-
Die Erfindung betrifft eine Strukturtestanordnung zur Prüfung von Rumpfschalenteilen von Transportmitteln, insbesondere von Rumpfschalen von Flugzeugrümpfen oder Teilen von diesen, mit wenigstens einer Druckerzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen beiden Seiten eines zu prüfenden Schalenteils, und mit einer Trageinrichtung, an welcher das zu prüfende Schalenteil in Prüfstellung angeordnet ist, wobei eine Fläche des Schalenteils ein an der Trageinrichtung vorgesehenes offenes Prüfvolumen in Prüfstellung begrenzt. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Strukturtestanordnung.
-
Derartige Strukturtestanordnungen sind im Prinzip bekannt und werden im Flugzeugbau verbreitet zum Test von Rumpfschalen eingesetzt. Bei den durchzuführenden Strukturtests wird hierbei die strukturelle Integrität eines Bauteils des Transportmittels, nämlich insbesondere einer Rumpfschale oder eines Teils von dieser, überprüft.
-
Bei bekannten Strukturtestanordnungen ist die Trageinrichtung dabei mit einem Überdruckkasten ausgebildet, der ein Volumen einfasst, welches eine offene Fläche aufweist, die wiederum von der zu testenden Rumpfschale mit deren Innenseite überdeckt und damit geschlossen und abgedichtet wird. Hierbei kommen zur Unterstützung der Prüfstellung auch Seile, Gurte oder ähnliche Haltemittel zum Einsatz, um die Rumpfschale auf der offenen Fläche des Überdruckkastens zu halten.
-
Es ist demnach die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine derartige Strukturtestanordnung weiterzubilden.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Strukturtestanordnung der eingangs genannten Art, bei welcher die Trageinrichtung mit dem zu prüfenden Schalenteil in einem Druckbehälter aufgenommen ist, und die Druckerzeugungseinrichtung auf einer dem Prüfvolumen abgewandten Seite des Schalenteils einen Überdruck erzeugt.
-
Hierbei wird also die Rumpfschale an einer Trageinrichtung, die nunmehr mit einem Unterdruckkasten ausgebildet ist, angeordnet, wobei die Rumpfschale mit ihrer Außenseite dessen offene Fläche verschließt und durch den an der anderen Seite der Rumpfschale ausgeübten gegen die Trageinrichtung gedrückt wird, und eine problemlose Abdichtung der Anordnung kein Problem liefert. Hierbei ist die Trageinrichtung mit dem daran in Prüfstellung angeordneten Rumpfschalenteil in einem Druckbehälter untergebracht, über welchen die Innenseite des Rumpfschalenteils mit dem Überdruck zu beaufschlagen ist. Daher ist es mit der erfindungsgemäßen Strukturtestanordnung möglich, bei guter Druckdichtigkeit Strukturtests des prüfenden Bauteils über einen erhöhten Anforderungen gerecht werdenden, genügend großen Bereich von Differenzdrücken durchzuführen.
-
Damit wird bei der Erfindung folglich eine in einem Druckbehälter befindliche Trageinrichtung in Art eines Unterdruckkastens bzw. mit einem Unterdruckkasten verwendet, an welcher Trageinrichtung das zu prüfende Rumpfschalenteil in Prüfstellung angeordnet ist. Durch Verbindung des Volumens der Trageinrichtung mit einem Druckreservoir, welches einen Druck aufweist, der geringer ist als derjenige, mit dem die Rumpfschale an dem der Trageinrichtung abgewandten Seite beaufschlagt wird, wird bei Durchführung des Strukturtests an die Trageinrichtung bzw. deren mit einem Dichtmittel versehenen Rand angesaugt. Auf diese Weise ist ein negativer Differenzdruck erzeugbar, dessen Betrag durchaus einem Vielfachen des Atmosphärendrucks betragen kann, beispielsweise bei einem theoretisch mit einem Absolutdruck von 4500 hPa beaufschlagbaren Druckbehälter in der Größenordnung von 1000 hPa – 4500 hPa = –3500 hPa.
