DE102016221309B4

DE102016221309B4 - Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement, Flugzeugreaktionsverbindung, Flugsteuerflächenantriebseinheit,

Info

Publication number: DE102016221309B4
Application number: DE102016221309.1A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Yasui
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2022-04-14
Anticipated expiration: 2036-10-29
Also published as: US10493703B2; JP2017087841A; US20170130764A1; FR3043357A1; DE102016221309A1; JP6626690B2

Abstract

Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50), umfassend:ein Strukturelement (30), das aus einem faserverstärkten Kunststoff mit Endlosfasern (60) gebildet ist, wobei die Halterungsstruktur (BS) bewirkt, dass das Strukturelement (30) das Kraftübertragungselement (50) über einen Verbindungskörper stützt, wobei das Kraftübertragungselement (50) konfiguriert ist, eine Kraft zu übertragen,die in dem faserverstärkten Kunststoff enthaltenen Endlosfasern (60) das Kraftübertragungselement (50) gegen die Kraft stützen,das Kraftübertragungselement (50) einen Vorsprung (52) aufweist, der in einen Öffnungsabschnitt (35) einführbar ist, der in einem distalen Endabschnitt des Strukturelements (30) ausgebildet ist, und sich der Vorsprung (52) zu seinem Ende hin verjüngt, undder Öffnungsabschnitt (35), der an dem distalen Endabschnitt des Strukturelements (30) ausgebildet ist, eine sich verjüngende Form mit einer Öffnungsfläche aufweist, die zu einem distalen Ende des Öffnungsabschnitts (35) hin größer ist,ein Verstärkungselement (70) zum Verstärken der Befestigung zwischen dem Strukturelement (30) und dem Kraftübertragungselement (50) an einem Abschnitt des Öffnungsabschnitts (35), der den Vorsprung (52) überlappt,wobei das Verstärkungselement (70) bewirkt, dass der Öffnungsabschnitt (35) den Vorsprung (52) presst, um eine Befestigung zwischen dem Strukturelement (30) und dem Kraftübertragungselement (50) zu verstärken, und das Verstärkungselement (70) Endabschnitte der das Kraftübertragungselement haltenden Endlosfasern (60) befestigt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement, eine Flugzeugreaktionsverbindung und eine Flugsteuerflächenantriebseinheit.
Hintergrund der Erfindung
Flugzeuge sind mit Flugsteuerflächen ausgebildet, die primäre Steuerflächen in Form von Ruderflächen, wie beispielsweise Querruder, Seitenruder oder Höhenruder, und sekundäre Steuerflächen, wie beispielsweise Strahlklappen oder Störklappen, umfassen. Flugsteuerflächenantriebseinheiten für den Antrieb dieser Flugsteuerflächen sind mit einem Aktuator, der auf einer Flugsteuerfläche befestigt ist, und einer Flugzeugreaktionsverbindung, die schwenkbar mit dem Aktuator und der Flugsteuerfläche verbunden ist, ausgebildet.
Zur Verringerung des Gewichts von Flugzeugen werden viele Flugzeugkomponenten, die aus Metallmaterialien, wie beispielsweise Titanlegierungen, hergestellt sind, durch jene, die aus faserverstärkten Kunststoff gebildet sind, ersetzt. Von diesen Komponenten sind einige Reaktionsverbindungen bekannt, die anstelle von Metallmateriealien aus faserverstärkten Kunststoffen hergestellt werden (siehe japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer JP 2014 - 237 429 A ).
Ein Beispiel derartiger Flugzeugreaktionsverbindung bildet die Reaktionsverbindung 200, die in 19a gezeigt ist und einen Verbindungskörper 210, der zwischen einer Flugsteuerfläche und einem Aktuator eine Verbindung herstellt, und Buchsen 220 zum gleitenden Halten einer Verbindungswelle des Aktuators umfasst. Der Verbindungskörper 210 ist aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt. Die Buchsen 220 sind über Befestigungselemente 230 mit den Endabschnitten des Verbindungskörpers 210 verbunden. Genauer gesagt weist jederder Endabschnitte des Verbindungskörpers 210 ein Paar von ebenen Platten auf. Jedes Paar von ebenen Platten 211 umfasst ein Durchgangsloch 212, in das ein Befestigungselement 230 eingesetzt wird (siehe 19b). Die Buchse 220 wird teilweise zwischen dem Paar von ebenen Platten 211 eingesetzt. Ein Verbindungselement 230 wird durch das Durchgangsloch 212 eingesetzt, um die Buchse 220 und das Paar von ebenen Platten 211 miteinander zu verbinden.
Der Endabschnitt des Verbindungskörpers 210 umfasst erste Fasern 241 und zweite Fasern 242. Die ersten Fasen 241 erstrecken sich in einer ersten Richtung DR1, in der sich der Verbindungskörper 210, wie in 19 gezeigt, erstreckt. Die zweiten Fasen 242 erstrecken sich in einer zweiten Richtung DR2, die orthogonal zur ersten Richtung DR1 verläuft. Da jedoch das Paar von ebenen Platten 211 ein darin ausgebildetes Durchgangsloch aufweist, sind die ersten Fasern 241 des Verbindungskörpers 210 in dem schattierten Bereich in 19b durch das Durchgangsloch 212 unterbrochen und können somit keiner Zuglast, die auf die Buchse 220 übertragen wird, standhalten (die Last, die in der Richtung des weißen Pfeils in 19b wirkt). Somit halten im Wesentlichen die zweiten Fasern 220 der Zuglast, die auf die Buchse 220 wirkt, stand, die weiter distal am Endabschnitt des Verbindungskörpers 210 als das Durchgangsloch 212 angeordnet sind.
