DE102011113806A1 - Rumpfsegment sowie Verfahren zur Herstellung eines Rumpfsegments - Google Patents

Abstract

Rumpfsegment (2), das sich in einer Rumpfsegment-Längsachse (A) erstreckt und in einer um dieser herum verlaufenden Umfangsrichtung (U) geschlossen ist und das aufweist: eine Mehrzahl von Schalenteilen (4) zur Bildung einer Außenhaut des Rumpfsegments (2) jeweils zwei sich entlang einer Schalenteil-Längsrichtung (LS) erstreckenden ersten Schalenteil-Rändern (6) und jeweils zwei sich entlang einer sich in Schalenteil-Breitenrichtung (LB) erstreckenden zweiten Schalenteil-Rändern (10), wobei die Schalenteile (4) jeweils entlang wenigstens eines ersten Schalenteil-Rands (6) mit wenigstens einem benachbarten Schalenteil (4) und jeweils entlang wenigstens eines zweiten Schalenteil-Rands (10) verbunden sind, wobei wenigstens die Richtung einer Tangente (T) an erste Schalenteil-Ränder (6), an denen jeweils zwei Schalenteile (4) miteinander verbunden sind, und/oder an zweite Schalenteil-Ränder (10), an denen jeweils zwei Schalenteile (4) miteinander verbunden sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rumpfsegments (2).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Rumpfsegment eines Rumpfs, der insbesondere ein Flugzeugrumpf sein kann, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rumpfsegments.
• Flugzeugrümpfe werden sowohl aus Aluminium als auch aus Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gefertigt, der in eine Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern und insbesondere Kohlenstofffasern enthält. Hierzu werden Flugzeugrumpfsektionen bzw. Tonnen in Form gerader Zylinder gebildet, die aus Rumpfsegmenten oder Schalenteilen zusammengesetzt sind. Innenseitig ist eine Hinterbaustruktur zur Versteifung vorgesehen, die in Längsrichtung des Flugzeugs verlaufenden Stringern und quer hierzu angeordneten Spanten aufweist. Die Schalenteile werden dann zu geraden Zylindern, auch Tonnen genannt, zusammengefügt. Hierbei werden die Schalenteile durch Nieten miteinander verbunden, wobei hierzu die Schalenteile einen Längsstoß aufweisend, d. h. abschnittweise überlappend, angeordnet werden. Diese geraden Zylinder werden in einem nächsten Schritt zu einem Flugzeugrumpf zusammengefügt. Sowohl die Verbindung mittels Längsstoß als auch die Kupplungen haben Einfluss auf das Gesamtgewicht des Flugzeugrumpfes.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rumpfsegment eines Rumpfs bereitzustellen, der hinsichtlich Gewicht und Herstellungskosten vorteilhaft ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rumpfsegments bereitzustellen, das kostengünstig ist und mit dem ein Rumpfsegment mit einem relativ geringen Gewicht und relativ geringen Produktionskosten herstellbar ist.
• Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den auf diese rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
• Die Lösung der Aufgabe der Erfindung geht aus von einem sich in der Längsachse der Rumpf erstreckendes Rumpfsegment oder Rumpfabschnitt, das sich in einer sich in Längsrichtung des Flugzeugrumpfes erstreckenden Rumpfsegment-Längsachse erstreckt und in einer um dieser als Koordinatenachse herum verlaufenden Umfangsrichtung geschlossen ist, wobei die Umfangsrichtung in einer Radialebene gelegen ist, auf der die Rumpfsegment-Längsachse senkrecht steht. Beispielsweise kann die Umfangsrichtung um die Rumpfsegment-Längsachse rechts herum verlaufen, so dass die Rumpfsegment-Längsachse, eine auf dieser senkrecht stehenden radialen Koordinate und ein Winkel, der von der üblicherweise definierten positiven Querachse des Flugzeugrumpfes ausgeht, ein zylindrisches Koordinatensystem definieren. Nach der Erfindung muss die in der Umfangsrichtung beispielsweise an der Außenseite des Rumpfsegments verlaufende Umfangslinie nicht derart geformt sein, dass diese eine Kreislinie oder einen Kreislinienabschnitt bildet. Vorzugsweise ist die Außenkontur des sich entlang der Rumpfsegment-Längsachse ergebenden lokalen Querschnitts des Rumpfsegments symmetrisch zur üblicherweise definierten positiven Hochachse des Flugzeugrumpfes.
• Die Schalenteile sind derart angeordnet, dass diese in der Umfangsrichtung gesehen eine geschlossene Schale bilden, so dass das Rumpfsegment eine Mehrzahl von Schalenteilen oder eine Schalenteil-Reihe von Schalenteilen zur Bildung einer in Umfangsrichtung gesehen geschlossene Außenhaut aufweist. Nach der Erfindung weist das Rumpfsegment auf: eine Mehrzahl von Schalenteilen zur Bildung einer Außenhaut des Rumpfsegments mit jeweils zwei sich jeweils entlang einer Schalenteil-Längsrichtung erstreckenden ersten Schalenteil-Rändern oder Schalenteil-Längsrändern und mit jeweils zwei sich jeweils entlang einer sich in Schalenteil-Breitenrichtung erstreckenden zweiten Schalenteil-Rändern oder Schalenteil-Breitenrändern, wobei die Schalenteile jeweils entlang wenigstens eines ersten Schalenteil-Rands mit wenigstens einem benachbarten Schalenteil und jeweils entlang wenigstens eines zweiten Schalenteil-Rands mit wenigstens einem benachbarten Schalenteil verbunden sind, und eine Tragstruktur, an der jedes der Schalenteile befestigt ist. Nach der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, dass die Mehrzahl von Schalenteilen derart angeordnet sind, dass wenigstens abschnittsweise wenigstens die Richtung einer Tangente an erste Schalenteil-Ränder oder die lokale Richtung der ersten Schalenteil-Ränder, an denen jeweils zwei Schalenteile miteinander verbunden sind, und/oder die Richtung einer Tangente an zweite Schalenteil-Ränder oder die lokale Richtung der zweiten Schalenteil-Ränder, an denen jeweils zwei Schalenteile miteinander verbunden sind, wenigstens abschnittsweise in einem spitzen Winkel (α) zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse definierten Radialebene und vorzugsweise in einem Winkel (α) von wenigstens 10 Grad und insbesondere in einem Winkel (α) von 30° bis 60° zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse definierten Radialebene verlaufen. Der Ausdruck „wenigstens abschnittsweise” soll hierbei hießen, dass die jeweiligen Ränder über wenigstens 50% ihrer Länge und dabei insbesondere in Bezug auf die Hochachse des Rumpfs mittleren Abschnitts ihrer Länge oder Seitenabschnitts die genannte Orientierung haben.
• In dem Fall, dass die ersten oder zweiten Schalenteilränder gekrümmt verlaufen, kann nach der Erfindung je nach der Gestalt dieser Krümmung insbesondere vorgesehen sein, dass wenigstens die Richtung einer Tangente an erste Schalenteil-Ränder, an denen jeweils zwei Schalenteile miteinander verbunden sind, und/oder an zweite Schalenteil-Ränder, an denen jeweils zwei Schalenteile miteinander verbunden sind, generell wenigstens über 50% oder in hinsichtlich Fertigungsgesichtspunkten bevorzugten Ausführungsformen speziell 75% ihrer jeweiligen Länge entlang der Umfangsrichtung in einem spitzen Winkel (α) zu der Rumpfsegment-Längsachse und insbesondere in einem Winkel (α) von 30° bis 60° zu der Rumpfsegment-Längsachse verlaufen. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die mit 50% bzw. 75% ihrer jeweiligen Länge definierten Abschnitte genau die jeweils mittleren Abschnitte der jeweiligen gesamten Länge sind.
• Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Rumpfsegment vorgesehen, das aufweist: wenigstens eine Schalenteil-Reihe, die jeweils zur Bildung der Außenhaut des Rumpfsegments aus in einer Schalenteilreihen-Längsrichtung der jeweiligen Schalenteil-Reihe gesehen hintereinander angeordneten Schalenteilen jeweils mit entlang der Schalenteil-Längsrichtung verlaufenden Schalenteil-Längsrändern und quer zu diesen verlaufenden Schalenteil-Breitenrändern gebildet sind, wobei jeweils zwei Schalenteile miteinander an ihren Schalenteil-Breitenrändern miteinander verbunden sind. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass von der Mehrzahl von Schalenteil-Reihen wenigstens zwei Schalenteil-Reihen an durch die Schalenteil-Längsränder der Schalenteile der jeweiligen Schalenteil-Reihe gebildeten Schalenteilreihen-Längsrändern wenigstens abschnittsweise miteinander verbunden sind, wobei sich die Schalenteil-Längsrichtung als Mittellinie in Bezug auf die Schalenteil-Längsränder einer jeweiligen Schalenteil-Reihe ergibt, und wobei die lokale Richtung der jeweiligen Mittellinien der Schalenteil-Reihen jeweils unter einem Winkel (α) ungleich 0 Grad oder vorzugsweise größer 10 Grad und insbesondere unter einem Winkel (α) zwischen 30° bis 60 Grad zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse definierten Radialebene verläuft, also jeweils unter einem Winkel (α) von weniger als 90 Grad und vorzugsweise weniger als 80 Grad und insbesondere unter einem Winkel (α) zwischen 30° bis 60 Grad zu der Rumpfsegment-Längsachse verläuft. Insbesondere kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass die Schalenteil-Längsrichtung der Schalenteil-Reihen in einem Winkel (α) von 30° bis 60° abweichend von der Rumpfsegment-Längsachse des Rumpf-Segmentes verlauft und/oder dass die Schalenteil-Breitenränder der Schalenteile der Schalenteil-Reihen in einem Winkel (α) von 30° bis 60° abweichend von der Rumpfsegment-Längsachse verlaufen.
• Generell wird hierin das Winkelmaß zwischen einer Linie wie einer Mittellinie oder eines Rands und z. B. eines Längsrands oder Breitenrands und der Rumpfsegment-Längsachse aus einem Winkel genommen, der sich ergibt, wenn diese Linie auf eine Ebene projiziert wird, die durch diese Linie und eine zu der Rumpfsegment-Längsachse parallelen Linie definiert ist.
• Die Miltellinie einer Schalenteil-Reihe wird hierin definiert als Verbindung aller Flächenschwerpunkte jeder der Schalenteile einer Schalenteil-Reihe. Auch kann die Mittellinie einer Schalenteil-Reihe hierin definiert sein als in der Längsrichtung der jeweiligen Schalenteil-Reihe verlaufende Linie, von der aus die Schalenteil-Längsränder den gleichen kürzesten Abstand haben.
• Somit verläuft erfindungsgemäß wenigstens abschnittsweise die Richtung einer Tangente an die ersten oder zweiten Schalenteil-Ränder aus der Verbindung von jeweils zwei miteinander verbundenen Schalenteilen idealerweise ergebenden Verbindungslinien oder Längsrichtungen von Verbindungsabschnitten zwischen jeweils in einem Winkel (α) von mehr als 10 Grad, vorzugsweise weniger als 80 Grad, und insbesondere spitzen Winkel zu einer sich in Längsrichtung des Flugzeugrumpfes erstreckenden Rumpfsegment-Längsachse. In den Verbindungsabschnitten liegen die jeweiligen miteinander verbundenen Schalenteile flächig aneinander an. In den Verbindungsabschnitten können die miteinander verbunden Schalenteile auch flächig verbunden sein, z. B. mittels einer Klebeverbindung, oder aneinander z. B. mittels Verbindungselementen wie z. B. mittels Nieten befestigt sein, so dass die jeweils miteinander verbundene Schalenteile in den Verbindungsbereichen flächig aneinander anliegen. Der Flugzeugrumpf weist also eine Mehrzahl von Schalenteilen auf, die jeweils mit ihren unmittelbaren Schalenteil-Nachbarn entlang ihrer in Kontakt stehenden Schalenteil-Rändern oder Außenkanten miteinander verbunden sind. Die sich idealerweise ergebende Verbindungslinie im jeweiligen Verbindungsbereich zweier miteinander verbundener Schalenteile ist die sich idealerweise ergebende gemeinsame Randline, die sich ergibt, wenn Schalenteil-Ränder in einer Stoßverbindung aneinander liegen. Wenn miteinander verbundene Schalenteile mit jeweiligen Randabschnitten einander überlappend miteinander verbunden und z. B. verklebt sind, ergibt sich im jeweiligen Verbindungsbereich zweier miteinander verbundener Schalenteile jeweils ein entlang der und zwischen den einander nächst liegenden Schalenteil-Rändern gelegener Überlappungs- oder Verbindungsabschnitt. Da wenigstens eine der beiden Verbindungslinien oder Verbindungsabschnitte aufgrund der gekrümmten Oberfläche des Flugzeugrumpfes entsprechend gekrümmt ist, kann eine Tangente an die Verbindungslinien oder den Oberflächenverlauf oder die Oberflächenkontur der Verbindungsabschnitte zur Bestimmung des Winkels herangezogen werden. Die Bestimmung der Richtung der jeweiligen