DE102016210079A1

DE102016210079A1 - Verfahren zum Herstellen eines Rumpfabschnitts

Info

Publication number: DE102016210079A1
Application number: DE102016210079.3A
Authority: DE
Inventors: Paul Jörn
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2017-12-14
Also published as: US20170355434A1; CN107472503A; US11021226B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines Rumpfabschnitts, insbesondere für ein Luft- oder Raumfahrzeug, mit den folgenden Verfahrensschritten: Verschweißen eines ein thermoplastisches Material enthaltenden Hautabschnitts mit einem ein thermoplastisches Material enthaltenden Spant im Bereich einer vorbestimmten Schweißzone; und Verbinden eines als Rissstopper ausgebildeten Befestigungselements mit dem Hautabschnitt und dem Spant in dem Bereich der Schweißzone. Die vorliegende Erfindung schafft ferner einen Rumpfabschnitt, insbesondere für ein Luft- oder Raumfahrzeug, sowie ein Luft oder Raumfahrzeug mit einem Rumpf, der einen solchen Rumpfabschnitt aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rumpfabschnitts, insbesondere für ein Luft- oder Raumfahrzeug, sowie einen Rumpfabschnitt und ein Luft- oder Raumfahrzeug mit einem solchen Rumpfabschnitt.
Obwohl auf beliebige Rumpfarten anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf einen Flugzeugrumpf näher erläutert.
Moderne Flugzeugrümpfe werden oftmals unter anderem mit faserverstärkten Kunststoffen konstruiert. Ein Flugzeugrumpf weist üblicherweise Hautabschnitte sowie die Hautabschnitte tragende Stringer und Spanten auf. Die Stringer verlaufen in Rumpflängsrichtung während die Spanten in Umfangsrichtung verlaufen.
Zur Befestigung insbesondere der Spanten mit den Hautabschnitten werden üblicherweise Nietverfahren eingesetzt. Hierzu werden Verbindungselemente, sogenannte Clips, und Spantstabilisierungselemente, sogenannte Cleats, jeweils mit der Haut und mit dem Spant vernietet. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Anordnung sind beispielsweise in der DE 10 2014 103 438 A1 beschrieben.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Rumpfabschnitts sowie einen entsprechenden verbesserten Rumpfabschnitt bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Rumpfabschnitts mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch einen Rumpfabschnitt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
Demgemäß ist vorgesehen:

– Ein Verfahren zum Herstellen eines Rumpfabschnitts, insbesondere für ein Luft- oder Raumfahrzeug, mit den folgenden Verfahrensschritten: Verschweißen eines ein thermoplastisches Material enthaltenden Hautabschnitts mit einem ein thermoplastisches Material enthaltenden Spant im Bereich einer vorbestimmten Schweißzone; und Verbinden eines als Rissstopper ausgebildeten Befestigungselements mit dem Hautabschnitt und dem Spant in dem Bereich der Schweißzone.
– Ein Rumpfabschnitt, insbesondere für ein oder in einem Luft- oder Raumfahrzeug, insbesondere hergestellt gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren, mit: einem Hautabschnitt; und einem Spant, wobei der Hautabschnitt und der Spant jeweils ein thermoplastisches Material enthalten und in einer Schweißzone miteinander verschweißt sind, wobei in dem Bereich der Schweißzone ein mit dem Hautabschnitt und dem Spant verbundenes Befestigungselement vorgesehen ist, welches als Rissstopper ausgebildet ist.
– Ein Luft- oder Raumfahrzeug, mit einem Rumpf, welcher einen erfindungsgemäßen Rumpfabschnitt oder einen gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rumpfabschnitt aufweist.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass eine Rumpfanordnung mit einem Hautabschnitt und einem Spant ausgebildet werden, welche jeweils ein thermoplastisches Material enthalten und zur Befestigung in einer Schweißzone miteinander verschweißt werden. Zusätzlich werden erfindungsgemäß als Rissstopper ausgebildete Befestigungselemente in der Schweißzone vorgesehen, welche mit dem Spant und dem Hautabschnitt verbunden sind.