Zur Überwindung eines derartigen Problems wurden herkömmlicherweise Flugreaktionsverbindungen derart ausgebildet, dass die Anzahl der Schichten der zweiten Fasern 242, die weiter distal am Endabschnitt des Verbindungskörpers 210 als das Durchgangsloch 212 angeordnet sind, erhöht wird, oder das die Fläche eines Teils des Endabschnitts, der weiter distal als das Durchgangsloch 212 ausgebildet ist, erhöht wird, um die Haltekraft der Buchse 220 zu erhöhen. Jedoch ist in den herkömmlichen Flugzeugreaktionsverbindungen der Endabschnitt des Verbindungskörpers 210 größer, wodurch die Reaktionsverbindung ein höheres Gewicht ausweist. Ein derartiger Nachteil tritt nicht nur bei Flugzeugreaktionsverbindungen auf, sondern bei jeder Art von Halterungsstrukturen für Kraftübertragungselemente, in denen ein Kraftübertragungselement, wie beispielsweise eine Buchse, zur Übertragung einer Kraft durch einen faserverstärkten Kunststoff gehalten wird.
US 4 992 313 A betrifft einen faserverstärkten Kunststoffgegenstand mit einem ersten, zweiten und dritten zylindrischen Abschnitt. Ein spiralförmiges Geflecht wird entlang eines ersten zylindrischen Abschnitts als erste zylindrische Hülse angebracht, die sich an die Außenfläche des ersten zylindrischen Abschnitts anpasst und diese umschließt. Der zweite zylindrische Abschnitt wird durch die das Geflecht bildenden Fäden geführt, und das Geflecht wird zu einem ersten, im Wesentlichen flachen, doppellagigen, geflochtenen Band zusammengefaltet, das dann um die Außenfläche des zweiten Kreuzungsabschnitts gewickelt wird. Das schraubenförmige Geflecht wird erneut entlang des ersten zylindrischen Abschnitts angebracht, und ein zweites geflochtenes Band wird dann um die Außenfläche des dritten zylindrischen Abschnitts gewickelt. Die Fasern werden mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert, das ausgehärtet wird, um den Gegenstand herzustellen.
US 6 116 113 A bezieht sich auf ein Verbundglied mit einem Glasfaserkörper. Der Körper wird durch Beschichten von Glasfasern mit einem flüssigen Harz und Wickeln der Fasern um eine Vielzahl von Endstücken oder Buchsen gebildet. Die Endstücke haben Übergangsabschnitte, um die Form des Verbundglieds und den Verlauf der Fasern fließend zu verändern. Die Fasern werden in zwei Lagen gewickelt, wobei sich die erste in Längsrichtung des Körpers und die zweite quer und um die erste herum erstreckt. Über dem Glasfaserkörper befindet sich eine Abschirmschicht.
WO 2010/ 024 990 A1 bezieht sich auf eine Zugstange aus Verbundwerkstoff, die einen offenen Gitterkörper aus verflochtenen Filamenten umfasst, die in einer festen Matrix gehalten werden. Ein Paar von Beschlägen verbindet die Enden der Stangen starr mit den Enden des Körpers. Die Stangenenden bilden Befestigungspunkte an der Spurstange.
US 4 704 918 A betrifft eine leichte Schub-, Zug- und/oder Torsionsstange mit einem leichten Kern, Anschlussstücken an beiden Enden, Stiften, die aus der Außenfläche jedes Anschlussstücks herausragen, und einem röhrenförmigen Festigkeitselement, das den Kern umgibt und einen Großteil des Endanschlussstücks überlappt. Das Festigkeitselement enthält eine faserige, geflochtene Schicht, die die vorstehenden Spitzen der Stifte überlappt und eng umschließt, um das Festigkeitselement am Endbeschlag zu verankern. In einer Ausführungsform sind die Endbeschläge von der an den Kern angrenzenden Seite aus konisch verjüngt und erweitern sich vom schmalen Ende des Konus aus, und das Geflecht ist eng um den konischen Teil und den erweiterten Teil jedes Endbeschlags geflochten, so dass das Festigkeitselement an dem Endbeschlag anliegt oder sich an ihm abstützt, wenn der Stab Zug- oder Druckkräften ausgesetzt ist. In einer anderen Ausführungsform hat jedes Endstück eine im Wesentlichen gerade zylindrische Form, und die Übertragung von Zug- und Druckkräften zwischen den Endstücken und dem Festigkeitselement beruht stärker auf dem Zusammenwirken zwischen den Stiften und dem Festigkeitselement.
US 6 324 940 B1 bezieht sich auf ein Verbundglied, das ein faserverstärktes Verbundrohr, ein Endstück an jedem Ende des Rohrs und Schichten aus harzgetränkten Fasern umfasst, die über die Endstücke und das Rohr gewickelt sind. Die Fasern werden in einer ersten Schicht, die in Längsrichtung über die Endstücke gewickelt wird, und in einer zweiten Schicht, die quer um die erste Schicht und das Rohr gewickelt wird, verlegt. Das Rohr, das Anschlussstück und die Faserschichten sind mit einer Schicht aus Abschirmungsmaterial, wie zum Beispiel Farbe oder einem Polymer, umhüllt.
JP 2014 - 237 429 A bezieht sich auf ein Reaktionsglied für ein Flugzeug, mit dem Gewichtseinsparungen und die Gewährleistung einer Festigkeit erreicht werden können und das leicht hergestellt werden kann. Ein Reaktionsgelenk für ein Flugzeug umfasst einen Gelenkkörperteil und einen Kopfteil, die einstückig aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet sind. Das Gelenkkörperteil hat ein Paar Schenkel und ein Verbindungsteil, das die einen Enden des Schenkelpaares miteinander verbindet. Die anderen Enden des Schenkelpaares sind so vorgesehen, dass sie in Bezug auf die andere Endseite eines Aktuators schwenkbar sind. Das Kopfteil ist mit dem Verbindungsteil in dem Zustand verbunden, dass das Kopfteil so angeordnet ist, dass es einen Außenumfang des Verbindungsteils umgibt, mehrere Kopfstrukturkomponenten aufweist, von denen jede mit einem Lager versehen ist, und so vorgesehen ist, dass es über das Lager in Bezug auf eine Rotorschaufel schwenkbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement, eine Flugzeugreaktionsverbindung und eine Flugsteuerflächenantriebseinheit g bereit zu stellen, die unter Gewährleitung der erforderlichen Festigkeit eine Gewichtsreduktion ermöglichen.
