DE19529706C2

DE19529706C2 - Flächentragwerk, insbesondere für ein Luftfahrzeug

Info

Publication number: DE19529706C2
Application number: DE19529706A
Authority: DE
Inventors: Matthias Piening; Arno Pabsch; Christof Sigle
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2015-08-12
Also published as: US5924649A; GB9616813D0; DE19529706A1; GB2304090A; GB2304090B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flächentragwerk mit schubsteifen Schalen aus Faserverbundwerkstoffen, insbesondere CFK, bei dem auf der Innenseite der Schälen Zug- und Druckkräfte aufnehmende Elemente vorgesehen sind, die sich in Längsrichtung des Flächentragwerks erstreckende unidirektionale Fasern aufweisen und an denen am anschlussseitigen Ende des Flächentragwerks Be festigungen vorgesehen sind, die mit entsprechenden Anschlüssen eines benachbarten Bauteils lösbar verbindbar sind und die schub- und längstragen den Bestandteile der Schale in getrennten geometrischen Bereichen angeordnet sind.

Flügelschalen der genannten Art bestehen im allgemeinen aus der Flügelhaut und damit verbundenen Stringern. Längskräfte werden dabei sowohl durch die Haut als auch die Stringer übertragen. Die Stringer oder sonstige die Biegestei figkeit erhöhende Elemente werden bei bekannten Flügeln mit der Flügelhaut verklebt. Eine Verklebung führt jedoch zu Problemen, die die Schadenstoleranz der Schale betreffen, und zwar insbesondere das partielle Ablösen einzelner Stringer von der Flügelschale infolge von Stoßbelastungen (Impact-Belastungen) und die sich anschließende Schadensfortpflanzung an einer beschädigten Stelle. Haut-Stringer-Verbindungen werden daher häufig zur Klebverbindung durch Niete gesichert.

In der DE 43 29 744 C1 ist ein Flügel beschrieben, bei dem zur Erzielung der erforderlichen Biegesteifigkeit Stäbe mit einer rohrförmigen Wandung aus Fa serverbundwerkstoff auf einem Kern aus Schaumstoff mit wenigstens einer Lage aus achsparallelen unidirektionalen Fasern und einem darüberliegenden Gewebeschlauch mit sich unter einem Winkel zur Achse des Stabes kreuzenden Fasern verwendet werden. Diese Stäbe, welche auch als Stringer wirken, sind jeweils paarweise oder in Dreierbündeln mit einer schubsteifen Umhüllung versehen und nebeneinander liegend auf der Innenseite der Flügelschale auf geklebt. Die Stäbe sind dabei an der Wurzel des Flügels mit rotationssymmetrischen Anschlußelementen zum axialen Einleiten von Zug- und Druckkräften versehen. Die Anschlußelemente sind mit einem koaxialen Anschlußgewinde versehen, in das jeweils Befestigungsschrauben eingeschraubt sind, die durch eine rumpfseitige Anschlußrippe in die Anschlußgewinde geschraubt werden. Konstruktionsbedingt müssen die Stäbe dabei so angeordnet werden, dass die Achsen senkrecht zur Flügelwurzelrippe stehen. Damit ist die Wahl der Lage der gerade ausgebildeten Stäbe innerhalb der Flügelschale aber begrenzt. Neben der Tatsache, dass auch hier mit Klebverbindungen gearbeitet wird, ist die An wendung dieser Konstruktion auf Flügel beschränkt, bei denen ein entspre chender Teil der Stäbe sich rechtwinklig zur Flügelwurzelrippe geradlinig bis zur Flügelspitze erstrecken kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Flächentragwerk der gattungsgemäßen Art so auszubilden, dass dieses einschließlich aller Versteifungen im wesentlichen ohne Klebverbindungen auskommt und der Anschluss über Anschlusselemente her stellbar ist, die in einem großen Winkelbereich relativ zur Längserstreckung liegen können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass auf der Innen seite in Längsrichtung der Schalen im Abstand voneinander Stringer ausgebildet sind, deren Faseranteil durch mindestens ein Fasergelege gebildet ist, das ein Fasergelege der Schale ist, dass zwischen den im Abstand voneinander liegen den Stringern als unidirektionale Steifigkeiten Faserbündel angeordnet sind, die in die Kunstharzmatrix des Flächentragwerks eingebettet sind und sich in Längsrichtung erstrecken, dass jeweils Gruppen mit drei Faserbündeln neben einander verlaufend vorgesehen sind, von denen jeweils die beiden äußeren Faserbündel am anschlussseitigen Ende des Flächentragwerks eine Schlaufe zur Aufnahme eines senkrecht zur Ebene der beiden Faserbündel in die Schlaufe einzuführenden Bolzens bilden, der das Flächentragwerk mit dem be nachbarten Bauteil verbindet.

