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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft das Gebiet eines Bauens einer Konstruktion unter Verwendung von Zapfenverbindungen, um Strukturbauteile in Luft- und Raumfahrterzeugnissen zu verbinden, und insbesondere die Verwendung von Zapfenverbindungsstrukturen mit minimalem Kantenrand, welche Selbstbestückungsmerkmale realisieren, um oben liegende Staubehälter für Flugzeuge aus einer einzelnen gefalteten sandwichartigen Verbundstoffplatte herzustellen.
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Hintergrund der Erfindung
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Bei einem Versuch die Vorteile von reduziertem Gewicht und reduzierter Zusammenbaukomplexität zu erfassen, war die Gewohnheit der Luft- und Raumfahrtindustrie, längst etablierte Tischlereiverfahren der Tischlerei in Luft- und Raumfahrterzeugnissen zu verwenden. Es gab jedoch manchmal erhebliche Schwierigkeiten, da Toleranzen, welche mit feinen Tischlerarbeiten in einer Holzverarbeitung erreichbar sind, bei weitem herausragender sind als die, welche bei Verwendung vieler Luft- und Raumfahrtmaterialien erreicht werden können, wie zum Beispiel bei sandwichartigen Verbundstoffplattentypenstrukturen mit Wabenstrukturen und ihren in Beziehung stehenden Aufbauverfahren. Somit haben sich altbewährte Tischlereitechniken, welche bei Holzverarbeitungsanwendungen wirksam realisiert wurden, in der Luft- und Raumfahrtindustrie als ineffektiv gezeigt.
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Ein derartiger Problembereich für Luft- und Raumfahrtanwendungen, auf welchen in dem Stand der Technik gestoßen wurde, war, wie das Volumen einer definierten Hülle unter Verwendung erweiterter Zungen- und Taschenausschnittverbindungsverfahren maximiert wird, während ferner eine Verbindungsfestigkeit maximal beibehalten wird. Die Falzverbindung wurde eine Standardkonstruktion für den Großteil der Luft- und Raumfahrterzeugnisse, welche eine erweiterte Zungen- und Taschenausschnittverbindung verwenden. Bei einer Falzverbindung sind die Taschenausschnitte an dem äußersten Rand der Platte, wobei die Taschenseitenwände tatsächlich in dem äußeren Rand der Platte enthalten sind. Diese Art einer Verbindung ermöglicht, dass sich ein Verbindungsort an dem Rand einer Platte befindet und stellt somit den Vorteil eines nicht störenden Randprofils bereit. Der Nachteil der Falzverbindung ist, dass die Verbindung klebend verbunden werden muss, um die Plattenverbindung zu sichern, und der Hauptbelastungspfad durch die verhältnismäßig schwache Klebeverbindungslinie bei der Falzverbindung verläuft.
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Die Standardalternative zu der Falzverbindung wird im Allgemeinen als eine Zapfenverbindung bezeichnet. Obwohl der Begriff Zapfenverbindung bei feinen Tischlereiverwendungen etwas allgemeines ist, definiert eine Luft- und Raumfahrtverwendung eine Zapfenverbindung als einen technischen Begriff, welcher eine Verbindung beschreibt, die eine sandwichartige Plattenkonstruktion mit eckigen Schneidzungen (Zapfen) und verdeckte (eine Verbindung, welche nicht sichtbar ist, nachdem ein Verbinden aufgetreten ist) geschlitzte Taschenausschnitte (Zapfenlöcher) ohne Zinkenbildung verwendet.
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Druckschrift
US-A-3432061 offenbart eine Zapfenverbindungsstruktur gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 1.
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Druckschrift
US 5,357,728 B betrifft ein Verbinden von Gebäudeplatten und Schichten, welche aus Holz gefertigt sind. Falzverbindungen sowie Zapfenverbindungen sind offenbart.
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Das Verbindungsverfahren einer Zapfenverbindung bezieht ferner ein Anwenden eines Klebstoffes in der Zapfenlochtasche ein; da jedoch die Tasche vollständig in der Zapfenlochplatte eingeschlossen ist (nicht in den Plattenrand eingebaut, wie bei der Falzverbindung), verläuft der Hauptbelastungspfad durch die Zapfenlochplatte selbst und nicht durch die Klebstoffverbindungslinie. Der Nachteil der Zapfenverbindung besteht in dem Vorhandensein eines Kantenrandes der Zapfenlochtasche, welcher sich von der Zapfenlochtasche zu der tatsächlichen Kante der Platte erstreckt. Dieser störende Kantenrand verkleinert das Volumen, welches innerhalb einer definierten Hülle erzielt werden kann. Es ist wünschenswert, eine Verbindung zu haben, welche die kombinierten Vorteile von sowohl einer Falzverbindung als auch einer Zapfenverbindung, bereitstellen würde.
