DE102015208024A1

DE102015208024A1 - Rumpfsektion und Querstoßverbindung zweier Rumpfsektionen eines Luft- oder Raumfahrzeugs

Info

Publication number: DE102015208024A1
Application number: DE102015208024.2A
Authority: DE
Inventors: Carsten Paul
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2016-11-03
Also published as: RU2016116843A; CN106081049A; US20160318594A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Rumpfsektion (10) eines Luft- oder Raumfahrzeugs (100) mit einem Stringer (3), einer Außenhaut (5), auf welcher der Stringer (3) innenseitig angeordnet ist, und einer Stringerkupplung (8). Die Stringerkupplung weist einen ersten Kupplungsabschnitt (8a), mit dem die Stringerkupplung (8) auf einem Kopfende (13) des Stringers (3) an den Stringer (3) angebunden ist, und einen zweiten Kupplungsabschnitt (8b) auf, der flächig ausgebildet ist und mit dem die Stringerkupplung (8) in Längsrichtung des Stringers (3) über das Kopfende (13) des Stringers (3) überlappend auf der Außenhaut (5) angebunden ist. Der zweite Kupplungsabschnitt (8b) ist derart breitflächig im Verhältnis zu dem ersten Kupplungsabschnitt (8a) und dem Stringer (3) ausgebildet, dass der Stringer (3) mittels der Stringerkupplung (8) in Längsrichtung über das Kopfende (13) hinaus verbreitert wird. Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Querstoßverbindung (1) von zwei derartigen Rumpfsektionen (10). Die Querstoßverbindung (1) umfasst eine Querstoßlasche (2), welche einen Steg (11) aufweist, der spantartig in Umfangsrichtung laufend mittig auf der Querstoßlasche (2) angeordnet ist. Die Stringer (3) der Rumpfsektionen (10) liegen sich jeweils paarweise beidseitig des Stegs (11) gegenüber und sind zur Längskraftweiterleitung jeweils mit der Stringerkupplung (8) zu dem Steg (11) hin ausgerichtet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rumpfsektion eines Luft- oder Raumfahrzeugs sowie eine Querstoßverbindung zweier derartiger Rumpfsektionen.
Obwohl in beliebigen Luft- und Raumfahrzeugen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf Passagierflugzeuge näher erläutert.
Rümpfe von Passagierflugzeugen werden vielfach in Aluminiumbauweise aus hochfesten Aluminiumlegierungen hergestellt, indem mehrere vorgefertigte tonnenförmige Rumpfsektionen zu einer Flugzeugrumpfzelle aneinandergefügt werden. Jede Rumpfsektion ist mit einer Vielzahl von hintereinander angeordneten und in Umfangsrichtung verlaufenden Ringspanten gebildet, die mit einer Außenhaut beplankt sind. Darüber hinaus weisen die Rumpfsektionen längliche Stringer auf, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Rumpfsektion verlaufen und in regelmäßigen Abständen über den Umfang hinweg auf einer Innenseite der Außenhaut angeordnet sind. Sowohl Stringer als auch Spanten dienen hierbei insbesondere als versteifendes Gerüst zur Stabilisierung der Rumpfsektionen. Die Ringspanten können mittels eines Schubkamms an die Außenhaut angebunden sein, welcher eine Vielzahl von Durchbrüchen aufweist, durch welche die Stringer hindurchführen. Weiterhin werden die Ringspanten, die Stringer und die Außenhaut typischerweise zusätzlich mit einer Vielzahl von Knotenblechen, so genannten Clips, aneinander gebunden. Im eigentlichen Sinne miteinander verbunden werden alle diese Bauteile üblicherweise mit einer Vielzahl von Nietverbindungen.
Die Verbindungsstellen der einzelnen Rumpfsektionen werden als Querstöße bzw. Querstoßnähte bezeichnet. Die Verbindung zweier Rumpfsektionen an einem solchen Querstoß kann über eine Querstoßlasche bewerkstelligt werden. Typischerweise handelt es sich hierbei um ein umlaufendes Metallblech mit mehreren Millimetern Dicke, welches an jeder Seite in Umfangsrichtung jeweils mit der Außenhaut einer der beiden Rumpfsektionen vernietet wird. Aus Stabilitätsgründen, insbesondere zur Druckstabilisierung, werden solche Querstoßnähte häufig in Längsrichtung derart positioniert, dass die Querstoßlasche innen mit einem darüber liegenden Spant bzw. Schubkamm gekoppelt werden kann. Damit gleichzeitig Längskräfte entlang der Stringer über die Querstoßnaht hinüberführbar sind, können die Stringer mit so genannten Stringerkupplungen direkt miteinander über die Querstoßnaht, beispielsweise durch die Durchbrüche im Schubkamm hindurch, gekoppelt werden. Alternativ können die Stringer beispielsweise auch mit Kupplungen an den Spant angebunden werden, so dass die Längskräfte über diesen weitergeleitet werden.