Vorzugsweise bildet das mittlere Faserbündel eine Schlaufe senkrecht zur Ebene der beiden äußeren Faserbündel zur Aufnahme eines Bolzens, der in die Schlaufe eingeführt wird.

Die zweite Schlaufe hat einen Versatz zur ersten Schlaufe in Richtung der Flü gelspitze und wird gebildet durch eine Drehung des mittleren Faserbündels nach unten und Verbindung des Endabschnitts mit dem mittleren Faserbündel zur Aufnahme eines Bolzens, der senkrecht in die Ebene dieser Schlaufe eingeführt wird, wobei der Bolzen als Verbindungselement zu rumpfseitigen Anschlusselementen dient.

Vorzugsweise bildet das innere Faserbündel eine Schlaufe am Ende des Flä chentragwerks senkrecht zur Ebene der beiden äußeren Faserbündel zur Auf nahme eines Bolzens, der in diese Schlaufe senkrecht zur Schlaufenebene ein geführt wird. Der Bolzen dient als Verbindungselement zu Anschlusselementen des anderen Flächentragwerks, das damit verbunden werden soll. Die innere Schlaufe wird gebildet durch eine Umlenkung des mittleren Faserbündels und bevorzugt durch Schäftung.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Schlaufen als Verankerungselemente für glasfaserverstärkte Elemente sind an sich beispielsweise aus der DE-PS 15 06 573 bekannt. Allerdings ist es dort nur vorgesehen, die zu einer Endschlaufe geformte Kunststoffmasse zwischen zwei Metallschalen zu sichern, die dann die eigentliche Verankerung bilden. Ähnliches ist auch in der DE-OS 15 31 374 vorgesehen, wobei dort eine Aufteilung in mehrere Schlaufen mit Festlegung der Relativlage erfolgt.

Auch die DE 24 55 810 A1, die DE 27 58 086 A1 und die DE 24 51 860 A1 be schäftigen sich mit schlaufenförmigen Verankerungen, nicht aber mit der Fort setzung dieser Verankerungen in einen Flugzeugflügel oder ein anderes Flä chentragwerk als dortige Versteifung zwischen Stringern.

Flächentragwerke gemäß der Erfindung lassen sich in besonders zweckmäßiger Art durch eine Harzinjektion der trocken konfektionierten Faseranteile herstellen.

Besonders bevorzugt sind kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe.

Durch die Einbettung aller Faseranteile in die Kunstharzmatrix der Flügelschalen wird in Verbindung mit der konstruktiven Ausbildung der sich in Längsrichtung des Flügels erstreckenden unidirektionalen Faserbündel eine hohe Schadensto leranz der Flügel und der rumpfseitigen Anschlüsse erzielt. Die konstruktive Auslegung der Faserbündel ist dabei so zu wählen, dass auch bei Zerstörung einer vorgegebenen Anzahl von Faserbündeln bzw. Verbindungen die Flug- und Manövrierfähigkeit des Luftfahrzeugs gewährt bleibt.

