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Flugzeugbauelement.
Die Erfindung bezieht sich auf ein mindestens aus zwei Bauplatten bestehendes Bauelement für Flugzeuge, das sich durch besonders hohe Beul-und Biegefestigkeit bei geringstem Materialaufwand und damit niedrigem Gewicht auszeichnet.
Es ist schon bekannt, die selbsttragende Aussenhaut für Flugzeuge doppelt oder mehrwandig auszubilden und Abstandsstützen vorzusehen, welche die Wände fest miteinander verbinden. Als Abstandskörper werden hiebei U-förmige Blechstege benutzt, welche durch Nieten oder Verschweissen mit den Wänden verbunden sind.
Gemäss der Erfindung haben die Abstandsstützen eine solche Form, dass sie ausser den Druckkräften alle in der Ebene der Platten auftretenden Schub-oder Zugkräfte von der einen Platte auf die andere in schräger Richtung übertragen.
Die Form der Abstandsstützen wird zweckmässig so gewählt, dass sie bei dem idealen Schlankheitsgrad die geringstmögliche Menge an Material und damit das geringste Gewicht aufweisen. Aus diesem Grunde ergibt sich die spitze Doppelkegelform als die zweckmässigste Form zur Erreichung höchster Festigkeit bei kleinstem Gewicht.
Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass jeweils zwei Platten-oder Rohrstücke mit erhabenen krater-oder hohlkegelförmigen Durchdrückungen auf-oderineinandergelegt und an den Berührungsstellen durch Punktschweissung, Nieten oder andere Mittel miteinander verbunden sind.
Die entstehende Doppelkegelform der Verbindungsbrücken zwischen den beiden Platten, bei der in der sogenannten neutralen Biegezone kein überschüssiges Material vorhanden ist, ist die günstigste Form, um bei geringstem Gewicht das grösstmöglichste Biegemoment in allen Richtungen gleichmässig zu übertragen, weil örtlich eingeleitete Kräfte strahlenförmig auf eine grosse Fläche wirken, wozu jede Stelle der Doppelhohlkegel beiträgt.
Um die Beulsteifheit der Doppelblech oder-platten zu erhöhen, kann eine oder beide Platten in an sich bekannter Weise mit Sicken oder auch mit aufgewalzten Wulsten bzw. Rippen versehen sein.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Rippen dann, wenn die krater-oder hohlkegelförmigen Durchdrückungen in den Rippen vorgesehen da dann die Durchdrückungen wesentlich tiefer gemacht werden können als bei den einfachen, glatten Platten. Mit der Vertiefung der Durchdrückungen wächst die Bauhöhe der Doppelplatte und damit ihre Biegefestigkeit mit der dritten Potenz. Die Durchdrückungen können aber auch in den Sicken vorgesehen sein.
Es hat sich gezeigt, dass das Höchstmass an Steifheit dann erreicht wird, wenn der Abstand der beiden Bleche oder Platten voneinander in einem ganz bestimmten Verhältnis zur Blechstärke steht.
So hat sich beispielsweise bei 0,4 mm starken Einzelblechen ergeben, dass sich die Eigenschaften eines Doppelbleches nach der Erfindung bis zu einem Verhältnis der Bauhöhe zur Einzelblechstärke von 25 : 1 noch dauernd verbessern. Es kann nun der Fall eintreten, dass bei derartigen Massverhältnissen aber das Einpressen von entsprechend tiefen hohlkegelförmigen Durchdrückungen aus vielen Gründen, insbesondere wegen der begrenzten Dehnbarkeit der in Frage kommenden Werkstoffe, auf erzeugungstechnisch schwer überwindbare Schwierigkeiten stösst und sich bei manchen Baustoffen sogar als unmöglich erweist.
Gemäss weiterer erfindungsgemässer Ausführungsformen wird daher zur Behebung dieser Schwierigkeiten vorgeschlagen, bei besonders hohen Anforderungen an die Festigkeit die doppelhohlkegel- förmigen Abstandsstützen zwischen den Blechen oder Platten nicht aus diesen herauszupressen, sondern getrennt herzustellen und sie mit den Platten zu verbinden. Vorzugsweise wird dabei den Abstands-
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stützen'eine Doppelkegelform, eine Kegelform oder die Form eines Kegels mit aufgesetztem Rohr gegeben.
Auf diese Weise lassen sich die zwischen den Platten vorhandenen Stützen leicht in jeder den jeweiligen Plattenstärken und Bedürfnissen entsprechenden Höhe und Stärke ausführen, so dass auf einfache Weise bei geringstem Gewicht die optimal erreichbare Flächensteifheit des Bauelementes erreicht werden kann.
