-
Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Haut-Trennwandstruktur umfassend eine rohrförmige Haut aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff
und eine Druckwand, welche mit einer Öffnung der rohrförmigen Haut
verbunden ist.
-
Das Dokument WO-A-9924316 offenbart eine
Haut/Wandstruktur umfassend eine rohrförmige Haut, welche eine Öffnung bildet,
und eine Druckwand, welche gebildet ist aus einem Versteifungselement
und einer Wandhaut, wobei ein Umfangsabschnitt der Wandhaut mit
der rohrförmigen
Haut in der Öffnung
durch ein zweites Verbindungselement verbunden ist, wobei das Versteifungselement
und die Wandhaut jeweils aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff hergestellt
sind.
-
Druckwände, welche vor und hinter
einer Druckkabine von Luftfahrzeugen usw. eingerichtet sind, sind
in sphärische
und ebene Platten unterteilt. In großen Luftfahrzeugen sind die
sphärischen
Platten häufig
als eine Heckdruckwand verwendet. Die sphärischen Platten sind im Allgemeinen
gebildet aus einer versteiften sphärischen Platte, wobei ein Druck
darauf als eine Membrankraft ausgeübt wird. Die sphärischen
Platten sind vorteilhaft hinsichtlich großer struktureller Effizienz
und geringem Gewicht, jedoch erfordern sie hohe Herstellkosten und
nutzlose übermäßige Räume. Andererseits
sind wünschenswerterweise
in kleinen Luftfahrzeugen ebene Platten vom Standpunkt einer Raumeinsparung
als die Druckwand verwendet. Die flachen Platten sind im Allgemeinen
gebildet aus einer flachen Platte, welche durch dicke Balken versteift
ist. Weiterhin nehmen sie einen angelegten Druck als Biegemoment auf.
Die flachen Platten weisen eine bemerkenswert einfache Zusammenstellung
und eine hohe Raumnutzung auf.
-
Von der Druckwand wird gefordert,
dass sie mit großer
Zuverlässigkeit
mit einer rohrförmigen Haut
verbunden ist. In einem aus faserverstärktem Verbundwerkstoff hergestellten
Körper
eines kleinen Luftfahrzeugs wurde üblicherweise die Druckwand mit
der rohrförmigen
Haut durch ein Verfahren verbunden, welches die folgenden Schritte
umfasst: Verbinden eines Randabschnitts der Druckwand mit der rohrförmigen Haut
durch Niete, Klebung usw. und Vorsehen einer komplizierten Dichtung,
um zu verhindern, dass Luft aus dem Körper austritt. Dieses Verfahren
weist jedoch Nachteile hinsichtlich erhöhter Produktionskosten und
hohen Gewichts auf.
-
Es wäre daher wünschenswert, eine leichte, zuverlässige Haut/Wandstruktur,
umfassend eine rohrförmige
Haut und eine Druckwand bereitzustellen, welche eine ausgezeichnete
Raumausnutzung aufweist und mit verringerten Herstellkosten hergestellt
werden kann.
-
Als Folge einer intensiven Forschung
im Hinblick auf das oben gesagte haben die Erfinder herausgefunden,
dass eine leichte, zuverlässige Haut/Wandstruktur,
umfassend eine rohrförmige Haut
und eine Druckwand, mit ausgezeichneter Raumausnutzung und verringerten
Herstellkosten hergestellt werden kann, wenn die Druckwand mit der
rohrförmigen
Haut durch eine Kombination von mechanischer Verbindung und adhäsiver Verbindung verbunden
wird. Durch diese Erkenntnis ist die vorliegende Erfindung zu Stande
gekommen.
-
Somit umfasst eine Haut/Wandstruktur
der vorliegenden Erfindung eine rohrförmige Haut, welche eine Öffnung bildet,
und eine Druckwand, welche gebildet ist aus einem Versteifungselement
und einer Wandhaut, wobei ein Ende des Versteifungselements mit
der rohrförmigen
Haut in der Öffnung
durch ein erstes Verbindungselement mechanisch verbunden ist und
wobei ein Randabschnitt der Wandhaut mit der rohrförmigen Haut
in der Öffnung
durch ein zweites Verbindungselement adhäsiv verbunden ist, und wobei
die rohrförmige
Haut, das Versteifungselement, die Wandhaut, das erste Verbindungselement und
das zweite Verbindungselement jeweils aus faserverstärktem Verbundwerkstoff
hergestellt sind.
-
Nach Maßgabe der Haut/Wandstruktur
der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Öffnung der
rohrförmigen
Haut einen Randabschnitt aufweist, welcher über die Druckwand ausgedehnt ist,
und dass das Ende des Versteifungselements mechanisch mit dem Randabschnitt
verbunden ist.
-
Die Wandhaut weist vorzugsweise eine
Gestalt einer flachen Platte auf und das Versteifungselement weist
vorzugsweise einen I-förmigen
Querschnitt auf. Ferner weist das zweite Verbindungselement vorzugsweise
eine Gestalt eines Rings auf und ein Querschnitt desselben hat vorzugsweise
eine L-förmige
Gestalt.
