WO2009047665A1

WO2009047665A1 - Versteifungsprofil für flugzeugstrukturen

Info

Publication number: WO2009047665A1
Application number: PCT/IB2008/053934
Authority: WO
Inventors: Frank Palm
Original assignee: Eads Deutschland Gmbh
Priority date: 2007-10-08
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2009-04-16
Also published as: DE102007048283A1

Abstract

Ein Versteifungsprofil (3) fur ein Hautfeld (2) eines Flugzeugs weist einen Steg (4) mit einem Fuβgurt (5) und einem Kopfgurt (6) auf, wobei der Fuβgurt (5) eine Befestigungsflache (8) vorsieht. Der Steg (4) des Versteifungsprofils (3) ist aus zwei unterschiedlichen Metallen oder Legierangen (12, 13) ausgebildet.

Description

Description VERSTEIFUNGSPROFIL FÜR FLUGZEUGSTRUKTUREN

[1] Die Erfindung betrifft ein Versteifungsprofil für ein Hautfeld eines Flugzeugs, ein

Strukturbauteil eines Flugzeugs sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben

[2] Flugzeuge enthalten Strukturbauteile, die beispielsweise die Rumpfstruktur bilden, die aus einem Hautfeld und einer Vielzahl von Versteifungsprofilen bestehen. Die Rumpfstruktur weist typischerweise eine Vielzahl von Versteifungsprofilen, die als in Flugzeuglängsrichtung verlaufende Stringer und als quer zur Flugzeuglängsrichtung verlaufende Spante ausgebildet sind. Hautfeld, Stringer und Spante werden typischerweise zusammengeschweißt, um das Strukturbauteil zu erzeugen. Solch ein Strukturbauteil ist zum Beispiel in der DE 198 44 035 Cl beschrieben.

[3] Um die Belastbarkeit des Strukturbauteils sowie des Flugzeugs dauerhaft sicherzustellen, ist es wünschenswert, die Teile der Strukturbauteile so zuverlässig wie möglich stoff schlüssig zu verbinden. Typischerweise werden metallische Teile zusammengeschweißt. Rissbildung und Lunkerbildung beim Schweißverfahren sind somit zu vermeiden, da die Verbindung bzw. Struktur abgeschwächt wird. Ferner ist Rissbildung, die auf Grund dauerhaft periodischer Belastung auftreten kann, während des Flugzeuglebens zu vermeiden.

[4] Um diese Probleme zu vermeiden, sind verschiedene Ansätze bekannt. Es ist zum

Beispiel aus der DE 103 32 003 B3 bekannt, dass die Zusammensetzung der Aluminiumlegierung der verbundenen Teile so zu bestimmen ist, dass die Teile zuverlässiger zusammengeschweißt werden können. Aus der DE 198 44 035 ist bekannt, Ausschnitte in Spantfuß vorzusehen, in denen der Stringer angeordnet werden kann, um das Schweißverfahren zu vereinfachen und eine zuverlässige Verbindung zu ermöglichen.

[5] Weitere Verbesserungen sind jedoch wünschenswert, um die Zuverlässigkeit der

Verbindungen weiter zu erhöhen, das Gewicht des Strukturbauteils weiter zu reduzieren und die Herstellungskosten weiter zu minimieren.

[6] Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Versteifungsprofil und ein Strukturbauteil mit dem Versteifungsprofil anzugeben, die sich zu einem zuverlässigen Strukturbauteil eines Flugzeugs aufbauen lassen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.

[7] Gelöst wird dies durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafter Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.

[8] Ein Versteifungsprofil für ein Hautfeld eines Flugzeugs wird angegeben, das einen

Steg mit einem Fußgurt und einem Kopfgurt aufweist, wobei der Fußgurt eine Befestigungsfläche vorsieht. Der Steg des Versteifungsprofils ist aus zwei unter- schiedlichen Metallen oder Legierungen ausgebildet.

[9] Das Versteifungsprofil ist aus einem Verbund aus zwei unterschiedlichen Materialien bzw. zwei unterschiedlichen Metallen und/oder Legierungen ausgebildet. Diese Anordnung ermöglicht durch die Auswahl der zwei unterschiedlichen Materialien die Eigenschaften des Stegs und folglich des Versteigungsprofil flexibler zu bestimmen. Folglich können die Eigenschaften des Versteifungsprofils an die Eigenschaften weiterer Teile eines Strukturbauteils besser angepasst werden, so dass die Zuverlässigkeit des Strukturbauteils erhöht werden kann.

