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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein lasttragendes Verkleidungselement für eine Klappenverstellmechanik eines Flugzeugs sowie ein Flugzeug mit mindestens einer verstellbaren Klappe, einer damit gekoppelten Klappenverstellmechanik und einem lasttragenden Verkleidungselement.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Zur Flugsteuerung weisen Flugzeuge üblicherweise verstellbare Klappen auf, die über Aktuatoren rotatorisch und/oder translatorisch bewegt werden. Insbesondere Hochauftriebsklappen führen hierbei eine starke translatorische und gleichzeitig rotatorische Bewegung relativ zum Flügel aus. Die zu diesem Zweck eingesetzte Verstellmechanik wird häufig von einer zentralen Antriebseinheit im Bereich einer Flügelwurzel angetrieben, die über ein Wellengetriebe mit der Verstellmechanik gekoppelt ist. In der Verstellmechanik werden oftmals Spindelgetriebe eingesetzt, bei denen eine drehbar gelagerte Spindel angetrieben mit einer Spindelmutter im Eingriff ist und diese entlang der Spindellängsachse verschiebt. Die Verstellmechanik ragt aufgrund ihrer Größe oftmals über eine Unterseite des Flügels hinaus, an dem die verstellbare Klappe angeordnet ist und wird durch ein Verkleidungselement aerodynamisch verkleidet.
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Ein derartiges Verkleidungselement ist beispielsweise aus
DE 10 2007 048 449 A1 bekannt, welches eine lasttragende Struktur mit einer Vielzahl von separat gefertigten Versteifungselementen besitzt, welche eine lasttragende Funktion für die Verstellmechanik erfüllen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Integration einer Vielzahl von Versteifungselementen in ein Verkleidungselement sowie das Einbringen von mechanischen Komponenten für die Verstellmechanik resultiert in einer kostenintensiven und langwierigen Fertigung. Einzelne Versteifungselemente müssen separat hergestellt werden und mit einem schalenartigen, aerodynamisch geformten Element einzeln verbunden werden, um so ein lasttragendes Verkleidungselement zu erstellen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verkleidungselement vorzuschlagen, welches besonders wirtschaftlich herstellbar ist, ohne auf die positiven aerodynamischen Eigenschaften, ein geringes Gewicht oder die lasttragende Funktion verzichten zu müssen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verkleidungselement mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Es wird ein lasttragendes Verkleidungselement für eine Klappenverstellmechanik eines Flugzeugs vorgeschlagen. Das Verkleidungselement weist ein schalenförmiges Verkleidungsgehäuse mit einem zumindest bereichsweise U-förmigen Profil mit einer offenen Seite, einer geschlossenen Seite und einer Haupterstreckungsrichtung auf, mindestens eine erste Abdeckplatte, die entlang der Haupterstreckungsrichtung einen Teil der offenen Seite abdeckt und ein lasttragendes Brückenelement, wobei das Brückenelement in einem zweiten Abschnitt der Haupterstreckungsrichtung in dem Verkleidungsgehäuse angeordnet ist, sich mit einer Basisfläche bündig an eine Innenfläche des Verkleidungsgehäuses anschmiegt und sich zu der offenen Seite hin erstreckt, und eine im Wesentlichen ebene Abdeckfläche, die die Basisfläche an der offenen Seite zum Herstellen einer um die Haupterstreckungsrichtung umlaufenden, geschlossenen Profilkontur abdeckt, aufweist. Das Brückenelement weist Mittel zum Lagern einer Wellenzuführung eines zentralen Klappenantriebs und Mittel zum Lagern einer mit der Wellenzuführung koppelbaren Verstellmechanik auf.
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Das schalenförmige Verkleidungsgehäuse stellt die äußere Form bereit, die insbesondere die aerodynamischen Eigenschaften der Verkleidung bestimmt. Das Verkleidungsgehäuse wird in seiner Ausdehnung durch die Größe der Verstellmechanik bestimmt und kann im Sinne der Erfindung ein für sich geschlossenes Gehäuse oder ein Teil eines größeren Gehäuses sein. Insbesondere kann ein weiteres Gehäuseteil an der zu bewegenden Hochauftriebsklappe angeordnet sein, welche eine translatorische und/oder rotatorische Bewegung durchführt. Um diese nicht zu behindern, ist das Verkleidungsgehäuse mit einem anderen Verkleidungsgehäuse schwenkbar gekoppelt, um diese Schwenkbewegung der Verstellmechanik nicht zu behindern. Zur möglichst freien, flexiblen Formgebung bietet es sich an, das Verkleidungsgehäuse insbesondere aus einem Faserverbundwerkstoff herzustellen.
