DE69919428T2

DE69919428T2 - Aussenwand für Flugzeugbauteile

Info

Publication number: DE69919428T2
Application number: DE69919428T
Authority: DE
Inventors: Thierry Mabru; Jean-Luc Reis
Original assignee: CONST AERO NAVALES; D'etudes Et De Constructions Aero-Navales Ste
Current assignee: CONST AERO NAVALES; D'etudes Et De Constructions Aero-Navales Ste
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1999-02-11
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2019-02-12
Also published as: JP2000203492A; EP0939030B1; IL128527A0; US6612092B1; IL128527A; ATE273833T1; DE69919428D1; ES2227981T3; JP4434349B2; EP0939030A1; FR2775249B1; FR2775249A1

Description

Die Erfindung betrifft eine metallische oder nicht metallische Wand, insbesondere für Flugzeugbauteile, wie etwa dichte Behälter und einen durch eine solche Wand ausgebildeten Behälter. Die US-A-2144945 zeigt eine Wand und einen Behälter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, bzw. des Anspruchs 12.
Es ist derzeit ein wachsender Bedarf, speziell im Bereich der Luftfahrt, besonders für die Ausführung von parallelepipedförmigen Behältern aus Wandelementen mit einer hohen Steifheit in mehreren unterschiedlichen Richtungen festzustellen. Um diese Anforderungen zu erfüllen ist es bekannt, durch Profile verstärkte Bleche (Flachmaterial) zu verwenden, zum Beispiel in Form eines Ω, die parallel oder in gekreuzter Konfiguration angeordnet sind.
Diese Wände weisen hauptsächlich den Nachteil auf, dass sie eine große Dicke aufweisen, was den nutzbaren Raum verringert, wenn es sich um Behälter handelt, die durch Zusammenbau solcher Wände konstruiert sind und dass diese trotzdem, wegen ihrer Diskontinuität des Trägheitsmoments, was durch den Wechsel der Profile und die einzige Basisfläche verursacht ist, eine ungenügende mechanische Festigkeit aufweisen, wenn sie starken Belastungen ausgesetzt sind.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Wand zur Verfügung zu stellen, die den Nachteilen der bekannten Wände abhilft.
Um diese Aufgabe zu lösen, umfasst die erfindungsgemäße Wand die Merkmale des Anspruchs 1.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die Verbindungszonen durch Punktschweißen, Ultraschall, Kleben, Löten, Nieten oder dergleichen ausgeführt.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die Ränder der Platten verbunden, um Befestigungszonen der Wand an einer Trägerstruktur auszubilden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Steifigkeit der Wand durch die Wahl der Anzahl und der Abstände der Verbindungszonen und/oder die Wahl des Wölbungsgrads der Platten veränderlich.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Abstand zwischen den Wänden mit einem Erzeugnis mit spezifischen Eigenschaften ausgefüllt, wie einem thermisch oder akustisch isolierenden oder nicht brennbaren oder mechanisch vorteilhaften Erzeugnis.
Das Verfahren zur Herstellung einer solchen Wand ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung der Platten zwischen den Verbindungspunkten durch Einspritzen eines Druckfluids zwischen die Platten erhalten wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Verbindung der Platten insbesondere durch Punktschweißen, Ultraschall, Kleben, Löten, Nieten vorgenommen.
Die Erfindung wird besser verständlich und weitere Ziele, Merkmale, Details und Vorteile werden deutlicher aus der folgenden erläuternden Beschreibung mit Bezug zu den begleitenden schematischen Zeichnungen, die nur als Beispiel angegeben sind, und eine Ausführungsform der Erfindung darstellen und in denen:
1 einen Behälter zeigt, der ausgehend von Metallwänden gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist;
2 eine Schnittansicht einer Wand gemäß der Erfindung vor dem Aufblasvorgang ist;
3a und 3b ähnliche Ansichten wie 2 darstellen, aber die Wand im „aufgeblasenen" Zustand in zwei Ausführungsformen zeigen;
4 Kurven zeigt, die die Deformation einer erfindungsgemäßen Wand und einer bekannten Wand in Abhängigkeit vom auf die Wand ausgeübten Deformationsdruck darstellt;
5A, B und C eine Wand gemäß der Erfindung jeweils im Aufriss und im Schnitt und eine zum Erhalt der in 4 dargestellten Kurve I verwendete Messvorrichtung zeigen;