[10] Die Metalle oder Legierungen des Stegs können beispielsweise so ausgewählt werden, dass ein erstes Metall mit dem Material des Hautfelds und/oder Stringer zuverlässig geschweißt werden kann. Das zweite Metall braucht mit dem Hautfeld und/oder Stringer nicht schweißbar sein, wenn es nicht mit dem Hautfeld direkt verbunden wird. Das zweite Metall des Stegs kann zum Beispiel so ausgewählt werden, dass es eine höhere Belastbarkeit aufweist als das erste Metall, um dem Versteifungsprofil die gewünschte Belastbarkeit zu geben.

[11] Die Rohstoffskosten des Versteifungsprofils können auch durch die Auswahl der unterschiedlichen Metalle und/oder Legierungen reduziert werden. Zum Beispiel können Die zwei unterschiedlichen Materialien so ausgewählt werden, dass die Mehrheit des Versteifungsprofils aus kostengünstigerem Material ausgebildet ist, während die Außenfläche oder Befestigungsfläche aus teurerem aber schweißbaren Material ausgebildet ist.

[12] In einem Ausführungsbeispiel besteht der Fußgurt und ein benachbarter Abschnitt des Stegs aus einem ersten Metall oder einer ersten Legierung und der restliche Abschnitt des Stegs sowie der Kopfgurt weisen ein zweites Metall oder eine zweite Legierung auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den zwei unterschiedlichen Metallen und/oder Legierungen im Steg angeordnet. Diese Anordnung unterscheidet sich somit von einer Anordnung, bei der der Fußgurt aus einem ersten Material und die gesamte Steghöhe aus einem zweiten Material bestehen. Ferner unterscheidet sich diese Anordnung von einer Anordnung, bei der eine Schicht eines unterschiedlichen Materials auf der Befestigungsfläche des Fußgurts, wie ein Hartlot angeordnet ist.

[13] Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der Übergang von einem zu dem anderen

Metall oder Legierung nicht direkt an einer scharfen Kante zwischen zwei Teilen, beispielsweise zwischen zwei Teilen, die senkrecht zueinander stehen, angeordnet ist. Folglich ist die Belastung des Übergangs zwischen den unterschiedlichen Metallen bzw. Legierungen verringert, so dass Rissbildung an dieser Stelle vermieden werden kann. Die Position der Grenze zwischen den zwei Metallen bzw. Legierungen in der Höhe des Stegs kann ausgewählt werden, um die oben genanten Wünsche zu erfüllen. Zum Bespiel, wenn das erste Material teurer ist als das zweite Metall, kann die Grenze näher zu dem Fußgurt als zu dem Kopfgurt angeordnet werden, um die Rohstoffkosten zu reduzieren.

[14] In einem Ausführungsbeispiel ist das erste Metall oder die erste Legierung mit dem

Material eines zu verbindenden Teils verbindbar. Das zweite Metall oder die zweite Legierung braucht nicht mit diesem Material verbindbar zu sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erste Metall oder die erste Legierung mit faserverstärktem Kunststoff, und insbesondere mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) verbindbar. Die Verwendung von CFK bei Strukturbauteilen eines Flugzeugs hat den Vorteil, dass das Material sehr leicht ist.

[15] Die Verwendung von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff beim zivilen

Flugzeugbau, insbesondere bei großen Strukturbauteilen ist jedoch mit den Nachteilen verbunden, dass die Aluminiumlegierungen, die herkömmlich für die Versteifungsprofile verwendet werden, sich nicht gut mit dem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff verbinden lassen. Ferner sind die Wärmausdehnungskoeffizienten sehr unterschiedlich und dies kann zur Rissbildung führen. Ein weiteres Problem besteht darin, dass auf Grund der unterschiedlichen elektrochemischen Potentiale dieser Materialien die Verbindungsstelle zwischen Aluminium und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff innerhalb von Zeiträumen, die beim Flugzeugen nicht akzeptabel sind, korrodiert.

[16] Diese Probleme können durch die Verwendung von Versteifungsprofilen mit einem

Steg aus zwei unterschiedlichen Materialien vermieden werden, weil das erste Metall oder die erste Legierung so ausgewählt werden kann, dass es mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff verbindbar ist. Die Vorteile eines metallischen Versteifungsprofils mit elektrostatischen Entladungseigenschaften werden beibehalten, während die Vorteile von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen zusätzlich gewonnen werden. Gleichzeitig kann das erste Metall oder die erste Legierung so ausgewählt werden, dass eine korrosionsbeständige Verbindung zwischen dem ersten Metall oder der ersten Legierung und dem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff entsteht.