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Das Profil des Verkleidungsgehäuses weist zumindest bereichsweise eine U-Form auf, wobei die Schenkel des U-Profils die Seitenwände bilden und der zwischen den Schenkeln verlaufende Bogen einen aerodynamisch vorteilhaften Übergang zwischen den Seitenwänden herstellt. Tatsächlich ist der Begriff des U-Profils nicht so eng zu interpretieren, dass dieses Profil nur zwei exakt parallel zueinander verlaufende Schenkel aufweist. Das U-Profil soll vielmehr als abgerundetes, bevorzugt symmetrisches und geometrisch insbesondere einfaches Profil aufgefasst werden, das auf einer Seite durch eine Art Bogen geschlossen ist und auf der anderen Seite geöffnet, so dass hierdurch ein einseitig geöffnetes und insgesamt schalenförmiges Verkleidungsgehäuse realisiert wird.
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Die Haupterstreckungsrichtung des Verkleidungselements könnte, da derartige Verkleidungselemente üblicherweise eine längliche Struktur aufweisen, eine Längsachse des Verkleidungselements sein. Gedanklich kann das Verkleidungsgehäuse in mehrere Abschnitte unterteilt werden, die sich entlang einer Haupterstreckungsrichtung aneinander reihen. Die Haupterstreckungsachse kann insbesondere eine Längsachse sein, da das Verkleidungsgehäuse üblicherweise eine längliche Form aufweist und parallel zu der erwarteten Strömungsrichtung ausgerichtet ist.
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Die erste Abdeckplatte dient als Schubblech und trägt zur Schaffung einer ausreichenden Steifigkeit des Verkleidungsgehäuses bei, insbesondere für Torsions- und Biegebeanspruchungen. Es ist daher erforderlich, dass eine feste randseitige Verbindung zwischen der ersten Abdeckplatte und des Verkleidungsgehäuses vorliegt. Dafür würden sich bandartige und senkrecht zu der ersten Abdeckplatte verlaufende Flansche anbieten, die ein Kleben oder Vernieten der ersten Abdeckplatte an dem Verkleidungsgehäuse unter Ausnutzung eines ausreichenden Flächenkontakts erlauben.
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Das Brückenelement wirkt für das lasttragende Verkleidungselement als multifunktionales Verbindungsglied zwischen einem Flügel, einer Wellenzuführung und einer Verstellmechanik für eine Klappe und ist als eine kompakte Einheit in das Verkleidungselement integriert. Durch die Erfüllung mehrerer Aufgaben kann das Brückenelement als ein zentrales Lasteinleitungselement für die Verstellmechanik fungieren. Das Brückenelement kann separat hinsichtlich der Materialeigenschaften zur Aufnahme der in der Interaktion zwischen der angesteuerten Klappe, dem Flügel und dem Verkleidungselement entstehenden Lasten angepasst sein und diese insbesondere durch eine Grenzfläche zwischen der Basisfläche des Brückenelements und der Innenfläche des Verkleidungsgehäuses in das Verkleidungsgehäuse einleiten. Die umlaufende, geschlossene Profilkontur unterstützt die dem Brückenelement innewohnende Festigkeit und erlaubt über die ebene Abdeckfläche zudem eine einfache Befestigung an einem Flügel. Dies muss jedoch nicht die einzige Befestigung sein, zusätzlich können weitere Bereiche des Verkleidungselements mit dem Flügel verbunden werden.