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Ein weiteres ungelöstes Problem in dem Stand der Technik ist, dass, obwohl durch die Verwendung einer NC-Steuerung und Profiloberfräsen eine enge Toleranzsteuerung des eckigen Standardzapfenlochschnitts (Plattenloch) erreicht werden kann, dennoch große Spielräume üblicherweise zwischen den Zapfenzungen und den Zapfenlochausschnittseitenwänden erforderlich sind, um eine Maßabweichung der Zapfenplattendicke zu erlauben. Der gegenwärtige Stand der Technik bei der Herstellung sandwichartiger Wabenverbundstoffplatten verwendet ein Pressverfahren mit Mehrfachöffnungen (MOP), welches derzeit kein hohes Maß zur Steuerung einer Plattendickenmaßabweichung bietet.
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Daher müssen verhältnismäßig große Spielräume in Zapfenverbindungsschnittstellen ausgestaltet werden, so dass kostspielige Störbedingungen nicht auftreten, welche verhindern, dass die Zapfenzungen in die Zapfenlochtaschen passen, und zu dem Aussondern von Teilen oder zu teurer Nacharbeit führen. Diese große Spielräume zwischen den Zapfenlochtaschenseitenwänden und den Zapfenzungenoberflächen erhöhen den Bedarf nach einem komplizierten und teuren Werkzeug, um die Platten genau anzuordnen und zu befestigen. Während die Platten an der Stelle gehalten werden, wird einem Klebstoff, welcher verwendet wird, um die Verbindung zu verbinden, die notwendige Zeit zum Härten gegeben. Eine Verbindungsstruktur mit inhärenten Selbstbestückungsmerkmalen, welche den Bedarf nach teuren zusätzlichen Werkzeugen vermeidet, ist hochwünschenswert.
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Noch ein zusätzliches ungelöstes Problem in dem Stand der Technik betrifft die effiziente Herstellung von leichtgewichtigen obenliegenden Staubehältern für Flugzeuge. Derzeit werden obenliegende Staubehälter für Flugzeuge durch Zusammenverbinden von (typischerweise) vier sandwichartigen Verbundstoffplatten unter Verwendung von Strukturklebstoffen und entweder Aluminiumhaltern, welche an eingekapselten Einsätzen befestigt sind, oder veränderten Kastenverbindungen (typischerweise Falzverbindungen) hergestellt. Beide dieser Verfahren hängen von der Festigkeit der Klebstoffe zum Tragen der geforderten strukturellen Lasten ab.
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Dieses Verlassen auf Klebstoffe stellt zwei wichtige Nachteile dar. Erstens sind die Lasten, welche Klebstoffe typischerweise tragen können, schlechter als die Lasten, welche von den Verbundstoffplatten selbst getragen werden können. Zweitens stellen Klebstoffe erhebliche Herstellungsprobleme dar, da die Teile in der geeigneten Form eingespannt werden müssen, während der Klebstoff härtet; ein Zeitraum von im Allgemeinen acht Stunden. Es ist wünschenswert, einen Flugzeugstaubehälter zu haben, welcher ohne Strukturklebstoffe hergestellt werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart einen einteiligen obenliegenden Flugzeugstaubehälter, welcher aus einem einzigen Teil einer gefalteten, sandwichartigen Platte mit einer thermoplastischen Verbundstoffhaut und einem Wabenkern hergestellt wird. Der Flugzeugstaubehälter wird durch Falten des Verbundstoffmaterials in eine verriegelnde offene Kastentypstruktur ausgebildet. Die sandwichartige Verbundstoffplatte enthält verriegelnde Verbindungen, welche als (nachfolgend beschriebene) Zapfenverbindungen mit einem minimalen Kantenrand gekennzeichnet werden können.
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Eine Zapfenverbindungseckstruktur mit einem minimalen Kantenrand wird aus einer Zapfenplatte mit Zapfenzungen ausgebildet, welche in Zapfenlochtaschen, welche in einer winklig angeordneten Zapfenplatte ausgebildet sind, eingreifen. In der Verbindung mit minimalem Kantenrand sind die Zapfenlochtaschen entlang dem Rand der Zapfenlochplatte wie in einer Falzverbindung angeordnet, wobei aber der Zapfenlochplattenrand nach außen erstreckende Wölbungen in den Bereichen der Zapfenlochtaschen enthält, so dass ein minimaler Kantenrand um jede Zapfenlochtasche (anstatt von Taschen, welche in den Plattenrand wie in einer Falzverbindung beinhaltet sind) erzielt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das einzelne Teil einer thermoplastischen Verbundstoffwabenschicht derart geschnitten, dass Abschnitte der Schicht unter Verwendung eines thermoplastischen Faltverfahrens gefaltet werden können, um den Staubehälter auszubilden. Seitenabschnitte der Schicht sind derart ausgestaltet, dass ihre Form geeignet ist, nach oben gefaltet zu werden, um Endplatten des Staubehälters auszubilden. Ein weiterer Abschnitt der Schicht ist derart ausgestaltet, dass seine Form geeignet ist, nach oben und dann übergefaltet zu werden, um die Oberseitenplatte des Staubehälters auszubilden.
