DE102005015337A1

DE102005015337A1 - Kastenträger eines aerodynamischen Flächentragwerks

Info

Publication number: DE102005015337A1
Application number: DE200510015337
Authority: DE
Inventors: Timo Dr.-Ing. Stöven; Holger Dipl.-Ing. Wilmes; Ulrich Dipl.-Ing. Hellwege; Niels Dipl.-Ing. Kunze; Gunnar Dipl.-Ing. Patzelt; Jan-Roland Dipl.-Ing. Balzer; Axel Prof. Dr.-Ing. Herrmann; Pierre Dipl.-Ing. Zahlen; Boris Dr.-Ing. Kolesnikov; Axel Dipl.-Ing. Fink; Lars Dr.-Ing. Herbeck; Markus Dipl.-Ing. Kleineberg; Ernst Dipl.-Ing. Gerald
Original assignee: Airbus Operations GmbH; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Airbus Operations GmbH; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2025-04-02
Also published as: DE102005015337B4

Abstract

Ein Kastenträger eines aerodynamischen Flächentragwerks ist aus zwei tragenden aerodynamischen Panelen (1, 2) mit quer zur Spannweite angeordneten Halbrippenbauteilen (14, 15) und aus in Spannweitenrichtung verlaufenden Vorder- und Hinterholmen (4, 5) gebildet und durch Verbindungselemente (17, 18, 27, 28, 29; 39, 40) zusammengebaut. Erfindungsgemäß sind die Halbrippenbauteile (14) eines aerodynamischen Panels (1) und die entsprechenden Halbrippenbauteile (15) des zweiten aerodynamischen Panels (2) an einer ersten Stelle unverrückbar miteinander verbunden und an einer bezüglich ihrer Längsrichtung davon beabstandeten zweiten Stelle in einem starren Abstand zueinander gehalten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kastenträger eines aerodynamischen Flächentragwerks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Konventionelle Kastenträger von aerodynamischen Flächentragwerken, wie z.B. von Flügeln oder Leitwerken, stellen eine Gesamtheit von stringerversteiften Häuten (Paneele), Holmen und Rippen dar, die durch Bolzen oder Nieten untereinander verbunden sind. Solche Bauweisen machen z.B. Gebrauch von Mittelkästen aus CFK-Werkstoffen, wie bei den Flugzeugen B-777 und A-310, beschrieben etwa bei Heißler H., „Verstärkte Kunststoffe in der Luft- und Raumfahrttechnik", Verlag W. Kohlhammer, Stuttgart, Berlin, Köln, Mainz, 1986; Fawcett A. Trostle J., Ward S. „777 Empennage Certification Approach", 11-th International Conference on Composite Materials (ICCM-11), Australia, July 14–18, 1997; Flugrevue, September 1999; Bergmann H.W., „Konstruktionsgrundlagen für Faserverbundbauteile" Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1992. Der Zusammenbau dieser Mittelkästen erfolgt in einer langen Montagestraße mit aufwendiger Fixierung der zahlreichen Rippen auf einer Verschiebeeinheit und mit anschließender Vernietung mit stringerversteiften Schalen und oft unter Einsatz zusätzlicher Verbindungsbauteile. Die Fertigung von stringerversteiften Paneelen ist auch kompliziert durch die Formgebung von Stringern (bei Integralbauweise) oder durch eine besondere Fertigung der Stringer und nachfolgende Positionierung und Polimerisation (Anklebung) an den Häuten.