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Ein Kern der Erfindung liegt somit in der Trennung der Funktionen zur strukturellen Versteifung eines Verkleidungsgehäuses und von Funktionen, die eine Lasteinleitung oder eine Lastaufnahme in Verbindung mit dem Verstellmechanismus der zugehörigen Klappe betreffen. Während folglich das in das strukturversteifte Verkleidungsgehäuse integrierte Brückenelement ideal an die Lasteinleitung anpassbar ist, ist das Verkleidungsgehäuse an sich von dieser Aufgabe unabhängig und kann folglich auch unabhängig hiervon in einem deutlich einfacheren Fertigungsprozess hergestellt werden. Insbesondere erlaubt dies eine Fertigung durch ein angepasstes Material, beispielsweise ein Faserverbundwerkstoff, in einem vergleichsweise einfachen Arbeitsgang.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Verkleidungsgehäuse aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt und weist mindestens ein integrales Versteifungsbauteil auf. Ein Faserverbundwerkstoff lässt eine besonders flexible Formgebung zu, wobei während des Herstellprozesses bereits sämtliche für die Steifigkeit des Verkleidungsgehäuses notwendigen Versteifungsbauteile direkt integriert werden können. Das separate Einbringen insbesondere metallischer, blechartiger Bauteile ist dadurch vermeidbar. Ein Versteifungsbauteil kann beispielsweise eine Rippe, ein Spant, ein Längsversteifungselement (Stringer) oder eine Kombination hieraus sein. Selbstverständlich kann ein Versteifungsbauteil in einem Bereich mit einer relativ niedrigen erwarteten mechanischen Spannung auch eine Ausnehmung aufweisen, um Gewicht einzusparen.
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Bevorzugt weist das Verkleidungsgehäuse ferner mindestens ein Anschlussmittel auf, das dazu eingerichtet ist, eine mechanische Verbindung mit einem Flügel herzustellen. Ein Anschlussmittel kann in Form eines separat vorgesehenen Bauteils bereitgestellt werden, welches einen Flansch oder eine Öffnung aufweist, so dass über mechanische Verbindungselemente, Klebstoff oder dergleichen eine mechanische Verbindung mit einem Flügel herstellbar ist. Das Anschlussmittel sollte dabei von der geöffneten Seite des Verkleidungsgehäuses aus erreichbar sein. Das Anschlussmittel kann jedoch auch in ein bereits vorgesehenes Versteifungsbauteil integriert werden oder als separate Komponente in das Verkleidungsgehäuse integriert sein.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Verkleidungsgehäuse in einem der Vorderkante des Verkleidungselements nahen Bereich eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Rippen auf, die quer zur Haupterstreckungsrichtung angeordnet sind. Als Rippen werden flache Komponenten bezeichnet, die sich von der geschlossenen Seite des Verkleidungsgehäuses zumindest teilweise zu der offenen Seite hin erstrecken und eine durchgehende oder mit einer Öffnung versehene Oberfläche aufweisen, so dass eine Versteifung dieses Bereichs erfolgt. Bei der Fertigung des Verkleidungselements könnten die Rippen in Form von vorkompaktierten oder vorgehärteten Verbundstrukturen erstellt und beim Aushärten des Verkleidungsgehäuses mit diesem zusammen ausgehärtet werden. Vor dem Aushärten könnten Übergänge zwischen der Innenfläche des Verkleidungsgehäuses und den darauf befindlichen, vorgehärteten oder vorkompaktierten Verbundstrukturen mittels Bahnen aus einem in Harz getränktem Fasergewebe ausgekleidet werden. Durch die Integration der Rippen in einem Arbeitsgang mit der Herstellung des Verkleidungsgehäuses kann ein integrales Bauteil mit einem besonders geringen Gewicht und einer besonders belastungsgerechten Steifigkeit hergestellt werden.
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Das vorstehend genannte Anschlussmittel kann beispielsweise in eine oder mehrere dieser Rippen integriert werden, um Verbindung zwischen einem Flügel und einem zu der geöffneten Seite des Verkleidungsgehäuses gewandten Ende einer Rippe herzustellen. Die Rippe, in der ein Anschlussmittel integriert ist, kann eine von den anderen Rippen abweichende Dimension aufweisen und sich beispielsweise weiter zu der geöffneten Seite des Verkleidungsgehäuses hin erstrecken, als die dazu benachbarten Rippen. Andererseits können auch mehrere oder sämtliche der Rippen dieses Anschlussmittel aufweisen. Dies erlaubt neben der Befestigung an der Abdeckfläche des Brückenelements eine zusätzliche Sicherung der Vorderkante des Verkleidungselements an dem Flügel.