Die durch die Erfindung erreichte Widerstandsfestigkeit des Bauelementes nach allen Richtungen ist so gross, dass es ohne jede Innenversteifung in allen möglichen Verwendungsgebieten des Luftfahrzeugbaues eingeführt werden kann, beispielsweise zum Bau von Tragdecks, Holmen, Rohren aller Ausmasse usw. oder von ganzen Rümpfen ohne besondere Aussteifung. Die Bauweise nach der Erfindung entspricht dem in der Natur immer wiederkehrenden Plattenaufbau der Insektenschalen, wobei die an den hohlkegelförmigen Durchdrückungen geschaffenen Berührungspunkte den Knorpelstellen gleichkommen.
Die Ausgestaltung des Bauelementes nach der Erfindung und die Befestigung der Bleche oder Platten aneinander wird an Hand einiger auf der Zeichnung im Schnitt schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele noch näher beschrieben. Es zeigen die Fig. 1-4 verschiedene Ausführungen der doppelkegeligen Abstandsst'ützen in Form von Durchdrückungen, Fig. 5 die Anwendung der Erfindung bei einem rohrförmigen Bauteil, die Fig :
6 und 7 Massnahmen zum Verbinden der Bleche oder Platten miteinander, Fig. 8 eine andere Ausführungsform nach der Erfindung, die Fig. 9 und 10 zwei verschiedene Ausführungsbeispiele für mit Versteifungswulsten oder-rippen versehene Platten, die Fig. 1ta bis 11 e 12 und 14 verschiedene Formen getrennt einzusetzender Abstandsstützen und die Fig. 13a, 13b einige Befestigungsarten.
Nach Fig. 1 können die beiden Bleche oder Platten 1 und 2 auf ihrer ganzen Fläche in gleichmässiger oder den zu erwartenden Beanspruchungen entsprechender Verteilung hohlkegelige oder kraterförmige Durchdrückungen 3, 4 haben. Mit diesen können'sie entweder unmittelbar aufeinander gelegt und durch Schweissung, insbesondere Punktschweissung, an der Spitze miteinander verbunden werden (Fig. 4). Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, können diese hohlkegelförmigen Durchdrückungen 3,4 an ihrem
Grunde aber auch durchbohrt sein, so dass sie mit den Lochrändern aufeinander zu liegen kommen.
Die Befestigung der beiden Platten kann dann mittels durchgesteckter Nieten, die die hohlkegeligen Durchdrückungen ganz oder teilweise ausfüllen können, vorgenommen werden.
Im Flugzeug gibt es verschiedene Stellen, an denen die Nietung wegen Platzmangels auf Schwierigkeiten stösst. In einem derartigen Fall können die am Grunde durchbohrten kraterförmigen Durchdrückungen mit Metall, z. B. Silumin, ausgegossen oder ausgespritzt werden ; auch ein Ausgiessen mit einem Nichtmetall, z. B. mit armiertem Zement, ist möglich. Zweckmässig werden hiebei, wie in Fig. 6 angedeutet ist, die Hohlräume durch aufgelegte Blechdeckel 5 abgedeckt. Diese können vorübergehend durch Klebebänder 6 od. dgl. festgehalten werden, bis der Ausgiess-oder Ausspritzvorgang beendet ist.
Durch dieses Verfahren wird eine einwandfreie kraftschlüssige Verbindung hergestellt, wobei völlig glatte Oberflächen erhalten werden, so dass eine nachträgliche Bearbeitung überflüssig ist.
Gegebenenfalls können an Stelle ebener Deckel 5 auch kappenartige Deckel 7 verwendet werden, wenn die Bildung eines gegossenen oder gespritzten Kopfes 8 zur Befestigung der beiden Bleche 1 und 2 aneinander zulässig bzw. zweckmässig ist. Letzteres kann dann der Fall sein, wenn an bestimmten Stellen, beispielsweise bei besonders gedrängter Anordnung der Platten, nur eine derselben, z. B. die äussere 1, mit einer hohlkegelförmigen Durchdrückung versehen ist (Fig. 7).
Ferner kann die Verbindung der Platten an den Durchdrückungen auch durch ein Kunstharzhärteverfahren erfolgen, wie es weiter unten noch näher beschrieben wird.
