DE102007011619B4

DE102007011619B4 - Bodenplatte zur Bildung einer Ladefläche in einem Frachtraum eines Luftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102007011619B4
Application number: DE102007011619A
Authority: DE
Inventors: Hermann Benthien
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2012-03-29
Anticipated expiration: 2027-03-10
Also published as: CN101626952A; WO2008090039A1; WO2008090039B1; DE102007011613A1; EP2125508A1; EP2125508B1; CN101626952B; DE102007011613B4; DE102007011618A1; DE102007011620B4; CA2671942A1; US20110108668A1; DE102007011619A1; RU2009130305A; DE102007011611B4; RU2458820C2; US20080175685A1; US8382038B2; US7895810B2; DE102007011618B4

Abstract

Bodenplatte (27) zur Bildung einer durchgehenden Ladefläche in einem Frachtraum eines Luftfahrzeugs, mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten und verbundenen Trägern (1), wobei die Träger (1) mit Fräsprofilen (2, 23–26) gebildet sind und die Fräsprofile (2, 23–26) zumindest abschnittsweise jeweils entlang von Längskanten (21, 22, 28, 29) zusammen gefügt sind, wobei die Fräsprofile (2, 23–26) jeweils einen Obergurt (3, 33, 35) und einen Untergurt (4, 34, 36) aufweisen, die durch mehrere Stege (5–9, 37, 38) miteinander verbunden sind, und sich zwischen den Stegen (5–9, 37, 38) Fächer (10–15) befinden, die als vollständig aus dem Träger (1) herausgefräste oder lediglich teilweise abgefräste Bereiche des Trägers (1) ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bodenplatte zur Bildung einer im Wesentlichen durchgehenden Ladefläche in einem Frachtraum eines Luftfahrzeugs mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten und verbundenen Trägern.
Der Fußboden in Flugzeugen, insbesondere in Frachtflugzeugen, unterliegt erhöhten mechanischen Anforderungen. Der in der Regel im Wesentlichen ebene und durchgehende Fußboden wird mit einer Vielzahl von aneinander anschließenden Bodenplatten gebildet.
Die Fußbodenkonstruktion ist unter anderem hohen mechanischen Belastungen durch die Fracht selbst ausgesetzt. Es ergeben sich in der Regel hohe örtliche Flächenpressungen durch Trolleys, die Bereifungen von Fahrzeugen sowie Schmutzpartikel, die durch Reifen, Rollen oder Kettenglieder in die Oberfläche des Fußbodens gedrückt werden können. Darüber hinaus ist dem so genannten ”Einschlag”-Verhalten (”Impact”-Verhalten) erhöhte Aufmerksamkeit zu widmen. Denn Handlinglasten, Ketten oder Werkzeuge, die zu Boden fallen, dürfen die Integrität des Fußbodens nicht beeinträchtigen.
Ferner dürfen durch die im Flugbetrieb auftretenden hohen Temperaturdifferenzen von bis zu 125°C keine nennenswerten mechanischen Spannungen innerhalb des Fußbodens erzeugt werden. Um dies zu erreichen, werden die Bodenplatten durch geeignete Verbindungselemente, die geringfügige Bewegungen in zumindest einer Richtung parallel zur Fußbodenebene zulassen, an die Fußbodenunterkonstruktion bzw. die Rumpfzelle angebunden (so genanntes ”floating” bzw. ”schwimmende” Lagerung des Fußbodens).
Darüber hinaus haben die Bodenplatten auch eine tragende Funktion. Denn die Bodenplatten haben die Aufgabe, Lasten zum Beispiel aus Verzurrpunkten im Fußboden über Schubkräfte in die seitliche Anbindung an die Rumpfzellenhaut zu übertragen, wodurch deren Verschiebbarkeit und damit deren Länge begrenzt ist. Die Bodenplatten bilden im Zusammenspiel mit Kanälen im Fußboden, die zur Aufnahme von so genannten ”Verzurrpunkten”, Rollenbahnen, Führungsschienen oder dergleichen dienen, einen statisch wirksamen Verbund und erhöhen dessen Biegesteifigkeit insgesamt. Die Bodenplatten definieren damit auch den optimalen Lasteinleitungspunkt für Lasten, die mittels der Verzurrpunkte auf dem Fußboden befestigt sind, in der x-Richtung, das heißt parallel zur Längsachse des Flugzeugs in Flugrichtung.