6A, B und C ähnliche Ansichten wie in 5 für eine bekannte Wand sind, um die Kurve II von 4 zu erhalten.
1 zeigt als Beispiel einen parallelepipedförmigen Behälter, der durch Zusammenbau von Wänden 1 gemäß der Erfindung ausgeführt ist. Wie schon aus den Figuren zu sehen ist und insbesondere in den 2 und 3a und 3b, ist eine Wand gemäß der Erfindung durch übereinander Legen von zwei Platten ausgeführt, zum Beispiel aus Aluminiumlegierungsblechen 2 und 3, die in Verbindungszonen 5 miteinander verbunden sind, die in den Figuren in Form von Punkten dargestellt sind, zum Beispiel von Schweißpunkten und deren Ränder dicht verschweißt sind, so dass Ränder 6 erhalten werden, die die Montage der Wände auf einer Trägerkonstruktion erlauben. Dann werden die Platten verformt, mit Vorteil durch Einspritzen von Druckfluid, mit Vorteil einer Druckflüssigkeit in den zwischen den Platten abgegrenzten Raum, derart, dass die zwischen den Verbindungszonen 5 gelegenen Bereiche gewölbt werden. Auf diese Weise wird eine „zellenförmige" oder „gepolsterte" doppelwandige Struktur erhalten. Der Wölbungsgrad, das heißt der maximale Abstand der beiden Platten 2 und 3 zwischen den Verbindungspunkten ist durch Veränderung des Drucks des einge spritzten Fluids und die verwendeten Formungswerkzeuge veränderlich. Es versteht sich, dass die Verteilung und die Anordnung der Verbindungszonen über die Oberfläche der Verbundwand gleichermaßen veränderlich sind.
Die Verbundwände gemäß der Erfindung können in Form von ebenen oder unebenen Platten ausgeführt sein. Zu diesem Zweck genügt es, die übereinander gelegten vorgefertigten Platten beim „Aufblasen" in eine Form zu platzieren, deren Innenraum in einer entsprechenden Weise gewölbt ist, und durch in einem gleichen Abstand wie die gewünschte Breite der Wand voneinander beabstandete Seiten begrenzt ist.
Wie die 3A und 3B zeigen, können nur eine der beiden Platten oder beide verformt werden und gewölbte Partien aufweisen.
4 stellt zum Vergleich die mechanischen Eigenschaften einer gemäß der Erfindung zellenförmigen Verbundwand, wie sie schematisch in den 5A und 5B gezeigt ist, dar und die einer klassischen Wand vom in den 6A und 6B gezeigten Typ, das heißt gebildet aus einer Metallplatte, auf der Profile in Form eines Ω angesetzt sind, wie es durch Bezugszeichen 8 bezeichnet ist.
4 zeigt die Verformungen der Platten in Funktion der darauf ausgeübten mechanischen Belastungen. Die zu diesem Zweck verwendeten Messeinrichtungen sind in den 5C und 6C gezeigt. Diese Vorrichtungen sind wohlgemerkt identisch. Die Platte gemäß der Erfindung trägt das Bezugszeichen 1 (5C) und die klassische Platte das Bezugszeichen 1' (6C). Bei den Messvorrichtungen werden die Wände entlang ihrer vier Seiten eingespannt und es wird ein Druck auf die Oberfläche jeder Prüfwand 1, 1' ausgeübt. Zu diesem Zweck ist der Raum unter der Wand in Form einer Druckkammer 10 ausgeführt und Druckfluid wird durch eine Öffnung 11 in diese Kammer eingeführt. Dann wird die Verlagerung der Wände in ihrer Mitte mit 12 angegeben mit Hilfe eines schematisch mit 13 dargestellten Messgeräts gemessen. In 4 sind die Werte S der Verlagerung auf der Ordinate und der Druck P auf der Abszisse angegeben. Die Kurve I stellt die Verlagerung der erfindungsgemäßen Wand 1 und die Kurve II die der klassischen Wand 1' dar. Die erfindungsgemäße Wand 1 weist eine Dicke e (5B) gleich 80 % der Dicke e' der klassischen Wand auf. Die Abmessungen der Probestücke 1 und 1' sind 300 mm × 300 mm.
