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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung zur Montage einer Stringerkupplung im Bereich einer Querstoßverbindung zwischen zwei benachbarten Rumpfsektionen eines Flugzeugs zur koaxialen Verbindung je zugeordneter Stringer, wobei sich die Stringerkupplung im Bereich der Querstoßverbindung mit dem Spantprofil kreuzt. Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf ein Montageverfahren unter Einsatz einer solchen Klemmvorrichtung.
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Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Verkehrsflugzeuge mit großvolumigen Rümpfen, welche durch Aneinanderreihung mehrerer in etwa zylinderförmiger Rumpfsektionen gebildet sind. Die Rumpfstruktur besteht dabei prinzipiell aus einer Außenhaut aus einem Leichtmetall oder Kunststoff, welche innenseitig mit längs entlang des Rumpfes verlaufenden Stringern und quer hierzu in etwa ringförmig verlaufenden Spanten verstärkt ist. Die Kreuzungspunkte zwischen Stringern und Spanten bedürfen spezieller konstruktiver Lösungen, um einerseits die geforderte Stabilität sicherzustellen und andererseits eine einfache und zuverlässige Montage zu ermöglichen. Diesem Aspekt widmet sich die erfindungsgemäße Lösung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Aus der
DE 10 2008 013 365 A1 geht der Aufbau einer Querstoßverbindung zwischen zwei benachbarten Rumpfsektionen hervor. Die Querstoßverbindung wird zwischen den beiden, jeweils mit einer Außenhaut beplankten aneinandergrenzenden Rumpfsektionen gebildet, deren Endbereiche hier keilförmige Aufdickungen aufweisen, deren Neigungen einander entgegengesetzt gerichtet sind. Hiermit wirken spezielle Keile zusammen, um einen Toleranzausgleich in radialer und axialer Richtung der Rumpfsektion zu bewirken. Eine zum Spantprofil gehörige Querstoßlasche kommt dabei auf der Oberseite der hier zugeordneten Keile zur Anlage.
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Das Spantprofil verfügt des weiteren über eine trapezförmige Ausnehmung, durch welche zwei Stück Stringerkupplungen nebeneinanderliegend hindurchgeführt sind, um die Verbindung koaxial zueinander ausgerichteter Stringer sicherzustellen. Dabei ist jeder Stringer einer Rumpfsektion zugeordnet und endet vor dem Randbereich der Rumpfsektion an der Stelle, an welcher die Querstoßlasche samt Keil platziert ist. Die Stringerkupplungen dienen also der Überbrückung des Spantprofils zur Gewährleistung eines durchgängigen Stringerverlaufes in Längsrichtung des Rumpfes. Das Spantprofil erfüllt neben seiner Versteifungsfunktion auch eine Verbindungsfunktion für die aneinandergereihten benachbarten Rumpfsektionen, welche hierüber gewöhnlich vernietet sind. Auch die Stringerkupplungen sind im Sinne eines Sandwichaufbaus mit den Endbereichen der zugeordneten Stringer sowie der Außenhaut – und im Bereich des Spantprofils – auch mit diesem sowie den Keilen und schließlich der Außenhaut vernietet. Daneben wird bei diesem Stand der Technik vorgeschlagen, die Verbindungen durch Schrauben oder zumindest teilweise durch Verkleben oder Verschweißen herzustellen. Die gewählte Verbindungsart richtet sich dabei im Wesentlichen nach der Materialauswahl der Bauteile sowie den Stabilitätsanforderungen.
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Als Material für die Außenhaut, das Spantprofil, die Stringer sowie die Stringerkupplungen werden hier vorzugsweise Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen, Edelstahllegierungen oder Faserverbundwerkstoffe, wie beispielsweise kohlefaserverstärkte Epoxidharze oder Thermoplasten, insbesondere Polyetheretherketon (PEEK), vorgeschlagen.
