CH647833A5

CH647833A5 - Zug-druck-strebe z.b. fuer fachwerkgerueste.

Info

Publication number: CH647833A5
Application number: CH5019/80A
Authority: CH
Inventors: Horst Dr Wurtinger; Jochen Glissmann; Herbert Dr Heissler
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1979-06-30
Filing date: 1980-06-30
Publication date: 1985-02-15
Also published as: GB2054083B; GB2054083A; DE2926493C2; DE2926493A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strebe gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei dem durch die DE-PS 2 146 783 bekannten Längszug-Längsdruck-Bauteil dieser Art muss über den zylindrischen Teil der Bewicklung mit relativ grossem Wickelwinkel gewik-kelt werden, weil über die Rundung bzw. geodätische Polkap-penfläche gewickelt wird und ausserdem der Aussenzapfen vorhanden ist. So ist die Festigkeit der Fasern bei Längszug-und Längsdruckbeanspruchung des Längszug-Längsdruck-Bauteils relativ weniger ausgenutzt und ferner die Steifigkeit der Bewicklung nicht optimal. Der Kern ist ein Vollkern und besteht zur Erzielung eines möglichst leichten genannten Längszug-Längsdruck-Bauteils aus Schaumstoff. Der Kern ist bei Längszug- und Längsdruckbeanspruchung des Längszug-Längsdruck-Bauteils nicht an der Kraftaufnahme beteiligt.

Es ist ferner durch die DE-AS 1 188 793 ein innendruckfe-stes Rohr mit Endflanschen und aus einer auf einem nicht faserverstärkten Kunststoffkernrohr befindlichen Bewicklung bekannt. Diese besteht aus Umfangsfasern zur Aufnahme des Innendrucks und aus Längsfasern, die an den Endflanschen um Stifte geführt sind. Das Rohr wird nur durch den Innendruck beansprucht, nicht durch Längszug und nicht durch Längsdruck. Es handelt sich nicht um eine Strebe, erst recht nicht um eine Längszug-Längsdruck-Strebe. Erst bei erhöhtem Innendruck tritt eine Zugbeanspruchung der Längsfasern auf. Der Längsfaden mit seinem sehr kleinen

Wickelwinkel erfährt durch einen Stift des Kranzes eine Richtungsänderung zu einem einige Stifte weiter befindlichen Stift dieses Kranzes, um welchen Stift er zum anderen Endflanschgebiet zurückführt. Bei diesen Radialstiften und den vorgesehenen Fadenauflagen im Umlenkgebiet ist die Fadenumlenkung recht scharf, trotz aufwendiger Milderungsmittel (u.a. zwei Stiftkränze je Rohrende mit Stiften auf Lücke), so dass die zulässige Zugspannung der Fasern relativ klein ist. Dies genügt hier auch, denn der Innendruck wird zum wesentlichsten Teil von den Umfangsfasern aufgenommen.

Aufgabe gemäss der Erfindung ist es, die Strebe anfangs genannter Art so weiterzuentwickeln, dass grössere Längsspannungen im Faserverbundwerkstoff zulässig sind und sie grösseren Längszug und -druck aufnehmen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäass durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Längszug wird hier durch die Bewicklung oder durch diese und das Kernrohr, der Längsdruck durch das Kernrohr und die Bewicklung aufgenommen. Es wird im Gegensatz zu dem bekannten Längszug-Längsdruck-Bauteil und zu dem bekannten Flanschrohr bei dieser Strebe der Kern bzw. ein Kernrohr bei Längsbeanspruchung der Strebe zur Kraftaufnahme mit herangezogen, wobei das Kernrohr faserverstärkt, dessen Kraftaufnahmefähigkeit also relativ gross ist. Es sind grössere Zugspannungen im Faserverbundwerkstoff bzw. in der Bewicklung trotz der Rundung und des Aussenzapfens zulässig, weil Längsfasern verwendet werden und diese durch Stifte vorbei am Aussenzapfen umgelenkt sind und dabei die Stifte schräg nach aussen gerichtet sind, wodruch der Umlenkwinkel am Stift und somit die dortige Scherbeanspruchung des Längsfadens relativ klein ist, kleiner als bei Radial- oder Axialstiften, und die schrägen Stifte auf der Rundung vorgesehen sind; je grösser die Rundung bzw.