Tangente oder des Winkels zwischen derselben und der Rumpfsegment-Längsachse kann z. B. anhand einer Projektion der wenigstens einen Verbindungslinie auf eine Ebene erfolgen, in der die Rumpfsegment-Längsachse liegt. Der Verlauf einer der beiden Verbindungslinien oder -abschnitte kann wie folgt beschrieben werden: ein rechtwinklig auf der Rumpfsegment-Längsachse stehender Vektor rotiert um die Rumpfsegment-Längsachse und wird zugleich entlang der Rumpfsegment-Längsachse verschoben, so dass sich der Verlauf der Verbindungslinie aus einer Überlagerung dieser beiden Bewegungen ergibt. Das Ergebnis dieser Überlagerung ist, wenn z. B. die Bewegung entlang der Rumpfsegment-Längsachse in einer Richtung mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt, eine Helix bzw. Schraubenlinie. Wenn hingegen die Richtung der Bewegung entlang der Rumpfsegment-Längsachse geändert wird, z. B. während eines Umlaufs des Vektors, ergibt die Überlagerung eine geschlossene Linie, wie z. B. Ellipse. Dies gilt analog für die Verbindungsabschnitte. Hierdurch wird die Länge z. B. der ersten Verbindunglinie im Unterschied zu der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung vergrößert. Das verbessert die Stabilität der Verbindung zwischen den Schalenteilen, da die Kontaktfläche zwischen zwei Schalenteilen vergrößert wird. Dies erlaubt es, auf Laschen und zusätzliche Kupplungen zur Verbindung zwischen den Schalenteilen zu verzichten. Ferner kann hierdurch der Überlappungsbereich bei einer Verbindung mittels Längsstoß reduziert werden. Diese Reduzierung der Überlappung und/oder der Verzicht auf Laschen und/oder der Verzicht von Kupplungen führen zu einem Flugzeugrumpf mit deutlich reduziertem Gewicht. Ferner wird so ein Verzicht auf Nietverbindung möglich, was die Fertigung vereinfacht und das Gewicht des Flugzeugrumpfes nochmals reduziert, da der Flugzeugrumpf keine Niete aufweist.
• Nach einer Ausführungsform der Erfindung ergeben die Schalenteile entlang derartiger erster Verbindungslinien zusammengefügt z. B. einen schräg geschnittenen Zylinder als Teilelement des Flugzeugrumpfes. Zusammengefügt ergeben die schräg geschnittenen Zylinder einen im Wesentlichen zylinderförmigen Mittelabschnitt eines Flugzeugrumpfes bzw. Rumpfsegments. Unter einem derartigen schräg geschnittenen Zylinder wird ein Körper verstanden, der zwei parallel zueinander angeordnete ebenen Stirnflächen (auch Grund- und Deckfläche genannt) aufweist. Die Stirnflächen können kreisförmig, elliptisch, oder jede andere geeignete Form aufweisen. Im Unterschied zum geraden Zylinder sind die beiden Stirnflächen unter einem Winkel zur Symmetrie- bzw. Rotationsachse des schräg geschnittenen Zylinders angeordnet, der nicht dem rechten Winkel entspricht. Mit anderen Worten liegt z. B. im Fall eines geraden Zylinders mit kreisförmigen Stirnflächen die Symmetrie- bzw. Rotationsachse rechtwinklig zur Ebene der Stirnfläche, während dies bei einem schräg geschnittenen Zylinder mit gleichen Stirnflächen nicht der Fall ist. Während also bei geraden Kreiszylindern die Symmetrie- bzw. Rotationsachse parallel zur Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verläuft bzw. mit dieser zusammenfällt, weist bei einem schräg geschnittenen Zylinder dessen Achse einen Winkel größer Null, z. B. einen spitzen Winkel zur Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes auf. Wenn die beiden Stirnflächen nicht die gleiche Größe und/oder Form aufweisen, ergeben die Schalenteile z. B. einen schräg geschnitten Kegelstumpf, wobei der Kegelstumpf auf einem schiefen Kegel beruht. Dies erlaubt es, Sektionen eines Flugzeugrumpfes herzustellen, die eine stark von der zylindrischen Grundform abweichende Gestalt aufweisen, wie z. B. die Cockpit- oder Hecksektion. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schalenteil-Längsrichtung der Schalenteil-Reihen in einem Winkel von 30° bis 60° abweichend von der Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verlaufend angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich ist nach einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Schalenteil-Breitenränder der Schalenteile der Schalenteil-Reihen in einem Winkel (α) von 30° bis 60° abweichend von der Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes bzw. Rumpfsegments oder zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse (A) definierten Radialebene verlaufend angeordnet ist. Vorzugsweise ist insbesondere vorgesehen, dass die Tangente der ersten Verbindungslinie von jeweils ersten Schalenteil-Rändern unter einem Winkel von 30° bis 60° zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse (A) definierten Radialebene oder abweichend von der Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verlaufend angeordnet ist. Durch Wahl eines Wertes für den Winkel in diesem Bereich, insbesondere bei einem Winkel von 45°, vergrößert sich die Länge der ersten Verbindungslinie besonders stark, so dass z. B. die Überlappungsabschnitte besonders klein gehalten werden können, was zu einem besonders leichten Flugzeugrumpf führt. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schalenteil-Längsränder der nominalen auf die Ebene abgewickelten Fläche einer Mehrzahl der Schalenteile wenigstens über 75% der Länge der jeweiligen Schalenteil-Längsränder parallel zueinander verlaufen.
• Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere der Schalenteil-Reihen der Mehrzahl von Schalenteil-Reihen der Form nach jeweils einen geschlossenen Ring bilden und mehrerer solcher ringförmiger Schalenteil-Reihen in der Rumpfsegment-Längsachse hintereinander angeordnet sind. Dabei definieren die Längsränder oder Breitenränder bzw. deren Mittellinien oder deren genannte relevanten Abschnitte eine Querschnittsebene, die zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse definierten Radialebene einen Winkel von größer als 0 Grad und insbesondere einen Winkel von mehr als 10 Grad bildet.
• Nach einem Ausführungsbeispiel ist ein Rumpfsegment vorgesehen, das aus mehreren in der Rumpfsegment-Längsachse hintereinander angeordneten ringförmigen Schalenteil-Reihen gebildet ist, deren Längsränder oder Breitenränder bzw. deren Mittellinien oder deren genannte relevanten Abschnitte Querschnittsebenen bilden, deren Winkel zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse definierten Radialebene entlang der Rumpfsegment-Längsachse und mit deren größer werdenden Längenkoordinate von Schalenteil-Reihe zu Schalenteil-Reihe zunimmt. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die ringförmigen Schalenteil-Reihen derart gestaltet sind, dass dabei die Zunahme der Winkels bis zu einem mittleren Bereich des Rumpfsegments erfolgt und im weiteren Verlauf der Rumpfsegment-Längsachse und mit deren größer werdenden Längenkoordinate die Längsränder oder Breitenränder bzw. die Mittellinien der hintereinander angeordneten ringförmigen Schalenteil-Reihen oder deren genannte relevanten Abschnitte Querschnittsebenen bilden, deren Winkel zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse definierten Radialebene entlang der Rumpfsegment-Längsachse und mit deren größer werdenden Längenkoordinate von Schalenteil-Reihe zu Schalenteil-Reihe abnimmt.
• Nach einem Ausführungsbeispiel ist ein Flugzeugrumpf vorgesehen, dessen vorderer Rumpfteil oder die Rumpfspitze, also der Bereich, zu dem das Cockpit gehört, keine erfindungsgemäß gestalteten und angeordneten Schalenteile aufweist.
• Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rumpfsegment aus mehreren in der Rumpfsegment-Längsachse hintereinander angeordneten ringförmigen Schalenteil-Reihen gebildet ist, deren Längsränder oder Breitenränder oder deren Mittellinien oder Abschnitte derselben Querschnittsebenen bilden,
• • deren Winkel zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse (A) definierten Radialebene entlang der Rumpfsegment-Längsachse (A) und mit deren größer werdenden Längenkoordinate von Schalenteil-Reihe (R1, R2, R3) zu Schalenteil-Reihe bis zu einem mittleren Bereich des Rumpfsegments, der insbesondere der Flügelanschlussbereich ist, zunimmt, und
• • deren Winkel zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse (A) definierten Radialebene entlang der Rumpfsegment-Längsachse (A) und mit deren größer werdenden Längenkoordinate von Schalenteil-Reihe (R1, R2, R3) zu Schalenteil-Reihe hinter dem mittleren Bereich des Rumpfsegments abnimmt
• Alternativ der zusätzlich dazu kann nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass mehrere Schalenteil-Reihen der Mehrzahl von Schalenteil-Reihen an in Schalenteil-Längsrichtung gesehen hintereinander angeordnet sind, wobei aus Schalenteil-Breitenrändern gebildeten Enden von jeweils zwei hintereinander angeordneten Schalenteil-Reihen diese miteinander verbunden sind, so dass die mehreren Schalenteil-Reihen der Form nach insgesamt schraubenförmig in der Umfangsrichtung verlaufen. Dabei definieren die Längsränder oder Breitenränder bzw. deren Mittellinien oder deren genannte relevanten Abschnitte einen Steigungswinkel gegenüber der Rumpfsegment-Längsachse von mehr als 10 Grad.
• Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die mehreren Schalenteil-Reihen der Mehrzahl von Schalenteil-Reihen mittels einer Stoßverbindung insbesondere durch Schweißen miteinander verbunden sind. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindung von Schalenteil-Längsrändern und/oder Schalenteil-Breitenrändern jeweils verschiedener miteinander verbundener Schalenteile derart ausgestaltet ist, dass die miteinander verbundenen jeweiligen Schalenteile mit an den jeweiligen Schalenteil-Längsrändern und/oder Schalenteil-Breitenrändern erstreckende Randabschnitte einander überlappend angeordnet und die jeweils übereinander gelegenen Randabschnitte miteinander verklebt sind. Beide Ausführungsformen können an einem Rumpfsegment auch kombiniert sein.
• Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Schalenteil wenigstens eine Öffnung in Form einer Fenster-Öffnung zum Einsetzen eines Fensterglases und/oder einer Passagiertür-Öffnung zum Einsetzen einer Passagiertür und/oder einer Frachttür-Öffnung zum Einsetzen einer Frachttür aufweist, wobei der jeweils umlaufende Öffnungsrand innerhalb der flächigen Erstreckung des jeweiligen Schalenteils gelegen ist.
• Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass die Tangente der zweiten Verbindungslinie kann parallel oder rechtwinklig zu der Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verlaufen. Um einen besonders stabilen Flugzeugrumpf mit besonders geringem Gewicht zu erhalten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Tangente der zweiten Verbindungslinie unter einem spitzen Winkel, insbesondere unter einem Winkel von 30° bis 60° zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse (A) definierten Radialebene oder abweichend von der Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verlaufend angeordnet ist. Somit ist auch die Länge der zweiten Verbindungslinien vergrößert und damit die Verbindungen entlang der zweiten Verbindunglinien verbessert. Dabei können die zweiten Verbindungslinien z. B. rechtwinklig zu den ersten Verbindungslinien verlaufend angeordnet sein, d. h. deren Tangenten.
• Um die Fertigung des Flugzeugrumpfes zu vereinfachen ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Schalenteilfläche der Schalenteile oder der Schalenteil größer als die Fensterfläche von einer Fensteröffnung und/oder die Passagiertürfläche von einer Passagiertür und/oder die Frachtraumtürfläche der Frachtraumtür ist.
