DE102007019821B4

DE102007019821B4 - Strukturelement eines Flugzeugrumpfs

Info

Publication number: DE102007019821B4
Application number: DE102007019821A
Authority: DE
Inventors: Claus-Peter Gross; Cord Haack; Dirk Humfeldt; Oliver Thomaschewski
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: WO2008132171A2; CA2682969A1; DE102007019821A1; CN101674978B; ATE525281T1; JP2010524771A; RU2009136665A; CN101674978A; EP2137064A2; WO2008132171A4; EP2137064B1; RU2470830C2; WO2008132171A3; US20100243805A1; BRPI0810569A2; US8905349B2

Abstract

Strukturelement eines Flugzeugrumpfs, mit in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufenden Stringern (20, 30; 40; 50; 60) und quer zu den Stringern (20, 30; 40; 50; 60) in Umfangsrichtung des Rumpfs verlaufenden Spanten (80), wobei mindestens einer der in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufenden Stringer (30; 40; 50; 60) als Befestigungsschiene für im Flugzeugrumpf anzubringende Elemente (100, 110) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der als Befestigungsschiene ausgebildete Stringer (30) einen sich in Längsrichtung desselben erstreckenden, kontinuierlichen Kopfbereich (31) aufweist und an den Spanten (80) Aussparungen (32) aufweist, an welchen der Stringer (30) an seiner der Außenhaut (10) zugewandten Seite unterbrochen ist und an welchen der Kopfbereich (31) die Spanten (80) an der dem Rumpfinneren zugewandten Seite umschließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strukturelement eines Flugzeugrumpfs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der Rumpf eines Flugzeugs umfasst typischerweise in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufende Stringer und quer zu den Stringern in Umfangsrichtung des Rumpfs verlaufende Spanten. Diese verleihen dem Rumpf die notwendige strukturelle Festigkeit und tragen die Außenhaut des Rumpfs. Systeminstallationen und Kabinenkomponenten, wie sie bei der Fertigmontage des Flugzeugs in großer Zahl im Rumpf anzubringen sind, werden nach dem heutigen Stand der Technik üblicherweise mittels individueller Halteklammern (Brackets) an den in Umfangsrichtung des Rumpfs verlaufenden Spanten befestigt. Eine der für den Fluggast am deutlichsten sichtbaren Komponenten, die auf diese Weise im Rumpf befestigt ist, sind beispielsweise die im Kopfbereich des Fluggastraums angeordneten Gepäckbehälter (Luggage Bins). Die Spanten übernehmen die tragenden Lasten an solchen Installationen und Komponenten. Eine Befestigung von Komponenten der besagten Art mittels individueller Halteklammern ist insofern nachteilig, als dass eine Abhängigkeit der möglichen Befestigungspunkte vom Spantraster mit entsprechend geringer Flexibilität in Bezug auf die Positionierung und ein hoher Montageaufwand besteht.
Aus der DE 199 55 397 C1 ist eine an einem Stringer einer Flugzeugzellenstruktur zu befestigende Haltevorrichtung zur mobilen oder zeitweisen Aufnahme von Geräten, Werkzeugen oder dergleichen bekannt. Damit die Haltevorrichtung an unterschiedlichen Orten eines Stringers einhändig und schnell befestigt werden kann, umfasst diese eine der äußeren Kontur des Stringers angepasste nutförmige Ausnehmung, in die der Stringer eingreift, sowie ein Verriegelungselement, welches in der Haltevorrichtung gegen die Federkraft einer Druckfeder verschiebbar ist und das in seiner Verriegelungsstellung mit einem stirnseitigen Ende in die nutförmige Ausnehmung eingreift und durch die Druckfeder in einer Verriegelungsstellung gehalten wird.
Die DE 196 39 339 B4 offenbart eine Schalenstruktur aus faserverstärktem Kunststoff, wobei die Schalenstruktur durch längs und quer verlaufende Verstärkungsprofile verstärkt wird, wobei sich die längs verlaufenden Profile durch die quer verlaufenden Profile hindurch erstrecken.