Bei dem Flugzeug IL-28 ist ein zweiholmiger Flügelkastenträger vorgesehen, dessen Material aus Metalllegierungen besteht und der eine obere und eine untere Schale umfasst, wobei jede Schale eine Halbrippen- und Halbholmstruktur mit Stringern aufweist, beschrieben beispielsweise in Schulshenko M.N. „Konstruktion von Flugzeugen", Militärverlag, Berlin, 1976; Glagolew A.N., Goldinow M.J., Grigorenko S.M. „Konstruktion von Flugzeugen" (in russisch), Maschinostroenie, Moskau, 1975 und Eden P., Mönk S. „Moderne Militärflugzeuge", Bassermann Verlag, 2003. Die beiden vorgefertigten Schalen (Paneele) werden in der Sehnenebene durch zwei Halbholmeckprofile gekoppelt. Die Trennstelle hat in diesem Fall in den Holmbereichen nur zwei Bolzenreihen, welche sich in Spannweitenrichtung erstrecken. Eine solche Konstruktions- und Kopplungsbauweise erleichtert wesentlich den Zusammenbau und reduziert damit die Kosten. Diese Bauweise bietet ebenso die Möglichkeit an, beide Schalen unabhängig voneinander anzufertigen und die Arbeit zu verteilen. Auf der anderen Seite ist die genannte Bauweise kein sogenanntes „toleranzfreies" Bauweisenkonzept, weil die Genauigkeit für die aerodynamische Kontur im Endeffet durch Zwischenlagen erreicht wird, die zwischen den beiden Schalen angehörenden Halbholmeckprofilen vorgesehen werden und sich entlang der ganzen Spannweite des Kastenträgers erstrecken. Dies bedeutet zusätzliche Anpassungsarbeiten und zusätzliche Fertigungskosten. Zudem hat jede vorgefertigte Schale zahlreiche Nietverbindungen zwischen Halbrippen, Halbholmen, Häuten und Stringen, was auch aufwändig bei der Durchführung des Zusammenbaus jeder Schale ist und wesentlich zu den Fertigungskosten beiträgt.

Der Anteil von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen nimmt im Flugzeugbau stetig zu, vergleiche Heißler H. „Verstärkte Kunststoffe in der Luft- und Raumfahrttechnik" a.a.O. und Niu M.C.Y. „Composite Airframe Struktures", Second Published, Conmilit Press Ltd., Honkong, 1996.

Die heutigen tragenden Faserverbundbauteile bestehen meistens aus CFK-Werkstoffen (carbonfaserverstärkter Kunststoff). Der Einsatz dieser Werkstoffe für Strukturbauteile im Flugzeugbau liefert eine bedeutende Gewichtsreduzierung bei jedoch höheren Kosten im Vergleich zur Verwendung von herkömmlichen Metalllegierungen (z.B. Aluminium-Legierungen). Die höheren Einsatzkosten von Faserverbunden sind zum einen durch höhere CFK-Materialkosten und zum anderen durch höhere Fertigungskosten zu begründen, vergleiche Bieling U. „Faserverstärkte Kunststoffe in der zivilen Luftfahrt", Innovativer Fahrzeugbau, Tagung 21. Mai 2001 in Salzgitter und Flemming N., Ziegmann G., Roth S. „Faserverbundbauweisen: Halbzeuge und Bauweisen", Spinger-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1996. Die Preise für CFK-Werkstoffe, sowohl die Preise ihrer Komponenten (Kohlenstofffaser und Harzsysteme) und ihre Halbzeuge (z.B. Prepregs), erscheinen heute trotz günstiger Entwicklung in den letzten Jahren immer noch hoch.

Die Aufgabe der Erfindung ist es einen Kastenträger eines aerodynamischen Flächentragwerks zu schaffen, welcher mit verringertem Aufwand zu konstruieren und zusammenzubauen ist. Insbesondere soll ein solcher Kastenträger geschaffen werden, welcher sich für einen Aufbau aus Faserverbunden eignet.

Diese Aufgabe wird durch einen Kastenträger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kastenträgers sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Erfindung wird ein Kastenträger eines aerodynamischen Flächentragwerks geschaffen, der aus zwei tragenden aerodynamischen Panelen mit quer zur Spannweite angeordneten Halbrippenbauteilen und aus in Spannweitenrichtung verlaufenden Vorder- und Hinterholmen gebildet und durch Verbindungselemente zusammengebaut ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Halbrippenbauteile eines aerodynamischen Panels und die entsprechenden Halbrippenbauteile des zweiten aerodynamischen Panels an einer ersten Verbindungstelle unverrückbar miteinander verbunden und an einer bezüglich ihrer Längsrichtung davon beabstandeten zweiten Stelle in einem starren Abstand zueinander gehalten sind.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Halbrippenbauteile an der ersten Stelle direkt miteinander verbunden sind.

