DE10033397C1

DE10033397C1 - Stützstruktur mit alternativen Zuständen hoher Festigkeit oder geringer thermischer Leitfähigkeit sowie Verbindungsstrebe

Info

Publication number: DE10033397C1
Application number: DE10033397A
Authority: DE
Inventors: Martin Roth; Franz Sperber; Adalbert Wagner
Original assignee: Astrium GmbH
Current assignee: Airbus DS GmbH
Priority date: 2000-07-08
Filing date: 2000-07-08
Publication date: 2001-10-25
Anticipated expiration: 2020-07-09
Also published as: GB2364767A; GB0112641D0; FR2811409A1; JP2002139195A; US20020023987A1; US6439516B1; ITMI20011318A1; GB2364767A8; ITMI20011318A0

Abstract

Beschrieben wird eine Stützstruktur mit mindestens einem Formteil (1, 2) aus einer Formgedächtnislegierung, das in einem ersten Betriebszustand der Stützstruktur zu einer Erhöhung der Festigkeit der Stützstruktur und in einem zweiten Betriebszustand zu einer Verringerung der thermischen Leitfähigkeit der Stützstruktur führt. Die erste Strebenstruktur (3) ist von einer zweiten Strebenstruktur (4) umgeben, welche im Vergleich zur ersten Strebenstruktur (3) eine höhere mechanische Festigkeit aufweist, und die erste Strebenstruktur (3) ist zumindest an einem ihrer Enden (5, 6) mit der zweiten Strebenstruktur (4) fest verbunden. Außerdem ist die erste Strebenstruktur (3) mit einer Halterung (7) verbunden und die zweite Strebenstruktur (4) ist mittels dem mindestens einen Formteil (1, 2) lösbar mit der Halterung (7) verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stützstruktur mit alternativen Zustän den hoher Festigkeit oder geringer thermischer Leitfähigkeit sowie eine Ver bindungsstrebe, die eine solche Stützstruktur aufweist.

Aus dem Stand der Technik sind bereits solche Arten von Stützstrukturen be kannt. So zeigt US 3,814,361 eine Stützstruktur aus ineinander geschobenen Rohrelementen, wobei äußere, aneinander anliegende und eine höhere me chanische Festigkeit garantierende Rohrelemente als eine zweite Streben struktur durch Abkühlung getrennt werden können und dann nur noch ein inneres Rohrelement als eine erste Strebenstruktur die mechanische Last trägt, wobei die erste Strebenstruktur mit der zweiten Strebenstruktur ver bunden bleibt und aufgrund einer geringen Kontraktfläche zu einem der Rohr elemente eine geringe thermische Leitfähigkeit garantiert. Allerdings ist die zweite Strebenstruktur gleitend in der ersten gelagert, es kann also nur eine sehr eingeschränkte mechanische Festigkeit garantiert werden und z. B. die Gefahr eines Verkantens nicht ausgeschlossen werden.

Eine andere Stützstruktur zeigt EP 0 584 697. Dort werden zur Trennung ei nes Stützpfades mit hoher mechanischer Festigkeit Formteile aus einer Formgedächtnislegierung verwendet. Dort wird entweder durch Ausdehnung eines Bolzens ein durch Ösen gebildeter Stützpfad unterbrochen und teilwei se durch eine Halterung mittels einer Feder ersetzt oder es wird ein Spreiz rahmen als zweite Strebenstruktur, der stets mit einem Objekt als Halterung verbunden bleibt, geöffnet und so von einer ersten Strebenstruktur in Form einer mechanisch weniger stabilen Strebe getrennt, an deren einem Ende der Spreizrahmen angreift. Die zweite Strebenstruktur ist dabei in einer Ebene mit der ersten Strebenstruktur neben dieser angeordnet, wodurch ebenfalls nur eine eingeschränkte Stabilität gewährleistet wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Stützstruktur bereitzu stellen, die eine verbesserte Stabilität bei weiterhin beibehaltener Verringe rung der thermischen Leitfähigkeit in einem der Betriebszustände aufweist. Außerdem soll die Stützstruktur möglichst einfach in bestehende Stützstruk turen integrierbar sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des vorliegenden Patentan spruchs 1.

