DE10138250B4 - Supporting component in sandwich construction - Google Patents

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Abstract

Tragendes Bauteil in Sandwichbauweise mit einem Träger (11) in Leichtbaustruktur mit fest miteinander verbundenen Deckschichten und mindestens einem Reibelement (12), welches
a) im Inneren des Trägers (11) angeordnet ist,
b) bei einer Verformung des Bauteils (10) in Folge einer mechanischen Beanspruchung Relativbewegungen gegenüber dem Träger (11) oder mindestens einem weiteren Reibelement ausführt,
c) mit dem Träger (11) oder mindestens einem weiteren Reibelement einen Reibkontakt ausbildet, wobei die Relativverschiebung des Reibelements (12) gegenüber dem Träger (11) oder dem mindestens einen weiteren Reibelement zu einer der Relativbewegung entgegengerichteten Reibkraft im Reibkontakt führt, wobei
d) der Träger (11) über Wabenmaterial, insbesondere aus Aluminium, verfügt, welche/es den Reibkontakt mit dem mindestens einen Reibelement (17) ausbildet und
e) das mindestens eine Reibelement (17) im Inneren einer Wabe (14) angeordnet ist und den Reibkontakt mit der Wabenwand (15) der Wabe (14) ausbildet.Supporting component in sandwich construction with a carrier (11) in lightweight structure with firmly interconnected cover layers and at least one friction element (12), which
a) is arranged inside the carrier (11),
b) executes relative movements relative to the carrier (11) or at least one further friction element in a deformation of the component (10) as a result of mechanical stress,
c) with the carrier (11) or at least one further friction element forms a frictional contact, wherein the relative displacement of the friction element (12) relative to the carrier (11) or the at least one further friction element leads to a relative movement opposing frictional force in frictional contact,
d) the carrier (11) has honeycomb material, in particular aluminum, which / it forms the frictional contact with the at least one friction element (17) and
e) the at least one friction element (17) in the interior of a honeycomb (14) is arranged and the frictional contact with the honeycomb wall (15) of the honeycomb (14) is formed.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein tragendes Bauteil in Sandwichbauweise gemäß ausgewählten Merkmalen des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a structural component in sandwich construction according to selected features of claim 1

Bauteile in Sandwichbauweise finden insbesondere Einsatz, wenn an Bauteile besondere Anforderungen hinsichtlich des Gewichts und/oder auftretender mechanischer Beanspruchungen zu stellen sind. Beispielsweise bilden Strukturen bzw. Träger aus mit Kohle-, Glas- oder Aramidfasern verstärkten Kunststoffen in Sandwichbauweise einen entscheidenden Bestandteil bei Leichtbaukonstruktionen in Luft- und Raumfahrt, in der Fahrzeugtechnik oder im allgemeinen Maschinenbau. Im Einsatz sind die Bauteile dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt, welche insbesondere die Ausbildung von Schwingungsformen, eine Schallabstrahlung oder schlimmstenfalls Beeinträchtigungen der mechanischen Festigkeit bis hin zu einem Bauteilversagen zur Folge haben können. die Auslegung dieser Bauteile hinsichtlich dynamischer Beanspruchungen erfolgt bisher meistens über eine Erhöhung der Festigkeit. Dies führt zu einer, insbesondere dem Leichtbauprinzip entgegenwirkenden, Massenzunahme, beispielsweise durch Versteifungen oder zusätzliche Verbindungselemente.components in sandwich construction find particular use when to components special requirements in terms of weight and / or occurring mechanical stresses are to be made. For example, form Structures or carrier Sandwich-reinforced plastics reinforced with carbon, glass or aramid fibers a crucial component in lightweight constructions in air and space, in vehicle technology or in general mechanical engineering. In use, the components are exposed to dynamic stresses, which in particular the formation of vibration modes, a sound radiation or at worst, impairments the mechanical strength up to a component failure May have consequences. the design of these components in terms of dynamic stresses so far is mostly over an increase the strength. this leads to to a, in particular the lightweight construction counteracting, mass increase, for example through stiffeners or additional fasteners.

Aus DE 197 41 627 A1 und AT 343 419 B sind auf Reibungselementen basierende Schwingungstilger bekannt.Out DE 197 41 627 A1 and AT 343 419 B friction elements based vibration absorbers are known.

JP 06286679 A beschreibt die Anordnung eines Reibungselements in einem als geschlossener Hohlkörper angeordneten Rahmenprofil. JP 06286679 A describes the arrangement of a friction element in a arranged as a closed hollow body frame profile.

Weiterer Stand der Technik ist aus US 5,176,580 A , DE 40 07 770 C2 , DE 1 162 137 B , JP 06-288427 AA , DE 199 56 444 B4 , US 5,056,738 A , GB 2 401 407 A , US 2,642,263 A und US 5,498,137 A bekannt.Further prior art is out US 5,176,580 A . DE 40 07 770 C2 . DE 1 162 137 B . JP 06-288427 AA . DE 199 56 444 B4 . US 5,056,738 A . GB 2 401 407 A . US 2,642,263 A and US 5,498,137 A known.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein leicht bauendes und tragendes Bauteil in Sandwichbauweise vorzuschlagen, dessen Einsatz gute dynamische Eigenschaften Gewährleistet.Of these, Based on the object of the invention, a light-building and to propose structural component in sandwich construction, whose Use good dynamic properties guaranteed.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich gemäß den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche 2 bis 18.The solution the problem underlying the invention is characterized by The features of claim 1. Further embodiments of give solution according to the invention according to the characteristics the dependent claims 2 to 18.