Gemäß einer andern, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Halbrippenbauteile an der ersten Stelle über ein dazwischengeschaltetes Bauteil miteinander verbunden sind.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das zwischengeschaltete Bauteil in der Rippenebene keilförmig ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste Verbindungsstelle bezüglich der Rippenlängsrichtung im Bereich zwischen dem Vorder- und dem Hinterholm liegt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste Verbindungsstelle bezüglich der Rippenlängsrichtung außerhalb des Bereichs zwischen dem Vorder- und dem Hinterholm liegt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Halbrippen ein Doppel-T-Profil mit Gurten aufweisen, zwischen denen die Verbindung der ersten Verbindungsstelle ausgebildet ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Verbindung an der ersten Verbindungsstelle durch Bolzenverbindung ausgebildet ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Verbindung an der ersten Verbindungsstelle gelenkig ausgeführt ist.

Hierbei kann die Verbindung an der ersten Verbindungsstelle durch ein Scharnier ausgeführt sein.

Die Verbindung an der zweiten Verbindungsstelle kann über einen Holm und/oder die tragenden Paneele ausgeführt sein.

Vorzugsweise ist die Verbindung an der zweiten Verbindungsstelle durch Bolzenverbindung ausgeführt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Holm an der zweiten Verbindungsstelle ein Holm mit einem einteiligen Profil, insbesondere mit einem C-Profil ist.

Gemäß einer anderenvorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen dass der Holm an der zweiten Verbindungsstelle ein Toleranzeckprofil zum Ausgleich von Distanztoleranzen zwischen den ersten und zweiten Paneelen enthält.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich die Halbrippen an der zweiten Verbindungsstelle in Form von Halbrippengurten über den Holm hinaus fortsetzen.

Vorzugsweise ist hierbei die Verbindung zwischen den Halbrippengurten und den Rudergabelgurten durch Bolzenverbindung ausgeführt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die zweite Verbindungsstelle mit einem Anlenkelement für eine Klappe oder ein Ruder, insbesondere mit einer Rudergabel gekoppelt ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Anlenkelement über erste Bolzen mit den Halbrippengurten und über zweite Bolzen mit den Halbrippengurten und den Paneelen verbunden ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die tragenden Paneele in Stringerversteifungsbauweise ausgeführt sind.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die tragenden Paneele in Sandwichbauweise ausgeführt sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Kern der Sandwichstruktur ein Schaumstoff ist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die innere Haut der Sandwichpaneele als ebene Fläche (9) ausgebildet ist.

hierbei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Halbrippen über zumindest einen wesentlichen Teil ihrer Länge einen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen.

Die Rippen können mehrere Gruppen bilden, wobei die Rippen Gruppe gleiche Rippenhöhen und -querschnitte aufweisen.

Die Rippen können vorteilhafterweise durch Pultrusions-Verfahren gefertigt sein.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Sandwichpaneel im Vorderbereich eine monolithische Verstärkung aufweist.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Sandwichpaneel im Hinterbereich eine monolithische Verstärkung aufweist.

Vorzugsweise sind die Sandwichpaneele an den monolithischen Verstärkungen mittels Bolzenverbindungen mit dem jeweiligen Holm verbunden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Paneel an dem der ersten Verbindungsstelle näheren Ende eine Umbördelung für eine Ankopplung an dem der ersten Verbindungsstelle näheren Holm aufweist.

Vorzugsweise ist die Ankopplung der Umbördelung am Holm durch Bolzenverbindung ausgeführt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste Verbindungsstelle innerhalb des Holms liegt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste Verbindungsstelle außerhalb des Holms liegt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste Verbindungsstelle nahe dem Vorderholm und die zweite Verbindungsstelle nahe dem Hinterholm des aerodynamischen Flächentragwerks angeordnet ist.