Der Hautabschnitt und der Spant können in vielfältiger Weise ausgebildet sein und dabei ein thermoplastisches Material aufweisen. Beispielsweise kann es sich um ein Faserverbundmaterial mit thermoplastischer Matrix oder einen Mehrschichtaufbau mit zumindest einer thermoplastischen Schicht handeln. Insbesondere brauchen der Hautabschnitt und der Spant nicht vollständig aus thermoplastischem Material bestehen. Vielmehr können auch können lediglich Anteile, lediglich eine Schicht oder lediglich ein Bereich der Schweißzone das thermoplastische Material aufweisen. Denkbar wäre ferner, eine thermoplastische Deckschicht oder einen in anderer Form ausgebildeten Zusatzwerkstoff zum Verschweißen an dem Hautabschnitt und/oder an dem Spant vorzusehen.
Eine Schweißzone kann vielfältige Ausbildungen aufweisen. Beispielsweise kann sie als flächige Schweißzone, als lineare Schweißnaht, als von einer Schweißnaht umgebene Fläche, als mit einer Vielzahl von Schweißpunkten oder mit einem Schweißmuster versehene Fläche oder dergleichen ausgebildet sein.
Mittels thermoplastischem Schweißen wird die Haut mit dem Spant in der Schweißzone verbunden. Vorteilhaft werden der Hautabschnitt und der Spant somit anstatt der üblichen arbeitsintensiven Nietverbindungen in einem vergleichsweise einfachen und schnellen Prozess des Schweißens verbunden. Auf diese Weise können Herstellungskosten und auch Durchlaufzeiten minimiert werden.
Zum thermoplastischen Schweißen kann je nach Art des eingesetzten Schweißverfahrens mit oder ohne Zusatzwerkstoffe, thermoplastische Kleber oder dergleichen gearbeitet werden.
Die Innendruckbelastung in einem Flugzeugrumpf kann dazu führen, dass der Spant von dem Hautabschnitt abgeschält wird. Üblicherweise werden daher in der Luftfahrt für eine Zulassung Nietverbindungen gefordert, welch ein derartiges Abschälen verhindern. Erfindungsgemäß dienen nun die zusätzlichen als Rissstopper ausgebildeten Befestigungselemente der Schadenstoleranz der Verbindung und verhindern Rissbildung und/oder Rissfortschritte und somit Ablösung. Vorteilhaft ermöglicht dies, dass die Schweißverbindung für die Luftfahrt zulassungsfähig sein kann.
Die Befestigungselemente können erfindungsgemäß gezielt lokal an höher belasteten und somit rissanfälligeren Abschnitten der Schweißzone, insbesondere im Bereich eines Ansatzes oder Auslaufs der Schweißzone, vorgesehen werden. Auf diese Weise wird vorteilhaft schon ein Rissansatz vermieden.
Ferner können die Befestigungselemente anders als bei üblichen Nietverbindungen erfindungsgemäß auch einzeln und/oder in vergleichsweise großen bzw. großzügigen Abständen, welche zur Verhinderung eines Rissfortschritts ausreichen, gesetzt werden, da die eigentliche Befestigung bzw. Anbindung durch die Schweißverbindung bereitgestellt wird. Es sind daher vorteilhaft sehr viel weniger Befestigungselemente notwendig als bei üblichen Nietverbindungen. In Summe erfordert die Herstellung der Schweißverbindung zusammen mit dem Einbringen der Befestigungselemente daher einen deutlich verminderten Arbeitsaufwand. Die erfindungsgemäße Lösung trägt somit zur Gewichts- und Kostenoptimierung bei.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird der Spant mit einer Durchgangsausnehmung ausgebildet, an welcher die Schweißzone unterbrochen wird. Das Befestigungselement wird dabei im Bereich eines an die Durchgangsausnehmung angrenzenden Auslaufs oder Ansatzes der Schweißzone angeordnet. Im Bereich des Ansatzes oder Auslaufs der Schweißzone konzentriert sich bei auftretenden Belastungen oftmals ein Kraftfluss, was zu lokal erhöhten Spannungen führt. Somit verstärkt das im Bereich des Ansatzes oder Auslaufs der Schweißzone angeordnete Befestigungselement denjenigen Bereich der Schweißzone, welcher den höchsten Belastungen ausgesetzt ist. Auf diese Weise wird schon ein Rissansatz und damit ein Ablösen wirksam verhindert.