DE102010062018B4 - Stützstab zur Stützung einer Fussbodenstruktur eines Flugzeugs - Google Patents
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Abstract
Stützstab (10) zur Stützung einer Fußbodenstruktur (4) eines Flugzeugs, gekennzeichnet durch eine von einem Stababschnitt (12) gebildete lokale Instabilität zur Verbesserung der Sicherheit von Flugzeuginsassen, wobei der Stützstab (10) einen kopfseitigen Profilabschnitt (36), einen Stababschnitt (12) aus zwei parallelen Gurten (46a, 46b) sowie einen Steg (48) zum Verbinden der Gurte (46a, 46b) und einen fußseitigen Profilabschnitt (34) aufweist, wobei der Stützstab (10) eine lokale Instabilität durch Verformung des Stababschnitts (12) mittels Ausbeulens der Gurte (46a, 46b) aufweist, wobei dieses Ausbeulen durch die freie Länge Lc einstellbar ist, und wobei der Stababschnitt (12) mit zumindest einem Profilabschnitt (34, 36) einen Überlappstoß (50, 52) bildet.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stützstab zur Stützung einer Fußbodenstruktur eines Flugzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Fußbodenstrukturen für Passagierflugzeuge bestehen gewöhnlich aus einer Vielzahl von Querträgern und Sitzschienen. Die Sitzschienen dienen zur Aufnahme von Passagiersitzen und verlaufen in Flugzeuglängsrichtung über die Querträger. Die Querträger sind endseitig an seitlichen Spantabschnitten des Flugzeugrumpfes angebunden. Zwischen den Sitzschienen sind auf den Querträgern Fußbodenplatten positioniert. Wie in
1 gezeigt können Stützstäbe2 zur vertikalen Abstützung der Fußbodenstruktur4 vorgesehen sein. Die Stützstäbe4 stützen sich meistens mit einem Fußabschnitt6 an einem unterbodenseitigen nicht gezeigten Spantabschnitt ab und sind mit einem Kopfabschnitt8 an den Querträgern der Fußbodenstruktur4 angebunden. Üblicherweise dienen sie zur Aufnahme axialer, im Kopfabschnitt8 entlang der Hochachse z des Flugzeugs eingeleiteter Druckkräfte Fa. Im Crashfall bzw. im Falle einer Notlandung ohne ausgefahrenem Fahrwerk, d. h. bei einem direkten Bodenkontakt des Unterbodenbereichs, können durch eine Verformung der Spantabschnitte im Unterbodenbereich derart große Drucklasten Fn axial im Bereich des Fußabschnitts6 in die Stützstäbe2 eingeleitet werden, dass diese wie in1b gezeigt aus ihrer kopfseitigen Verankerung gerissen werden und den auf der Fußbodenstruktur4 abgelegten Kabinenboden durchstoßen, was eine Gefährdung des Bordpersonals bzw. der Fluggäste in diesem Bereich bedeutet. - In der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2006 058 377 A1 der Anmelderin ist ein als zylinderförmige Samerstange ausgebildeter Stützstab gezeigt, die von einem Gewebenetz ummantelt ist. Das Gewebenetz dient bei einer außergewöhnlichen axialen Zugbelastung in Folge einer Notlandung quasi als Fangnetz und verhindert, dass im Falle einer Zerstörung der Samerstange die über die Samerstange miteinander verbundenden Strukturelemente voneinander getrennt werden. Die Samerstange und insbesondere das Gewebenetz eignen sich hervorragend zur Stabilisierung der Flugzeugstruktur bei außergewöhnlichen Zuglasten, jedoch nur bedingt zur Vermeidung einer Gefährdung für das Kabinenpersonal bzw. die Fluggäste beim Auftreten von außergewöhnlichen Drucklasten. - Aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2007 028 098 A1 ist es bekannt, eine Fußbodenstruktur im Flugzeugrumpf nur durch horizontale Stäbe bzw. Streben abstützen, die sich endseitig von den Querträgern erstrecken. Die Querträger werden mittelbar über die Streben an seitlichen Spantabschnitten angebunden. Eine unmittelbare Befestigung der Querträger an den Spantabschnitten sowie vertikale Stützstäbe sind nicht vorgesehen. Diese Konstruktion ist im Crashfall jedoch insofern kritisch, als das keine vertikale Abstützung der Fußbodenstruktur erfolgt. - Weiterer Stand der Technik ist aus der
