CH647833A5

CH647833A5 - TRAIN-PRESSURE STRUT e.g. FOR SPECIALIZED SCAFFOLDINGS.

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: GB2054083A; DE2926493A1; DE2926493C2; GB2054083B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strebe gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a strut according to the preamble of claim 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. In the longitudinal tensile longitudinal pressure component of this type known from DE-PS 2 146 783, the cylindrical part of the winding must be wound with a relatively large winding angle, because winding is carried out over the rounding or geodesic pole cap surface and also the outer journal is available. Thus, the strength of the fibers is used relatively less under longitudinal tensile and longitudinal compressive loads on the longitudinal tensile longitudinal compressive component, and furthermore the rigidity of the winding is not optimal. The core is a solid core and is made of foam to achieve the lightest possible longitudinal tensile longitudinal compressive component. The core is not involved in the force absorption in the case of longitudinal tensile and longitudinal compressive loads on the longitudinal tensile longitudinal pressure component.

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 It is also known from DE-AS 1 188 793 an inner pressure-resistant tube with end flanges and from a winding located on a non-fiber-reinforced plastic core tube. This consists of circumferential fibers for absorbing the internal pressure and longitudinal fibers which are guided around pins on the end flanges. The pipe is only stressed by the internal pressure, not by longitudinal tension and not by longitudinal pressure. It is not a strut, least of all a longitudinal tension-longitudinal compression strut. A tensile stress on the longitudinal fibers only occurs when the internal pressure is increased. The longitudinal thread with its very small

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. The winding angle undergoes a change in direction from a pin of the ring to a pin of this ring a few pins away, by which pin it leads back to the other end flange area. With these radial pins and the proposed thread supports in the deflection area, the thread deflection is quite sharp, despite complex mitigating agents (including two pin rings per tube end with pins on a gap), so that the permissible tensile stress of the fibers is relatively small. This is also sufficient here because the internal pressure is largely absorbed by the circumferential fibers.

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. The object of the invention is to develop the strut initially mentioned in such a way that greater longitudinal stresses in the fiber composite material are permissible and that it can absorb greater longitudinal tension and pressure.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäass durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved according to the invention by the characterizing part of claim 1.

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. The longitudinal tension is absorbed by the winding or by this and the core tube, the longitudinal pressure by the core tube and the winding. In contrast to the known longitudinal tensile longitudinal pressure component and to the known flange tube, the core or a core tube in the case of longitudinal stressing of the strut is used for the force absorption with this strut, the core tube being fiber-reinforced, the force absorption capacity of which is therefore relatively large. Larger tensile stresses in the fiber composite material or in the winding are permissible despite the rounding and the outer pin because longitudinal fibers are used and these are deflected by pins past the outer pin and the pins are directed obliquely outwards, which means that the deflection angle on the pin and thus the the shear stress there of the longitudinal thread is relatively small, smaller than in the case of radial or axial pins, and the oblique pins are provided on the curve; the larger the rounding or

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. whose radius is in the pin area, the higher the longitudinal fiber can be loaded in the longitudinal direction. The tensile strength of the longitudinal fibers can therefore be used to a very high degree. There is a form fit in the longitudinal direction between the rounding part of the winding and the rounding because the fibers hang on the oblique pins and the rounding when drawn longitudinally. The rounding and the oblique pins provided on it are well suited for the technically advantageous deflection of the longitudinal threads during winding. The longitudinal threads cannot slip off the pins. This also applies to the longitudinal tensile load on the strut. In both cases, the oblique pins absorb the forces acting laterally on the longitudinal threads. - The wrapping can therefore absorb greater longitudinal tension. Due to the core tube, this may be even larger. Larger compressive stresses in the fiber composite or in the wrapping are also permitted due to the longitudinal fibers. The wrapping can therefore also absorb greater longitudinal pressure. Due to the core tube, this can also be larger. Furthermore, the rigidity of the strut or the winding is greater than in the case of the known longitudinal tensile longitudinal pressure component. - By the invention, therefore, a hollow, light longitudinal tension longitudinal compression strut is created, which meets very high requirements, and the invention nevertheless requires relatively little effort.

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 Advantageous developments and further developments of the invention are evident from the dependent claims. Claim 2 specifies an angle range or angle for the oblique pin that is particularly favorable with regard to the solution of the task. With regard to the arrangement of the oblique pins, the procedure according to claim 3 is generally followed. That single slant pin ring at each end is enough and is simple. The characterizing part of claim 4 brings an even greater permissible longitudinal pull; the oblique pins and the pin support circumferential fibers generally extend radially

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

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meinen bis fast zum Aussendruchmesser des zylindrischen Teils der Bewicklung. mean almost to the outside diameter of the cylindrical part of the winding.

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. The reinforcing fibers of the strut according to the invention are in particular carbon fibers. Said longitudinal fibers are provided in the form of a longitudinal thread layer or a plurality of radially successive longitudinal thread layers, the said circumferential fibers being of the same type. Alternating arrangements are also advantageous.

Die Dicke der Bewicklung ist im allgemeinen grösser als die Dicke des Kernrohrs, z.B. etwa doppelt so gross. The thickness of the winding is generally greater than the thickness of the core tube, e.g. about twice the size.

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. The strut according to the invention can be used as a light rod or light rod element e.g. for framework structures - for example a space structure platform - control linkages in aircraft and vehicle construction or a structure in satellite and rocket construction.