Zur Erhöhung der Abscherfestigkeit können ausserdem die Löcher im Grunde der Kegel 3 und 4 verschieden gross sein, so dass beispielsweise die Lochränder der Platte 2 über die der Platte 1 greifen (Fig. 2). Die beiden Bleche 1 und 2 können auch zur weiteren Erhöhung der Beulsteifigkeit den Erfordernissen entsprechend gesickt sein, wobei die Sicken zweckmässig diagonal zu den Durchdrückungsreihen verlaufen. In Fig. 3 sind beispielsweise in der oberen Platte1 einer Sicke 9 zwischen je zwei kegelförmigen Durehdrückungen 3 zwei entsprechende Sicken 10 in der unteren Platte 2 zugeordnet. Die Anordnung der an sich bekannten Sicken kann aber auch eine andere sein.
Gemäss Fig. 9 können die Platten 1, 2 neben oder anstatt der Sicken auch aufgewalzte Rippen oder Wulste haben, die auf einer oder auf beiden Seiten der Platten liegen und beliebige geometrische Figuren bilden können. Zweckmässig bleibt jedoch mindestens die dem Luftstrom ausgesetzte Aussenfläche glatt. In Fig. 9 sind die Rippen 16, 16'und 17, 17'nur auf der Innenseite der Platten vorgesehen. Dabei sind die kegelförmigen Erhöhungen 18, 19 in den Rippen 16 bzw. 17 vorgesehen bzw. durchgedrückt. 20 sind die dabei entstehenden kraterförmigen Eindrückungen.
Durch diese Massnahme wird 'der Vorteil erreicht, dass wegen der an den Wulsten 16, 17 vorhandenen grösseren Materialdicke die kegeligen Stützen 18, 19 erheblich tiefer gezogen werden können als an den dünnen Plattenstellen, so dass der Abstand der Platten 1, 2 und damit die Festigkeit der Doppelplatte beträchtlich grösser wird.
Die Rippen 15', 17'können parallel oder in einem Winkel zu den Rippen 16, 17 verlaufen und einzeln oder zu mehreren zwischen je zwei mit Kratern 20 versehenen Rippen 16, 17 verlaufen. Sie können aber auch ebenso wie'letztere mit Durchdrückungen versehen sein.
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In Fig. 10 verlaufen beispielsweise die unter sich parallelen Rippen 16 in der oberen Platte 1 annähernd senkrecht zu den unter sich parallelen Rippen 17 in der unteren Platte 2, wobei die Krater 20 bzw. die die Abstandsstützen bildenden hohlkegelförmigen Durchdrückungen jeweils an den Kreuzungs- stellen vorgesehen sind. Auf diese Weise wird bei geringstem Materialaufwand und Gewicht der Vorteil einer Rippung nach zwei Richtungen erzielt.
In Fig. 5 ist gezeigt, auf welche Weise die Erfindung bei einem rohrförmigen Bauelement an- gewendet werden kann. Hiebei sind rohrartige Bleche 11, 12 ineinandergeschoben und auf irgendeine der oben beschriebenen Arten mit ihren hohlkegelförmigen Durchdrückungen aneinander befestigt.
Statt kreisförmiger Rohre können auch im Querschnitt tropfenförmige oder elliptische Rohre auf diese
Weise hergestellt werden, wie auch die Bauelemente nach den übrigen Figuren jede beliebige Krümmung haben können.
Ferner ist es möglich, dass die kraferförmigen Durchdrückungen an verschiedenen Stellen des
Bauelementes verschieden hoch sind. So sind beispielsweise in Fig. 8 die Durchdrückungen 13 niedriger als die Durchdrückungen H, so dass tonnen- oder linsenförmige Hohlräume 15, 15'entstehen. Dabei können entweder beide Platten 1 und 2 oder auch nur eine von ihnen gewellt sein. Beim Ausführungsbeispiel in Fig. 8 ist der verschiedene Abstand der Platten 1 und 2 an den Stellen 13 und 14 durch eine entsprechende Wellung der Platte 1 allein geschaffen.
Um bei annähernd gleich geringem Gewicht ein für die Festigkeit des Bauelementes nach der Erfindung noch günstigeres Verhältnis zwischen Bauhöhe und Einzelplattenstärke zu erreichen, können besonders hohe Abstandsstützen in gleicher oder ähnlicher Form wie nach den vorher beschriebenen Beispielen gesondert eingesetzt werden. So können gemäss Fig. Ha zwischen die Platten 1 und 2 doppelkegelförmige Abstandsstützen 23 eingefügt sein, die entweder hohle Stellen 24 und 25 haben können, so dass die Stützen die Form eines Doppelhohlkegels erhalten, erforderlichenfalls aber auch aus Vollmaterial bestehen können. Gegebenenfalls können beim dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden
Hohlräume 24 und 25 auch in der Mitte der Stütze 23 miteinander in Verbindung stehen, so dass ein eieruhrähnlicher Rotationskörper entsteht.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 11 b hat die Abstandsstütze die Form eines Kegels 26 mit aufgesetztem Rohr 27. Auch hier können die beiden Hohlräume 28, 29 miteinander in Verbindung stehen, wie die Möglichkeit besteht, erforderlichenfalls die Teile 26 und 27 ganz oder teilweise aus Vollmaterial herzustellen.
