DE102007011613A1 - Beschlag zur Einleitung von hohen Kräften in eine Rumpfzelle eines Flugzeugs - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Beschlag 1, 31 zur Einleitung von großen Lasten in eine Rumpfzelle eines Flugzeugs, insbesondere solche, die von Fahrwerksbauteilen ausgehen oder in diese eingeleitet werden. Der Beschlag 1, 31 weist eine Schulterplatte 2, 32 zur bevorzugt vollflächigen innenseitigen Anlage an der Rumpfzellenhaut 24, 47 auf. Unterhalb der Schulterplatte 2, 32 ist eine senkrecht stehende Augenlasche 3, 33 mit einem Auge 4, 34 zur Einleitung der Lasten angeordnet, wobei die Augenlasche 3, 33 durch eine Ausnehmung 29 in der Rumpfzellenhaut 24, 47 nach außen geführt ist. Auf einer Oberseite der Schulterplatte 2, 32 ist mindestens eine in etwa senkrecht stehende Befestigungslasche 5-7, 35, 36 zur Abindung des Beschlags 1, 31 an einen Spantsteg 27, 49 vorgesehen. Erfindungsgemäß werden die auftretenden Lasten im Wesentlichen "momentenfrei" im Bereich einer neutralen Faser 30 in den Spant 23, 48 eingeleitet, so dass dieser keinen nennenswerten Biegebeanspruchungen ausgesetzt ist und leichter ausgelegt werden kann. Der Spant wird zum Lasteinleitungsinstrument und verteilt die Lasten gleichmäßig in die Rumpfzellenhaut. Radial angreifende Lasten werden über eine Scherung, ausgehend von der Schulterplatte 2, 32, direkt in die Rumpfzellenhaut 24, 47 übertragen.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Beschlag, insbesondere einen Fahrwerkbefestigungsbeschlag, zur Einleitung von hohen Kräften in eine mit einer Vielzahl von Spanten ausgesteifte Rumpfzelle eines Flugzeugs mit einer Augenlasche, in der ein Auge zur Einleitung der Kräfte, insbesondere der von Fahrwerkskomponenten ausgehenden Kräfte, angeordnet ist.
- Die Einleitung von hohen äußeren Lasten in die Rumpfzelle eines Flugzeugs ist konstruktiv aufwändig und gewichtsintensiv. Hierzu werden im Flugzeugbau bislang zwei Anbindungsvarianten eingesetzt. Derartige Lastformen treten beispielsweise beim Start oder bei der Landung eines Flugzeugs fahrwerksseitig auf.
- Bei einer ersten Variante wird ein gabelförmiger Beschlag mit einer Grundplatte durch die Rumpfzellenhaut mit einem innenliegenden Spant verschraubt oder vernietet. Von Nachteil bei dieser Ausführungsform ist, dass die Spantflansche auf Biegung belastet werden und diese erhöhte Beanspruchung bei der Dimensionierung berücksichtigt werden muss. Darüber hinaus muss der Spantflansch eine Breite aufweisen, die zumindest im Anbindungsbereich einer Breite der Grundplatte des Gabelbeschlags entspricht. Da die Einleitung der Lasten punktuell erfolgt, müssen sowohl die Rumpfzellenhaut als auch der Spant lokal verstärkt werden, was sich gerade im Fall der Rumpfzellenhaut als konstruktiv sehr schwer darstellt. Die Gesamtheit der genannten Einflussfaktoren wirkt sich gewichtserhöhend aus.
- Im Fall einer zweiten Variante werden zur Krafteinleitung Spanten verwendet, bei denen der Gabelbeschlag integraler Bestandteil des Spantes selbst ist. Diese Konstruktionsform erfordert breite Spanten im Anbindungsbereich, da zum einen die Spantbreite der Breite des Gabelbeschlags entsprechen muss und zum anderen die äußeren Lasten im Randbereich des integral ausgebildeten Gabelschlags in die Rumpfzellenhaut übergeleitet werden. Erschwerend kommt hinzu, dass dieser ohnehin schon große Ausschnitt in der Rumpfzellenhaut eine zweireihige, druckdichte Vernietung erfordert. Beide Aspekte wirken sich gewichtserhöhend aus. Darüber hinaus gestaltet sich die Herstellung der zum Spant integral ausgebildeten Gabelbeschläge fertigungstechnisch sehr aufwändig.
- Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Konstruktionsformen zur Einleitung von äußeren Kräften in eine Rumpfzelle, insbesondere in Form einer Fahrwerksanbindung an die Rumpfzelle, zu vermeiden.