Bei Tragflügeln der beschriebenen Art handelt es sich um Flächentragwerke. Anschlüsse und Ausbildung der Flächentragwerke gemäß der Erfindung lassen sich daher auch für andere Einsatzbedingungen anwenden. Als Beispiel seien hier die Brückenelemente an selbstfahrenden Brückenbaufahrzeugen - Brückenlegepanzer - genannt. Solche Brückenelemente können mit Ober- und Unterschale ausgebildet sein, die über Seiten- und gegebenenfalls Zwischen wände sowie Querwände zur Bildung eines hochsteifen Kastens verbunden sind. Wie bei den erwähnten Klappflügeln können dabei Schlaufen mit horizontaler Achse Scharniere bilden, die ein Zusammenfalten der Brückenelemente für den Transport ermöglichen. Die starre Verbindung in der Betriebslage kann durch axial verschiebbare Bolzen bewirkt werden. Wenn die Scharniere an der Unterschale angeordnet sind und die Oberschale der Brückenelemente damit nur auf Druck beansprucht ist, kann für die unidirektionalen Schubsteifigkeiten in der Oberschale auch auf Verbindungsbolzen oder dergleichen verzichtet werden, ohne die dem Aufbau der Oberschale innewohnende hohe Schadenstoleranz zu beeinflussen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nach stehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf den rumpf- und flügelseitigen Anschlussbereich in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine Draufsicht ähnlich Fig. 1 einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 einen Schnitt im Bereich der Schnittlinie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Anschlussdetail am Flügel;

Fig. 5 einen Schnitt im Bereich der Schnittlinie V-V in Fig. 1;

Fig. 6 einen Schnitt im Bereich der Schnittlinie V-V in Fig. 1 durch einen vollständigen Anschluss eines Flügels.

Der in Fig. 6 mit seinem wurzelseitigen Ende im Längsschnitt dargestellte Flügel 2 weist eine obere Flügelschale 4 und eine untere Flügelschale 6 auf. Diese Flügelschalen sind über Querrippen miteinander verbunden, von denen in der Zeichnung die Flügelwurzelrippe 8 dargestellt ist. Die Flügelschalen sind weiter durch in der Zeichnung nicht dargestellte Längswände miteinander verbunden, durch die ein Flügelholmkasten gebildet wird.

Die Flügelschalen 4 und 6 bestehen aus Faserverbundwerkstoffen. Die Haut der Flügelschalen ist in bekannter Weise schubsteif ausgebildet. Auf der Innenseite der Flügelschalen sind sich in Längsrichtung erstreckende Stringer 10 vorgesehen, die in Fig. 6 nicht dargestellt sind, aber in Fig. 3. Zwischen den Stringern 10 sind jeweils unidirektionale Steifigkeiten 12 angeordnet. Diese unidirektionalen Steifigkeiten sind als Faserbündel aus unidirektionalen Fasern ausgebildet, in denen sich die Einzelfasern in Längsrichtung des Flügels 2 erstrecken. Die Flügelschale weist eine Mehrzahl von Fasergelegen 14 auf. Die Dicke dieser Schichtung und damit die Anzahl der Fasergelege entspricht der Beanspruchung der Flügelschalen 4, 6 in den jeweiligen Bereichen. Die Gelege 14 werden trocken konfektioniert, und die einzelnen Faserschichten sind über senkrechte Nähte 16 miteinander verbunden.

Die Stringer 10 können durch Faltung der obersten Gelegeschichten 18 gebildet werden. Diese Gelegeschichten sind im Bereich der Wurzel der Stringer 10 je weils durch Nähte 20 wenigstens mit der darunter liegenden Gelegeschicht 22 fest verbunden. Die durch die Faltung gebildeten Stringer 10 sind hier an ihrem oberen Ende T-förmig ausgebildet dargestellt. Statt zweier entgegengesetzt gerichteter Schenkel 24 kann auch ein einseitiger Schenkel vorgesehen sein.