Diese Aufgabe wir durch den Gegenstand der Ansprüche 1, 16 und 17 gelöst. Sind die Fasern um das Kraftübertragungselement abgeschnitten, insbesondere jene, die sich in einer Richtung erstrecken, dass sie einer Zuglast, die am Strukturelement zieht, ausgesetzt sind, können die Fasern um das Kraftübertragungselement keine Zuglast aufnehmen, die auf das Kraftübertragungselement übertragen wird. In der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Fasern, die sich in einer solchen Richtung erstrecken, dass sie einer Zuglast, die auf das Strukturelement wirkt, ausgesetzt sind, durchgehend ausgebildet. Somit können mehr Fasern die Zuglast aufnehmen, die auf das Kraftübertragungselement übertragen wird. Da es demnach nicht erforderlich ist, einen Abschnitt des Strukturelements, der das Kraftübertragungselement hält, weiter zu verstärken, ist es möglich, die erforderliche Festigkeit zu gewährleisten und das Gewicht des Abschnitts des Strukturelements, das das Kraftübertragungselement hält, zu verringern. Das Halten eines Elements bezieht sich auf das Festhalten eines Elements um eine Kraft in einer Richtung entgegen der übertragenen Kraft zu erzeugen. Die Richtung der übermittelten Kraft entspricht der Richtung des Vektors, der eine Summe der Richtungsvektoren der Fasern ist.
Wird eine Drucklast in einer Richtung des Zusammendrückens des Öffnungsabschnitts des Strukturelements auf das Kraftübertragungselement übertragen, werden die Verjüngungen des Vorsprungs mit dem Öffnungsabschnitt des Strukturelements in Kontakt gebracht, so dass das Strukturelement das Kraftübertragungselement halten kann.
Bei dieser Anordnung befestigt das Verstärkungselement das Strukturelement und das Kraftübertragungselement, wodurch verhindert werden kann, dass sich das Kraftübertragungselement in Bezug auf das Strukturelement bewegt. Wird darüber hinaus eine Drucklast in einer Richtung des Zusammendrückens des Kraftübertragungselements in Richtung des Strukturelements auf das Kraftübertragungselement übertragen, kann das Strukturelement das Kraftübertragungselement fester halten.
Mit dieser Anordnung kann verhindert werden, dass die Fasern, die das Kraftübertragungselement mit dem Verstärkungselement halten, aus dem Strukturelement entfernt werden. Das heißt, obwohl der faserverstärkte Kunststoff im Allgemeinen dazu neigt, sich abzulösen, kann effizient verhindert werden, dass die Fasern durch Verstärken der Endabschnitte der Fasern entfernt werden.
Wird bei dieser Anordnung eine Drucklast in eine Richtung des Zusammendrückens des Öffnungsabschnitts des Strukturelements auf das Kraftübertragungselement übertragen, berühren die Verjüngungen des Öffnungsabschnitts des Strukturelements die Vorsprünge des Kraftübertragungselements derart, dass das Strukturelement das Kraftübertragungselement halten kann. Wird darüber hinaus der Vorsprung mit Verjüngungen ausgebildet, sind die Verjüngungen des Vorsprungs in Oberflächenkontakt mit den Verjüngungen des Öffnungsabschnitts des Strukturelements. Wird somit eine Drucklast auf das Kraftübertragungselement übertragen, kann das Strukturelement das Kraftübertragungselement fester halten.
(2) Gemäß einer Ausführungsform der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement sind die das Kraftübertragungselement stützenden Fasern um das Kraftübertragungselement gewickelt. Wird eine Zuglast, die auf das Strukturelement wirkt, auf das Kraftübertragungselement übermittelt, können die Fasern, die sich von dem Strukturelement erstrecken und um das Kraftübertragungselement gewickelt sind, bei dieser Anordnung die Zuglast, die auf das Kraftübertragungselement übermittelt wird, aufnehmen. Die Fasern, die das Kraftübertragungselement halten, nehmen eine Kraft auf, die die Fasern in die Richtung zieht, in der sich die Fasern erstrecken. Da die Fasern am stärksten gegen eine Zugkraft in der Richtung wirken, in der sich die Fasern erstrecken, und da darüber hinaus die Fasern um das Kraftübertragungselement gewickelt sind, kann die Kraft effizienter aufgenommen werden. Somit kann das Kraftübertragungselement mit einer geringeren Anzahl von Fasern auf stabile Weise gehalten werden, um dadurch effektiv die erforderliche Festigkeit zu gewährleisten und das Gewicht der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement zu verringern.
(3) Gemäß einer Ausführungsform der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement umfassen die in dem Strukturelement enthaltenen Fasern erste Fasern, die sich in einer ersten Richtung erstrecken, und zweite Fasern, die sich in einer sich von der ersten Richtung unterscheidenden zweiten Richtung erstrecken, wobei die ersten Fasern und die zweiten Fasern miteinander verwoben sind.
Mit dieser Anordnung erhöht sich die Reibungskraft, die zwischen den ersten Fasern und den zweiten Fasern wirkt, die Bindungskraft zwischen den Fasern, wenn eine Kraft in der Richtung, in der sich die Fasen erstrecken, übertragen wird, im Vergleich zu einer Anordnung, in der die ersten Fasern und die zweiten Fasern nicht miteinander verwoben sind, d.h., dass die einen der ersten Fasern und zweiten Fasern auf den anderen der ersten Fasern und zweiten Fasern gebildet sind. Dadurch kann die Festigkeit des Strukturelements erhöht werden.
(4) Gemäß eine Ausführungsform der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement sind die Winkel der Fasern, die durch die erste Richtung und die zweite Richtung in einer Längsrichtung des Strukturelements gebildet sind, in einem Abschnitt des Strukturelements in der Nähe des Kraftübertragungselements kleiner als die in einem von dem Kraftübertragungselement entfernten Abschnitt des Strukturelements.