deren Radius im Stiftgebiet ist, desto höher kann die Längsfaser in Längsrichtung belastet werden. Die Zugfestigkeit der Längsfasern ist also sehr hoch ausnutzbar. Zwischen dem Rundungsteil der Bewicklung und der Rundung ist Formschluss in Längsrichtung vorhanden, weil die Fasern bei Längszug an den schrägen Stiften und der Rundung hängen. Die Rundung und die auf ihr vorgesehenen, schrägen Stifte sind gut geeignet zur fertigungs-technisch günstigen Umlen-kung der Längsfäden beim Bewickeln. Die Längsfäden können dabei nicht von den Stiften abrutschen. Dies gilt auch bei Längszugbelastung der Strebe. In beiden Fällen nehmen die schrägen Stifte die seitlich auf die Längsfäden wirkenden Kräfte auf. - Die Bewicklung kann also grösseren Längszug aufnehmen. Durch das Kernrohr darf dieser noch grösser sein. Es sind auch durch die Längsfasern grössere Druckspannungen im Faserverbundwerkstoff bzw. in der Bewicklung zulässig. Die Bewicklung kann also auch grösseren Längsdruck aufnehmen. Durch das Kernrohr darf auch dieser noch grösser sein. Ferner ist die Steifigkeit der Strebe oder der Bewicklung grösser als im Fall des bekannten Längszug-Längsdruck-Bauteils. - Durch die Erfindung ist also eine hohle, leichte Längszug-Längsdruck-Strebe geschaffen, die sehr hohen Anforderungen gerecht wird, und die Erfindung erfordert trotzdem relativ wenig Aufwand.

Vorteilhafte Ausbildungen und Weiterbildungen der Erfindung sind aus abhängigen Ansprüchen ersichtlich. Im Anspruch 2 ist ein im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe besonders günstiger Winkelbereich bzw. Winkel für den schrägen Stift genannt. Bezüglich der Anordnung der schrägen Stifte wird im allgemeinen gemäss dem Anspruch 3 vorgegangen. Jener einzige Schrägstiftkranz je Ende genügt und ist einfach. Das Kennzeichen des Anspruchs 4 bringt einen noch grösseren zulässigen Längszug; die schrägen Stifte und die Stiftabstützumfangsfasern reichen radial im allge2

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meinen bis fast zum Aussendruchmesser des zylindrischen Teils der Bewicklung.

Die Verstärkungsfasern der erfindungsgemässen Strebe sind insbesondere Kohlenstoffasern. Genannte Längsfasern sind in Form einer Längsfadenlage oder mehrerer, radial unmittelbar aufeinanderfolgender Längsfadenlagen vorgesehen, genannte Umfangsfasern in der gleichen Art. Auch abwechselnde Anordnungen sind vorteilhaft.

Die Dicke der Bewicklung ist im allgemeinen grösser als die Dicke des Kernrohrs, z.B. etwa doppelt so gross.

Die erfindungsgemässe Strebe kann als leichter Stab oder leichtes Stabelement z.B. für Fachwerkgerüste - beispielsweise eine Weltraumstrukturplattform -, Steuergestänge im Flugzeug- und Fahrzeugbau oder eine Struktur im Satelliten-und Raketenbau angwendet werden.

Der Erfindungsgegenstand wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt der erfindungsgemässen Strebe, und zwar gegen das eine Ende hin und dieses Ende selbst,

und

Fig. 2 einen Ausschnitt A dieses Endes vergrössert.

Die Strebe besteht aus einem zylindrischen Kernrohr 10, je einer im Querschnitt kreisrunden Zugkappe 11 an jedem Ende, einer zylinderrohrförmigen Bewicklung 12 (Aussen-rohr) und je einer im Querschnitt kreisrunden Druckkappe 13 und je einem Gelenkstangenkopf 14 an jedem Ende. Das Kernrohr 10 und die Bewicklung 12 bestehen aus faserverstärktem Kunstharz. Die Bewicklung hat einen Aussendurch-messer von etwa 50 mm; ihre Länge beträgt z.B. 220 mm, 400 mm oder 1000 mm.

Das Kernrohr 10 ist auf einem nicht dargestellten Wickeldorn hergestellt (gewickelt) und besteht aus einer Lage aus Längsfasern (UD[Unidirektional]-Gewebe zur Zug- und Drucklastaufnahme) und einer diese Lage umgebenden Lage aus Umfangsfasern. Die Wanddicke des Kernrohrs 10 beträgt 0,5 mm. Jede Zugkappe 11 weist einen aussen zylindrischen Innenzapfen 15 auf, dessen Aussenradius um die Wanddicke des Kernrohrs 10 kleiner ist als der Radius des zylindrischen Aussenumfangs der Zugkappe 11 zwischen dem Absatz 16 und dem Beginn der Rundung 17 der Zugkappe 11. Das Kernrohr 10 befindet sich an jedem Ende bis zum Absatz 16 auf dem Innenzapfen 15 und ist mit dem Innenzapfen 15 verklebt.

Die Rundung 17 ist im dargestellten Längsschnitt kreisförmig, und ihr Radius beträgt etwa Vö des Aussendurchmes-sers des aussen zylindrischen Teils 18 der Zugkappe 11, also

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etwa 8 mm. Die Rundung 17 geht in eine Steilkegelfläche 19 über, die mit der am dargestellten Strebenende axial nach aussen weisenden Längsrichtung 23 (auf der Achse 20 des Kernrohrs 10) einen stumpfen Winkel bildet. Fest in der Polkappe 21 des Zugkappe 11 befinden sich gerade, metallische Stifte 22, die in Form eines einzigen Kranzes je Ende angeordnet sind und schräg nach aussen gerichtet sind, d.h. der Winkel a zwischen dem Stift 22 und der genannten Längsrichtung 23 am dargestellten Strebenende beträgt etwa 30°. Die Stifte 22 sind auf der Rundung 17 näher dem radial inneren Ende der Rundung 17 als dem radial äusseren Ende der Rundung 17 vorgesehen. Die Zugkappe 11 weist einen Aussenzapfen 24 auf.