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Die Montage der Stringerkupplungen in dem vorstehend beschriebenen Kreuzungsbereich zwischen Stringern und Spanten eines Rumpfes gestaltet sich wegen der hohen Qualitätsanforderungen an die Verbindung sowie der vielen miteinander sandwichartig zu verbindenden Bauteile recht aufwändig.
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Aus der
DE 10 2008 010 197 A1 geht eine ähnliche Querstoßverbindung sowie ein diesbezügliches Verfahren zum Montieren von zwei Rumpfsektionen unter Schaffung eines Querstoßes hervor. Die Außenhaut besteht bei diesem Stand der Technik aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, insbesondere gewickelten Rumpfsektionen für ein Verkehrsflugzeug. Um diese speziellen Rumpfsektionen zusammenfügen zu können, wird vorgeschlagen, dass die beiden miteinander zu verbindenden Rumpfsektionen zunächst zueinander positioniert werden. Anschließend wird mindestens eine aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildete Querstoßlasche derart erwärmt und angepasst, dass ein Toleranzausgleich zwischen den ersten und zweiten abweichenden Querschnittsgeometrien der beiden Rumpfsektionen ermöglicht wird. Alternativ kann mindestens ein Endbereich einer zweiten mit einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildeten Rumpfsektion erwärmt werden, wonach die beiden Rumpfsektionen zusammengefügt werden. Abschließend erfolgt auch hier ein vorzugsweises Vernieten der sandwichartig zusammenzufügenden Bauteile, umfassend die Außenhaut, die spezielle Querstofflasche, die Endbereiche der koaxial zueinander ausgerichteten Stringer jeder Rumpfsektion sowie die beide überbrückende und verbindende Stringerkupplung. Ferner wird vorgeschlagen, auch die Stringerkupplung zwecks Toleranzausgleich vor der Montage zu erwärmen und an den Verlauf der benachbarten Bauteile anzupassen. Pro Verbindungsstelle werden auch hier vorzugsweise zwei Stringerkupplungen, die mit je L-förmigem Querschnitt in Verbindung mit im Querschnitt T-förmigen Stringern verwendet. Daneben sind die Endbereiche der aneinanderstoßenden Rumpfsektionen auch über die Querstoßlasche durch vorzugsweise Vernieten miteinander verbunden.
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In der Praxis wird das Vernieten der Stringerkupplungen zur Außenhaut und zur Querstoßlasche in mehreren Arbeitsschritten durchgeführt. Dabei werden zunächst Vorbohrungen von außen her durch die Außenhaut eingebracht. Anschließend wird die bereits vorinstallierte Stringerkupplung demontiert, gereinigt, entgratet und mit einem Dichtmittel versehen, bevor dieses Bauteil dann mit temporären Hilfsverbindungselementen wieder montiert wird. Im nächsten Arbeitsschritt werden die Bohrungen sequenziell auf Endmaß aufgebohrt und passgenau vernietet. Dieses Montageverfahren sorgt dafür, dass keine Bohrspäne zwischen die miteinander zu verbindenden Bauteile gelangt, ist allerdings recht zeitaufwändig.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Montage einer Stringerkupplung im Bereich einer Querstoßverbindung zwischen zwei benachbarten Rumpfsektionen in weniger Arbeitsschritten hochgenau und zeitsparend durchzuführen.