Zwischen den Stringern 10 sind Trennwände 26 vorgesehen, die ebenso wie die Stringer durch Faltung der obersten Gelegeschichten 18 gebildet und ebenfalls durch Nähte 21 wenigstens mit der darunterliegenden Gelegeschicht 22 ver bunden sind. Über die oberste Gelegeschicht 18, die angrenzenden Wände der Stringer und der Zwischenwand sind die unidirektionalen Steifigkeiten 12 jeweils an drei Seiten schubsteif in die Flügelschale 4 bzw. 6 eingebunden. Durch eine obere Abdeckung 28 wird eine vollständige schubsteife Einschließung der uni direktionalen Steifigkeiten 12 erzielt. Die Abdeckung 28 kann mit ihren Rändern an den Stringern 10 seitlich aufwärts geführt sein und damit eine zusätzliche Ver steifung des Stringers bewirken. Es kann auch eine zusätzliche unidirektionale Abdeckung vorgesehen werden, durch die die Biegequersteifigkeit erhöht wird. Die Faltung und sonstige konstruktive Einzelheiten sind in Fig. 3 nicht dargestellt. Alle vorstehend angesprochenen Faseranteile der Flügelschale sind in eine gemeinsame Kunstharzmatrix eingebettet. Die Flügelschale kann trocken durch Vernähen konfektioniert werden. Das Harz wird dann anschließend durch ein Harzinjektionsverfahren eingebracht.

Durch die oben erwähnten Nähte oder Vernähungen wird Sicherheit gegen eine Delaminierung der Gelegeschichten gegeben. Die in der Matrix eingebetteten Nähfäden sind so in die Gewebelagen einzubringen, dass die Fäden in Richtung der örtlichen Beanspruchung im Bereich der Nähte verlaufen. Im Fuß der Stringer und der Zwischenwände können die Fäden daher auch schräg in den Gelegeschichten verlaufen.

Bei der oben beschriebenen Ausbildung der Flügelschalen 4, 6 ist die Aufnahme der Zug- und Druckkräfte weitgehend entkoppelt von Torsionskräften, die in den Flügelschalen auftreten. Die Steifigkeitsanpassung kann durch Querschnittsän derung der Faserbündel wie auch der Dicke der Torsionshaut nahezu stufenlos vorgenommen werden. Die unidirektionalen Steifigkeiten 12 der Faserbündel können weiter nach aeroelastischen Gesichtspunkten orientiert werden, beispielsweise um eine gewünschte Biege-Drill-Kopplung zu erzielen.

Tragflügel mit Flügelschalen der beschriebenen Art zeichnen sich durch eine große Schadenstoleranz aus, insbesondere ist eine Schadensfortpflanzung, beispielsweise eine Rissfortpflanzung, nahezu ausgeschlossen. Die nachstehend zu beschreibenden Anschlusselemente führen zu einer hohen Schadenstoleranz auch im Anschlussbereich.

Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, werden für die Herstellung der Flügelanschlüsse jeweils drei nebeneinander verlaufende Faserbündel 30, 32, 34 herangezogen, von denen jeweils die beiden äußeren Faserbündel 30, 32 an der Wurzel des Tragflügels zu einer Schlaufe 36 umgelenkt sind. Diese Schlaufe dient zur Auf nahme eines senkrecht zur Ebene der beiden Faserbündel 30, 32 mit seiner Achse verlaufenden Bolzens 38. Der Bolzen dient als Verbindungselement mit den rumpfseitigen Anschlusselementen 40. Für die Aufnahme des Bolzens 38 ist in der Schlaufe 36 vorzugsweise eine Metallbuchse 42 vorgesehen. Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, kann das mittlere Faserbündel 34 kann mit seinem flügelwurzel seitigen Ende 44 direkt gegen die Buchse 42 oder aber an einen drucksteifen Füllkörper 46 anstoßend ausgebildet sein. In diesem Fall werden über das mitt lere Faserbündel 34 ausschließlich Druckkräfte auf den Anschluss übertragen.

