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Die
vorliegende Erfindung betrifft Tragstrukturen eines Flugzeugs und insbesondere
Verfahren zum Herstellen eines Rahmenelements und eines Rahmens
des Flugzeugs. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein
Rahmenelement für
ein Flugzeug, das ein Rahmenelement umfasst.
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Bei
heutigen Flugzeugen besteht der Rahmen üblicherweise aus mehreren einzelnen
Elementen. Üblicherweise
werden mehr als 10 einzelne Teile zusammengeklebt, -genietet, -geklammert
und/oder -geschraubt. Im Einzelnen werden die Halter und die Schubrippen
zum Verbinden der Haut und der Längsversteifungsträger des
Flugzeugs mit dem Rahmen durch Nieten mit den Rahmen verbunden.
Verstärkungsbleche
oder -Winkel werden üblicherweise
an den Rahmen geklebt oder genietet. Auf Grund dieses komplexen
Aufbaus ist das Herstellen eines solchen Rahmens zeitaufwändig und
komplex.
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Ferner
war der Zusammenbau kompliziert und ineffektiv auf Grund der Notwendigkeit,
mehrere einzelne Elemente zu verbinden, um einen Rahmen zu formen.
Der Rahmen selbst war üblicherweise
aus gebogenem Metallblech oder stranggepressten Profilen hergestellt
und hatte eine feststehende Dicke und feststehende Abmessungen,
was unvorteilhafterweise keinerlei Flexibilität ermöglichte, zum Beispiel für Verstärkungen
in Bereichen, wo eine gesteigerte Beanspruchung auf den Rahmen ausgeübt wurde,
und kleinere Abmessungen, wo weniger Beanspruchung ausgeübt wurde.
Auf Grund der Gefahr von Rissen konnten außerdem keine Flanschlöcher in
den Rahmen gemacht werden. Auf Grund dessen sind Systemleitungen,
wie beispielsweise elektrische Kabel und/oder Rohre, üblicherweise
auf dem Rahmen, d. h. zwischen dem Rahmen und der inneren Abdeckung
des Flugzeugrumpfs, angeordnet.
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US 5 518 208 offenbart ein
Schott-Rahmenelement, das mit einem Stoßblech verbunden ist, das wiederum
mit einer Flugzeughaut verbunden ist. Das Rahmenelement von
US 5 518 208 ist nicht aus
einem stranggepressten Formstück
hergestellt.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren
zum Herstellens eines Rahmenelements bereitzustellen.
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Nach
der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 1 dargelegt wird,
wird ein Verfahren zum Herstellen eines Rahmenelements, das einen
Halterbereich, einen Schubrippenbereich und einen Rahmenbereich
hat, bereitgestellt. Nach der vorliegenden Erfindung wird zuerst
ein Formstück
hergestellt. Danach werden der Halterbereich, der Schubrippenbereich
und der Rahmenbereich des Rahmenelements durch Ausführen eines
Fräsens
des Formstücks
hergestellt. Bevor das Fräsen
zum Formen der einzelnen Bereiche des Formstücks ausgeführt wird, wird das Formstück gebogen.
Im Einzelnen kann das Formstück
gebogen werden, um eine Krümmung
des Rahmenelements an eine Krümmung
der Haut des Flugzeugs anzupassen. Das Biegen wird durch einen Streckziehvorgang
ausgeführt. Vorteilhafterweise
ermöglicht
dies ein sehr schnelles, billiges und effizientes Herstellungsverfahren
zum Herstellen eines einteiligen Rahmenelements. Mit anderen Worten
wird nach der vorliegenden Erfindung ein Rahmenelement hergestellt,
wobei der Halterbereich, der Schubrippenbereich und der Rahmenbereich
integrale Teile des Rahmenelements sind.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird das Formstück durch Strangpressen hergestellt,
was ein einfaches und zuverlässiges
Herstellen des Formstücks
ermöglicht.
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Nach
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 2 dargelegt wird,
hat wenigstens einer von dem Halterbereich, dem Schubrippenbereich
und dem Rahmenbereich sich verändernde
erste Abmessungen, die sich zwischen einem Minimum und einem Maximum
verändern.
Mit anderen Worten kann das Formstück nach diesem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Positionen des Rahmenelements
unterschiedliche Form und/oder Abmessungen haben. Nach diesem Verfahren
wird das Formstück
derart hergestellt, dass diese unterschiedlichen Abmessungen und/oder
Formen berücksichtigt
werden, d. h., das Formstück
wird derart hergestellt, dass eine zweite Abmessung des Formstücks im Wesentlichen
mit dem Maximum übereinstimmt.