Aufgrund der erforderlichen Verschiebbarkeit der Bodenplatten zur Kompensation von Wärmedehnungen, fungieren die Bodenplatten nicht als Durchlaufträger, sondern sind nur als Träger auf zwei Stützen auslegbar. Eine gewichtsoptimierte Lösung hierfür stellt der ”Träger gleicher Spannung” dar.
Ein derartiger Träger kann zum Beispiel in der Form einer integral gefrästen Platte hergestellt werden. Der Zerspanungsaufwand ist in diesem Fall sehr hoch. Daneben ist ein solcher Träger in Frästechnik nicht gewichtsoptimal herstellbar.
Alternativ können die Bodenplatten mit Sandwichplatten gebildet werden, deren Decklage mit Metall gebildet ist. Bei hohen lokalen Lasten und großen Stützweiten ist der Gewichtsvorteil nicht mehr gegeben. Darüber hinaus ist die Einschlagfestigkeit, bei der hohe mechanische Punktlasten auftreten, problematisch. Unter anderem durch Einschläge von kompakten Objekten hervorgerufene Delaminationen sind schwer feststellbar, wodurch gewichtserhöhende Sicherheitszuschläge bei der statischen Auslegung berücksichtigt werden müssen.
Die DE 698 27 627 T2 befasst sich mit dem Reibschweißen metallischer Werkstücke, insbesondere aus Aluminiumlegierungen, und beschreibt die Erzeugung einer versteiften Tragflügel-Außenhaut oder Rumpfaußenhaut durch Reibungsstumpfverschweißen extrudierter Abschnitte.
In der US 2,625,118 A ist ein Frachtraumboden für ein Flugzeug gezeigt, der aus zueinander parallel angeordneten, teilweise überlappenden und miteinander verschraubten Bodensektionen aus extrudiertem Metall wie etwa Stahl oder einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung, aufgebaut ist. Diese extrudierten Bodensektionen haben entlang ihrer Längsrichtung einen uniformen Querschnitt und werden mit Querelementen einer Unterkonstruktion des Bodens verschraubt.
Die EP 1 637 449 A1 beschreibt ein Trägersystem, das in einem Flugzeugfrachtraum Anwendung finden soll. Dieses Trägersystem weist eine Bodenplatte auf, die als ein Frästeil ausgebildet sein kann. Es ist eine Befestigungsvorrichtung vorgesehen, die eine Basis aufweist, die mit der Bodenplatte beispielsweise durch Verschweißen fest verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bodenplatte für den Fußboden eines Flugzeugs zu schaffen, die die vorstehend erwähnten Nachteile nicht aufweist und die dennoch bei einer hohen Belastbarkeit ein geringes Gewicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Bodenplatte nach Maßgabe des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass die Träger mit Fräsprofilen gebildet sind und die Fräsprofile zumindest abschnittsweise entlang von Längskanten zusammengefügt sind, ergibt sich auch bei einer großen Stützweite zwischen den beidseitigen Auflagepunkten der Bodenplatte eine hohe mechanische Belastbarkeit, die insbesondere bei Fußbodenkonstruktionen für Frachtflugzeuge in militärischen Anwendungsbereichen von großer Bedeutung ist.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Bodenplatte in konventioneller Frästechnik mit einem noch vertretbaren Zerspanungsaufwand gefertigt werden, da die eigentliche Bodenplatte erst durch das Verschweißen einer Vielzahl von aus dem Vollen gefrästen Trägern entlang ihrer jeweiligen Längsseiten gebildet wird.
Das Zusammenschweißen der Träger entlang von deren Längsseiten erfolgt bevorzugt mittels des bekannten Reibrührschweißverfahrens, das die Schaffung von Schweißnähten erlaubt, deren mechanische Belastbarkeit mit der des Vollmaterials vergleichbar ist. Alternativ können andere Schweißverfahren, wie zum Beispiel das Laserschweißen, oder im Einzelfall auch Klebeverfahren zum Einsatz kommen.
Bevorzugt werden die Bodenplatten mit einem zähen Aluminiumlegierungsmaterial gebildet, wodurch sich hohe Biegespannungen übertragen lassen. Die Bodenplatte erlaubt ferner eine günstige Lasteinleitung der von in den Kanälen angeordneten Verzurrpunkte in die Rumpfstruktur, die unter anderem mit der Rumpfaußenhaut, den (Ring-)Spanten, den Querträgern im Fußbodengerüst sowie den Stringern (Längsversteifungen) gebildet ist.