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Das Verkleidungsgehäuse weist auf seiner Innenfläche bevorzugt einen Lasteinleitungsbereich auf, in dem das Brückenelement stoffschlüssig mit dem Verkleidungsgehäuse verbunden ist. Hierzu kann neben der Anpassung der Basisfläche des Brückenelements und der Innenfläche des Verkleidungsgehäuses aneinander das Einbringen eines Klebstoffs oder Harzes erfolgen, so dass nach entsprechender Aushärtung eine feste Verbindung zwischen dem Verkleidungsgehäuse und dem Brückenelement vorliegt. Das Brückenelement kann beim Aushärten des Verkleidungsgehäuses darin positioniert werden und durch Aushärten des Harzes aus dem Faserverbundwerkstoff mit dem Verkleidungsgehäuse beim Aushärten verbunden werden. Dadurch kann insbesondere das nachträgliche Bearbeiten der Grenzfläche zwischen Brückenelement und dem Verkleidungsgehäuse entfallen.
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Der Lasteinleitungsbereich kann in mindestens einer Richtung entlang der Haupterstreckungsrichtung durch mindestens einen flächigen Flansch begrenzt werden. Dieser könnte in Form einer Rippe oder eines Spants realisiert sein, der neben der umfangsseitigen Versteifung auch eine Möglichkeit zur Befestigung des Brückenelements bietet.
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Sollte eine Befestigung des Brückenelements nach Aushärtung des Verkleidungsgehäuses erfolgen, können die Oberfläche des Lasteinleitungsbereichs sowie die Basisfläche durch Schleifverfahren oder andere, materialabtragende Verfahren mit einer gewünschten Oberflächenrauheit und/oder einer gewünschten Passung ausgestattet werden, so dass das Brückenelement sicher mit dem Verkleidungsgehäuse verbindbar ist.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Brückenelement mindestens einen Verbindungsbereich aufweisen, der mit einem Verbindungsbereich des Verkleidungsgehäuses korrespondiert, wobei die Verbindungsbereiche derart angepasst sind, dass form- oder kraftschlüssige Verbindungselemente zu deren Verbindung einsetzbar sind. Das Brückenelement kann folglich durch Schraub- oder Nietverbindungen mit dem Verkleidungsgehäuse verbunden werden. Die Verbindungsbereiche können insbesondere bandartige Flächenbereiche oder Flansche umfassen, die bevorzugt um die Erstreckungsrichtung umlaufen und/oder entlang der Erstreckungsrichtung verlaufen, so dass beispielsweise Niete oder Schrauben in dedizierten, einander überlappenden Verbindungsbereichen einsetzbar sind.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Brückenelement aus einem metallischen Material gefertigt. Dies kann insbesondere eine Aluminiumlegierung, Magnesiumlegierung oder Titan beinhalten, welches insbesondere belastungsgerecht gestaltet ist, so dass eine ausreichende Festigkeit, jedoch ein geringstmögliches Gewicht resultiert. Der Aufbau des Brückenelements kann hierbei durch separate Fertigung einzelner Komponenten und deren Zusammenfügen durch gängige Fügeverfahren beinhalten. Allerdings wäre auch denkbar, in einem schichtweisen Aufbauverfahren komplexere und gewichtsoptimierte Strukturen herzustellen, die ein Brückenelement ausbilden. Die spanende Bearbeitung eines Vollmetallblocks und das Gießen des Brückenelements wären weitere denkbare Varianten.
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Besonders vorteilhaft weist das Verkleidungselement eine zweite Abdeckplatte auf, die entlang der Haupterstreckungsrichtung an einem der ersten Abdeckplatte entgegengesetzten Ende des Brückenelements angeordnet ist. Die zweite Abdeckplatte fungiert ebenfalls als Schubblech und trägt zur Steifigkeit des damit abgedeckten Bereichs des Verkleidungsgehäuses bei.
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Jede der genannten Abdeckplatten kann ebenfalls aus einem metallischen Material bestehen, welches durch Nieten, Kleben oder gemeinsames Aushärten in das Verkleidungsgehäuse integriert sein kann. Selbstverständlich wäre auch denkbar, die Abdeckplatten aus einem Faserverbundmaterial herzustellen, sowohl als integrale Komponenten, als auch als separat gefertigte und befestigbare Komponenten.