In Fig. 11e hat die Abstandsstütze die Form eines einfachen Hohlkegels 30, der gegebenenfalls in einem Hohlkegelstumpf liegen kann, wie es bei 21 gestrichelt angedeutet ist, so dass eine W-förmige
Querschnittsform entsteht.
In Fig. 12 hat die Abstandsstütze 23 die Form eines besonders schlanken, eieruhrförmigenGebildes, das, ebenso wie die übrigen Stützen in Fig. 11 a bis 11 c, auch ganz oder teilweise aus Vollmaterial bestehen kann.
Zur Erhöhung der Festigkeit der Ränder der kegeligen Stützen können diese an den Stirnseiten, mit denen sie an den Platten 1 und 2 aufliegen, mit ringförmigen Flanschen oder Wulsten 27 versehen sein, wie es in Fig. 14 beispielsweise bei einer doppelkegeligen Stütze dargestellt ist, die entweder aus Einzelkegeln 28 und 29 zusammengesetzt oder auch aus einem Stück bestehen und ganz oder teilweise hohl sein kann.
Die getrennt hergestellten Abstandsstützen, die entsprechend den zu erwartenden Bean- spruchungen auf die ganze Fläche der Doppelplatte 1, 2 verteilt sein können, werden zunächst zweckmässig auf eines der beiden Bleche oder Platten 1 oder 2 aufgesetzt und dort elektrisch verschweisst.
Darauf kann das zweite Blech auf die Abstandsstützen gelegt und durch eine elektrische Schweissmaschine an den Berührungsstellen verschweisst werden. Dieses Befestigungsverfahren ist bei allen Ausführungsformen nach den Fig. 11, 12 und 14 der Abstandsstützen möglich.
Um einen besonders innigen Verband herzustellen, können eine oder beide Platten 1, 2 Einbeulungen 24 besitzen, die in die Hohlräume der Abstandsstützen hineinragen und auf diese Weise einen weiteren Halt bieten, wie es in Fig. 13 a beispielsweise dargestellt ist.
Die Bleche 1 und 2 können aber auch Ausbeulungen 25 haben, in die erhabene Stellen 26 der Abstandsstützen eingreifen, wie in der Fig. 13b ersichtlich ist.
Ausser der Befestigung durch Schweissen kann aber auch die Verbindung der Abstandsstützen mit den Platten durch Vernieten, Verschrauben, Verlöten oder Kleben erfolgen, z. B. durch die Verwendung des an sich bekannten Kunstharzhärteverfahrens, das in der Weise erfolgt, dass beispielsweise in Fig. 13 a in die Hohlräume der Stütze durch Bohrungen in die Einbeulungen 24 oder in die Krater 3,4 in den Fig. 1 und 2 ein Kunstharzpulver eingeführt und durchwärmeeinwirkung und gegebenenfalls unter Anwendung von Druck verfestigt wird.
Es ist auch möglich, dass für bestimmte Anwendungsgebiete die beschriebenen Flugzeugbauelemente nicht nur jeweils aus zwei Blechen oder Platten'j !, 2, sondern aus mehreren Platten bestehen und dass insbesondere, z. B. bei der Flügelbauart der Flugzeuge, Hohlkörper aus solchen Bauelementen hergestellt werden, die in sich wieder durch Stützen der beschriebenen Form abgestützt sind. Gegebenen-
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falls kann der Zwischenraum zwischen den Plattenl und 2 ausserdem noch mit irgendeiner geeigneten Isoliermasse gefüllt werden, so dass gleichzeitig auch eine Wärme-oder Schallisolierung eintritt.
Die Bauplatten oder die Abstandsstützen oder beide können aus Metall, insbesondere Leichtmetall, z. B. Aluminium, Dural, Hydronalium, Elektron, Magnesiumlegierungen u. dgl., aber auch aus Nichtmetall, z. B. Kunstharz oder einem kunstharzähnlichen Baustoff, bestehen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Flugzeugbauelement aus mindestens zwei durch Abstandsstützen miteinander verbundenen Bauplatten, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsstützen eine solche Form haben, dass sie die Schub-oder Zugkräfte von einer auf die andere Platte in schräger Richtung übertragen.