-
Die erwähnten, mit der Strukturtestanordnung durchzuführenden Strukturtests helfen bei der Abschätzung von zwangsläufig im Betrieb von Transportmitteln durch deren Beanspruchung auftretender Materialermüdung und sind somit wichtig, um Strukturversagen zu vermeiden. Die Strukturtestanordnung kann hierbei aufgrund der Simulation realistischer Umgebungsbedingungen sowohl für Originalteile eingesetzt werden, als auch zur Abschätzung der Wirksamkeit von Reparaturmaßnahmen an
-
Hinsichtlich der Dichtigkeit der Strukturtestanordnung ist es bei der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Unterdruckkasten von Vorteil, dass das Rumpfschalenteil an seiner Außenseite quasi angesaugt wird, und die Beaufschlagung mittels eines Überdrucks von der Innenseite der Rumpfschale her die Abdichtung unterstützt. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Druckbeaufschlagung, bildlich gesprochen, gegen die Abdichtung des Prüfvolumens mit dem Rumpfschalenteil arbeitet. Gleichzeitig kann durch die Anordnung in einem Druckbehälter und Beaufschlagung desselben mit einem Überdruck in vorteilhafter Weise vermieden werden, dass für einen Unterdruckkasten mit erheblichem Aufwand ein beachtliches Volumen zu evakuieren wäre, überdies ist es weiter von Vorteil, dass der für die Strukturtests bzw. die Prüfung der Rumpfschalenteile zur Verfügung stehende Differenzdruck dann nicht auf weniger als ein Atmosphärendruckäquivalent begrenzt ist, was nicht den üblichen Druckbedingungen bei Differenzdrücken im Flugzeugbau entspräche.
-
Mit der Erfindung lassen sich demnach insbesondere namhafte negative Differenzdrücke erzeugen, ohne dass aufwendige Vakuumtechnik zum Einsatz kommen müsste, wobei zum anderen die Höhe des jeweiligen Differenzdrucks prinzipiell nur durch den maximal zulässigen Druck des Druckbehälters begrenzt ist.
-
In analoger Weise wird die vorstehende Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Betrieb einer Strukturtestanordnung gelöst, bei dem wenigstens eine Druckerzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen beiden Seiten eines zu prüfenden Schalenteils vorgesehen ist, und bei welchem eine Trageinrichtung, an welcher das zu prüfende Schalenteil in Prüfstellung angeordnet wird, vorgesehen ist, wobei ein an der Trageinrichtung vorgesehenes offenes Prüfvolumen in Prüfstellung durch eine Fläche des Schalenteils begrenzt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Trageinrichtung mit dem zu prüfenden Schalenteil in einem Druckbehälter aufgenommen wird und auf einer dem Prüfvolumen abgewandten Seite des Schalenteils durch die Druckerzeugungseinrichtung ein Überdruck erzeugt wird.
-
Um die gewünschte negative Druckdifferenz bei der Durchführung des Strukturtests von Rumpfschalenteilen auf einfache Weise zu erreichen kann bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Strukturtestanordnung an dem Prüfvolumen wenigstens eine Stelleinrichtung vorgesehen sein, welche das Prüfvolumen mit wenigstens einem Druckreservoir verbindet oder von diesem trennt, so dass über die Stelleinrichtung einstellbar ist, mit welchem Druck das Prüfvolumen verbunden oder getrennt ist. Dabei ist eine Verbindung mit bzw. Trennung von sowohl hinsichtlich des ein Druckreservoir darstellenden atmosphärischen Drucks außerhalb des Druckbehälters als auch hinsichtlich des Druckreservoirs innerhalb des Druckbehälters denkbar.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung kann die wenigstens eine Stelleinrichtung durch ein Mehrwegeventil, insbesondere ein Dreiwegeventil, gebildet sein. Es sind aber auch alternative Ausbildungen der Stelleinrichtung denkbar, mittels derer die Stelleinrichtung das Prüfvolumen zumindest mit dem Atmosphärendruck außerhalb des Druckbehälters oder mit dem Druck innerhalb des Druckbehälters verbinden oder von diesen trennen kann.