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Befestigungselement form- und/oder kraftschlüssig mit dem Hautabschnitt und dem Spant verbunden. Beispielsweise kann dies durch Nieten, Schrauben oder andere Arten von Bolzenverbindung ausgeführt werden. Denkbar ist auch eine formschlüssige Befestigung an einer Seite und eine kraftschlüssige Befestigung an der anderen Seite des Befestigungselements. Alternativ oder zusätzlich sind auch Kombinationen aus kraft- oder formschlüssiger Verbindung mit einer stoffschlüssigen Verbindung denkbar. Vorzugsweise kann die Verbindung des Befestigungselements mit dem Hautabschnitt und dem Spant nach dem Verschweißen in dem Bereich der Schweißzone vorgenommen werden, sodass der Schweißprozess davon vorteilhaft nicht beeinflusst wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Befestigungselement stoffschlüssig mit dem Hautabschnitt und dem Spant verbunden. Auf diese Weise können vorteilhaft in der Herstellung aufwendigere mechanische Befestigungsschritte vermieden werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Befestigungselement zum Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Hautabschnitt und dem Spant während des Schweißens in die Schweißzone mit eingeschmolzen. Vorteilhaft ist somit kein zusätzlicher Arbeitsschritt zum Verbinden des Befestigungselements mit dem Hautabschnitt und dem Spant notwendig. Beispielsweise kann es sich bei dem Befestigungselement um einen Stift handeln. Insbesondere kann dieser vor dem Verschweißen in eine vorgesehene Ausnehmung im Bereich der Schweißzone eingelegt werden. Während des Schweißvorgangs schmilzt das thermoplastische Material des Spants und des Hautabschnitts und verbindet sich mit dem Material des Befestigungselements, sodass eine stoffschlüssige Verbindung entsteht.
Denkbar wäre auch das Befestigungselement mit einer Hinterschneidung, beispielsweise einem Kopf und/oder einem Fuß auszubilden und/ oder einer Taillierung auszubilden, welche beim Schweißen im Schmelzbad mit Schmelze ausgefüllt wird, sodass sich beim Schweißen zusätzlich zu einer stoffschlüssigen auch eine formschlüssige Verbindung des Befestigungselements mit dem Spant und/oder der Haut ausbildet.
Darüber hinaus ist es denkbar, das Befestigungselement in der Schweißzone bzw. in dem thermoplastischen Material zu versenken, sodass es insbesondere in der Schweißzone gekapselt ist. Das Befestigungselement braucht das Material daher nicht vollständig durchdringen. Auf diese Weise kann beispielsweise für einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff des Materials des Hautabschnitts und/oder Spants gleichzeitig mit der Verbindung auch ein Kontaktkorrosionsschutz bereitgestellt werden. Vorteilhaft können andere Kontaktkorrosionsschutzmaßnahmen somit entfallen oder reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Hautabschnitt und/oder der Spant als Faserverbundbauteil vorgesehen. In diesem Fall verdrängt das Befestigungselement Fasern des Faserverbundbauteils während des Schweißens in der Schweißzone zerstörungsfrei. Dazu kann das Befestigungselement derart in die Schweißzone eingebracht werden, dass Fasern verdrängt, aber nicht geschnitten werden. Auf diese Weise wird vorteilhaft die Faserstruktur nicht geschädigt. Gemäß einer Ausführungsform einer Rumpfanordnung ist ein quer zu dem Spant verlaufender und mit dem Hautabschnitt verbundener Stringer vorgesehen. In einem Kreuzungsbereich weist der Spant dabei eine Durchgangsausnehmung für den Stringer auf, an welcher die Schweißzone unterbrochen ist. Der Stringer enthält insbesondere ebenfalls ein thermoplastisches Material und ist beispielsweise ebenfalls mit dem Hautabschnitt verschweißt vorgesehen. Bei einer Ausführungsform kann auch in einer Schweißzone des Stringers ein mit der Haut und dem Stringer verbundenes Befestigungselement vorgesehen sein. Vorteilhaft ist auf diese Weise eine mit Stringer und Spanten ausgesteifte Rumpfstruktur geschaffen, welche mit vergleichsweise geringem Fertigungsaufwand herstellbar ist und eine hohe Schadenstoleranz aufweist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist das Befestigungselement im Bereich eines an die Durchgangsausnehmung angrenzenden Auslaufs oder Ansatzes der Schweißzone angeordnet. Da es sich bei dem Ansatz bzw. Anfang und Auslauf bzw. Endbereich oftmals um die am höchsten belasteten Abschnitte der Schweißzone handelt, tritt dort oftmals die höchste Spannung auf. Mit dem Befestigungselement im Bereich des Auslaufs oder Ansatzes wird ein Rissansatz und damit eine Ablösung oder Delamination wirksam verhindert.