Mit diesem Aufbau sind die Winkel der Fasern in einem Bereich des Strukturelements in der Nähe des Kraftübertragungselements kleiner (die Fasern erstrecken sich in Richtungen, die näher zu der Längsrichtung des Strukturelements verlaufen). Werden somit die Fasern, die das Kraftübertragungselement halten, um das Kraftübertragungselement gewickelt, wird verhindert, dass sich die ersten Fasern und die zweiten Fasern verdrehen oder gebogen werden. Dementsprechend kann eine Verformung des Strukturelements aufgrund der Zuglast eingeschränkt werden, und das Kraftübertragungselement kann fester gehalten werden.
(5) Gemäß einer Ausführungsform der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement sind die Winkel der Fasern in dem Strukturelement in Richtung des Kraftübertragungselements indiskret kleiner. Mit dieser Anordnung wird verglichen mit dem Fall, bei dem die Winkel der Fasern in dem Strukturelement diskret in Richtung des Kraftübertragungselements variieren, die Herstellung des Strukturelements vereinfacht. Insbesondere im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Winkel der Fasern in einem Bereich in der Nähe des Kraftübertragungselements spitzwinkelig verkleinert werden, kann verhindert werden, dass die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62 gebogen oder spitz verdrillt werden.
(6) Gemäß einer Ausführungsform der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement sind die ersten Fasern und die zweiten Fasern um das Kraftübertragungselement gewickelt, und eine Wicklungsrichtung der ersten Fasern um das Kraftübertragungselement verläuft entgegengesetzt zu einer Wickelrichtung der zweiten Fasern um das Kraftübertragungselement.
Mit dieser Anordnung verläuft die Richtung der ersten Fasern entgegen gesetzt zur Richtung der zweiten Fasern, und somit werden diese Fasern nicht übermäßig gebogen oder verdrillt. Die Zuglast kann in der Längsrichtung des Strukturelements gut ausgeglichen werden.
(7) Gemäß einer Ausführungsform der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement unterscheiden sich die erste Richtung und die zweite Richtung von einer Längsrichtung des Strukturelements, und die Fasern, die in dem Strukturelement enthalten sind, umfassen ferner dritte Fasern, die sich entlang der Längsrichtung und um das Kraftübertragungselement erstrecken und um das Kraftübertragungselement gewickelt sind.
Mit dieser Anordnung erstrecken sich die dritten Fasern in der Längsrichtung, und somit wird verhindert, dass wenigstens ein Teil der dritten Fasern übermäßig gebogen oder verdrillt wird, wenn diese um das Kraftübertragungselement gewickelt werden. Zieht somit eine Zuglast das Kraftübertragungselement in eine Richtung weg vom Strukturelement, kann die Zuglast in effizienter Weise in der Richtung, in der sich die dritten Fasern erstrecken, aufgenommen werden. Somit können die dritten Fasern das Kraftübertragungselement fester halten.
(8) Gemäß einer Ausführungsform der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement umfassen die dritten Fasern Fasern, die in einer ersten Wicklungsrichtung um das Kraftübertragungselement gewickelt sind, und Fasern, die um das Kraftübertragungselement in einer zweiten Wicklungsrichtung entgegengesetzt zu der ersten Wicklungsrichtung gewickelt sind.
Mit dieser Anordnung wird somit der Abschnitt der dritten Fasern, an dem die dritten Fasern anfangen sich um das Kraftübertragungselement zu wickeln, nicht übermäßig gebogen oder verdrillt, verglichen mit dem Fall, bei dem die dritten Fasern in einer Richtung um das Kraftübertragungselement gewickelt werden. Somit ist es möglich, der Zuglast in der Längsrichtung des Strukturelements in ausgeglichener Weise Stand zu halten.
(9) Gemäß der Ausführungsform der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement sind lediglich die dritten Fasern um das Kraftübertragungselement gewickelt. Bei dieser Anordnung werden nur die dritten Fasern um das Kraftübertragungselement gewickelt, während die ersten Fasern und die zweiten Fasern nicht um dieses gewickelt werden. Somit wird der Wicklungsaufwand verringert und die Produktivität der Halterungsstruktur für das Kraftübertragungselement erhöht.
(10) Gemäß einer Ausführungsform der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement bilden die um das Kraftübertragungselement gewickelten Fasern Schichten, die übereinandergestapelt sind. Bei dieser Anordnung bilden die um das Kraftübertragungselement gewickelten Fasern Schichten, die gestapelt sind, wodurch verhindert wird, dass sich die Fläche des Abschnitts des Kraftübertragungselements, auf dem die Fasern gewickelt sind, vergrößert. Dementsprechend ist es möglich die erforderliche Festigkeit zu gewährleisten und das Gewicht des Kraftübertragungselements zu verringern.
(11) Gemäß einer Ausführungsform der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement sind alle Fasern, die in dem Strukturelement enthalten sind, um das Kraftübertragungselement gewickelt. Bei dieser Anordnung halten alle in dem Strukturelement enthaltenen Fasern das Kraftübertragungselement, und somit wird eine Zuglast, die zwischen dem Strukturelement und dem Kraftübertragungselement erzeugt wird, von allen Fasern aufgenommen. Somit kann das Kraftübertragungselement unter Verwendung einer geringen Anzahl von Fasern fester gehalten werden, und es ist möglich, die erforderliche Festigkeit zu gewährleiten und das Gewicht der Halterungsstruktur für das Kraftübertragungselement effizienter zu verringern.
(12) Gemäß einer Ausführungsform der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement wird lediglich ein Teil der Fasern, die in dem Strukturelement enthalten sind, um das Kraftübertragungselement gewickelt. Bei dieser Anordnung wird nur ein Teil der Fasern, die in dem Strukturelement enthalten sind, um das Kraftübertragungselement gewickelt, wodurch sich der Wicklungsaufwand im Vergleich zu dem Fall, bei dem alle Fasern, die in dem Strukturelement enthalten sind, um das Kraftübertragungselement gewickelt werden, verringert. Somit kann die Produktivität der Halterungsstruktur für das Kraftübertragungselement erhöht werden, während gleichzeitig eine Balance zwischen der Festigkeit und dem Gewicht der Halterungsstruktur für das Kraftübertragungselement erzielt werden kann.