• Dies erlaubt es, Fenster-Öffnungen und/oder Passagiertür-Öffnungen und/oder Frachttür-Öffnungen innerhalb jeweils eines Schalenteils oder einer Schalenteil anzuordnen. Somit muss nicht die äußeren Form bzw. Umrandung des Schalenteils oder der Schalenteil, entlang der die ersten und zweiten Verbindungslinien verlaufen, geändert werden. Zugleich wird so erreicht, dass für Fensteröffnungen und/oder Passagiertüröffnungen und/oder Frachttüröffnungen der Verlauf der ersten und zweiten Verbindungslinien nicht abgeändert werden muss, was sonst die Stabilität des Flugzeugrumpfes reduzieren würde. Die Schalenteile oder Schalenteilen können jede geeignete Form aufweisen, z. B. die Form von Quadraten, Trapezen, z. B. gleichschenkelige Trapezen, Rhomben, Parallelogrammen oder auch von Dreiecken, die zum Bilden des Flugzeugrumpfes um eine oder zwei Achsen gekrümmt sind. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass zur Vermeidung von Ecken an diesen Stellen abgerundete Endabschnitte jeweils einen ersten und einen zweiten Schalenteil-Rand verbinden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schalenteile die Form von Rechtecken aufweisen, die um eine oder zwei Achsen gekrümmt sind. Diese rechteckförmigen Schalenteile weisen z. B. eine Größe von 1 m² bis zu 12 m² auf. Durch Wahl dieser Flächenmaße kann z. B. in eine Schalenteil mit einer Größe von z. B. 1 mal 1 Meter eine oder mehrere Fensteröffnungen angeordnet werden, während in eine Schalenteil mit einer Größe von z. B. 4 mal 3 Meter eine Passagier- oder Frachttüröffnung angeordnet werden kann.
• Wenn eine Mehrzahl von identisch geformten Schalenteilen verwendet wird, kann zur Herstellung der ersten und zweiten Verbindunglinien ein Schweißroboter verwendet werden, der nur mit einem Programm zur Herstellung dieser Schweißverbindungen programmiert werden muss, da aufgrund der identischen Schalenteilen der Verlauf der ersten und zweiten Verbindungslinien jeweils identisch ist. Somit vereinfacht sich der Fertigungsaufwand, da ein derartiger Schweißroboter nur einmal programmiert werden muss, um die identischen Schweißbahnen abzufahren.
• Ferner kann durch den Aufbau des Flugzeugrumpfes aus einer Mehrzahl von Schalenteilen, die Form des Rumpfteils oder Flugzeugrumpfes, wie z. B. seine Länge, durch die Anzahl der verwendeten Schalenteilen variiert werden, ohne das hierzu neue Werkzeug oder Änderungen vorhandener Werkzeuge nötig wären.
• Dadurch, dass beim Verschweißen identischer Schalenteile oder Schalenteilen identische Schweißbahnen abgefahren werden müssen, kann die Fertigung vereinfacht und standardisiert werden. Hierdurch wird der Zeitbedarf zum Durchlaufen der Lernkurve reduziert. Ferner werden die Fertigungskosten durch Losgrößeneffekte reduziert, der der Schweißvorgang beim Verschweißen identischer Schalenteilen identisch ist.
• Die Schalenteile oder Schalenteilen können derart angeordnet sein, dass die zweiten Verbindungslinien geschlossen ausgebildet sind, z. B. die Form von Ellipsen aufweisen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass wenigstens eine der beiden Verbindungslinien der Schalenteil in Bezug zu wenigsten einer der beiden Verbindungslinien einer benachbarten Schalenteil versetzt angeordnet ist. Somit bilden z. B. die zweiten Verbindungslinien keine geschlossenen Linien, sondern treffen unter einem Winkel von z. B. 90° auf die ersten Verbindungslinien, d. h. es gibt Vereinigungspunkte der ersten und zweiten Verbindungslinien, an denen die zweiten Verbindungslinien enden. Die versetzte Anordnung der Schalenteilen erlaubt eine besonders einfache Anordnung, bei der sich eine Mehrzahl von Fensteröffnungen auf der gleichen Höhe eines Flugzeugrumpfes innerhalb von Schalenteilen befinden. Ferner können Schalenteilen so angeordnet werden, dass Passagiertür- und Frachttüröffnungen sich in einer geeigneten Höhe des Flugzeugrumpfes innerhalb von Schalenteilen befinden.
• Der Flugzeugrumpf oder das Rumpfteil kann aus Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gefertigt werden, der in eine Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern und insbesondere Kohlenstofffasern enthält, oder aus Metall, wie z. B. Aluminium gefertigt werden. Hierzu werden Schalenteilen aus Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, oder Metall, wie z. B. Aluminium verwendet. Wenn gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Schalenteile aus Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehen, weisen die Schalenteile entlang ihrer ersten Verbindungslinien und/oder entlang ihrer zweiten Verbindungslinien Klebverbindungen auf. Diese Klebverbindungen können unter Längsstoß gebildete Klebverbindungen sein, d. h. die Schalenteile weisen Überlappungsabschnitte auf, die sich im Bereich der ersten und zweiten Verbindungslinien überlappen, d. h. in diesen Abschnitt weist der Flugzeugrumpf eine erhöhte Dicke im Vergleich zu anderen Abschnitten auf. Wenn hingegen gemäß einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel die Schalenteile aus Metall bestehen, weisen die Schalenteile entlang ihrer ersten Verbindungslinien und/oder entlang ihrer zweiten Verbindungslinien Schweißverbindungen, insbesondere unter Stumpfstoß gebildete Schweißverbindungen, auf. Die Schweißverbindungen können z. B. durch Reibrührschweißen hergestellte Schweißverbindungen sein. Es können aber auch andere Reibschweißverfahren Verwendung finden, wie z. B. Rotationsreib-, Ultraschall- oder Orbitalreibschweißen.
• Wenn die Schalenteile aus Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, bestehen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Schalenteile im Überlappungsbereich eine sich ändernde Dicke aufweisen. Dabei ändert sich die Dicke der Schalenteil in eine Richtung, die der Richtung einer Fügebewegung entspricht, die durchgeführt wird, um zwei Schalenteilen entlang ihrer ersten Verbindungslinie oder entlang ihrer zweiten Verbindungslinien miteinander zu verbinden. So kann die Gesamtdicke des Flugzeugsrumpfs im Überlappungsbereich und damit das Gewicht des Flugzeugrumpfes reduziert werden. Ferner vereinfacht sich die Fertigung, da durch die sich ändernde Dicke der Aufwand zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen, das sogenannte Schimmen, z. B. durch Auffüllen von Spalten mit einer Ausgleichsmasse, entfallen oder reduziert werden kann.
• Ferner kann der Flugzeugrumpf eine Tragstruktur oder Hinterbaustruktur zur Versteifung der Schalenteilen aufweist. Eine derartige Hinterbaustruktur kann Spante und Stringer aufweisen, die beide mit den Schalenteilen sowie auch miteinander verbunden sind. Gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform weist die Hinterbaustruktur rechtwinklig zueinander angeordnete Spante und Stringer auf, Somit verlaufen die Stringer parallel zur Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes, während die Spante rechtwinklig zur Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verlaufen. Dieser Aufbau erlaubt die Verwendung bekannter Hinterbaustrukturen mit rechtwinklig zueinander angeordneten Spanten und Stringern. Gemäß einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform weist die Hinterbaustruktur parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Flugzeugrumpfes verlaufende Stringer auf. Ferner weist die Hinterbaustruktur unter einem spitzen Winkel, insbesondere unter einem Winkel von 30° bis 60° zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse (A) definierten Radialebene oder abweichend von der Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verlaufend angeordnete Spante auf. Somit sind die Spante und Stringer nicht im rechten Winkel zueinander angeordnet. Insbesondere die Spante können einen Winkel zur Rumpfsegment-Längsachse aufweisen, der dem Winkel der ersten oder zweiten Verbindungslinie entspricht. Somit ergibt diese Anordnung einen Flugzeugrumpf mit einer darauf abgestimmten Hinterbaustruktur, was einen besonders leichten und stabilen Flugzeugrumpf ergibt. Gemäß einer dritten, bevorzugten Ausführungsform weist die Hinterbaustruktur unter einem spitzen Winkel, insbesondere unter einem Winkel von 30° bis 60° abweichend von der Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verlaufend angeordnete Spante auf. Ferner weist die Hinterbaustruktur unter einem spitzen Winkel, insbesondere unter einem Winkel von 30° bis 60° zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse (A) definierten Radialebene oder abweichend von der Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verlaufend angeordnete Stringer auf. So können z. B. die Spante so angeordnet sein, dass sie parallel zu den ersten Verbindungslinie verlaufen und die Stringer sind so angeordnet, dass sie parallel zu den zweiten Verbindungsnähten verlaufen. Damit weisen die Stringer und Spante den jeweils gleichen Winkel zur Rumpfsegment-Längsachse auf wie die ersten und zweiten Verbindungslinien. Somit können die Stringer und Spante den Bereich der ersten und zweiten Verbindungslinien unterstützen und so die Stabilität des Flugzeugrumpfes erhöhen.
• Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung eines Flugzeugrumpfs gelöst, bei dem eine Schalenteil entlang einer ersten Verbindungslinie mit einer ersten benachbarten Schalenteil und entlang einer zweiten Verbindungslinie mit einer zweiten benachbarten Schalenteil verbunden wird, um den Flugzeugrumpf zu bilden, wobei erfindungsgemäß die Schalenteile so angeordnet werden, dass wenigstens die Richtung einer Tangente einer der beiden Verbindungslinien unter einem spitzen Winkel zu einer sich in Längsrichtung des Flugzeugrumpfes erstreckenden Rumpfsegment-Längsachse verläuft. Der Flugzeugrumpf wird also aus einer Mehrzahl von Schalenteilen oder Schalenteilen gebildet, die jeweils mit ihren unmittelbaren Schalenteil-Nachbarn entlang ihrer in Kontakt stehenden Außenkanten miteinander verbunden werden. Insgesamt bildet eine Mehrzahl von Schalenteilen eine Schalenteil-Reihe. Dabei wird unter einem spitzen Winkel ein Winkel mit einem Wert zwischen 0° und 90° verstanden. Da wenigstens eine der beiden Verbindungslinien aufgrund der gekrümmten Oberfläche des Flugzeugrumpfes entsprechend gekrümmt ist, wird eine Tangente einer der beiden Verbindunglinien zur Bestimmung des Winkels herangezogen. Zur Bestimmung des Winkels wird dann die Richtung der Tangente mit der Richtung der Rumpfsegment-Längsachse verglichen. Mit anderen Worten wird der Winkel z. B. anhand einer Projektion der wenigstens eine Verbindungslinie auf eine Ebene bestimmt, in der die Rumpfsegment-Längsachse liegt. Der Verlauf einer der beiden Verbindungslinien kann wie folgt beschrieben werden: ein rechtwinklig auf der Rumpfsegment-Längsachse stehender Vektor rotiert um die Rumpfsegment-Längsachse und wird zugleich entlang der Rumpfsegment-Längsachse verschoben, so dass sich der Verlauf der Verbindungslinie aus einer Überlagerung dieser beiden Bewegungen ergibt. Das Ergebnis dieser Überlagerung ist, wenn z. B. die Bewegung entlang der Rumpfsegment-Längsachse in einer Richtung mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt, eine Helix bzw. Schraubenlinie. Wenn hingegen die Richtung der Bewegung entlang der Rumpfsegment-Längsachse geändert wird, z. B. während eines Umlaufs des Vektors, ergibt die Überlagerung eine geschlossene Linie, wie z. B. Ellipse.
• Hierdurch wird die Länge z. B. der ersten Verbindungslinie im Unterschied zu der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung vergrößert. Das verbessert die Verbindung zwischen den Schalenteilen, da die Kontaktfläche zwischen zwei Schalenteilen vergrößert wird. Dies erlaubt es, auf Laschen und zusätzliche Kupplungen zu verzichten. Ferner kann hierdurch der Überlappungsbereich bei einer Verbindung mittels Längsstoß reduziert werden. Diese Reduzierung der Überlappung und/oder der Verzicht auf Laschen und/oder der Verzicht von Kupplungen führen zu einem Flugzeugrumpf mit deutlich reduziertem Gewicht. Ferner wird so ein Verzicht auf Nietverbindung möglich, was die Fertigung vereinfacht und das Gewicht des Flugzeugrumpfes nochmals reduziert, da der Flugzeugrumpf keine Niete aufweist.