In der Fertigung von Flugzeugrümpfen ist es vorteilhaft, wenn die Querstöße möglichst schnell und einfach montierbar sind, damit die Durchlaufzeit bzw. die Standzeit in der Montage möglichst gering gehalten werden kann. Dies kann insbesondere dadurch begünstigt werden, dass die Querstöße leicht zugänglich sind und nur wenige Nietarbeiten zur Befestigung benötigen. Liegt ein Querstoß unter einem Spant, ergeben sich beim Vernieten der Querstoßlasche aufgrund der unterschiedlichen Einzelbauteile viele Störkonturen, welche eine schnelle Montage erschweren können. Weiterhin müssen die Rumpfsektionen zur Montage zueinander ausgerichtet werden. Hierbei müssen insbesondere auch die Stringer der jeweiligen Rumpfsektion bezüglich der Stringer der anderen Rumpfsektion ausgerichtet werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache Verbindungsmöglichkeit von Rumpfsektionen zu schaffen, welche schnell und mit wenigen Verbindungselementen montierbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Rumpfsektion mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Querstoßverbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und durch ein Luft- oder Raumfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15.
Demgemäß ist eine Rumpfsektion vorgesehen. Die Rumpfsektion umfasst einen Stringer, eine Außenhaut, auf welcher der Stringer innenseitig angeordnet ist, und eine Stringerkupplung. Die Stringerkupplung weist einen ersten Kupplungsabschnitt auf, mit dem die Stringerkupplung auf einem Kopfende des Stringers an den Stringer angebunden ist. Ferner weist die Stringerkupplung einen zweiten Kupplungsabschnitt auf, der flächig ausgebildet ist und mit dem die Stringerkupplung in Längsrichtung des Stringers über das Kopfende des Stringers überlappend auf der Außenhaut angebunden ist. Der zweite Kupplungsabschnitt ist derart breitflächig im Verhältnis zu dem ersten Kupplungsabschnitt und dem Stringer ausgebildet, dass der Stringer mittels der Stringerkupplung in Längsrichtung über das Kopfende hinaus verbreitert wird.
Darüber hinaus ist eine Querstoßverbindung von zwei erfindungsgemäßen Rumpfsektionen vorgesehen. Die Querstoßverbindung umfasst eine Querstoßlasche, welche mit einem ersten Querverbindungsabschnitt und einem zweiten Querverbindungsabschnitt ausgebildet ist. Die Querstoßlasche ist über den ersten Querverbindungsabschnitt an die Außenhaut einer der zwei Rumpfsektionen angebunden und über den zweiten Querverbindungsabschnitt an die Außenhaut der anderen der zwei Rumpfsektionen angebunden. Ferner weist die Querstoßlasche einen Steg auf, welcher zwischen dem ersten Querverbindungsabschnitt und dem zweiten Querverbindungsabschnitt spantartig in Umfangsrichtung laufend mittig auf der Querstoßlasche angeordnet ist. Die Stringer der Rumpfsektionen liegen sich jeweils paarweise beidseitig des Stegs gegenüber und sind zur Längskraftweiterleitung jeweils mit der Stringerkupplung zu dem Steg hin ausgerichtet.
Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine Querstoßverbindung zweier Rumpfsektionen im freien Außenhautfeld zu schaffen, ohne dass ein innenliegender Spant an der Querstoßverbindung vorhanden sein muss. Damit ist der Querstoß automatisch leicht zugänglich und mit wenigen Verbindungselementen montierbar. Insbesondere sind so beispielsweise nur wenige Nietarbeiten notwendig, da viel weniger Bauteile als in herkömmlichen Querstößen zu vernieten sind. Dies bedingt eine kürzere Durchlaufzeit bzw. Standzeit in der Rumpfmontage, was wiederum in erheblichen Umfang Zeit und Kosten einspart.