Gemäß einer Ausführungsform des Rumpfabschnitts ist das Befestigungselement form- und/oder kraftschlüssig mit dem Hautabschnitt und/oder dem Spant verbunden ausgebildet. Beispielsweise handelt es sich um ein in Form eines Niets oder in Form eines Bolzens ausgebildetes Befestigungselement. Vorteilhaft kann dazu Standard-Werkzeug eingesetzt werden, das auch bei herkömmlichen Verbindungen mit Nieten oder Bolzen verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich sind auch Kombinationen aus kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssiger Verbindung denkbar. Dementsprechend kann auch nur mit dem Hautabschnitt oder nur mit dem Spant ein Formschluss und an der anderen Seite des Befestigungselements ein Kraftschluss vorgesehen sein. Denkbar wäre auch, dass nur der Hautabschnitt oder der Spant formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Befestigungselement verbunden ist, wobei an der anderen Seite des Befestigungselements eine andere Verbindung, beispielsweise eine stoffschlüssigen Verbindung, vorgesehen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Befestigungselement stoffschlüssig mit dem Hautabschnitt und/oder dem Spant verbunden ausgebildet. Insbesondere kann es sich um einen in die Schweißzone eingeschmolzenen Stift handeln. Dabei kann das Befestigungselement insbesondere in der Schweißzone versenkt angeordnet sein. Auf diese Weise ist das Befestigungselement vorteilhaft gekapselt, sodass Kontakt-Korrosionsprobleme vermieden werden.
Der Stift kann bei einer Ausführungsform eine Hinterschneidung und/oder Taillierung und/oder dergleichen zur zusätzlichen Ausbildung eines Formschlusses aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Hautabschnitt und/oder der Spant als Faserverbundbauteil ausgebildet, wobei Fasern des Faserverbundbauteils in der Schweißzone durch das Befestigungselement zerstörungsfrei verdrängt angeordnet sind. Auf diese Weise ist die Faserstruktur trotz des Befestigungselements vorteilhaft unbeschädigt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Vielzahl von Befestigungselementen vorgesehen. Die Befestigungselemente sind dabei jeweils in einem vorbestimmten Abstand zueinander in der Schweißzone angeordnet. Ein solcher vorbestimmter Abstand ist vorzugsweise größer als 10 cm ausgebildet sein. Insbesondere handelt es sich um einen Abstand von größer als 50 cm. Besonders bevorzugt liegt der Abstand in einem Bereich zwischen 50 cm und 1 m. Vorteilhaft werden auf diese Weise nur vergleichsweise wenige Befestigungselemente benötigt, was den Herstellungsaufwand massiv reduziert. Dennoch genügt bei geschickter Positionierung dieser Abstand der Befestigungselemente um eine Rissbildung und eine Ablösung oder Delamination wirksam zu verhindern. Insbesondere ist die Positionierung der Befestigungselemente dazu in den am höchsten belasteten Abschnitten der Schweißzone vorgesehen.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Insbesondere sind sämtliche Merkmale des Verfahrens zur Herstellung des Rumpfabschnitts auf den Rumpfabschnitt übertragbar, und umgekehrt.
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 Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Figur der Zeichnung näher erläutert. Dieselben Bezugszeichen bezeichnen darin gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
1 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines Rumpfabschnitts.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Luft- oder Raumfahrzeugs.
Der in 1 gezeigte Rumpfabschnitt 1 weist einen Hautabschnitt 2 und einen Spant 3 auf.