- Diese Aufgabe wird durch einen Beschlag mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Dadurch, dass der innen an der Rumpfstruktur angeordnete Beschlag eine Schulterplatte zur innenseitigen Anlage an der Rumpfzellenhaut aufweist, wobei auf der Schulterplatte mindestens eine senkrecht nach oben weisende Befestigungslasche zur Verbindung mit einem Spantsteg und unterhalb der Schulterplatte eine senkrecht nach unten gerichtete Augenlasche angeordnet ist, die durch eine Ausnehmung in der Rumpfzellenhaut nach Außen geführt ist,
werden die am Beschlagauge angreifenden äußeren Kräfte größtenteils im Bereich der neutralen Faser in den Spant eingeleitet. Eine nennenswerte Beanspruchung des Spantes durch Versatzmomente wird hierdurch vermieden. Die direkte Lasteinleitung in den Spant macht örtliche Aufdickungen der Rumpfzellenhaut überflüssig. Der Spant dient der Lastverteilung. Die Abmessungen der Hautdurchdringung sind im Vergleich zum Integralbauteil begrenzt. - Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Augenlasche in Bezug auf die Befestigungslasche um einen Abstand versetzt an der Schulterplatte angeordnet.
- Hierdurch wird erreicht, dass die zur Durchführung der Augenlasche nach außen erforderliche Ausnehmung in der Rumpfzellenhaut nicht unmittelbar an den Spant angrenzt und eine einfachere Abdichtung möglich ist.
- Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die mindestens eine Befestigungslasche mit einer Verstärkungsrippe versehen.
- Infolge dieser Ausgestaltung wird die Biegesteifigkeit der Befestigungslaschen in Richtung der Flugzeuglängsachse, das heißt quer zur Spantachse erhöht.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Beschlags weist dieser lediglich zwei Befestigungslaschen auf.
- Hierdurch ergibt sich ein vereinfachter Herstellungsprozess bei einer zugleich verringerten Masse des Beschlags, wobei die Lastüberleitungsfähigkeit im Verhältnis zu einer Ausführungsvariante des Beschlags mit drei Befestigungslaschen kleiner ist. Der einstückig ausgebildete Beschlag wird bevorzugt mit einem hochfesten metallischen Material, wie zum Beispiel einer Aluminiumlegierung, einer Titanlegierung oder einer Edelstahllegierung hergestellt. Die Herstellung kann zum Beispiel spanend aus einem entsprechenden Vollmaterial erfolgen. Alternativ ist eine Herstellung mittels der bekannten Guss-, Schmiede- oder Funkenerosionsverfahren möglich. Ferner kann der Beschlag auch mit einem Verbundmaterial, wie zum Beispiel einem kohlefaserverstärkten Epoxydharz mit einer kraftflussoptimierten Ausrichtung der Verstärkungsfasern gebildet sein.
- Eine weitere Fortbildung des Beschlags sieht vor, dass dieser drei Befestigungslaschen aufweist.
- Hierdurch erhöht sich die Kraftüberleitungsfähigkeit im Verhältnis zu den Varianten mit lediglich einer oder zwei Befestigungslaschen.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Beschlags sind in den weiteren Patentansprüchen dargelegt.
- In der Zeichnung zeigt:
-
1 Eine perspektivische Ansicht des Beschlags mit drei Befestigungsla schen, -
2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie II-II der1 durch den Beschlag, und -
3 eine Draufsicht auf einen Beschlag mit zwei Befestigungslaschen. - In der Zeichnung weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils die gleiche Bezugsziffer auf.