Auf Grund der Tatsache, dass das Formstück derart hergestellt wird,
dass alle Veränderungen
des geplanten Rahmenelements durch Fräsen in das Formstück geformt
werden können,
wird ein sehr einfaches, effizientes und flexibles Herstellungsverfahren
bereitgestellt. Außerdem
kann, da nur ein Ausgangsmaterial, nämlich das vorgefertigte Formstück, benötigt wird, der
Herstellungsvorgang zuverlässiger
gemacht werden, da ein versehentliches Verwenden eines falschen
Ausgangsmaterials vermieden werden kann.
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Nach
der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 3 dargelegt wird,
wird ein Rahmenelement für
ein Flugzeug, hergestellt mit einem der zuvor erwähnten Verfahren,
bereitgestellt. Ferner ermöglicht dies
ein Rahmenelement, das eine einfache Auslegung und Konstruktion
hat, das zu niedrigen Kosten produziert werden kann. Außerdem kann,
zum Beispiel auf Grund der Tatsache, dass keine Verbindungselemente,
wie beispielsweise Nieten, bereitgestellt werden müssen, das
Rahmenelement nach der vorliegenden Erfindung ein verringertes Gewicht
haben.
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Nach
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 4 dargelegt wird,
werden mehrere Halterbereiche bereitgestellt, um eine Haut eines
Flugzeugs zu stützen.
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Das
Bereitstellen eines „einteiligen" Rahmenelements kann
ein verbessertes Handhaben während
des Zusammenbauens des Flugzeugs ermöglichen. Ferner kann eine Qualitätskontrolle
des Rahmenelements effizienter vorgenommen werden, da eine verringerte
Zahl von Verbindungen geprüft werden
muss.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird das Rahmenelement aus einem stranggepressten
Profil geformt. Dies ermöglicht
eine sehr einfache Herstellung des Rahmenelements. Nach einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist das eine stranggepresste Profil,
das zum Formen des Rahmenelements verwendet wird, derart gestaltet,
dass alle Abweichungen, d. h., Form- und Abmessungsveränderungen,
die bei einem solchen Rahmenelement auftreten, berücksichtigt
werden. Mit anderen Worten wird zum Herstellen des Rahmenelements nach
diesem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung nur ein „Rohmaterial", nämlich das
stranggepresste Profil, benötigt.
Aus diesem einen stranggepressten Profil können Rahmenelemente, die unterschiedliche
Abmessungen und Formen haben, geformt werden.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird das Rahmenelement durch einen Fräsvorgang
aus dem Rahmenelement geformt. Dies ermöglicht ein sehr schnelles und
effizientes Herstellen des Rahmenelements. Ferner kann, auf Grund
heutiger Frästechnologie,
eine sehr genaue Herstellung gewährleistet werden,
die, zum Beispiel durch ein rechnergestütztes Fräsen, weitgehend automatisiert
sein kann.
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Ferner
können
auf Grund des Fräsens
wenigstens einer der Parameter Form, Dicke und Abmessung der unterschiedlichen
Bereiche des Rahmenelements durch ein geeignetes Fräsen einfach verwirklicht
werden. Vorteilhafterweise ermöglicht dies
zum Beispiel, einen Rahmenbereich zu haben, der für Positionen
in dem Flugzeug, wo eine gesteigerte Beanspruchung auf das Rahmenelement
ausgeübt
wird, eine gesteigerte Dicke hat, und andererseits Abschnitte des
Rahmenelements zu haben, die für
die Anwendung in Positionen des Flugzeugs, wo weniger Beanspruchung
auf das Rahmenelement ausgeübt
wird, eine verringerte Dicke haben. Dies ermöglicht eine gesteigerte Gestaltungsflexibilität und kann
es ermöglichen,
ein Gewicht des Rahmenelements weiter zu verringern.
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Nach
einem anderen Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 5 dargelegt wird, ist
in wenigstens einem von dem Halterbereich, dem Schubrippenbereich
und dem Rahmenbereich ein Ausschnitt geformt, zum Beispiel zum Aufnehmen
wenigstens einer der Komponenten elektrische Leitungen, Rohre und
Systemleitungen oder zum Verringern des Gewichts des Rahmenelements.