[17] Das erste Metall oder die erste Legierung sowie das zweite Metall oder die zweite

Legierung können so ausgewählt werden, dass das erste Metall oder die erste Legierung einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das zweite Metall oder die zweite Legierung. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass Unterschiede zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Hautfeldmaterials zum Beispiel und dem Versteifungsprofil ausgeglichen werden kann. Zum Beispiel, wenn das Hautmaterial den geringsten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, kann das Metall, das in Kontakt mit dem Hautfeld steht, einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen als das zweite Material, da es nicht in Kontakt mit dem Hautfeld steht.

[18] Der Steg kann Titan oder eine Titanlegierung und Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweisen. Aluminium und Aluminiumlegierungen haben den Vorteil, dass sie leicht und auf Grund ihrer Nacharbeitbarkeit kostengünstig sind. Ferner werden sie bei Flugzeugen herkömmlich verwendet. Titan und Titanlegierungen haben den Vorteil, dass sie mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gut verbindbar sind und sich eine korrosionsbeständigere Verbindung mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff herstellen lässt als bei Aluminium und Aluminiumlegierungen.

[19] In einem Ausführungsbeispiel weisen der Fußgurt und der benachbarte Abschnitt des

Stegs Titan oder eine Titanlegierung und der restliche Bereich des Stegs und der Kopfgurt Aluminium oder eine Aluminiumlegierung auf. Diese Anordnung ist besonders geeignet für ein Strukturbauteil, bei dem der Fußgurt mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff zu verbinden ist.

[20] In einem Ausführungsbeispiel ist der Titanbereich des Stegs mit dem Aluminiumbereich über eine explosionsgeschweißte Verbindung Stoff schlüssig verbunden. Eine explosionsgeschweißte Verbindung kennzeichnet sich durch eine wellenartige Form.

[21] Eine explosionsge weißte Verbindung hat den Vorteil, dass sie nicht bei erhöhten

Temperaturen erzeugt wird und eine Art kaltgeschweißte Verbindung darstellt. Die zwei unterschiedlichen Metalle bzw. Legierungen sind direkt metallurgisch miteinander verbunden. Die Grenze zwischen diesen weist kein zusätzliches Verbindungsmittel wie Hartlot auf. Ferner weist die Verbindungsstelle sowie die Grundmaterialien keinen wärmebeeinflussten Bereich auf, da die Verbindung bei Raumtemperatur stattfindet. Eine explosionsgeweißte Verbindung führt auch zu dem weiteren Vorteil, dass auf Grund der kaltgeschweißten Art der Verbindung die Belastbarkeit der Verbindung ähnlich zu der Belastbarkeit der Grundmaterialien ist. Eine Schwachstelle an der Grenze zwischen den Materialien, wie sie bei geschweißten oder hartgelöteten Teilen entstehen kann, wird vermieden. Die explosionsgeschweißte Verbindung zwischen den unterschiedlichen Metallen bzw. Legierungen des Stegs sieht einen Versteifungsprofilverbund vor.

[22] In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Steg zumindest eine weitere

Schicht auf, die ein drittes Metall oder eine dritte Legierung aufweist, wobei das zweite Metall oder die zweite Legierung und das dritte Metall oder die dritte Legierung unterschiedlich sind. Diese weiteren Schichten können zwischen zwei Schichten des zweiten Metalls bzw. der zweiten Legierung angeordnet sein. Eine dieser weiteren Schichten aus dem dritten Metall bzw. der dritten Legierung kann auch die äußerste Oberfläche des Kopfgurts bilden. Der Steg wird aus Schichten aufgebaut, die quer zu seiner Höhe und ungefähr parallel zu dem Kopfgurt verlaufen. Diese schichtartige Struktur kann von Vorteil sein, um den Unterschied zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Hautfelds und der Metalle bzw. Legierungen des Versteifungsprofils besser auszugleichen.

[23] Das Versteifungsprofil kann als Spant oder als Stringer ausgebildet sein. Es ist auch möglich ein Strukturbauteil herzustellen, bei dem die Stringer und die Spante jeweils Stege aus zwei unterschiedlichen Materialen nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisen. Dies ist von Vorteil, wenn die Stringer sowie die Spante mit einem Hautfeld aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff verbunden sind.

[24] Das erfindungsgemäße Versteifungsprofil kann mit einer herkömmlichen Form gebildet werden. Zum Beispiel im Querschnitt kann das Versteifungsprofil ein Z oder ein I Profil aufweisen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Steg einen weiteren zweiten Steg auf, der im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Steg angeordnet ist.