4 zeigt, dass trotz dieses bedeutenden Unterschieds im Ausmaß der Dicke, die zellenförmige Wand gemäß der Erfindung eine deutlich höhere Steifheit (von ungefähr 50 %) als die klassische Wand aufweist. Wenn außerdem die klassische Wand bei einem Druck von ungefähr 1,2 bar reißt, hält die erfindungsgemäße Wand noch Werte von 2 bar aus, wobei die Kurve immer einen linearen Verlauf beibehält. Dieser überraschende Unterschied bezüglich des Verhaltens der beiden Wände kann sich durch die Tatasche erklären, dass die Verbundwand gemäß der Erfindung keine starken Diskontinuitäten auf der Oberfläche aufweist, während im Falle der klassischen Wand die Ω-Profile offensichtliche Diskontinuitäten des Trägheitsmoments der Wandoberfläche erzeugen.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass die mechanischen Eigenschaften einer Verbundwand gemäß der Erfindung denen klassischer Wände deutlich überlegen sind. Unter Berücksichtigung, dass um ähnliche Steifheiten zu erhalten, die zellenförmige Wand gemäß der Erfindung eine viel geringere Dicke aufweisen kann als die einer klassischen Wand, ist die Verwendung von Wänden gemäß der Erfindung, zum Beispiel zum Ausbilden von Behältern, sehr vorteilhaft. In der Tat weist bei identischen Außenabmessungen der ausgehend von Wänden gemäß der Erfindung ausgeführte Behälter ein wesentlich höheres Nutzvolumen auf als ein aus klassischen Wänden gebildeter Behälter.
Es versteht sich, dass der Vorteil der erfindungsgemäßen Wände nicht auf dichte Behälterkonstruktionen beschränkt ist, sondern in allen Bereichen gültig ist, die den Einsatz von dichten Wänden erfordern, die unter der Einwirkung von starken mechanischen Lasten mechanisch beständig sind, wobei ein minimaler Raumbedarf gewährleistet ist. Die Möglichkeit, den Innenraum der Wand gemäß der Erfindung mit einem geeigneten Produkt auszufüllen, ermöglicht Wände zum Beispiel mit thermischer oder akustischer Dämmung, nicht brennbar oder mechanisch verstärkt auszuführen. Das Füllprodukt kann zum Beispiel ein inkompressibles elastisches Material sein. Andererseits sind durch die Möglichkeit zum Modifizieren der Anordnung der Schweißpunkte und des Wölbungsgrads der Platten, die erfindungsgemäßen Wände an spezifische Anwendungsbedingungen anpassbar.
Es versteht sich, dass die Platten aus allen geeigneten Materialien ausgeführt werden können, metallisch oder nicht metallisch, und die Verbindungszonen können gemäß jeglichem geeigneten Verfahren erhalten werden, zum Beispiel durch Punktschweißen, Ultraschall, Kleben, Löten, Nieten oder dergleichen.
Es ist anzumerken, dass das Zusammenbauen zweiter Platten durch Kleben den Vorteil aufweist, dass auf diese Weise eine echte Doppelwandstruktur erhalten wird, insbesondere geeignet für die Herstellung von Behältern, die zur Erfüllung von Sicherheitsanforderungen zwei unabhängige Ummantelungen benötigen. Daher werden in Flugzeugen aeronautische Behälter verwendet, die ein Innengefäß umfassen, das Flüssigkeit enthält, das in einer Außenummantelung aufgehängt ist, die an der Flugzeugstruktur angebracht ist und auf einen Boden gesetzt ist. Der Raum zwischen dem Gefäß und der äußeren Um mantelung steht mit Außenseite in Verbindung, damit im kritischen Fall Leckagen, die sich bilden können, nach außen abgeleitet werden. Diese schwere, sperrige und relativ schwierig und langsam zu montierende Struktur kann durch einen Behälter ersetzt werden, dessen Wände durch erfindungsgemäße Wände mit Klebeverbindung gebildet sind. In der Tat bleibt in diesem Fall jede Platte unabhängig und eine Rissbildung in der Innenwand bleibt auf diese beschränkt und Leckagen treten im Raum zwischen den beiden Platten auf, von denen sie nach außen abgeleitet werden können. Ein weiterer Vorteil der Klebeverbindung liegt in der Tatsache, dass der Klebstoff auf der Mittelebene der Wand platziert wird, wo die Beanspruchungen minimal bis null sind.
Damit hingegen die Verbindungszonen bei der Verformung der Platten durch Einspritzen einer Druckflüssigkeit mechanisch nicht zu sehr belastet werden, werden die Verbindungszonen zwischen zwei Zwingen 15 eingespannt, wie es schematisch in 3A angegeben ist. Diese Haltung der Verbindungszonen bei der Ausbildung der gepolsterten Struktur wird auch bevorzugt im Falle des Zusammenfügens der Platten durch Schweißen angewendet.
Es ist ferner anzumerken, dass die Platten aus homogenen oder heterogenen Materialien ausgeführt werden können und dass die Mittellinien der Verteilung der Verbindungspunkte jegliche geeignete und gewünschte geometrische Form aufweisen können, wie kreisförmig oder linear. Was das Aufblasen betrifft, so kann es bei Raumtemperatur oder nach Erwärmen der Platten durchgeführt werden.