Das tragende Bauteil verfügt über einen beliebigen Träger in Sandwichbauweise, der mit einem Wabenmaterial, insbesondere aus Aluminium, gebildet ist. Der Träger kann über ein oder mehrere fest miteinander verbundene Elemente verfügen. Beispielsweise ist der Träger mit zwischen Pre-Preg-CFK-Deckschichten angeordneten Aluminiumwaben gebildet.The supporting component has a any carrier in sandwich construction, with a honeycomb material, in particular Aluminum, is formed. The carrier can over have one or more firmly connected elements. For example is the carrier with aluminum honeycombs arranged between Pre-Preg CFK cover layers educated.

Im Inneren des Trägers ist mindestens ein Reibelement angeordnet. Hierzu verfügt der Träger über geeignete Ausnehmungen, welche das Reibelement aufnehmen. Bei dem Reibelement handelt es sich um einen Körper beliebigen Materials, welches geeignet an die Kontaktfläche mit dem Träger zur Ausbildung eines gewünschten Reibkoeffizienten angepasst ist. Die Geometrie des Reibelementes ist zur Erzielung eines geeigneten Reibverhaltens sowie die zu erwartenden Verformungen des Trägers angepasst. Die Anordnung und Ausbildung des Reibelementes im Träger erfolgt derart, dass bei einer Verformung des Sandwich-Bauteiles infolge einer mechanischen (dynamischen) Beanspruchung das Reibelement Relativbewegungen gegenüber dem Träger ausführt. Aufgrund der Relativbewegung wird zwischen Träger und Reibelement eine Reibkraft ausgebildet, welche der Relativbewegung entgegengesetzt ist. In dem Reibkontakt liegt trockene Reibung oder Mischreibung vor, so dass für eine Gleitreibung der Betrag der Reibkraft nach Maßgabe der Normalkraft im Reibkontakt und dem Reibkoeffizienten zwischen dem Träger und dem Reibelement sowie gegebenenfalls weiterer Parameter, vorgegeben ist. Infolge der trockenen Reibung bzw. Mischreibung ist die Reibkraft während des Gleitens stets der Relativbewegung bzw. -geschwindigkeit entgegengesetzt.in the Inside of the vehicle at least one friction element is arranged. For this purpose, the carrier has suitable Recesses which receive the friction element. In the friction element it is a body Any material which is suitable to the contact surface with the carrier for training a desired Friction coefficient is adjusted. The geometry of the friction element is to achieve a suitable friction behavior and the expected Deformations of the carrier customized. The arrangement and design of the friction element in the carrier takes place such that at a deformation of the sandwich component due a mechanical (dynamic) stress the friction element relative movements across from performs the carrier. by virtue of the relative movement becomes a friction force between the carrier and the friction element formed, which is opposite to the relative movement. In the friction contact is dry friction or mixed friction, so that for a sliding friction the amount of frictional force in accordance with the Normal force in frictional contact and the coefficient of friction between the carrier and the friction element and optionally further parameters specified is. Due to the dry friction or mixed friction is the frictional force while the sliding always opposite to the relative movement or speed.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat die folgenden Vorteile:

