橫向拼接板，以及用於為了創建機艙室將兩個尤其是卷繞的碳纖維合成材料-機身部分連...的製作方法

2023-10-09 14:28:04 1

專利名稱：橫向拼接板，以及用於為了創建機艙室將兩個尤其是卷繞的碳纖維合成材料-機身部分連 ...的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種橫向拼接板，該橫向拼接板用於在分別形成橫向接縫的情況下通 過連接多個尤其是以卷繞法製成的碳纖維合成材料-機身部分來創建飛機的機艙室。此外，本發明涉及一種用於連接機身部分，尤其是以卷繞法製成的碳纖維合成材 料_機身部分的方法，所述方法還用於通過這種橫向拼接板來創建用於飛機的機艙室。
背景技術：
在現代的飛機製造中，在形成環繞的橫向接縫的情況下多個機身部分藉助於橫向 拼接板接合在一起成為完整的飛機機身。優選通過分別與機身部分的彼此相互接合的端部 鉚接的方式將橫向拼接板鉚接。在橫向接縫的兩側上，依據局部的負載分布以環繞橫向拼 接板和機身部分蒙皮的方式設置兩個或者三個鉚釘排列。在機身部分的上部區域中優選將 三個鉚釘排列設置在橫向接縫的兩側，因為在所述區域中基本上出現飛機機身的縱向方向 上的拉力負載。在橫向接縫的下部區域中，如果決定性的結構負載通過壓力產生，通常將兩 個鉚釘排列設在環繞的橫向接縫的兩側上。用於製造橫向拼接板而插入的材料通常與用於機身部分或者機艙室蒙皮的材料 相關聯。通過橫向拼接板將拉力/壓力、剪力以及周向力從機身部分傳遞到分別相鄰的機 身部分。為了減輕重量，更多地以卷繞法通過複合材料，例如通過碳纖維增強的環氧樹脂 製成機身部分(碳纖維合成材料_機身部分)。由於卷繞的碳纖維合成材料_機身部分的 通常大的橫截面尺寸，產生了由製造引起的不可避免的，尤其是待接合在一起的機身部分 之間的徑向的尺寸偏差，所述尺寸偏差妨礙或者使得不可能以無應力的方式將機身部分接 合在一起。出現的尺寸偏差通常不能夠通過傳統的橫向拼接板來補償。然而由於遇到的公差問題，卷繞的碳纖維合成材料-機身部分不能直接與另一個 卷繞的碳纖維合成材料-機身部分相連接。更確切地說，在每個卷繞的碳纖維合成材料-機 身部分上通常隨後出現由至少兩個殼層組成的碳纖維合成材料-機身部分，以能夠更好地 補償徑向公差，由此自然提高了製造成本。用於公差補償的另一個可能方法在於使用以固 體的或者液體的形式的補償裝置，所述補償裝置從製造技術的觀點看當然同樣也是不利 的，因為這是耗費時間的。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種橫向拼接板，該橫向拼接板具有足夠高的柔性，以 便在沒有附加的公差補償措施的情況下使得能夠直接將兩個卷繞的碳纖維合成材料_構 件-機身部分彼此相互接合所述目的通過具有權利要求1的特徵的橫向拼接板實現。由於以下原因，即橫向拼接板具有至少兩個相疊的板部並且在板部的每個中設置多個縱向狹縫以便用於機身部分之間的徑向公差補償以及板部中的縱向狹縫分別以相 互偏置的方式設置，因此獲得了多層的橫向拼接板尤其是在相對於機身的縱向軸線的徑向 方向上的高柔性，使得在沒有另外的公差補償措施的情況下將兩個卷繞的碳纖維合成材 料-機身部分接合在一起。尤其是，至少兩個分別相鄰的板部的縱向狹縫在周向方向上看 起來彼此相互偏置或者相間隔，使得所述縱向狹縫沒有彼此相疊。