Claims

Wand (1), insbesondere für Flugzeugbauteile, wie etwa dichte Behälter, umfassend zwei übereinander liegende Platten (2, 3), die an festgelegten Stellen in Verbindungszonen (5), die auf der Oberfläche der Platten (2, 3) verteilt sind, verbunden sind, indem sie unterbrochene Verbindungszonen (5) bilden, wobei mindestens bestimmte Teile mindestens einer Platte (2), die sich zwischen den Verbindungszonen (5) befinden, gewölbt sind, dadurch gekennzeichnet, dass alle Teile mindestens einer Platte (2), die sich zwischen den unterbrochenen Verbindungszonen (5) befindet, derart gewölbt sind, dass der Abstand zwischen den beiden Platten (2, 3) von einer Verbindungszone (5) ab in Richtung auf jede angrenzende Verbindungszone (5) allmählich bis auf einen Höchsttrennwert in der Mitte zwischen diesen Paaren von angrenzenden Verbindungszonen (5) zunimmt, um der Wand (1) ein gepolstertes Aussehen zu geben.
Wand (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungszonen (5) Verbindungszonen durch Schweißen, Ultraschall, Kleben, Löten, Nieten und dergleichen sind.
Wand (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungszonen (5) Verbindungspunkte, bevorzugt kreisförmige, sind.
Wand (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellinien der Verteilung der Verbindungszonen (5) eine beliebige, insbesondere kreisförmige oder geradlinige Form aufweisen.
Wand (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder (6) verbunden sind, günstigerweise um Ränder zur Befestigung der Wand an einem Trägerbauteil zu bilden.
Wand (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifheit der Wand (1) durch die Wahl der Anordnung der Verbindungszonen (5) veränderlich ist.
Wand (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifheit der Wand (1) durch die Wahl des Wölbungsgrads der Platten (2, 3) veränderlich ist.
Wand (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum der Wand (1) zwischen den Platten (2 und 3) mit einem Erzeugnis, wie etwa einem thermisch oder akustisch dämpfenden Erzeugnis, einem nicht brennbaren Erzeugnis oder einem Erzeugnis mit erwünschten mechanischen Eigenschaften ausgefüllt ist.
Wand (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (2, 3) metallisch oder nicht metallisch sind.
Wand (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (2, 3) aus gleich- oder verschiedenartigen Werkstoffen bestehen.
Wand (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile zwischen den Verbindungszonen (5) der beiden Platten (2, 3) gewölbt sind.
Behälter, insbesondere Flugzeugbehälter, von der Art, die eine erste Ummantelung, die sich im Innern einer zweiten Ummantelung befindet, und einen Raum zwischen den beiden Ummantelungen umfasst, wobei jede Ummantelung von einer Platte (2, 3) gebildet wird, und wobei die Platten (2, 3) an festgelegten Stellen in Verbindungszonen (5), die diskontinuierlich auf der Oberfläche der Platten (2, 3) verteilt sind, verbunden sind, und wobei mindestens bestimmte Teile mindestens einer Platte (2), die sich zwischen zwei angrenzenden Verbindungszonen (5) befindet, gewölbt sind, durch gekennzeichnet, dass alle Teile zwischen den angrenzenden Verbindungszonen (5) derart gewölbt sind, dass der Abstand zwischen den beiden Platten (2, 3) von einer Verbindungszone (5) ab in Richtung auf die angrenzende Verbindungszone (5) allmählich bis auf einen Höchsttrennwert in der Mitte zwischen den Paaren von Verbindungszonen (5) zunimmt, um der so gebildeten Wand (1) ein gepolstertes Aussehen zu geben, und dass der Raum zwischen den beiden Ummantelungen einen durchgehenden Raum um die Verbindungszonen (5) bildet, der mit der Außenseite in Verbindung stehen kann, um Verluste, welche die Innenummantelung durchquert haben, abzuleiten.