[25] Die Erfindung gibt auch ein Verfahren zum Herstellen eines Versteifungsprofils für ein Hautfeld eines Flugzeugs an. Ein erster Block aus einem ersten Metall oder einer ersten Legierung und ein zweiter Block aus einem zweiten Metall oder einer zweiten Legierung werden bereitgestellt. Das erste Metall bzw. die erste Legierung und das zweite Metall bzw. die zweite Legierung sind unterschiedlich. Eine Treibladung wird aufgebracht und der erste Block und der zweite Block mit der Treibladung werden zusammengetrieben, um den ersten Block mit dem zweiten Block zu verbinden, um einen Laminatverbund aus diesen Blöcken zu bilden. Zumindest ein Versteifungsprofil, das einen Steg mit einem Fußgurt und einem Kopfgurt aufweist, wird aus dem Laminatverbund geformt.

[26] Ein Laminatverbund wird mit einer kaltgeschweißten Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Block hergestellt. Eine kaltgeschweißte Verbindung wird zwischen zwei Metallen bzw. Legierungen hergestellt, da die zwei Metalle bzw. Legierungen unter hohen Druck bzw. mit einer hohen Geschwindigkeit zusammengetrieben sind. Dies kann mittels verschiedener Treibladungen erreicht werden. In einem Ausführungsbeispiel wird als Treibladung ein Sprengstoff verwendet. Dieses Verfahren ist auch als Explosions schweißen bekannt. Der Sprengstoff wird kontrolliert abgebrannt, um den ersten Block und den zweiten Block zusammenzutreiben, so dass eine zuverlässige großflächige Verbindung zwischen den Blöcken erzeugt wird.

[27] Eine kaltgeschweißte Verbindung und insbesondere eine explosionsgeweißte

Verbindung hat den Vorteil, dass die Verbindung direkt zwischen den zwei Materialien hergestellt wird. Folglich gibt es kein Lot oder Hartlot bzw. eine wieder erstarrte Schweißnaht zwischen den Grundmaterialien des Versteifungsprofils. Dies hat den Vorteil, dass die Belastbarkeit des Verbunds gleichmäßig ist und keine Schwachstellen an der Grenze zwischen den Materialien entstehen. Das Versteifungsprofile wird somit in Betrieb zuverlässig.

[28] In einem Ausführungsbeispiel wird das Versteifungsprofil so aus dem Laminatverbund geformt, dass der Steg des Versteifungsprofils aus zwei unterschiedlichen Metallen oder Legierungen besteht. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Dicke des ersten Blocks und des zweiten Blocks so ausgewählt werden, dass nach dem Herstellen des Laminatverbunds und des Formens des Versteifungsprofils aus dem Laminatverbund der Übergang zwischen den zwei Materialien in der gewünschten Position im Steg des Versteifungsprofils erzeugt wird.

[29] In einem Ausführungsbeispiel wird das Versteifungsprofil so aus dem Laminatverbund geformt, dass der Fußgurt und ein benachbarter Abschnitt des Stegs aus dem ersten Metall oder der ersten Legierung und der restliche Abschnitt des Stegs und der Kopfgurt aus dem zweiten Metall oder der zweiten Legierung besteht. Der Fußgurt und der benachbarte Abschnitt des Stegs werden aus dem ersten Block und der restliche Abschnitt des Stegs und der Kopfgurt werden aus dem zweiten Block geformt. Der erste Block und der zweite Block werden mit entsprechenden Dicken bereitgestellt.

[30] In einem Ausführungsbeispiel besteht der erste Block aus Titan oder einer Titanlegierung und der zweite Block aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Ein Versteifungsprofil kann aus diesem Verbund geformt werden, so dass der Fußgurt aus Titan oder einer Titanlegierung und der Kopfgurt aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Der Steg des Versteifungsprofils kann im unteren Bereich neben dem Fußgurt aus Titan oder einer Titanlegierung und im oberen Bereich neben dem Kopfgurt aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Diese Anordnung dieser zwei Materialien hat den Vorteil, dass der Fußgurt auf kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen zuverlässig befestigt werden kann. Die Verbindung zwischen Titan und Titanbasierten Legierungen und kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen ist auch korrosionsbeständig, so dass ein Strukturbauteil mit solch einer Verbindung zuverlässig ist.

[31] Gleichzeitig werden die Rohstoffkosten sowie das Gewicht des Versteifungsprofils durch die Verwendung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung für den oberen Bereich reduziert. Diese Kombination von Titan und Aluminium und deren Legierungen hat den weiteren Vorteil, dass sie mit Kaltschweißen und insbesondere mit Explosionsschweißen miteinander verbunden werden können.