Das Zusammenschweißen der Fräsprofile erfolgt nach dem Baukastenprinzip, so dass sich unterschiedliche Abmessungen von Bodenplatten realisieren lassen.
Die Geometrie der Fräsprofile folgt bevorzugt der geometrischen Gestalt des so genannten ”Trägers gleicher Spannung”. Hierdurch ergibt sich bei minimalem Materialeinsatz die maximal erreichbare mechanische Beanspruchbarkeit.
Um Beschädigungen der Bodenplatten bei sehr hohen lokalen Lastspitzen, wie sie zum Beispiel bei ruhenden Rädern und/oder Kettengliedern auftreten können, zu vermeiden, kann es gegebenenfalls erforderlich sein, die Bodenplatten zumindest bereichsweise zusätzlich mit Holz- und/oder Kunststoffplatten als Unterlage zur besseren Lastverteilung zu belegen (so genanntes ”shoring”).
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung sind in den weiteren Patentansprüchen dargelegt.
In der Zeichnung zeigt:
1 Eine Seitenansicht eines Frästrägers zur Bildung der erfindungsgemäßen Bodenplatte,
2 einen Querschnitt durch einen Frästräger entlang der Schnittlinie II-II in der 1,
3 einen Querschnitt durch eine Bodenplatte, und
4 eine isometrische Ansicht der Bodenplatte.
In der Zeichnung weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils die gleiche Bezugsziffer auf.
Die 1 zeigt eine Seitenansicht eines Fräsprofils zur Bildung der erfindungsgemäßen Bodenplatte.
Ein als Träger 1 ausgebildetes Fräsprofil 2 zur Bildung der erfindungsgemäßen Bodenplatte durch die Aneinanderreihung einer Vielzahl von derartigen Fräsprofilen entlang ihrer Längskanten weist unter anderem einen Obergurt 3 und einen Untergurt 4 auf. Der Obergurt 3 weist eine geradlinige Geometrie auf, während der Untergurt 4 zumindest abschnittsweise bogenförmig verlauft. Zwischen dem Obergurt 3 und dem Untergurt 4 sind mehrere Stege 5 bis 9 angeordnet, um einen definiert beabstandeten Verlauf zwischen dem Obergurt 3 und dem Untergurt 4 zu erreichen. Zwischen den Stegen 5 bis 9 befinden sich sechs Fächer 10 bis 15. Bei den Fächern 10 bis 15 handelt es sich um vollständig aus dem Träger 1 heraus gefräste oder lediglich teilweise abgefräste, das heißt in ihrer Materialstärke reduzierte Bereiche des Trägers 1.
Die geometrische Gesamtanordnung des einstückig aus einem bevorzugt metallischen Vollmaterial heraus gefrästen Fräsprofils 2 folgt der Gestaltung des so genannten ”Trägers gleicher Spannung”, der eine maximale mechanische Belastbarkeit des Trägers 1 bei minimiertem Materialeinsatz, das heißt einem möglichst geringen Gesamtgewicht erlaubt. Beide Endbereiche 16, 17 des Fräsprofils 2 stützen sich in den Auflagern 18, 19 so auf, dass Verschiebungen zumindest parallel zur y-Achse eines Koordinatensystems 20 möglich sind. Derartige Verschiebungen können zum Beispiel infolge von Wärmedehnungen des Frästrägers 2, die aufgrund der im Flugbetrieb auftretenden Temperaturschwankungen von bis zu 125°C entstehen, ausgelöst werden. Die Auflager 18, 19 können beliebige Punkte zum Einleiten von Kräften aus den Bodenplatten in nachgeordnete Strukturelemente der Rumpfzelle des Flugzeugs sein. Hierbei kann es sich zum Beispiel um Ringspante, Fußbodenkanäle, das Fußbodengerüst sowie weitere Anbindungselemente zur Einleitung von Kräften in die Rumpfhaut und/oder die Rumpfstruktur handeln.