-
Um innerhalb des Druckbehälters in einfacher Weise Druckverhältnisse herstellen zu können, die der jeweils gewünschten negativen Druckdifferenz entsprechen, kann bei einer anderen Ausführung der Strukturtestanordnung die Druckerzeugungseinrichtung mit wenigstens einem Kompressor ausgebildet sein, der mit dem Druckbehälter verbindbar oder verbunden ist.
-
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Strukturtestanordnung dabei derart ausgebildet, dass durch die Druckerzeugungseinrichtung als Absolutdruck in dem Druckbehälter ein maximaler Innendruck erzeugbar ist, dessen Betrag einem Mehrfachen des Atmosphärendrucks entspricht, insbesondere wenigstens dem Fünffachen des Atmosphärendrucks. Ein sehr großer Anteil der mit der erfindungsgemäßen Strukturtestanordnung durchzuführenden Anwendungen wird hierbei allerdings in dem Bereich deutlich kleinerer Druckdifferenzen liegen. Prinzipiell sind mit dem Druckbehälter aber auch deutlich höhere Druckdifferenzen erreichbar. Insoweit sollen hinsichtlich der Höhe der erzeugbaren oder erzeugten Druckdifferenz keine Einschränkungen gemacht werden.
-
In zweckmäßiger Weise lässt sich die Trageinrichtung zusammen mit dem zu prüfenden Rumpfschalenteil im Innenbereich des Druckbehälters anordnen, wenn bei einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Strukturtestanordnung der Druckbehälter in seinem Innenbereich, insbesondere in Nähe des Bodens, ein Sockelteil aufweist, an welchem die Trageinrichtung anordenbar oder angeordnet vorgesehen ist, wodurch die Trageinrichtung und das Rumpfschalenteil sicher abgestützt und gehalten sind.
-
Als zweckmäßig zur Erzeugung der negativen Druckdifferenz an dem zu prüfenden Rumpfschalenteil hat sich eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Strukturtestanordnung gezeigt, bei der die Trageinrichtung als eine Art Kasten vorgesehen ist, der das Prüfvolumen einfasst, wobei eine Öffnung des Kastens bzw. des Volumens in Prüfstellung von dem zu prüfenden Schalenteil verschließbar oder verschlossen ist. Bei dieser Art von Anordnung wird das zu prüfende Rumpfschalenteil unter Prüfungsbedingungen gegen den eine Dichtungsfläche bildenden Rand der Öffnung bzw. des Kastens gedrückt und beim Schließen der Öffnung unterstützt, so dass vorteilhaft nicht gleichzeitig zusätzlich Maßnahmen zur Abdichtung getroffen werden müssen.
-
Um die Dichtigkeit des Kontakts der Trageinrichtung, und dort namentlich des Randes des Prüfvolumens, mit dem zu prüfenden Rumpfschalenteil optimal gewährleisten zu können, ist bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Strukturtestanordnung zwischen dem Prüfvolumen und dem Schalenteil in Prüfstellung ein Dichtmittel angeordnet, dessen Abdichtung dadurch unterstützt ist, dass in der Prüfsituation die Rumpfschale an die Trageinrichtung bzw. deren Öffnungsrand angedrückt wird oder, bildlich gesprochen, von der Trageinrichtung angesaugt wird.
-
Um Trageinrichtung und zu prüfendes Rumpfschalenteil mit geringem Aufwand in dem Druckbehälter unterbringen zu können, kann letzterer bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung mit einer Mehrzahl von Teilen ausgebildet sein, die miteinander lösbar verbindbar vorgesehen sind, so dass der Druckbehälter im entspannten Zustand leicht in mehrere Teile zerlegbar ist. Dabei kann beispielsweise ein Oberteil des Druckbehälters mittels eines Krans oder dergleichen Hilfsmittel von einem Unterteil des Druckbehälters abzuheben sein, wodurch etwa ein Sockel des Druckbehälters einfach zugänglich ist. Eine bevorzugte Ausführung der Strukturtestanordnung kann dabei etwa einen Druckbehälter aufweisen, bei dem wenigstens zwei der Teile des Druckbehälters entlang einer quer zu dessen Höhenerstreckung verlaufenden Trennlinie voneinander trennbar bzw. miteinander verbindbar sind. Um den Trennvorgang der Druckbehälterteile selbst einfach zu halten, können die beiden Teile des Druckbehälters entlang der Trennlinie besonders bevorzugt einen Flansch bilden. Dieser Flansch kann etwa als Umfangsflansch mit Ringverschraubung ausgebildet sein, wodurch der Flansch die beiden Teile zuverlässig und dicht verbindet.