Vorzugsweise sind die Halbrippenbauteile und/oder das zwischengeschaltete Bauteil Toleranzen in Richtung quer zur Rippenebene auszugleichen in der Lage.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kastenträger in metallischer Bauweise ausgeführt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Kastenträger durch Faserverbundbauteile aufgebaut.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Faserverbundbauteile des Kastenträgers in Nass-Technologie gefertigt.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Faserverbundbauteile des Kastenträgers in Prepreg-Technologie gefertigt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Rippen mit den Paneelen verklebt.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Rippen mit den Paneelen durch Co-Polymerisation verbunden sind.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kastenträgers anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
1 eine vereinfachte perspektivische Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Kastenträgers eines aerodynamischen Flächentragwerks;
2 eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Kastenträgers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine vergrößerte teilweise Schnittansicht des in 2 dargestellten Kastenträgers entlang der Linie A-A;
4 eine vergrößerte teilweise Schnittansicht des in 2 dargestellten Kastenträgers entlang der Linie B-B;
5 eine weitere Schnittdarstellung des in 2 dargestellten Kastenträgers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer schematisierten Ersatzdarstellung eines den Kraftverlauf in dem Kastenträger repräsentierenden Fachwerks; und
6 eine Querschnittsansicht eines Kastenträgers eines aerodynamischen Flächentragwerks gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die in 1 gezeigte Explosionsdarstellung eines Kastenträgers eines aerodynamischen Flächentragwerks zeigt zwei tragende aerodynamische Paneele 1, 2 und in Spannweitenrichtung verlaufende Vorder- bzw. Hinterholme 4, 5. Die Paneele 1, 2 sind durch Halbrippen abgestützt, von denen die Halbrippen 3 des zweiten Paneels 2 sichtbar dargestellt sind.
Die in 2 gezeigte Querschnittsdarstellung des Kastenträgers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Seitenpaneele 1, 2, die in Sandwichbauweise mit einer äußeren Haut 6 und einer inneren Haut 7 und einem dazwischen vorgesehenen Schaumkern 8 ausgebildet sind. Die jeweils innere Oberfläche 9 der Paneele 1, 2 ist in Form einer Ebene ausgebildet.
Die beiden Paneele 1, 2 sind von linear verlaufenden Halbrippen 14, 15 getragen, die über den wesentlichen Teil ihrer Länge einen konstanten Querschnitt haben. Solche Rippen können auf einfache Weise serienmäßig hergestellt werden, z.B. durch Pultrusionstechnik und anschließend an den Paneelen 1, 2 entweder eingeklebt oder bei der Paneelfertigung co-polymerisiert werden.
Im vorderen Bereich sind die Paneele 1, 2 durch einen Vorderholm 4 miteinander verbunden, im hinteren Bereich sind die Paneele 1, 2 durch einen Hinterholm 5 miteinander verbunden. Jedes Paneel 1, 2 verfügt im Vorderbereich über ein monolithische Verstärkung 10, welche zur Aufnahme einer möglichen schlagartigen Beanspruchung von der Nasenseite 11 durch z.B. einen Vogelschlag auftreten kann, zum Schutz und zur Krafteinleitung in die Sandwichstruktur. Zum anderen dient der monolithische Bereich 10 auch als eine strukturmechanische Verstärkung für die Aufnahme der Biegebeanspruchung des ganzen Kastenträgers durch aerodynamische Kräfte. Jedes Paneel 1, 2 kann in seinem Hinterbereich auch eine monolithische Verstärkung 12 aufweisen, die zur Aufnahme und Verteilung von Kräften in diesem Bereich dient, beispielsweise von Aktuatoren von Rudern oder Klappen, sowie für die Aufnahme der Biegebeanspruchung des ganzen Kastenträgers an aerodynamischen Kräften.
Im Vorderbereich verfügt jedes Paneel 1, 2 über eine Umbördelung 37 für die Ankopplung zum Vorderholm 4 durch eine Bolzenverbindung 28. Der Hinterholm 5 kann als ein einteiliges C-Profil oder, wie in 2 dargestellt, zweiteilig durch ein Hauptteil 5 des Holms und ein so genanntes Toleranzeckprofil 13 gebildet sein. Der Hinterholm 5 ist mittels Bolzenverbindung 29 mit den monolithischen Bereichen 12 der Paneele 1, 2 verbunden.