Der Erfindung liegen zwei grundlegende Erkenntnisse zugrunde. Erstens können entlang der Stringer übertragene Längskräfte flächig in die Beplankung, d. h. die Außenhaut, eingeleitet und aus dieser abgeleitet werden, indem die Stringer mittels einer speziellen Kupplung „aufgefächert” werden und breitflächig an die Außenhaut angekoppelt werden. Längskräfte entlang eines Stringers können somit flächig von einem Stringer in eine Außenhaut eingeleitet werden. Dementsprechend können Kräfte auch flächig von der Außenhaut längsseitig in den Stringer abgeleitet werden. Durch Verwendung einer solchen Stringerkupplung auf beiden Seiten der Querstoßverbindung können Sonderkupplungen der Stringer über den Querstoß hinweg entfallen. Insbesondere werden die Stringer bei der Ausrichtung der Rumpfsektionen in keine Zwangslage gebracht und verbleiben auf ihren Positionen. Die erfindungsgemäße Stringerkupplung nimmt die Kräfte von den Stringern auf und führt diese breitflächig in die Querstoßlasche über die Quernaht hinweg ab. Auf der anderen Seite werden die Kräfte dann wieder von der gegenüberliegenden Stringerkupplung breitflächig aufgenommen und in den gegenüberliegenden Stringer weitergeleitet. Aufgrund dieser erfindungsgemäßen Kupplung der Stringer können Sonderkupplungen bzw. Beilagen entfallen. Außerdem können sehr kostenaufwendige Bauabweichungen verringert werden, die beispielsweise durch die üblicherweise notwendige genaue Ausrichtung der Stringer entstehen.
Zweitens kann der bei üblichen Querstoßverbindungen vorhandene Spant durch einen einfachen Steg ersetzt werden, welche mittig auf der Querstoßlasche positioniert ist und dem Innendruck entgegensteht. Der Steg kann beispielsweise schon vor der Montage der Querstoßverbindung an die Querstoßlasche angebracht werden oder mit dieser verbunden werden, so dass zur Montage der Querstoßverbindung nur noch die Querstoßlasche mit der Außenhaut von zwei Rumpfsektionen verbunden werden muss. Eine Kombination dieser beiden Erkenntnisse ermöglicht eine einfache und schnell zu montierende Querstoßverbindung im freien Hautfeld, welche dennoch eine gute Stabilität der Anbindung ermöglicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Gemäß einer Weiterbildung der Rumpfsektion kann der zweite Kupplungsabschnitt eine maximale Breite B_K in Umfangsrichtung aufweisen. Der Stringer kann eine maximale Breite B_S in Umfangsrichtung aufweisen. Die maximale Breite B_K des zweiten Kupplungsabschnitts und die maximale Breite B_S des Stringers können über die Relation B_K ≥ k × B_S mit dem Faktor k verknüpft sein. Der Faktor k kann hierbei größer gleich 3 sein. Insbesondere kann der Faktor k gleich 4, 5 oder 6 oder einer größeren ganzen oder reellen Zahl sein. In dieser Weiterbildung wird festgelegt, dass die Stringerkupplung den Stringer effektiv um eine gewissen Mindestbreite verbreitert. Hiermit kann für den jeweiligen Anwendungsfall eine optimale Verbreiterung des Stringers festgelegt werden, damit Längskräfte optimal flächig in die Querstoßlasche eingeleitet und flächig aus dieser abgeleitet werden können.
Gemäß einer Weiterbildung der Rumpfsektion kann die Stringerkupplung derart T-förmig ausgebildet sein, dass der erste Kupplungsabschnitt der Stringerkupplung in Form eines T-Stegs im Wesentlichen parallel an den Stringer angebunden ist und der zweite Kupplungsabschnitt der Stringerkupplung in Form zweier im Wesentlichen rechtwinklig von dem T-Steg abstehender T-Schenkel an die Außenhaut angebunden ist. Diese Weiterbildung ist eine beispielhafte Ausgestaltung der Stringerkupplung, welche eine flächige Krafteinleitung von einem Stringer in eine Außenhaut ermöglicht. Die Stringerkupplung hat hierbei gewissermaßen die Form eines „Hammers”, wobei der „Stiel” des Hammers eine schmale direkte Anbindung an den Stringer ermöglicht und der „Kopf” des Hammers eine flächige Anbindung an die Außenhaut eröffnet. Die Breite der T-Schenkel kann hierbei so gewählt sein, dass die Breite der Stringerkupplung an der Außenhaut die eigentliche Breite des Stringers um ein Vielfaches übertrifft, so dass der Stringer um ein Vielfaches aufgebreitet wird. Je nach Anwendung können die beiden T-Schenkel symmetrisch oder asymmetrisch ausgeführt sein.
Der erste Kupplungsabschnitt der Stringerkupplung kann mit dem Kopfende des Stringers vernietet sein. Der zweite Kupplungsabschnitt der Stringerkupplung kann mit der Außenhaut vernietet sein. Die Stringerkupplung kann also beispielsweise ein Bauteil aus Metall oder einer Metalllegierung oder dergleichen sein, welches einfach an den Stringer und die Außenhaut angenietet werden kann.
Der zweite Kupplungsabschnitt der Stringerkupplung kann beidseitig des Stringers jeweils über mindestens zwei parallel zu dem Stringer verlaufende Nietreihen mit der Außenhaut vernietet sein. Je nach Ausgestaltung der verwendeten Nieten, definiert die Anzahl der Nietreihen die Verbreiterung des Stringers durch die Stringerkupplung. Weiterhin kann mit Hilfe der Ausrichtung der Nietreihen die Richtung bzw. Form der Ein-/Ableitung der Längskräfte über die Stringerkupplung beeinflusst werden.