Vorteilhafterweise kann, auf Grund des Anordnens der Leitungen „in" dem Rahmenelement, eine
sehr effiziente Raumnutzung gewährleistet
werden. Ferner kann, im Vergleich zu Flugzeugen, bei denen die Leitungen üblicherweise
auf der Innenseite des Rahmenelements angeordnet waren, eine verbesserte
Sicherheit gewährleistet
werden, da die Leitungen besser zum Beispiel vor einem Aufprall
oder einem Schlag geschützt
sind.
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Nach
einem anderen Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 6 dargelegt wird, ist
der Ausschnitt mit einer Randverstärkung versehen, was es ermöglicht,
Risse in einem Bereich, der den Ausschnitt umgibt, zu vermeiden.
Dies kann eine verbesserte Haltbarkeit des Rahmenelements ermöglichen.
Vorteilhafterweise ist die Randverstärkung durch ein Fräsen geformt,
was ein flexibles und schnelles Formen der Randverstärkung ermöglicht.
Vorteilhafterweise ist, auf Grund der Tatsache, dass die Randverstärkung in
das stranggepresste Profil gefräst
wird, die Randverstärkung ebenfalls
ein Teil des „einteiligen" Rahmenelements.
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Nach
einem anderen Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 7 dargelegt wird, ist
der Halterbereich für
eine Verbindung mit einem Längsversteifungsträger des
Flugzeugs eingerichtet. Vorteilhafterweise ermöglicht dies ein unmittelbares
Verbinden des Rahmenelements mit einem Stützträger zu dem Längsversteifungsträger, im
Vergleich zu bekannten Systemen, wobei der Rahmen mit einem Halter
und der Halter danach mit dem Längsversteifungsträger verbunden wurde.
Dies kann eine verbesserte Haltbarkeit und eine unterschiedliche
Dicke und Form des Längsversteifungsträger-Stützträgers ermöglichen.
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Nach
einem anderen Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 8 dargelegt wird, ist
der Schubrippenbereich des Rahmenelements zum Tragen einer Haut
des Flugzeugs eingerichtet. Zum Beispiel kann eine Basis an dem Schubrippenbereich
bereitgestellt werden, um einen Träger für die Haut bereitzustellen.
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Nach
einem anderen Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 9 dargelegt wird, wird
ein Flugzeug bereitgestellt, das ein Rahmenelement nach einem der
obigen Ausführungsbeispiele
umfasst.
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Es
ist als das Wesentliche der vorliegenden Erfindung zu sehen, dass
ein integrales Rahmenelement bereitgestellt wird, wobei ein Halter-,
ein Schubrippen- und ein Rahmenbereich ein Stück sind oder wobei, mit anderen
Worten, der Halter- und der Schubrippenbereich zum Ermöglichen
einer Verbindung mit einer Haut und einem Längsversteifungsträger eines
Flugzeugs und der Rahmen selbst zu einem Teil integriert sind. Das
Rahmenelement wird durch einen Fräsvorgang aus einem stranggepressten
Formstück
geformt.
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Diese
und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich
und erläutert
unter Bezugnahme auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen
beschrieben:
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1 zeigt
eine Seitenansicht eines Ausfürungsbeispiels
eines Rahmenelements nach der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht, längs AA' in 1.
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3 zeigt
eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
eines Rahmenelements nach der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
eine Querschnittsansicht eines stranggepressten Profils nach einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei eine Querschnittsansicht des Rahmenelements,
längs der Linie
BB' in 1,
projiziert wird.
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In
der folgenden Beschreibung von 1 bis 4 werden
die gleichen Bezugszahlen verwendet, um die gleichen oder entsprechende
Elemente zu bezeichnen.
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1 ist
eine Seitenansicht eines Rahmenelements 2 nach einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Wie aus 2 zu entnehmen ist,
umfasst das Rahmenelement 2 einen Rahmenbereich 6.
Der Rahmenbereich 6 ist dafür gestaltet und eingerichtet,
einen strukturellen Träger
einer Struktur des Flugzeugs bereitzustellen. Der Rahmenbereich 6 hat
eine Krümmung,
die an einen Querschnitt eines Rumpfs des Flugzeugs angepasst ist.
An dem Rahmenbereich 6 werden mehrere Halterbereiche 4 bereitgestellt,
die ebenfalls als Halter bezeichnet werden können. Die mehreren Halterbereiche 4 bilden einen
Schubrippenbereich 16. Der Schubrippenbereich 16 wird
bereitgestellt, um eine Haut 8 des Flugzeugs zu tragen.
Zwischen den zwei Halterbereichen 4 wird ein Ausschnitt 18 für den Längsversteifungsträger bereitgestellt.