板部中的縱向狹縫分別以彼此相互偏置的方式設置，使得沒有出現穿過狹縫的連續的路徑，此外由此改善了橫向拼接板連接的壓力密封性以及強度。通過各個的板部中的 縱向狹縫的數量和布置結構能夠影響橫向拼接板的柔性。橫向狹縫之間的距離選擇得越 小，橫向拼接板的柔性就越高，能夠補償機身部分之間的越大的容許偏差並且在裝配中出 現的構件應力就越小。為了連接兩個機身部分，優選使用至少三個或者四個根據本發明構造的橫向拼接 板，所述橫向拼接板以彼此相互連接且在內側與兩個機身部分相連接的方式在橫向接縫區 域中基本上將機身部分的橫截面形狀的整個周向長度覆蓋。橫向拼接板的一個改進方案提出，至少兩個相疊的板部的材料厚度總體看起來大 於機身部分的蒙皮的厚度。因此，在橫向接縫區域中可能出現損壞，例如在疲勞現象後形成 裂縫，更確切地說在機身部分的更容易被檢查的蒙皮內。根據另一個有利的構造的說明，縱向狹縫以均勻地彼此相互間隔的方式設置在板 部中。所述構造在徑向方向上越過機身部分的整個周邊使實現了均勻的公差補償。橫向拼接板的另一個改進方案提出，使用相同的材料，尤其是鋁合金材料或者碳 纖維合成材料_複合材料用於待接合在一起的機身部分的蒙皮。因此避免了橫向拼接板和 卷繞的碳纖維合成材料_機身部分之間的腐蝕問題。根據又一個構造的說明，板部中的縱向狹縫具有凹槽，尤其是圓形凹槽。此外，圓 形的截面阻止了當橫向拼接板在徑向方向上分開時產生裂縫。同時提高了橫向拼接板在徑 向方向上的可移動性。橫向拼接板的又一個構造提出，所述橫向拼接板通過至少三個相疊的板部形成。 因此，獲得橫向拼接板在徑向方向上的更高的柔性，使得能夠補償卷繞的碳纖維合成材 料_機身部分之間的更大的容許偏差。此外，根據本發明的目的通過按照權利要求8說明的方法實現，該方法具有以下 步驟a)將至少一個橫向拼接板與機身部分的端部相連接，尤其是鉚接，b)將待接合的機身部分的端部推到至少一個橫向拼接板上，以便在徑向方向上進 行機身部分之間的公差補償，c)將至少一個橫向拼接板與接合的機身部分相連接，尤其是鉚接。因此，尤其是卷 繞的且具有在製造技術中不可避免的容許偏差的碳纖維合成材料_機身部分關於其橫截 面尺寸儘可能以無應力的方式接合在一起。在此，公差補償通過狹縫的分開或者壓縮來實 現，其中為了支持在水平方向上的操作，也就是平行於機身部分的縱向軸向的操作，板部同 時能夠以相疊的方式滑動。首先，將至少一個柔性的橫向拼接板與機身部分的端部相連接，尤其是與所述端 部鉚接。隨後，將待接合的機身部分推到橫向拼接板上並且與所述橫向拼接板相連接，尤其是鉚接。在所述操作中，橫向拼接板的相疊的板部匹配於必需的直徑，這通過縱向狹縫的分 開或者壓縮來實現。在橫向拼接板在徑向方向上的相應的匹配後，橫向拼接板與待接合的 機身部分的端部鉚接。由於鉚接的原因產生了兩個機身部分之間的緊湊的且基本上為剛性 的連接，所述連接-如在傳統的橫向拼接板中也-傳遞了所有的力。可替代地，機身部分的連接也能夠通過螺接或者粘接實現。
在其他的權利要求中闡述了該方法的其他的有利的方案。


在附圖中示出圖1示出根據本發明的以多層的方式構成的柔性橫向拼接板的橫截面示意圖；圖2示出固定在機身部分上的橫向拼接板的視圖；圖3示出用於在機身部分之間的徑向的公差補償的柔性橫向拼接板的功能原理 圖；圖4示出具有橫向拼接板的機身部分的端部的簡化的立體的外部視圖(截面)； 以及圖5示出具有橫向拼接板的機身部分的端部的簡化的立體的內部視圖(截面)。