Beispielsweise kann der zweite Kupplungsabschnitt der Stringerkupplung über mindestens fünf parallel zu dem Stringer verlaufende Nietreihen mit der Außenhaut vernietet sein.
Der erste Kupplungsabschnitt der Stringerkupplung kann mit dem Stringer über eine in Längsrichtung verlaufende Nietreihe vernietet sein. In einer Ausführung kann der erste Kupplungsabschnitt beispielsweise ungefähr die gleiche Breite wie der Stringer aufweisen und über eine Nietreihe mit diesem verbunden sein. Der zweite Kupplungsabschnitt kann hingegen deutlich breiter ausgebildet sein, z. B. in etwa die fünffache Breite des Stringers aufweisen, und über fünf oder mehr parallel zu dem Stringer verlaufende Nietreihen mit der Außenhaut vernietet sein.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Stringerkupplung einstückig ausgebildet sein. In dieser Weiterbildung ist die Stringerkupplung folglich besonders einfach an einem Stringer und einer Außenhaut zu montieren.
Es kann eine Vielzahl von gleichmäßig verteilten und parallel zueinander angeordneten Stringern jeweils mittels einer Stringerkupplung an die Außenhaut angebunden sein. Die erfindungsgemäße Stringerkupplung kann für mehrere oder alle Stringer verwendet werden, welche sich auf der Innenseite einer Außenhaut einer Rumpfsektion befinden.
Gemäß einer Weiterbildung der Querstoßverbindung kann der erste Querverbindungsabschnitt und/oder der zweite Querverbindungsabschnitt in Längsrichtung der Rumpfsektionen geschäftet ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass die Dicke der Querstoßverbindungsabschnitte in radialer Richtung variieren kann und unterschiedliche Dicken der Außenhaut auf beiden Seiten der Querstoßlasche ausgeglichen werden können. Bei unterschiedlichen Beplankungsdicken werden üblicherweise Beilagen unter die Querstoßlasche montiert, um das ungleiche Verhältnis der Dicken auszugleichen. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass unterschiedliche Beplankungsdicken direkt mit in die Querstoßlasche eingearbeitet sein können. Dies ermöglicht eine weitere Beschleunigung der Montage einer Querstoßverbindung.
Die Querstoßlasche kann ein Strangpressprofil sein. In dieser Weiterbildung lassen sich Querstoßlaschen mit einer wesentlich höheren Festigkeit herstellen, als sie beispielsweise die üblichen Blechprofile bieten. Die Querstoßlasche kann schon während des Strangpressverfahrens mit geschäfteten Querverbindungsabschnitten geformt werden, um unterschiedliche Beplankungsdicken auszugleichen.
Der Steg kann als T-Profil ausgebildet sein. Das T-Profil kann auf die Querstoßlasche genietet sein. Beispielsweise kann die Querstoßlasche ein Strangpressprofil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sein (oder alternativ aus einem anderen Metall wie Titan etc.), auf welche ein T-förmiger Steg aus demselben Material genietet ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Querstoßverbindung können die zweiten Kupplungsabschnitte der Stringerkupplungen mit der Querstoßlasche vernietet sein. Die Stringerkupplungen können in dieser Weiterbildung auftretende Längskräfte direkt in die Querstoßlasche einleiten und darüber hinweg weiterleiten.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
1a eine schematische Seitenansicht eines beispielhaften Flugzeugrumpfs, der aus mehreren Rumpfsektionen zusammengesetzt ist;
1b eine schematische Perspektivansicht der Montage einer beispielhaften Querstoßverbindung zwischen zwei Rumpfsektionen aus 1a mittels einer Querstoßlasche;
1c eine schematische Querschnittsansicht der beispielhaften Querstoßverbindung aus 1b in montiertem Zustand;
2a eine schematische Draufsicht einer Querstoßverbindung zweier Rumpfsektionen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2b eine schematische Seitenansicht der Querstoßverbindung aus 2a;
3a eine schematische Außenansicht eines Flugzeugrumpfes von der Seite mit einer Querstoßverbindung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
