant 4 ist vorzugsweise mittels der Fußabschnitte 5 mit dem Hautabschnitt 2 fest verbunden, insbesondere vernietet. Für das Vernieten kommen insbesondere „kissbond-rivets” in Frage. Der Spant 4 ist aus einem Faserverbundwerkstoff, beispielsweise CFK, ausgebildet.
Der Spant 4 ist mit mehreren Öffnungen 11 gebildet. Eine jeweilige Öffnung 11 erstreckt sich durch die Fußabschnitte 5 hindurch und teilweise in den Kammabschnitt 6 hinein. Durch jede der Öffnungen 11 erstreckt sich einer der Stringer 3. Das heißt, die Stringer 3 verlaufen im Wesentlichen quer zu dem Spant 4 durch diesen hindurch. Die Öffnungen 11 sind dabei in ihrer Form derart gebildet, dass sie der äußeren Geometrie der Stringer 3 jeweils im Wesentlichen entsprechen. Ein Spalt 12 zwischen einem jeweiligen Stringer und dem Spant 4 im Bereich der Öffnung 3 kann dadurch minimiert oder sogar geschlossen werden.
Nachfolgend wird noch kurz das Verfahren zum Herstellen des Verbunds 1 erläutert:
Zunächst wird der Hautabschnitt 2 bereitgestellt. Dieser kann dabei teilweise oder vollständig ausgehärtet sein. „Ausgehärtet” bezieht sich vorliegend immer auf die Matrix, insbesondere eine Epoxidharzmatrix, in dem Faserverbundwerkstoff. Auch eine Thermoplastmatrix ist möglich.
Hiernach werden auf dem Hautabschnitt 2 teilweise oder voll ausgehärtete Stringer 3 mit ihren jeweiligen Fußabschnitten 8 gesetzt und mit dem Hautabschnitt 2 verbunden, insbesondere vernietet.
In einem weiteren Schritt wird der Spant 4 mit den Öffnungen 11 gebildet und auf den Hautabschnitt 2 mit seinen Fußabschnitten 5 im teilweise oder vollausgehärteten Zustand aufgesetzt.
Hiernach werden die Fußabschnitte 5 des Spants 4 mit dem Hautabschnitt 2 verbunden, insbesondere vernietet.
Je nachdem, ob die Stringer 3, der Spant 4 und der Hautabschnitt 2 nur teilweise ausgehärtet sind, kann der gesamte Verbund 1 unter Druck und/oder Wärme anschließend ausgehärtet werden.
Obwohl die Erfindung vorliegend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf keineswegs beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verbunds entsprechend auf das erfindungsgemäße Luft- oder Raumfahrzeug und das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar, und umgekehrt. „Ein” schließt vorliegend keine Vielzahl aus.
Bezugszeichenliste

1: Verbund
2: Hautabschnitt
3: Stringer
4: Spant
5: Fußabschnitt
6: Kammabschnitt
7: Flugzeug
8: Fußabschnitt
9: Stegabschnitt
11: Öffnung
12: Spalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006060364 B4 [0003]

Claims

Verbund (1) für ein Luft- oder Raumfahrzeug, mit: einem Hautabschnitt (2); einem Stringer (3), welcher mit dem Hautabschnitt (2) verbunden ist; und einem Spant (4) aus Faserverbundwerkstoff, welcher mit dem Hautabschnitt (2) verbunden ist und mit diesem eine Öffnung (11) bildet, durch die sich der Stringer (3) im Wesentlichen quer zu dem Spant (4) streckt.
Verbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stringer (3) T-förmig und/oder der Spant (4) Ω-förmig ausgebildet ist.
Verbund nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Öffnung (11) der äußeren Geometrie des Stringers (3) im Wesentlichen entspricht.
Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stringer (3) und/oder der Spant (4) mit dem Hautabschnitt (2) vernietet ist.
Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hautabschnitt (2) und/oder der Stringer (3) aus Faserverbundwerkstoff ausgebildet sind.
Luft- oder Raumfahrzeug (7), mit einem Verbund (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen eines Verbunds (1), insbesondere des Verbunds (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit den Schritten: Verbinden eines Stringers (3) mit einem Hautabschnitt (2); und Verbinden eines Spants (4) aus Faserverbundwerkstoff mit dem Hautabschnitt (2), wobei sich der Stringer (3) durch eine zwischen dem Spant (4) und dem Hautabschnitt (2) gebildeten Öffnung (11) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stringer (3) und/oder der Spant (4) beim Schritt des Verbindens mit dem Hautabschnitt (2) vernietet wird.
Verbund nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stringer (3) und/oder der Hautabschnitt (2) aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet wird und der Stringer (3), Spant (4) und/oder der Hautabschnitt (2) beim Schritt des Verbindens wenigstens teilweise ausgehärtet ist.