Für die Übertragung von in den beiden äußeren Faserbündeln 30, 32 wirkenden Druckkräften ist ein Stützelement 48 vorgesehen, das die Schlaufe mit einem Umschlingungswinkel von 180° umschließt und wie in Fig. 4 dargestellt sich mit an den gekrümmten Bereich anschließenden geraden Schenkelenden 50 auch über den anschließenden geraden Abschnitt der Faserbündel 30 und 32 er strecken sollte. Das Stützelement 48 ist mit einer Stützfläche 52 dargestellt, mit der es sich gegen Stützflächen am Flügelmittelkasten 54 abstützt. Am Flügelmit telkasten sind Anschlussbeschläge vorgesehen, die mit Bohrungen für die Auf nahme des Bolzens 38 versehen sind. Auf diese Weise können die Druckkräfte direkt über Abstützungen in den Flügelmittelkasten übertragen, während Zug kräfte über die Bolzen 38 in den Flügelmittelkasten eingeleitet werden.

Bei besonders hohen Anforderungen kann auch das mittlere Faserbündel 34 so ausgebildet und angeschlossen werden, dass aus diesem Faserbündel neben Druckkräften auch Zugkräfte in den Flügelmittelkasten übertragen werden. Zu diesem Zweck kann auch am mittleren Faserstrang 34 eine Schlaufe 58 aus gebildet werden, wie in Fig. 5 dargestellt. In der Schlaufe 58 ist eine Buchse 60 angeordnet. Die Achse 61 der Buchse 60 und damit der Schlaufe 58 ist um 90° gegenüber der Achse 64 der durch die beiden äußeren Faserbündel 30, 32 gebildeten Schlaufe 36 gedreht. Die Schlaufe 58 ist gegenüber der Schlaufe 36 flügeleinwärts versetzt angeordnet.

Die Schlaufe 58 wird durch eine Umlenkung des mittleren Faserbündels 34 ge bildet. Der rücklaufende Trum 66 ist hierbei an den der Schlaufe zulaufenden Trum angeschäftet, wobei der Zwischenraum mit einem drucksteifen Füllkörper 68 versehen ist.

Die zweite Schlaufe 58 ist wie in Fig. 5 dargestellt über einen zweiten Bolzen 62 an einem Zwischenbeschlag 70 befestigt. Dieser Zwischenbeschlag weist einen Flanschansatz 72 mit einer Bohrung 73 auf, die vom Bolzen 38 durchsetzt wird. Dieser Bolzen 38 überträgt damit auch die Zug- und Druckkräfte aus dem mittleren Faserbündel 34. Der Zwischenbeschlag weist weiter eine Stützschale 74 auf, die die zweite Schlaufe 58 im wesentlichen um 180° umschlingt und gegen die die Schlaufe formschlüssig und spielfrei anliegt. Der Flansch 72 kann ebenfalls mit einer Stützfläche ähnlich der Stützfläche 52 für die Schlaufe zwischen den beiden äußeren Faserbündeln 30, 32 versehen sein, mit der sich der Zwischenbeschlag 70 gegen den Flügelmittelkasten 54 abstützen kann.

Es ist möglich, Schlaufen und entsprechende Zwischenbeschläge 70 für das mittlere Faserbündel 34 nur für die untere Flügelschale 6 vorzusehen, in der höhere Zugbelastungen der Faserbündel auftreten.

Die Anschlusselemente des Flügelmittelkastens können in gleicher Weise wie die Anschlusselemente am Flügel durch parallele Faserbündel gebildet werden mit jeweils drei parallelen Faserbündeln 31, 33, 35, von denen die äußeren Faserbündel 31, 33 jeweils zu einer Schlaufe 37 geformt sind. Eine solche Ausbildung ist im Prinzip in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Damit wird eine hohe Schadenstoleranz auch im Flügelmittelkasten erzielt. Es ist aber auch möglich, am Flügelmittelkasten im Abstand voneinander liegende hochfeste Metallflansche vorzusehen.