(13) Gemäß einer Ausführungsform der Halterungsstruktur eines Kraftübertragungselements ist das Verstärkungselement aus einer Endlosfaser gebildet, die in dem faserverstärkten Kunststoff enthalten ist, und auf einer Außenseite der Faser, die das Kraftübertragungselement hält, gewickelt. Die Außenseite der Faser bezieht sich auf eine Faser in der Nähe der Außenfläche.
Wird bei dieser Anordnung eine Drucklast in einer Richtung des Zusammendrückens des Öffnungsabschnitts des Strukturelements auf das Kraftübertragungselement übertragen, kann das Kraftübertragungselement eine Verbreiterung des Öffnungsabschnitts des Strukturelements verhindern. Folglich können das Strukturelement und das Kraftübertragungselement fester gehalten werden, ohne die Größe der Halterungsstruktur für das Kraftübertragungselement zu vergrößern.
(14) Gemäß einer Ausführungsform der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement ist die Faser des Verstärkungselements regelmäßig gewickelt. Bei dieser Anordnung kann verhindert werden, dass ein Abschnitt, der mit dem Verstärkungselement ausgebildet ist, zu stark von dem Strukturelement verbreitert wird. Somit kann eine Vergrößerung der Halterungsstruktur für das Kraftübertragungselement eingeschränkt werden.
(15) Gemäß einer Ausführungsform der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement weist das Kraftübertragungselement eine Außenumfangsfläche auf, um die die Fasern gewickelt sind, und beide axialen Enden der Außenumfangsfläche des Kraftübertragungselements sind mit einer Rippe versehen, die sich von der Außenumfangsfläche des Kraftübertragungselements in einer radialen Richtung erstreckt.
Werden bei dieser Anordnung die Fasern zum Halten des Kraftübertragungselements um das Kraftübertragungselement gewickelt, kann verhindert werden, dass die Fasern von dem Kraftübertragungselement abgelenkt bzw. verlagert werden. Somit kann der Wickelvorgang der Fasern um das Kraftübertragungselement erleichtert werden.
(16) Gemäß einer Ausführungsform der Flugzeugreaktionsverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Flugzeugreaktionsverbindung direkt oder indirekt auf einer Flugsteuerfläche eines Flugzeuges befestigt und mit einem Aktuator zum Antrieb der Flugsteuerfläche verbunden, wobei die Flugzeugreaktionsverbindung umfasst: eine Buchse, die als Kraftübertragungselement dient, wobei die Buchse so konfiguriert ist, dass sie den Aktuator gleitend hält; und einen Verbindungskörper mit einem Strukturelement, wobei das Strukturelement ausgebildet ist, die Buchse zu halten, wobei die Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement gemäß obigem Punkt (1) verwendet wird, um die Buchse zu halten.
Diese Anordnung erzeugt die gleiche Wirkung wie die obige Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement, und somit ist es möglich, die erforderliche Festigkeit zu gewährleisten und das Gewicht der Flugzeugreaktionsverbindung zu verringern.
(17) Gemäß einer Ausführungsform einer Flugsteuerflächenantriebseinheit gemäß der vorliegende Erfindung umfasst die Flugsteuerflächenantriebseinheit die zuvor beschriebene Flugzeugreaktionsverbindung und den Aktuator. Diese Anordnung erzielt die gleiche Wirkung wie die zuvor erwähnte Flugzeugreaktionsverbindung, und somit ist es möglich, die erforderliche Festigkeit zu gewährleiten und das Gewicht der Flugsteuerflächenantriebseinheit zu verringern.
Mit der Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement, der Flugzeugreaktionsverbindung und der Flugsteuerflächenantriebseinheit, gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Gewichtsreduktion erzielt werden, während gleichzeitig die erforderliche Festigkeit gewährleistet wird.
Figurenliste

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Flügels, der eine Flugsteuerflächenantriebseinheit einer Ausführungsform aufweist.
2 zeigt eine Seitenansicht der 1.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Flugzeugreaktionsverbindung der 1.
4 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Öffnungsabschnitts in einem Verbindungskörper und eine Buchse der Flugzeugreaktionsverbindung.
5a zeigt eine Seitenansicht eines Teils des Verbindungskörpers und der Buchse.
5b zeigt eine Draufsicht der 5a.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils des Verbindungskörpers und der Buchse.
7 zeigt eine Seitenansicht des Verbindungskörpers der 6, bei der ein Verstärkungselement weggelassen wurde.
8a zeigt eine Seitenansicht der Buchse.
8b zeigt eine Seitenansicht der Buchse.
8c zeigt eine Draufsicht eines Teils des Verbindungskörpers und der Buchse.
9 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils des Verbindungskörpers und der Buchse.
10 zeigt ein Flussdiagramm, dass ein Verfahren zur Herstellung einer Flugzeugreaktionsverbindung darstellt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
11a zeigt eine schematische Unteransicht eines Teils des Verbindungskörpers.
11b zeigt eine schematische Seitenansicht eines Teils des Verbindungskörpers.
11c zeigt eine schematische Seitenansicht eines Teils des Verbindungskörpers.
12 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Teils des Verbindungskörpers und der Buchse gemäß einer Abwandlung der Flugzeugreaktionsverbindung.
13 zeigt eine Seitenansicht eines Teils des Verbindungskörpers und der Buchse gemäß einer Abwandlung der Flugzeugreaktionsverbindung.
14 zeigt eine Seitenansicht eines Teils des Verbindungskörpers und der Buchse gemäß einer Abwandlung der Flugzeugreaktionsverbindung.
15 zeigt eine Seitenansicht eines Teils des Verbindungskörpers und der Buchse gemäß einer Abwandlung der Flugzeugreaktionsverbindung.
16 zeigt eine Seitenansicht eines Teils des Verbindungskörpers und der Buchse gemäß einer Abwandlung der Flugzeugreaktionsverbindung.
17 zeigt eine Seitenansicht eines Teils des Verbindungskörpers und der Buchse gemäß einer Abwandlung der Flugzeugreaktionsverbindung.
18 zeigt eine Draufsicht eines Teils eines Strukturelements und eines Kraftübertragungselements gemäß einer Abwandlung der Halterungsstruktur für das Kraftübertragungselement.
19a zeigt eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Flugzeugreaktionsverbindung.