An der Position des Ausschnitts 18 kann ein Längsversteifungsträger-Stützträger 28 bereitgestellt
werden. Der Halterbereich 4 und/oder die Längsversteifungsträger-Stützträger 28 sind
für eine
Verbindung mit einem Längsversteifungsträger des
Flugzeugs eingerichtet.
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Die
Bezugszahl 10 in 1 bezeichnet
einen Träger,
der an den Rahmenbereich 6 genietet sein kann. Die Bezugszahl 12 in 1 bezeichnet
einen Ausschnitt, der in dem Rahmenelement bereitgestellt werden
kann. Der Ausschnitt 12 kann in dem Rahmenbereich 6 bereitgestellt
werden. Es kann jedoch ebenfalls möglich sein, Ausschnitte in
dem Halterbereich oder dem Schubrippenbereich bereitzustellen. Der
Ausschnitt 12 kann dafür
eingerichtet sein, Systemleitungen des Flugzeugs, wie beispielsweise
elektrische Leitungen, Rohre und Kommunikationsleitungen, aufzunehmen.
Vorteilhafterweise kann dies auf Grund des Verkürzens der Länge der Systemstreckenführung eine
sehr Raum und Gewicht sparende Anordnung der Systemleitungen ermöglichen.
Ferner sind, auf Grund der Tatsache, dass die Systemleitungen zwischen
den Rahmenelementen aufgenommen werden, die Systemleitungen sehr
gut von Aufprallen oder Schlägen
geschützt, was
eine verbesserte Sicherheit ermöglichen
kann.
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Vorteilhafterweise
verringert der Ausschnitt 12 das Gewicht des Rahmenelements
und ist mit einer Randverstärkung
versehen, die vorteilhafterweise ermöglichen wird, Risse in dem
Bereich, der die Aussparung umgibt, zu vermeiden. Dies kann eine verbesserte
Zuverlässigkeit
und Haltbarkeit des Rahmenelements ermöglichen.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht des Rahmenelements von 1,
längs der
Linie AA' in 1.
Wie aus 2 zu entnehmen ist, ist die
Querschnittsform des Rahmenelements eine einzelne T-Form, wobei
ein Flansch des Endes 40 weggeschnitten ist. Der Halterbereich 4 ist,
wie weiter oben angezeigt, mit einem Träger versehen, der die Haut 8 des
Flugzeugs trägt.
Der Rahmenbereich 6 kann mit einem Bereich versehen sein,
der eine gesteigerte Dicke hat, um eine Festigkeit und Haltbarkeit
des Rahmenelements zu ermöglichen.
Auf Grund einer Veränderung
der Dicke von bestimmten Bereichen des Rahmenelements kann das Rahmenelement
flexibel an die an bestimmten Positionen ausgeübten Beanspruchungen angepasst
werden. Auf Grund dessen kann ein Rahmenelement bereitgestellt werden,
das eine gesteigerte Festigkeit hat, während es ein niedriges Gewicht
hat. Im Vergleich mit einem bekannten Rahmenelement, das, wie weiter
oben beschrieben, aus manchmal mehr als 10 einzelnen Teilen besteht,
kann für
ein Flugzeug, wie beispielsweise die Familie des Airbus 380, das
Gewicht um 6,2 kg für
jedes Rahmenelement verringert werden.
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Wie
aus 2 zu entnehmen ist, kann der Ausschnitt 12 mit
einer Randverstärkung 14 versehen
sein. Ferner kann ein Kranz 42 bereitgestellt werden, was
eine verbesserte Stabilität
ermöglicht.
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3 zeigt
eine andere Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Rahmenelements
nach der vorliegenden Erfindung. Wie aus 3 zu entnehmen
ist, kann, zum Beispiel an der Position 20, wo ein Träger 10 an
dem Rahmenelement 2 befestigt ist, der Halterbereich 4 verlängert sein,
und die Höhe des
Rahmenelements 2 kann ebenfalls gesteigert sein. Dies kann
mehr Raum für
eine Verbindung zwischen dem Träger 10 und
dem Rahmenelement 2 ermöglichen.
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4 zeigt
eine Querschnittsansicht eines stranggepressten Profils 46 nach
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. In dieser Querschnittsansicht des stranggepressten
Profils 46 wird ein Querschnitt eines Rahmenelements nach
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, zum Beispiel längs der Linie BB' in 1,
gezeigt. Wie aus 4 zu entnehmen ist, wird das stranggepresste
Profil 46 nach diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung derart geformt, dass alle Form- und/oder Abmessungsveränderungen
des Rahmenelements 2, die für diese besondere Art von Rahmenelement
auftreten, abgedeckt werden können.
