Rumpfzellenstruktur eines Flugzeugs zur vereinfachten Verlegung und Befestigung von Haltern zur Befestigung von Leitungen

Die Erfindung betrifft eine Rumpfzellenstruktur eines Flugzeugs zur vereinfachten Verlegung und Befestigung mindestens eines Halters für mindestens eine Leitung, wobei die Rumpfzellenstruktur eine Vielzahl von insbesondere mit einem Aluminiumlegierungsmaterial gebildete Versteifungselemente aufweist.

In modernen Flugzeugen, insbesondere in aktuellen Typen von Passagierflugzeu- gen ist eine zunehmend größere Anzahl von Leitungen zu führen und zu befestigen. Bei den Leitungen kann es sich beispielsweise um elektrische Versorgungs- und Signalleitungen, Glasfaserleitungen, Hydraulikleitungen, Wasser- und Abwasserleitungen sowie Klimatisierungsleitungen handeln. Sämtliche Leitungen müssen im Inneren der Rumpfzellenstruktur des Flugzeugs befestigt werden.

Bekannte Ausführungsformen von Haltern für Leitungen erfordern im Allgemeinen pro Befestigungspunkt die Einbringung von bevorzugt mindestens zwei Bohrungen in ein Versteifungselement der Rumpfzellenstruktur. Bei den Versteifungselementen innerhalb der Rumpfzellenstruktur kann es sich beispielsweise um Stringer, Quer- träger oder Ringspante handeln. Durch die Vielzahl der notwendigen Bohrungen ist eine Schwächung der Rumpfzellenstruktur, die die Statik der Rumpfzelle negativ beeinflusst und die Biidung von Ermüdungsrissen im Bohrungsbereich begünstigt, in der Regel unvermeidbar. Die Summe der Bohrungen kann somit im Ergebnis zu einer unerwünschten Gewichtserhöhung der Rumpfzelle führen. Darüber hinaus erfordert jede Bohrung einen erheblichen Arbeitsaufwand. Zunächst müssen die Koordinaten der Bohrung möglichst präzise festgelegt werden, was heutzutage oftmals noch mit großformatigen und unhandlichen Schablonen erfolgt. Anschließend wird die Bohrung in der Regel manuell mit einer Handbohrmaschine eingebracht. Die entstehenden Späne werden während des Bohrvorgangs abge- saugt oder müssen im Anschluss äußerst sorgfältig entfernt werden, um späteren Scheuerstellen an den Leitungen, hierdurch bedingten Kurzschlüssen und/oder Korrosionsproblemen vorzubeugen. Erst nach einer Korrosionsschutzbehandlung der Bohrungsleibung mit einem geeigneten Kunststoff material kann der Halter für die zu befestigende Leitung in der Bohrung befestigt werden. Falsch gesetzte Bohrungen

müssen in einem aufwändigen Verfahren aus flugsicherheitstechnischen Gründen mit Nieten geschlossen werden. Inkorrekt positionierte Bohrungen in bestimmten Bereichen der Primärstruktur, beispielsweise im Kopf- oder Fußbereich eines Ringspants, erfordern darüber hinaus unter Umständen einen Austausch des betroffenen Versteifungsprofils bzw. Versteifungselements.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Rumpfzellenstruktur eines Flugzeugs so weiter zu bilden, dass sie eine erleichterte Befestigung von Haltern für Leitungssysteme und somit eine Reduzierung des Montageaufwands für die Verkabelung er- laubt, wobei die Befestigung der Leitungen innerhalb der Rumpfzellenstruktur im Wesentlichen ohne die Einbringung von Bohrungen (bohrungslos) in insbesondere tragende Versteifungselemente erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch eine Rumpfzellenstruktur mit den Merkmalen des Patent- anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass die Versteifungselemente zumindest bereichsweise mindestens eine Nut aufweisen und in der mindestens einen Nut mindestens ein Halter zur Lagefixierung mindestens einer Leitung befestigbar ist, können die für eine Verkabelung erforderlichen Leitungshalter innerhalb der erfindungsgemäß ausgebildeten Rumpfzellenstruktur bohrungslos, beispielsweise an Querträgern und Stringern bzw. Stringerprofilen, mittels einer formschlüssigen Klemmbefestigung in den Nuten festgesetzt werden. Die Nuten erlauben gleichfalls das Festsetzen der Halter für die Leitung an nahezu beliebigen Positionen entlang der Längserstreckung der Nut, wodurch die Leitungsverlegung nachträglich leichter variiert und insbesondere besser an wechselnde Kundenanforderungen angepasst werden kann.