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Es ist vorteilhaft, mindestens eine Zugangsöffnung in das Verkleidungsgehäuse zu integrieren, die derart dimensioniert ist, dass eine menschliche Hand durch die Zugangsöffnung in das Innere des Verkleidungsgehäuses gelangt, um an die in dem Verkleidungsgehäuse befindlichen Komponenten zu gelangen. Einer Person wird somit ohne weiteres ermöglicht, das Innere des Verkleidungselements zu inspizieren, Wartungen durchzuführen oder die Montage von Komponenten zu unterstützen. Zur Wahrung der aerodynamisch günstigen Eigenschaften sollte die mindestens eine Zugangsöffnung durch einen Deckel verschließbar ausgeführt sein, wobei der Deckel aufgrund der zu erwartenden Strömungsgeschwindigkeiten bevorzugt mit dem Verkleidungsgehäuse verschraubt wird.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform fluchtet mindestens eine der mindestens einen Zugangsöffnung in dem Verkleidungsgehäuse mit einer Zugangsöffnung in dem Brückenelement. Damit ist möglich, von außen an Komponenten zu gelangen, die in dem Brückenelement angeordnet sind, wie etwa Teile einer Klappenverstellmechanik. Das Brückenelement kann folglich eine Gestalt aufweisen, die nachträglich nicht wieder zerlegt werden kann oder muss. Zudem kann das Brückenelement damit auch als integrale Versteifung des Verkleidungsgehäuses in dem Bereich um die Zugangslöcher fungieren.
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Besonders bevorzugt weist das Verkleidungselement auf zwei Seitenflächen jeweils mindestens eine Zugangsöffnung auf, wobei diese Zugangsöffnungen symmetrisch bzw. miteinander korrespondierend angeordnet sein können. Insbesondere für Montage und Wartung wird ein beidseitiger Zugriff erlaubt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist mindestens eine der mindestens einen Zugangsöffnung randseitig eine ringförmige Aufdickung auf. Diese dient als mechanische Verstärkung, um Spannungsspitzen im Randbereich zu verhindern, die zu einer Beschädigung des Verkleidungsgehäuses bei dessen mechanischer Beanspruchung führen könnten.
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Weiter vorteilhaft umfasst das Brückenelement eine ringförmige Aufdickung in einem Bereich, in dem mindestens eine der mindestens Zugangsöffnung des Verkleidungsgehäuses liegt, um als zusätzliche Verstärkung in das Brückenelement integriert zu sein. Das Anfertigen eines zusätzlichen, eventuell mehrschichtigen Laminataufbaus an dem Verkleidungsgehäuse ist dadurch unnötig, ohne jedoch die mechanische Integrität des Verkleidungsgehäuses zu gefährden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Flugzeug, aufweisend einen Flügel und mindestens eine dazu bewegbar angeordnete Klappe, ferner aufweisend mindestens eine Verstellmechanik, die in einem oben genannten Verkleidungselement angeordnet ist, das an dem Flügel befestigt ist.
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Die Fertigung des Verkleidungselements kann durch ein besonderes Herstellverfahren gewährleistet werden, welches im Folgenden kurz ausgeführt wird.
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Das Verfahren zum Herstellen eines Verkleidungselements kann auf unterschiedliche Arten erfolgen. Diese unterscheiden sich insbesondere durch ein gewähltes Konzept des Aushärtens, Vorhärtens oder Vorkompaktierens eines oder mehrerer Teilbereiche des Verkleidungsgehäuses oder des Verkleidungselements voneinander. Es wird ein grundlegendes Verfahren vorgeschlagen, das die Schritte des Bereitstellens eines schalenförmigen Verkleidungsgehäuses, mindestens einer ersten Abdeckplatte und eines Brückenelements und das Zusammenführen und Verbinden dieser Komponenten umfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Bereitstellen des Verkleidungsgehäuses das Auflegen eines Rohbauteils eines Harz enthaltenden Fasermaterials in eine Form, das Vorhärten oder Vorkompaktieren und das Einbringen mindestens eines Versteifungsbauteils. Das Einbringen des Versteifungsbauteils kann das Formen des mindestens einen Versteifungsbauteils in dem Rohbauteil ebenso umfassen wie das Einbringen eines vorgehärteten oder vorkompaktierten Versteifungsbauteils. Das Zusammenfügen des Verkleidungsgehäuses, der mindestens einen ersten Abdeckplatte und des Brückenelements kann das Ein- oder Auflegen dieser Komponenten in das vorgehärtete oder vorkompaktierte Verkleidungsgehäuse sowie das anschließende Aushärten mit einem zwischen den Komponenten befindlichen Klebstoff oder Harz umfassen. Alternativ dazu kann das Verkleidungsgehäuse auch vollständig ausgehärtet sein und die mindestens eine erste Abdeckplatte und das Brückenelement können anschließend eingesetzt und festgeklebt, kraft-, form- oder stoffschlüssig verbunden werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
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1a und 1b zeigen ein Verkleidungselement in einer Seitenansicht und einer isometrischen Ansicht.