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Die Aufgabe wird ausgehend von einer speziellen Klemmvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Verfahrenstechnisch wird die Aufgabe durch Anspruch 10 gelöst. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass zur Montage eine spezielle Klemmvorrichtung zum Einsatz kommt, welche einen das Spantprofil bogenförmig überbrückenden Stützbügel umfasst, dessen beide Endfüße sich auf beiden Seiten des Standes auf der Stringerkupplung abstützen, und der einen mittleren Spannhaken aufweist, der derart mit dem Spantprofil zusammenwirkt, dass die beiden Endfüße gegen die Stringerkupplung verspannbar sind.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass die Vernietung von Stringerkupplungen zur Außenhaut und zur Querstoßverbindung in nur einem Arbeitsschritt möglich ist. Dabei wird die durch die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung erzeugbare Klemmkraft zwischen den zu verbindenden Bauteilen aufgebracht, so dass die bisher erforderlichen temporären Verbindungselemente entfallen können und die hiermit in Verbindung stehenden Arbeitszwischenschritte eingespart werden. Dank der Klemmvorrichtung ist ein zügiges Arbeiten mit gleichbleibend hoher Qualität möglich, da die Klemmvorrichtung in der Lage ist, eine reproduzierbare Spannkraft zur Fixierung der miteinander zu verbindenden Bauteile zu erzeugen. Die Funktion der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung basiert dabei auf der Erkenntnis, dass sich die Klemmkraft zwischen der Stringerkupplung und der Außenhaut als außenliegende Bauteile der Sandwichanordnung über das im Bereich des Querstoßes vorhandene Spantprofil aufbringen lässt. Die von der Vorrichtung ausgeübte Klemmkraft wird in den Spant eingebracht und drückt die zu verbindenden Außenhäute gegeneinander.
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Es wird des weiteren vorgeschlagen, dass die Spannkraft zwischen den Enden des Stützbügels der Klemmvorrichtung und den je zugeordneten Endfüßen über einen integrierten Spannmechanismus erzeugt wird. Der Spannmechanismus kann dabei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Exzenterscheibe umfassen, die zwischen einer Spannstellung und einer Losstellung um eine in einem oder beiden Enden des Stützbügels gelagerte Welle drehbar ist. Vorzugsweise ist eine derartige Exzenterscheibe im Bereich beider Endfüße der Klemmvorrichtung angeordnet. Zum Verdrehen der Exzenterscheibe kann ein hieran angebrachter Schwenkhebel dienen, der sich nach außen zeigend einfach manuell verstellen lässt.
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Optional kann der Spannmechanismus auch eine zwischen dem stirnseitigen Ende des Stützbügels und einem als Einzelbauteil ausgebildeten Endstück wirkende Rückstellfeder umfassen, welche zum Lösen der Verspannung dient. Die Rückstellfeder ist insoweit als eine Zugfeder ausgebildet.
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Zusätzlich oder anstelle der Integration des Spannmechanismus seitens der Enden des Stützbügels wird vorgeschlagen, dass der bogenförmige Stützbügel im Mittelbereich einen Spannhaken aufweist, der als ein am bogenförmigen Stützbügel horizontal nach innen verlaufend angeformter Hakenabschnitt mit endseitigem Auflageabschnitt ausgebildet ist und die Funktion einer Blattfeder besitzt. Dieser blattfederartige Hakenabschnitt ist somit in der Lage, die erforderliche Spannkraft per Federwirkung aufzubringen, wobei aufgrund der Federwirkung eine definierte Anpresskraft erzeugt werden kann. Denn durch eine Betätigung der Exzenterscheiben wird die Anpresskraft kontinuierlich gesteigert, welche sich andererseits durch den federnden Hakenabschnitt abfedern lässt, so dass es nicht zu einem Überspannen der Klemmvorrichtung kommen kann, das im Extremfall die miteinander zu verbindenden Bauteile beschädigen könnte.
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Zum Schutz der miteinander zu verbindenden Bauteile vor Beschädigung wird gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme vorgeschlagen, dass zumindest die beiden Endfüße der Klemmvorrichtung im Kontaktbereich zur Stringerkupplung oder eines anderen angrenzenden Bauteils mit einer Schutzschicht aus Kunststoff oder Teflon versehen sind. Hierdurch wird ein schädigender metallischer Kontakt vermieden, falls der Endfuß der Klemmvorrichtung aus einem Metall besteht. Alternativ kann der Endfuß auch gänzlich aus einem geeigneten Kunststoff gefertigt werden. Der bogenförmige Stützbügel besteht für eine leichte Handhabung vorzugsweise aus einem Metall, ganz vorzugsweise aus Aluminium.