Zur Verminderung der bei Doppelpassungen zu erwartenden Probleme ist vor gesehen, die Durchgangslöcher für die Anschlussbolzen nach definiertem An drücken der Stützflächen maßhaltig zu bohren oder aber eine dem Anschlussbereich des Flügelmittelkastens entsprechende Muttervorrichtung zu verwenden und die vorgespannten Faserbündel in dieser Vorrichtung auszuhärten. Anstelle einer Vorrichtung lässt sich auch der Original- Anschlussbeschlag in diesem Sinne verwenden.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist der Flügelanschluss gemäß der Erfindung wie er im vorstehenden beschrieben ist sowohl bei geraden Flügeln als auch bei gepfeilten Flügeln anwendbar. Der Anschluss eines geraden Flügels ist in Fig. 1 und der eines gepfeilten Flügels in Fig. 2 wiedergegeben. Bei gepfeilten Flügeln besteht noch der Vorteil, dass bei zugfestem Anschluss der mittleren Faserbün del die Achsen 62 der Anschlussschlaufen 58 jeweils gegeneinander versetzt liegen, so dass hier ein besonders leichter Zugang für das Einsetzen der Bolzen 62 gegeben ist.

Durch die Ausbildung entsprechender Stützflächen am Flügelmittelkasten ist es möglich, die Anschlüsse frei von Hysterese zu halten. Zugseitig werden die Spannungen direkt durch die unidirektionalen Fasern der Faserbündel aufge nommen. Druckseitig werden die Fasern in Querrichtung vollständig gestützt in der formschlüssigen Abstützung, so dass am Ort der Einmündung des flügelsei tigen unidirektionalen Elements in den Beschlag eine gleichmäßige Spannungs verteilung erreicht wird. Durch eine lückenlose Plazierung der Anschlüsse ent lang einer vorgegebenen Anschlusslinie werden sämtliche Biegekräfte wie ganz allgemein alle Längs-, Quer- und Schubkraftflüsse gleichmäßig aus den Flügeln in die Anschlüsse übertragen.

Die Torsions- und Querkraftflüsse werden durch Einbau einer steifen Vollwan drippe in die Flügelwurzel direkt in diese eingeleitet. Daher liegen im Bereich der Schlaufen 36, 37, 58 nur Längskräfte in Richtung der Faserbündelorientierung vor. Ein steifer Winkelbeschlag, der Schlaufenreihe und Wurzelrippe 8 miteinander verbindet, kann die Torsions-Kraftflüsse direkt in die Anschlussbolzen leiten.

Durch eine der Ausbildung der Flügelschalen entsprechende Ausbildung des Flügelmittelkastens, also insbesondere durch die Verwendung von Gruppen von jeweils drei parallelen Faserbündeln auch im Flügelmittelkasten, wird auch für den Flügelmittelkasten eine hohe Schadenstoleranz erreicht.

Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, ergeben sich durch die beschriebene Ausbildung entlang der Anschlusslinie zwischen Flügel und Rumpf eine große Vielzahl von Anschlusspunkten. Durch entsprechende Dimensionierung der Ein zelelemente kann erreicht werden, dass ein festzulegender Prozentsatz von Unterelementen in der Lage ist, die Anforderungen des Gesamt-Kraftanschlus ses zu erfüllen. Die Festlegung der Anzahl und Position der Verbindungen kann bemessen werden nach dem Umfang der zulässigen Beschädigungen, bei dem die bis zur maximalen Betriebslast beanspruchte Struktur noch überleben soll. Hier liegt also ein hochgradiges Fail-Safe-Konzept vor. Eine Zerstörung einer bestimmten Anzahl von Untergruppen führt aufgrund ihrer Unabhängigkeit in der Funktion der Kraftübertragung nicht zum Verlust der Fähigkeit, die Ge samtstruktur, also das Flugzeug, unter vollen Betriebslasten weiter zu betreiben.

Flügelschalen gemäß der Erfindung sind homogene Bauteile mit geringer Wandstärke. Sie sind daher einfach und mit hoher Sicherheit durch zerstörungs freie Prüfverfahren wie Ultraschallprüfung prüfbar.