DE 20 2006 016 041 U1 ,DE 10 2009 012 472 A1 ,DE 10 2006 056 440 A1 ,FR2927606A1 US20090206202A1 ,US20080093503A1 ,US4593870A und aus derFR2954430A1 - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stützstab zur Stützung einer Fußbodenstruktur eines Flugzeugs zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile beseitigt und bei einer bspw. im Crashfall auftretenden außergewöhnlichen Druckbelastung den Fußboden nicht durchdringt.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stützstab mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
- Erfindungsgemäß hat ein Stützstab zur Stützung einer Fußbodenstruktur eines Flugzeuges eine von einem Stababschnitt gebildete lokale Instabilität zur Verbesserung der Sicherheit von Flugzeuginsassen. Der Stababschnitt weist eine den Profilabschnitten entsprechende bzw. ähnliche Profilgeometrie mit zwei parallelen Gurten sowie einem Steg zum Verbinden der Gurte auf. Eine Verformung des Stababschnittes besteht in einem Ausbeulen der Gurte, was sich unter anderem durch die freie Länge Lc einstellen lässt. Der Stababschnitt bildet dabei mit zumindest einem Profilabschnitt einen Überlappstoß. Die lokale Instabilität bzw. der Stababschnitt bewirkt, dass ab einer bestimmten axialen Druckbelastung der an der Fußbodenstruktur angebundene Stützstab in einem definierten Stabbereich verformt werden kann bzw. bricht und somit nicht aus der kopfseitigen Verankerung mit der Fußbodenstruktur gerissen wird, wodurch ein Durchstoßen des Fußbodens verlässlich verhindert wird. Der erfindungsgemäße Stützstab wirkt als ein passiver Sicherheitsstab (passive safety strut), der auch im Crashfall die Fußbodenstruktur stützt und durch seine Verformung ein Durchstoßen der Fußbodenplatten verhindert. Somit werden das Fußbodenstruktur sowie die Fußbodenplatten nahezu bzw. nicht beschädigt und der erfindungsgemäße Stützstab ermöglicht die Unversehrtheit der Passagierkabine im Fußbodenbereich, was in einer verbesserten Sicherheit der Insassen gegenüber bekannten Lösungen resultiert. Gleichzeit wird durch die Verformung des bzw. der Stützstäbe Aufprallenergie absorbiert und der Aufprall für die Insassen abgeschwächt, wodurch ebenfalls die Sicherheit der Insassen verbessert wird. Ein Überlappstoß ist technisch einfach herstellbar und ermöglicht einen Ausgleich von Bauteil- bzw. Montagetoleranzen.
- Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Stababschnitt in einem mittleren Profilbereich des Stützstabs angeordnet, so dass der Stützstab in bzw. in nahezu zwei gleich große Teile unterteilt wird.
- In Abhängigkeit von dem vorgegebenen Profil des Stützstabes kann der Stababschnitt eine ähnliche oder eine andersartige Profilgeometrie aufweisen. Ein ähnliches Profil ist aus fertigungstechnischer Sicht einfach zu fertigen, wohingegen ein andersartiges Profil eine besonders optimale Auslegung des Stababschnitts ermöglicht.
- Ein Ausführungsbeispiel sieht vor, den Stützstab einstückig mit einem integralen Stababschnitt auszubilden. Ein anderes Ausführungsbeispiel sieht vor, den Stützstab zumindest zweiteilig auszuführen, wobei der Stababschnitt mit dem einen Profilabschnitt integral bzw. einstückig ausgebildet ist und über eine entsprechende Verbindung mit dem anderen Profilabschnitt verbunden wird. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht der Stützstab aus zumindest zwei Einzelprofilen, die über einen getrennt hergestellten Stababschnitt miteinander verbunden sind. Die getrennte Herstellung des Stababschnittes von den sonstigen Stützstabprofilen ermöglicht die Nachrüstung bereits im Flugzeug installierter herkömmlicher Stützstäbe.
- Im Bereich des zumindest einen Überlappstoßes kann der Stababschnitt mit dem Profilabschnitt durch Stoffschluss, Kraftschluss oder durch Formschluss verbunden sein. Dabei kann die jeweilige Verbindung derart ausgebildet sein, dass bei einer druckartigen axialen Überbelastung die Verbindung gelöst wird und nicht der Stababschnitt einknickt bzw. bricht.
- Neben der Geometrie und der Verbindungsart lässt sich ebenfalls das Material des Stababschnitts variieren bzw. an den jeweiligen Belastungsfall anpassen. So kann der Stababschnitt aus dem gleichen oder einem anderen Material als die Profilabschnitte des Stützstabes bestehen.
- Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
- Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1a und1b einen herkömmlichen Stützstab zur Stützung einer Fußbodenstruktur eines Flugzeugs, -
2a und2b einen Stützstab, der nicht von der Erfindung umfasst ist, -
3 und4 eine bevorzugte Einbauposition des Stützstabes aus den2a und2b , -
5 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stützstabes, -
6 einen Belastungsfall des erfindungsgemäßen Stützstabes, und -
7a ,7b und7c beispielhafte Profilquerschnitte erfindungsgemäßer Stützstäbe, wobei der Profilquerschnitt nach7c nicht von der Erfindung umfasst ist. - Gemäß der Darstellung in
2a hat ein Stützstab10 zur vertikalen Stützung einer Fußbodenstruktur4 eines Flugzeugs einen Fußabschnitt6 zur Abstützung an einem nicht gezeigten Versteifungselement im Unterbodenbereich, einen Kopfabschnitt8 zur Befestigung an der Fußbodenstruktur4 und einen zwischen dem Fußabschnitt6 und dem Kopfabschnitt8 angeordneten eine lokale Instabilität definierenden Stababschnitt12 . - Der Fußabschnitt
6 und der Kopfabschnitt8 bestehen aus dem gleichen Material wie Aluminium, Titan oder einem faserverstärktem Verbundwerkstoff wie CFRP und weisen eine gleiche Geometrie sowie eine gleiche axiale Länge auf. - Der Stababschnitt
12 besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Fußabschnitt6 und der Kopfabschnitt8 und ist aufgrund der gleichen Axiallänge des Fußabschnitts6 und des Kopfabschnitts8 in einem mittleren Profilabschnitt des Stützstabes10 angeordnet. Der Stützstab10 ist in dem in den2 bis4 gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig mit einem integralen Stabschnitt12 ausgebildet, jedoch kann der Stützstab wie in5 gezeigt, auch mehrteilig ausgeführt sein. - Gemäß einer in
2b skizzierten Notfallsituation definiert der Stababschnitt12 eine Sollbruchstelle, bei der der Stützstab10 bei einer außergewöhnlichen axialen Druckbelastung FN, die über den fußseitigen Fußabschnitt6 in den Stützstab10 eingeleitet wird, beispielsweise aufgrund einer Bodenberührung des Flugzeugrumpfes bei einer Notlandung, bricht bzw. abknickt. Hierdurch wird verhindert, dass der Stützstab10 aus seiner kopfseitigen Verankerung an der Fußbodenstruktur4 gelöst wird und somit den Fußboden durchdringt. Der von dem Fußabschnitt6 abgetrennte Kopfabschnitt8 verbleibt vielmehr in seiner Verankerung mit der Fußbodenstruktur4 . - In den
3 und4 ist eine bevorzugte Einbauposition des Stützstabs10 in einem Flugzeug dargestellt. Der Stützstab10 ist vorzugsweise in einem Heckbereich in Querrichtung y des Flugzeugrumpfes zentral zur vertikalen Abstützung der Fußbodenstruktur4 angeordnet. Er stützt sich mit seinem Fußabschnitt6 über ein nicht gezeigtes unterbodenseitigen Versteifungselement an einem heckseitigen Hautabschnitt14 des Flugzeugrumpfes ab und ist mit seinem Kopfabschnitt8 an der Fußbodenstruktur4 angebunden. - Zusätzlich zur Abstützung der Fußbodenstruktur
4 dient der Stützstab10 zur Befestigung eines Verkleidungselementes16 , das sich im Unterbodenbereich über dem Querschnitt des Flugzeugrumpfes erstreckt und mittels Nieten18a ,18b , an dem Stützstab10 angebunden ist. Das Verkleidungselement16 bildet eine heckseitige Begrenzung eines Frachtraums20 und eine cockpitseitige Begrenzung eines Systemraums22 . - Der Frachtraum
20 dient zur Aufnahme einer Vielzahl von Frachtcontainern24 , die auf einem Frachtraumboden26 verzurrt sind. Darüber hinaus wird in dem Frachtraum20 Handgepäck28 transportiert, das in einem Freiraum zwischen den Frachtcontainern24 und dem Verkleidungselement16 positioniert wird. Das Handgepäck28 wird meistens ohne eine strukturseitige Verzurrung in dem Frachtraum20 gelagert, wodurch beispielsweise bei Turbulenzen dieses gegen das Verkleidungselement16 gedrückt werden kann. Das Verkleidungselement16 verhindert ein Eindringen des Handgepäcks28 in den Systemraum22 , jedoch werden durch die Befestigung des Verkleidungselements16 an dem Stützstab10 die in das Verkleidungselement16 in Flugzeuglängsrichtung x anliegenden Kräfte Fq in den Stützstab10 eingeleitet, so dass dieser zusätzlich zu den Axialkräften auch Querkräfte Fq aufzunehmen hat. - Der Systemraum