Der Hautabschnitt 2 ist entsprechend der runden Form eines in 2 gezeigten Rumpfes 12 gekrümmt ausgebildet. Entsprechend weist der Spant 3 an seiner radialen Außenseite, an welcher der Hautabschnitt 2 befestigt ist, ebenfalls eine dementsprechende Krümmung auf.
Der Rumpfabschnitt 1 weist ferner mehrere Stringer 8 auf, welche im Wesentlichen in Längsrichtung des Rumpfes 12, die in der dargestellten Querschnittsansicht in die Zeichenebene hinein verläuft, ausgerichtet sind.
Die Stringer 8 kreuzen den Spant 3 in Kreuzungsbereichen 9, wozu jeweils Durchgangsausnehmungen 6 in dem Spant 3 vorgesehen sind. Die Durchgangsausnehmungen 6 sind hier rein beispielhaft bogenförmig ausgebildet.
Sowohl der Hautabschnitt 2 als auch der Spant 3 sind beispielhaft aus einem Faserverbundmaterial mit thermoplastischer Matrix gebildet. Insbesondere kann der Hautabschnitt 2 mittels eines Tapelegeverfahrens hergestellt sein.
Die Befestigung des Hautabschnitts 2 an dem Spant 3 ist durch Schweißzonen 4 realisiert, in welchen der Hautabschnitt 2 mit dem Spant 3 thermoplastisch verschweißt ist.
Die Schweißzonen sind im Bereich der Durchgangsausnehmungen 6 unterbrochen. Innerhalb der Schweißzonen 4 sind jeweils zusätzliche Befestigungselemente 5 vorgesehen, welche als Rissstopper ausgebildet sind. Diese sind jeweils im Bereich eines Ansatzes bzw. Auslaufs 7 einer Schweißzone 4 angeordnet.
Ein Ansatz oder Auslauf bezeichnet jeweils das Ende einer durchgehenden Schweißzone. Beispielsweise kann es sich um einen Nahtanfang oder einen Nahtauslauf eine Schweißnaht handeln.
Die Schweißzone 4 weist vorzugsweise eine Breite auf, welche die Breite bzw. den Durchmesser des Befestigungselements 5 übersteigt.
Zur Herstellung des Rumpfabschnitts 1 werden der Hautabschnitt 2 und der Spant 3 in den vorbestimmten Schweißzonen 4 thermoplastisch verschweißt. Beispielsweise kann dies mittels Wärmeleitungsschweißen oder Ultraschallschweißen oder Warmgasschweißen erfolgen. Auch andere Schweißprozesse, beispielsweise ein Laserstrahlschweißprozess, sind denkbar.
Beispielsweise werden beim Warmgasschweißen die zu verbindenden Flächen mit Warmluft auf Schweißtemperatur erwärmt und unter Druck verschweißt. Insbesondere enthält das Verschweißen dazu die Schritte: Vorbereiten der Schweißflächen im Bereich der vorbestimmten Schweißzone; Erwärmen der Schweißzone; Zusammenfügen des Hautabschnitts mit dem Stringer unter gleichzeitigem Aufbringen eines Schweißdrucks; Abkühlen der Schweißnaht unter Aufrechterhalten des Schweißdrucks; Entlasten des geschweißten Materials vom Schweißdruck.
Ferner werden in den Schweißzonen 4 die Befestigungselemente 5 im Bereich eines Ansatzes oder Auslaufs 7 jeder Schweißzone 4 eingebracht.
Beispielsweise können die Befestigungselemente 5 bei der Herstellung nach dem Verschweißen in die Schweißzone 4 eingebracht werden. In diesem Fall kann es sich Bei den Befestigungselementen 5 um in die erstarrte Schweißzone 4 eingebrachte Nieten handeln. Alternativ kann es sich auch um unterschiedlichste herkömmliche Arten von Bolzen handeln.
Als weitere Alternative können die Befestigungselemente 5 während des Verschweißens in die Schweißzone 4 mit eingeschmolzen werden. Beispielsweise kann es sich in diesem Fall bei den Befestigungselementen 5 um beim Schweißen in die Schweißzone eingeschmolzene Stifte handeln. Die Stifte können dazu beispielsweise vor dem Verschweißen innerhalb der vorbestimmten Schweißzone 4 positioniert werden. Insbesondere können vor dem Verschweißen entsprechende Positionierungs-Ausnehmungen, beispielsweise Bohrungen, in der vorbestimmten Schweißzone vorgesehen werden. Beim Aufschmelzen des Thermoplastmaterials werden die Befestigungselemente darin mit eingeschmolzen bzw. eingebettet und auf diese Weise stoffschlüssig mit dem Thermoplastmaterial verbunden.