3b eine schematische Seitenansicht der Querstoßverbindung aus 3a im Inneren des Flugzeugrumpfes;
3c eine schematische Seitenansicht einer Querstoßlasche der Querstoßverbindung aus 3b; und
3d eine schematische Seitenansicht einer Querstoßlasche einer Querstoßverbindung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts anderes ausgeführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1a bis 1c zeigen beispielhaft wie ein Flugzeugrumpf aus mehreren Rumpfsektionen zusammengesetzt sein kann. In 1a bezeichnet hierbei Bezugszeichen 100 ein Passagierflugzeug, welches aus mehreren Rumpfsektionen 10 aufgebaut ist, die mittels Querstoßverbindungen 1 miteinander gekoppelt sind (zwei Beispiele sind in 1a schematisch eingezeichnet). 1b zeigt beispielhaft und schematisch, wie zwei Rumpfsektionen 10 über eine Querstoßlasche 2 miteinander verbunden werden. In 1b sind zur Illustration mehrere exemplarische Stringer 3 eingezeichnet. 1c zeigt schließlich in einer Querschnittsansicht den schematischen Aufbau einer beispielhaften Querstoßverbindung 1 zweier Rumpfsektionen 10. Die Rumpfsektionen 10 umfassen jeweils einen Stringer 3, der auf einer Außenhaut 5 angebracht ist. Die beiden Außenhäute 5 werden über eine dünne Querstoßlasche 2 gekoppelt, über welcher ein Spant 4 mit Schubkamm 6 und Clip 7 angeordnet ist. Nietverbindungen 12 koppeln sowohl die einzelnen Bauteile untereinander als auch die Querstoßlasche 2 mit den Außenhäuten 5. Die beiden Stringer 3 können hierbei mittels eine Stringerkupplung 8 direkt durch den Schubkamm 6 hindurch miteinander gekoppelt sein. Der Verlauf einer solchen Stringerkupplung 8 wird in 1c mittels einer strichpunktierten Linie schematisch angedeutet.
2a zeigt eine schematische Draufsicht einer Querstoßverbindung zweier Rumpfsektionen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2b zeigt eine schematische Seitenansicht derselben Querstoßverbindung.
In 2a und 2b bezeichnet das Bezugszeichen 1 die Querstoßverbindung. Die Querstoßverbindung 1 verbindet zwei Rumpfsektionen 10 eines Flugzeugs 100 (nicht abgebildet) mittels einer Querstoßlasche 2. Die Querstoßlasche ist ein flächiges Strangpressbauteil, welches an einem ersten Querverbindungsabschnitt 2a mit der einen Rumpfsektion 10 vernietet ist und an einem zweiten Querverbindungsabschnitt 2b mit der anderen Rumpfsektion 10 vernietet ist. Beide Rumpfsektionen 10 sind prinzipiell tonnenförmig mit in Umfangsrichtung verlaufenden Spanten 4 und in Längsrichtung verlaufenden Stringern 3, welche von einer Außenhaut 5 beplankt sind, wobei die Stringer 3 und Spanten 4 mit der Außenhaut vernietet sind. Die Spanten 4 und Stringer 3 dienen jeweils zur Versteifung der Rumpfsektionen 10 in Quer- bzw. Längsrichtung. Für jede Rumpfsektion 10 ist jeweils exemplarisch ein solcher Stringer 3 abgebildet. Für die Rumpfsektion links in 2a ist zudem exemplarisch ein Spant 4 eingezeichnet. Prinzipiell weist jede Rumpfsektion 10 eine Vielzahl solcher Stringer 3 und Spanten 4 auf, die in regelmäßigen Abständen parallel zueinander innen auf der Außenhaut 5 angeordnet sind. Beispielsweise können die Rumpfsektionen 10 in Aluminiumbauweise gefertigt sein. Prinzipiell ist die Erfindung jedoch auch auf Rumpfsektionen 10 aus beliebigen Materialien anwendbar. So können die Rumpfsektionen beispielsweise auch Faserverbundmaterialien, wie glasfaserverstärktes Aluminium (GLARE^®) oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK), oder andere Metalle oder Metalllegierungen enthalten oder aus diesen bestehen. Je nach Material müssen Nietverbindungen 12 gegebenenfalls durch entsprechende geeignete Verbindungselemente bzw. Verbindungsverfahren ersetzt werden. Die grundlegenden Ideen und Prinzipien der vorliegenden Erfindung lassen sich jedoch ansonsten auch auf solche Rumpfsektionen 10 entsprechend anwenden.