Die 2 und 3 zeigen die Verbindung der Halbrippenbauteile 14, 15 des ersten Paneels 1 bzw. des zweiten Paneels 2 an einer ersten Stelle mittels eines keilförmigen Bauteils 17 in unverrückbarer Weise. Das keilförmige Bauteil 17 ist mittels Bolzenverbindung 18 mit den Halbrippen 14, 15 verbunden und gestattet einen Ausgleich in Richtung quer zur Rippenebene 19 zur Überbrückung von Fertigungstoleranzen. Alternativ zu der dargestellten Ausführung kann die Verbindung zwischen den Halbrippen 14, 15 auch gelenkig ausgeführt sein, z.B. durch ein Scharnier.
Die 2 und 4 verdeutlichen die Ankopplung der Halbrippen 14, 15 an dem Hinterholm 5 und an einem Anlenkelement für ein Ruder oder eine Klappe in Form einer Rudergabel 20. Die Halbrippen 14, 15 weisen durch den Hinterholm 5 und das Toleranzeckprofil 13 gehende Halbrippengurte 21 auf, die für die Übertragung von Normalkräften 22 mit den Rudergabelgurten 23 mittels Bolzenverbindung 24 gekoppelt sind. Eine solche Verbindung sorgt auch für eine tolerierte Kupplung der Halbrippen 14, 15 mit der Rudergabel 20 bei einer möglichen Verschiebung der Rippen 14, 15 bezüglich der Rippenebene 19. Die Querkraft 25 vom Rudergabelsteg 26 wird durch Bolzenverbindung 27 in den Holm 5 eingeleitet.
Somit sind die Halbrippenbauteile 14 des einen Panels 1 und die entsprechenden Halbrippenbauteile 15 des zweiten Panels 2 an der ersten Stelle, typischerweise nur in einem einzigen Kopplungspunkt durch das Bauteil 17 unverrückbar miteinander verbunden und an einer bezüglich ihrer Längsrichtung davon beabstandeten zweiten Stelle durch den Hinterholm 5 in einem starren Abstand zueinander gehalten.
Die Halbrippen 14, 15 haben mehrere Funktionen. Zum einen verstärken sie die Paneele 1, 2 im Sinne einer verteilten Krafteinleitung von Normalkräften 22 der Rudergabeln 20 in die Paneele 1, 2 und helfen eine zu diesem Zweck erforderliche zusätzliche Verstärkung (Hautaufdickung) an den Paneelen 1, 2 und damit einen erhöhten Fertigungsaufwand zu vermeiden. Zum anderen verhindern die Halbrippen 14, 15 eine gegenseitige Verschiebung der Paneele 1, 2 bei der Einwirkung der Kräfte an der Rudergabel 20 und verstärken das jeweilige Paneel 1, 2 für die Aufnahme der örtlichen Belastung durch Luftkräfte. Die Verstärkung mit den Rippen 14, 15 an den Paneelen 1, 2 reduziert auch Beulspannungen für die Sandwichpaneele 1, 2.
Die durch die Halbrippen 14, 15 und durch die monolithische Verstärkungen 10, 12 versteiften Sandwichpaneele 1, 2 können die verteilte Belastung durch Luftkräfte mittels der Bolzenverbindungen 28, 29 direkt auf die Vorder- und Hinterholme 4, 5 weiterleiten, ohne Verbindung zwischen den Halbrippenstegen 38 und den Holmen 4, 5 (siehe 2).
In 5 ist ein strukturmechanisches Ersatzschema des Kastenträgerquerschnitts mit der Rudergabel 20 in Form eines Fachwerks mit Knoten 30, 31, 32, 33 für die Aufnahme der Rudergabelkräfte 34 und 35 dargestellt. Hier sind die Halbrippen 14, 15 ersatzweise durch Fachwerkstäbe 30–31 und 30–32, und der Rudergabelsteg 26 ersatzweise als Fachwerkstab 31-32 dargestellt. Somit liefert die oben beschriebene Anordnung eine in sich starre Konstruktion. Die Halbrippen 14, 15 wirken aus strukturmechanischer Sicht sowohl als Rahmenkonstruktion für die Luftkräfteaufnahme zusammen mit den Sandwichpaneelen 1, 2, als auch als Fachwerkstäbe für die Formversteifung der Kräfteaufnahme an der Rudergabel 20.
6 zeigt eine zweite Ausführungsform des Kastenträgers, bei der eine Keilverbindung der Halbrippen 14, 15 durch ein keilförmiges Bauteil 36 außerhalb des Vorderholms 4 vorgesehen ist. Weiterhin sind zusätzliche Bolzenverbindungen 39 und 40 zwischen den Halbrippenstegen 38 und den Vorder- bzw. Hinterholmen 4, 5 dargestellt.
Die äußere Anordnung der Keilverbindung kann die Kopplungsarbeiten (Bohren, Bolzenverbindungsmontage) vereinfachen. Die zusätzliche Verbindung zwischen den Halbrippen 14, 15 und den Holmen 4, 5 durch die Bolzenverbindungen 39 und 40 kann die Funktionsweise des Kastenträgers strukturmechanisch noch verbessern, zum einen durch eine Beseitigung der Biegebeanspruchung der Vorder- und Hinterkanten 10, 12 der Sandwichpaneele 1, 2 bei der Weitergabe der Luftkräfte an den Paneelen 1, 2 auf die Holme 4, 5, und zum anderen durch eine stabilere Positionierung der Vorder- und Hinterkanten 10, 12 der Paneele 1, 2 und eine entsprechende Erhöhung der Beulspannungen dieser Paneele.
Die Faserverbundteile des Kastenträgers können sowohl durch Nass- als auch durch Prepreg-Technologie gefertigt werden.
Alternativ kann die beschriebene Bauweise auch bei einem Kastenträger in metallischer Strukturbauweise verwirklicht werden.