• Durch das Zusammenfügen entlang der ersten Verbindungslinien ergeben die Schalenteile z. B. einen schräg geschnittenen Zylinder als Teilelement des Flugzeugrumpfes. Zusammengefügt ergeben die schräg geschnitten Zylinder einen im Wesentlichen zylinderförmigen Mittelabschnitt eines Flugzeugrumpfes. Unter einem derartigen schräg geschnittenen Zylinder wird ein Körper verstanden, der zwei parallel zueinander angeordnete ebenen Stirnflächen (auch Grund- und Deckfläche genannt) aufweist. Die Stirnflächen können kreisförmig, elliptisch, oder jede andere geeignete Form aufweisen. Im Unterschied zum geraden Zylinder sind die beiden Stirnflächen unter einem Winkel zur Symmetrie- bzw. Rotationsachse des schräg geschnittenen Zylinders angeordnet, der nicht dem rechten Winkel entspricht. Mit anderen Worten liegt z. B. im Fall eines geraden Zylinders mit kreisförmigen Stirnflächen die Symmetrie- bzw. Rotationsachse rechtwinklig zur Ebene der Stirnfläche, während dies bei einem schräg geschnittenen Zylinder mit gleichen Stirnflächen nicht der Fall ist. Während also bei geraden Kreiszylindern die Symmetrie- bzw. Rotationsachse parallel zur Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verläuft bzw. mit dieser zusammenfällt, weist bei einem schräg geschnittenen Zylinder dessen Achse einen Winkel größer Null, z. B. einen spitzen Winkel zur Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes auf. Wenn die beiden Stirnflächen nicht die gleiche Größe und/oder Form aufweisen, ergeben die Schalenteile z. B. einen schräg geschnitten Kegelstumpf, wobei der Kegelstumpf auf einem schiefen Kegel beruht. Dies erlaubt es, Sektionen eines Flugzeugrumpfes herzustellen, eine stark von der zylindrischen Grundform abweichende Gestalt aufweisen, wie z. B. die Cockpit- oder Hecksektion.
• Durch das Anordnen der Schalenteile z. B. in Form schräg geschnittener Zylinder wird die Länge der ersten Verbindunglinie im Unterschied zu geraden Zylindern vergrößert. Hierdurch wird die Verbindung zwischen den schiefen Zylindern verbessert, da die Kontaktfläche zwischen zwei benachbarten schiefen Zylindern vergrößert wird. Dies erlaubt es, auf Laschen und zusätzliche Kupplungen zur Verbindung der Stringer und Spante zu verzichten. Ferner kann hierdurch der Überlappungsbereich bei einer Verbindung mittels Längsstoß reduziert werden. Diese Reduzierung der Überlappung und/oder der Verzicht auf Laschen und/oder der Verzicht von Kupplungen führen zu einem Flugzeugrumpf mit deutlich reduziertem Gewicht. Ferner wird so ein Verzicht auf Nietverbindung möglich, was die Fertigung vereinfacht und das Gewicht des Flugzeugrumpfes nochmals reduziert, da der Flugzeugrumpf keine Niete aufweist.
• Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schalenteile derart angeordnet werden, dass die Richtung der Tangente der ersten Verbindungslinie unter einem spitzen Winkel, insbesondere unter einem Winkel von 30° bis 60° abweichend von der Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verlauft Durch das Anordnen unter einem Winkel in diesem Bereich, insbesondere bei einem Winkel von 30° bis 60, z. B. bei einem Winkel von 45°, vergrößert sich die Länge der ersten Verbindungslinie besonders stark, so dass z. B. die Überlappungsabschnitte besonders klein gehalten werden können, was zu einem besonders leichtem Flugzeugrumpf führt.
• Die Tangente der zweiten Verbindungslinie zwischen zwei einander am nächsten benachbarten Rändern von entsprechenden Schalenteilen oder Schalenteil-Reihen kann parallel oder rechtwinklig zu der Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verlaufend angeordnet sein. Um einen besonders stabile Flugzeugrumpf mit besonders geringem Gewicht zu erhalten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Schalenteile derart angeordnet werden, dass die Tangente der zweiten Verbindungslinie unter einem spitzen Winkel, insbesondere unter einem Winkel von 30° bis 60°, abweichend von der Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verlaufend angeordnet ist. So wird zugleich auch die Länge der zweiten Verbindungslinie vergrößert und damit die Verbindungen entlang der zweiten Verbindunglinien verbessert. Dabei können die zweiten Verbindungslinien z. B. rechtwinklig zu den ersten Verbindungslinien verlaufend angeordnet sein. Um die Fertigung des Flugzeugrumpfes zu vereinfachen ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein Schalenteile oder eine Schalenteil mit einer Segment- bzw. Schalenteilenfläche verwendet wird, die größer als die Fensterfläche von Fensteröffnungen und/oder die Passagiertürflächen einer Passagiertür und/oder die Frachtraumtürflächen der Frachtraumtür ist. Dies erlaubt es, Fenster-Öffnungen und/oder Passagiertür-Öffnungen und/oder Frachttüröffnungen innerhalb jeweils eines Schalenteils anzuordnen. Somit muss nicht die äußeren Form bzw. Umrandung der Schalenteil, entlang der die ersten und zweiten Verbindungslinien verlaufen, geändert werden. Die verwendeten Schalenteilen können jede geeignete Form aufweisen, z. B. die Form von Quadraten, Trapezen, z. B. gleichschenkelige Trapezen, Rhomben, Parallelogrammen oder auch von Dreiecken, die zum Bilden des Flugzeugrumpfes um eine oder zwei Achsen gekrümmt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die verwendeten Schalenteile die Form von Rechtecken aufweisen, die um eine oder zwei Achsen gekrümmt sind. Diese rechteckförmigen verwendeten Schalenteile weisen z. B. eine Fläche von z. B. 1 m² bis zu 12 m² auf. Durch Wahl dieser Flächenmaße kann z. B. in eine Schalenteil mit einer Größe von z. B. 1 mal 1 Meter eine oder mehrere Fensteröffnungen angeordnet werden, während in eine Schalenteil mit einer Größe z. B. von 4 Meter mal 3 Meter eine Passagier- oder Frachttüröffnung angeordnet werden kann.
• Die Reihen von Schalenteilen oder Schalenteilen können derart angeordnet werden, dass die zweiten Verbindungslinien geschlossen ausgebildet sind, z. B. die Form von Ellipsen aufweisen. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine der beiden Verbindungslinien der Schalenteil in Bezug zu wenigstens einer der beiden Verbindungslinien eines jeweils benachbarten Schalenteils versetzt angeordnet werden. Somit bilden die zweiten Verbindungslinien keine geschlossenen Linien, sondern treffen unter einem Winkel von z. B. 90° auf die ersten Verbindungslinien, d. h. es gibt Vereinigungspunkte der ersten und zweiten Verbindungslinien, an denen die zweiten Verbindungslinien enden. Der Versatz von Schalenteilen oder Schalenteilen relativ zu jeweils nächst benachbarten Schalenteilen quer zur Längsrichtung der Reihe von Schalenteilen erlaubt eine besonders einfache Anordnung einer Mehrzahl von Schalenteilen, die so angeordnet sind, dass z. B. eine Mehrzahl von Fensteröffnungen sich auf der gleichen Höhe eines Flugzeugrumpfes innerhalb von Schalenteilen befinden. Ferner können die Schalenteile so angeordnet werden, dass Passagiertür- und Frachttüröffnungen sich in einer geeigneten Höhe des Flugzeugrumpfes innerhalb von Schalenteilen befinden.
• Als Material für den Flugzeugrumpf kann Faserverbundwerkstoff, insbesondere kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff verwendet werden, der in eine Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern und insbesondere Kohlenstofffasern enthält, oder Metall, wie z. B. Aluminium verwendet werden. Wenn gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Schalenteilen aus Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff verwendet werden, wurden die Schalenteile oder Schalenteilen entlang ihrer ersten Verbindungslinien und/oder entlang ihrer zweiten Verbindungslinien geklebt. Diese Klebverbindungen können unter Längsstoß gebildete Klebverbindungen sein, d. h. die jeweils miteinander verbunden Schalenteile oder Schalenteilen weisen Überlappungsabschnitten auf, die sich im Bereich der ersten und zweiten Verbindungslinien überlappen, d. h. in diesen Abschnitt weist der Flugzeugrumpf eine vergrößerte Dicke, also etwa doppelte Dicke im Vergleich zu anderen Abschnitten auf. Insbesondere wenn hingegen gemäß einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel Schalenteilen aus Metall verwendet werden, werden die Schalenteile entlang ihrer ersten Verbindungslinien und/oder entlang ihrer zweiten Verbindungslinien oder Randlinien geschweißt, wozu insbesondere ein Stumpfstoß gebildet wird. Das Schweißen kann z. B. durch Reibrührschweißen erfolgen. Es können aber auch andere Reibschweißverfahren Verwendung finden, wie z. B. Rotationsreib-, Ultraschall- oder Orbitalreibschweißen.
• Wenn eine Mehrzahl von identisch geformten Schalenteilen verwendet wird, kann zur Herstellung der ersten und zweiten Verbindunglinien ein Schweißroboter verwendet werden, der nur mit einem Programm zur Herstellung dieser Schweillverbindungen programmiert werden muss, da aufgrund der identischen Schalenteilen der Verlauf der ersten und zweiten Verbindungslinien jeweils identisch ist. Somit vereinfacht sich der Fertigungsaufwand, da ein derartiger Schweißroboter nur einmal programmiert werden muss.
• Ferner kann durch den Aufbau des Flugzeugrumpfes aus einer Mehrzahl von Schalenteilen, die Form des Rumpfsegments oder des Flugzeugrumpfes, wie z. B. seine Länge, durch die Anzahl der verwendeten Schalenteilen variiert werden, ohne das hierzu neue Werkzeuge oder Änderungen vorhandener Werkzeuge nötig wären.
• Wenn Schalenteilen aus Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, verwendet werden, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Schalenteile im Überlappungsbereich mit einer sich ändernden Dicke versehen werden. Dabei ändert sich die Dicke der Schalenteil in eine Richtung, die der Richtung einer Fügebewegung entspricht, die durchgeführt wird, um zwei Schalenteilen entlang ihrer ersten Verbindungslinie oder entlang ihrer zweiten Verbindungslinien miteinander zu verbinden. So kann die Gesamtdicke des Flugzeugsrumpfs im Überlappungsbereich und damit das Gewicht des Flugzeugrumpfes reduziert werden. Ferner vereinfacht sich die Fertigung, da durch die sich ändernde Dicke der Aufwand zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen, das schon genannte Schimmen entfallen oder reduziert werden kann.
• Ferner kann der Flugzeugrumpf mit einer Hinterbaustruktur zur Versteifung der Schalenteilen oder Schalenteilen bzw. Schalenteil-Reihen versehen werden. Eine derartige Hinterbaustruktur wird aus Spanten und Stringern aufgebaut, die beide mit den Schalenteilen oder Schalenteilen bzw. Schalenteil-Reihen sowie auch miteinander verbunden werden. Gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform werden die Spante und Stringer der Hinterbaustruktur rechtwinklig angeordnet. Somit verlaufen die Stringer parallel zur oder entlang der Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes, während die Spante rechtwinklig zur Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verlaufen. Dieser Aufbau erlaubt die Verwendung bekannter Hinterbaustrukturen mit rechtwinklig zueinander angeordneten Spanten und Stringern. Gemäß einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform werden die Stringer der Hinterbaustruktur parallel zur oder entlang der Haupterstreckungsrichtung des Flugzeugrumpfes verlaufend angeordnet. Die Spante der Hinterbaustruktur hingegen werden unter einem spitzen Winkel, insbesondere unter einem Winkel von 30° bis 60°, abweichend von der Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verlaufend angeordnet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Spante in Form von Rippen derart auf der der Rumpf-Längsachse zugewandten Innenseite der Schalenteilen oder Schalenteil-Reihen verlaufen und an diesen befestigt sind, dass die last-tragenden Anlageflächen der jeweiligen Spante zur Aufnahme der Schalenteile oder Schalenteil-Reihen an diesen in den Verbindungsbereichen jeweils zweiter miteinander verbundener Schalenteil-Reihen anliegen. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass beide jeweils miteinander verbundenen Schalenteile verschiedener nächst benachbarter Schalenteil-Reihen an jeweils einem Spant befestigt sind. Diese Verbindung von Rippen mit Schalenteilen verschiedener nächst benachbarter Schalenteil-Reihen kann auch mit Rippen in Form der entlang der Rumpf-Längsachse und quer zur den Spanten verlaufenden Stringern vorgesehen sein. Die Verbindungsbereiche können insbesondere die Überlappungsbereiche oder die Stoßverbindungsbereiche miteinander verbundener Schalenteile sein.
• Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind somit die Spante und Stringer nicht im rechten Winkel zueinander angeordnet. Insbesondere die Spante können einen Winkel zur Rumpfsegment-Längsachse aufweisen, der dem Winkel der ersten oder zweiten Verbindungslinie entspricht. Somit ergibt diese Anordnung einen Flugzeugrumpf mit einer darauf abgestimmten Hinterbaustruktur, was einen besonders leichten und stabilen Flugzeugrumpf ergibt. Gemäß einer dritten, bevorzugten Ausführungsform werden die Spante der Hinterbaustruktur unter einem spitzen Winkel, insbesondere unter einem Winkel von 30° bis 60° abweichend von der Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verlaufend angeordnet. Ferner werden die Stringer der Hinterbaustruktur unter einem spitzen Winkel, insbesondere unter einem Winkel von 30° bis 60°, abweichend von der Rumpfsegment-Längsachse des Flugzeugrumpfes verlaufend angeordnet. So können z. B. die Spante so angeordnet sein, dass sie parallel zu den ersten Verbindungslinie verlaufen und die Stringer sind so angeordnet, dass sie parallel zu den zweiten Verbindungslinien verlaufen. Damit weisen die Stringer und Spante den jeweils gleichen Winkel zur Rumpfsegment-Längsachse auf wie die ersten und zweiten Verbindungslinien. Somit können die Stringer und Spante den Bereich der ersten und zweiten Verbindungslinien unterstützen und so die Stabilität des Flugzeugrumpfes erhöhen.
• Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rumpfsegments mit an einer Tragstruktur befestigten und eine Außenhaut des Rumpfsegments bildenden Schalenteilen, das sich in einer Rumpfsegment-Längsachse erstreckt und in einer um dieser herum verlaufenden Umfangsrichtung geschlossen ist, vorgesehen. Bei einer Ausführungsform dieses Verfahrens ist insbesondere vorgesehen, dass zur Bildung einer Mehrzahl von Schalenteil-Reihen an der Tragstruktur ein Anordnen und Befestigen von Schalenteilen an der Tragstruktur derart erfolgt, dass wenigstens die Richtung einer Tangente an erste Schalenteil-Ränder, an denen jeweils zwei Schalenteile miteinander verbunden sind, und/oder an zweite Schalenteil-Ränder, an denen jeweils zwei Schalenteile miteinander verbunden sind, in einem spitzen Winkel zu der Rumpfsegment-Längsachse und insbesondere in einem Winkel (α) von 30° bis 60° zu der Rumpfsegment-Längsachse verlaufen.
• Nach einem Aspekt der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren vorgesehen, dass zur Herstellung eines Rumpfsegments mit an einer Tragstruktur befestigten und eine Außenhaut des Rumpfsegments bildenden Schalenteilen, das sich in einer sich in Längsrichtung des Flugzeugrumpfes erstreckenden Rumpfsegment-Längsachse erstreckt und in einer um dieser herum verlaufenden Umfangsrichtung geschlossen ist, wobei zur Bildung einer Mehrzahl von Schalenteil-Reihen an der Tragstruktur ein Anordnen und Befestigen von Schalenteilen an der Tragstruktur derart erfolgt, dass die lokale Richtung der Mittellinie der dabei jeweils entstehenden Schalenteil-Reihen in einem Winkel von weniger als 90 Grad und insbesondere unter einem spitzen Winkel zu der Rumpf-Längsachse oder Rumpfsegment-Längsachse desselben verläuft.
• Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Rumpfsegments ist vorgesehen, dass die Schalenteile derart an der Tragstruktur angeordnet und befestigt werden, dass nacheinander jeweils eine Schalenteil-Reihe in der Rumpfsegment-Längsachse hinter jeweils einer anderen Schalenteil-Reihe angeordnet wird. Zur Herstellung werden in einem Schritt die Schalenteile oder Schalenteilen an den Spanten und Stringern befestigt. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Rumpf-Segmente oder Schalenteilen dann zu geraden Zylindern, auch Tonnen genannt, zusammengefügt werden, wobei Schalenteile insbesondere in einer Längsstoß-Anordnung, d. h. abschnittweise überlappend, angeordnet sein können. Diese geraden Zylinder werden in einem nächsten Schritt zu einem Flugzeugrumpf zusammengefügt. Hierzu werden die Zylinder bzw. Tonnen unter Längsstoß, d. h. sich abschnittweise überlappend, angeordnet und dann eine Lasche miteinander verbunden. Zur Verbindung der Stringer und Spante können Kupplungen vorgesehen sein.
• Hierin wird unter einem spitzen Winkel ein Winkel mit einem Wert zwischen 0° und 90° verstanden.
• Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beigefügten Figuren beschrieben, die zeigen:
• 1 eine schematische Seitendarstellung eines Flugzeugs mit einem Flugzeugrumpf, in dem schematisch Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung eingetragen sind,
• 2 eine Darstellung eines Abschnitts des in der 1 dargestellten Flugzeugrumpfs in einer Seitendarstellung,
• 3 eine schematische Darstellung zweier nach der Erfindung miteinander zu verbindenden Schalenteil-Reihen aus Schalenteilen ensptrechend der in der 2 gezeigten Realisierung zur Bildung eines Rumpfsegments, die jeweils die Form eines schräg geschnittenen Zylinders haben,
• 4 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Hinterbaustruktur,
• 5 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Hinterbaustruktur, und
• 6 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Hinterbaustruktur.
• 7 eine schematische Darstellung zweier miteinander verschweißter Schalenteilen,
• 8 eine schematische Darstellung zweier miteinander verschweißter schräg geschnittener Zylinder,
• 9 eine schematische Darstellung zweier miteinander verklebter Schalenteilen, und
• 10 eine schematische Darstellung zweier miteinander verklebter schräg geschnittener Zylinder.
• Zunächst wird auf 1 Bezug genommen, in der ein Flugzeug 100 dargestellt ist, das einen Flugzeugrumpf mit einem Rumpf-Segment 2 aufweist, der einen mittleren Abschnitt des Flugzeugrumpfs des Flugzeugs 100 bildet, wobei an dem vorderen Ende des Flugzeugrumpfes eine Cockpitsektion 102 und an dem hinteren Ende eine Hecksektion 104 angefügt ist.
• Das Flugzeugrumpf-Segment 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgebildet, dieser kann aber auch einen anderen Querschnitt und z. B. einen elliptischen haben. Das Rumpf-Segment 2 erstreckt sich somit in einer Rumpfsegment-Längsachse A und ist in einer um dieser herum verlaufenden Umfangsrichtung U geschlossen. Für das Rumpf-Segment 2 wird hierin ein Rumpf-Koordinatensystem mit der Rumpf-Längsachse X, der Rumpf-Hochachse Z und der Rumpf-Querachse Y definiert. Die Rumpfsegment-Längsachse A erstreckt sich entlang und insbesondere in der Richtung der Rumpf-Längsachse X, entlang der sich auch die Außenkonturen der Außenschale des Rumpfsegments erstrecken. Die Rumpf-Längsachse X verläuft in der Strömungsrichtung der Luft, die das Fugzeug 100 anströmt, wenn dieses in bestimmungsgemäßer Weise fliegt. Eine Mehrzahl von aus Schalenteilen 4 gebildeten Schalenteil-Reihen R1, R2, R3 sind zur Bildung der Außenhaut des Rumpfsegments 2 aus in einer Schalenteil-Längsrichtung LR der jeweiligen Schalenteil-Reihe R1, R2, R3 gesehen hintereinander angeordnet. In die 2 ist auch die Mittellinie M4 der Schalenteil-Reihe R2 eingetragen, die auch die Mittelinien der jeweils zugehörigen Schalenteile 4 sind.
• Wie in der 3 dargestellt, ist jedes der Schalenteile 4 mit entlang der Schalenteil-Längsrichtung LR verlaufenden Schalenteil-Längsrändern 6 bzw. 241c, 241d; 341c, 341d und quer zu diesen verlaufenden Schalenteil-Breitenrändern 10 bzw. 241a, 241b; 341a, 341b gebildet, wobei jeweils zwei Schalenteile 4 miteinander an ihren Schalenteil-Breitenrändern miteinander verbunden sind. Beispielartig sind in der 3 zwei Schalenteil-Reihen R2, R3 in einer Art Explosionsdarstellung dargestellt, die die Schalenteile 241, 242, 243, 244 bzw. 341, 342, 343, 344 aufweist. Weiterhin sind in der 3 für die Schalenteile mit den Bezugszeichen 241 und 341 jeweils bezeichnet: Schalenteil-Längsränder 241c, 241d bzw. 341c, 341d und quer zu diese verlaufende Schalenteil-Breitenränder 241a, 241b bzw. 341a, 341b. Wenn die Schalenteil-Reihen R2, R3 miteinander verbunden sind, ist z. B. das Schalenteil 241 der Schalenteil-Reihe R2 mit seinem Schalenteil-Längsrand 241d mit dem Schalenteil-Längsrand 341c des Schalenteils 341 der Schalenteil-Reihe R3 verbunden. Innerhalb der Schalenteil-Reihe R2 ist das Schalenteil 241 mit seinem Schalenteil-Breitenrand 241a mit dem Schalenteil-Breitenrand 242b des entgegen der Umfangsrichtung U benachbart gelegenen Schalenteils 242 sowie mit seinem Schalenteil-Breitenrand 241b mit dem Schalenteil-Breitenrand 244a des in der Umfangsrichtung U benachbart gelegenen Schalenteils 244 verbunden. In analoger Weise ist innerhalb der Schalenteil-Reihe R3 ist das Schalenteil 341 mit seinem Schalenteil-Breitenrand 341a mit dem Schalenteil-Breitenrand 342b des entgegen der Umfangsrichtung U benachbart gelegenen Schalenteils 342 sowie mit seinem Schalenteil-Breitenrand 341b mit dem Schalenteil-Breitenrand 344a des in der Umfangsrichtung U benachbart gelegenen Schalenteils 344 verbunden.
• In die 3 sind auch die Mittellinien M140, M240 der Schalenteil-Reihen R2, R3 eingetragen, die auch die Mittelinien der jeweils zugehörigen Schalenteile 241, 242, 243, 244 bzw. 341, 342, 343, 344 sind. Auch ist beispielartig die Längsrichtung LR der Schalenteil-Reihen R2 eingetragen, die auch die Längsrichtung der Schalenteil-Reihe R3 sowie auch eines einzelnen Schalenteils jedes der Schalenteil-Reihen R2, also wie z. B. des Schalenteils 240, ist. Weiterhin sind in der 3 die Längsrichtung eines Schalenteils LS sowie die Breitenrichtung BS eines Schalenteils eingetragen. In die 3 sind auf die sich entlang der Rumpfsegment-Längsachse A ergebenden Längen SL240, SL340 der Schalenteil-Reihen R2 bzw. R3 eingetragen.
• Eine Mehrzahl von schräg geschnittenen zylinderförmigen Schalenteil-Reihen bilden hintereinander entlang der Rumpfsegment-Längsachse A angeordnet den Rumpf-Segment 2, wobei sie jeweils entlang ihrer elliptischen Ränder 42 miteinander verbunden sind. Dabei sind die einzelnen schräg geschnittenen Zylinder 8 jeweils in Bezug zu ihrem unmittelbaren Nachbarn durch eine Drehbewegung winkelversetzt angeordnet. Somit bilden die ersten Verbindungslinien 6 im Gegensatz zu den zweiten Verbindungslinien 10 keine geschlossenen Linien, sondern enden an einem Vereinigungspunkt 44 mit den zweiten Verbindungslinien 10. Diese winkelversetzte Anordnung vereinfacht es, in je einer Schalenteil 4 zwei Fensteröffnungen 32 und je die Passagiertüröffnung 34 und die Frachtraumtüröffnung 36 auf einer zweckmäßigen Höhe anzuordnen. Somit ist eine Formänderung der Schalenteilen 4 nicht erforderlich.
• Um die aus den Schalenteilen 4 gebildeten Rumpf-Segment 2 zu versteifen ist eine Hinterbaustruktur 26a, 26b, 26c vorgesehen, die sich innerhalb des Rumpf-Segmentes 2 befindet und daher in den 1 und 2 nicht sichtbar ist. Verschiedene Ausführungsformen der Hinterbaustruktur 26a, 26b, 26c werden nun unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 erläutert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Rumpf-Segment 2 an seinen Enden in der Rumpfsegment-Längsachse gesehen kreisförmige Querschnittskonturen 14 mit Querschnittsflächen gleicher Größe und Form auf. Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel kann sich der Querschnitt in Richtung der Rumpfsegment-Längsachse A ändern und muss auch nicht eine kreisförmige Kontur haben. So kann das Rumpfsegment 2 an seinen Enden Querschnittsflächen oder in seinem Verlauf entlang der Rumpfsegment-Längsachse zwischen diesen Enden unterschiedlicher Größe und/oder Form aufweisen, so dass das Rumpfsegment 2 von z. B. einer idealen Kreiszylinderform abweicht. Schließlich kann das Rumpfsegment 2 eine Mehrzahl von Fenster-Öffnungen 32, eine Passagiertür-Öffnung 34 und eine Frachtraumtür-Öffnung 36 aufweisen, um in diese Fenster bzw. Türen einsetzen zu können.
• Es wird nun zusätzlich auf die 2 Bezug genommen, die in nicht perspektivischer und somit vereinfachter Seitendarstellung ein Rumpfsegment zeigt, wie es im Prinzip in dem Flugzeug 10 der 1 gezeigt ist Die Darstellung der 2 berücksichtig – im Gegensatz zur Darstellung der 3 – nicht den räumlichen Verlauf der Krümmung von Randlinien von Schalenteilen 4 und sind vereinfacht als Linien dargestellt. Das Rumpfsegment 2 ist aus einer Mehrzahl von Schalenteilen 4 gebildet, die jeweils zwei Schalenteil-Längsränder 6 oder zwei erste Schalenteil-Randabschnitte 6 sowie zwei Schalenteil-Breitenränder 10 oder zwei zweite Schalenteil-Randabschnitte 10 aufweisen. Mehrere der dargestellten Schalenteile 4 sind jeweils mit einem zu diesem am nächsten oder einem unmittelbar benachbarten Schalenteilen 4 entlang ihrer in Kontakt stehenden Außenkanten oder Schalenteil-Randabschnitte entlang der jeweiligen Randabschnitte oder entlang von ersten Verbindungslinien 6 bzw. entlang der zweiten Verbindungslinien 10 miteinander verbunden sind. So ist ein Schalenteil 4 entlang der ersten Verbindungslinie 6 mit einem ersten, benachbarten Schalenteil 4 und entlang der zweiten Verbindungslinie 10 mit einem zweiten benachbarten Schalenteil 4 verbunden.
• Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Schalenteile 4 aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, der in eine Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern und insbesondere Kohlenstofffasern enthält, oder gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung aus Metall, insbesondere Aluminium gebildet.
• Die Schalenteile 4 weisen vorzugweise eine viereckige, z. B. rechteckförmige Grundform auf und sind insgesamt um mindestens eine Achse räumlich gekrümmt, um zusammengesetzt den Rumpf-Segment 2 in Form einer Tonne zu bilden. Die Schalenteile 4 können im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Größe vorzugsweise von 1 m² bis 12 m² aufweisen. Z. B. können die Schalenteile 4 Außenabmessungen von 1 Meter mal 1 Meter bis 4 Meter mal 3 Meter aufweisen. Diese Größe kann es generell erlauben, innerhalb eines Schalenteils 4 beispielsweise zwei Fenster-Öffnungen 32 mit einer Öffnungsfläche 18 zum Einsatz eines Fensterglases oder je eine Passagiertüröffnung 34 mit einer Öffnungsfläche 20 zum Einsatz einer Passagiertür oder Frachtraumtür-Öffnung 36 mit einer Öffnungsfläche 38 zum Einsatz einer Frachtraumtür anzuordnen, ohne das hierzu die Schalenteile 4 in ihrer Form verändert werden müssen.
• Die Schalenteile 4 sind entlang oder einem ersten Schalenteil-Randabschnitt und entlang wenigstens einer zweiten Verbindungslinie 10 oder einem zweiten Schalenteil-Randabschnitt unter Ausbildung jeweils einer idealen ersten bzw. zweiten Verbindungslinie 6 oder eines ersten bzw. zweiten Verbindungsabschnitts miteinander verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verlaufen die ersten Randabschnitte 6 entlang der kürzeren Seiten der rechteckförmigen Schalenteilen 6, während die zweiten Randabschnitte 10 entlang der längeren Seiten der rechteckförmigen Schalenteilen 6 verlaufen.
• Aufgrund der Krümmung des Rumpf-Segmentes 2 verlaufen die Randabschnitte 6 bzw. 10 nicht in einer Ebene, sondern sind gekrümmte Raumkurven entlang der Oberfläche des Rumpf-Segmentes 2. Die Randabschnitte 6 bzw. 10 oder Randlinien bzw. Verbindungslinien ergeben sich in einer idealen geometrischen Betrachtung theoretisch insbesondere als Randlinien der entlang der flächigen Erstreckung des Mittelebene des jeweiligen Schalenteils 4. Daher wird zur Erläuterung der Anordnung der beiden Randabschnitte 6 bzw. 10 auf deren Tangenten T zurückgegriffen. Die Tangente T der ersten Verbindungslinien 6 kann unter einem spitzen Winkel von z. B. 30° bis 60° zur Rumpfsegment-Längsachse A des Rumpf-Segmentes 2 verlaufen, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Winkel α die Größe von 45 Grad hat. Außerdem kann die Tangente T des zweiten Randabschnitts 10 unter einem spitzen Winkel von z. B. 30° bis 60° zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse A definierten Radialebene des Rumpf-Segmentes 2 verlaufen. Auch der Winkel α hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der Seite des dargestellten Rumpfsegments, und zwar in der Höhe der Längsachse A in der Projektion des Rumpfsegments auf die X-Z-Ebene den Betrag 45°. Nach einer Ausführungsform der Erfindung mit ringförmigen Schalenreihen ist der Winkelbereich 30° bis 60° zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse A definierten Radialebene des Rumpf-Segmentes 2 für die lokale Richtung von Rändern und/oder Mittellinien 140M, 240M in einem Seitenabschnitt des Rumpfsegments gegeben, der sich in der Umfangsrichtung U über ein Viertel des gesamten Umfangs des Rumpf-Segmentes 2 erstreckt.
• Somit sind beiden Randabschnitte 6 bzw. 10 – als Projektionen auf eine Ebene betrachtet, in der die Rumpfsegment-Längsachse A liegt – unter einem spitzen Winkel von z. B. 45° zu der sich in Längsrichtung des Rumpf-Segmentes 2 erstreckenden Rumpfsegment-Längsachse A verlaufend angeordnet. Hierdurch wird die Länge der ersten Verbindungslinie 6 und der zweiten Verbindungslinie 10 vergrößert. Dies erlaubt eine Reduzierung der Überlappung der Schalenteilen 4 und/oder einen Verzicht auf Laschen und/oder Kupplungen und/oder Nieten, was das Gewicht des Rumpf-Segmentes nochmals reduziert.
• Es wird zunächst auf 4 Bezug genommen: Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Hinterbaustruktur 26a weist auf einer Schalenteil 6 aufgeschweißte oder aufgeklebte Spante 28a und rechtwinklig dazu angeordnete Stringer 30a auf, die ebenfalls auf die Schalenteil 6 aufgeschweißt oder aufgeklebt sind. Somit verlaufen die Stringer 30a in Richtung der Rumpfsegment-Längsachse A bzw. parallel hierzu, während die Spante 28a rechtwinklig zu der Rumpfsegment-Längsachse A verlaufen. Bei dieser Hinterbaustruktur 26a weisen sowohl die ersten Verbindungslinien 6 als auch die zweiten Verbindungslinien 10 einen spitzen Winkel, d. h. einen Winkel größer Null und ungleich 90° zu den Hauptersteckungsachsen, der Spante 28a und Stringer 30a auf, d. h. in Richtung der Längserstreckungen der Spante 28a und Stringer 30a.
• Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Hinterbaustruktur 26b weist Stringer 30b auf, die in Richtung der Rumpfsegment-Längsachse A verlaufen, also parallel zu dieser verlaufen. Die Spante 28b des zweiten Ausführungsbeispiels der Hinterbaustruktur 26b verlaufen allerdings unter einem Winkel β zu den Stringern 30b und der Rumpfsegment-Längsachse A, der ungleich einem Winkel vom 90° ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verlaufen die Rumpfsegment-Längsachsen der Spante 28b unter einem Winkel β von 45° zur Rumpfsegment-Längsachse A und generell vorzugsweise unter einem Winkel zwischen 30 Grad und 60 Grad. Somit verlaufen die Spante 28b gemäß dem zweiten Ausführungsbespiel parallel zu den zweiten Verbindungslinien 10 (siehe 1 und 2) und bewirken so eine besonders wirkungsvolle Versteifung des Rumpf-Segmentes 2.
• Ein drittes Ausführungsbeispiel einer Hinterbaustruktur 26c hingegen weist Spante 28c und Stringer 30c auf, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Jedoch verläuft die Erstreckungsachse der Spante 28c im vorliegenden Ausführungsbeispiel unter einem Winkel β von 45° zur Rumpfsegment-Längsachse A, während umgekehrt die Erstreckungsachse der Stringer 30c im vorliegenden Ausführungsbeispiel unter dem gleichen Winkel β zur Rumpfsegment-Längsachse A verläuft. Dies erlaubt es, die Spante 28c und Stringer 30c so anzuordnen, dass sie parallel mit den ersten Verbindungslinien 6 und den zweiten Verbindungslinien 10 verlaufen bzw. mit diesen zusammenfallen. Hierdurch wird das Rumpfsegment 2 nochmals versteift.
• Es wird nun unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 7 und 8 ein erstes Ausführungsbeispiel für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Rumpf-Segmentes 2 aus Metall, insbesondere aus Aluminium, erläutert.
• Es werden zuerst auf Schalenteilen 4 Spante 28a, 28b, 28c und Stringer 30a, 30b, 30c gemäß einem der unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 erläuterten Ausführungsbeispiel für eine Hinterbaustruktur 26a, 26b, 26c aufgeschweißt und miteinander verbunden, z. B. ebenfalls durch Schweißen, gegebenenfalls ergänzt durch Clipverbindungen.
• In einem weiteren Schritt werden die Schalenteile 4 entlang der ersten Verbindungslinien 6 oder entlang der zweiten Verbindungslinien 10 miteinander verbunden. Es können dabei in einem ersten Schritt schräg geschnittene Zylinder 8 durch Zusammenfügen der Schalenteilen 4 entlang der ersten Verbindungslinien 6 gebildet werden, die dann durch Zusammenfügen entlang der zweiten Verbindungslinien 10 zum Rumpf-Segment 2 zusammengefügt werden. Alternativ können aber auch mehrere Schalenteilen 4 zuerst entlang ihrer zweiten Verbindungslinien 10 miteinander verbunden, und dann in einem zweiten Schritt die Schalenteile 4 entlang ihrer ersten Verbindungslinien 6 miteinander verbunden werden. Schließlich kann das Verbinden der Schalenteilen 4 entlang ihrer ersten Verbindunglinien 6 und entlang ihrer zweiten Verbindungslinien 10 in beliebiger, d. h. auch gemischter Reihenfolge, erfolgen, z. B. wenn eine der beiden Verbindungslinien 6, 10 helix- bzw. schraubenförmig ausgebildet ist.
• Dabei erlaubt der sukzessive Aufbau des Rumpf-Segmentes 2 durch Hinzufügen einer Schalenteil 4 nach der anderen, einen Toleranzausgleich bei jeder Montage einer weiteren Schalenteil 4 durchzuführen. Es müssen aufgrund der Vielzahl der Schalenteilen 4 und ihrer geringen Abmessungen in Bezug zu den Gesamtabmessungen zum Rumpf-Segment 2 hier nur geringe Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden, was den Aufwand hierfür und damit den Gesamtfertigungsaufwand reduziert.
• Das Verbinden entlang der ersten Verbindungslinien 6 und entlang der zweiten Verbindungslinien 10 der Schalenteilen 4 erfolgt durch Verschweißen. Dieses Verschweißen erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Reibrührschweißen. Es können aber auch andere Reibschweißverfahren Verwendung finden, wie z. B. Rotationsreib-, Ultraschall- oder Orbitalreibschweißen. Dabei werden zum Bilden einer Schweißverbindung 24 entlang der ersten Verbindungslinie 6 zwei Schalenteilen 4 (siehe 7) und zum Bilden einer Schweißverbindung 24 entlang der zweiten Verbindungslinie 10 zweier schräg geschnittener Zylinder 8 entlang ihrer elliptischen Ränder 42 jeweils auf Stoß angeordnet und anschließend verschweißt.
• Da die Schalenteile 4 identisch sind, sind auch die Bahnverlaufe entlang der ersten Verbindungslinien 6 und entlang der zweiten Verbindungslinien 10 identisch, so dass zum wiederholten Verschweißen einer Schalenteil 4 ein Schweißroboter (nicht dargestellt) nur einmal auf das Abfahren dieses Bahnverlaufes programmiert werden muss, was den Fertigungsaufwand deutlich reduziert.
• Nun wird unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 9 und 10 ein zweites Ausführungsbeispiel für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Rumpf-Segmentes 2 aus Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, erläutert.
• Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden zuerst auf Schalenteilen 4 Spante 28a, 28b, 28c und Stringer 30a, 30b, 30c gemäß einem der unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 erläuterten Ausführungsbeispiel für eine Hinterbaustruktur 26a, 26b, 26c aufgeklebt und so miteinander verbunden, gegebenenfalls ergänzt durch Clipverbindungen.
• In einem weiteren Schritt werden die Schalenteile 4 in beliebiger oder in einer vorgegebenen Reihenfolge miteinander verbunden, wie dies schon in Bezug zum vorherigen Ausführungsbeispiel erläutert wurde.
• Das Verbinden der Schalenteilen 6 erfolgt gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel durch Kleben. Hierzu werden die Schalenteile 4 unter Längsstoß, d. h. überlappend angeordnet, um sie entlang ihrer ersten Verbindungslinien 6 mit einer Klebverbindung 22 zu versehen (siehe 9). Die Schalenteile 4 weisen einen Überlappungsbereich 40 auf, in dem zum Rand der Schalenteil 4 hin die Dicke der Schalenteil 4 kontinuierlich abnimmt. Somit verändert sich die Dicke der Schalenteil 4 in Richtung einer Fügebewegung zweier Schalenteilen 4 zueinander. Dies macht ein aufwendiges Schimmen zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen der Schalenteilen 4 überflüssig, d. h. die im Überlappungsbereich 40 abnehmende Dicke der Schalenteil 4 hat die Funktion eines Toleranzausgleichselements.
• Ferner sind die Schalenteile 4 auch mit einem Überlappungsbereich 40 versehen, der das aufwendige Schimmen entlang des zweite Randabschnitts 10 überflüssig macht, nachdem zwischen zwei aus Schalenteilen 4 gebildeten schiefen Zylindern 8 eine Klebverbindung 22 hergestellt wurde.
• Bezugszeichenliste