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Zusätzlich zu den beiden Endfüßen der Klemmvorrichtung kann auch der Auflageabschnitt mit einer Auflage aus Kunststoff oder Teflon versehen werden. Um einen stabilen Auflageabschnitt zu erzeugen, wird vorgeschlagen, dass dieser aus zwei über einen Tragebügel horizontal zueinander beabstandeten Anschlägen besteht, welche an ihrer Kontaktfläche die besagten Auflagen aus Kunststoff oder Teflon zum Schutz der Oberfläche des Spantprofils tragen.
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Die vorstehend beschriebene Klemmvorrichtung lässt sich wie folgt zur zeitsparenden und hochgenauen Montage der Stringerkupplungen im Bereich der Querstoßverbindung zwischen zwei Rumpfschalen einsetzen:
- – Positionieren der Stringerkupplung zwischen den zugeordneten koaxial zueinander verlaufenden Stringer,
- – Fixieren der positionierten Stringerkupplungen mittels der Klemmvorrichtung, und
- – Einbringen der Verbindungselemente zwischen Stringerkupplung, Stringer und Rumpfsektion.
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Nach Durchlauf zumindest dieser Montageschritte kann die Klemmvorrichtung wieder entfernt werden, wozu lediglich der Klemmmechanismus zu entspannen ist.
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Die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung eignet sich somit zum temporären Fixieren der miteinander zu verbindenden Bauteile. Die Verbindungselemente sind dabei vorzugsweise als Nieten ausgebildet, so dass das endgültige Verbinden dieser Bauteile durch Vernieten erfolgt. Daneben ist es jedoch auch denkbar, andere Verbindungselemente, wie Schrauben oder auch einen geeigneter Klebstoff zu verwenden. Letzterenfalls sollte die Klemmvorrichtung jedoch so lange arretiert bleiben, bis der Klebstoff genügend ausgehärtet ist.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass vor dem Positionieren der Stringerkupplung eine Dichtmasse auf die Kontaktfläche der Stringerkupplung zu den Stringern aufgebracht wird. Die Dichtmasse verhindert vornehmlich Korrosion zwischen den miteinander zu verbindenden Bauteilen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachfolgend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 eine Querschnittsdarstellung der Querstoßverbindung zwischen zwei Rumpfsektionen,
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2 eine im Bereich der Querstoßverbindung eingesetzte Klemmvorrichtung,
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3 eine weitere Ansicht der Klemmvorrichtung nach 2 von oben, und
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4 eine weitere Ansicht der Klemmvorrichtung nach 2 von der Seite.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Gemäß 1 besteht eine Querstoßverbindung 1 zwischen einer ersten Rumpfsektion 2 und einer zweiten Rumpfsektion 3. Durch die erste Rumpfsektion 2 verläuft einzugeordneter erster Stringer 4 und entlang der zweiten Rumpfsektion 3 verläuft ein zugeordneter zweiter Stringer 5. Beide Stringer 4 und 5 enden kurz vor einem durch die beiden aneinandergereihten Rumpfsektionen 2 und 3 gebildeten Spalt 6. Zur Überbrückung des Spalts 6 sowie zur Aneinanderkopplung der zueinander in etwa koaxial verlaufenden Stringer 4 und 5 ist eine Stringerkupplung 7 vorgesehen. Die Stringerkupplung 7 kreuzt dabei ein Spantprofil 8, welches quer zu den Stringern 4 und 5 verlaufend im Bereich der Querstoßverbindung 1 angeordnet ist. Im Bereich der Querstoßverbindung 1 befindet sich darüber hinaus eine den Spalt 6 überbrückende Querstoßlasche 11, welche der Abdichtung des Spalts 6 dient. Das Spantprofil 8 ist zusammengesetzt aus einem mit der Stringerkupplung 7 zusammenwirkenden L-förmigen Unterteil 9 sowie einem schenkelseitig am Unterteil 9 angebrachten Oberteil 10 mit endseitiger Abwinkelung. Die Verbindung von Unterteil 9 mit Oberteil 10 erfolgt durch Nieten (Strichpunktlinien). Das Unterteil 9 des Spantprofils 8 ist gemeinsam mit der Stringerkupplung 7, der Querstoßlasche 11 und der Außenhaut der Rumpfsektionen 2 und 3 vernietet (Strichpunktlinien). Hierbei ist eine doppelte Nietreihe 12a seitens der ersten Rumpfsektion 2 und eine ebenfalls doppelte Nietreihe 12b seitens der zweiten Rumpfsektion 3 vorgesehen.