Die US 2005/0 211 847 A1 offenbart eine in Profilen verlagerbare Befestigungsvorrichtungen zum Befestigen von Leitungen bzw. Luftkanälen usw.
Die US 2005/0 082 431 A1 offenbart eine Rahmenstruktur mit mehreren in regelmäßigen Abständen angeordneten Befestigungslöchern zum Anbringen von Befestigungsvorrichtungen, an welchen Isolationseinrichtungen, Leitungen usw. befestigt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Strukturelement eines Flugzeugrumpfs zu schaffen, bei dem die Möglichkeit einer hohen Flexibilität bei der Montage von im Rumpf anzubringenden Installationen und Komponenten unabhängig vom Spantraster besteht.
Die Aufgabe wird durch ein Strukturelement eines Flugzeugrumpfs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Erfindung wird ein Strukturelement eines Flugzeugrumpfs, mit in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufenden Stringern und quer zu den Stringern in Umfangsrichtung des Rumpfs verlaufenden Spanten geschaffen. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass mindestens einer der in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufenden Stringer als Befestigungsschiene für im Flugzeugrumpf anzubringende Elemente ausgebildet ist.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Strukturelements ist es, dass die Befestigung an dem Stringer mit hoher Tragfähigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht der dafür erforderlichen Mittel möglich ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strukturelement nach Anspruch 2 ist es vorgesehen, dass das Strukturelement eine Außenhaut des Flugzeugrumpfs umfasst, mit der die Stringer und Spanten verbunden sind. Ein Vorteil hierbei ist, dass über den Stringer, der als Befestigungsschiene für im Flugzeugrumpf anzubringende Elemente ausgebildet ist, eine direkte Lasteinleitung in die Außenhaut erfolgt.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Strukturelements sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Strukturelements anhand der Zeichnung beschrieben.
Es zeigt:
1 eine allgemein gehaltene perspektivische Darstellung eines Strukturelements eines Flugzeugrumpfs, bei der mindestens ein in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufender Stringer gemäß der Erfindung als Befestigungsschiene für im Flugzeugrumpf anzubringende Elemente ausgebildet ist;
2 eine perspektivische Darstellung eines Strukturelements eines Flugzeugrumpfs, bei der mindestens ein in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufender Stringer als Befestigungsschiene für im Flugzeugrumpf anzubringende Elemente ausgebildet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 bis 4 jeweils eine perspektivische Darstellung eines Strukturelements eines Flugzeugrumpfs, bei der mindestens ein in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufender Stringer als Befestigungsschiene für im Flugzeugrumpf anzubringende Elemente ausgebildet ist, gemäß zwei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung;
2a) eine vergrößerte ausschnittsweise Querschnittsdarstellung durch einen Fußbereich des in 2, 3 oder 4 gezeigten Stringers, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in thermisch isolierender Weise an der Außenhaut angebracht ist, hier insbesondere anhand des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels verdeutlicht;
5 eine perspektivische Darstellung eines Strukturelements eines Flugzeugrumpfs, bei der mindestens ein in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufender Stringer als Befestigungsschiene für im Flugzeugrumpf anzubringende Elemente ausgebildet ist, gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
6 eine Querschnittsansicht eines Strukturelements eines Flugzeugrumpfs, bei dem im Flugzeugrumpf anzubringende Elemente nach dem Stand der Technik mittels Halteklammern an den Spanten befestigt sind.
In 6 ist in einer Querschnittsansicht ein Strukturelement eines Flugzeugrumpfs zu sehen, bei dem im Flugzeugrumpf anzubringende Elemente 100, hier als im Kopfbereich des Fluggastraums angeordneter Gepäckbehälter (Luggage Bin), nach dem Stand der Technik mittels individueller Halteklammern 120 (Brackets) an den in Umfangsrichtung des Rumpfs verlaufenden Spanten 80 befestigt sind. Wie bereits eingangs erläutert, ist eine Befestigung von Komponenten der besagten Art mittels individueller Halteklammern 120 unter anderem insofern nachteilig, als dass eine Abhängigkeit der möglichen Befestigungspunkte vom Spantraster mit entsprechend geringer Flexibilität in Bezug auf die Positionierung und ein hoher Montageaufwand besteht.