2

Rumpfsegment

4

Schalenteil

6

erster Randabschnitt oder erste Verbindungslinie

8

schräg geschnittener Zylinder

10

zweiter Randabschnitt oder zweite Verbindungslinie

12

Querschnittsfläche entlang erster Verbindungslinie

14

Querschnittsfläche des Rumpf-Segments

16

Schalenteilfläche

18

Fensterfläche

20

Passagiertür-Fläche

22

Klebverbindung

24

Schweißverbindung

26a, 26b, 26c

Hinterbaustruktur

28a, 28b, 28c

Spante

30a, 30b, 30c

Stringer

32

Fenster-Öffnung

34

Passagiertür-Öffnung

36

Frachtraumtür-Öffnung

38

Frachtraumtür-Öffnungsfläche

40

Überlappungsbereich

42

elliptischer Rand

44

Vereinigungspunkt

100

Flugzeug

102

Cockpitsektion

104

Hecksektion

241, 242, 243, 244

Schalenteil

341, 342, 343, 344

Schalenteil

241c, 241d bzw. 341c, 341d

Schalenteil-Längsränder

241a, 241b bzw. 341a, 341b

Schalenteil-Breitenränder

SL240, SL340

Länge der Schalenteil-Reihen R2, R3 in der Rumpfsegment-Längsachse A gesehen

α

Winkel

β

Winkel

A

Rumpfsegment-Längsachse

140M, 240M

Mittellinien der Schalenteil-Reihen R2, R3

R1, R2, R3

Schalenteil-Reihe

T

Tangente

U

Umfangsrichtung

LR

Längsrichtung einer Schalenteil-Reihe

LS

Längsrichtung eines Schalenteils

BS

Breitenrichtung eines Schalenteils

Claims (14)