Die Bewicklung 12 ist auf der aus dem Kernrohr 10 und den Zugkappen 11 bestehenden Einheit hergestellt (gewik-kelt) und besteht aus einer Lage 25 aus Längsfasern (Rovings) und einer die Lage 25 umgebenden Lage 26 aus Umfangsfasern. Der Wickelwinkel der Längsfasern ist sehr klein oder gleich Null (parallel zur Achse 20). Die Dicke des zylindrischen Teils der Bewicklung 12 beträgt 1,0 mm. Die Längsfäden der Bewicklung 12 sind durchgehend über die Rundung 17 und um die Stifte 22 gewickelt, wobei der Längsfaden um einen Stift führt und dann dicht am Aussenzapfen 24 vorbei - siehe die Längsfädenabschnitte 27 - zu einem anderen Stift 22 führt, um den herum er zurück zu der Rundung 17 und den Stiften 22 der anderen Zugkappe 11 führt. Zur Abstützung der Stifte 22 dienen die Umfangsfasern 26 im Zwickel 28. Die Druckkappe 13 ist auf den Aussenzapfen 24 bis an eine gehärtete Vergussmasse 29 geschraubt. Ein Hohlzylinderteil 30 der Druckkappe 13 ist mit dem Ende des zylindrischen Teils der Bewicklung 12 verklebt.

Der Gelenkstangenkopf (oder Gelenkkopf) 14 ist durch die Zugkappe 11 geschraubt und mit dem Aussenzapfen 24 durch eine Mutter 31 verspannt. Die Krafteinleitungselemente, d.h. die Zugkappen 11 und die Druckkappen 13, bestehen aus Metall, insbesondere Leichtmetall, z.B. Aluminium.

Die Zugfestigkeit des Faserverbundwerkstoffs der Bewicklung und des Kernrohrs ist grösser als die Druckfestigkeit dieses Werkstoffs. Im Fall dieses Ausführungsbeispiels ist sie um 50% grösser; die Höchstzugkraft ist gleich der Höchstdruckkraft, bzw. das Produkt aus der Zugfestigkeit und dem Querschnitt der Bewicklung 12 (bei angenommen nicht zugbelastetem Kernrohr 10) ist gleich dem Produkt aus der Druckfestigkeit und dem Querschnitt der Bewicklung 12 und des Kernrohrs 10

(Pzug max — Püruck max — CFZug • Fl2 + io)

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

647833 PATENTANSPRÜCHE

1. Strebe für Längszug und -druck, die eine rohrförmige Bewicklung aus Verstärkungsfasern in Kunststoff auf einem Kern aufweist, mit je einer an jedem Ende vorgesehenen, gerundeten, einen zentralen Aussenzapfen (24) aufweisenden Kappe (11), auf deren Rundung (17) die Bewicklung endet und die als Zugkappe dient, und mit je einer auf dem Aussenzapfen (24) befestigten Druckkappe (13), die den Rundungsteil der Bewicklung umgibt, wobei der Kern ein Rohr (10) aus faserverstärktem Kunststoff ist, das jeweils auf einem Innenzapfen (15) der Zugkappe sitzt, dadurch gekennzeichnet, dass eine von jeder Zugkappe (11) gebildete Polkappe (21) einen Kranz schräg nach aussen gerichteter, mit der Polkappe (21) fest verbundener Stifte (22) aufweist, dass die Bewicklung (12) Längsfasern (25) aufweist, die derart über die Polkappe (21) unter Benutzung der Stifte (22) als Umlenkmittel geführt sind, dass auch über die Polkappe (21) ein kraftübertragender Formschluss erzielt wird, und dass der durch die Stifte (22) bedingte Ringraum zwischen dem Polkappenteil der Bewicklung (12) und der Druckkappe (13) druckfest ausgefüllt ist.

2. Strebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) jeweils zwischen den schrägen Stiften (22) und der Längsrichtung (23) der Strebe 45° bis 15°, insbesondere etwa 30°, beträgt.

3. Strebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schrägen Stifte (22) in Form eines einzigen Kranzes auf der Rundung (17) angeordnet sind.

4. Strebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum zwischen der Polkappe (21), der Bewicklung (12) und den Stiften (22) einerseits und der Druckkappe (13) andererseits mit einer erhärteten Vergussmasse (29) ausgefüllt ist.

5. Strebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewicklung (12) von den schrägen Stiften (22) der einen (11) bis zu denen (22) der anderen Zugkappe (11) Umfangsfasern (26) aufweist, die um die Längsfasern (25) gewickelt sind.