-
Bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung werden nun lediglich als Beispiel und unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, bei welchen:
-
1 eine
perspektivische Teilansicht ist, welche eine Ausführungsform
einer Haut/Wandstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
2 eine
vergrößerte perspektivische
Teilansicht ist, welche die Haut/Wandstruktur von 1 zeigt; und
-
3 eine
Teilquerschnittsansicht ist, welche die Haut/Wandstruktur von 1 entlang Linie A-A zeigt.
-
Eine Haut/Wandstruktur der vorliegenden
Erfindung wird unten ausführlich
mit Bezugnahme auf 1 bis 3 erläutert, ohne dass eine Einschränkung des
Rahmens der vorliegenden Erfindung beabsichtigt ist, welcher durch
die hier angehängten
Ansprüche
definiert ist.
-
1 zeigt
teilweise eine Ausführungsform einer
Haut/Wandstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung. 2 ist eine
vergrößerte perspektivische Teilansicht,
welche die Haut/Wandstruktur von 1 zeigt,
bei welcher eine rohrförmige
Haut 2 nicht dargestellt ist, und 3 ist eine Teilquerschnittsansicht, welche
selbige entlang Linie A-A zeigt. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Haut/Wandstruktur 1 eine rohrförmige Haut 2 und
eine mit einer Öffnung
derselben verbundene Druckwand. Die in 1 gezeigte Druckwand ist aus Versteifungselementen
und einer Wandhaut 3 gebildet. In dieser Ausführungsform
sind Hauptbalken 4 und Unterbalken 5 als die Versteifungselemente
verwendet. Wie in 2 gezeigt
ist, sind Enden der Hauptbalken 4 und der Unterbalken 5 mit
der Öffnung
der rohrförmigen
Haut 2 durch Hauptclipse 7 und Unterclipse 8 mechanisch
verbunden, welche als erste Verbindungselemente verwendet werden.
Ein Rand- oder Umfangsabschnitt der Wandhaut 3 ist mit
der Öffnung
der rohrförmigen Haut 2 durch
ein zweites Verbindungselement 6 adhäsiv verbunden. Kreuzungen der
Hauptbalken 4 und der Unterbalken 5 können durch
Winkelverbinder 9 usw. verstärkt sein, falls dies notwendig
ist.
-
Die rohrförmige Haut, das Versteifungselement,
die Wandhaut, das erste Verbindungselement, das zweite Verbindungselement,
welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind jeweils aus
einem faserverstärkten
Verbundwerkstoff hergestellt. Bei der vorliegenden Erfindung kann
der faserverstärkte
Verbundwerkstoff eine Verstärkungsfaser, wie
etwa eine Kohlenstoftfaser, eine Glasfaser, eine Aramidfaser usw.
sein, welche mit einem aushärtbaren
Kunststoff oder einem thermoplastischen Kunststoff imprägniert sind.
Der aushärtbare
Kunststoff kann ein Epoxykunststoff, ein Bismaleimidkunststoff, ein
Phenolkunststoft usw. sein und der thermoplastische Kunststoff kann
PEEK, Nylon 6, Nylon 66, Polyethylenterephthalat usw. sein. Als
der aushärtbare Kunststoff
ist ein Epoxykunststoff bevorzugt und als der thermoplastische Kunststoff
ist Nylon bevorzugt. Ein Verhältnis
des Kunststoffs zu der verstärkenden Faser
in dem faserverstärkten
Verbundwerkstoff kann in geeigneter Weise gesteuert sein. Die rohrförmige Haut,
das Versteifungselement, die Wandhaut, das erste Verbindungselement
und das zweite Verbindungselement sind vorzugsweise aus dem gleichen
faserverstärkten
Kunststoff hergestellt, obwohl sie aus unterschiedlichen Verbundwerkstoffen
hergestellt sein können.
-
Eine auf die Druckwand ausgeübte Last
erreicht die rohrförmige
Haut durch die folgenden zwei Wege: (1) die Wandhaut – das Versteifungselement – das erste
Verbindungselement – die
rohrförmige Haut;
und (2) die Wandhaut – das
zweite Verbindungselement – die
rohrförmige
Haut.
-
Das meiste der ausgeübten Last
erreicht die rohrförmige
Haut über
Weg (1). Daher muss, um die Zuverlässigkeit der Haut/Wandstruktur
zu gewährleisten,
das Ende des Versteifungselements mechanisch mit der Öffnung der
rohrförmigen
Haut durch das erste Verbindungselement verbunden sein. Das erste
Verbindungselement ist nicht besonders, eingeschränkt, kann
ein Befestigungselement aus FRP, eine Schraube aus einem nicht-rostenden
Stahl oder einem Metall usw. sein. Das erste Verbindungselement
ist vorzugsweise aus Titan hergestellt, welches ein geringes Gewicht
und einen hervorragenden Korrosionswiderstand aufweist.