-
In einer weiteren, gut handhabbaren Ausführungsform der Strukturtestanordnung kann der Druckbehälter der Strukturtestanordnung alternativ oder zusätzlich zur Trennbarkeit von Behälterteilen an seinem Mantel eine verschließbare Öffnung aufweisen, die gegebenenfalls etwa geringere Konfigurationsänderungen oder Wartungen im Testbetreib gestattet, ohne dass der Behälter insgesamt geöffnet werden müsste.
-
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 Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen hierbei in teilweise schematisierter Darstellung
-
1 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Strukturtestanordnung mit in einem Druckbehälter angeordneten Trageinrichtung und daran angeordnetem Rumpfschalenteil; und
-
2 eine geschnittene stirnseitige Ansicht der Strukturtestanordnung aus der 1.
-
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
-
In den 1 und 2 erkennt man eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Strukturtestanordnung zur Prüfung von Rumpfschalenteilen 20 von Transportmitteln. Das gezeigte Rumpfschalenteil 20 bildet dabei ein solches eines Flugzeugrumpfes. Die Strukturtestanordnung 1 hat einer Druckerzeugungseinrichtung 10 zur Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des zu prüfenden Schalenteils 20. In den Figuren der Zeichnung ist die Druckerzeugungseinrichtung 10 dabei symbolhaft durch die mit dem Druckbehälter 40 verbundene Druckleitung der als (nicht dargestellter) Kompressor ausgebildeten Druckerzeugungseinrichtung 10 dargestellt. Weiter weist die Strukturtestanordnung 1 eine Trageinrichtung 30 auf, an welcher das zu prüfende Rumpfschalenteil 20 in der gezeigten Prüfstellung angeordnet ist. Hierbei begrenzt eine Fläche 25 des Schalenteils 20 in der gezeigten Prüfstellung ein an der Trageinrichtung 30 vorgesehenes offenes Prüfvolumen 35.
-
Erfindungsgemäß ist hierbei die Trageinrichtung 30 mit dem zu prüfenden Rumpfschalenteil 20 in einem Druckbehälter 40 aufgenommen und die Druckerzeugungseinrichtung 10 erzeugt auf einer dem Prüfvolumen 35 abgewandten Seite des Rumpfschalenteils 20 einen Überdruck.
-
Sich jetzt zunächst der 1 zuwendend, erkennt man dort die Strukturtestanordnung 1 mit einem auf einer nicht näher dargestellten Oberfläche aufgeständerten Druckbehälter 40, der einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt und eine Höhe aufweist, die das Zweieinhalb- bis Dreifache seines Durchmessers beträgt, etwa in einem Bereich von 7 bis 10m. Auf dem Boden des Druckbehälters 40 steht ein senkrecht nach oben ragendes, im Wesentlichen zylindrisches Sockelteil, an dessen dem Boden des Druckbehälters 40 abgewandten Kopfende die Trageinrichtung 30 angeordnet ist. Das Kopfende des Sockelteils 41 ragt dabei über eine Trennlinie 42 hinaus, an welcher ein Unterteil 43 und ein Oberteil 44 des Druckbehälters 40 miteinander an einem Flansch 45 verbunden sind, so dass die Trageinrichtung 30 mit dem Rumpfschalenteil 20 in einfacher Weise nach einem Abheben des Oberteils 44 der Druckbehälters 40 von dessen Unterteil 43 in dessen Innenbereich anordenbar ist.