- Die
1 zeigt den erfindungsgemäßen Beschlag in einer perspektivischen Ansicht. - Ein einstückig ausgebildeter Beschlag
1 umfasst unter anderem eine Schulterplatte2 , an deren Unterseite eine Augenlasche3 mit einem Auge4 angeordnet ist. Die Augenlasche3 mit dem Auge4 dient zur Anbindung von weiteren nicht dargestellten Bauteilen, insbesondere von Komponenten eines Fahrwerks für ein Flugzeug. Oberhalb der Schulterplatte2 sind drei Befestigungslaschen5 bis7 angeordnet, die mit der Schulterplatte2 einen Winkel von etwa 90° einschließen. An die Befestigungslaschen5 und7 schließen seitlich zwei kleinere Flansche8 ,9 an. Die Flansche8 ,9 verlaufen entlang der rückseitigen Kante der Schulterplatte2 und stehen senkrecht auf der Schulterplatte2 . Die Befestigungslaschen5 bis7 sowie die Flansche8 ,9 weisen einen Bohrungsraster mit einer Vielzahl von nicht bezeichneten Bohrungen auf, durch die die Befestigung des Beschlags1 an einem in der1 nicht dargestellten Spant einer Rumpfzelle mittels Nieten und/oder Schrauben erfolgt. Die beiden Befestigungslaschen5 ,6 sowie6 ,7 schließen zueinander jeweils Winkel10 ,11 von etwa 45° ein. Die beiden äußeren Befestigungslaschen5 ,7 schließen mit der Schulterplatte2 jeweils einen Winkel12 ,13 von ebenfalls ungefähr 45° ein. Die mittlere Befestigungslasche6 steht senkrecht auf der Schulterplatte2 . Zwischenräume zwischen den Befestigungslaschen5 ,6 sowie6 ,7 weisen ungefähr kreissegmentförmige Anlageflächen auf, die ebenfalls mit Bohrungen versehen sind. - Bevorzugt schneiden die Verlängerungen der Mittellinien
14 bis16 der drei Befestigungslaschen5 bis7 in einem Mittelpunkt17 des Auges4 , um eine optimale Kraftüberleitung vom Auge4 auf die Befestigungslaschen5 bis7 zu gewährleisten. - Die Befestigungslaschen
5 bis7 weisen jeweils auf den Befestigungslaschen senkrecht stehende Verstärkungsrippen18 bis20 auf. Eine Materialstärke der Schulterplatte2 verringert sich gestuft und/oder übergangslos ausgehend von einer Rückkante21 zu einer Vorderkante22 . - Im gezeigten Ausführungsbeispiel der
1 ist die mittlere Verstärkungsrippe19 mit einem nicht bezeichneten Bohrungsraster mit einer Vielzahl von Bohrungen zur Anbindung von weiteren, nicht eingezeichneten Komponenten versehen. - Die
2 zeigt einen Schnitt durch den Beschlag gemäß der1 entlang der Schnittlinie II-II. - Der Beschlag
1 ist sowohl mit einem Spant23 als auch mit der Rumpfzellenaußenhaut24 durch eine Vielzahl von nicht näher bezeichneten Nieten und/oder Schrauben (strichlinierte Linien) im Bereich der Befestigungslasche6 sowie der Schulterplatte2 verbunden. Der Spant23 weist eine im Wesentlichen C- bzw. U-förmige Querschnittsgeometrie mit einem oberen Flansch25 , einem unteren Flansch26 sowie einem beide Flansche25 ,26 verbindenden Spantsteg27 auf. Mittels der Verstärkungsrippe19 erfolgt die Aussteifung der Befestigungslasche6 und der Schulterplatte2 . Die Befestigungslasche6 steht, wie die übrigen Befestigungslaschen auch, senkrecht auf der Schulterplatte2 . Unterhalb der Schulterplatte2 schließt sich die Augenlasche3 mit dem Auge4 an, wobei die Augenlasche3 in Bezug auf die Befestigungslasche6 um einen Abstand28 versetzt an der Schulterplatte2 angeordnet ist. In die Rumpfzellenhaut24 ist eine Ausnehmung29 zur Durchführung der Augenlasche3 durch die Rumpfzellenhaut24 eingebracht. Die Ausnehmung29 wird mittels nicht dargestellter Dichtelemente gegenüber der Rumpfzellenhaut24 und der Augenlasche3 abgedichtet bzw. versiegelt. Die Ausnehmung29 ist mit einer geeigneten Abdichtung versehen. Weiterhin befinden sich zwischen dem unteren Spantflansch26 und der Rumpfzellenhaut24 sowie zwischen der Schulterplatte2 und der Rumpfzellenhaut24 Dichtungen. - Der Beschlag