Mit Verbindungen, wie sie vorstehend beschrieben sind, lassen sich auch Flü gelabschnitte miteinander verbinden. So kann beispielsweise ein Außenflügel mit solchen Verbindungen mit dem Hauptflügel verbunden werden. Da im Au ßenflügel die aufzunehmenden Kräfte sehr viel geringer sind als an der Flügel wurzel, kann eine solche Verbindung mit entsprechend weniger Anschlusselementen und Schubsteifigkeiten ausgeführt werden. Auch die Klappbarkeit von Außenflügeln kann mit den beschriebenen Anschlusselementen realisiert werden. Dabei können durch benachbarte Schlaufen mit horizontaler Achse, also Schlaufen wie die Schlaufen 58 nach Fig. 5 in der oberen Flügelschale, Scharniere gebildet werden, um die die Endflügel aufwärts klappbar sind, nachdem die internen Bolzen gelöst sind. Die übrigen Bolzen, seien sie horizontal oder vertikal, sind dann beispielsweise über hydraulische Antriebe betätigbar und können in und außer Eingriff gebracht werden.

Bezugszeichenliste

2

Flächentragwerk, insbesondere Flügel

4

obere Schale, insbesondere Flügelschale

6

untere Schale, insbesondere Flügelschale

8

Flügelwurzelrippe

10

Stringer

12

unidirektionale Steifigkeit

14

Fasergelege

16

senkrechte Nähte

18

oberste Gelegeschichten

20

Nähte

21

Nähte

22

darunter liegende Gelegeschichten

24

Schenkel

26

Trennwände

28

obere Abdeckung

30

äußeres Faserbündel

31

äußeres Faserbündel

32

äußeres Faserbündel

33

äußeres Faserbündel

34

mittleres Faserbündel

35

mittleres Faserbündel

36

erste Schlaufe

37

dritte Schlaufe

38

erster Bolzen

40

rumpfseitiges Anschlusselement

42

Buchse, insbesondere Metallbuchse

44

flügelwurzelseitiges Ende des mittleren Faserbündels

46

drucksteifer Füllkörper

48

Stützelement

50

gerades Schenkelende

52

Stützfläche

54

Flügelmittelkasten

58

zweite Schlaufe

60

Buchse

61

Achse der Buchse

62

zweiter Bolzen

64

Achse der Schlaufe

36

66

rücklaufendes Trum

68

drucksteifer Füllkörper

70

Zwischenbeschlag

72

Flanschansatz

73

Bohrung des Flanschansatzes

74

Stützschale

Claims

1. Flächentragwerk mit schubsteifen Schalen (4, 6) aus Faserverbund werkstoffen, insbesondere CFK, bei dem auf der Innenseite der Schalen (4, 6) Zug- und Druckkräfte aufnehmende Elemente vorgesehen sind, die sich in Längsrichtung des Flächentragwerks (2) erstreckende unidirektionale Fasern aufweisen und an denen am anschlussseitigen Ende des Flächentragwerks Befestigungen vorgesehen sind, die mit entsprechenden Anschlüssen eines benachbarten Bauteils lösbar verbindbar sind und die schub- und längstragenden Bestandteile der Schale in getrennten geometrischen Bereichen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass auf der Innenseite in Längsrichtung der Schalen (4, 6) im Abstand voneinander Stringer (10) ausgebildet sind, deren Faseranteil durch mindestens ein Fasergelege gebildet ist, das ein Fasergelege der Schale (4, 6) ist,
dass zwischen den im Abstand voneinander liegenden Stringern (10) als unidirektionale Steifigkeiten Faserbündel angeordnet sind, die in die Kunst harzmatrix des Flächentragwerks (2) eingebettet sind und sich in Längs richtung erstrecken,
dass jeweils Gruppen mit drei Faserbündeln (30, 32, 34) nebeneinander verlaufend vorgesehen sind, von denen jeweils die beiden äußeren Faserbündel (30, 32) am anschlussseitigen Ende des Flächentragwerks (2) eine Schlaufe (36) zur Aufnahme eines senkrecht zur Ebene der beiden Faserbündel (30, 32) in die Schlaufe (36) einzuführenden Bolzens (38) bilden, der das Flächentragwerk mit dem benachbarten Bauteil verbindet.

2. Flächentragwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mittlere Faserbündel (34) einer Gruppe stirnseitig gegen eine in der Schlaufe (36) der beiden äußeren Faserbündel (30, 32) angeordnete Buchse (42) abgestützt ist.

3. Flächentragwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Außenseite der Schlaufe (36) zusammen wirkende Stützele mente (48) zur Aufnahme der in Längsrichtung der beiden äußeren Faser bündel (30, 32) wirkenden Druckkräfte vorgesehen sind.

4. Flächentragwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (48) die Schlaufe (36) außen über einen Bogen von 180° umschließen.

5. Flächentragwerk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Stützelemente (48) anschlussseitig Stützflächen vorgesehen sind.

6. Flächentragwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen mit jeweils drei Faserbündeln (30, 32, 34) die Schalen (4, 6) im wesentlichen vollflächig bedecken.

7. Flächentragwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mittlere Faserbündel (34) einer Gruppe von drei Faserbündeln (30, 32, 34) an der Wurzel des Flächentragwerks (2) zu einer um 90° gegen die aus den äußeren Faserbündeln (30, 32) der Gruppe gebildete erste Schlaufe (36) gedrehten zweiten Schlaufe (58) zur Aufnahme eines zweiten Bolzens (62) geformt ist.

8. Flächentragwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des zweiten Bolzens (62) gegenüber der Achse des ersten Bolzens (38) zum Flächentragwerk (2) hin versetzt liegt.

9. Flächentragwerk nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zur zweiten Schlaufe (58) umgelenkte Endabschnitt des mittleren Faserbündels (34) mit dem mittleren Faserbündel (34) durch Schäftung ver bunden ist.

10. Flächentragwerk nach Anspruch 7, 8 oder 9, gekennzeichnet durch mit Zug- und Druckkräften belastbare Zwischenbe schläge (70) mit Aufnahmen für die ersten und zweiten Bolzen (38, 62).

11. Flächentragwerk nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Zwischenbeschläge (70) mit Stützelementen, gegen die die zweite Schlaufe (58) anliegt und die die zweite Schlaufe (58) außen über einen Bogen von 180° umschließen.

12. Flächentragwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die anschlussseitigen Anschlusselemente Gruppen mit drei weiteren unidirektionalen Faserbündeln (31, 33, 35) als Steifigkeiten aufweisen, von denen die beiden äußeren Faserbündel (31, 33) eine dritte Schlaufe (37) zur Aufnahme eines senkrecht zur Ebene der beiden äußeren Faserbündel (31, 33) in die dritte Schlaufe einzuführenden Befestigungsbolzen bilden.

13. Flächentragwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mittlere Faserbündel (35) einer Gruppe der drei weiteren Faser bündel (31, 33, 35) stirnseitig gegen eine in der dritten Schlaufe (37) der beiden äußeren Faserbündel (31, 33) angeordnete Buchse abgestützt ist.

14. Flächentragwerk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Außenseite der dritten Schlaufe (37) zusammenwirkende Stützelemente zur Aufnahme der in Längsrichtung der beiden äußeren Faser bündel (31, 33) wirkenden Druckkräfte vorgesehen sind.

15. Flächentragwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Teil mindestens einer Schale (4, 6) aufwärts klappbar ist, und
dass an den angrenzenden Enden der beiden Schalen (4, 6) aus unidirek tionalen Faserbündeln Schlaufen ausgebildet sind,
dass im Bereich der oberen Schale (4) wenigstens zwei im Abstand voneinander liegende Schlaufen mit horizontaler Achse als Scharnierelemente ausgebildet sind, und
dass für die übrigen Schlaufenpaare lösbare Verbindungselemente vorgesehen sind.

16. Flächentragwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Schalen (4, 6) den Flügel eines Luftfahrzeugs bilden.

17. Flächentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragwerkselemente als Elemente einer auf einem Fahrzeug trans portablen am Fahrzeug angelenkten und vom Fahrzeug aus betätigbaren Brücke mit zusammenklappbaren Brückenelementen ausgebildet sind.