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Die Zapfenverbindungen mit minimalen Kantenrand werden an der Verbindung zwischen der Oberseitenkante der Endplatten und der Oberseitenplatte des Staubehälters verwendet. Die Zapfenlochtaschen in dem Zapfenlochabschnitt der Plattenverbindung sind entlang der Kante der Oberseitenplatte des Staubehälters angeordnet. Die Zapfenzungen in dem Zapfenabschnitt der Plattenverbindung sind entlang der Oberseitenkante der Endplatten angeordnet. Dies ermöglicht den Zapfenverbindungen mit minimalem Kantenrand während des Faltverfahrens der Staubehälterplatte ineinander einzugreifen.
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Schließlich werden zwei ausgebildete Winkelhalter an der Oberseitenplatte des Staubehälters und den Endplatten durchgeschraubt. Dies stellt einen Belastungspfad für nach unten belastende Kräfte bereit und schließt den Behälter sicher zusammen. Dieses Verrieglungsverfahren, welches die ausgebildeten Winkelhalter verwendet, ermöglicht der gefalteten Verbundstoffplatte Verbindungen auszubilden, welche derart verbinden, dass kein Klebstoff benötigt wird, weder um Belastungskräfte zu tragen, noch um das Gehäuse zusammenzuhalten. Die einzige Richtung, in welcher die Zapfenverbindung mit einem minimalen Kantenrand einer Trennung während belasteter Bedingungen ausgesetzt ist, wird durch die ausgebildeten Winkelhalter gesichert.
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Die Erfindung offenbart eine selbstausrichtende Zapfenverbindungsstruktur, welche aus winklig angeordneten Zapfen- und Zapfenlochplatten mit Zapfenzungen bzw. Zapfenlochtaschen ausgebildet ist. In den Zapfenverbindungen, welche aus Verbundstoffwabenmaterial hergestellt sind, müssen die Zapfenlochtaschen in der Zapfenlochplatte ausreichend größer als die optimale Größe von der erweiterten Zapfenzunge der Zapfenplatte aufgrund der inhärenten Dickenschwankungen bei der Zapfenplattenherstellung geschnitten werden. Anderenfalls kann die Zapfenplattendickenschwankung ein Stören mit den Zapfenlochtaschenseitenwänden bewirken, was verhindert, dass die Zapfenzunge in die Zapfenlochtasche passt.
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Bei der selbstausrichtenden Zapfenverbindung der vorliegenden Erfindung enthalten die Zapfenlochtaschenseitenwände Vorsprünge, welche sich in die Zapfenlochtasche erstrecken, wobei die Vorsprünge entlang der Seitenwände der Zapfenlochtasche verteilt sind. Während des Zusammenbauverfahrens biegen die Zapfenzungen diese nicht unterstützten Vorsprünge etwas und/oder entfernen Material von den Spitzen der Vorsprünge an den Berührstellen, wodurch eine Presspassung ausgebildet wird. Die Vorsprünge arbeiten somit als Selbstanordnungs-/Selbstbestückungseinrichtungen, um sowohl den Zapfen in der Mitte des Zapfenlochs anzuordnen, als auch, falls es gewünscht ist, dass ein Verbindungsklebstoff in der Verbindung verwendet wird, die Zapfenplatte mit der Zapfenlochplatte ohne die Hilfe von zusätzlichen Werkzeugvorrichtungen bis zur Fertigstellung eines Härtens zu befestigen.