22 wird heckseitig durch eine Druckkalotte30 begrenzt und dient zur Aufnahme flugzeugsystemrelevanter Geräte wie z. B. einem Wassertank32 . -
5 zeigt den erfindungsgemäßen Stützstab10 in einer mehrteiligen Ausführung mit einem fußseitigen Profilabschnitt34 und einem kopfseitigen Profilabschnitt36 , die über einen als eine lokale Instabilität wirkenden mittleren Stababschnitt12 miteinander verbunden sind. Die Profilabschnitte34 ,36 bestehen vorzugsweise aus Aluminium bzw. aus einer Aluminiumlegierung und weisen jeweils einen U-förmigen Querschnitt mit zwei parallelen Gurten38a ,38b und40a ,40b auf, die über jeweils einen Steg42 und44 miteinander verbunden sind. Die Gurte38a ,38b ,40a ,40b haben eine einheitliche Höhe hs und eine einheitliche Dicke bzw. Wandstärke ts. vorzugsweise wird an den Stegen42 ,44 das in den3 und4 gezeigte Verkleidungselement16 angebunden. - Der Stababschnitt
12 besteht aus dem gleichen Material wie die Profilabschnitte34 ,35 und weist eine den Profilabschnitten34 ,36 entsprechende bzw. ähnliche Profilgeometrie mit zwei parallelen Gurten46a ,46b sowie einem Steg48 zum Verbinden der Gurte46a ,46b auf. Die Gurte46a ,46b habe eine Höhe hc und eine Dicke bzw. Wandstärke tc mit hc < hs und tc < ts. Der Stabschnitt12 hat einen gegenüber den Profilabschnitten34 ,36 derart verkleinerten U-förmigen Querschnitt, dass der Stababschnitt12 endseitig zwischen die Gurte38a ,38b ,40a ,40b der Profilabschnitte34 ,36 eintaucht und mit diesen jeweils einen Überlappstoß50 ,52 bildet. Die Verbindung des Stababschnitts12 mit den Profilabschnitten34 ,36 erfolgt bevorzugterweise über eine Vielzahl von Befestigungsmitteln wie Bolzen, Nieten54a ,54b und56a ,56b und drgl., die in entsprechende Aufnahmebohrungen der Gurte38a ,38b ,40a ,40b der Profilabschnitte34 ,36 sowie der Gurte46a ,46b des Stabschnittes12 eingesetzt sind. - Das Verhältnis zwischen der Höhe hs und der Dicke ts der Gurte
38a ,38b ,40a ,40b der Profilabschnitte34 ,36 sowie der Höhe hc, der Dicke tc des Stababschnittes12 und einer freien Länge Lc zwischen in axialer Richtung betrachtet den innenliegenden Befestigungsmitteln54a ,56a sind derart gewählt, dass der Stützstab10 eine ausreichende passive Steifigkeit aufweist, jedoch die Übertragung einer außergewöhnlichen Druckbelastung beispielsweise in Folge einer Notlandung mit heckseitiger Bodenbrührung durch ein Brechen bzw. durch eine Verformung des Stababschnittes12 verhindert wird. Die Verformung kann zum Beispiel wie in6 gezeigt in einem Ausbeulen der Gurte46a ,46b des Stababschnitts12 bestehen, was sich unter anderem durch die freie Länge Lc einstellen lässt. - Ferner verdeutlicht
5 , dass der als lokale Instablität dienende Stabquerschnitt12 auch nachträglich in einen in1 gezeigten herkömmlichen Stützstab2 integriert werden kann. Hierzu ist ein mittlerer Profilabschnitt des Stützstabes2 zu entnehmen, so dass der Fußabschnitt6 von dem Kopfabschnitt8 getrennt ist. Anschließend wird der Stababschnitt12 zwischen den Abschnitten6 ,8 positioniert und dieser dann mit den Abschnitten6 ,8 zum Stützstab10 mit einer lokalen Instabilität verbunden. - Gemäß den Querschnittsdarstellungen in den
7A ,7B ,7C kann der Stützstab10 eine Vielzahl von Querschnittsprofilen aufweisen. Wie in7A und bereits in den5 und6 gezeigt, sieht ein Ausführungsbeispiel vor, den Stützstab10 mit einem U-förmigen Querschnitt auszubilden. Alternativ ist in7B ein Stützstab10 gezeigt, der einen I-förmigen bzw. Doppel-T-förmigen Querschnitt aufweist. Des Weiteren ist in7C ein Stützstabes10 mit einem kreis- bzw. zylinderförmigen Querschnitt gezeigt. - Offenbart ist ein als passiver Sicherheitsstab ausgebildeter Stützstab zur Stützung einer Fußbodenstruktur eines Flugzeuges mit einer von einem Stababschnitt gebildeten lokalen Instabilität bspw. zur Definierung einer Sollbruchstelle bei einer außergewöhnlichen Druckbelastung zur Verbesserung der Sicherheit der Insassen.