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2 zeigt das Verkleidungselement von einem abweichenden Blickwinkel in einer teiltransparenten Darstellung.
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3 offenbart das Brückenelement in einer schrägen Frontansicht mit darin installierten Komponenten einer Klappenverstellmechanik.
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DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In den 1a und 1b werden ein Verkleidungselement 2 für eine Klappenverstellmechanik (nicht dargestellt) eines Flugzeugs gezeigt. Es besteht aus einem schalenförmigen Verkleidungsgehäuse 4, welches über einen wesentlichen Teil entlang einer Haupterstreckungsrichtung (x) ein U-förmiges Profil aufweist, das in der Zeichnungsebene nach unten geschlossen und nach oben geöffnet ist. Das Verkleidungsgehäuse 4 ist besonders bevorzugt aus einem Faserverbundwerkstoff, beispielsweise CFK, gefertigt. Dadurch kann ein aerodynamisch sehr günstiges Profil realisiert werden, ohne dass der Herstellaufwand übermäßig groß oder kostenintensiv ist.
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Das Verkleidungselement 2, welches eine Verstellmechanik und eine damit angetriebene Klappe trägt, ist über einen vorderen Abschnitt 3 an einer Unterseite eines Flügels befestigbar. Dieser vordere Abschnitt wird über einen Knick 7 von einem hinteren Abschnitt 5 getrennt, auf dem die angetriebene Klappe aufliegen kann.
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Zur Versteifung des Verkleidungsgehäuses 4 werden eine Reihe von zusätzlichen Komponenten in das Verkleidungsgehäuse 4 integriert, beispielsweise die etwa halbmondförmig dargestellten Rippen 6 in einem einer Vorderkante 11 des Verkleidungselements 2 nahen Bereich, welche mit Hilfe von zu der offenen Seite zeigenden Bohrungen 7 eine redundante, sichere mechanische Verbindung mit einem Hauptflügel eingehen können. Weiter beispielhaft werden ein vorderer Spant 8 und ein hinterer Spant 10 dargestellt, an den sich eine Öffnung 12 für eine gelenkige Verbindung mit einem weiteren Verkleidungselement anschließt.
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Sämtliche dieser zusätzlichen Elemente werden bevorzugt aus dem gleichen Material hergestellt, wie das Verkleidungsgehäuse 4 selbst. Hierbei bietet es sich besonders an, das Verkleidungsgehäuse 4 mit den darin integrierten Versteifungselementen 6, 8 und 10 derart herzustellen, das sämtliche Komponenten zusammen aushärten und somit ein integrales Bauteil bilden. Beispielsweise können die einzelnen Rippen 6 aus einem harzgetränkten Fasergewebe hergestellt, vorgehärtet oder vorkompaktiert werden, um anschließend in eine vorkompaktierte Verbundstruktur eingesetzt zu werden, die anschließend das Verkleidungsgehäuse 4 bildet. Gleiches gilt für die Spante 8 und 10.