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Ein Staubehälter, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, kann somit aus nur einem einzelnen Teil einer gefalteten sandwichartigen Schicht mit einer thermoplastischen Verbundstoffhaut und zwei ausgebildeten Winkelhaltern ausgebildet werden. Der Verzicht auf eine Anforderung für eine Klebeverbindung reduziert eine Herstellungszeit sehr, da die Klebeanwendungs- und Klebehärtungsschritte von dem Zusammenbauverfahren entfernt werden. Gewichtsersparnisse werden ferner durch die Reduktion der Teileanzahl (sowohl der Halter als auch der Platten) ferner erreicht. Ferner ergibt das Aufnehmen von Zapfenverbindungen mit minimalem Kantenrand die kombinierten Vorteile des nicht störenden Kantenprofils einer Falzverbindung mit der hervorragenden Festigkeit einer traditionellen Zapfenverbindung. Ferner bezieht diese Erfindung Selbstbestückungseinrichtungen in die Zapfenlochtaschenausschnitte ein, welche Zapfenplattendickenschwankungen durch eine Kombination einer lokalen Materialentfernung und einer „Feder-”Biegung der ungestützten Vorsprünge aufnehmen, um die Zapfenplatte in der Mitte des Zapfenlochtaschenausschnitts anzuordnen und zu halten.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die vorhergehenden Aspekte und viele der damit verbundenen Vorteile dieser Erfindung werden leichter verständlich werden, wenn das selbe unter Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser nachvollzogen wird, wobei:
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1 eine Perspektivansicht einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine Ansicht von oben der bevorzugten Ausführungsform der 1 darstellt, welche die Platte in einem flachen Zustand vor einem Falten zeigt;
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3 eine Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform der 1 darstellt, welche den vollständig gefalteten Staubehälter zeigt;
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4 eine vergrößerte fragmentarische Perspektivexplosionsansicht der bevorzugten Ausführungsform der 2 darstellt, welche eine Zapfenverbindung mit minimalem Kantenrand zeigt;
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5 eine vergrößerte fragmentarische Perspektivansicht der bevorzugten Ausführungsform der 2 darstellt, welche eine Zapfenlochplatte mit minimalem Kantenrand zeigt;
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6 eine vergrößerte Perspektivansicht von zwei Einheiten der bevorzugten Ausführungsform der 1 darstellt, welche die verschachtelte ineinandergreifende Wirkung der Zapfenlochtasche mit minimalem Kantenrand darstellt;
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7 eine vergrößerte fragmentarische Ansicht von oben der wie in 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform darstellt, welche eine Zapfenverbindung mit minimalem Kantenrand und mit selbstausrichtenden wellenförmigen Vorsprüngen zeigt, welche eine Presspassung mit einer eingesetzten Zapfenzunge (welche gestrichelt gezeigt ist) erzeugt; und
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8 und 9 vergrößerte fragmentarische Ansichten von oben von weiteren bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind, welche Formen der Zapfenlochvorsprünge darstellen.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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1 stellt eine bevorzugte Ausführungsform eines einteiligen Flugzeugstaubehälters 10 dar, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung und unter Verwendung einer gefalteten sandwichartigen Verbundstoffplatte und Verriegelungsverbindungen hergestellt ist. Der einteilige Staubehälter 10 weist eine Bodenplatte 12 auf, welche den Boden von der offenen Kastentypstruktur ausbildet. Die Seitenwände des Staubehälters 10 werden von rechten und linken Endplatten 14 und 18 ausgebildet, welche sich von den Seiten der Bodenplatte 12 nach oben erheben. Der übrige Abschnitt des Staubehälters 10 enthält drei Faltlinien, welche es ermöglichen, die hintere untere Platte 22, die hintere obere Platte 26 und die Oberseitenplatte 30 des Staubehälters zu umfassen. Es sollte einfach verständlich sein, dass eine größere oder kleinere Anzahl von hinteren Platten verwendet werden kann, ohne von dem allgemeinen Konzept der hierin beschriebenen Struktur abzuweichen.
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2 zeigt Zapfen 51, 52, 53, 54, 57, 58, 59 und 60, welche sich von den Rändern der rechten und linken Endplatten 14 und 18 erstrecken. Zapfenlöcher 63, 64, 65, 66, 71, 72, 73 bzw. 74 sind in den Seitenrändern der hinteren oberen Platte 26 und der Oberseitenplatte 30 ausgebildet. Zusammen erzeugen die Zapfenlöcher 63, 64, 65, 66, 71, 72, 73 und 74 und die Zapfen 51, 52, 53, 54, 57, 58, 59 und 60 ineinander greifende Verbindungen. Wie in 1 gezeigt, befestigen rechts und links ausgebildete Winkelhalter 38 und 40 die rechten und linken Endplatten 14 und 18 mit der Oberseitenplatte 30.
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Bei genauerer Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist der obenliegende Staubehälter 10 aus einer einzelnen sandwichartigen Schicht einer thermoplastischen Verbundstoffhaut und einem Wabenkern ausgebildet. Die sandwichartige Verbundstoffschicht ist ursprünglich flach, wie in 2 gezeigt. Die Schicht wird dann unter Verwendung eines Thermofaltverfahrens in ihre endgültige in 1 gezeigte Form gefaltet. Eine bevorzugte Thermofalttechnik ist in der Patentanmeldung 08/712,987, eingereicht am 13. September 1996, beschrieben.