Eine Bodenplatte wird erfindungsgemäß durch die Aneinanderreihung mehrerer Fräsprofile in Richtung der x-Achse (senkrecht zur Zeichenebene) gebildet, wobei die Fräsprofile jeweils dieselbe Gestalt des in der 2 dargestellten Fräsprofils 2 aufweisen. Die Fräsprofile werden hierbei entlang ihrer Längskanten, das heißt parallel zur y-Achse bzw. zur Zeichenebene fest zusammengefügt. Das Zusammenfügen der einzelnen Fräsprofile kann grundsätzlich mit sämtlichen bekannten Fügeverfahren erfolgen, bevorzugt erfolgt jedoch die Verbindung mittels des Reibrührschweißverfahrens.
Die erfindungsgemäßen Bodenplatten werden entsprechend zu den üblichen Bodenplatten, die mit Kernverbünden bzw. Sandwichplatten gebildet sind, in bekannter Weise auf ein Fußbodengerüst der Rumpfstruktur des Flugzeugs zur Bildung des ebenen und bevorzugt im Wesentlichen durchgehenden Fußbodens montiert bzw. aufgelegt.
Die 2 zeigt einen Querschnitt durch das Fräsprofil entlang der Schnittlinie II-II der 1, wobei das Koordinatensystem die Lage im Raum verdeutlicht.
Der mit dem Fräsprofil 2 gebildete Träger 1 weist eine im Wesentlichen Doppel-T-förmige Querschnittsgeometrie auf. Der Obergurt 3 ist durch den Steg 7 mit dem Untergurt 4 verbunden. Das Fräsprofil 2 ist aus einem Vollmaterial heraus gearbeitet, das heißt einstückig ausgebildet, um die geforderte hohe Belastbarkeit zu erzielen. Darüber hinaus erhöht die einstückige Ausbildung die Fertigungsgenauigkeit. Das Herausarbeiten des Fräsprofils 2 erfolgt bevorzugt mittels bekannter spangebender Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel Fräsen. Das Fräsprofil 2 wird bevorzugt mit einem Aluminiumlegierungsmaterial gebildet, das über eine hohe Zähigkeit verfügt, um die geforderte Biegesteifigkeit des Fräsprofils 2, insbesondere in Richtung der z-Achse des Koordinatensystems 20, zu erreichen. Mit der gestrichelten Linie ist das Fach 12, das heißt die Ausfräsung bzw. die verringerte Materialstärke des Fräsprofils 2 in diesem Bereich angedeutet. Jeweils entlang der senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Längskanten 21, 22 (parallel zur y-Achse) wird das Fräsprofil 2 jeweils mit weiteren, gleichartig ausgestalteten Fräsprofilen zur Bildung einer ebenen Bodenplatte mit einer durchgehenden Oberseite verschweißt.
Die 3 zeigt einen Querschnitt durch eine, mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten und verschweißten Fräsprofilen gebildete Bodenplatte.
Vier einstückig aus einem geeigneten Aluminiumlegierungsvollmaterial heraus gefräste Fräsprofile 23 bis 26 bilden eine Bodenplatte 27. Die Fräsprofile 23 bis 26 sind jeweils entlang ihrer Längskanten, von denen der besseren zeichnerischen Übersicht halber lediglich Längskanten 28, 29 mit einer Bezugsziffer versehen sind, durch mittels Reibrührschweißen gebildete, das heißt parallel zur y-Achse verlaufende Längsnähte 30, 31 verbunden. Die Längsnähte 30, 31 sind bevorzugt durchgehend und als Stumpfnähte ausgebildet. Alternative Fügeverfahren, wie zum Beispiel Laserschweißen, können gleichfalls angewendet werden. Alternativ ist das Zusammenfügen der Fräsprofile 23 bis 26 mittels geeigneter Klebeverfahren möglich. Die zur Bildung der Bodenplatte 27 aneinander gefügten Fräsprofile 23 bis 26 weisen aufgrund der in der Regel hohen Oberflächengüte von Reibrührschweißnähten auch im Bereich der Längsnähte eine nahezu ebene, durchgehende Oberseite 32 auf. Eine mechanische Nachbearbeitung der Oberseite 32 der Bodenplatte 27, insbesondere im Bereich der Längsnähte, zum Beispiel durch Fräsen oder Schleifen, ist im Allgemeinen daher nicht nötig.
Die 4 illustriert eine isometrische Ansicht der exemplarisch aus vier Fräsprofilen zusammengefügten Bodenplatte nach Maßgabe der 3.