[32] Die Form der Versteifungsprofile, die aus dem Laminatverbund geformt werden, kann zum Teil durch die Verformung des Laminatverbunds vor dem Formen des Versteifungsprofils erzeugt werden. In einer Ausführungsform wird nach der Herstellung des Laminatverbunds, der Laminatverbund gerondet. In dieser Weise kann zum Beispiel die untere Oberfläche des Laminatverbund so gerondet werden, dass diese Oberfläche die Befestigungsfläche des Fußgurts vorsieht und dass diese Befestigungsfläche eine gewünschte Kontur zur Befestigung mit einem Hautblech hat.

[33] Der Laminatverbund kann in verschiedenen Weisen weiterbearbeitet werden, um die

Versteifungsprofile aus dem Laminatverbund herzustellen. In einem Ausführungsbeispiel wird zum Formen des Versteifungsprofils zunächst ein Streifen aus dem Laminatverbund ausgeschnitten. Typischerweise wird der Laminatverbund in eine Vielzahl von Streifen geschnitten. Aus diesen Streifen werden jeweils ein oder mehrere Versteifungsprofile ausgeschnitten. Das Versteifungsprofil kann mittels Fräsen aus dem Streifen gefräst werden.

[34] Nach der Herstellung des Laminatverbunds und vor dem Herstellen des Versteifungsprofils wird in einem Ausführungsbeispiel die Verbindungsgüte kontrolliert. Dies hat den Vorteil, dass die Verbindungsgüte vor dem Weiterbearbeiten des Laminatverbunds sichergestellt werden kann.

[35] Zum Kontrollieren der Verbindungsgüte kann zum Beispiel der Laminatverbund in einem Wasserbad eingebracht werden und danach Ultraschall und/oder Wirbelströme aufgebracht werden.

[36] Nach der Herstellung eines Versteifungsprofils nach einem der vorhergehenden

Ausführungsbeispiele kann ein Strukturbauteil eines Flugzeugs, das dieses Versteifungsprofils aufweist, hergestellt werden. Ein Hautfeld wird bereitgestellt und der Fußgurt des Versteifungsprofils wird auf diesem Hautfeld befestigt. Typischerweise werden mehrere Versteifungsprofile auf dem Hautfeld befestigt.

[37] Wenn die Versteifungsprofile Spante sind, verlaufen sie quer zu der Längsrichtung des Flugzeugs. Wenn die Versteifungsprofile Stringer sind, verlaufen sie in Längsrichtung des Flugzeugs. Die Spante können auf den Stringern sowie auf dem Hautfeld befestigt werden.

[38] In einem Ausführungsbeispiel weist das Hautfeld kohlenstofffaserverstärkter

Kunststoff (CFK) auf. Das Hautfeld kann als Laminatverbund ausgebildet werden, bei dem eine oder mehrere Schichten aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff bestehen. Alternativ besteht das gesamte Hautfeld aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff.

[39] In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Fußgurt auf dem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff über seine Befestigungsfläche befestigt. In diesem Ausführungsbeispiel besteht zumindest die innere Schicht des Hautfelds aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff. Das erste Metall ist in diesem Ausführungsbeispiel Titan und die erste Legierung ist eine Titanlegierung und das zweite Metall ist Aluminium und die zweite Legierung ist eine Aluminiumlegierung.

[40] Diese Kombination von Materialien hat den Vorteil, dass der Fußgurt aus Titan oder einer Titanlegierung besteht und auf dem kohlenstofffaserverstärkten Hautfeld gut verbunden werden kann. Der Rest des Versteifungsstegs wird aus kostengünstigerem und leichtem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Das Aluminium oder die Aluminiumlegierung ist nicht direkt mit dem kohlenstofffaserverstärkten Hautfeld verbunden, so dass auf Grund des elektrochemischen Potentials, das zwischen diesen Materialien entsteht, keine Korrosion des Strukturbauteils stattfindet.

[41] Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.

[42] Fig. 1 zeigt eine Perspektivansicht eines Versteifungsprofils eines Flugzeuges, das auf einem Hautfeld des Flugzeugs befestigt ist.

[43] Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Laminatverbunds, aus dem das Versteifungsprofil der Figur 1 hergestellt wird.

[44] Figur 1 zeigt eine Perspektivansicht eines Strukturbauteils 1 für ein nicht gezeigtes

Flugzeug. Das Strukturbauteil 1 weist ein Hautfeld 2 in Form eines Hautblechs aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) sowie mehrere Versteifungsprofile 3 auf, von denen nur eines in der Figur 1 dargestellt ist.