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Bezugnehmend auf 2 sind die vorgesehenen Faltlinien für die Ausbildung der endgültigen Form des Behälters dargestellt. Zwischen der rechten Randplatte 14 und der Bodenplatte 12 befindet sich die rechte/Bodenplattenfaltlinie 16. Dementsprechend befindet sich zwischen der linken Endplatte 18 und der Bodenplatte 12 die linke/Bodenplattenfaltlinie 20. Fortgesetzt ist zwischen der hinteren unteren Platte 22 und der Bodenplatte 12 die hintere untere/Bodenplattenfaltlinie 24 sichtbar. Als nächstes ist in der Reihe zwischen der hinteren oberen Platte 26 und der hinteren unteren Platte 22 die obere/untere Plattenfaltlinie 29 sichtbar. Schließlich ist zwischen der Oberseitenplatte 30 und der hinteren oberen Platte 26 die Oberseiten-/obere Plattenfaltlinie 33 sichtbar. In einer alternativen Ausführungsform können die rechten und linken Endplattenoberkanten 15 und 19 in Wirklichkeit Faltlinien sein, wobei die rechten und linken Endplatten 14 und 18 an der Oberseitenplatte 30 angebracht sind.
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Die, wie in 2 gezeigte, bevorzugte Ausführungsform offenbart ferner eine rechte hintere untere/Endplattenüberschneidungsaussparung 34 und eine linke hintere untere/Endplattenüberschneidungsaussparung 36. Diese Aussparungen in der hinteren unteren Platte 22 sind genau vor der hinteren unteren/Bodenplattenfaltlinie 24 angeordnet. Die Funktion dieser Aussparungen ist, ein Auftreten eines störenden Zustandes zu verhindern, wenn die rechten und linken Endplatten 14 und 18 und die hintere untere Platte 22 nach oben gefaltet werden. Die rechten und linken Überschneidungsaussparungen 34 und 36 unterstützen die Ausbildung einer Eckverbindung zwischen diesen drei sich überschneidenden ebenen Flächen.
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Die Form des fertiggestellten obenliegenden Staubehälters 10 kann im Allgemeinen als eine rechteckige polygonale nach vorne offene Kastentypstruktur beschrieben werden. Wieder Bezug nehmend auf 1 ist zu sehen, dass der Staubehälter 10 im Wesentlichen rechteckig ist, wenn er aus einer proximalen (vorderen) Ansicht der nach vorne offenen Struktur betrachtet wird (rechte Seite in 1). Wie in 3 deutlicher zu sehen ist, kann der Staubehälter 10 auch im Wesentlichen als ein asymmetrisches sechsseitiges Polygon beschrieben werden. Die Vorwärts- oder Innenseite des Staubehälters definiert in dem vollständig fertiggestellten Stadium des Behälters eine Öffnung 37.
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Wieder Bezug nehmend auf 2 sind die verriegelnden Verbindungen des Staubehälters 10 eine veränderte Art einer Zapfenverbindung, welche als Zapfenverbindungen mit minimalem Kantenrand beschrieben werden. Diese Verbindung wird aus der Überschneidung einer orthogonal angeordneten Zapfenplatte und einer Zapfenlochplatte ausgebildet. Die Zapfenplatte wird als eine dargestellt, welche „eckig geschnittene” Zapfenzungen aufweist, und die Zapfenlochtasche wird als eine dargestellt, welche „eckig geschnittene” Zapfenlochtaschenausschnitte aufweisen, wobei kein zinkenförmiger oder anderer winkeliger Schnitt in den Seiten oder Rändern der Zapfenzungen oder Zapfenlochtaschenausschnitte verwendet wird. An dem Flugzeugstaubehälter 10 sind vier rechte Endplattenzapfenzungen 51, 52, 53 und 54 entlang der oberen Kante 15 der rechten Endplatte angeordnet. Die vier linken Endplattenzapfenzungen 57, 58, 59 und 60 sind an der oberen Kante 19 der linken Endplatte angeordnet.
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Bei der Zapfenverbindung mit minimalem Kantenrand der vorliegenden Erfindung sind die Zapfenlochtaschen entlang dem Rand der Zapfenlochplatte wie bei einer Falzverbindung angeordnet, wobei jedoch die Zapfenlochplattenkante nach außen erstreckende Wölbungen in dem Bereich der Zapfenlochtaschen enthält. Dies definiert einen minimalen Kantenrand um jeden Zapfenlochtaschenausschnitt, anstatt dass die Zapfenlochtaschenseitenwände direkt in der Plattenkante wie bei einer Falzverbindung enthalten sind. Ein inhärenter Vorteil der Kantenrandzapfverbindung der vorliegenden Erfindung ist, dass sich die Last, welche auf die Verbindung aufgelegt wird, durch den minimalen Kantenrand der Platte erstreckt, anstatt durch die Verbindungslinie eines Klebstoffes, welcher üblicherweise verwendet wird, um Verbindungen gemäß dem Stand der Technik zu sichern, geführt zu werden. Die Platte kann zusammen mit dem minimalen Kantenrand eine wesentlich größere Last als eine Klebstoffverbindungslinie tragen.