1: Paneel
2: Paneel
3: Halbrippen
4: Vorderholm
5: Hinterholm
6: äußere Haut
7: innere Haut
8: Schaumkern
9: ebene Oberfläche
10: monolithische Verstärkung
11: Nasenseite
12: monolithische Verstärkung
13: Toleranzeckprofil
14: Halbrippe
15: Halbrippe
16: Gurt
17: keilförmiges Bauteil
18: Bolzenverbindung
19: Rippenebene
20: Rudergabel
21: Halbrippengurte
22: Normalkraft
23: Rudergabelgurt
24: Bolzenverbindung
25: Querkraft
26: Rudergabelsteg
27: Bolzenverbindung
28: Bolzenverbindung
29: Bolzenverbindung
30: Fachwerkknoten
31: Fachwerkknoten
32: Fachwerkknoten
33: Fachwerkknoten
34: Rudergabelkraft
35: Rudergabelkraft
36: Keilverbindung
37: Umbördelung
38: Halbrippensteg
39: Bolzenverbindung
40: Bolzenverbindung

Claims

Kastenträger eines aerodynamischen Flächentragwerks, der aus zwei tragenden aerodynamischen Panelen (1, 2) mit quer zur Spannweite angeordneten Halbrippenbauteilen (14, 15) und aus in Spannweitenrichtung verlaufenden Vorder- und Hinterholmen (4, 5) gebildet und durch Verbindungselemente (17, 18, 27, 28, 29; 39, 40) zusammengebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbrippenbauteile (14) eines aerodynamischen Panels (1) und die entsprechenden Halbrippenbauteile (15) des zweiten aerodynamischen Panels (2) an einer ersten Stelle unverrückbar miteinander verbunden und an einer bezüglich ihrer Längsrichtung davon beabstandeten zweiten Stelle in einem starren Abstand zueinander gehalten sind.
Kastenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbrippenbauteile (14, 15) an der ersten Stelle direkt miteinander verbunden sind.
Kastenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbrippenbauteile (14, 15) an der ersten Stelle über ein dazwischengeschaltetes Bauteil (17) miteinander verbunden sind.
Kastenträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischengeschaltete Bauteil (17) in der Rippenebene (19) keilförmig ist.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindungsstelle bezüglich der Rippenlängsrichtung im Bereich zwischen dem Vorder- und dem Hinterholm (4, 5) liegt.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindungsstelle bezüglich der Rippenlängsrichtung außerhalb des Bereichs zwischen dem Vorder- und dem Hinterholm (4, 5) liegt.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbrippen (14, 15) ein Doppel-T-Profil mit Gurten (16) aufweisen, zwischen denen die Verbindung der ersten Verbindungsstelle ausgebildet ist.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung an der ersten Verbindungsstelle durch Bolzenverbindung (18) ausgebildet ist.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung an der ersten Verbindungsstelle gelenkig ausgeführt ist.
Kastenträger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung an der ersten Verbindungsstelle durch ein Scharnier ausgeführt ist.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung an der zweiten Verbindungsstelle über einen Holm (5) und/oder die tragenden Paneele (1, 2) ausgeführt ist.
Katenträger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung an der zweiten Verbindungsstelle durch Bolzenverbindung (27, 29; 40) ausgeführt ist.
Kastenträger nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Holm (5) an der zweiten Verbindungsstelle ein Holm mit einem einteiligen Profil, insbesondere mit einem C-Profil ist.
Kastenträger nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Holm (5) an der zweiten Verbindungsstelle ein Toleranzeckprofil (13) zum Ausgleich von Distanztoleranzen zwischen den ersten und zweiten Paneelen (11, 12) enthält.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Halbrippen (14, 15) an der zweiten Verbindungsstelle in Form von Halbrippengurten (21) über den Holm (5) hinaus fortsetzen.