[45] Das Versteifungsprofil 3 ist streifenförmig und hat eine Längsrichtung und eine

Höhe, h quer zu dieser Längsrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Versteifungsprofil als Spant ausgebildet, dessen Längsrichtung quer zu der Längsrichtung des Flugzeugs verläuft. Die Höhe des Versteifungsprofil bildet einen Steg 4, auf dessen zwei gegenüberliegenden Enden jeweils ein Gurt 5, 6 angeordnet ist, die im Weiteren als Fußgurt 5 bzw. Kopfgurt 6 bezeichnet werden.

[46] Der Fußgurt 5 sowie der Kopfgurt 6 erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zu der Höhe des Stegs 4 hinaus. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Versteifungsprofil 3 im Querschnitt eine Z-Form auf. Folglich erstrecken sich der Fußgurt 5 und der Kopfgurt 6 in gegenläufigen Richtungen aus den Enden des Stegs 4 hinaus. Das Versteifungsprofil 3 weist ferner einen zweiten Steg 7 auf, der sich aus einer Seitenwand des Stegs 4 und im Wesentlichen senkrecht zu der Höhe des Stegs 4 hinausragt. Der zweite Steg 7 verläuft in derselben Richtung wie der Kopfgurt 6 und liegt unterhalb des Kopfgurts 6. Der zweite Steg 7 sieht eine weitere Verstärkung des Versteifungsprofils 3 vor. Der Fußgurt 5, der Kopfgurt 6 und der zweite Steg 7 verlaufen jeweils quer zu der Längsrichtung des Flugzeugs.

[47] Die untere Oberfläche des Fußgurts 5 sieht eine Befestigungsfläche 8 vor, über die das Versteifungsprofil 3 auf dem Hautfeld 2 befestigt ist.

[48] Das Versteifungsprofil 3 besteht aus zwei unterschiedlichen Legierungen. Der

Fußgurt 5 und der benachbarte untere Abschnitt 9 des Stegs 4 bestehen aus einer Titanlegierung 12, in diesem Ausführungsbeispiel TiA16V4 und der Kopfgurt 6 sowie der zweite Steg 7 und der restliche obere Abschnitt 10 des Stegs 4 aus einer Aluminiumlegierung 13, in diesem Ausführungsbeispiel AA 7050 T74. Zwischen diesen zwei Legierungen entsteht eine Nahtfläche 11, die mit einer geschlossenen Linie in den Figuren dargestellt ist.

[49] Die Titanlegierung 12 und die Aluminiumlegierung 13 werden mit

Explosionsschweißen miteinander Stoff schlüssig verbunden. Die Nahtfläche 11 weist daher Eigenschaften auf, die typisch für dieses Verfahren sind. Die Nahtfläche 11 ist eine kaltgeschweißte Verbindung, die auf Grund der Verwendung von Sprengstoff bei dem Explosionsschweißen eine Wellenform aufweist. Die Nahtfläche 11 enthält kein zusätzliches Verbindungsmittel wie Hartlot und hat auch kein wärmebeeinflusstes Gefüge, da das Explosionsschweißen eine kaltgeschweißte Verbindung 14 zwischen der Titanlegierung 12 und der Aluminiumlegierung 13 vorsieht.

[50] Die Nahtfläche 11 ist im Steg 4 so positioniert, dass der untere Abschnitt 9 und der

Fußgurt 5 des Versteifungsprofils 3 aus der Titanlegierung eine L-Form bilden. Der Übergang zwischen den unterschiedlichen Materialien ist im Steg 4 und nicht an der Oberfläche des Fußgurts 6 angeordnet.

[51] Das Verfahren zum Herstellen des Versteifungsprofils 3 wird mit Hilfe der Figur 2 beschrieben. Zunächst wird ein erster Block 15 aus der Titanlegierung TiA16V4 und ein zweiter Block 16 aus der Aluminiumlegierung AA 7050 T74 bereitgestellt. Sprengstoff als Treiblandung wird bereitgestellt und auf die zusammengestellten Blöcke 15, 16 aufgebracht. Der Sprengstoff wird abgebrannt, um den ersten Block 15 und den zweiten Block 16 zusammenzutreiben, wobei der erste Block 15 über eine explosionsgeschweißte Verbindung 17 mit dem zweiten Block 16 stoffschlüssig verbunden und aus den Blöcken 15, 16 ein Laminatverbund 18 gebildet wird.