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Wieder Bezug nehmend auf 2 verwendet der Staubehälter 10 acht Zapfenlochtaschen mit minimalem Kantenrand, vier an der rechten und vier an der linken Seite. Speziell bei der vorliegenden Erfindung sind drei Zapfenlochtaschen mit minimalem Kantenrand 63, 64 und 65 an dem rechten Kantenrand 27 der hinteren oberen Platte und eine Zapfenlochtasche mit minimalem Kantenrand 66 an der rechten Rußenkante 31 der Oberseitenplatte. Dementsprechend gibt es drei Zapfenlochtaschen mit minimalem Kantenrand 71, 72 und 73 an dem linken Kantenrand 28 der hinteren oberen Platte und eine Zapfenlochtasche 74 mit minimalem Kantenrand der linken Oberseitenplatte an der linken Außenkante 32 der Oberseitenplatte.
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In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Zapfenzungen 51, 52, 53 und 54 der rechten Seitenwand und die Zapfenzungen 57, 58, 59 und 60 der linken Seitenwand entlang der Oberkanten 15 bzw. 19 der rechten und linken Endplatten angeordnet, so dass eine seitliche Last durch die Kantenränder der Zapfenlochtaschen 63, 64, 65, 66, 71, 72, 73 und 74 getragen wird. Alternative Ausführungsformen dieser Erfindung können eine größere oder kleinere Anzahl von Zapfenlochtaschen mit minimalem Kantenrand in Abhängigkeit von den Belastungsanforderungen der speziellen verwendeten Anwendungen verwenden.
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Da die Zapfenzungen an den oberen Kantenabschnitten der Endplatten angeordnet sind und die Zapfenlochtaschen an den äußeren Kantenabschnitten der hinteren oberen Platte und der Oberseitenplatte angeordnet sind, werden eine begrenzte Anzahl von Faltabfolgen benötigt, um den Staubehälter 10 auszubilden. Eine bevorzugte Abfolge ist, zuerst die rechten und linken Endplatten 14 und 18 entlang der Faltlinien 16 und 20 nach oben zu falten, und dann die Oberseitenplatte 30, die hintere obere Platte 26 und die hintere untere Platte 22 in der entsprechenden Reihenfolge zu falten. Diese spezielle Faltabfolge ermöglicht, dass die Zapfenlöcher und Zapfen ineinander eingreifen, wenn die Kastenstruktur ausgebildet wird.
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Wie durch genaues Untersuchen der 2 ersichtlich ist, sind die rechten Zapfenlochtaschen 63, 64, 65 und 66 und die rechten Zapfenzungen 51, 52, 53 und 54 nicht symmetrisch zu den linken Zapfenlochtaschen 71, 72, 73 und 74 und den linken Endplattenzapfenzungen 57, 58, 59 und 60 ausgerichtet, sondern vielmehr relativ zueinander verschachtelt. Diese Ausgestaltung ermöglicht, dass zwei gleiche Staubehälter (oder in der Tat eine ganze Reihe von Staubehältern) in dichter Nähe zueinander ineinander gesteckt werden, wobei die sich nach rechts erstreckenden Wölbungen 81, 82, 83 und 84 mit minimalem Kantenrand mit den sich nach links erstreckenden Wölbungen 89, 90, 91 und 92 mit minimalem Kantenrand eines gleichen benachbarten Behälters eine „reißverschlussartige” Verbindung ausbilden.
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Die äußeren Längsseitenwände 163, 164, 165 und 166 sind die Längsseitenwände der rechten Zapfenlochtaschen 63, 64, 65 und 66, welche am dichtesten zu dem rechten Kantenrand 27 der hinteren oberen Platte und der rechten Randkante 31 der Oberseitenplatte sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die äußeren Längsseitenwände 163, 164, 165 und 166 in einer geradlinigen Ausrichtung mit der rechten Randkante 27 der hinteren oberen Platte und der rechten Randkante 31 der Oberseitenplatte, wobei sich nur die rechten Wölbungen mit minimalem Kantenrand 81, 82, 83 und 84 über die Kantenränder 27 und 31 der rechten Platte erstrecken. Diese Art einer Ausführung einer Zapfenverbindung mit minimalem Kantenrand ermöglicht, dass das Volumen des Staubehälters 10 maximiert wird.