In 1 ist perspektivisch ein Strukturelement eines Flugzeugrumpfs dargestellt. Dieses umfasst in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufende Stringer 20, 30; 40; 50; 60 und quer zu den Stringern 20, 30; 40; 50; 60 in Umfangsrichtung des Rumpfs verlaufende Spanten 80. Eine Außenhaut 10 des Flugzeugrumpfs ist mit den Stringern 20, 30; 40; 50; 60 und Spanten 80 verbunden. Die Stringer 20, 30; 40; 50; 60 und Spanten 80 verleihen dem Rumpf die notwendige strukturelle Festigkeit und tragen die Außenhaut 10.
Wie die Figur erkennen lässt, ist mindestens einer der in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufenden Stringer 30; 40; 50; 60 als Befestigungsschiene für im Flugzeugrumpf anzubringende Elemente 100, 110 ausgebildet. Solche im Flugzeugrumpf anzubringende Elemente 100, 110 können Systeminstallationen und Kabinenkomponenten, beispielsweise im Kopfbereich des Fluggastraums angeordnete Gepäckbehälter 100 (Luggage Bins) und sonstige Systeminstallationen 110 der funktionalen Infrastruktur des Flugzeugs sein.
Bei den in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen umfasst der als Befestigungsschiene ausgebildete Stringer 30; 40; 50 einen sich in Längsrichtung desselben erstreckenden, zumindest bereichsweise kontinuierlichen, dem Rumpfinnenraum zugewandten Kopfbereich 31; 41; 51. Dieser Kopfbereich 31; 41; 51 hat gemäß den hier dargestellten Ausführungsbeispielen einen Profilquerschnitt, der zur Anbringung von Befestigungselementen vorgesehen ist. Die Befestigungselemente, die in den Figuren nicht eigens dargestellt sind und die in an sich im Stande der Technik bekannter Weise vorgesehen sein können und die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, dienen dazu, Systeminstallationen und Kabinenkomponenten, wie sie bei der Fertigmontage des Flugzeugs in großer Zahl im Rumpf anzubringen sind, zu montieren.
Wie in den 2 und 4 gezeigt, kann der Profilquerschnitt des Kopfbereichs 31; 51 T-förmig sein. Gemäß 3 hat das Profil des Kopfbereichs 41 einen C-förmigen Profilquerschnitt, wobei das offene Segment des C-förmigen Profilquerschnitts dem Rumpfinnenraum zugewandt ist.
Bei dem in den 2 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der als Befestigungsschiene ausgebildete Stringer 30 einen in Längsrichtung kontinuierlichen Kopfbereich 31 und ist im Bereich der Spanten 80 mit Aussparungen 32 versehen, an welchen der Stringer 30 an seiner der Außenhaut 10 zugewandten Seite unterbrochen ist und welche die Spanten 80 an der dem Rumpfinneren zugewandten Seite umschließen. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, den Stringer 30 über die Spanten 80 anzubringen, nachdem diese an der Außenhaut 10 befestigt worden sind.
Bei dem in den 3 dargestellten Ausführungsbeispiel dagegen hat der als Befestigungsschiene ausgebildete Stringer 40 einen in Längsrichtung desselben zwischen den Spanten 80 kontinuierlichen Kopfbereich 41, der aber an den Spanten 80 durch diese aufnehmende Aussparungen 42 unterbrochen ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, den Stringer 40 zusammen mit den anderen Stringern 20, die in herkömmlicher Weise einfach ausgeführt sind, an der Außenhaut 10 zu befestigen und danach die Spanten 80 anzubringen, wie herkömmlich üblich. In die die Spanten 80 aufnehmenden Aussparungen 42 des Kopfbereichs 41 können dann diese überbrückende Verschlusselemente 46 eingefügt werden, welche die Spanten 80 an der dem Rumpfinneren zugewandten Seite einschließen, so dass eine Kontinuität des Kopfbereichs 41 des Stringers 40 auch an den Spanten 80 hergestellt wird.