Kastenträger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den Halbrippengurten (21) und den Rudergabelgurten (23) durch Bolzenverbindung (24) ausgeführt ist.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verbindungsstelle mit einem Anlenkelement für eine Klappe oder ein Ruder, insbesondere mit einer Rudergabel (20) gekoppelt ist.
Kastenträger nach Anspruch 17 in Verbindung mit Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlenkelement (20) über erste Bolzen (27) mit dem Holm (5) und über zweite Bolzen (24) mit den Halbrippengurten (21) und/oder den Paneelen (1, 2) verbunden ist.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die tragenden Paneele (1, 2) in Stringerversteifungsbauweise ausgeführt sind.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die tragenden Paneele (1, 2) in Sandwichbauweise ausgeführt sind.
Kastenträger nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern der Sandwichstruktur ein Schaumstoff ist.
Kastenträger nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Haut (7) der Sandwichpaneele (1, 2) als ebene Fläche (9) ausgebildet ist.
Kastenträger nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbrippen (14, 15) über zumindest einen wesentlichen Teil ihrer Länge einen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen.
Kastenträger nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (14, 15) mehrere Gruppen bilden, wobei die Rippen (14, 15) einer Gruppe gleiche Rippenhöhen und -querschnitte aufweisen.
Kastenträger nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen durch Pultrusions-Verfahren gefertigt sind.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwichpaneel (1, 2) im Vorderbereich eine monolithische Verstärkung (10) aufweist.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwichpaneel (1, 2) im Hinterbereich eine monolithische Verstärkung (12) aufweist.
Kastenträger nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichpaneele (1, 2) an den monolithischen Verstärkungen (10, 12) mittels Bolzenverbindungen (28, 29) mit dem jeweiligen Holm (4, 5) verbunden ist.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Paneel (1, 2) an dem der ersten Verbindungsstelle näheren Ende eine Umbördelung (37) für eine Ankopplung an dem der ersten Verbindungsstelle näheren Holm (4) aufweist.
Kastenträger nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankopplung der Umbördelung (37) am Holm (4) durch Bolzenverbindung (28, 39) ausgeführt ist.
Kastenträger nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindungsstelle innerhalb des Holms (4) liegt.
Kastenträger nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindungsstelle außerhalb des Holms (4) liegt.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindungsstelle nahe dem Vorderholm (4) und die zweite Verbindungsstelle nahe dem Hinterholm (5) des aerodynamischen Flächentragwerks angeordnet ist.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbrippenbauteile (14, 15) und/oder das zwischengeschaltete Bauteil (17) Toleranzen in Richtung quer zur Rippenebene (19) auszugleichen in der Lage sind.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Kastenträger in metallischer Bauweise ausgeführt ist.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Kastenträger durch Faserverbundbauteile aufgebaut ist.
Kastenträger nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverbundbauteile des Kastenträgers in Nass-Technologie gefertigt sind.
Kastenträger nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverbundbauteile des Kastenträgers in Prepreg-Technologie gefertigt sind.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (14, 15) mit den Paneelen (1, 2) verklebt sind.
Kastenträger nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (14, 15) mit den Paneelen (1, 2) durch Co-Polymerisation verbunden sind.