具體實施例方式在附圖中相同結構的元件分別具有相同的附圖標記。圖1示出根據本發明構成的橫向拼接板的橫截面示意圖。橫向拼接板1藉助於多 個鉚接元件2與機身部分5的蒙皮4的內側3在機身部分5的端部6的區域中相連接。在 所示出的實施例中，橫向拼接板1通過三個相疊的板部7至9形成。鉚釘連接2優選設置 為至少三個以彼此均勻間隔的方式在圓筒狀的機身5的整個周邊延伸的列。代替了所示的 鉚釘連接2，橫向拼接板1能夠通過任意的連接技術，例如螺接，粘接，焊接或者由此任意的 組合在內側與蒙皮4相連接。圖2示出與機身部分相連接的橫向拼接板的視圖。為了更好的觀察附圖，在圖中 僅示出兩個相疊的板部(參見圖1)。橫向拼接板1通過多個鉚釘連接2與蒙皮4在機身部分5的機身部分端部6的區 域中相連接，為了更好地描述，所述鉚釘連接2中僅有一個設有附圖標記。在此，鉚釘連接2 以矩陣狀的方式例如設置為三個並排的且環繞圓筒狀的機身部分5的排列。在圖2的接片 段7的截面中設置四個縱向狹縫，為了更好的觀察，所述四個縱向狹縫中僅有一個狹縫10 設有附圖標記。相應地，適用於位於接片段7下面的板部8中的縱向狹縫11。所有的縱向 狹縫基本上平行於機身部分5或者飛機的未示出的機艙室的縱向軸線12延伸。所有的縱 向狹縫優選延伸越過橫向拼接板1的中線13，其中中線13同時相應於接合在一起的機身部 分之間形成的橫向接縫14。每個板部中的縱向狹縫能夠依據局部的柔性-要求而以彼此均 勻的或者彼此有區別的方式設置。縱向狹縫10、11在其端部上優選分別具有凹槽或者擴寬 部以及尤其是圓形的凹槽，所述凹槽中僅有凹槽15、16以代表所有其餘凹槽的方式設有附 圖標記。縱向狹縫10、11通過彼此相互偏置的方式設置在板部7、8中，由此避免了板部7、 8之間的連續的路徑，所述連續的路徑導緻密封性問題和強度問題。通過在縱向狹縫的端部區域中優選構成為圓形的凹槽而減弱了局部的應力峰值並且總的來說改善了柔性，也就是 說縱向狹縫的能力，該狹縫的寬度通過壓縮或者分開的方式相應於必需的公差補償而在徑 向方向上改變。在縱向狹縫之間分別出現大概呈矩形狀的部分板17、18。從最裡邊的板部7開始到最外邊的板部9如有可能逐漸地減少從板部到板部的縱 向狹縫10、11的數量，例如各自減半或者以「1」和「8」之間的恆定值減少(尤其參照圖2)。
圖3示意性地示出柔性橫向拼接板的功能原理圖，該橫向拼接板用於在待接合的 卷繞的碳纖維合成材料_機身部分之間的徑向的公差補償。在所述實施例中，橫向拼接板19通過四個相疊的板部20至23形成並且在形成橫 向接縫28的情況下將左邊的和右邊的卷繞的機身部分且尤其是碳纖維合成材料_機身部 分26、27的兩個端部24、25彼此相互連接。兩個機身部分26、27的連接在所示的實施例中 通過多個鉚接元件29實現，所述鉚接元件29以矩陣狀的方式設置成總共六個垂直於繪圖 平面延伸的列，所述鉚接元件29不僅穿過橫向拼接板19而且分別穿過兩個機身部分26、 27的兩個蒙皮30、31。在將鉚接元件29設置在左邊的機身部分26的區域中之前，板部20 至23能夠在水平延伸的雙箭頭32的方向上以彼此重疊的方式滑到右邊的機身部分27的 區域中，由此能夠補償機身部分26、27的端部24、25之間的徑向偏差33。因此，多層的柔性 構造的橫向拼接板19使得能夠直接將兩個卷繞的碳纖維合成材料_機身部分26、27連接， 該碳纖維合成材料-機身部分26、27關於其橫截面尺寸具有不可避免的且在製造中固有的 尺寸偏差。