19b zeigt eine Draufsicht eines Teils des Verbindungskörpers, der herkömmlichen Flugzeugreaktionsverbindung.

Beschreibung der vorliegenden Ausführungsformen
Eine Flugsteuerflächenantriebseinheit gemäß einer Ausführungsform wird im Nachfolgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Der Einfachheit halber wird in der 1 auf einen Teil der Verbindungsstruktur zwischen der Flugsteuerflächenantriebseinheit und der Flugsteuerfläche verzichtet. Wie in 1 gezeigt, kann die Flugsteuerflächenantriebseinheit 1 in einem Flugzeug vorgesehen sein, um die Flugsteuerfläche 101 eines Flügels 100 des Flugzeugs zu steuern. Die Flugsteuerfläche 101 kann aus einem Querruder, einem Seitenruder, einem Höhenruder oder anderen Steuerflächen eines Flugzeugs gebildet sein. Die Flugsteuerfläche, die durch die Flugsteuerflächenantriebseinheit 1 gesteuert wird, kann auch aus einer Strahlklappe oder einer Störklappe gebildet sein.
Die Flugsteuerflächenantriebseinheit 1 kann einen Aktuator 10 zum Antrieb der Flugsteuerfläche 101 und eine Reaktionsverbindung 20, die einer Reaktionskraft von der Flugsteuerfläche 101, die durch den Aktuator 10 beim Antrieb der Flugsteuerfläche 101 erzeugt wird, widersteht, umfassen. Die Reaktionsverbindung 20 ist ein Beispiel möglicher Flugzeugreaktionsverbindungen.
Wie in 2 gezeigt, kann der Aktuator 10 mit einer Halterung 102, die auf dem Flügel 100 vorgesehen ist, und mit einer Verbindungswelle 103 der Flugsteuerfläche 101 verbunden sein. Der Aktuator 10 kann die Flugsteuerfläche 101 um eine Drehachse 104 drehen, die die Flugsteuerfläche 101 hält, um bezogen auf den Flügel 100 drehbar zu sein. Der Aktuator 10 kann ein hydraulischer Linearaktuator sein, der derart ausgebildet ist, dass Hydrauliköl in einen Zylinder 11 geleitet und aus diesem abgeführt wird, um einen Stab 12 in die Axialrichtung davon hin und her zu bewegen. Der Aktuator 10 kann auch ein elektromechanischer Linearaktuator mit einem elektrischen Motor und einem Kugelgewindemechanismus sein. Ein Ende des Stabs 12 kann drehbar mit der Verbindungswelle 103 verbunden sein. Das heißt, der Aktuator 10 kann direkt mit der Flugsteuerfläche 101 verbunden sein. Es ist auch möglich, dass das Ende des Stabs 12 mit einem Hornarm (nicht dargestellt) verbunden ist, der mit der Flugsteuerfläche 101 verbunden ist. Das heißt, der Aktuator 10 kann auch indirekt mit der Flugsteuerfläche 101 verbunden sein.
Wie in 1 gezeigt kann der Aktuator 10 einen Verbindungsabschnitt 13 umfassen, der eine Verbindung mit der Reaktionsverbindung 20 und der Halterung 102 herstellt. Der Verbindungsabschnitt 13 kann auf einer Seite des Zylinders 11 gegenüber der Seite, aus der der Stab 12 vorsteht, vorgesehen sein. Der Verbindungsabschnitt 13 kann eine Welle 13A umfassen, die sich orthogonal zur Achse des Stabs 12 erstreckt.
Die Reaktionsverbindung 20 kann drehbar mit der Drehachse 104 und der Welle 13A des Verbindungsabschnitts 13 verbunden sein. Wenn der Aktuator 10 die Flugsteuerfläche 101 antreibt, kann die Reaktionsverbindung 20 verhindern, dass die Last, die auf die bewegliche Flugsteuerfläche 101 ausgeübt wird, direkt auf den stationären Flügel 100 übertragen wird.
Die derartig ausgebildete Flugsteuerflächenantriebseinheit 1 wird wie folgt betrieben. Ein Hydraulikaggregat (nicht dargestellt) zur Zuführung eines Hydrauliköls in den Aktuator 10 arbeitet auf der Grundlage der aus einer Flugsteuerung (nicht dargestellt) erhaltenen Befehle, so dass das Hydrauliköl in den Zylinder 11 des Aktuators 10 geleitet und aus diesem abgegeben wird. Somit kann, wie in 12 gezeigt, der Stab 12 aus dem Zylinder 11 hervorragen oder in diesen zurückgezogen werden, und somit kann die Flugsteuerfläche 101, die über die Verbindungswelle 103 mit dem Stab 12 verbunden ist, um die Drehachse 104 gedreht werden. Bei Drehung der Flugsteuerfläche 101 schwenkt die Reaktionsverbindung 20 um die Drehachse 104. Ferner kann die Reaktionsverbindung 20, die die Welle 13A drehbar hält, eine Reaktionskraft von der Flugsteuerfläche 101 aufnehmen, wenn der Aktuator die Flugsteuerfläche 101 antreibt.
Im Nachfolgenden wird der Aufbau der Reaktionsverbindung 20 mit Bezug auf die 2 bis 9 beschrieben. Wie in 2 und 3 gezeigt, kann die Reaktionsverbindung 20 einen Verbindungskörper 30 zur Verbindung zwischen der Drehachse 104 und der Welle 13A des Aktuators 10, einen Kopf 40, der an einem Endabschnitt des Verbindungskörpers 30 auf der Seite der Drehachse 104 angeordnet ist und mit der Drehachse 104 verbunden ist, und eine Paar von Buchsen 50, die auf dem Verbindungskörper 30 befestigt sind und die Welle 13 gleitend halten, umfassen. Somit kann das Paar von Buchsen 50 den Aktuator 10 gleitend halten. Die Buchsen 50 entsprechen Kraftübertragungselementen zur Aufnahme einer Kraft aus dem Aktuator 10.