Die erfindungsgemäße Stützstruktur weist mindestens ein Formteil aus einer Formgedächtnislegierung auf, das in einem ersten Betriebszustand der Stützstruktur zu einer Erhöhung der Festigkeit der Stützstruktur und in einem zweiten Betriebszustand zu einer Verringerung der thermischen Leitfähigkeit der Stützstruktur führt. Eine erste Strebenstruktur ist von einer zweiten Stre benstruktur umgeben, welche im Vergleich zur ersten Strebenstruktur eine höhere mechanische Festigkeit aufweist, wobei die die erste Strebenstruktur umgebende Anordnung bereits die Stabilität der Anordnung erhöht. Außer dem ist die erste Strebenstruktur zumindest an ihrem einen Ende mit der zweiten Strebenstruktur fest verbunden, so daß immer eine gewisse gegen seitige Abstützung gegeben ist. Die erste Strebenstruktur ist außerdem mit einer Halterung verbunden und die zweite Strebenstruktur mittels dem min destens einen Formteil lösbar mit der Halterung verbunden, so dass die erste Strebenstruktur hier eine weitere Abstützung erfährt. Durch die Trennung der zweiten Strebenstruktur von der Halterung kann die Wärmeleitfähigkeit der gesamten Stützstruktur verringert werden, gesteuert durch das mindestens eine Formteil, das speziell zu diesem Zweck angepaßt und optimiert werden kann.

Es kann beispielsweise die zweite Strebenstruktur zumindest abschnittswei se als Hohlstrebe ausgebildet sein und die erste Strebenstruktrur als Strebe ausgebildet sein, die mit einem Ende an einem Ende der zweiten Strebenstruk tur und mit dem anderen Ende im Inneren der zweiten Strebenstruktur befes tigt ist. Somit wird auf einfache Weise erreicht, dass die erste Strebenstruktur von der zweiten Strebenstruktur umgeben ist.

Es muss jedoch die zweite Strebenstruktur nicht über ihre gesamte Ausdeh nung die Form eine geschlossenen Hohlstrebe aufweisen. So kann z. B. die zweite Strebenstruktur an dem Ende, an dem die erste Strebenstruktur befes tigt ist, aufgeweitet sein und Öffnungen in der Mantelfläche aufweisen, wo durch eine Zugriffsmöglichkeit auf die erste Strebenstruktur an dieser Stelle geschaffen werden kann.

So kann insbesondere die Halterung durch die Öffnungen in der zweiten Stre benstruktur mit der ersten Strebenstruktur verbunden werden und anderer seits die erste Strebenstruktur über die Formteile mit Kopplungselementen verbunden sein, die in die Öffnungen eingreifen und eine kraftschlüssige Ver bindung zwischen der zweiten Strebenstruktur und der Halterung herstellen.

Für die Formteile kann nun jede geeignete Ausbildung vorgesehen werden, die bei Überschreitung oder Unterschreitung einer bestimmten Schwelltem peratur den Formgedächtniseffekt der Formteile auslöst und dadurch eine Bewegung der Kopplungselemente ermöglicht. Somit können die Kopplungs elemente von einer Kopplungslage in eine Entkopplungslage gebracht wer den. Insbesondere können die Formteile derart ausgebildet sein, dass bei Ü berschreitung oder Unterschreitung einer Schwelltemperatur eine Längsaus dehnung der Formteile erfolgt und diese ein Abheben der Kopplungselemente von der zweiten Strebenstruktur bewirken.

Die übrigen Elemente der Stützstruktur können nun ebenfalls in geeigneter Weise ausgebildet sein, wobei die erste Strebenstruktur eine geringe thermi sche Leitfähigkeit bei ausreichender mechanischer Festigkeit, die zweite Strebenstruktur vor allem eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen soll. So kann z. B. die erste Strebenstruktur als Seil ausgebildet sein. Die Formeile können als Bolzen oder Schrauben ausgebildet sein, die mit der ersten Stre benstruktur verbunden sind. Die Kopplungselemente können speziell als de ckelförmige Elemente ausgebildet sein, deren Form in der Regel an die Form der Öffnungen in der zweiten Strebenstruktur anzupassen ist, um dort eine effektive kraftschlüssige Verbindung zu gewährleisten.

Um trotz der gegebenen mechanischen Festigkeit der Stützstruktur noch eine ausreichende Variabilität der Struktur zu erzielen, kann vorgesehen werden, dass die Halterung drehbar mit der ersten Strebenstruktur und zumindest im ersten Betriebszustand auch drehbar mit der zweiten Strebenstruktur verbun den ist. Diese Drehbarkeit kann durch eine Art Scharniergelenk nur in einer Ebene oder grundsätzlich auch durch eine Art Kugelgelenk gegeben sein. Trotzdem bleibt damit eine weitgehende mechanische Festigkeit gegeben.

Die vorstehend beschriebenen Arten und Ausführungsformen von Stützstruk turen können in jeder geeigneten Anwendung verwendet werden. Durch die Vorsehung eines mechanisch festen Betriebszustandes und eines termisch gering leitenden Betriebszustandes sind Anwendungen überall dort sinnvoll, wo in einer ersten Phase eines Betriebes einer Anordnung eine hohe mecha nische Festigkeit zu garantieren ist, z. B. während einer Transportphase, und in einer zweiten Phase eine weitgehende thermische Isolation erreicht werden soll, z. B. während einer Kühlungs- oder Heizphase. Somit kann die vorliegen de Erfindung insbesondere Anwendung finden in einer Verbindungsstrebe zur Verbindung von Bauteilen mit unterschiedlicher Temperatur.