Die Stringer 3 der beiden Rumpfsektionen 10 sind jeweils paarweise gegenüberliegend entlang der Querstoßverbindung 1, d. h. der Querstoßlasche 2, ausgerichtet. Die Stringer 3 enden jeweils vor der Querstoßlasche 2 an einem Kopfende 13. Die Stringer 3 sind jeweils über eine Stringerkupplung 8 mit der Außenhaut 5 der jeweiligen Rumpfsektion 10 sowie mit der Querstoßlasche 2 verbunden. Die Stringerkupplung 8 ist als Lasche ausgebildet. Sie weist einen ersten Kupplungsabschnitt 8a auf, mit dem die Stringerkupplung 8 auf dem Kopfende 13 des Stringer 3 an den Stringer 3 angenietet ist. Weiterhin weist die Stringerkupplung 8 einen zweiten Kupplungsabschnitt 8b auf, mit dem die Stringerkupplung 8 in Längsrichtung des Stringers 3 über das Kopfende 13 des Stringers 3 überlappend auf der jeweiligen Außenhaut 5 bzw. der Querstoßlasche 2 angenietet ist. Für die Stringerkupplung 8 des rechten Stringers 3 in 2a, 2b sind beispielhaft eine Vielzahl von Nietverbindungen 12 eingezeichnet. Die Stringerkupplung 8 ist insbesondere T-förmig ausgebildet. Der erste Kupplungsabschnitt 8a der Stringerkupplung 8 bildet hierbei den T-Steg und ist im Wesentlichen parallel an den Stringer 3 angebunden. Der zweite Kupplungsabschnitt 8b der Stringerkupplung 8 bildet die beiden T-Schenkel, welche im Wesentlichen rechtwinklig von dem T-Steg abstehen. Der erste Kupplungsabschnitt 8a ist mit einer Nietreihe an den Stringer 3 bzw. das Kopfende 13 des Stringers 3 angenietet. Der zweite Kupplungsabschnitt 8b ist hingegen deutlich breitflächiger als der erste Kupplungsabschnitt 8a ausgebildet, so dass dieser mit insgesamt fünf parallelen Nietreihen an die Außenhaut 5 bzw. die Querstoßlasche 2 genietet ist. Der zweite Kupplungsabschnitt 8b verbreitert den Stringer 3 in Längsrichtung über das Kopfende 13 hinaus um ein Vielfaches seiner eigentlichen Breite. Die eigentliche Breite des Stringers 3 entspricht in dieser Ausführungsform in etwa einer Nietreihe, so dass die Stringerkupplung 8 den Stringer 3 an seinem Kopfende 13 effektiv in etwa auf die fünffache Breite verbreitert. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezifische Konfiguration der Stringerkupplung beschränkt. Wesentlich ist hierbei, dass die Stringerkupplung 8 in dem zweiten Kupplungsabschnitt 8b um ein Vielfaches breiter als in dem ersten Kupplungsabschnitt 8a ausgestaltet ist. Beispielsweise kann der zweite Kupplungsabschnitt 8b demnach auch alternativ 7 Nietreihen umfassen, während der erste Kupplungsabschnitt 8a weiterhin eine Breite von einer Nietreihe aufweist. Die spezifische Breite einer Nietreihe bestimmt sich letztendlich aus den Dimensionen der verwendeten Nieten 12.
Mittels der erfindungsgemäßen breitflächigen Anbindung der Stringer 3 an die Außenhaut 5 bzw. die Querstoßlasche 2, wird erreicht, dass auftretende Längskräfte entlang der Stringer 3 flächig von dem Stringer 3 in die Außenhaut 5 bzw. die Querstoßlasche 2 eingeleitet werden. Entsprechend werden Kräfte flächig von der Außenhaut 5 bzw. Querstoßlasche 2 auch in den jeweiligen Stringer 3 abgeleitet. Die spezifische Form der Längskraftweiterleitung kann anhand von 2a nachvollzogen werden. Beispielsweise nimmt der rechte Stringer 3 Längskräfte auf und leitet diese über die Stringerkupplung 8 in die Querstoßverbindung 1 bzw. die Querstoßlasche 2. Hierbei werden die Kräfte von dem ersten Kupplungsabschnitt 8a auf den zweiten Kupplungsabschnitt 8b aufgefächert und flächig in die Querstoßlasche 2 eingeleitet. Entsprechend werden die Kräfte wieder von dem links liegenden Stringer 3 in 2b flächig an dem entsprechenden zweiten Kupplungsabschnitt 8b aufgenommen und über den ersten Kupplungsabschnitt 8a in Längsrichtung des Stringers 3 weitergeleitet. Eine direkte Kupplung zwischen dem linken und rechten Stringer 3 liegt also in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung nicht vor und somit ist die Weiterleitung der Längskräfte in dieser Ausführungsform besonders einfach gestaltet.
Diese besonders einfache Stringerankopplung an den Querstoß eröffnet die Möglichkeit die Querstoßverbindung 1 in einem freien Hautfeld des Flugzeugsrumpfes zu positionieren, d. h. ohne dass ein Spant 4 genau über der Quernaht liegen muss. Damit ist die Querstoßverbindung 1 besonders leicht zugänglich und montierbar. Insbesondere sind nur wenige Nietarbeiten notwendig, da viel weniger Bauteile als in herkömmlichen Querstoßverbindungen 1 zu vernieten sind. Dies bedingt eine kürzere Durchlaufzeit bzw. Standzeit in der Rumpfmontage, was wiederum in erheblichen Umfang Zeit und Kosten einspart.