Die Fräsprofile 23 und 24 weisen jeweils einen Obergurt 33, 35 sowie einen beabstandet hierzu verlaufenden Untergurt 34, 36 auf, die durch die Stege 37, 38 verbunden sind. Die Vorderkanten 39, 40 der Obergurte 33, 35 stehen um einen Überstand 41 über die Stege 37, 38 hinaus. Die beiden rechts anschließenden Fräsprofile 25 und 26 weisen einen entsprechenden konstruktiven Aufbau auf, die einzelnen Elemente sind der besseren Übersicht halber aber nicht mit Bezugsziffern versehen worden.
Seitlich an die Bodenplatte 27 schließt sich ein Kanal 42 an. Im Kanal 42 können zum Beispiel Verzurrpunkte zum Festspannen von Lasten, Laufrollen bzw. Laufrollenhalterungseinsätze zur Bildung von Rollenbahnen sowie Führungsschienen oder dergleichen eingesetzt werden. Die Bodenplatte 27 und der Kanal 42 liegen auf einer nicht näher dargestellten Unterkonstruktion 43 auf, die die von der Bodenplatte 27 und dem Kanal 42 ausgehenden Lasten in die Rumpfstruktur des Flugzeugs, gegebenenfalls über weitere nicht dargestellte Streben, Anbindungselemente oder dergleichen einleitet.
Die Bodenplatte 27 kann darüber hinaus an zwei, drei oder an allen vier Seiten einen entsprechend dem Überstand 41 ausgestalteten weiteren Überstand bzw. Überstände aufweisen, um zum Beispiel eine allseitige Auflage auf der Unterkonstruktion 43 bzw. dem Kanal 42 zu ermöglichen.
Bezugszeichenliste

1: Träger
2: Fräsprofil
3: Obergurt
4: Untergurt
5: Steg
6: Steg
7: Steg
8: Steg
9: Steg
10: Fach
11: Fach
12: Fach
13: Fach
14: Fach
15: Fach
16: Endbereich
17: Endbereich
18: Auflager
19: Auflager
20: Koordinatensystem
21: Längskante
22: Längskante
23: Fräsprofil
24: Fräsprofil
25: Fräsprofil
26: Fräsprofil
27: Bodenplatte
28: Längskante
29: Längskante
30: Längsnaht
31: Längsnaht
32: Oberseite
33: Obergurt
34: Untergurt
35: Obergurt
36: Untergurt
37: Steg
38: Steg
39: Vorderkante
40: Vorderkante
41: Überstand
42: Kanal
43: Unterkonstruktion

Claims

Bodenplatte (27) zur Bildung einer durchgehenden Ladefläche in einem Frachtraum eines Luftfahrzeugs, mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten und verbundenen Trägern (1), wobei die Träger (1) mit Fräsprofilen (2, 23–26) gebildet sind und die Fräsprofile (2, 23–26) zumindest abschnittsweise jeweils entlang von Längskanten (21, 22, 28, 29) zusammen gefügt sind, wobei die Fräsprofile (2, 23–26) jeweils einen Obergurt (3, 33, 35) und einen Untergurt (4, 34, 36) aufweisen, die durch mehrere Stege (5–9, 37, 38) miteinander verbunden sind, und sich zwischen den Stegen (5–9, 37, 38) Fächer (10–15) befinden, die als vollständig aus dem Träger (1) herausgefräste oder lediglich teilweise abgefräste Bereiche des Trägers (1) ausgebildet sind.
Bodenplatte (27) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskanten (21, 22, 28, 29) der Fräsprofile (2, 23–26) mittels Reibrührschweißen zusammen gefügt sind.
Bodenplatte (27) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fräsprofile (2, 23–26) einstückig mit einem Aluminiumlegierungsmaterial gebildet sind.
Bodenplatte (27) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fräsprofile (2, 23–26) derart ausgebildet sind, dass sie jeweils einen Träger (1) gleicher Spannung bilden.
Bodenplatte (27) nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fräsprofile (2, 23–26) jeweils eine im Wesentlichen doppel-T-förmige Querschnittsgeometrie aufweisen.
Bodenplatte (27) nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Obergurte (3, 33, 35) einen geradlinigen Verlauf und die Untergurte (4, 34, 36) einen gekrümmten Verlauf aufweisen.