Ein spezielles Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 8 beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Stützstruktur,

Fig. 2 Querschnitt durch die Struktur nach Fig. 1,

Fig. 3 wie Fig. 2, jedoch nach Rotation um Bolzen-Drehachse um 90°,

Fig. 4 Draufsicht auf die komplette Struktur nach Fig. 1,

Fig. 5 Rückseitige Ansicht der Struktur nach Fig. 4,

Fig. 6 u. 7 Ansicht der Struktur wie Fig. 4, nach Rotation um Bolzen-Dreh achse,

Fig. 8 Schematische Darstellung der Struktur nach den vorhergehenden Figuren.

Die in der Fig. 1 dargestellte Stützstruktur kann auf einfache Weise in das Au ge einer Strebe oder in eine Ausnehmung eines sonstigen Halteelements ein gesetzt werden, indem das eine Ende 13 der teilweise als Hohlstrebe ausge bildeten äußeren Strebenstruktur 4 in ein solches Auge oder eine solche Aus nehmung eingesetzt wird. Die hier dargestellte Stützstruktur ist damit sehr universell einsetzbar.

In die zweite Strebenstruktur 4 ist, wie auch die Fig. 2 und 3 zeigen, eine ers te, als Seil ausgebildete Strebenstruktur 3 eingefügt, die an ihren Enden 5, 6 Kugeln aufweist, welche in Gewindehülsen 16, 17 gelagert sind, die mit Mut tern gegen die zweite Strebenstruktur 4 vorgespannt werden können. Statt eines Seils kann aber auch eine andere, thermisch gering leitende Streben struktur verwendet werden, z. B. durch Wahl thermisch gering leitender Mate rialien oder einer entsprechenden Formgebund der Strebenstruktur.

Die zweite Strebenstruktur 4 ist im Bereich ihres zweiten Endes 8 zu einem Ring aufgeweitet, der seitliche Öffnungen 9, 10 aufweist. Durch diese Öffnun gen 9, 10 wird die erste Strebenstruktur 3 von Aussen zugänglich. Sie kann nun mit einer Halterung 7 verbunden werden, die im vorliegenden Beispiel aus einem Sockel 18 und einer Gabel 19 gebildet wird, wobei diese beiden Elemente auch in einem einzigen Bauteil verwirklicht werden können. In Öff nungen der Gabel 19 ist als drehbare Achse eine Hülse 20 eingefügt, durch die das Seil 3 hindurchtritt und in der dieses Seil 3 fixiert wird, im Beispiel nach Fig. 1 mit Hilfe einer am Seil vorgesehenen Kugel 21. Hier kann aber auch jede andere Art von Fixierung wie verschrauben, verkleben, verschwei ßen oder eine geeignete formschlüssige Verbindung vorgesehen werden.

In die Hülse 20 sind nun als Formteile 1, 2 Balzen oder Schrauben aus einer Formgedächtnislegierung eingebracht, die bei Unterschreiten einer Schwell temperatur T_S, beispielsweise T_S= 0°C, eine Umwandlung von einem ersten Zustand (Austenit) in einen zweiten Zustand (Martensit) erfahren, verbunden mit einer Änderung der Form, im vorliegenden Beispiel mit einer Längenände rung. Hier kommt es zu einer Ausdehnung der Formteile 1, 2 in Längsrich tung. Dadurch werden mit den Formteilen verbundene, hier konusförmige De ckel 11, 12 von den Öffnungen 9, 10 in der zweiten Strebenstruktur 4 abge hoben. Die Halterung 7 ist damit von der zweiten Strebenstruktur 4 getrennt, der Lastpfad führt in diesem Fall nur über die Halterung 7, die Hülse 20, die erste Strebenstruktur 3 und das eine Ende 13 der zweiten Strebenstruktur 4.

Wird die Schwelltemperatur T_S überschritten, so erfolgt die umgekehrte Um wandlung, so dass sich im vorliegenden Fall die Formteile 1, 2 zusammenzie hen und damit die Deckel 11, 12 auf die Öffnungen 9, 10 gepreßt werden, wie in den Fig. 2 bis 7 dargestellt. Der Lastpfad führt damit zusätzlich über die Halterung 7, die Hülse 20, die Deckel 11, 12 und das andere Ende 8 der zwei ten Strebenstruktur 4 zum beretis genannten Ende 13 der zweiten Streben struktur 4.