Die Fasern des Faserverbundmaterials des Hautabschnitts und des Spants werden dabei nicht geschädigt. Vielmehr ist im Schmelzbad ist eine Faserverdrängung durch die Befestigungselemente möglich, sodass vorteilhaft keine Faserschädigung auftritt.
Die Befestigungselemente bleiben dabei selbst vorzugsweise fest, sodass sie nach dem Erstarren der Thermoplast-Schmelze in ihrer ursprünglichen Form an der vorgesehenen Position eingebettet und stoffschlüssig mit dem Hautabschnitt 2 und dem Spant 3 verbunden sind.
Mittels der Befestigungselemente 5 wird die Schweißverbindung zwischen Spant und Hautabschnitt in schadenstoleranter Weise realisiert. Im Falle einer Ablösung wird ein etwaiger Riss bzw. Rissfortschritt stets am nächstgelegenen Befestigungselement 5 gestoppt. Auf diese Weise ist der erfindungsgemäße Rumpfabschnitt 1 trotz einer Schweißverbindung zwischen Hautabschnitt und Spant für die Luftfahrt zertifizierbar.
Die Stringer 8 sind beispielsweise als Omega-Stringer ausgebildet und ebenfalls aus einem Faserverbundmaterial mit thermoplastischer Matrix gebildet. Dementsprechend sind die Stringer vorzugsweise ebenfalls mit dem Hautabschnitt verschweißt vorgesehen.
2 zeigt ein Luft- oder Raumfahrzeug 11 in Form eines Passagierflugzeugs. Das Luft- oder Raumfahrzeug 11 weist einen Rumpf 12 auf, welcher zumindest einen gemäß 1 ausgebildeten Rumpfabschnitt 1 aufweist.
Vorzugsweise ist der gesamte Rumpf 12 in der gemäß 1 beschriebenen Bauweise hergestellt und enthält somit eine Vielzahl derartiger Rumpfabschnitte 1.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Beispielweise können innerhalb einer Schweißzone 4 auch zwischen dem Ansatz und dem Auslauf 7 zusätzliche Befestigungselemente 5 angeordnet sein. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Stringer 8 bzw. die Durchgangsausnehmung 6 größer als 1 m voneinander beabstandeten sind, um etwaige Risse einem frühen Stadium zu stoppen. Die zusätzlichen Befestigungselemente 5 sind dann vorzugsweise ebenfalls in einem Abstand zwischen 50 cm und 1 m von den am Ansatz oder Auslauf 7 vorgesehenen Befestigungselementen angeordnet.
Anstatt Omega-Stringer können auch andere Arten bzw. Geometrien der Stringer 8 vorgesehen sein. Dementsprechend müssen die Durchgangsausnehmungen 6 des Spants 3 nicht notwendigerweise bogenförmig ausgebildet sein, sondern können auch eine andere an die Stringergeometrie angepasste Form aufweisen.
Darüber hinaus brauchen die Stringer zur Realisierung des erfindungsgemäßen Konzepts nicht notwendigerweise ebenfalls ein thermoplastisches Material enthalten bzw. an die Haut angeschweißt sein.
Lediglich für den Spant 3 und den Hautabschnitt 2 ist das thermoplastische Material zum Ausbilden der Schweißzone notwendig. Allerdings wäre es auch möglich, ein thermoplastisches Material lediglich lokal oder lediglich als Schicht, äußere Beschichtung oder gegebenenfalls als Zusatzwerkstoff zum Verbinden des Spants mit dem Hautabschnitt einzusetzen, sodass der Spant und/oder der Hautabschnitt gegebenenfalls erst im verschweißten Zustand im Bereich der Schweißzone das thermoplastische Material enthalten.