[52] Der Laminatverbund 18 wird in eine Vielzahl von Streifen 19 getrennt und aus jedem

Streifen 19 wird ein Versteifungsprofil 3 wie in der in Figur 1 gezeigten Form gefräst. Die Versteifungsprofile 3 sowie die Streifen 19 sind mit gestrichelten Linien in Figur 2 dargestellt. Der erste Titanblock weist eine Dicke dl auf, die so ausgewählt ist, dass nach dem Fräßen des Versteifungsprofils 3 aus dem Streifen 19, die Nahtfläche 11 im Steg 4 angeordnet ist. Der zweite Block 16 aus der Aluminiumlegierung weist eine Dicke d2 auf, die so ausgewählt ist, dass die restliche Höhe des Stegs 4 und des Kopfgurts 6 aus dem zweiten Block 16 gefräst werden kann. Die Breite b der Streifen 19 entspricht zumindest der Breite des Versteifungsprofils 3, die vom Ende des Fußgurts 5 bis zum Ende des Kopfgurts 6 definiert ist.

[53] Diese Versteifungsprofile 3 werden danach auf dem aus kohlenstofffaserverstärktem

Kunststoff bestehenden Hautfeld 2 befestigt, um das Strukturbauteil 1 herzustellen. Mehrere dieser Strukturbauteile 1 können mit weiteren Teilen zusammen verbunden werden, um ein größeres Teil eines Flugzeugs, wie z.B. eine Rumpfstruktur, herzustellen.

[54] In einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Versteifungsprofil eine oder mehrere Schichten eines dritten Metalls oder einer dritten Legierung auf, die innerhalb des zweiten oberen Abschnitts 10 des Stegs 4 angeordnet sind. Diese Schichten verlaufen ungefähr parallel zu dem Kopfgurt 6 bzw. weiteren Steg 7. Der Steg 4 weist eine Laminatverbundstruktur auf. Das dritte Metall bzw. die dritte Legierung und das zweite Metall bzw. die zweite Legierung des Versteifungsprofils 3 sind unterschiedlich. Diese mehrlagige Struktur kann durch die Auswahl der Materialien verwendet werden, um den Unterschied zwischen dem

Wärmeausdehnungskoeffizienten des Hautfelds 2 und des Versteifungsprofils 3 besser auszugleichen.

[55] Die mehrlagige Struktur des Stegs 4 dieser Ausführungsform kann durch die

Verwendung mehrerer Blöcken entsprechender Dicke hergestellt werden, die mittels Explosionsschweißen zu einem mehrlagigen Laminatverbund 18 zusammengetrieben werden.

[56] Bezugszeichenliste

[57] 1 Strukturbauteil

[58] 2 Hautfeld

[59] 3 Versteifungsprofil

[60] 4 Steg

[61] 5 Fußgurt

[62] 6 Kopfgurt

[63] 7 zweiter Steg

[64] 8 Befestigungsfläche

[65] 9 unterer Abschnitt des Stegs

[66] 10 oberer Abschnitt des Stegs

[67] 11 Nahtfläche

[68] 12 Titanlegierung

[69] 13 Aluminiumlegierung

[70] 14 explosionsge weißte Verbindung

[71] 15 erster Block

[72] 16 zweiter Block

[73] 17 explosionsgeschweißte Verbindung

[74] 18 Laminatverbund

[75] 19 Streifen des Laminatverbunds

Claims

[1] Versteifungsprofil (3) für ein Hautfeld (2) eines Flugzeugs, das einen Steg (4) mit einem Fußgurt (5) und einem Kopfgurt (6) aufweist, wobei der Fußgurt (5) eine Befestigungsfläche (8) vorsieht, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (4) des Versteifungsprofils (3) aus zwei unterschiedlichen Metallen oder Legierungen (12, 13) ausgebildet ist.

[2] Versteifungsprofil (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der

Fußgurt (5) und ein benachbarter Abschnitt (9) des Stegs (4) aus einem ersten Metall oder einer ersten Legierung (12) besteht und der restliche Abschnitt (10) des Stegs (4) und der Kopfgurt (6) ein zweites Metall oder eine zweite Legierung (12) aufweist.

[3] Versteifungsprofil (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste

Metall oder die erste Legierung (12) mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff verbindbar ist.

[4] Versteifungsprofil (3) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (11) zwischen dem ersten Metall oder der ersten Legierung (12) und dem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff korrosionsbeständig ist.

[5] Versteifungsprofil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Metall oder die erste Legierung (12) einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das zweite Metall oder die zweite Legierung (13).

[6] Versteifungsprofil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (4) Titan oder eine Titanlegierung und Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweist.

[7] Versteifungsprofil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußgurt (5) und der benachbarte Abschnitt (9) des Stegs (4) Titan oder eine Titanlegierung aufweisen, und der restliche Bereich (10) des Stegs (4) und der Kopfgurt (6) Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweisen.

[8] Versteifungsprofil (3) nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Titanbereich mit dem Aluminiumbereich über eine Explosionsgeschweißte Verbindung (11) verbunden ist.