  • – Die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann innerhalb von Leichtbaustrukturen (vorzugsweise Sandwichplatten, -schalen), also zwischen den Deckschichten angewendet werden. Dadurch haben sie im Gegensatz zu außen angewendeten Maßnahmen, wie z. B. Dämpfungsmatten, keinen störenden Einfluss auf die Umgebung (aufgrund erforderlichen Bauraumes).
  • – Im Gegensatz zu viskosen Dämpfungselementen, deren Dämpfungswirkung proportional zur Relativgeschwindigkeit ist, und Versteifungen wird erfindungsgemäß eine Reibkraft erzeugt, welche auch für kleine Geschwindigkeiten ungefähr der Reibkraft bei größeren Geschwindigkeiten entspricht und maßgeblich durch die Normalkraft und die Kontaktbedingungen im Reibkontakt bestimmt ist. Hierdurch kann ein verbessertes Dämpfungsverhalten erzielt werden.
  • – Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist anwendbar auf beliebige Materialien, beispielsweise Metall, Kunststoff, GFK, CFK, Kevlar und entsprechende Verbundmaterialien.
  • Das erfindungsgemäße Bauteil besteht aus wenigen Komponenten, welche aus festen Bauteilen bestehen.
  • – Das erfindungsgemäße Bauteil kann auch bei Temperaturen eingesetzt werden, bei denen die meisten auf Öl oder elastischen Bauteilen wie Gummi basierenden Dämpfungseinrichtungen versagen. Während auf Gummi basierende Bauteile bei geringen Temperaturen ihre Elastizität verlieren, verringern hohe Temperaturen die Viskosität der auf Öl basierenden Elemente.
  • – Die statischen Eigenschaften der zu dämpfenden Struktur werden nicht beeinflusst.
  • – Das erfindungsgemäße Bauteil ist darüber hinaus einfach und billig in der Herstellung und Anwendung sowie wartungsfrei.
  • – Des Weiteren kann eine Verbesserung der dynamischen Eigenschaften, insbesondere Schwingungsauslegung, ohne gravierende Änderungen der Bauteilmasse oder der erforderlichen Bauteilgeometrie erzielt werden. Hierzu werden in einer einfachen Ausgestaltungsform keine Elektronik, keine Sensoren, keine Aktuatoren und keine Regelungstechnik (im Gegensatz zu aktiven Systemen, wie zum Beispiel Dämpfung auf Basis von Piezoaktuatoren) benötigt.
The embodiment according to the invention has the following advantages:
  • - The inventive design can be applied within lightweight structures (preferably sandwich panels, shells), ie between the outer layers. As a result, they have contrary to externally applied measures such. B. damping mats, no disturbing influence on the environment (due to required space).
  • - In contrast to viscous damping elements, the damping effect is proportional to the relative speed, and stiffeners, a frictional force is generated according to the invention, which corresponds approximately to the frictional force at higher speeds and is determined largely by the normal force and the contact conditions in frictional contact even for low speeds. As a result, an improved damping behavior can be achieved.
  • - The embodiment of the invention is applicable to any materials, such as metal, plastic, fiberglass, CFK, Kevlar and corresponding composite materials.
  • The component according to the invention consists of a few components, which consist of solid components.
  • The component according to the invention can also be used at temperatures at which most fail to oil or elastic components such as rubber-based damping devices. While rubber-based components lose their elasticity at low temperatures, high temperatures reduce the viscosity of the oil-based elements.
  • - The static properties of the structure to be damped are not affected.
  • - The component of the invention is also simple and inexpensive to manufacture and use and maintenance.
  • - Furthermore, an improvement of the dynamic properties, in particular vibration design can be achieved without serious changes in the component mass or the required component geometry. For this purpose, in a simple embodiment, no electronics, no sensors, no actuators and no control technology (in contrast to active systems, such as damping based on piezo actuators) is needed.

Der Träger verfügt über mindestens eine Deckschicht, welche den Reibkontakt mit dem Reibelement ausbildet. Eine derartige Nutzung der Deckschicht hat insbesondere Vorteile bei einer Beanspruchung des Bauteiles auf Biegung, bei der die Biegeverformungen von einer neutralen Faser in Richtung der Außenseite des Trägers, also in Richtung der Deckschicht zunimmt, so dass die erfindungsgemäße Wirkung verstärkt werden kann. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass die – ohnehin für einen Kontakt mit der Umgebung geeignet ausgebildete – Deckschicht für die Ausbildung des Reibkontaktes mit dem Reibelement besonders geeignet ist.Of the carrier has at least a cover layer which forms the frictional contact with the friction element. Such use of the cover layer has particular advantages at a stress of the component on bending, in which the bending deformations from a neutral fiber towards the outside of the wearer, so increases in the direction of the cover layer, so that the inventive effect reinforced can be. Furthermore, it has been shown that the - anyway for one Contact with the environment suitably trained - topcoat for training the frictional contact with the friction element is particularly suitable.

Der Träger ist mit einem Wabenmaterial gebildet. Wabenmaterialien verfügen über gute mechanische Eigenschaften bei niedrigem Gewicht. Das Reibelement ist im Inneren einer Wabe mit Reibkontakt zu den Wabenwänden angeordnet. Somit bilden die Innenräume der Wabe Ausnehmungen, welche das Reibelement aufnehmen können. Das Wabenmaterial, welches in großen Mengen hergestellt wird, stellt somit eine besonders einfache Form eines Trägermateriales dar, welches ohne weitere Anpassungen für die Erfindung einsetzbar ist.Of the carrier is formed with a honeycomb material. Honeycomb materials have good mechanical properties at low weight. The friction element is arranged inside a honeycomb with frictional contact with the honeycomb walls. Thus, the interiors form the honeycomb recesses, which can accommodate the friction element. The Honeycomb material, which in large Quantities is produced, thus represents a particularly simple form a carrier material which can be used without further adjustments for the invention is.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist das Reibelement als Hohlkörper ausgebildet. Hierdurch kann eine weitere Gewichtsminimierung erzielt werden.Corresponding In a further development of the invention, the friction element is designed as a hollow body. As a result, a further weight minimization can be achieved.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Bauteile sind mehrere Reibelemente in einem Querschnitt des Trägers angeordnet. Hierdurch kann, insbesondere an Orten maximaler Schwingungsausschläge, die erfindungsgemäße Wirkung verstärkt werden, da jedes Reibelement ein separates Dämpfungselement bildet und sich die Wirkung der einzelnen Reibelemente überlagert oder addiert. Die dynamischen Eigenschaften des Trägers können somit mit unwesentlichen Änderungen des Querschnittes verbessert werden.at A preferred embodiment of the components are a plurality of friction elements in a cross section of the carrier arranged. This can, especially in places of maximum vibration, the effect according to the invention to be strengthened, because each friction element forms a separate damping element and itself the effect of the individual friction elements superimposed or added. The dynamic characteristics of the vehicle can thus with insignificant changes of the cross section can be improved.