-
Andererseits erreicht nur wenig der
ausgeübten
Last die rohrförmige
Haut über
den Weg (2), wodurch der Randabschnitt der Wandhaut lediglich adhäsiv mit
der Öffnung
der rohrförmigen
Haut durch das zweite Verbindungselement verbunden sein kann, um
ausreichende Festigkeit zu erhalten. Bei der vorliegenden Erfindung
sind die Wandhaut und die rohrförmige
Haut durch die Adhäsiwerbindung ohne
komplizierte Dichtung zusammengebaut, wodurch sich das Gewicht und
die Herstellkosten der Haut/Wandstruktur verringern. Bei der Adhäsiwerbindung
wird vorzugsweise ein Haftmittel, wie etwa Epoxykunststoff, verwendet.
Eine Mehrzahl von Haftmitteln können
in Kombination verwendet werden. Die Adhäsiwerbindung ist vorzugsweise
unter einem Druck von 0,1 bis 2 kg/cm2 ausgeführt.
-
Die Dicke der rohrförmigen Haut
ist nicht im Besonderen eingeschränkt und kann abhängig von einer
Verwendung der Haut/Wandstruktur gewählt sein.
-
Eine bestimmte Gestalt der rohrförmigen Haut
kann eine Zylindergestalt, eine Gestalt eines elliptischen Zylinders,
eine Rohrgestalt mit einem Eckabschnitt usw. sein, wobei sie ebenso
nicht im Besonderen eingeschränkt
ist.
-
Die Druckwand ist gebildet aus der
Wandhaut und dem daran angeordneten Versteifungselement. Die Druckwand
liegt vom Standpunkt der Raumausnutzung vorzugsweise in der Gestalt
einer ebenen Platte vor. Die Wandhaut weist im Falle ihrer Verwendung
für kleine
Luftfahrzeuge vorzugsweise eine Dicke von 0,8 bis 2,3 mm auf. Das
Versteifungselement kann durch Adhäsion, eine Niete usw. an der Wandhaut
befestigt sein. Insbesondere ist das Versteifungselement vorzugsweise
durch Adhäsion
an der Wandhaut befestigt. Obwohl die Versteifungselemente im Allgemeinen
in einem Gittermuster an der Wandhaut angeordnet sind, können Positionsbeziehungen
zwischen diesen und ihre Anzahl in geeigneter Weise geändert werden.
Es ist bevorzugt, dass die Öffnung
der rohrförmigen
Haut einen Randabschnitt aufweist, welcher über die Druckwand ausgedehnt
ist und welcher nicht unter Druck gesetzt werden soll. Weiterhin
ist das Ende des Versteifungselements mechanisch mit dem Randabschnitt
verbunden.
-
Gemäß der in 1 und 2 gezeigten Haut/Wandstruktur 1 entprechen
die Hauptbalken 4 und die Unterbalken 5 dem oben
genannten Versteifungselement. Die Hauptbalken 4 weisen
einen I-förmigen
Querschnitt auf und die durch die Hauptbalken 4 getrennten
Unterbalken 5 weisen einen C-förmigen Querschnitt
auf. Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Versteifungselement
kann einen Querschnitt mit C-Gestalt, I-Gestalt, J-Gestalt und T-Gestalt
usw. aufweisen. Das Versteifungselement weist vorzugsweise einen
I-förmigen
Querschnitt auf, um ein Verdrehen oder ein Knicken zu vermeiden.
-
Das zweite Verbindungselement, welches
in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist vorzugsweise
die Gestalt eines Rings auf. Ferner ist ein Querschnitt desselben
vorzugsweise eine L-Gestalt, wie das in 2 und 3 gezeigte
zweite Verbindungselement 6.
-
Bei der in 2 gezeigten Haut/Wandstruktur 1 sind
die Hauptclips 7 und die Unterclips 8 als das
erste Verbindungselement verwendet. Das erste Verbindungselement
mit einem L-förmigen
Querschnitt, wie in 1 und 2 gezeigt, ist vorzugsweise in
dieser Erfindung verwendet, um das Versteifungselement einfach mit
der rohrförmigen
Haut mechanisch zu verbinden.
-
Während
die Verbindung mit Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben wurde, wird
einem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen
und Modifikationen daran ausgeführt
werden können,
ohne vom Rahmen der Ansprüche
abzuweichen.
-
Wie oben ausführlich beschrieben wurde, umfasst
eine Haut/Wandstruktur der vorliegenden Erfindung eine rohrförmige Haut
aus einem faserverstärkten
Verbundwerkstoff und einem mit einer Öffnung derselben verbundene
Druckwand. Die Haut/Wandstruktur ist zuverlässig, weist ein geringes Gewicht
und eine ausgezeichnete Raumausnutzung auf und kann mit verringerten
Herstellungskosten hergestellt werden. Die Haut/Wandstruktur kann
vorzugsweise für
Luftfahrzeugkörper
verwendet werden.