Zum Beispiel kann ein Ende 40 des Rahmenelements 2,
das zu einer Außenseite
des Flugzeugs zeigt, eine L-Struktur, wie in 2 gezeigt,
kann aber ebenfalls eine T-Struktur, wie in 4 gezeigt,
haben. Außerdem
kann das Ende 40 Abmessungen bis zu der fetten Linie, die
den Außenumfang
des stranggepressten Profils 46 anzeigt, haben. Außerdem kann
der Kranz 42 unterschiedliche Abmessungen haben oder kann
sogar weggeschnitten werden.
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Wie
aus 4 zu entnehmen ist, kann eine Dicke des Materials,
zum Beispiel zwischen dem Ende 40 und dem Kranz 42,
ebenfalls verringert sein, um zum Beispiel eine weitere Verringerung
des Gewichts des Rahmenelements 2 zu ermöglichen.
Der mit der Randverstärkung 14 versehene
Ausschnitt 12 kann ebenfalls unterschiedliche Abmessungen
haben und kann dadurch dafür
eingerichtet sein, zum Beispiel eine Systemleitung 48 aufzunehmen.
Das Ende 40 des Rahmenelements 2 kann, wie unter
Bezugnahme auf 4 angezeigt, mit einem Träger für die Haut 8 des
Flugzeugs versehen sein. Wie in 4 angezeigt,
kann eine Höhe
des Rahmenelements 2 veränderlich sein. Das Ende 44 kann
mit einem Kranz versehen sein, was eine verbesserte Stabilität ermöglicht.
Das Ende 44 kann eine L-Struktur, wie in 4 gezeigt,
haben, kann aber ebenfalls andere Formen, z. B. eine T-Struktur,
haben.
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Das
Rahmenelement nach der vorliegenden Erfindung kann wie folgt hergestellt
werden. Zuerst wird ein Profil hergestellt, das alle Form- und/oder Abmessungsveränderungen
des gewünschten
Rahmenelements abdeckt. Wie weiter oben angezeigt, wird das Profil
durch einen Strangpressvorgang hergestellt. Danach wird zum Anpassen
der Krümmung des
Rahmenelements an die Krümmung
des Querschnitts des Rumpfs des Flugzeugs das Formstück entsprechend
gebogen. Das Biegen wird durch einen Streckziehvorgang ausgeführt. Danach
wird anschließend
an den Streckziehvorgang ein Fräsvorgang
ausgeführt,
um das Rahmenelement zu formen. Wie aus 1 bis 4 zu
entnehmen ist, kann der Fräsvorgang
eine Form und/oder eine Abmessung des Rahmenelements flexibel an
die Erfordernisse an der Position anpassen, an der das Rahmenelement
an das Flugzeug angebaut werden soll.
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Dies
ermöglicht
ein einfaches Herstellen eines Rahmenelements, wobei die Funktion
des Halters, der Schubrippe und des Rahmens in ein Teil integriert
sind. Dies ermöglicht
eine Kombination eines stranggepressten Profils und eines Fräsvorgangs. Ferner
kann die Zahl von einzelnen Elementen zum Formen des Rahmenelements
im Vergleich zum Stand der Technik, wobei bis zu 10 einzelne Elemente
zum Formen des Rahmenelements kombiniert werden, bedeutend verringert
werden.
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Die
Rahmenelemente werden üblicherweise in
Bezug auf eine Ermüdung
bemessen. Vorteilhafterweise kann, auf Grund des weiter oben beschriebenen
Herstellungsverfahrens, ein 2xxx-Material verwendet werden, was
in Verbindung mit der obigen Herstellung und dem Aufbau des Rahmenelements nach
der vorliegenden Erfindung höhere
Ermüdungsbeanspruchungen
ermöglichen
kann. Nach einem anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann das Rahmenelement aus einer Aluminiumlegierung,
wie beispielsweise Al-Li, hergestellt sein.
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Ferner
kann nach einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ein Ausschnitt in Bereichen des Rahmenelements
bereitgestellt werden. Vorteilhafterweise kann dies eine Integration
von Systemleitungen in die Rahmen ermöglichen, mit anderen Worten
kann das Rahmenelement, zusätzlich zur
Stützfunktion
des Rahmenelements, ebenfalls als Träger für Systemleitungen dienen.