In der vorliegenden Arbeit wurde das Strukturelle Konzept des Zeppelin NT untersucht und an den Schlüsselstellen gezielt Schwerpunkte gesetzt, welche genauer behandelt wurden. Zunächst wurde im ersten Schritt die Tragstruktur genauer untersucht, wobei die derzeit vorherrschende Schweißkonstruktion der Längsträger als sowohl fertigungskritisch als auch gewichtssuboptimal identifiziert wurde. Die Längsträger, an welche die aerodynamische Hülle direkt angebunden wird, weisen je nach betrachteter Position auf der Längsachse unterschiedliche Krümmungsradien auf, was die derzeit eingesetzten unterschiedlichen Sektionen erklärt. Durch den Einsatz von segmentweise geraden Tragstrukturen konnte die Anzahl an unterschiedlichen Segmenten drastisch reduziert werden, wobei dadurch allerdings speziell in vorderen Bereich ein Problem mit der Anbindung der Hüllmembran bestand. Die Forderung der Darstellung einer aerodynamisch optimalen Außenkontur bedingte die Untersuchungen zu unterschiedlichen Anbindungsmöglichkeiten an die segmentweise geraden Träger. Simulationsmodelle bildeten die Grundlage für diese Untersuchungen, wobei reale Lastkollektive als Referenz dienten, um die vorherrschenden Spannungen bzw. Verschiebungen der einzelnen Konzepte unter der Restriktion einer maximal zulässigen Verformung bestimmen zu können. Ein weiterer Schritt zur Verbesserung der Längsstruktur und zum Reduzieren des Gewichtes ist der Ersatz der Schweißverbindungen durch alternative, leichtere Fügemethoden. Aus diesem Grund wurden alle grundsätzlich denkbaren Methoden zunächst theoretisch evaluiert, bevor die vielversprechendsten Methoden in statischen und dynamischen Untersuchungen genauer untersucht wurden. Die Verklebung wurde dabei als vielversprechendster Ersatz der Schweißverbindung identifiziert. Neben diesen Verbindungsstellen wurden auch noch andere kritische Lasteinleitungsstellen am Zeppelin NT untersucht, indem zunächst die derzeitig vorhandenen Konfigurationen betrachtet und daraus andere Möglichkeiten abgeleitet und bewertet wurden. Diese Bewertung erfolgte abermals sowohl theoretisch durch den Einsatz verschiedener Rechen- und Simulationsmodelle als auch experimentell anhand von Komponententests. Hierbei bildete die Lochleibungsproblematik einen zentralen Arbeitsschwerpunkt, da in den meisten Fällen derzeit Bolzen dazu verwendet werden, um Lasten in ebene oder gekrümmte Strukturen einzuleiten. Detailliert wurde hierbei der Einfluss der Geometrie (Randabstand, etc.), des Lagenaufbaus und unterschiedlicher Umweltbedingungen bei der Lasteinleitung in ein CFK-Schichtlaminat mittels Bolzenverbindung untersucht. Die Lasteinbringung in Sandwichstrukturen, wie sie beispielsweise bei den Steuerflächen des Zeppelins NT eingesetzt werden, stellte einen weiteren Schwerpunkt dar, wobei der Einfluss unterschiedlicher Insertgeometrien evaluiert wurde. Doppelt geschäftete in-situ eingebrachte Insert stellten hierbei das Optimum dar. Als übergeordnete Aufgabe zur Sicherstellung der Qualität der Komponenten und der Funktion der Gesamtstruktur wurden abschließend diverse zerstörungsfreie Untersuchungsmethoden evaluiert. Nach einer theoretischen Betrachtung wurden die vielversprechendsten Methoden zum Einsatz bei Luftschiffstrukturen identifiziert und mit experimentellen Untersuchungen evaluiert. Dabei wurde speziell auf die Anforderungen im Luftschiffbau (schnelle Charakterisierung, einfach Auswertung, großflächige Strukturen, unterschiedliche Materialien, ...) geachtet. Ebenso wurde auf die Einsetzbarkeit dieser Prüfsysteme in den unterschiedlichen Stadien der Gesamtprozesskette Wert gelegt. Diese Untersuchungen unterstreichen das große Einsatzpotential von thermographischen und akustischen Methoden. Zusammenfassend zeigten alle Untersuchungen, dass an vielen Stellen sowohl gewichtsspezifisch, als auch fertigungstechnisch durch den Einsatz neuer Technologien großes Verbesserungspotential besteht, um Luftschiffe in Zukunft noch leichter und leistungsfähiger gestalten zu können. Hierbei hat sich gezeigt, dass die erarbeiteten Bauweisen (Membranstrukturen, Fachwerkstrukturen) direkt für zukünftige Luftschiffentwicklungen übernommen werden können. Die verwendeten Rechenmodelle können ebenfalls direkt in die Entwicklung zukünftiger Luftschiffmodelle einfließen, die entsprechenden experimentellen Untersuchungen werden von Zeppelin Luftschifftechnik GmbH (ZLT) darüber hinaus für die Auslegung zukünftiger Luftschiffmodelle verwendet. Weiterhin sollen Teile dieser Ergebnisse von ZLT für das Handbuch Faserverbund Flugzeuge (HFF) übernommen werden. Das entwickelte Prozessüberwachungsverfahren konnte im Labor erfolgreich getestet werden. Zur Verwendung an einem großen Bauteil, wie zum Beispiel einem kompletten Fachwerkträger, sind weitere Untersuchungen, insbesondere bezüglich der Störanfälligkeit, notwendig (Zeithorizont: 5 Jahre).
ProKnoS - Ganzheitliche Prozessgestaltung für werkstoffhybride Knotenstrukturen. Teilvorhaben 2. Abschlussbericht
2010
194 Seiten, 142 Bilder, 38 Tabellen, 50 Quellen
Report
German
Prozessgestaltung , Hybridverbundwerkstoff , Knotenfestigkeit , Luftschiff , Tragwerk , Schweißkonstruktion , Längsträger , Krümmungsradius , Aerodynamik , äußere Oberfläche , Simulationsmodell , kollektive Belastung , Verformungsverhalten , Gewichtsverlust , mathematisches Modell , Lochleibung , Umweltbelastung , kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff , Schichtverbundwerkstoff , Sandwich-Bauweise , zerstörungsfreie Prüfung , experimentelle Untersuchung , Membranstruktur , Fachwerk , Dimensionierung , Prozessüberwachung , Kleben (Verbinden)
Ganzheitliche Prozeßgestaltung und Führen mit Zielen
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|Prozeßgestaltung im Arbeitszeitmanagement
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