Nach einer weiteren Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Bauteils sind mehrere Reibelemente in Längsrichtung des Trägers verteilt angeordnet. Auch hierdurch kann die erfindungsgemäße Wirkung verstärkt werden. Mit der Verteilung der Reibelemente über den Träger kann beispielsweise den relevanten Eigenformen des Trägers Rechnung getragen werden. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Reibelement in einem Schwingungsknoten eine geringere Wirkung aufweist als beispielsweise in einem Schwingungsbauch, im Bereich größter Verformungen oder im Bereich der größten Ableitungen der Verformungen (Krümmung) oder im Bereich der größten Ableitung der Krümmung des Trägers angeordnete Reibelemente, da in den vorgenannten Bereichen die Relativverschiebungen und/oder die Veränderungen der Normalkraft infolge der Verformungen am größten sind.To a further embodiment of the component according to the invention are several friction elements in the longitudinal direction of the carrier arranged distributed. This also allows the effect of the invention reinforced become. With the distribution of the friction elements on the carrier, for example, the relevant eigenmodes of the wearer Be taken into account. This embodiment is the knowledge on the basis that a friction element in a node vibration a lower Has effect than, for example, in a vibration abdomen, in the area largest deformations or in the area of the largest derivatives the deformations (curvature) or in the area of the largest derivative the curvature arranged the carrier Friction elements, since in the aforementioned areas, the relative displacements and / or the changes the normal force due to the deformations are greatest.

Entsprechend einer vorzugsweisen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reibelementes ist dieses lose gleitend in einer Ausnehmung des Trägers angeordnet. In diesem Fall entsteht die Dämpfungswirkung infolge von trägheitsbedingten Reibungsvorgängen oder elastischer Verformungen des Trägers und/oder des Reibelementes im Kontaktbereich. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils ist hierdurch vereinfacht, da das Reibelement lediglich in eine geeignete Ausnehmung des Trägers einzulegen ist.Corresponding a preferred embodiment of the friction element according to the invention this is slidably disposed in a recess of the carrier. In this case, the damping effect arises due to inertia rubs or elastic deformations of the carrier and / or the friction element in the contact area. The production of the component according to the invention is thereby simplified because the friction element only in one insert appropriate recess of the carrier is.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist das Reibelement unter Ausbildung einer Vorspannkraft in dem Träger eingespannt. Die Vorspannkraft bewirkt die Normalkraft, nach deren Maßgabe die Reibkraft erzeugt wird. Somit liegt auch eine Normalkraft in unverformtem Zustand des Trägers vor, welche beispielsweise ein Losreißen der Kontaktpartner für eine Initiierung einer Verformung mit entsprechenden Haftreibkräften bedingt.Corresponding a development of the invention is the friction element under training a biasing force in the carrier clamped. The biasing force causes the normal force, according to which proviso the frictional force is generated. Thus, a normal force is in undeformed condition of the wearer, which, for example, a tearing of the contact partner for an initiation a deformation associated with corresponding Haftreibkräften.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorspannkraft von der Verformung des Trägers abhängig. Hierdurch kann die Größe der Dämpfungswirkung an die Schwingungsausschläge auf besonders einfache Weise angepasst werden. Beispielsweise ist die Vorspannkraft nach Maßgabe eines Aktuators veränderlich. Dementsprechend kann die erfindungsgemäße Wirkung durch eine geeignete Regelungseinrichtung verstärkt werden. Alternativ oder zusätzlich kann es nach Maßgabe der Verformung des Trägers zu Klemmkräften zwischen dem Träger und dem Reibelement kommen, so dass für große Auslenkungen die Kräfte im Reibkontakt größer sind als für kleine Auslenkung, wodurch eine von den Auslenkungen bedingte Energiedissipation bedingt ist.According to an advantageous embodiment of the invention, the biasing force is dependent on the deformation of the carrier. In this way, the size of the damping effect can be adapted to the vibration amplitudes in a particularly simple manner. For example, the biasing force is variable according to an actuator. Accordingly, the effect of the invention can be enhanced by a suitable control device. Alternatively or additionally, depending on the deformation of the carrier, clamping forces may occur between the carrier and the friction element, so that For large deflections, the forces in the frictional contact are greater than for small deflection, whereby a conditional on the deflections energy dissipation is conditional.

Ein erfindungsgemäßes Bauteil kann Verwendung in der Luft- oder Raumfahrt finden. Infolge der besonderen Anforderungen an das Gewicht sowie die mechanischen Beanspruchungen in der Luft- oder Raumfahrt hat sich der Einsatz des erfindungsgemäßen Bauteiles in diesem Bereich als besonders vorteilhaft erwiesen.One Component according to the invention can find use in aerospace. As a result of special requirements for weight and mechanical stresses in aerospace, the use of the component according to the invention has proved to be particularly advantageous in this area.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.advantageous Further developments emerge from the subclaims and the description.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.One preferred embodiment the device according to the invention will be explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein erfindungsgemäßes Bauteil in unverformtem und verformtem Zustand, 1 an inventive component in undeformed and deformed state,

2 ein erfindungsgemäßes Bauteil gemäß 1 im Querschnitt II-II, 2 an inventive component according to 1 in section II-II,

3 ein weiteres erfindungsgemäßes Bauteil in unverformtem und verformtem Zustand und 3 another inventive component in undeformed and deformed state and

4 ein erfindungsgemäßes Bauteil gemäß 3 im Querschnitt IV-IV. 4 an inventive component according to 3 in cross-section IV-IV.