Die Querstoßlasche 2 selber weist in der vorliegenden Ausführungsform einen Steg 11 auf. Der Steg 11 ist ein T-förmiges Profilteil aus Aluminium, welches auf die Querstoßlasche 2 genietet ist. Alternativ kann der Steg 11 auch einteilig, d. h. integral, mit der Querstoßlasche 2 ausgebildet sein. Der Steg 11 ist mittig auf der Querstoßlasche 2 zwischen dem ersten Querverbindungsabschnitt 2a und dem zweiten Querverbindungsabschnitt 2b angeordnet. Weiterhin ist der Steg 11 im Wesentlichen senkrecht auf der Querstoßlasche 2 ins Innere des Flugzeugrumpfes ausgerichtet und läuft entsprechend einem Spant 4 in Umfangsrichtung entlang der Querstoßlasche 2. In diesem Sinne übernimmt der Steg 11 gewissermaßen die Funktion eines Spants 4, wobei er allerdings den erheblichen Vorteil bietet, dass er bereits vor der Montage der Querstoßverbindung 1 zusammen mit der Querstoßlasche 2 herstellbar ist. Bei der Montage der Querstoßlasche 2 ist es somit lediglich notwendig, die beiden Rumpfsektionen 10 aneinander auszurichten und ihre Außenhaut 5 mit der Querstoßlasche 2 zu vernieten. In herkömmliche Querstoßverbindungen sind hingegen eine Vielzahl weiterer Bauteile aufwändig zu berücksichtigen und umständlich zu vernieten bzw. anderweitig zu verbinden. Die Querstoßlasche 2 selber ist ein Strangpressprofil und weist damit eine wesentlich höhere Festigkeit auf als die üblicherweise verwendeten Blechprofile. Durch die Lage der Querstoßnaht zwischen den Spanten 4, d. h. im freien Hautfeld, und mit der besonderen Ausgestaltung der Querstoßlasche 2 wird eine gute Zugänglichkeit für Nietarbeiten ohne relevante Störkonturen erreicht, so dass in der Rumpfmontage Zeit und Kosten in erheblichem Maße eingespart werden können.
3a zeigt eine schematische Außenansicht eines Flugzeugrumpfes von der Seite mit einer Querstoßverbindung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In der Figur ist die Außenhaut 5 zweier Rumpfsektionen sichtbar. 3b zeigt hierzu eine schematische Seitenansicht der Querstoßverbindung 1 aus 3a im Inneren des Flugzeugrumpfes. Die Ausgestaltung der Querstoßverbindung 1 entspricht hierbei derjenigen aus 2a und 2b. 3c zeigt eine schematische Seitenansicht der Querstoßlasche 2 der Querstoßverbindung 1 aus 3b, wobei der erste Querverbindungsabschnitt 2a und der zweite Querverbindungsabschnitt 2b gekennzeichnet sind. Die beiden Querverbindungsabschnitte 2a, 2b sind in dieser Ausführungsform symmetrisch ausgestaltet. 3d zeigt eine schematische Seitenansicht einer Querstoßlasche 2 einer Querstoßverbindung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In diesem Fall ist die Querstoßlasche 2 geschäftet ausgebildet und die beiden Querverbindungsabschnitte 2a, 2b sind asymmetrisch geformt. Durch eine solche Querstoßlasche 2 können unterschiedliche Dicken der Außenhaut 5 ausgeglichen werden, ohne dass zusätzliche Beilagen oder dergleichen montiert werden müssen. Die unterschiedlichen Dicken können vielmehr direkt in die Querstoßlasche 2 eingearbeitet werden. Dies ist beispielsweise in einem Strangpressverfahren ohne großen Aufwand realisierbar.
Bezugszeichenliste

1: Querstoßverbindung
2: Querstoßlasche
2a: Erster Querverbindungsabschnitt
2b: Zweiter Querverbindungsabschnitt
3: Stringer
4: Spant
5: Außenhaut
6: Schubkamm
7: Clip
8: Stringerkupplung
8a: Erster Kupplungsabschnitt
8b: Zweiter Kupplungsabschnitt
9: Spalt
10: Rumpfsektion
11: Steg
12: Nietverbindung
13: Kopfende
100: Flugzeug

Claims

Rumpfsektion (10) eines Luft- oder Raumfahrzeugs (100), mit: einem Stringer (3); einer Außenhaut (5), auf welcher der Stringer (3) innenseitig angeordnet ist; und einer Stringerkupplung (8), welche einen ersten Kupplungsabschnitt (8a) aufweist, mit dem die Stringerkupplung (8) auf einem Kopfende (13) des Stringers (3) an den Stringer (3) angebunden ist, und einen zweiten Kupplungsabschnitt (8b) aufweist, der flächig ausgebildet ist und mit dem die Stringerkupplung (8) in Längsrichtung des Stringers (3) über das Kopfende (13) des Stringers (3) überlappend auf der Außenhaut (5) angebunden ist; wobei der zweite Kupplungsabschnitt (8b) derart breitflächig im Verhältnis zu dem ersten Kupplungsabschnitt (8a) und dem Stringer (3) ausgebildet ist, dass der Stringer (3) mittels der Stringerkupplung (8) in Längsrichtung über das Kopfende (13) hinaus verbreitert wird.