1. Rumpfsegment (2), das sich in einer Rumpfsegment-Längsachse (A) erstreckt und in einer um dieser als Koordinatenachse herum verlaufenden Umfangsrichtung (U) geschlossen ist, wobei die Umfangsrichtung (U) in einer Radialebene gelegen ist, auf der die Rumpfsegment-Längsachse (A) senkrecht steht, und das aufweist: • eine Mehrzahl von Schalenteilen (4) zur Bildung einer Außenhaut des Rumpfsegments (2) mit jeweils zwei sich jeweils entlang einer Schalenteil-Längsrichtung (LS) erstreckenden ersten Schalenteil-Rändern (6) und mit jeweils zwei sich jeweils entlang einer sich in Schalenteil-Breitenrichtung (BS) erstreckenden zweiten Schalenteil-Rändern (10), wobei die Schalenteile (4) jeweils entlang wenigstens eines ersten Schalenteil-Rands (6) mit wenigstens einem benachbarten Schalenteil (4) und jeweils entlang wenigstens eines zweiten Schalenteil-Rands (10) mit wenigstens einem benachbarten Schalenteil (4) verbunden sind, • eine Tragstruktur, an der jedes der Schalenteile (4) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Schalenteilen (4) derart angeordnet sind, dass wenigstens abschnittsweise die lokale Richtung der ersten Schalenteil-Ränder (6), an denen jeweils zwei Schalenteile (4) miteinander verbunden sind, und/oder die lokale Richtung der zweiten Schalenteil-Ränder (10), an denen jeweils zwei Schalenteile (4) miteinander verbunden sind, in einem spitzen Winkel (α) zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse (A) definierten Radialebene und insbesondere in einem Winkel (α) von 30° bis 60° zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse (A) definierten Radialebene verlaufen.
2. Rumpfsegment (2) nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rumpfsegment (2) aufweist: wenigstens eine Schalenteil-Reihe (R1, R2, R3), die jeweils zur Bildung der Außenhaut des Rumpfsegments (2) aus in einer Schalenteilreihen-Längsrichtung (LR) der jeweiligen Schalenteil-Reihe (R1, R2, R3) gesehen hintereinander angeordneten Schalenteilen (4) jeweils mit entlang der Schalenteil-Längsrichtung (LR) verlaufenden Schalenteil-Längsrändern (241c, 241d; 341c, 341d) und quer zu diesen verlaufenden Schalenteil-Breitenrändern (241a, 241b; 341a, 341b) gebildet sind, wobei jeweils zwei Schalenteile (4) miteinander an ihren Schalenteil-Breitenrändern miteinander verbunden sind.
3. Rumpfsegment (2) nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass von der Mehrzahl von Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) wenigstens zwei Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) an durch die Schalenteil-Längsränder (241c, 241d; 341c, 341d) der Schalenteile (4) der jeweiligen Schalenteil-Reihe (R1, R2, R3) gebildeten Schalenteilreihen-Längsrändern (240-1, 240-2; 340-1, 340-2) wenigstens abschnittsweise miteinander verbunden sind, wobei sich die Schalenteil-Längsrichtung (LR) als Mittellinie in Bezug auf die Schalenteil-Längsränder (240-1, 240-2; 340-1, 430-2) einer jeweiligen Schalenteil-Reihe (R1, R2, R3) ergibt, und wobei die lokale Richtung der jeweiligen Mittellinie der Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) unter einem Winkel (a) von mehr als 10 Grad und insbesondere unter einem Winkel (α) zwischen 30° bis 60 Grad jeweils zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse (A) definierten Radialebene verläuft.
4. Rumpfsegment (2) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalenteil-Längsränder (241c, 241d; 341c, 341d) der nominalen auf die Ebene abgewickelten Fläche einer Mehrzahl der Schalenteile (4) wenigstens über 80% der Länge der jeweiligen Schalenteil-Längsränder (241c, 241d; 341c, 341d) parallel zueinander verlaufen.
5. Rumpfsegment (2) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) der Mehrzahl von Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) der Form nach jeweils einen geschlossenen Ring bilden.
6. Rumpfsegment (2) nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rumpfsegment aus mehreren in der Rumpfsegment-Längsachse (A) hintereinander angeordneten ringförmigen Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) gebildet ist, deren Längsränder oder Breitenränder oder deren Mittellinien oder Abschnitte derselben Querschnittsebenen bilden, deren Winkel zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse (A) definierten Radialebene entlang der Rumpfsegment-Längsachse (A) und mit deren größer werdenden Längenkoordinate von Schalenteil-Reihe (R1, R2, R3) zu Schalenteil-Reihe zunimmt oder abnimmt.
7. Rumpfsegment (2) nach dem Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rumpfsegment aus mehreren in der Rumpfsegment-Längsachse (A) hintereinander angeordneten ringförmigen Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) gebildet ist, deren Längsränder oder Breitenränder oder deren Mittellinien oder Abschnitte derselben Querschnittsebenen bilden, deren Winkel zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse (A) definierten Radialebene entlang der Rumpfsegment-Längsachse (A) und mit deren größer werdenden Langenkoordinate von Schalenteil-Reihe (R1, R2, R3) zu Schalenteil-Reihe bis zu einem mittleren Bereich des Rumpfsegments, der insbesondere der Flügelanschlussbereich ist, zunimmt, und deren Winkel zu der durch die Rumpfsegment-Längsachse (A) definierten Radialebene entlang der Rumpfsegment-Längsachse (A) und mit deren größer werdenden Längenkoordinate von Schalenteil-Reihe (R1, R2, R3) zu Schalenteil-Reihe hinter dem mittleren Bereich des Rumpfsegments abnimmt.
8. Rumpfsegment (2) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) der Mehrzahl von Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) an in Schalenteil-Längsrichtung (LR) gesehen hintereinander angeordnet sind, wobei aus Schalenteil-Breitenrändern (241a, 241b; 341a, 341b) gebildeten Enden von jeweils zwei hintereinander angeordneten Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) diese miteinander verbunden sind, so dass die mehreren Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) der Form nach insgesamt in der Umfangsrichtung (U) und entlang der Rumpfsegment-Längsachse (A) gesehen schraubenförmig verlaufen.
9. Rumpfsegment (2) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrere Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) der Mehrzahl von Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) mittels einer Stoßverbindung insbesondere durch Schweißen miteinander verbunden sind.
10. Rumpfsegment (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Schalenteil-Längsrändern (241c, 241d; 341c, 341d) und/oder Schalenteil-Breitenrändern (241a, 241b 341a, 341b) jeweils verschiedener miteinander verbundener Schalenteile (4) derart ausgestaltet ist, dass die miteinander verbundenen jeweiligen Schalenteile (4) mit an den jeweiligen Schalenteil-Längsrändern (241c, 241d; 341c, 341d) und/oder Schalenteil-Breitenrändern (241a, 241b; 341a, 341b) erstreckende Randabschnitte einander überlappend angeordnet und die jeweils übereinander gelegenen Randabschnitte miteinander verklebt sind.
11. Rumpfsegment (2) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schalenteil (4) wenigstens eine Öffnung in Form einer Fensteröffnung (18) zum Einsetzen eines Fensterglases (32) und/oder einer Passagiertüröffnung (34) zum Einsetzen einer Passagiertür und/oder einer Frachttüröffnung (38) zum Einsetzen einer Frachttür (36) aufweist, wobei der jeweils umlaufende Öffnungsrand innerhalb der flächigen Erstreckung des jeweiligen Schalenteils (6) gelegen ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Rumpfsegments (2) mit an einer Tragstruktur (26a, 26b, 26c) befestigten und eine Außenhaut des Rumpfsegments (2) bildenden Schalenteilen (4), das sich in einer Rumpfsegment-Längsachse (A) erstreckt und in einer um dieser herum verlaufenden Umfangsrichtung (U) geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer Mehrzahl von Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) an der Tragstruktur (26a, 26b, 26c) ein Anordnen und Befestigen von Schalenteilen (4) an der Tragstruktur (26a, 26b, 26c) derart erfolgt, dass wenigstens die Richtung einer Tangente (T) an erste Schalenteil-Ränder (6), an denen jeweils zwei Schalenteile (4) miteinander verbunden sind, und/oder an zweite Schalenteil-Ränder (10), an denen jeweils zwei Schalenteile (4) miteinander verbunden sind, in einem spitzen Winkel (α) zu der Rumpfsegment-Längsachse (A) und insbesondere in einem Winkel (α) von 30° bis 60° zu der Rumpfsegment-Längsachse (A) verlaufen.
13. Verfahren zur Herstellung eines Rumpfsegments (2) nach dem Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer Mehrzahl von Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) an der Tragstruktur (26a, 26b, 26c) ein Anordnen und Befestigen von Schalenteilen (4) an der Tragstruktur (26a, 26b, 26c) derart erfolgt, dass die lokale Richtung der Mittellinie der dabei jeweils entstehenden Schalenteil-Reihen (R1, R2, R3) in einem Winkel (α) von weniger als 90 Grad und insbesondere unter einem spitzen Winkel (α) zu der Rumpfsegment-Längsachse (A) desselben verläuft.
14. Verfahren zur Herstellung eines Rumpfsegments (2) nach dem Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalenteile (4) derart an der Tragstruktur (26a, 26b, 26c) angeordnet und befestigt werden, dass nacheinander jeweils eine Schalenteil-Reihe (R1, R2, R3) in der Rumpfsegment-Längsachse (A) hinter jeweils einer anderen Schalenteil-Reihe (R1, R2, R3) angeordnet wird.

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