在此，為了連接右邊的機身部分27，橫向拼接板19的暫時還沒有鉚接的部分在垂 直的雙箭頭34的方向上依據徑向的補償要求而能夠上下地移動。為了使橫向拼接板19的 公差補償和可移動性更容易，不僅左邊的機身部分26而且右邊的機身部分27在兩個端部 24,25的區域中具有倒稜35、36，也就是說在內側上略微倒斜角向下延伸的邊。在完成公差 補償後，右邊的機身部分27同樣藉助於鉚接元件29與橫向拼接板19相連接。在說明書的進一步的描述中同時涉及圖4和5。圖4示出具有根據本發明構成的 橫向拼接板的機身部分的端部的立體的外部視圖，與此同時圖5示出在一側連接的橫向拼 接板的內部視圖。在圖4、5中橫向拼接板37包括三個相疊的板部38至40。橫向拼接板 37在內側與機身部分43的蒙皮42的端部41相連接，尤其是與所述蒙皮42鉚接、螺接、粘 接或者以其它方式連接。在內側以環繞著機身部分的端部的方式固定的橫向拼接板37能 夠一體地或者通過多個圓弧形的且優選彼此相互連接的部分形成。板部38至40的每個具 有多個或者大量的縱向狹縫，為了更好的觀察起見，所述狹縫中在板部38中僅縱向狹縫44 以代表其餘狹縫的方式設有附圖標記，並且在板部40中僅縱向狹縫45以代表所有其餘狹 縫的方式設有附圖標記。縱向狹縫能夠設置為均勻地彼此相間隔且越過各個板部38至40 的周邊分布。可替代地，依據橫向拼接板37的柔性要求而不均勻的間距也是可能的。所有的或者至少一部分縱向狹縫在其面向蒙皮42的一側上或者在橫向拼接板37 的遠離橫向接縫的一側上具有圓形凹槽，所述凹槽中僅位於縱向狹縫44、45中的凹槽46、 47以代表其餘凹槽的方式具有附圖標記。在橫向接縫48的區域中連接有另外的(未示出) 接合的機身部分43。縱向狹縫44中的圓形凹槽46部分地由蒙皮42(參見圖4)覆蓋。如 尤其是從圖5中看出，每個板部38至40內的縱向狹縫分別以相對於相鄰的板部38至40 中的縱向狹縫移動了長度值49、49'的方式來設置。由此，避免了縱向狹縫之間的連續的路徑並且改善了總的布置結構的壓力密封性。在縱向狹縫之間形成例如基本上為矩形狀的部 分板50、51，當橫向拼接板37在徑向方向上進行柔性的補償運動時所述部分板50、51在軸 向以相疊的方式滑動。因此，多層的且構成縱向狹縫的橫向拼接板37實現了具有異常的橫 截面尺寸的機身部分之間的公差補償。部分板50、51分別以略微弧形的方式彎曲，也就是 說分別依照著接合在一起的機身部分的彎曲來構成。在使用開頭所述的柔性的橫向拼接板的情況下的根據本發明的方法的特徵基本 上在於以下工作步驟的順序
首先，在第一方法步驟中將環繞的橫向拼接板在內側與基本上為圓筒形的機身部 分的端部的蒙皮相連接，尤其是與所述蒙皮鉚接。蒙皮的環繞邊或者稍後形成的橫向接縫 區域在此分別大概關於橫向拼接板的中心延伸。為了使所述第一機身部分與另一個接合的 機身部分之間的公差補償更容易，兩個機身部分的端部能夠在內側具有倒稜(參見圖3)。在第二方法步驟中，將待接合的機身部分推到橫向拼接板上，其中由於通過多個 相疊的且分別縱向開縫的板部而形成的橫向拼接板，關於機身部分的不同橫截面尺寸的公 差補償通過各個板部的徑向彎曲來實現。在第二方法步驟之前或者在完成第二方法步驟之 後，如有可能能夠實現附加的密封措施，例如在形成的橫向接縫區域中設置密封主體，以保 證按照所述方式和方法形成的機艙室的所要求的抗壓強度。在第三方法步驟中，在形成兩個機身部分之間的最終橫向接縫的情況下實現了接 合的機身部分與橫向拼接板的連接，尤其是通過鉚接。