Ein Bauteil 10 ist in Sandwich- oder Leichtbauweise ausgebildet. Beispielsweise handelt es sich bei dem Bauteil um einen Balken, eine Platte oder Schale. Das Bauteil 10 findet Einsatz als Träger-, Verbindungs- oder Befestigungsmittel und/oder als konturgebendes Bauteil. In Verbindung mit der Luft- und Raumfahrt dient das Bauteil 10 als aerodynamisches Tragelement und/oder zur Befestigung von Hilfsaggregaten. Infolge äußerer mechanischer Beanspruchungen wird das Bauteil 10 zu Schwingungen angeregt.A component 10 is designed in sandwich or lightweight construction. For example, the component is a bar, a plate or a shell. The component 10 finds use as a carrier, connection or fastening means and / or as a contouring component. The component is used in conjunction with aviation and aerospace 10 as aerodynamic support element and / or for attachment of auxiliary equipment. Due to external mechanical stresses, the component 10 excited to vibrate.

Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt das Bauteil 10 über einen Träger 11 und mehrere Reibelemente 12. Das Bauteil 10 wird durch Biegung um eine senkrecht zur Zeichenebene orientierte Achse Z beansprucht. Gemäß 2 verfügt der Träger 11 über Ausnehmungen 13. Im hier vorliegenden Fall sind die Ausnehmungen 13 quaderförmig ausgebildet. In einem Querschnitt gemäß 2 sind drei parallel orientierte Ausnehmungen 13 mit Längserstreckung in Richtung der Längsachse des Bauteiles 10 vorgesehen.According to the in 1 illustrated embodiment, the component 10 about a carrier 11 and a plurality of friction elements 12 , The component 10 is claimed by bending about an axis Z oriented perpendicular to the plane of the drawing. According to 2 the carrier has 11 about recesses 13 , In the present case, the recesses 13 cuboid shaped. In a cross section according to 2 are three parallel oriented recesses 13 with longitudinal extension in the direction of the longitudinal axis of the component 10 intended.

Die Reibelemente 12 sind ebenfalls quaderförmig ausgebildet und mit Übermaß, passgenau oder einem Spiel in mindestens einer Raumrichtung in Ausnehmungen 13 angeordnet. Die Flächennormale der größten Fläche der quaderförmigen Reibelemente 12 ist quer zur Längsachse des Bauteils 10 in Richtung der Achse Y orientiert. Die Kontaktflächen des Reibelementes 12 mit dem Träger 11 bilden einen (trockenen) Reibkontakt. Die Normalkraft im Reibkontakt ist hierbei konstant, hängt von dem Übermaß des Reibelementes 12 gegenüber der Ausnehmung 13 und/oder der Verformung des Bauteiles 10 ab. Infolge der in 1 dargestellten Durchbiegung des Bauteiles 10 kommt es zu einer Verlängerung der Oberseite des Balkens 10 sowie einer Verkürzung der Unterseite. Im Inneren des Trägers 11 kommt es infolge dessen zu Relativbewegungen von Teilbereichen der Reibelemente 12 gegenüber dem Träger 11. Im Reibkontakt wird eine Reibkraft ausgebildet, welche ein Moment um die Achse X ausübt, welches der Verformung des Bauteiles 10 entgegengerichtet ist. Die Reibkraft bewirkt eine effektive Energiedissipation. Über die Oberfläche der Reibelemente 13 können Teilbereiche an dem Träger 11 haften, während andere Teilbereiche in Gleitkontakt mit diesem stehen. Eine gute Wirkung kann im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erzielt werden, wenn die Reibelemente 12 mit größtmöglichem Abstand von einer mittleren, in Richtung der Achse Z gerichteten Faser bzw. der neutralen Faser angeordnet sind. Mehrere Reibelemente 13 können übereinander und/oder in Längsrichtung des Bauteiles 10 hintereinander liegend angeordnet sein.The friction elements 12 are also cuboid and with excess, fit or play in at least one spatial direction in recesses 13 arranged. The surface normal of the largest surface of the cuboid friction elements 12 is transverse to the longitudinal axis of the component 10 oriented in the direction of the Y axis. The contact surfaces of the friction element 12 with the carrier 11 form a (dry) frictional contact. The normal force in the frictional contact is constant here, depends on the excess of the friction element 12 opposite the recess 13 and / or the deformation of the component 10 from. As a result of in 1 shown deflection of the component 10 it comes to an extension of the top of the beam 10 as well as a shortening of the bottom. Inside the carrier 11 As a result, it comes to relative movements of portions of the friction elements 12 opposite the carrier 11 , In frictional contact a frictional force is formed, which exerts a moment about the axis X, which is the deformation of the component 10 is opposite. The frictional force causes an effective energy dissipation. Over the surface of the friction elements 13 can subregions on the carrier 11 while other portions are in sliding contact therewith. A good effect can be found in 1 embodiment shown are achieved when the friction elements 12 are arranged as far as possible from a central, in the direction of the axis Z directed fiber or the neutral fiber. Several friction elements 13 can one above the other and / or in the longitudinal direction of the component 10 be arranged lying one behind the other.