Die erforderlichen Nuten werden bevorzugt schon während des Herstellungsprozesses der mit Aluminiumlegierungen gebildeten endlosen Versteifungselemente, die in der Rege! im Strangpressverfahren gezogen werden, eingebracht. Vor dem Einbau in der Rumpfzelle erfolgt die Ablängung der Endlosprofile. Bei den Versteifungsprofilen, Versteifungselementen bzw. den tragenden Elementen kann es sich beispielsweise um Stringer zur Verstärkung der Rumpfzellenhaut zwischen Ringspanten oder um Querträger zur Abstützung eines Fußbodengerüsts handeln. Alternativ ist es möglich, die Nut auch nachträglich spanend in die extrudierten Versteifungselemente einzubringen.

Die Lagefixierung der mindestens einen Leitung auf dem Halter kann durch separate Binder erfolgen. Alternativ kann der Halter oberseitig von vornherein zum Einrasten von Leitungen ausgestaltet sein, so dass die Leitung durch einfaches Eindrücken in den Halter auf diesem fixierbar und gegebenenfalls auch wieder lösbar ist.

Eine Weiterbildung der Rumpfzellenstruktur sieht vor, dass die Nuten in den Versteifungselementen eine umgekehrt T-förmige Querschnittsgeometrie aufweisen. Infolge der umgekehrt T-fö rmigen Querschnittsgeometrie der Nut wird ein fester Sitz der Halter erreicht, der auch die Befestigung von schweren Leitungen, wie zum Bei- spiel von Hydraulikleitungen oder Energieversorgungsleitungen erlaubt.

Die Nut weist eine im Vergleich zur Basis verjüngte Einfädelöffnung auf, die durch zwei nach innen weisende Schenkel begrenzt ist und entspricht in ihrer Gestaltung - abgesehen von den gerastert angeordneten Einfädelöffnungen - in etwa den in der zivilen Luftfahrt üblicherweise eingesetzten Sitzschienenprofilen für die Arretie- rung der Bestuhlung in der Passagierkabine.

Bei erforderlichen änderungen an der Leitungsverlegung können die Halter wieder aus der Nut gelöst und an anderer geeigneter Stelle innerhalb der Rumpfzellenstruktur erneut festgesetzt werden, wodurch sich eine große Flexibilität bei der Verkabelung ergibt.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Halter mindestens zwei unterseitig am Haiterkörper angeordnete, in die Nut einrastbare Haltefüße auf, wobei die Haltefüße mittels eines Fixierelements auseinander spreizbar sind, um einen Press- und Reibschluss mit der Nut herzustellen. Durch diese Ausgestaltung kann der Halter leicht in die Nut eingesteckt werden und anschließend durch das Einpressen des Fixierelements in diese durch einen kombinierten Form- und Reibschluss festgesetzt werden. Das Fixierelement kann beispielsweise als ein zylindrisch ausgestalteter Einpressdorn ausgestaltet sein, der beim Einpressen in den Grundkörper des Halters die Haltefüße zur Herstellung des Presssitzes auseinander spreizt. Durch die auseinander spreizbaren Haltefüße sind Einfädelöffnungen in der Nut, die im Strangpressverfahren nicht ohne weiteres herstellbar wären und zusätzliche Bearbeitungsschritte erforderten, nicht erforderlich.