Der Verbindungskörper 30 kann in einer Draufsicht im Wesentlichen U-förmig ausgebildet sein. Der Verbindungskörper 30 umfasst ein Paar von Beinen 31A, 31B, das sich entlang der Längsachse C, die die Längsrichtung des Verbindungskörpers 30 angibt, gerade erstreckt und parallel zueinander in einem Abstand angeordnet ist. Jedes des Beine 31A, 31B weist einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Die Beine 31A, 31B sind über einen Verbindungsabschnitt 32 an einer Endseite miteinander verbunden. Der Verbindungsabschnitt 32 umfasst einen geraden Abschnitt 33 und gebogene Abschnitte 34, die an beiden Enden des geraden Abschnitts 33 vorgesehen sind. Der gerade Abschnitt 33 erstreckt sich in einer Richtung orthogonal zu der Längsachse C. Das Paar von Beinen 31A, 31B und der Verbindungsabschnitt 32 sind fest zusammengebaut. Der Verbindungskörper 30 kann anstelle der im Wesentlichen U-förmigen Form auch gerade oder J-förmig ausgebildet sein. Wenn der Verbindungskörper 30 gerade oder J-förmig ausgebildet ist, können eine oder zwei Buchsen 50 mit dem Verbindungskörper 30 verbunden werden. Ist der Verbindungskörper 30 gerade oder J-förmig ausgebildet und mit zwei Buchsen 50 verbunden, werden diese zwei Buchsen 50 mit beiden Längsenden des Verbindungskörpers 30 verbunden.
Der Verbindungskörper 30 ist aus einem faserverstärkten Kunststoff (FRP) gebildet. Noch bevorzugter ist der Verbindungskörper 30 aus einem karbonfaserverstärkten Kunststoff (CFRP) hergestellt. Verwendbare Karbonfasern können Karbonfasern auf PAN-Basis und Karbonfasern auf Harzbasis umfassen. Es ist auch möglich, dass der Verbindungskörper 30 beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFRP), einem glasfaserverstärkten Thermoplast (GMT), einem borfaserverstärkten Kunststoff (BFRP), einem aramidfaserverstärkten Kunststoff (AFRP, KFRP) einem Dyneema faserverstärkten Kunststoff (DFRP), einem Xyron-verstärkten Kunststoff (ZFRP), etc. gebildet ist. Zudem ist es möglich, dass in dem Verbindungskörper 30 lediglich das Paar von Beinen 31A, 31B aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist, und der Verbindungsabschnitt 32 aus einem anderen Material, wie beispielsweise einem Metallmaterial, als aus faserverstärktem Kunststoff gebildet ist. Zudem ist es auch möglich, dass in dem Verbindungskörper 30 lediglich ein Teil der Endabschnitte des Paars von Beinen 31A, 31B aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Ferner ist es auch möglich, einen faserverstärkten Kunststoff, der eine Vielzahl von miteinander kombinierten Faserarten umfasst, oder eine Vielzahl von miteinander kombinierten faserverstärkten Kunststoffarten zu verwenden.
Der Kopf 40 kann an der Mitte des geraden Abschnitts 33 des Verbindungsabschnitts 32 befestigt sein. Der Kopf 40 kann aus einem ersten Kopfkörper 41 und einem zweiten Kopfkörper 42 gebildet sein. Der erste Kopfkörper 41 und der zweite Kopfkörper 42, die beide im Wesentlichen U-förmig sind, sind miteinander verbunden, um ein Befestigungsloch 43 zu bilden, in das der Verbindungsabschnitt 32 eingeklemmt wird. Der erste Kopfkörper 41 erstreckt sich aus dem Verbindungsabschnitt 32 in Richtung der Enden des Paares von Beinen 31A, 31B. Der zweite Kopfkörper 42 erstreckt sich aus dem Verbindungsabschnitt 32 in Richtung entgegengesetzt zu den Enden des Paares von Beinen 31A, 31B. Der zweite Kopfkörper 42 kann ein Lagerloch 42A aufweisen, das sich in der Richtung erstreckt, in der sich der Verbindungsabschnitt 32 erstreckt. Das Lagerloch 42A kann ein darin angeordnetes Lager 44 aufweisen. Beispielsweise kann das Lager 44 ein Kugellager sein. Die Drehachse 104 (siehe 2) kann in dem Lager 44 angebracht sein. Somit kann der Kopf 40 drehbar mit der Drehachse 104 verbunden werden. Ein Spalt ist zwischen dem Befestigungsloch 43 und dem Verbindungsabschnitt 32 ausgebildet. Ein Keil 45 wird in den Spalt eingepresst.
Eine Faser 46 wird auf die Außenumfangsfläche des ersten Kopfkörpers 41 und des zweiten Kopfkörpers 42 gewickelt. Die Faser 46 ist entweder aus einer Faser oder einer Vielzahl von Fasern gebildet. Diese Faser verbindet den ersten Kopfkörper 41 und den zweiten Kopfkörper 42 miteinander.
Die Buchsen 50 sind an den Endabschnitt des Beins 31A und den Endabschnitt des Beins 31B verbunden. Somit werden die Buchsen 50 von dem Verbindungskörper 30 gehalten. Die Struktur, in der der Verbindungskörper 30 die Buchsen 50 hält, wird im Nachfolgenden als eine Buchsenhalterungsstruktur BS bezeichnet. Der Verbindungskörper 30 entspricht einem Strukturelement, das die Buchsen 50 hält. Umfasst der Verbindungskörper 30 einen faserverstärkten Kunststoff in lediglich den Beinen 31A, 31B, dann entsprechen die Beine 31A, 31B den Strukturelementen. Umfasst der Verbindungskörper 30 einen faserverstärkten Kunststoff in nur einem Teil der Endabschnitte der Beine 31A, 31B, dann entspricht der Teil der Endabschnitte der Beine 31A, 31B, der aus dem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist, den Strukturelementen. Ferner entspricht die Buchsenhalterungsstruktur BS einer Halterungsstruktur für die Kraftübertragungselemente.
