DE102009056995A1

DE102009056995A1 - Längsnahtverbindung zwischen Rumpfschalen

Info

Publication number: DE102009056995A1
Application number: DE102009056995A
Authority: DE
Inventors: Paul JÖRN; Markus J. Weber; Jens Prove; Wolfgang Machunze
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2011-06-09

Abstract

Offenbart ist eine Längsnahtverbindung 2 zwischen zwei Rumpfschalen 4, 6, die jeweils eine gitterartige Hinterbaustruktur aus einer Vielzahl Steifen 12, 14 aufweisen, wobei die Rumpfschalen 4, 6 einen Überlappungsstoß 26 bilden und die gegenüberliegenden Steifen 12, 14 mit ihren freien Endabschnitten mittel- oder unmittelbar miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Längsnahtverbindung zwischen Rumpfschalen, insbesondere eines Flugzeugs, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Rumpfschalen von Flugzeugen werden wie beispielsweise in der DE 10 2005 002 546 A1 gezeigt im Längsnahtbereich häufig über einen Überlappungsstoß miteinander verbunden. Dabei weist die eine Rumpfschale in ihrem Längsnahtbereich einen radial zurückgestuften Randabschnitt auf, der mit einem Randabschnitt der anderen Rumpfschale vernietet ist. Ein derartiger Überlappungsstoß zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Belastbarkeit aus. Ferner sind keine Stringerkupplungen notwendig, da die Stringer herkömmlicherweise parallel zur Längsnaht verlaufen.
Andere Längsnahtverbindungen sehen vor, die Rumpfschalen im Längsnahtbereich im Stumpfstoß anzuordnen und miteinander zu verschweißen. Ein bevorzugtes Schweißverfahren ist das sogenannte Rührreibschweißen. Zum Verschweißen von Rumpfschalen, die aus einem sandwichartigen Materialaufbau aus zum Beispiel Aluminiumblechen und Glasfasermatten bestehen, schlägt die DE 10 2007 046 478 A1 vor, im Längsnahtbereich eine metallische und schweißbare Metallleiste einzuschäften. Das Verschweißen der Rumpfschalen im Längsnahtbereich ist jedoch sehr anspruchsvoll.
Seit jüngster Zeit ist im Flugzeugbau die Tendenz zu beobachten, die herkömmlichen Hinterbaustrukturen mit in Längsrichtung des Rumpfes verlaufenden Stringern und in Umfangsrichtung verlaufenden Spanten durch gitterartige Lösungen zu ersetzen, bei denen Steifen zur Längsachse des Rumpfes angestellt sind und eine Vielzahl von in einer ebene liegenden Kreuzungsbereichen bilden, so dass entsprechend viele Maschen gebildet sind. Eine derartige Hinterbaustruktur ist zum Beispiel in der US 2007/0108347 A1 gezeigt. Diesem Dokument ist jedoch nicht zu entnehmen, wie die Steifen im Bereich von Längsnähten zu führen sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Längsnahtverbindung zwischen Rumpfschalen zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigt und bei der die Längsnähte durch die Hinterbaustruktur verstärkt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Längsnahtverbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Eine erfindungsgemäße Längsnahtverbindung ist zwischen zwei Strukturschalen, insbesondere Rumpfschalen eines Flugzeugs, ausgebildet. Die Strukturschalen haben zur Versteifung jeweils eine Hinterbaustruktur aus einer Vielzahl von zumindest teilweise zur Längsachse der Strukturschalen angestellten Steifen. Erfindungsgemäß sind die Strukturschalen im Überlappungsstoß angeordnet, wobei die gegenüberliegenden Steifen im Überlappungsbereich miteinander verbunden sind.
An der erfindungsgemäßen Lösung ist insbesondere vorteilhaft, dass der Längsnahtbereich durch die miteinander verbunden Steifen zusätzlich versteift ist. Er kann somit sehr hohe Belastungen aufnehmen. Ferner kann insbesondere bei der Fertigung auf die Erfahrungen beim Ausbilden eines Überlappungsstoßes zurückgegriffen werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind zumindest einige Steifen auf den Überlappungsstoß geführt. Es können jedoch auch die Steifen einer Strukturschale über den Überlappungsstoß hinaus verlängert sein und sich in Anlage mit ihren gegenüberliegenden Steifen der anderen Strukturschale befinden, so dass die Steifen quasi über den Überlappungsstoß durchführbar sind. Dabei ist eine besonders hoch belastbare Längsnahtverbindung erreichbar, wenn sich die Steifen mit ihren freien Endabschnitten selbst in Überlappung befinden.
Vorzugsweise wird die Maschengröße der Hinterbaustruktur durch den Überlappstoß nicht geändert. Dies wird bei einem Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass die Kreuzungsbereiche der Steifen in der Nähe des Überlappungsstoßes angeordnet sind. Eine Anordnung der Kreuzungsbereiche auf dem Überlappstoß wird vorzugsweise verhindert, um unnötig komplexe Einzelbauteile und dadurch komplexe Fertigungsverfahren zu vermeiden.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Steifen über Steifenkupplungen miteinander verbunden. Hierdurch können Montagetoleranzen der Strukturschalen zueinander ausgeglichen werden.
Parallel zum Überlappungsstoß kann eine Parallelsteife verlaufen. Zur Vermeidung einer Schwächung der Parallelsteife zum Beispiel durch Durchbrüche ist diese unter den Steifenkupplungen hindurch geführt.
Die Geometrie der Steifen ist variabel und richtet sich nach den zu erfüllenden Anforderungen. So können die Steifen beispielsweise ein T-, L-, C- oder ein Omega-Profil aufweisen.
Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, und
2 ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel.
In den Figuren tragen gleiche konstruktive Elemente die gleichen Bezugsziffern, wobei bei mehreren gleichen konstruktiven Elementen in einer Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige dieser konstruktiven Elemente mit einem Bezugszeichen versehen sind.
1 zeigt eine Längsnahtverbindung 2 zwischen zwei Rumpfschalen 4, 6 eines Flugzeugs zur Bildung eines Rumpfes. Die Rumpfschalen 4, 6 bestehen vorzugsweise aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff wie CFRP, können jedoch auch von metallischer Art sein. Sie weisen jeweils ein Hautfeld 8, 10 auf, das über eine gitterartige Hinterbaustruktur bestehend aus einer Vielzahl von Steifen 12, 14 versteift ist. Die Steifen 12, 14 haben ein Omega-Profil mit einem im Querschnitt trapezartigen Stegabschnitt 16 und mit zwei Fußabschnitten 18, 20 zur Befestigung an den Hautfeldern 8, 10. Die Steifen 12, 14 bestehen vorzugsweise ebenfalls aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff wie CFRP. Die Steifen 12, 14 sind jeweils in Kreuzungsbereichen 22 zusammengeführt, wodurch eine Vielzahl von gleichgroßen Maschen 24 mit einer dreieckartigen Geometrie gebildet ist.
Die Rumpfschalen 4, 6 sind in einem Überlappungsstoß 26 miteinander verbunden, der sich in Längsrichtung des auszubildenden Rumpfes bzw. der Rumpfschalen 4, 6 erstreckt. Zur Bildung des Überlappungsstoßes 26 weist das gemäß der Darstellung vordere Hautfeld 8 einen radial nach innen gestuften Randabschnitt 28 auf, der mit einem ebenen und nicht dargestellten Randabschnitt des hinteren Hautfeldes 10 vernietet ist.
Die Steifen 12 des vorderen Hautfeldes 8 sind über den Überlappungsstoß bzw. Überlappungsbereich 26 hinaus verlängert und auf das hintere Hautfeld 10 geführt. Sie umgreifen die hinteren Steifen 14 endseitig, so dass die Steifen 12, 14 direkt miteinander über eine überlappende Verbindung 30 verbunden sind. Die dabei endseitig abgedeckten hinteren Steifen 14 sind nur bis zum Überlappungsstoß 26 geführt, kreuzen diesen jedoch nicht. Aufgrund der Verlängerung der vorderen Steifen 12 über den Überlappungsstoß 26 hinaus und aufgrund der überlappenden Verbindung 30 mit den hinteren Steifen 14 sind zumindest die Fußabschnitte 18, 20 in diesen Bereichen stufenförmig ausgebildet und somit gejoggelt. Alternativ können Stufen durch zusätzliche plattenartige Bauteile zwischen den beiden Fußabschnitten 18, 20 der beiden Steifen 12, 14 aufgefüllt werden. Die Kreuzungsbereiche 22 sind nahe des Überlappungsstoßes 26 angeordnet.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Längsnahtverbindung 2 zwischen zwei Rumpfschalen 4, 6, die im Überlappungsstoß 26 miteinander verbunden sind. Die Rumpfschalen 4, 6 bestehen aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff und werden von jeweils einem Hautfeld 8, 10 gebildet, die über eine gitterartige Hinterbaustruktur aus einer Vielzahl von sich kreuzenden Omega-Steifen 12, 14 versteift ist. Die Steifen 12, 14 weisen jeweils einen im Querschnitt trapezartigen Stegabschnitt 16 mit zwei Fußabschnitte 18, 20 auf und sind in zahlreichen Kreuzungsbereichen 22 zusammengeführt sind, was die Bildung einzelner Maschen 24 bewirkt.
Die gemäß der 2 in Richtung des hinteren Hautfelds 10 orientierten vorderen Steifen 12 münden in eine sich parallel zum Überlappungsstoß 26 erstreckende Parallelsteife 32. Die Parallelsteife 32 hat ein Omega-Profil mit einem Stegabschnitt 16 und zwei Fußabschnitten 18, 20 und verläuft angrenzend an den zur Bildung des Überlappungsstoßes 26 radial zurückgesetzten Randabschnitte 28 des vorderen Hautfeldes 8. Als Folge der Parallelsteife 32 sind die Maschen 24 der Hinterbaustruktur nicht in gleich große Dreiecke aufgeteilt. Die von der Parallelstreife 32 begrenzten Maschen 42 sind gegenüber den dreieckförmigen Maschen 24 vergrößert ausgebildet und weisen eine trapezartige Gestalt auf.
Die zueinander zugewandten Steifen 12, 14 der Hinterbaustrukturen sind jeweils über zwei C-förmige Steifenkupplungen 34, 36 miteinander verbunden. Die Steifenkupplungen 34, 36 haben jeweils einen hautfeldseitigen Schenkel 38, mit dem sie sich an den Fußabschnitten 18, 20 der Steifen 12, 14 abstützen und einen Durchbruch 40 zum Durchführen der Parallelsteife 32. Aufgrund des Überlappungsstoßes 26 an sich und dem Führen der Schenkel 38 endseitig auf die Fußabschnitte 18, 20 der Steifen 12, 14, sind die Steifenkupplungen 34, 36 entsprechend stufenförmig ausgebildet und die Schenkel 38 „gejoggelt”. Die Steifenkupplungen 34, 36 basieren vorzugweise auf dem gleichen Material wie die Steifen 12, 14, jedoch können sie zum Beispiel auch metallischer Natur sein und beispielsweise aus Titan bestehen.
Offenbart ist eine Längsnahtverbindung 2 zwischen zwei Rumpfschalen 4, 6, die jeweils eine gitterartige Hinterbaustruktur aus einer Vielzahl Steifen 12, 14 aufweisen, wobei die Rumpfschalen 4, 6 einen Überlappungsstoß 26 bilden und die gegenüberliegenden Steifen 12, 14 mit ihren freien Endabschnitten mittel- oder unmittelbar miteinander verbunden sind.
Bezugszeichenliste