Bezugszeichenliste

1: Rumpfabschnitt
2: Hautabschnitt
3: Spant
4: Schweißzone
5: Befestigungselement
6: Durchgangsausnehmung
7: Auslauf bzw. Ansatz
8: Stringer
9: Kreuzungsbereich
10: Abstand
11: Luftfahrzeug
12: Rumpf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014103438 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Rumpfabschnitts (1), insbesondere für ein Luft- oder Raumfahrzeug, mit den folgenden Verfahrensschritten: Verschweißen eines ein thermoplastisches Material enthaltenden Hautabschnitts (2) mit einem ein thermoplastisches Material enthaltenden Spant (3) im Bereich einer vorbestimmten Schweißzone (4); und Verbinden eines als Rissstopper ausgebildeten Befestigungselements (5) mit dem Hautabschnitt (2) und dem Spant (3) in dem Bereich der Schweißzone (4).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spant (3) mit einer Durchgangsausnehmung (6) ausgebildet wird, an welcher die Schweißzone (4) unterbrochen wird, wobei das Befestigungselement (5) in dem Bereich eines an die Durchgangsausnehmung (6) angrenzenden Auslaufs oder Ansatzes (7) der Schweißzone (4) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) form- und/oder kraftschlüssig mit dem Hautabschnitt (2) und/oder dem Spant (3) verbunden wird, insbesondere durch Nieten oder Schrauben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) stoffschlüssig mit dem Hautabschnitt (2) und/oder dem Spant (3) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) zum Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Hautabschnitt (2) und dem Spant (3) während des Schweißens in die Schweißzone (4) mit eingeschmolzen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hautabschnitt (2) und/oder der Spant (3) als Faserverbundbauteil vorgesehen werden, wobei das Befestigungselement (5) Fasern des Faserverbundbauteils während des Schweißens in der Schweißzone (4) zerstörungsfrei verdrängt.
Rumpfabschnitt (1), insbesondere für ein oder in einem Luft- oder Raumfahrzeug, mit: einem Hautabschnitt (2); und einem Spant (3), wobei der Hautabschnitt (2) und der Spant (3) jeweils ein thermoplastisches Material enthalten und in einer Schweißzone (4) miteinander verschweißt sind, und wobei in dem Bereich der Schweißzone (4) ein mit dem Hautabschnitt (2) und dem Spant (3) verbundenes Befestigungselement (5) vorgesehen ist, welches als Rissstopper ausgebildet ist.
Rumpfabschnitt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein quer zu dem Spant (3) verlaufender und mit dem Hautabschnitt (2) verbundener Stringer (8) vorgesehen ist, wobei der Spant (3) in einem Kreuzungsbereich (9) eine Durchgangsausnehmung (6) für den Stringer aufweist, an welcher die Schweißzone (4) unterbrochen ist.
Rumpfabschnitt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) im Bereich eines an die Durchgangsausnehmung (6) angrenzenden Auslaufs oder Ansatzes (7) der Schweißzone (4) angeordnet ist.
Rumpfabschnitt nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5), insbesondere in Form eines Niets oder Bolzens, form- und/oder kraftschlüssig mit dem Hautabschnitt (2) und/oder dem Spant (3) verbunden ausgebildet ist.
Rumpfabschnitt nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5), insbesondere in Form eines in die Schweißzone (4) eingeschmolzenen Stifts, stoffschlüssig mit dem Hautabschnitt (2) und/oder dem Spant (3) verbunden ausgebildet ist.
Rumpfabschnitt nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hautabschnitt (2) und/oder der Spant (3) als Faserverbundbauteil ausgebildet ist, wobei Fasern des Faserverbundbauteils in der Schweißzone (4) durch das Befestigungselement (5) zerstörungsfrei verdrängt angeordnet sind.
Rumpfabschnitt nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Befestigungselementen (5) vorgesehen ist, wobei die Befestigungselemente (5) jeweils in einem vorbestimmten Abstand (10) zueinander, insbesondere in einem Abstand von größer als 10 cm, vorzugsweise größer als 50 cm, besonders bevorzugt zwischen 50 cm und 1 m, in der Schweißzone (4) angeordnet sind.
Luft- oder Raumfahrzeug (11), mit einem Rumpf (12), welcher einen Rumpfabschnitt (1) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13 und/oder hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.