Der Erfindungsgegenstand wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example. Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt der erfindungsgemässen Strebe, und zwar gegen das eine Ende hin und dieses Ende selbst, 1 shows a longitudinal section of the strut according to the invention, namely towards one end and this end itself,

und and

Fig. 2 einen Ausschnitt A dieses Endes vergrössert. Fig. 2 enlarged a section A of this end.

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. The strut consists of a cylindrical core tube 10, a pull cap 11 with a circular cross section at each end, a cylindrical tubular winding 12 (outer tube) and a pressure cap 13 with a circular cross section and a joint rod head 14 at each end. The core tube 10 and the winding 12 are made of fiber-reinforced synthetic resin. The wrapping has an outside diameter of about 50 mm; their length is e.g. 220 mm, 400 mm or 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. The core tube 10 is produced (wound) on a winding mandrel (not shown) and consists of a layer of longitudinal fibers (UD [unidirectional] fabric for absorbing tensile and compressive loads) and a layer of circumferential fibers surrounding this layer. The wall thickness of the core tube 10 is 0.5 mm. Each pull cap 11 has an outer cylindrical inner pin 15, the outer radius of which is smaller by the wall thickness of the core tube 10 than the radius of the cylindrical outer periphery of the pull cap 11 between the shoulder 16 and the beginning of the curve 17 of the pull cap 11. The core tube 10 is located each end up to the shoulder 16 on the inner pin 15 and is glued to the inner pin 15.

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 The curve 17 is circular in the illustrated longitudinal section, and its radius is approximately V o of the outer diameter of the outer cylindrical part 18 of the pull cap 11, that is

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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. about 8 mm. The curve 17 merges into a steep taper surface 19 which forms an obtuse angle with the longitudinal direction 23 pointing axially outward at the strut end shown (on the axis 20 of the core tube 10). Fixed in the pole cap 21 of the pull cap 11 are straight, metallic pins 22 which are arranged in the form of a single ring at each end and are directed obliquely outwards, i.e. the angle a between the pin 22 and said longitudinal direction 23 at the strut end shown is approximately 30 °. The pins 22 are provided on the curve 17 closer to the radially inner end of the curve 17 than the radially outer end of the curve 17. The pull cap 11 has an outer pin 24.

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. The winding 12 is produced (coiled) on the unit consisting of the core tube 10 and the pull caps 11 and consists of a layer 25 made of longitudinal fibers (rovings) and a layer 26 surrounding the layer 25 made of circumferential fibers. The winding angle of the longitudinal fibers is very small or zero (parallel to axis 20). The thickness of the cylindrical part of the winding 12 is 1.0 mm. The longitudinal threads of the winding 12 are wound continuously over the curve 17 and around the pins 22, the longitudinal thread leading around a pin and then closely past the outer pin 24 - see the longitudinal thread sections 27 - leading to another pin 22, around which it returns leads to the curve 17 and the pins 22 of the other pull cap 11. The peripheral fibers 26 in the gusset 28 serve to support the pins 22. The pressure cap 13 is screwed onto the outer journal 24 up to a hardened casting compound 29. A hollow cylinder part 30 of the pressure cap 13 is glued to the end of the cylindrical part of the winding 12.

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. The joint rod head (or joint head) 14 is screwed through the pull cap 11 and clamped to the outer pin 24 by a nut 31. The force introduction elements, i.e. the pull caps 11 and the pressure caps 13 are made of metal, in particular light metal, e.g. Aluminum.

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 The tensile strength of the fiber composite material of the winding and the core tube is greater than the compressive strength of this material. In the case of this exemplary embodiment, it is 50% larger; the maximum tensile force is equal to the maximum compressive force, or the product of the tensile strength and the cross section of the winding 12 (assuming the core tube 10 is assumed not to be tensile) is equal to the product of the compressive strength and the cross section of the winding 12 and the core tube 10

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

3 3rd

5 5

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. strut for longitudinal tension and compression, which has a tubular winding made of reinforcing fibers in plastic on a core, with a rounded cap provided at each end and having a central outer pin (24), on the rounding (17) of which the winding ends and serves as a pull cap, and each with a pressure cap (13) attached to the outer pin (24), which surrounds the rounded part of the winding, the core being a tube (10) made of fiber-reinforced plastic, each on an inner pin (15) of the pull cap, characterized in that a pole cap (21) formed by each pull cap (11) has a ring of pins (22) directed obliquely outwards and firmly connected to the pole cap (21), that the winding (12) Has longitudinal fibers (25) which are guided over the pole cap (21) using the pins (22) as deflection means in such a way that a force-transmitting positive connection is also achieved via the pole cap (21), and that through the pin e (22) conditional annular space between the pole cap part of the winding (12) and the pressure cap (13) is filled pressure-tight.

2. A strut according to claim 1, characterized in that the angle (a) between the oblique pins (22) and the longitudinal direction (23) of the strut is 45 ° to 15 °, in particular approximately 30 °.

3. A strut according to claim 1 or 2, characterized in that the oblique pins (22) are arranged in the form of a single ring on the curve (17).

4. A strut according to claim 1, characterized in that the annular space between the pole cap (21), the winding (12) and the pins (22) on the one hand and the pressure cap (13) on the other hand is filled with a hardened sealing compound (29).

5. Strut according to one of claims 1 to 4, characterized in that the winding (12) from the oblique pins (22) of one (11) to those (22) of the other pull cap (11) has circumferential fibers (26), which are wound around the longitudinal fibers (25).