-
In der Ansicht der 2 ist illustriert, dass die Trageinrichtung 30 als eine Art Unterdruckkasten 31 ausgebildet ist, der das Prüfvolumen 35 einseitig offen allseitig einfasst, wobei die Wände des Unterdruckkastens 31 jeweils senkrecht aufeinander stehen. Die offene Seite des Unterdruckkastens 31 wird von der dem Unterdruckkasten 31 zugewandten Fläche 25 des Rumpfschalenteils 20 überdeckt, die mit dem Rand der offenen Seite, der durch die freien Enden der Seitenwände des Unterdruckkastens 31 gebildet ist, in Anlage steht. Hierbei ist zwischen der Fläche 25 des Rumpfschalenteils 20 und dem Ende der Seitenwände 32 ein Dichtmittel 33 in Form einer Gummidichtung angeordnet, so dass das Prüfvolumen 35 begrenzt und abgedichtet ist.
-
An der für den Betrachter linken Seite der Trageinrichtung 30 erkennt man sowohl in der 1 wie in der 2 eine Stelleinrichtung 15 mit einem Mehrwegeventil 16, welches die Druckverhältnisse des Unterdruckkastens bezüglich des Drucks des Druckbehälters 40 dadurch regelt, dass über die Ventilstellung des Mehrwegeventils 16 und die zugeordnete Verrohrung 17 der Druck p des Unterdruckkastens sowohl eine Verbindung mit einem Druckreservoir eines Druckes p0, als auch eine Verbindung mit dem Innendruck p1 des Druckbehälters herstellen kann. Auf diese Art und Weise wird praktische eine Art „Evakuierung“ des Unterdruckbehälters auf den gewünschten Druck p mit Hilfe eines unter dem Überdruck p1 stehenden Druckbehälters 40 vorgenommen. Hierzu dient die Verrohrung 17 sowie das Mehrwegeventil 16 der Stelleinrichtung 15, mittel dessen der Druckausgleich mit dem Behälterinnendruck oder dem atmosphärischen Außendruck p0 vorgenommen werden kann. Die Befüllung des Druckbehälters 40 mit dem Unterdruckkasten 31 der Trageinrichtung 30 und darauf montiertem Rumpfschaltenteil 20 als Prüfling erfolgt durch Anheben des Druckbehälteroberteils 44 gegenüber dem Unterteil 43. Beide Druckbehälterteile 43, 44 sind über eine Umfangsverbindung an dem Flansch 45 miteinander verschraubt.
-
Mithin betrifft die vorstehend beschriebene Erfindung eine Strukturtestanordnung zur Prüfung von Rumpfschalenteilen 20 von Transportmitteln, insbesondere von Rumpfschalen von Flugzeugrümpfen oder Teilen von diesen, mit wenigstens einer Druckerzeugungseinrichtung 10 zur Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen beiden Seiten eines zu prüfenden Rumpfschalenteils 20, und mit einer Trageinrichtung 30, an welcher das zu prüfende Rumpfschalenteil 20 in Prüfstellung angeordnet ist, wobei eine Fläche 25 des Rumpfschalenteils 20 ein an der Trageinrichtung 30 vorgesehenes offenes Prüfvolumen 35 in Prüfstellung begrenzt. Um eine Strukturtestanordnung 1 zur Verfügung zu haben, die bei guter Druckdichtigkeit Strukturtests des prüfenden Bauteils über einen erhöhten Anforderungen gerecht werdenden, genügend großen Bereich von Differenzdrücken gestattet, ist die Trageinrichtung 30 mit dem zu prüfenden Rumpfschalenteil 20 in einem Druckbehälter 40 aufgenommen und die Druckerzeugungseinrichtung 10 erzeugt auf einer dem Prüfvolumen 35 abgewandten Seite des Rumpfschalenteils 20 einen Überdruck.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Strukturtestanordnung
- 10
- Druckerzeugungseinrichtung
- 15
- Stelleinrichtung
- 20
- Rumpfschalenteil
- 25
- Fläche des Rumpfschalenteils
- 30
- Trageinrichtung
- 31
- Unterdruckkasten
- 32
- Seitenwand Unterdruckkasten
- 33
- Dichtmittel
- 35
- Prüfvolumen
- 40
- Druckbehälter
- 41
- Sockelteil
- 42
- Trennlinie
- 43
- Unterteil Druckbehälter
- 44
- Oberteil Druckbehälter
- 45
- Flansch