Rumpfsektion (10) nach Anspruch 1, wobei der zweite Kupplungsabschnitt (8b) eine maximale Breite B_K in Umfangsrichtung aufweist und der Stringer (3) eine maximale Breite B_S in Umfangsrichtung aufweist, welche über die Relation B_K ≥ k × B_S mit dem Faktor k verknüpft sind, wobei der Faktor k größer gleich 3 ist.
Rumpfsektion (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stringerkupplung (8) derart T-förmig ausgebildet ist, dass der erste Kupplungsabschnitt (8a) der Stringerkupplung (8) in Form eines T-Stegs im Wesentlichen parallel an den Stringer (3) angebunden ist und der zweite Kupplungsabschnitt (8b) der Stringerkupplung (8) in Form zweier im Wesentlichen rechtwinklig von dem T-Steg abstehender T-Schenkel an die Außenhaut (5) angebunden ist.
Rumpfsektion (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Kupplungsabschnitt (8a) der Stringerkupplung (8) mit dem Kopfende (13) des Stringers (3) und der zweite Kupplungsabschnitt (8b) der Stringerkupplung (8) mit der Außenhaut (5) vernietet ist.
Rumpfsektion (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Kupplungsabschnitt (8b) der Stringerkupplung (8) beidseitig des Stringers (3) jeweils über mindestens zwei parallel zu dem Stringer (3) verlaufende Nietreihen mit der Außenhaut (5) vernietet ist.
Rumpfsektion (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Kupplungsabschnitt (8b) der Stringerkupplung (8) über mindestens fünf parallel zu dem Stringer (3) verlaufende Nietreihen mit der Außenhaut (5) vernietet ist.
Rumpfsektion (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Kupplungsabschnitt (8b) der Stringerkupplung (8) mit dem Stringer (3) über eine in Längsrichtung verlaufende Nietreihe vernietet ist.
Rumpfsektion (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Stringerkupplung (8) einstückig ausgebildet ist.
Rumpfsektion (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Vielzahl von gleichmäßig verteilten und parallel zueinander angeordneten Stringern (3) jeweils mittels einer Stringerkupplung (8) an die Außenhaut (5) angebunden sind.
Querstoßverbindung (1) von zwei Rumpfsektionen (10) eines Luft- oder Raumfahrzeugs (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit: einer Querstoßlasche (2), welche mit einem ersten Querverbindungsabschnitt (2a) und einem zweiten Querverbindungsabschnitt (2b) ausgebildet ist, wobei die Querstoßlasche (2) über den ersten Querverbindungsabschnitt (2a) an die Außenhaut (5) einer der zwei Rumpfsektionen (10) angebunden ist und über den zweiten Querverbindungsabschnitt (2b) an die Außenhaut (5) der anderen der zwei Rumpfsektionen (10) angebunden ist, und einen Steg (11) aufweist, welcher zwischen dem ersten Querverbindungsabschnitt (2a) und dem zweiten Querverbindungsabschnitt (2b) spantartig in Umfangsrichtung laufend mittig auf der Querstoßlasche (2) angeordnet ist; wobei die Stringer (3) der Rumpfsektionen (10) sich jeweils paarweise beidseitig des Stegs (11) gegenüberliegen und zur Längskraftweiterleitung jeweils mit der Stringerkupplung (8) zu dem Steg (11) hin ausgerichtet sind.
Querstoßverbindung (1) nach Anspruch 10, wobei der erste Querverbindungsabschnitt (2a) und/oder der zweite Querverbindungsabschnitt (2b) in Längsrichtung der Rumpfsektionen (10) geschäftet ausgebildet ist.
Querstoßverbindung (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Querstoßlasche (2) ein Strangpressprofil ist.
Querstoßverbindung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Steg (11) als T-Profil ausgebildet ist, welches auf die Querstoßlasche (2) genietet ist.
Querstoßverbindung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die zweiten Kupplungsabschnitte (8b) der Stringerkupplungen (8) mit der Querstoßlasche (2) vernietet sind.
Luft- oder Raumfahrzeug (100) mit einer Querstoßverbindung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14.