Gemäß einer Weiterbildung des Halters ist das Fixierelement durch einen separaten Rastmechanismus mit dem Halter zusätzlich gegen Lösen gesichert.

Hierdurch wird das unbeabsichtigte Lösen des Halters, beispielsweise durch Vibra-

tionen oder Bewegungen der Rumpfstruktur, vermieden.

Eine weitere Ausgestaltung des Halters sieht vor, dass die Nut zur Anordnung von weiteren Funktionselementen bzw. Bauelementen, beispielsweise von quer zur Längsrichtung der Nut verlaufenden Sitzschienen oder dergleichen, durch mindestens eine Ausnehmung unterbrochen ist.

Hierdurch wird eine Anbindung weiterer konstruktiver Elemente, unbeschadet des Vorhandenseins der Nut, ermöglicht. Durch die Ausnehmungen können beispielsweise Sitzschienenprofile für die Arretierung der Bestuhlung in Passagierflugzeugen in gewohnter Weise auf den Querträgern des Fußbodengerüstes aufgelegt und befestigt werden, wobei die Querträger zumindest noch abschnittsweise Befestigungsnuten für die Leitungshalter aufweisen und somit weiter zur Befestigung von Leitungen herangezogen werden können.

Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine Leitung direkt auf dem Halter befestigbar.

Hierdurch ist ein konstruktiv einfacher Aufbau des Halters gewährleistet, der bevorzugt mit einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff material gebildet ist. In Verbindung mit den industriell im Strangpressverfahren endlos herzustellenden Ver- steifungsprofilen ergibt sich ein hochflexibles sowie zeit- und kostensparendes Leitungskonzept für die Verlegung und Lagefixierung von Leitungen aller Art in Rumpfzellen von Flugzeugen. Grundsätzlich sind mittels der erfindungsgemäßen Halteranordnung Leitungen aller Art, insbesondere auch schwerere Leitungen sowie Leitungen mit größeren Querschnittsabmessungen, wie beispielsweise elektrische Generatorleitungen oder Abwasser- und Klimatisierungsleitungen befestigbar.

Nach einer weiteren Ausgestaltungsvariante ist auf dem Halter mindestens ein Funktionsträger zur Fixierung mindestens einer Leitung durch Aufrasten befestigbar. Hierdurch wird es möglich, einen als Grundkörper ausgebildeten Halter zur Befesti- gung einer großen Vielzahl von unterschiedlichen Leitungstypen durch lediglich den Austausch des Funktionsträgers auszubilden und die Anzahl der vorzuhaltenden Halter für eine große Anzahl von Leitungsvarianten, wie zum Beispiel elektrische Versorgungs- oder Steuerleitungen, Glasfaserleitungen, Hydraulikleitungen oder Klimatisierungsleitungen zu verringern.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Rumpfzellenstruktur sind in den weiteren Patentansprüchen dargelegt.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 Eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes einer Rumpfzellenstruktur eines Flugzeugs mit einer fixierten Leitung,

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung durch den mittleren Stringer der Fig. 1 mit einem dahinter liegenden Ringspantausschnitt,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Querträgers mit einer Vielzahl von Nuten zur Befestigung der Halter, und

Fig. 4 eine Draufsicht auf zwei Querträger nach Maßgabe der Fig. 3 mit aufliegenden Sitzschienenprofilen.

In der Zeichnung weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils die gleiche Bezugsziffer auf.

Die Fig. 1 zeigt einen perspektivischen Ausschnitt einer Rumpfzellenstruktur eines Flugzeugs.