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Zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit, insbesondere der Torsionssteifigkeit um die Haupterstreckungsrichtung (x), werden eine erste Abdeckplatte 14 und eine zweite Abdeckplatte 16 an der offenen Seite des Verkleidungsgehäuses 4 als Schubbleche eingesetzt und dort befestigt. Das Befestigen kann ebenfalls durch das gemeinsame Aushärten geschehen, falls die Abdeckplatten 14 und 16 ebenfalls aus einem Faserverbundwerkstoff ausgeführt sind. Sollten diese Elemente jedoch aus einem metallischen Material hergestellt sein, könnten sie nachträglich eingeklebt, geschraubt oder angenietet werden oder beim Härtungsprozess so angeordnet werden, dass beim Aushärten des Verkleidungsgehäuses 4 eine Haftung mit den Abdeckplatten 14 und 16 durchgeführt wird.
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Insbesondere bei der Fertigung aus einem metallischen Material kann die versteifende Funktion der Abdeckplatten 14 und 16 auch bei großzügigen Öffnungen 18, 20 und 22 erreicht werden. Diese erlauben eine vereinfachte Montage und Wartung der Komponenten, die in das Verkleidungselement 2 zu integrieren sind.
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Ein zentrales Bauteil stellt das sogenannte Brückenelement 24 dar, welches beispielhaft ungefähr mittig in dem Verkleidungselement 2 angeordnet ist, zu dem die Abdeckplatten 14 und 16 benachbart sind. Das Brückenelement 24 weist eine Form auf, die an die Form des Verkleidungsgehäuses 4 angepasst ist. Dies bedeutet, dass es eine U-förmige Basisfläche 26 besitzt, die auf einer Innenfläche 28 des Verkleidungsgehäuses 4 aufliegt. Das Brückenelement 24 erstreckt sich bis zu der offenen Seite des Verkleidungsgehäuses 4 und weist dort eine ebene Abdeckfläche 30 auf, die das Brückenelement 24 schließt. Das Brückenelement 24 weist somit um die Haupterstreckungsrichtung (x) herum ein umlaufendes, geschlossenes Profil auf.
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Das Brückenelement 24 kann einen Verbindungsbereich 25 aufweisen, der mit einem Verbindungsbereich 27 in dem Verkleidungsgehäuse 4 korrespondiert. Lediglich beispielhaft wird ein Randbereich an der geöffneten Seite des Verkleidungsgehäuses 4 sowie eines damit korrespondierenden Bereichs als Verbindungsbereiche 25 und 27 dargestellt. Es sei jedoch angemerkt, dass insbesondere bei Verbindungen mit mechanischen Verbindungsmitteln, etwa Nieten, eine oder mehrere um die Erstreckungsrichtung (x) herum verlaufende Bahnen an dem Verkleidungsgehäuse 4 sowie an dem Brückenelement 24 als weitere Verbindungsbereiche 25, 27 verwendet werden können.
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Das Brückenelement 24 ist bevorzugt aus einem metallischen Material gefertigt und kann beispielsweise aus einem Aluminiumblock aus dem Vollen gefräst werden, alternativ dazu auch komponentenweise hergestellt und durch Schweiß- oder Nietverbindungen zu einem Brückenelement 24 verbunden werden. Alternativ dazu wäre auch ein schichtweises Aufbauen eines komplexer geformten Brückenelements 24 möglich, beispielsweise durch ein ALM- bzw. SLM-Verfahren, bei dem ein Metallpulver schichtweise gelegt und ausgehärtet wird und anschließend das resultierende Bauteil beispielsweise durch ein Wärmebehandlungsverfahren bearbeitet wird.
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Ziel ist, mit dem Brückenelement 24 eine Art mechanische Schnittstelle zwischen dem Verkleidungsgehäuse 4, einem Flügel und der Verstellmechanik bereitzustellen zu können. An dem Brückenelement 24 kann eine Verstellmechanik gelagert werden, wobei an dessen Abdeckplatte 30 zudem die Befestigung des Verkleidungselements 2 an einem Flügel erfolgt.
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Beispielhaft kann in dem Brückenelement 24 ein Umlenkgetriebe gelagert werden, welches über eine Wellenzuführung 32 mit einer Welle einer zentralen Antriebseinheit (Power Control Unit, „PCU“) koppelbar ist. Das Umlenkgetriebe kann eine in den 1a und 1b nicht gezeigte Spindel antreiben, welche mit einer Spindelmutter im Eingriff steht, um eine bestimmte Bewegung zu vollziehen.