Bei dem in den 4 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der als Befestigungsschiene ausgebildete Stringer 50 einen in Längsrichtung desselben kontinuierlichen Kopfbereich 51 und ist an den Spanten 80 mit Aussparungen 52 versehen, welche die Spanten 80 allseitig umschließen. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, den Stringer 50 zusammen mit den anderen Stringern 20, die in herkömmlicher Weise einfach ausgeführt sind, an der Außenhaut 10 zu befestigen und danach die Spanten 80 anzubringen, indem diese in die Aussparungen 42 eingefädelt werden.
Bei dem in den 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der als Befestigungsschiene ausgebildete Stringer 60 als solcher mit einem Profilquerschnitt hergestellt, der zur Anbringung von Befestigungselementen vorgesehen ist. Hier hat der Stringer 60 einen C-förmigen Profilquerschnitt, dessen offenes Segment dem Rumpfinnenraum zugewandt ist. Auch diese Ausgestaltung ermöglicht es, den Stringer 60 zusammen mit den anderen Stringern 20, die in herkömmlicher Weise einfach ausgeführt sind, wie üblich an der Außenhaut 10 zu befestigen. Danach werden die Spanten 80 in herkömmlicher Weise danach über diesen angebracht.
Ähnlich wie bei dem in den 3 dargestellten Ausführungsbeispiel kann der als Befestigungsschiene dienende Stringer 40 als Lochschiene mit Löchern oder Ausschnitten 44 ausgebildet sein, welche der Gewichtseinsparung und/oder der Befestigung von Komponenten oder Installationen in der Kabine dienen.
Eine Ausbildung des Stringers 40 als Lochschiene kann anstelle oder zusätzlich zu einer Ausbildung eines der Befestigung dienenden Profils 31; 41; 51 in seinem Kopfbereich vorgesehen sein.
Wie die in 2a) vergrößerte ausschnittsweise Querschnittsdarstellung zeigt, kann der als Befestigungsschiene ausgebildete Stringer 30; 40; 50 einen Fußbereich oder Flansch 33; 43; 53 zur Anbringung des Stringers 30; 40; 50 an der Außenhaut 10 aufweisen, der in thermisch isolierender Weise an der letzteren befestigt ist. Gemäß 2a) ist der Fußbereich oder Flansch 33; 43; 53 mittels Winkelprofilen 11, 12 und Nieten 14, 15 an der Außenhaut 10 befestigt ist, wobei zwischen den Winkelprofilen 11, 12 und dem Fußbereich 33; 43; 53 eine thermische Isolation 13 in Form einer sich längs des Fußbereichs 33; 43; 53 erstreckenden thermisch isolierenden Schicht vorgesehen ist.
Das Strukturelement mit der Außenhaut 10 und die in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufenden Stringer 20, 30; 40; 50; 60 und die quer zu den Stringern 20, 30; 40; 50; 60 in Umfangsrichtung des Rumpfs verlaufenden Spanten 80 können in Metallbauweise, in faserverstärkter Kunststoffbauweise (CFK) oder in beides kombinierender Hybridbauweise hergestellt sein.
Bezugszeichenliste

10: Strukturelement
11, 12: Winkelprofil
13: Isolation
14: Niet
15: Niet
20: Stringer
30; 40; 50; 60: Stringer
31; 41; 51: Kopfbereich
32; 42; 52: Aussparung
33; 43; 53: Fußbereich, Flansch
44: Loch, Aussparung
46: Verschlusselement
80: Spant
100: Gepäckbehalter
110: Installationen
120: Halteklammer

Claims

Strukturelement eines Flugzeugrumpfs, mit in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufenden Stringern (20, 30; 40; 50; 60) und quer zu den Stringern (20, 30; 40; 50; 60) in Umfangsrichtung des Rumpfs verlaufenden Spanten (80), wobei mindestens einer der in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufenden Stringer (30; 40; 50; 60) als Befestigungsschiene für im Flugzeugrumpf anzubringende Elemente (100, 110) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der als Befestigungsschiene ausgebildete Stringer (30) einen sich in Längsrichtung desselben erstreckenden, kontinuierlichen Kopfbereich (31) aufweist und an den Spanten (80) Aussparungen (32) aufweist, an welchen der Stringer (30) an seiner der Außenhaut (10) zugewandten Seite unterbrochen ist und an welchen der Kopfbereich (31) die Spanten (80) an der dem Rumpfinneren zugewandten Seite umschließt.