如有可能，尤其是接合在一起的機身部分的橫截面尺寸之間的較大的容許偏差的 情況下，在個別情況下必須設置附加的裝置用於公差補償，例如帶狀的附加元件或者能夠 硬化的塑料材料以用於在橫向接縫的區域中填充間隙。通過重複方法步驟1至3，能夠以任意的方式由多個卷繞的碳纖維合成材料-機身 部分製造成用於飛機的長的機艙室，其中關於待接合的卷繞的碳纖維合成材料-機身部分 的橫截面尺寸方面的製造精確性僅提出了相對低的要求。附圖標記列表1橫向拼接板2鉚接元件(連接元件)3 內側4蒙皮(外側)5機身部分6端部(機身部分)7 板部8 板部9 板部10縱向狹槽11縱向狹槽12縱向軸線Π 中線14橫向接縫
I5凹槽(圓形)16凹槽(圓形)17部分板
18部分板19橫向拼接板20板部21板部22板部23板部24端部(左邊的機身部分)25端部(右邊的機身部分)26機身部分(左邊)27機身部分(右邊)28橫向接縫29鉚接元件(連接元件)30蒙皮(左邊的機身部分)31蒙皮(右邊的機身部分)32雙箭頭33偏差(徑向的)34雙箭頭35倒稜(倒斜角)36倒稜(倒斜角)37橫向拼接板38板部39板部40板部41端部(機身部分)42蒙皮43機身部分44縱向狹縫45縱向狹縫46凹槽(圓形)47凹槽(圓形)48橫向接縫49長度值50部分板51部分板
權利要求
一種橫向拼接板(1、19、37)，用於在分別形成橫向接縫(14、28、48)的情況下通過連接多個機身部分(5、26、27、43)來創建飛機的機艙室，所述機身部分(5、26、27、43)尤其是以卷繞法製成為碳纖維合成材料-部分，其特徵在於，所述橫向拼接板(1、19、37)具有至少兩個相疊的板部(7至9、20至23、38至40)並且在所述板部(7至9、20至23、38至40)的每個板部中設置多個縱向狹縫(10、11、44、45)，尤其是用於在所述機身部分(5、26、27、43)之間的徑向的公差補償，並且在所述板部(7至9、20至23、38至40)中的縱向狹縫(10、11、44、45)分別以彼此相互偏置的方式設置。
2.根據權利要求1所述的橫向拼接板(1、19、37)，其特徵在於，所述的至少兩個板部(7 至9、20至23、38至40)的材料厚度優選大於所述機身部分(5、26、27、43)的所述蒙皮(4、 30,31,42)中的每個蒙皮的材料厚度。
3.根據權利要求1或者2所述的橫向拼接板(1、19、37)，其特徵在於，所述縱向狹縫(10、 11、44、45)優選以均勻地彼此相互間隔的方式設置，從而形成多個部分板(17、18、50、51)。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的橫向拼接板(1、19、37)，其特徵在於，所述板部 (7至9、20至23、38至40)通過與待接合在一起的所述機身部分(5、26、27、43)的蒙皮(4、 30,31,4 -相同的材料，尤其是通過複合材料或者通過鋁合金材料來形成。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的橫向拼接板(1、19、37)，其特徵在於，所述橫向 拼接板(1、19、37)分別通過多個連接元件，尤其是通過鉚接元件(2、29)，與所述待接合的 機身部分(5、26、27、43)的端部(6、24、25、41)相連接。