[9] Versteifungsprofil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (4) zumindest eine weitere Schicht aufweist, die ein drittes Metall oder eine dritte Legierung aufweist, wobei das zweite Metall oder die zweite Legierung und das dritte Metall oder die dritte Legierung unter- schiedlich sind.

[10] Versteifungsprofil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsprofil (3) als Spant ausgebildet ist.

[11] Versteifungsprofil (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsprofil (3) als Stringer ausgebildet ist.

[12] Versteifungsprofil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Querschnitt das Versteifungsprofil (3) ein Z oder ein I

Profil aufweist.

[13] Versteifungsprofil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (4) einen weiteren zweiten Steg (7) aufweist, der im Wesentlichen senkrecht zu dem Steg (4) angeordnet ist.

[14] Strukturbauteil (1) eines Flugzeugs mit einem Hautfeld und mindestens einem

Versteifungsprofil (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.

[15] Strukturbauteil (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die

Befestigungsfläche (8) des Fußgurts (5) mit dem Hautfeld (2) verbunden ist.

[16] Strukturbauteil (1) nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Hautfeld (2) einen kohlenstofffaserverstärkten

Kunststoff aufweist.

[17] Strukturbauteil (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die

Befestigungsfläche (8) des Fußgurts (5) mit dem kohlenstofffaserverstärkten

Kunststoff verbunden ist.

[18] Flugzeug mit einem Strukturbauteil (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 17.

[19] Verfahren zum Herstellen eines Versteifungsprofils (3) für ein Hautfeld (2) eines

Flugzeugs, das folgende Schritte aufweist:

- Bereitstellen eines ersten Blocks (15) aus einem ersten Material (12),

- Bereitstellen eines zweiten Blocks (16) aus einem zweiten Material (13), wobei das erste Material (12) und das zweite Material (13) unterschiedlich sind,

- Aufbringen einer Treibladung,

- Zusammentreiben des ersten Blocks (15) und des zweiten Blocks (16) mit der Treibladung unter Verbinden des ersten Blocks (15) mit dem zweiten Block (16) und unter Bilden eines Laminatverbunds (18), und

- Formen eines Versteifungsprofils (3), das einen Steg (4) mit einem Fußgurt (5) und einem Kopfgurt (6) aufweist, aus dem Laminatverbund (18).

[20] Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsprofil (3) so aus dem Laminatverbund (18) geformt wird, dass der Steg (4) des Versteifungsprofils (3) aus zwei unterschiedlichen Metallen oder Legierungen (12, 13) besteht.

[21] Verfahren nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsprofil (3) so aus dem Laminatverbund (18) geformt wird, dass der Fußgurt (5) und ein benachbarter Abschnitt (9) des Stegs (4) aus einem ersten Metall oder einer ersten Legierung (12) und der restliche Abschnitt (10) des Stegs (4) und der Kopfgurt (6) aus einem zweiten Metall oder einer zweiten Legierung (13) besteht.

[22] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibladung ein Sprengstoff verwendet wird.

[23] Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprengstoff kontrolliert abgebrannt wird, um den ersten Block (15) und den zweiten Block (16) zusammenzutreiben.

[24] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Block (15) aus Titan oder einer Titanlegierung (12) und der zweite Block (16) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung (13) besteht.

[25] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Herstellung des Laminatverbunds (18), der Laminatverbund (18) gerondet wird.

[26] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zum Formen des Versteifungsprofils (3) zunächst ein Streifen (19) aus dem Laminatverbund (18) ausgeschnitten wird.

[27] Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsprofil (3) mittels Fräsen aus dem Streifen (19) gefräst wird.

[28] Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Herstellung des Laminatverbunds (18) die Verbindungsgüte kontrolliert wird.

[29] Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kontrollieren der Verbindungsgüte der Laminatverbund (18) in ein Wasserbad eingebracht wird und Ultraschall und/oder Wirbelströme aufgebracht werden.

[30] Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils eines Flugzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Herstellen eines Versteifungsprofils (3) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29, der Fußgurt (5) des Versteifungsprofils (3) auf ein Hautfeld (2) befestigt wird.

[31] Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Hautfeld (2) einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff aufweist.

[32] Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die

Befestigungsfläche (8) des Fußgurts (5) auf dem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff befestigt wird.

[33] Verwendung von Explosions schweißen zum Herstellen eines Versteifungsprofils

(3) für ein Hautfeld (2) eines Flugzeugs. [34] Verwendung von Explosions schweißen zum Herstellen eines Versteifungsprofils

(3) für ein Hautfeld (2) eines Flugzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 13.