Abweichend von dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel können die Reibelemente 12 untereinander in Wechselwirkung treten, insbesondere durch einen Reibkontakt. Der Träger 11 ist mit einem oder mehreren miteinander verbundenen Bauelementen gebildet.Notwithstanding that in the 1 and 2 illustrated embodiment, the friction elements 12 interact with each other, in particular by a frictional contact. The carrier 11 is formed with one or more interconnected components.

Über die dargestellte Ausführungsform hinaus können die Verhältnisse im Reibkontakt durch zusätzliche Stellmittel aktiv oder passiv beeinflusst sein. Beispielsweise kann eine Erhöhung der Normalkraft durch eine in 2 vertikal orientierte Verschraubung, welche eine Verstärkung der Anpresskraft zwischen Träger 11 und Reibelement 12 bewirkt, vorgesehen sein. Weiterhin möglich ist die aktive Beeinflussung der Normalkraft mittel geeigneter Aktuatoren, Stellmittel und Regelungseinrichtungen.Beyond the illustrated embodiment, the relationships in frictional contact can be actively or passively influenced by additional actuating means. For example, an increase in the normal force by an in 2 vertically oriented screw, which an increase of the contact pressure between the carrier 11 and friction element 12 causes, be provided. Furthermore, it is possible to actively influence the normal force by means of suitable actuators, adjusting means and control devices.

Gemäß dem in 3, 4 dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt der Träger 11 über ein mit mehreren Waben 14 gebildetes Material. Die Waben 14 verfügen über im Querschnitt regelmäßig sechseckförmige Wabenwände 15. Die Innenflächen der Wabenwände 15 bilden eine im Querschnitt sechseckförmige Ausnehmung 16. In Ausnehmungen 16 sind Hülsen 17 koaxial zur Längserstreckung der Waben 14 angeordnet. Die Hülsen 17 bilden Reibelemente. Die Hülsen 17 sind mit Übermaß, passgenau oder mit radialem Spiel in den Waben 14 angeordnet. Bei einer Verformung der Waben 14 infolge einer Verformung des Bauteiles 10, insbesondere bei Verformung um die und/oder entlang der Achse Y, kommt es zu Relativbewegungen der Mantelflächen der Hülsen 17 gegenüber der Innenflächen der Wabenwände 15. Gemäß dem inAccording to the in 3 . 4 illustrated embodiment, the carrier 11 over one with several honeycombs 14 formed material. The honeycomb 14 have regularly hexagonal honeycomb walls in cross-section 15 , The inner surfaces of the honeycomb walls 15 form a cross-section hexagonal recess 16 , In recesses 16 are pods 17 coaxial with the longitudinal extent of the honeycomb 14 arranged. The pods 17 form friction elements. The pods 17 are with oversize, pass exactly or with radial play in the honeycomb 14 arranged. In a deformation of the honeycomb 14 due to a deformation of the component 10 , In particular, when deformed about the and / or along the axis Y, there are relative movements of the lateral surfaces of the sleeves 17 opposite the inner surfaces of the honeycomb walls 15 , According to the in

3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Längsachsen der Waben 14 quer zur Längsachse des Bauteiles 10 in Richtung der zu erwartenden Verformungen orientiert. Alternativ ist es möglich, dass die Längsachsen der Waben 14 quer zur Längsachse des Bauteiles 10 und quer zu den zu erwartenden Verformungen orientiert sind. Mischformen der beiden genannten Ausrichtungen sind ebenfalls möglich. Außerdem können die Waben alternativ zur genannten Sechseckform beliebig ausgeführt sein, z. B. auch als wellenartiges oder regelmäßiges Gitter, die Wabenquerschnitte können rund, sowie drei-, vier- oder mehreckig sein. 3 illustrated embodiment, the longitudinal axes of the honeycomb 14 transverse to the longitudinal axis of the component 10 oriented in the direction of the expected deformations. Alternatively, it is possible that the longitudinal axes of the honeycomb 14 transverse to the longitudinal axis of the component 10 and oriented transversely to the expected deformations. Mixed forms of the two mentioned orientations are also possible. In addition, the honeycomb may alternatively be designed arbitrarily to said hexagon shape, z. B. as a wave-like or regular grid, the honeycomb sections may be round, as well as three, four or polygonal.

Eine Kombination der in den 1 und 2 sowie den 3 und 4 dargestellten Ausgestaltungsformen ist ebenfalls möglich.A combination of the in the 1 and 2 as well as the 3 and 4 illustrated embodiments is also possible.

Für den Fall, dass der Träger 11 mit äußeren Deckschichten gebildet ist, kann es vorteilhaft sein, dass die Reibelemente 12 mit den innenliegenden Flächen der Deckschichten in Wirkverbindung treten. Zusätzlich zu den dargestellten Ausführungsformen können außenliegende Dämpfungsmaßnahmen vorgesehen sein. Zur Dimensionierung des Reibkontaktes zwischen den Reibelementen 12 und dem Träger 11 wird auf folgende Literaturstellen verwiesen:

  • Balmer, Bert: "Erhöhung der Dämpfung von Turbinenschaufeln durch Reibelemente", Fortschrittsbericht, VDI Reihe 11, Nr. 197. Düsseldorf 1993.
  • Klamt, Klemens: "Zur optimalen Schwingungsdämpfung durch trockene Reibung in lokalen und ausgedehnten Fügestellen", Fortschrittsbericht, VDI Reihe 11, Nr. 134, Düsseldorf 1990.
In the event that the carrier 11 is formed with outer cover layers, it may be advantageous that the friction elements 12 interact with the inner surfaces of the outer layers in operative connection. In addition to the illustrated embodiments, external damping measures may be provided. For dimensioning the frictional contact between the friction elements 12 and the carrier 11 reference is made to the following references:
  • Balmer, Bert: "Increasing the damping of turbine blades by friction elements", Progress Report, VDI Series 11, No. 197. Dusseldorf 1993.
  • Klamt, Klemens: "For optimum vibration damping due to dry friction in local and extended joints", Progress Report, VDI Series 11, No. 134, Dusseldorf 1990.

Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil 10 handelt es sich insbesondere um eine Leichtbaustruktur, wie z. B. einen Teil eines Flügels, eines Leitwerkes oder einer Rumpfschale eines Luft- oder Raumfahrzeuges. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Träger 11 ebenfalls mit Wabenmaterial gebildet sein, wobei die Reibelemente 12 in Aussparungen des Wabenmateriales, ähnlich der Anwendung von "Heat-Pipes" zur Wärmeabfuhr zwischen Sandwich-Deckschichten, angeordnet sind. Die Hülsen 17 sind vorzugsweise hohlzylinderförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist das Wabenmaterial mit Aluminium oder Kunststoff gebildet, welches sich zwischen den Deckschichten einer Verbundstruktur (z. B. GFK, CFK oder Aramid) befindet.In the component according to the invention 10 it is in particular a lightweight structure, such. B. a part of a wing, a tail or a fuselage shell of an aircraft or spacecraft. At the in 1 illustrated embodiment, the carrier 11 also be formed with honeycomb material, wherein the friction elements 12 in recesses of the honeycomb material, similar to the application of "heat pipes" for heat dissipation between sandwich cover layers are arranged. The pods 17 are preferably formed in a hollow cylinder. Preferably, the honeycomb material is formed with aluminum or plastic, which is located between the cover layers of a composite structure (eg., GFRP, CFK or aramid).

Vorzugsweise sind die Reibelemente mit einem Schlitz oder Spalt ausgebildet, welcher beispielsweise für den Fall der Hülsen in Längsrichtung derselben orientiert ist. Unter Zusammenpressen des Reibelementes mit einem Verringern des Schlitzes oder Spaltes wird das Reibelement in den Träger eingesetzt. Durch die Dimension des Schlitzes oder Spaltes kann die Steifigkeit des Reibelementes, die Vorspannkraft und/oder die Normalkraft im Reibkontakt vorgegeben werden.Preferably the friction elements are formed with a slot or gap, which for example the case of the pods in the longitudinal direction of the same is oriented. Under compression of the friction element with a Reducing the slot or gap, the friction element in the carrier used. By the dimension of the slot or gap can the stiffness of the friction element, the biasing force and / or the Normal force can be specified in frictional contact.

Die Erfindung findet Einsatz als Schwingungsdämpfer für Sandwich-Strukturen, bei dem ein zusätzliches Bauteil (Dämpfungselement) in eine Sandwich-Struktur zwischen die Deckschichten integriert ist und dass bei äußerer mechanischer Schwingungsanregung des Sandwich-Bauteiles auftretende Reibkräfte zwischen den Elementen des Dämpfers selbst oder zwischen den Elementen des Dämpfers und der zu dämpfenden Struktur (Bauteil) zu einer Energiedissipation und damit zu einer Unterdrückung der Schwingungsamplituden des Sandwich-Bauteiles führen.The Invention finds use as a vibration damper for sandwich structures, at an additional one Component (damping element) integrated into a sandwich structure between the cover layers is and that at external mechanical Vibratory excitation of the sandwich component occurring friction between the elements of the damper itself or between the elements of the damper and the one to be damped Structure (component) to an energy dissipation and thus to a Suppression of Lead vibration amplitudes of the sandwich component.

Claims (18)