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的橫向拼接板(1、19、37)，其特徵在於，所述縱向 狹縫(10、11、44、45)分別具有凹槽(15、16、46、47)，尤其是圓形凹槽。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的橫向拼接板(1、19、37)，其特徵在於，至少三個 相疊的板部(7至9、20至23、38至40)形成橫向拼接板(1、19、37)。
8.一種用於尤其是通過至少一個根據權利要求1至7中任一項的橫向拼接板(1、19、 37)將機身部分(5、26、27、43)，尤其是以卷繞法製成的碳纖維合成材料-機身部分連接以 便創建用於飛機的機艙室的方法，包括以下步驟-將所述的至少一個橫向拼接板(1、19、37)與機身部分(5、26、27、43)的一個端部(6、 24、25、41)相連接，尤其是鉚接，-將待接合的機身部分(5、26、27、43)的一個端部(6、24、25、41)推到所述的至少一個 橫向拼接板(1、19、37)上，以便在徑向方向上進行所述機身部分(5、26、27、43)之間的公差 補償，以及-將所述的至少一個橫向拼接板(1、19、37)與所述的接合的機身部分(5、26、27、43)相 連接，尤其是鉚接。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，將所述機身部分(5、26、27、43)的兩個端 部(6、24、25、41)倒稜，以使得公差補償更容易。
10.根據權利要求8或者9所述的方法，其特徵在於，在更大的尺寸偏差的情況下設有 附加的裝置用於待接合在一起的所述機身部分(5、26、27、43)之間的公差補償，尤其是帶 狀的附加元件和/或能夠硬化的塑料材料。
11.根據權利要求8至10中任一項所述的方法，其特徵在於，使用至少三個橫向拼接板 (1、19、37)用於將兩個機身部分(5、26、27、43)連接。
全文摘要
本發明涉及一種橫向拼接板(1、19、37)，其用於在分別形成橫向接縫(14、28、48)的情況下通過連接多個尤其是以卷繞法製成的碳纖維合成材料-機身部分(5、26、27、43)來製造機艙室，其中所述柔性的橫向拼接板(1、19、37)為多層的，也就是說通過多個相疊設置的板部(7至9、20至23、38至40)構成，其中所述板部(7至9、20至23、38至40)的每個具有多個縱向狹縫(10、11、44、45)，所述縱向狹縫(10、11、44、45)能夠分別以彼此不相關的方式進行略微地徑向彎曲移動，以便進行待接合在一起的所述機身部分(5、26、27、43)之間在徑向上的公差補償，在所述公差補償時產生相疊設置的所述板部(7至9、20至23、38至40)之間在所述圓筒形的機身部分(5、26、27、43)的軸向方向上的滑動，並且其中所述機身部分(5、26、27、43)的端部(5、26、27、43)在內側能夠具有倒稜(35、36)；本發明還涉及一種用於藉助於根據本發明的橫向拼接板(1、19、37)來建立兩個優選以卷繞法製成的碳纖維合成材料-機身部分(5、26、27、43)之間的連接方法。
文檔編號B64C1/00GK101842285SQ200880114437
公開日2010年9月22日 申請日期2008年10月30日 優先權日2007年10月31日
發明者安德烈亞斯·斯特凡 申請人:空中巴士營運有限公司