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Dementsprechend sind die äußeren Längsseitenwände 171, 172, 173 und 174 die Längsseitenwände der linken Zapfenlochtaschen 71, 72, 73 und 74, welche am dichtesten zu dem linken Kantenrand 28 der hinteren oberen Platte und dem linken Kantenrand 32 der Oberseitenplatte sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die äußeren Längsseitenwände 171, 172, 173 und 174 in geradliniger Ausrichtung mit dem linken Kantenrand 28 der hinteren oberen Platte und dem linken Kantenrand 32 der Oberseitenplatte, wobei sich nur die linken Auswölbungen 89, 90, 91 und 92 mit minimalem Kantenrand über die Kantenränder 28 und 32 der linken Platte erstrecken. Alternative Ausführungsformen der Erfindung können die Anordnung und Ausrichtung der Zapfenlochtaschen entlang der Plattenkantenränder bezüglich der entsprechenden Auswölbungen mit minimalem Kantenrand der Taschen verändern, um speziellen Anwendungen Rechnung zu tragen.
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Bezug nehmend auf 3 sind die Zapfenlochtaschen Idealerweise als nicht die gesamte Dicke der hinteren oberen Platte 26 oder der Oberseitenplatte 30 durchdringend dargestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform dringen die Zapfenlochtaschenausschnitte durch eine Seite der thermoplastischen Verbundstoffhaut und den Wabenförmigen Kern, aber nicht durch die zweite Seite der thermoplastischen Verbundstoffhaut. Die Länge der sich von den linken und rechten Endplatten 14 und 18 erstreckenden Zapfenzungen sollte sich der Tiefe der Zapfenlochtaschen für ein vorzugsweises Ineinanderstecken der Verriegelungsverbindung annähern. Diese Art der Verbindung wird als eine „Blindverbindung” bezeichnet, da das Verbindungsverfahren nicht zu sehen ist, nachdem sich die Verbindung in Eingriff befindet. In einer alternativen Ausführungsform können die Zapfenlochtaschen die gesamte Dicke der Verbundstoffplatte durchdringen.
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Anstatt eine Blindverbindung zu definieren, kann die Zapfenlochtasche durch die gesamte Dicke der Zapfenlochplatte dringen. Bei dieser Konstruktion erstreckt sich der Belastungspfad durch die Verbindung durch die obere und untere Haut der Zapfenlochplatte, da beide Häute in Berührung mit den Zapfen sind. Dies stellt eine stärkere Verbindung, welche eine Eigenschaft zum Tragen einer größeren Belastung aufweist, bereit, insbesondere, wenn kein Klebstoff bei der Verbindung verwendet wird.
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Rechte und linke metallisch ausgebildete Winkelhalter 38 und 40 befestigen die Oberseitenplatte 30 mit den rechten und linken Endplatten 14 und 18, wie in 1 gezeigt. Die oberseitigen und endseitigen Flansche der Halter 38 bzw. 40 werden an der Oberseitenplatte 30 des Behälters und den Endplatten 14 und 18 derart durchgeschraubt, dass die Halter einen Belastungspfad für Abwärtsbelastungen, welche auf die Bodenplatte 12 einwirken, bereitstellen, wobei der Kasten derart zusammenarretiert wird, dass die Zapfenzungen nicht aus den Zapfenlochtaschen herausgezogen werden können. In dieser bevorzugten Ausführungsform werden nur diese zwei Halter 38 und 40 benötigt, um den einteiligen Staubehälter zusammenzuhalten. Dies ist eine erhebliche Reduktion der Teileanzahl sowie einer Gewichtseinsparung, was erhebliche Vorteile gegenüber Alternativen gemäß dem Stand der Technik bereitstellt.
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Dieser gefaltete einteilige Verbundstoffplattenstaubehälter 10 weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass er keine Klebstoffverbindung benötigt. Die Verwendung einer Klebstoffverbindung war praktisch in allen Luftfahrtverbindungstechniken notwendig, welche Verbundstoffmaterialien verwenden. Das Beseitigen einer Klebstoffverbindung zum Sichern von Verbindungen vermeidet im Wesentlichen eine Anwendungs- und Härtezeit des Klebstoffs im Allgemeinen in der Größenordnung von acht Stunden. Es kann ferner den Bedarf nach teuren und komplizierten Werkzeugen vermeiden. Somit kann sowohl Zeit als auch Geld bei der Herstellung eines Staubehälters 10, welcher keinen Klebstoff zum Sichern seiner Verbindungen benötigt, eingespart werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in 7 gezeigt, welcher die Verwendung einer Selbstbestückungseinrichtung bei der Zapfenverbindung darstellt. Aufgrund von Einschränkungen bei einer Toleranzsteuerung einer Ausbildung von sandwichartigen Verbundstoffplatten, werden die rechten und linken eckig geschnittenen Zapfenzungen 51, 52, 53, 54, 57, 58, 59 und 60 im Wesentlichen kleiner als ihre entsprechenden rechten und linken Zapfenlochtaschengegenstücke 63, 64, 65, 66, 71, 72, 73 und 74 hergestellt. Diese Methodik trägt dazu bei, sicherzustellen, dass eine Schwankung der Zapfenplattendicke nicht verhindert, dass die Zapfenzungen in der Lage sind, in die Zapfenlochtaschen einzugreifen. Die restliche Lücke, welche sich zwischen den Zapfenlochtaschenseitenwänden und den Zapfenzungenflächen ergibt, ist jedoch ungewünscht, da die sich ergebende Verbindung unsicher ist und irgendeine Art einer zusätzlichen Befestigungstechnik erfordert. Ferner ist es schwierig, annehmbare Spezifikationswerte von Fertigteiltoleranzen mit großen Schwankungen, welche in den Verbindungsverfahren angeordnet sind, zu erzielen.