Eine Rumpfzellenstruktur 1 eines nicht dargestellten Flugzeugs umfasst unter anderem eine Rumpfzeilenhaut 2 mit darauf angeordneten Stringern 3 bis 5 als (Längs-) Versteifungselemente 6. Die Stringer 3 bis 5 weisen jeweils eine in etwa Z-förmige Querschnittsgeometrie auf. Quer zu den Stringern 3 bis 5 verläuft ein Ringspant 7 als ein weiteres (Quer-)versteifungselement 8 der Rumpfzellenstruktur 1. Der Ringspant 7 weist eine im Wesentlichen T-förmige Querschnittsgeometrie mit einem im Kopfbereich unter einem Winkel von 90° abgewinkelten Flansch auf. In Kopfberei- chen 9 bis 11 der Stringer 3 bis 5 verlaufen jeweils in Längsrichtung der Stringer 3 bis 5 die Nuten 12 bis 14, in denen Halter 15 bis 17 zur Fixierung einer Leitung 18 festgesetzt sind. Grundsätzlich können die Nuten 12 bis 14 auch außerhalb der Kopfbereiche 9 bis 1 1 angeordnet sein, solange die Anbindung der Stringer 3 bis 5 an die Rumpfzellenhaut 2 sowie weiterer Komponenten hierdurch nicht beeinträch- tigt ist. Alternativ können die Stringer 3 bis 5 auch eine ω-förmige Querschnittsgeometrie aufweisen.

Die Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Querschnittsdarsteliung des linken Stringers in der Fig. 1 mit einem dahinter verlaufenden Ringspant.

In der im Kopfbereich 9 des Stringers 3 verlaufenden Nut 12 ist der Halter 15 fixiert. Die Nut 12 weist - wie die übrigen Nuten auch - eine umgekehrt T-förmige Querschnittsgeometrie auf. Der Halter 15 ist mit zwei unterseitig angeordneten Haltefüßen 19,20 ausgestattet, die mittels eines Fixierelementes 21 nach außen aufspreiz- bar sind, um einen Press- und Reibschluss mit der Nut 12 herzustellen und hierdurch den Halter 15 an der beabsichtigten Position auf dem Stringer 3 festzusetzen. Das Einpressen des beispielsweise zylinderförmig ausgestalteten Fixierelements 21 (Einpressdorn) erfolgt in Richtung des Pfeils 22. Um ein unbeabsichtigtes Lösen des Halters 15 zu verhindern, verrastet das Fixierelement 21 in der dargestellten Position mit dem Halter 15. Anstatt des Fixierelements 21 kann beispielsweise auch ein Schraubelement zur Fixierung des Halters 15 in der Nut 12 vorgesehen sein. In einem oberen Bereich weist der Halter 15 eine ω-förmig ausgebildete Gabel zur bevorzugt rastenden Aufnahme der Leitung 18 auf. Alternativ kann die Leitung 18 auch mittels zusätzlicher Kabelbinder oder vergleichbarer Mittel auf dem Halter 15 fixiert werden. Der Halter 15 kann einstückig mit einem faserverstärkten, bevorzugt thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildet sein,

In einer in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsvariante ist eine zweiteilige Ausbildung des Halters für die Leitungen vorgesehen. In dieser Konstellation um- fasst der Halter einen Grundkörper mit wiederum unterseitig - entsprechend zur Darstellung der Fig. 2 - ausgebildeten Haltefüßen, die in die Nut 12 des Stringers 3 einbringbar und darin unter Schaffung eines zumindest bereichsweisen Formschlusses einklemmbar sind. Auf den Grundkörper des Halters ist ein so genannter Funktionsträger bevorzugt aufrastbar, der an den jeweils zu fixierenden Leitungstyp und/oder die Anzahl der zu befestigenden Leitungen individuell angepasst ist. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, mit ein und demselben Grundkörper des Halters eine größere Anzahl von unterschiedlichen Leitungsarten zu fixieren und gleichzeitig die Anzahl der vorzuhaltenden Haltertypen zu begrenzen.