1 weist eine Vielzahl von nicht mit einer Bezugsziffer versehenen Bohrungen auf, die zum Teil in der Form eines Bohrungsrasters angeordnet sind. Die Bohrungen sind durch strichpunktierte Linien angedeutet. Durch die Bohrungen werden Befestigungsmittel zum endgültigen Zusammenfügen hergestellt, wodurch der Beschlag1 sowohl mit dem Spant23 als auch mit Rumpfzellenaußenhaut24 verbunden wird. Als Befestigungsmittel kommen zum Beispiel Nieten und/oder Schrauben in Betracht. - Der Beschlag
1 ist bevorzugt einstückig mit einer mechanisch hochfesten Metalllegierung, wie zum Beispiel einer Aluminiumlegierung, einer Titanlegierung oder einer Edelstahllegierung gebildet. Alternativ kann der Beschlag1 zum Beispiel mit einem CFK-Material gebildet sein. - Der erfindungsgemäße Beschlag
1 weist im Vergleich zu vorbekannten Ausführungsformen den Vorteil auf, dass vom Auge4 ausgehende Kraftwirkungen im Wesentlichen "momentenfrei", das heißt unmittelbar in den Bereich der neutralen Faser30 des Spantes23 eingeleitet werden. Demzufolge werden der obere und der untere Spantflansch25 ,26 nicht mehr durch Versatzmomente auf Biegung beansprucht. Lasten aus der Rumpfzellenhaut24 werden direkt durch Scherung in den Spantsteg27 eingeleitet. Radiale Lasten werden gleichfalls über Scherung von der Schulterplatte2 in die Rumpfzellenhaut24 eingeleitet. - Der Beschlag
1 (so genannter "Schulterschwertbeschlag") findet bevorzugt bei der Anbindung des Fahrwerks an die Rumpfzelle von Flugzeugen Anwendung, wobei hohe, vom Fahrwerk ausgehende Kräfte bzw. in das Fahrwerk eingeleitete Kräfte über den Beschlag1 in beiden Richtungen zwischen dem Fahrwerk und der Rumpfzelle transferiert werden können. - Die
3 zeigt eine geringfügig abgewandelte Ausführungsform des Beschlags in der Draufsicht. - Ein Beschlag
31 umfasst unter anderem eine Schulterplatte32 (senkrecht zur Zeichenebene verlaufend), an der eine Augenlasche33 mit einem Auge34 befestigt ist. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach Maßgabe der1 und2 weist der Beschlag31 lediglich zwei Befestigungslaschen35 ,36 auf. An den Befestigungslaschen35 ,36 schließen nach außen hin zwei Flansche37 ,38 an. Die Befestigungslaschen35 ,36 schließen mit der Schulterplatte32 die Winkel39 ,41 von etwa 45° ein. Zwischen den Befestigungslaschen35 ,36 selbst besteht ein Winkel40 von etwa 90°. Von den genannten Werten abweichende Winkel sind bei beiden Ausführungsvarianten des Beschlags1 ,31 möglich. Darüber hinaus kann der Beschlag in Abhängigkeit von den mechanischen Anforderungen eine oder mehr als drei Befestigungslaschen aufweisen. - Beide Mittellinien
42 ,43 schneiden sich bevorzugt im Mittelpunkt44 des Auges34 . Die Befestigungslaschen35 ,36 sind mit Verstärkungsrippen45 ,46 ausgesteift. Die Schulterplatte32 liegt bevorzugt vollflächig auf einer Rumpfzellenhaut47 auf. Zu diesem Zweck weist die Schulterplatte32 eine geringfügige Krümmung auf, die möglichst genau an den Krümmungsradius der Rumpfzellenhaut angepasst ist. - Der Beschlag
31 weist eine Vielzahl von nicht bezeichneten Bohrungen auf, die durch strichpunktierte Linien angedeutet sind. Durch die Bohrungen werden nicht dargestellte Befestigungselemente zur Anbindung des Beschlags31 an die Rumpfstruktur geführt, die zu diesem Zweck ebenfalls mit einer Vielzahl von Bohrungen versehen ist. Der Beschlag31 wird mittels der beiden Befestigungslaschen35 ,36 mit einem Spant 48 im Bereich eines Spantstegs49 verbunden und durch die Schulterplatte32 wird der Beschlag31 mit der Rumpfzellenaußenhaut47 zusammen gefügt. Als Befestigungselemente50 ,51 kommen, wie bei der Ausführungsvariante des Beschlags1 nach Maßgabe der1 und2 , zum Beispiel Schrauben und/oder Nieten in Betracht. Grundsätzlich kann der Beschlag1 ,31 auch mit der Rumpfzelle durch Verkleben verbunden werden. - Die Ausführungsvariante nach Maßgabe der
3 weist einen konstruktiv weniger aufwändigen Aufbau auf, kann aber infolge der lediglich zwei Befestigungslaschen im Verhältnis zur ersten Bauform nur geringere Kräfte überleiten. -