Strukturelement eines Flugzeugrumpfs, mit in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufenden Stringern (20, 30; 40; 50; 60) und quer zu den Stringern (20, 30; 40; 50; 60) in Umfangsrichtung des Rumpfs verlaufenden Spanten (80), wobei mindestens einer der in Längsrichtung des Flugzeugrumpfs verlaufenden Stringer (30; 40; 50; 60) als Befestigungsschiene für im Flugzeugrumpf anzubringende Elemente (100, 110) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der als Befestigungsschiene ausgebildete Stringer (50) einen in Längsrichtung desselben erstreckenden, kontinuierlichen Kopfbereich (51) aufweist und an den Spanten (80) Aussparungen (52) aufweist, an welchen der Stringer (50) die Spanten (80) allseitig umschließt.
Strukturelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement eine Außenhaut (10) des Flugzeugrumpfs umfasst, mit der die Stringer (20, 30; 40; 50; 60) und Spanten (80) verbunden sind.
Strukturelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der als Befestigungsschiene ausgebildete Stringer (40) einen sich in Längsrichtung desselben erstreckenden, zwischen den Spanten (80) kontinuierlichen Kopfbereich (41) aufweist, der an den Spanten (80) durch diese aufnehmende Aussparungen (42) unterbrochen ist.
Strukturelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der als Befestigungsschiene ausgebildete Stringer (30; 40; 50) einen sich in Längsrichtung desselben erstreckenden Fußbereich (33; 43; 53) zur Anbringung des Stringers (30; 40; 50) an der Außenhaut (10) und den sich in Längsrichtung desselben erstreckenden dem Rumpfinnenraum zugewandten Kopfbereich (31; 41; 51) aufweist.
Strukturelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in die die Spanten (80) aufnehmenden Aussparungen (42) des Kopfbereichs (41) überbrückende Verschlusselemente (46) eingefügt sind, welche die Spanten (80) an der dem Rumpfinneren zugewandten Seite einschließen.
Strukturelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfbereich (31; 41; 51) des als Befestigungsschiene ausgebildeten Stringers (30; 40; 50) einen zur formschlüssigen Anbringung von Befestigungselementen vorgesehenen Profilquerschnitt aufweist.
Strukturelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilquerschnitt des Kopfbereichs L-förmig ist.
Strukturelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilquerschnitt des Kopfbereichs (51) T-förmig ist.
Strukturelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil des Kopfbereichs (41) einen C-förmigen Profilquerschnitt aufweist.
Strukturelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Segment des C-förmigen Profilquerschnitts dem Rumpfinnenraum zugewandt ist.
Strukturelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der als Befestigungsschiene ausgebildete Stringer (60) als solcher einen Profilquerschnitt aufweist, der zur formschlüssigen Anbringung von Befestigungselementen dient.
Strukturelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stringer (60) als solcher einen C-förmigen Profilquerschnitt aufweist, dessen offenes Segment dem Rumpfinnenraum zugewandt ist.
Strukturelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der als Befestigungsschiene ausgebildete Stringer (40) als Lochschiene ausgebildet ist.
Strukturelement nach einem der Ansprüche 5 bis 11 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der als Befestigungsschiene ausgebildete Stringer (40) als Lochschiene ausgebildet ist und einen Kopfbereich (41) mit einem zur formschlüssigen Anbringung von Befestigungselementen vorgesehenen Profilquerschnitt aufweist.
Strukturelement nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der als Befestigungsschiene ausgebildete Stringer (30; 40; 50) den Fußbereich (33; 43; 53) zur Anbringung des Stringers (30; 40; 50) an der Außenhaut (10) aufweist, der in thermisch isolierender Weise an der Außenhaut (10) befestigt ist.
Strukturelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußbereich (33; 43; 53) mittels Winkelprofilen (11, 12) an der Außenhaut (10) befestigt ist, wobei zwischen den Winkelprofilen (11, 12) und dem Fußbereich (33; 43; 53) eine thermische Isolation (13) vorgesehen ist.