Die Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung durch einen Querträger für ein Fußbodengerüst in einem Passagierflugzeug mit einer Vielzahl von Nuten zur Befestigung mehrerer Halter.

Ein Querträger 23 als ein Versteifungselement 24, insbesondere zur Abstützung eines Fußbodengerüstes innerhalb einer Rumpfzellenstruktur eines Passagierflugzeugs, weist eine im Wesentlichen T-förmige Querschnittsgeometrie auf. An einem oberen Ende eines senkrecht verlaufenden Steges 25 schließen, jeweils symmet- 5 risch zueinander ausgestaltet, ein linker und ein rechter Kopfflansch 26,27 an, während an einem unteren Ende des Steges 25 an diesen ein Fußflansch 28, unter einem Winkel von 90° auf der rechten Seite des Steges anschließt. Sämtliche Flansche 26 bis 28 weisen jeweils bevorzugt dieselbe Breite auf. Erfindungsgemäß sind in jeweils eine Ober- und eine Unterseite der beiden Kopfflansche 26,27 Nuten 29o bis 32 eingebracht. In den Fußftansch 28 ist unterseitig eine weitere Nut 33 eingelassen. Die Nuten 29 bis 33 weisen wiederum eine umgekehrt T-förmige Querschnittsgeometrie auf (vgl. Stringer in Fig. 1 ,2), um die vier Halter 34 bis 37 darin befestigen zu können. Die endgültige Anzahl und Anordnung der Nuten 29 bis 33 im Bereich des Querträgers 23 variiert in Abhängigkeit vom Anwendungsfall. 5

Die konstruktive Detaitausgestaltung der Befestigung der Halter 34 bis 37 in den Nuten 29 bis 33 ist aus Gründen der besseren übersicht nicht näher dargestellt, entspricht in ihrem konstruktiven Aufbau aber der in den Fig. 1 , 2 dargestellten und beschriebenen Befestigung der Halter 15 bis 17 in den Stringern 3 bis 5 mittels ei-o nes kombinierten Press- und Reibschlusses, der durch das Aufspreizen von mindestens zwei unterseitig am Halter ausgebildete Haltefüße innerhalb der Nut durch das Eintreiben eines Spreizdorns als Fixierelement bewirkt wird.

Im Unterschied zur Ausgestaltung nach Maßgabe der Nuten in den Fig. 1 ,2 sind die5 oberen Nuten 29 und 30 mit Ausnehmungen, von denen lediglich eine Ausnehmung 38 eine Bezugsziffer trägt, versehen, um die Anbindung von weiteren Funktionselementen bzw. Bauelementen, wie zum Beispiel Sitzschienenprofilen (nicht gezeigt in der Fig. 3, vgl. jedoch Fig. 4) oder dergleichen nicht zu beeinträchtigen. In den Haltern 34 bis 37 sind jeweils Leitungen bzw. Leitungsbündel 39 bis 42 geführt undo befestigt, wobei die Leitungen 39 bis 42 jeweils unter einem Winkel von etwa 90° in Bezug auf eine Längsachse des Querträgers 23 verlaufen. Hinsichtlich der Ausführung der Befestigung der Leitungen 39 bis 42 in den Haltern 34 bis 37 kann auf die im Rahmen der Beschreibung der Befestigung der Leitung 18 in den Haltern 15 bis 17 in den Fig. 1 ,2 weiter oben verwiesen werden. 5

Um eine unterseitige Durchführung der Leitung 40 durch den Steg 25 des Querträgers 23 zu ermöglichen, weist dieser eine Durchführung 43 auf, die im Anschluss an den Extrusionsprozess beispielsweise durch spanende Bearbeitung im Querträger hergestellt wird. Die Ausnehmungen in den Nuten 29 bis 33 können beispielsweise durch Fräsen hergestellt werden, wenn eine integrale Herstellung bereits während des Strangpressprozesses des Querträgers 23 nicht möglich ist.