Tragendes Bauteil in Sandwichbauweise mit einem Träger (11) in Leichtbaustruktur mit fest miteinander verbundenen Deckschichten und mindestens einem Reibelement (12), welches a) im Inneren des Trägers (11) angeordnet ist, b) bei einer Verformung des Bauteils (10) in Folge einer mechanischen Beanspruchung Relativbewegungen gegenüber dem Träger (11) oder mindestens einem weiteren Reibelement ausführt, c) mit dem Träger (11) oder mindestens einem weiteren Reibelement einen Reibkontakt ausbildet, wobei die Relativverschiebung des Reibelements (12) gegenüber dem Träger (11) oder dem mindestens einen weiteren Reibelement zu einer der Relativbewegung entgegengerichteten Reibkraft im Reibkontakt führt, wobei d) der Träger (11) über Wabenmaterial, insbesondere aus Aluminium, verfügt, welche/es den Reibkontakt mit dem mindestens einen Reibelement (17) ausbildet und e) das mindestens eine Reibelement (17) im Inneren einer Wabe (14) angeordnet ist und den Reibkontakt mit der Wabenwand (15) der Wabe (14) ausbildet.Supporting component in sandwich construction with a carrier ( 11 ) in a lightweight structure with firmly interconnected cover layers and at least one friction element ( 12 ), which a) inside the carrier ( 11 ), b) during a deformation of the component ( 10 ) as a result of mechanical stress relative movements relative to the carrier ( 11 ) or at least one further friction element, c) with the carrier ( 11 ) or at least one further friction element forms a frictional contact, wherein the relative displacement of the friction element ( 12 ) relative to the carrier ( 11 ) or the at least one further friction element leads to a relative movement opposing frictional force in frictional contact, wherein d) the carrier ( 11 ) has honeycomb material, in particular made of aluminum, which / it the frictional contact with the at least one friction element ( 17 ) and e) the at least one friction element ( 17 ) inside a honeycomb ( 14 ) is arranged and the frictional contact with the honeycomb wall ( 15 ) of the honeycomb ( 14 ) trains. Bauteil in Sandwichbauweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Deckschicht des Trägers (11) einen Reibkontakt mit mindestens einem Reibelement (12) ausbildet.Component in sandwich construction according to claim 1, characterized in that a cover layer of the carrier ( 11 ) a frictional contact with at least one friction element ( 12 ) trains. Bauteil in Sandwichbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (17) als Hohlkörper ausgebildet ist.Component in sandwich construction according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one friction element ( 17 ) is designed as a hollow body. Bauteil in Sandwichbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (17) über einen Schlitz oder Spalt verfügt.Component in sandwich construction according to one of preceding claims, characterized in that the at least one friction element ( 17 ) has a slot or gap. Bauteil in Sandwichbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (17) als Hülse ausgebildet ist.Component in sandwich construction according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one friction element ( 17 ) is formed as a sleeve. Bauteil in Sandwichbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reibelemente (12; 17) in einem Querschnitt des Trägers (11) angeordnet sind.Component in sandwich construction according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of friction elements ( 12 ; 17 ) in a cross section of the carrier ( 11 ) are arranged. Bauteil in Sandwichbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reibelemente (12; 17) quer zur Längsrichtung des Trägers (11) angeordnet sind.Component in sandwich construction according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of friction elements ( 12 ; 17 ) transverse to the longitudinal direction of the carrier ( 11 ) are arranged. Bauteil in Sandwichbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reibelemente (12; 17) in Längsrichtung des Trägers (11) angeordnet sind.Component in sandwich construction according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of friction elements ( 12 ; 17 ) in the longitudinal direction of the carrier ( 11 ) are arranged. Bauteil in Sandwichbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reibelemente (12; 17) übereinander und/oder in Längsrichtung des Trägers (11) hintereinander liegend und/oder nebeneinander angeordnet sind.Component in sandwich construction according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of friction elements ( 12 ; 17 ) one above the other and / or in the longitudinal direction of the carrier ( 11 ) lying one behind the other and / or arranged side by side. Bauteil in Sandwichbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (12; 17) im Bereich von Schwingungsbäuchen einer dominanten Eigenform des Bauteils (10) angeordnet ist.Component in sandwich construction according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one friction element ( 12 ; 17 ) in the area of antinodes of a dominant eigenmode of the component ( 10 ) is arranged. Bauteil in Sandwichbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (12, 17) im Bereich der größten Verformung des Bauteils (10) angeordnet ist.Component in sandwich construction according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one friction element ( 12 . 17 ) in the area of greatest deformation of the component ( 10 ) is arranged. Bauteil in Sandwichbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (12; 17) im Bereich der größten Ableitungen der Verformungen des Bauteils (10) angeordnet ist.Component in sandwich construction according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one friction element ( 12 ; 17 ) in the region of the largest derivatives of the component ( 10 ) is arranged. Bauteil in Sandwichbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (12; 17) in größtmöglichem Abstand von der neutralen Faser des Bauteils (10) angeordnet ist.Component in sandwich construction according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one friction element ( 12 ; 17 ) at the greatest possible distance from the neutral fiber of the component ( 10 ) is arranged. Bauteil in Sandwichbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (12; 17) in einer Ausnehmung (12; 16) des Trägers (11) angeordnet ist.Component in sandwich construction according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one friction element ( 12 ; 17 ) in a recess ( 12 ; 16 ) of the carrier ( 11 ) is arranged. Bauteil in Sandwichbauweise nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Reibelement (12; 17) in der Ausnehmung (13; 16) des Trägers (11) mit Übermaß, passgenau oder einem Spiel angeordnet ist.Component in sandwich construction according to claim 14, characterized in that the at least one friction element ( 12 ; 17 ) in the recess ( 13 ; 16 ) of the carrier ( 11 ) is arranged with oversize, fit or a game. Bauteil in Sandwichbauweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (12; 17) unter Ausbildung einer Vorspannkraft in dem Träger (11) eingespannt ist.Structural component according to one of the preceding claims, characterized in that the friction element ( 12 ; 17 ) to form a biasing force in the carrier ( 11 ) is clamped. Bauteil in Sandwichbauweise nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkraft von der Verformung des Bauteils (10) abhängig ist.Structural component according to Claim 16, characterized in that the prestressing force depends on the deformation of the component ( 10 ) is dependent. Bauteil in Sandwichbauweise nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkraft nach Maßgabe eines Aktuators veränderlich ist.Component in sandwich construction according to claim 16 or 17, characterized in that the biasing force in accordance with a Actuator changeable is.
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