Wie die Fig. 3, 6 und 7 zeigen, können die Halterung 7 und das Ensemble aus erster Strebenstruktur 3 und zweiter Strebenstruktur 4 gegeneinander ver dreht werden, wobei hier eine Drehung um die in der Gabel 19 drehbar gela gerte Hülse 20 erfolgt. Dies erlaubt bei weiterhin gegebener mechanischer Festigkeit eine größere Freiheit in der Anordnung und damit in der Anwen dung der vorliegenden Erfindung.

Die Erfindung kann nun überall dort Einsatz finden, wo auf der Seite der Hal terung 7 eine andere Temperatur vorliegt als auf der Seite des Endes 13 der zweiten Strebenstruktur 4, das mit einer weiteren Strebe, Halterung oder ei nem sonstigen Bauteil verbunden sein kann. Die Erfindung kann z. B. als Transport- und Betriebshalterung von Kühl- oder Heizeinrichtungen, Kühl tanks, Motoren oder ähnlichem dienen. Beispielsweise kann bei einer Anwen dung in der Raumfahrt während der Start- und Landephase eines Raumfahr zeuges durch die eine hohe mechanische Festigkeit für die Lagerung kryoge ner Einrichtungen erfolgen, die dann in einer Arbeitsphase im Weltraum ge löst werden kann, wodurch nun eine weitgehende thermische Isolation der kryogenen Einrichtung von den Einrichtungen auf der anderen Seite der erfin dungsgemäßen Stützstruktur erfolgen kann.

Claims

1. Stützstruktur mit mindestens einem Formteil (1, 2) aus einer Formge dächtnislegierung, das in einem ersten Betriebszustand der Stützstruktur zu einer Erhöhung der Festigkeit der Stützstruktur und in einem zweiten Be triebszustand zu einer Verringerung der thermischen Leitfähigkeit der Stütz struktur führt, wobei eine erste Strebenstruktur (3) von einer zweiten Stre benstruktur (4) umgeben ist, welche im Vergleich zur ersten Strebenstruktur (3) eine höhere mechanische Festigkeit aufweist, und die erste Strebenstruk tur (3) zumindest an einem ihrer Enden (5, 6) mit der zweiten Strebenstruktur (4) fest verbunden ist, die erste Strebenstruktur (3) mit einer Halterung (7) verbunden ist und die zweite Strebenstruktur (4) mittels dem mindestens ei nen Formteil (1, 2) lösbar mit der Halterung (7) verbunden ist.

2. Stützstruktur nach Anspruch 1, wobei die zweite Strebenstruktur (4) zumindest Abschnittsweise als Hohlstrebe ausgebildet ist und die erste Stre benstruktrur (3) als Strebe ausgebildet ist, die mit einem Ende (5) an einem Ende (8) der zweiten Strebenstruktur (4) und mit dem anderen Ende (6) im Inneren der zweiten Strebenstruktur (4) befestigt ist.

3. Stützstruktur nach Anspruch 2, wobei die zweite Strebenstruktur (4) an dem Ende (8), an dem die erste Strebenstruktur (3) befestigt ist, aufgewei tet ist und Öffnungen (9, 10) in der Mantelfläche aufweist.

4. Stützstruktur nach Anspruch 3, wobei die Halterung (7) durch die Öff nungen (9, 10) mit der ersten Strebenstruktur (3) verbunden ist und die erste Strebenstruktur (3) über die Formteile (1, 2) mit Kopplungselementen (11, 12) verbunden ist, die in die Öffnungen (9, 10) eingreifen und eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der zweiten Strebenstruktur (4) und der Halterung (7) herstellen.

5. Stützstruktur nach Anspruch 4, wobei die Formteile (1, 2) derart aus gebildet sind, dass bei Überschreitung oder Unterschreitung einer Schwell temperatur eine Längsausdehnung der Formteile (1, 2) erfolgt und diese ein Abheben der Kopplungselemente (11, 12) von der zweiten Strebenstruktur (4) bewirken.

6. Stützstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Strebenstruktur (3) als Seil ausgebildet ist.

7. Stützstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Formeile (1, 2) als Bolzen oder Schrauben ausgebildet sind, die mit der ersten Strebenstruktur (3) verbunden sind.

8. Stützstruktur nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Kopp lungselemente (11, 12) als deckelförmige Elemente ausgebildet sind.

9. Stützstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halterung (7) drehbar mit der ersten Strebenstruktur (3) und zumindest im ersten Betriebszustand auch drehbar mit der zweiten Strebenstruktur (4) ver bunden ist.

10. Verbindungsstrebe zur Verbindung von Bauteilen mit unterschiedli cher Temperatur, aufweisend eine Stützstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9.