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Die vorliegende Erfindung baut Vorsprünge 120a in die Seitenwände und Endwände der Zapfenlochtaschen 63, 64, 65, 66, 71, 72, 73 und 74 ein, welche sich in die Innenseite der Zapfenlochtaschen erstrecken. Diese Vorsprünge sind in 7 als wellenähnliche oder im Allgemeinen halbkreisförmige Form dargestellt und sind dimensioniert, um eine Presspassung mit den Zapfenzungen auszubilden, wenn sie in ihre entsprechenden Zapfenlochtaschen eingreifen. Die Presspassung wird durch eine Kombination einer Federbiegung der wellenähnlichen Vorsprünge durch die Zapfenzungen und eine örtlich begrenzte Materialentfernung von den Spitzen der „Wellen” erreicht, wenn die Zapfen eingesetzt werden.
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In der, wie in 7 gezeigten, bevorzugten Ausführungsform sind die wellenähnlichen Vorsprünge entlang beider Längsseitenwände der Zapfenlochtaschen angeordnet, um die Zapfenzungen in der Mitte der Zapfenlochtasche zu befestigen. In einer alternativen Ausführungsform können zur Verwendung in speziellen Anwendungen die wellenähnlichen Vorsprünge nur entlang einer Längsseitenwand derart angeordnet werden, dass die gegenüberliegende Längsseitenwand im Wesentlichen in eine vollständige Berührung mit der benachbarten Fläche der erweiterten Zapfenzunge gezwungen wird. Die wellenähnlichen Vorsprünge wirken wie eine Selbstbestückungskomponente der Verbindung, welche geeignet ist, die Zapfenplatte ohne die Unterstützung von teuren zusätzlichen Werkzeugen selbstständig mit der Zapfenlochplatte zu verbinden.
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Es ist verständlich, dass die Vorsprünge 120a in anderen Formen als zuvor dargestellt und beschrieben ausgebildet sein können. Zum Beispiel können die Vorsprünge in der Form von Spitzen, abgeschnittenen Spitzen, Dreiecken, abgeschnittenen Dreiecken, Sägezähnen, abgeschnittenen Sägezähnen usw. sein. Siehe diesbezüglich 8 und 9 und Vorsprünge 120b bzw. 120c. Idealerweise, jedoch nicht wesentlicherweise, sind die Vorsprünge in Richtung in die Innenseite der Zapfenlochtaschen abgeschrägt.
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Es wird ferner klar sein, dass die Zapfenlochtasche in anderen Formen als der in 4, 5 und 7 gezeigten rechteckigen Form ausgebildet sein kann. Zum Beispiel kann die Zapfenlochtasche eckig, oval, rund usw. sein. Unter diesen Umständen ist der Zapfen geformt, um fest sitzend in die Zapfenlochtasche einzugreifen.
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Es wird ferner klar sein, dass die vorliegende Erfindung in Verbindung mit Zapfenloch- und Zapfenplatten verwendet werden kann, welche in anderen Winkeln als orthogonal zueinander, wie in 4 und 5 gezeigt, angeordnet sind. Zum Beispiel erwarten die Anmelder, dass die Zapfenverbindung der vorliegenden Erfindung mit Zapfenloch- und Zapfenplatten verwendet werden kann, welche irgendwo von 45°–135° in Bezug zueinander angeordnet sind. In diesen Situationen ist die Zapfenlochtasche in dem gewünschten Winkel relativ zu der Oberfläche der Zapfenlochplatte ausgebildet. Ferner ist die Kante der Zapfenplatte benachbart zu der Zapfenzunge entsprechend abgewinkelt.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform und verschiedener alternativer Ausführungsformen beschrieben. Ein Fachmann ist nach einem Lesen der vorhergehenden Beschreibungen in der Lage, verschiedene weitere Änderungen, Abänderungen und Ersetzungen oder Äquivalente auszuführen ohne von den breiten offenbarten Konzepten abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass der Umfang des darauf erteilten Patents nur durch die Definitionen, welche in den nachfolgenden Ansprüchen und den Äquivalenten davon enthalten sind, beschränkt ist.