Die Halter 34 bis 37 können einstückig oder zweiteilig ausgebildet sein. Im Fall von zweiteilig ausgestalteten Haltern 34 bis 37 bestehen diese jeweils aus einem Grund- körper, der in den Nuten 29 bis 33 durch Verklemmen mittels Presssitz unter Schaffung eines zumindest bereichsweisen Formschlusses in der beschriebenen Art befestigbar ist. Auf die Grundkörper wird dann jeweils ein Funktionsträger aufgerastet, der individuell an den zu befestigenden Leitungstyp angepasst ist und mit dem die Leitung in ihrer Lage fixiert wird.

Die Fig. 4 veranschaulicht ferner eine Draufsicht auf zwei entsprechend der Fig. 3 ausgestaltete Querträger mit aufliegenden Sitzschienenprofilen. Zwei, jeweils entsprechend der Darstellung der Fig. 3 ausgebildete Querträger 44,45 als Versteifungselement 46 weisen eine Vielzahl von Nuten mit darin befestig- ten Haltern auf, von denen lediglich eine Nut 47 und ein Halter 48 mit einer darin aufgenommenen Leitung 49 eine Bezugsziffer tragen. Im Bereich von insgesamt vier Ausnehmungen, von denen eine Ausnehmung 50 repräsentativ für die übrigen mit einer Bezugsziffer versehen ist, sind die im Kopfbereich der Querträger 44,45 eingebrachten Nuten unterbrochen. In den Ausnehmungen liegen zwei, quer zu den Querträgern 44,45 verlaufende Sitzschienenprofile 51 ,52 auf den Querträgern 44,45 auf und bilden einen Teil eines nicht vollständig dargestellten Fußbodengerüstes 53 zur Auflage von gleichfalls nicht dargestellten Fußbodenplatten in einem Passagierraum eines Flugzeugs.

Mittels der erfindungsgemäß ausgestalteten Rumpfzeilenstruktur 1 zur erleichterten Befestigung von Haltern für Leitungen aller Art, insbesondere im Bereich von Strin- gern und Querträgern von Fußbodengerüsten, ist eine Befestigung der für große Teile der Verkabelung erforderlichen Halter weitgehend ohne die Notwendigkeit der Einbringung von Löchern mögfich. Die entstehenden Leitungsführungen können darüber hinaus durch einfaches Lösen und Verschieben von einzelnen Haltern oder

ganzer Gruppen von Haltern in den Nuten schnell an sich verändernde Verlegeanforderungen angepasst werden.

Bezugszeichenliste

1 Rumpfzellenstruktur

2 Rumpfzellenhaut 3 Stringer

4 Stringer

5 Stringer

6 Versteifungselement

7 Ringspant 8 Versteifungselement

9 KopfbereicrT

10 Kopfbereich Stringer

11 Kopfbereich

12 Nut 13 Nut

14 Nut

15 Halter

16 Halter

17 Halter 18 Leitung

19 Haltefuß

20 Haltefuß

21 Fixierelement

22 Pfeil 23 Querträger

24 Versteifungselement

25 Steg

26 linker Kopfffansch

27 rechter Kopfflansch 28 Fußflansch

29 Nut ]

> Kopfflansch

30 Nut J

31 Nut]

> ^■ Kopfflansch

32 Nut J 33 Nut (Fußflansch)

34 Halter (linker Kopfflansch Oberseite)

35 Halter (linker Kopfflansch Unterseite)

36 Halter (Fußflansch)

37 Halter (Fußfiansch)

38 Ausnehmung (Kopfflansch) 39 Leitung

40 Leitung

41 Leitung

42 Leitung

43 Durchführung (Steg) 44 Querträger

45 Querträger

46 Versteifungselement

47 Nut

48 Halter 49 Leitung

50 Ausnehmung

51 Sitzschienenprofil

52 Sitzschienenprofif

53 Fußbodengerüst