2: Längsnahtverbindung
4: Rumpfschale
6: Rumpfschale
8: Hautfeld
10: Hautfeld
12: Steife
14: Steife
16: Fußabschnitt
18: Fußabschnitt
20: Stegabschnitt
22: Kreuzungsbereich
24: Masche
26: Überlappungsstoß
28: Randabschnitt
30: Verbindung
32: Parallelsteife
34: Steifenkupplung
36: Steifenkupplung
38: Schenkel
40: Durchbruch
42: Masche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005002546 A1 [0002]
DE 102007046478 A1 [0003]
US 2007/0108347 A1 [0004]

Claims

Längsnahtverbindung (2) zwischen zwei Rumpfschalen (4, 6), insbesondere eines Flugzeugs, die jeweils über eine Hinterbaustruktur aus einer Vielzahl von zumindest teilweise zur Längsachse der Rumpfschalen (4, 6) angestellte Steifen (12, 14) versteift sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rumpfschalen (4, 6) einen Überlappungsstoß (26) bilden und die gegenüberliegenden Steifen (12, 14) miteinander verbunden sind.
Längsnahtverbindung nach Anspruch 1, wobei zumindest einige Steifen (12, 14) auf den Überlappungsstoß (26) geführt sind.
Längsnahtverbindung nach Anspruch 2, wobei die Steifen (12) einer Rumpfschale (4) über den Überlappungsstoß (26) hinaus verlängert sind.
Längsnahtverbindung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei zumindest einige Steifen (12) mit ihren gegenüberliegenden Steifen (14) in Anlage gebracht sind.
Längsnahtverbindung nach Anspruch 4, wobei die Steifen (12, 14) eine überlappende Verbindung (30) bilden.
Längsnahtverbindung nach Anspruch 5, wobei die Verbindung (30) der Steifen (12, 14) im Überlappungsbereich (26) der Rumpfschalen (4, 6) angeordnet ist.
Längsnahtverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steifen (12, 14) Kreuzungsbereiche (22) bilden, die in der Nähe des Überlappungsstoßes (26) angeordnet sind.
Längsnahtverbindung nach Anspruch 1, wobei die Steifen (12, 14) über Steifenkupplungen (34, 36) miteinander verbunden sind.
Längsnahtverbindung nach Anspruch 8, wobei eine parallel zum Überlappungsstoß (26) verlaufende Parallelsteife (32) ausgebildet ist.
Längsnahtverbindung nach Anspruch 9, wobei die Parallelsteife (32) unter den Steifenkupplungen (34, 36) hindurch geführt ist.
Längsnahtverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steifen (12, 14) ein T-, L-, C- oder Omega-Profil aufweisen.