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Nach 2 ist ein das Spantprofil 8 der Querstoßverbindung 1 überbrückender Stützbügel 13 einer Klemmvorrichtung vorgesehen, dessen Endfüße 14a und 14b sich an den Enden der Stringer 4 bzw. 5 auf der Stringerkupplung 7 abstützen. Des weiteren ist am bogenförmigen Stützbügel 13 ein mittlerer Spannhaken 18 horizontal verlaufend angeformt. Der mittlere Spannhaken 18 wirkt endseitig derart mit dem Spantprofil 8 zusammen, dass die beiden Endfüße 14a und 14b die Stringerkupplung 7 gegen die benachbarten Rumpfsektionen 2 bzw. 3 pressen. Zum Erzeugen der hierfür erforderlichen Spannkraft zwischen den Enden des Stützbügels 13 ist im Bereich der Endfüße 14a und 14b ein Spannmechanismus vorgesehen, der jeweils eine Exzenterscheibe 15a bzw. 15b umfasst.
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Gemäß 3 ist die Exzenterscheibe 15a und 15b des Spannmechanismus über einen je zugeordneten Schwenkhebel 16a bzw. 16b um eine Welle 17a bzw. 17b verschwenkbar, um den Spannmechanismus zwischen einer Spannstellung und einer Losstellung zu betätigen. Die beiden Schwenkhebel 16a und 16b sind dabei nach außen gerichtet angeordnet.
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Am distalen Ende des Spannhakens 18 befindet sich ein Auflageabschnitt, der aus zwei beidseits des Stützbügels 13 angeordneten Anschlägen 20a und 20b besteht.
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Nach 4 sind die beiden Anschläge 20a und 20b mit einer Schutzschicht 21a bzw. 21b aus Teflon versehen. Analog hierzu sind stirnseitig auf von separaten Bauteilen bildenden Endfußelementen 22 (exemplarisch) des Stützbügels 13 ebenfalls Schutzschichten 23 (exemplarisch) aus Teflon aufgebracht.
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Zwischen dem stirnseitigen Ende des Stützbügels 13 und dem Endstück 22 ist desweiteren eine Rückstellfeder 24 angeordnet, die als Zugfeder ausgebildet stets eine Anpresskraft auf den Außenumfang der Exzenterscheibe 15 (exemplarisch) ausübt, um die mit der Klemmvorrichtung aufgebrachte Verspannung leichter zu lösen.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf das obige Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer möglicher Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Querstoßverbindung
- 2
- erste Rumpfsektion
- 3
- zweite Rumpfsektion
- 4
- erster Stringer
- 5
- zweiter Stringer
- 6
- Spalt
- 7
- Stringerkupplung
- 8
- Spantprofil
- 9
- Unterteil
- 10
- Oberteil
- 11
- Querstoßlasche
- 12
- Nietreihe
- 13
- Stützbügel
- 14
- Endfuß
- 15
- Exzenterscheibe
- 16
- Schwenkhebel
- 17
- Welle
- 18
- Spannhaken
- 19
- Auflageabschnitt
- 20
- Anschlag
- 21
- Schutzschicht
- 22
- Endfußelement
- 23
- Schutzschicht
- 24
- Rückstellfeder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008013365 A1 [0003]
- DE 102008010197 A1 [0007]