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Für die Wartung, den Austausch von Komponenten sowie deren Montage sind in dem Verkleidungsgehäuse 4 mehrere Öffnungen 34 und 36 angeordnet, die solche Abmessungen aufweisen, dass eine menschliche Hand sowie die zu wartenden Komponenten hierdurch geführt werden können. Beispielsweise weist die hintere Öffnung 34 einen Durchmesser von mehr als 10 cm, insbesondere 13 bis 16 cm oder mehr, auf. Gleiches gilt für die mittlere Öffnung 36, welche überdies mit einer Öffnung in der Basisfläche 26 des Brückenelements 24 fluchtet. Zum Schließen der Öffnungen 34, 36 werden insbesondere verschraubbare Abdeckungen eingesetzt, welche bevorzugt nicht lasttragend konstruiert sind, demnach auch praktisch keine mechanische Belastung erfahren.
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Zwischen den Rippen 6 und dem Brückenelement 24 befindet sich an einer Seitenfläche des Verkleidungsgehäuses 4 eine zusätzliche Öffnung 37, die insbesondere die Wartung und Montage eines Aktuators, der an der zu den Rippen 6 gewandten Seite des Brückenelements 24 angeordnet sein kann. Die Öffnung 37 ist exemplarisch rechteckig mit abgerundeten Ecken dargestellt. Dies kann etwa ermöglichen, einen Aktuator mit rechteckigem Gehäuse in das Verkleidungsgehäuse 4 einzuführen und dort zu befestigen. Insbesondere durch die Zugangsöffnung 36, die neben der rechteckigen Zugangsöffnung 37 liegt, kann eine Hand zum Stützen und Führen des Aktuators eingeschoben werden.
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Zur lokalen Verstärkung der Öffnungen 34 und 36 sind örtliche, ringförmige Aufdickungen 38 bzw. 40 in das Material des Verkleidungsgehäuses 4 eingearbeitet, so dass die dort entstehenden Spannungen aufgrund von Torsion oder Biegung des Verkleidungsgehäuses 4 reduziert werden können. Die Aufdickungen können weiterhin die mechanische Belastung der Abdeckungen der Öffnungen verhindern.
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In 2 wird das Verkleidungselement 2 teiltransparent dargestellt. In dieser Ansicht zeigt sich eine Öffnung 42 in dem Brückenelement 24, die mit der Öffnung 36 des Verkleidungsgehäuses 4 fluchtet. Weiterhin ist hier eine Überlappung einer Randfläche 44 der zweiten Abdeckplatte mit einer Randfläche 46 des Brückenelements 24 sichtbar. Gleiches könnte für die erste Abdeckplatte 14 durchgeführt werden. Diese verläuft im Übrigen oberhalb des Spants 8 und steht exemplarisch mit diesem nicht in Berührung. Die Rippen 6, der Spant 8 und der Spant 10 sind integrale Bestandteile des Verkleidungsgehäuses 4.
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Schließlich zeigt 3 eine in 1a mit „A“ gekennzeichneter Ansicht A mit einer Verstellmechanik 51, die ein Umlenkgetriebe 48, welches in dem Brückenelement 24 integriert ist und über einen Wellenanschluss 32 mit einem zentralen Klappenantrieb koppelbar ist, aufweist. Das Umlenkgetriebe 48 kann aus der Rotation des Wellenanschlusses 32 eine Rotation einer Gewindespindel 50 durchführen, an der eine Gewindemutter 52 angeordnet ist. Diese wirkt auf einen Hebel 54, welcher für eine Bewegung eines daran angekoppelten kinematischen Elements verantwortlich ist. Da es für die Funktion des Verkleidungselements 2 nicht auf die Verstellmechanik an sich ankommt, werden in diesem Zusammenhang keine weiteren Details gezeigt.
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Zusammenfassend ergibt sich ein besonders vorteilhaftes Verkleidungselement 2 für eine Verstellmechanik an einem Flügel eines Flugzeugs, welches lasttragend ist, einfach zu fertigen und ein geringes Gewicht aufweist. Die Integration eines Brückenelements, an dem die mechanischen Komponenten angekoppelt sind und an die auch punktförmige Krafteinleitungen möglich sind, leitet die resultierenden Kräfte großflächig in das versteifte Verkleidungsgehäuse 4 ein.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007048449 A1 [0003]