- 1
- Beschlag
- 2
- Schulterplatte
- 3
- Augenlasche
- 4
- Auge
- 5
- Befestigungslasche
- 6
- Befestigungslasche
- 7
- Befestigungslasche
- 8
- Flansch (Schulterplatte)
- 9
- Flansch (Schulterplatte)
- 10
- Winkel
- 11
- Winkel
- 12
- Winkel
- 13
- Winkel
- 14
- Mittellinie
- 15
- Mittellinie
- 16
- Mittellinie
- 17
- Mittelpunkt
- 18
- Verstärkungsrippe
- 19
- Verstärkungsrippe
- 20
- Verstärkungsrippe
- 21
- Rückkante
- 22
- Vorderkante
- 23
- Spant
- 24
- Rumpfzellenhaut
- 25
- oberer Spantflansch
- 26
- unterer Spantflansch
- 27
- Spantsteg
- 28
- Abstand
- 29
- Ausnehmung
- 30
- Neutrale Faser
- 31
- Beschlag
- 32
- Schulterplatte
- 33
- Augenlasche
- 34
- Auge
- 35
- Befestigungslasche
- 36
- Befestigungslasche
- 37
- Flansch (Schulterplatte)
- 38
- Flansch (Schulterplatte)
- 39
- Winkel
- 40
- Winkel
- 41
- Winkel
- 42
- Mittellinie
- 43
- Mittellinie
- 44
- Mittelpunkt
- 45
- Verstärkungsrippe
- 46
- Verstärkungsrippe
- 47
- Rumpfzellenhaut
- 48
- Spant
- 49
- Spantsteg
Claims (9)
- Beschlag (
1 ,31 ), insbesondere ein Fahrwerkbefestigungsbeschlag, zur Einleitung von hohen Kräften in eine mit einer Vielzahl von Spanten (23 ,48 ) ausgesteifte Rumpfzelle eines Flugzeugs mit einer Augenlasche (3 ,33 ), in der ein Auge (4 ,34 ) zur Einleitung der Kräfte, insbesondere der von Fahrwerkskomponenten ausgehenden Kräfte, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der innen an der Rumpfstruktur angeordnete Beschlag (1 ,31 ) eine Schulterplatte (2 ,32 ) zur innenseitigen Anlage an der Rumpfzellenhaut (24 ,47 ) aufweist, wobei auf der Schulterplatte (2 ,32 ) mindestens eine in etwa senkrecht nach oben weisende Befestigungslasche (5 –7 ,35 ,36 ) zur Verbindung mit einem Spantsteg (27 ) angeordnet ist und unterhalb der Schulterplatte (2 ,32 ) eine senkrecht nach unten gerichtete Augenlasche (3 ,33 ) angeordnet ist, die durch eine Ausnehmung (29 ) in der Rumpfzellenhaut (24 ,47 ) nach Außen geführt ist. - Beschlag (
1 ,31 ) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Augenlasche (3 ,33 ) um einen Abstand (28 ) zu der mindestens einen Befestigungslasche (5 –7 ,35 ,36 ) versetzt unterhalb der Schulterplatte (2 ,32 ) angeordnet ist. - Beschlag (
1 ,31 ) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befestigungslasche (5 –7 ,35 ,36 ) eine Verstärkungsrippe (18–20 ,45 ,46 ) aufweist. - Beschlag (
1 ,31 ) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschlag (31 ) zwei Befestigungslaschen (35 ,36 ) aufweist, deren Mittellinien (42 ,43 ) sich in einem Mittelpunkt (44 ) des Auges (34 ) schneiden. - Beschlag (
1 ,31 ) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschlag (1 ) drei Befestigungslaschen (5 –7 ) aufweist, deren Mittellinien (14 –16 ) sich in einem Mittelpunkt (17 ) des Auges (4 ) schneiden. - Beschlag (
1 ,31 ) nach einem der Patentansprüche 1 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befestigungslasche (5 –7 ,35 ,36 ) mit dem Spantsteg (27 ,49 ) und die Schulterplatte (2 ,32 ) mit der Rumpfzellenhaut (24 ,47 ) verbun den ist, wobei die Verbindung insbesondere durch Nieten und/oder Schrauben erfolgt. - Beschlag (
1 ,31 ) nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der mindestens einen Verstärkungsrippe (18 -20 ,45 ,46 ) weitere Komponenten befestigbar sind. - Beschlag (
1 ,31 ) nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulterplatte (2 ,32 ) zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgebildet ist, um eine möglichst vollflächige Anlage am Spant (23 ,48 ) zu gewährleisten. - Beschlag nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschlag einstückig mit einem hochfesten Material, insbesondere mit einer Aluminiumlegierung, einer Titanlegierung, einer Edelstahllegierung oder einer Kombination hiervon gebildet ist.
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