- Bezugszeichenliste
-
- 2
- Stützstab
- 4
- Fußbodenstruktur
- 6
- Fußabschnitt
- 8
- Kopfabschnitt
- 10
- Stützstab
- 12
- Stababschnitt
- 14
- Hautabschnitt
- 16
- Verkleidungselements
- 18a, b
- Niet
- 20
- Frachtraum
- 22
- Systemraum
- 24
- Frachtcontainer
- 26
- Frachtraumboden
- 28
- Handgepäck
- 30
- Druckkalotte
- 32
- Wassertank
- 34
- Profilabschnitt
- 36
- Profilabschnitt
- 38a, b
- Gurt
- 40a, b
- Gurt
- 42
- Steg
- 44
- Steg
- 46a, b
- Gurt
- 48
- Steg
- 50
- Überlappstoß
- 52
- Überlappstoß
- 54a, b
- Befestigungsmittel
- 56a, b
- Befestigungsmittel
- Fa
- axiale Drucklast
- FN
- Überbelastung
- Fq
- Querkraft
- hs
- Höhe Gurt Profilabschnitte
- ts
- Breite Gurt Profilabschnitte
- hc
- Höhe Gurt Stabschnitt
- tc
- Breite Gurt Stabschnitt
- Lc
- freie Länge (Abstand zwischen innenliegenden Befestigungsmitteln)
Claims (10)
- Stützstab (
10 ) zur Stützung einer Fußbodenstruktur (4 ) eines Flugzeugs, gekennzeichnet durch eine von einem Stababschnitt (12 ) gebildete lokale Instabilität zur Verbesserung der Sicherheit von Flugzeuginsassen, wobei der Stützstab (10 ) einen kopfseitigen Profilabschnitt (36 ), einen Stababschnitt (12 ) aus zwei parallelen Gurten (46a ,46b ) sowie einen Steg (48 ) zum Verbinden der Gurte (46a ,46b ) und einen fußseitigen Profilabschnitt (34 ) aufweist, wobei der Stützstab (10 ) eine lokale Instabilität durch Verformung des Stababschnitts (12 ) mittels Ausbeulens der Gurte (46a ,46b ) aufweist, wobei dieses Ausbeulen durch die freie Länge Lc einstellbar ist, und wobei der Stababschnitt (12 ) mit zumindest einem Profilabschnitt (34 ,36 ) einen Überlappstoß (50 ,52 ) bildet. - Stützstab nach Anspruch 1, wobei der Stababschnitt (
12 ) in einem mittleren Profilbereich angeordnet ist. - Stützstab nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stababschnitt (
12 ) eine ähnliche Profilgeometrie wie angrenzende Profilabschnitte (6 ,8 ;34 ,36 ) aufweist. - Stützstab nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stababschnitt (
12 ) eine andersartige Profilgeometrie als angrenzende Profilabschnitte (6 ,8 ;34 ,36 ) aufweist. - Stützstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vielzahl von Einzelprofilen (
34 ,36 ) vorgesehen ist. - Stützstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stababschnitt (
12 ) zumindest mit einem Profilabschnitt (34 ,36 ) durch Stoffschluss verbunden ist. - Stützstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stababschnitt (
12 ) zumindest mit einem Profilabschnitt (34 ,36 ) durch Kraftschluss verbunden ist. - Stützstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stababschnitt (
12 ) zumindest mit einem Profilabschnitt (34 ,36 ) durch Formschluss verbunden ist. - Stützstab nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei bei einer axialen Überbelastung (Fn) der Stoffschluss, der Kraftschluss oder der Formschluss öffnet.
- Stützstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stababschnitt (
12 ) aus einem anderen Material als die Profilabschnitte (6 ,8 ;34 ,36 ) besteht.
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