4 zeigt eine Explosionsansicht des Endabschnitts des Beins 31A und der Buchse 50, die mit dem Bein 31A verbunden ist, und 5a und 5b zeigen die Buchse 50, die mit dem Endabschnitt des Beins 31A verbunden ist. In 4 und 5a und 5b ist ein Teil der Buchsenhalterungsstruktur BS nicht dargestellt. Das Ende des Abschnitts des Beins 31B und die Buchse 50, die mit dem Bein 31B verbunden ist, kann wie in 4 und 5a und 5b gezeigt ausgebildet sein.
Wie in 4 gezeigt, umfasst die Buchse 50 einen Buchsenkörper 51, der die Welle 13A des Aktuators 10 gleitend hält (siehe 2 für beides) und einen Einführvorsprung 52, der in einen in dem Endabschnitt des Beins 31A ausgebildeten Öffnungsabschnitt 35 eingesetzt wird. Der Einführvorsprung 52 entspricht einem Vorsprung.
Der Buchsenkörper 51 weist ein sich durch diesen erstreckendes Durchgangsloch 51A in der Axialrichtung der Welle 13A auf (im Nachfolgenden als „Axialrichtung J1“ bezeichnet). Die Welle 13A wird durch das Durchgangsloch 51A eingesetzt. An den gegenüberliegenden Enden des Außenumfangs des Buchsenkörpers 51, die in der Axialrichtung J1 einander gegenüberliegen, sind bogenförmige Rippen 51B fest mit dem Buchsenkörper 51 ausgebildet. Die Rippen 51B erstrecken sich von der Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 radial nach außen. Jede der Rippen 51B ist aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung kurzen und bogenförmigen Vorsprüngen ausgebildet, die in Abständen in der Umfangsrichtung des Außenumfangs des Buchsenkörpers 51 angeordnet sind. Die Rippen 51B sind von dem Buchsenkörper 51 getrennt ausgebildet. Zudem ist es möglich, dass die Rippen 51B weggelassen werden.
Der Einführvorsprung 52 erstreckt sich in Richtung des Verbindungskörpers 30 (des Beins 31A). Wie in 4 gezeigt, weist der Einführvorsprung 52 eine sich verjüngende rechteckige Form auf, die aus einem Paar von ebenen Flächen 52X und einem Paar von Seitenflächen 52Y gebildet ist. Insbesondere ist das Paar von ebenen Flächen 52X in ähnlicher Weise geneigt, um in Richtung des Endes des Einführvorsprungs 52 zu konvergieren, um so eine Verjüngung 52A zu bilden. Somit ist die Form der Verjüngung 52A symmetrisch. Das Paar von Seitenflächen 52Y ist in ähnlicher Weise geneigt, um in Richtung des Endes des Einführvorsprungs 52 zu konvergieren, um so eine Verjüngung 52B zu bilden. Somit ist die Form der Verjüngung 52B symmetrisch. Die Verjüngungen 52A, 52B, die symmetrische Formen aufweisen, nehmen eine Last gleichmäßig auf. Am Ende des Einführvorsprungs 52 erstreckt sich ein Schraubenloch 52C in der Längsrichtung CD. Entweder kann die Verjüngung 52A oder die Verjüngung 52B weggelassen werden. Ferner müssen die ebenen Flächen 52X nicht notwendigerweise symmetrisch angeordnet sein, und in ähnlicher Weise müssen die Seitenflächen 52Y nicht notwendigerweise symmetrisch angeordnet sein. Es ist lediglich notwendig, dass sowohl das Paar von ebenen Flächen 52X als auch die Seitenflächen 52Y eine Verjüngung aufweisen.
Wie aus 4 hervorgeht, kann von den Innenflächen des Öffnungsabschnitts 35 des Beins 31A ein Paar von Innenflächen 35X, die den ebenen Flächen 52X zugewandt sind, in ähnlicher Weise geneigt sein, um in Richtung des Endes des Öffnungsabschnitts 35 zu divergieren, um so eine Verjüngung 35A zu bilden. Somit ist die Form der Verjüngung 35A symmetrisch. Von den Innenflächen des Öffnungsabschnitts 35 kann ein Paar von Innenflächen 35Y, die den Seitenflächen 52Y zugewandt sind, in ähnlicher Weise geneigt sein, um in Richtung des Endes des Öffnungsabschnitts 35 zu divergieren, und so eine Verjüngung 35B zu bilden. Somit ist die Form der Verjüngung 35B symmetrisch. Somit ist eine Öffnungsfläche des Öffnungsbereichs 35 in Richtung des Endes des Beins 31A größer (der Öffnungsabschnitt 35). Es kann entweder die Verjüngung 35A oder die Verjüngung 35B ausgelassen werden. Ferner müssen die Innenflächen 35X nicht notwendigerweise symmetrisch angeordnet sein, und in ähnlicher Weise müssen auch die Innenflächen 35Y nicht notwendigerweise symmetrisch angeordnet sein. Es ist lediglich erforderlich, dass jedes Paar der Innenflächen 35X und der Innenflächen 35Y verjüngt ausgebildet ist.
Wie in 5a gezeigt, verläuft das Paar von ebenen Flächen 52X parallel zu dem Paar von Innenflächen 35X. Wird somit der Einführvorsprung 52 in den Öffnungsabschnitt 35 eingesetzt, werden das Paar der Innenflächen 35X und das Paar von ebenen Flächen 52X in Oberflächenkontakt miteinander gebracht. Wie in 5b gezeigt, verläuft das Paar von Seitenflächen 52Y parallel zu dem Paar von Innenflächen 35Y. Wird somit der Einführvorsprung 52 in den Öffnungsabschnitt 35 eingesetzt, ist das Paar von Innenflächen 35Y mit dem Paar von Seitenflächen 52Y in Oberflächenkontakt.
Bei einer derartigen Anordnung sind die Kontaktfläche zwischen den ebenen Flächen 52X und den Innenflächen 35X und der Kontaktfläche zwischen den Seitenflächen 52Y und den Innenflächen 35Y groß genug, um die Belastungskonzentration abzubauen, wodurch das Erfordernis einer übermäßig hohen Dicke beseitigt wird. Dadurch wird eine Gewichtsverringerung erzielt, während die notwendige Festigkeit der Buchsenhalterungsstruktur BS gewährleistet wird.
Im Nachfolgenden werden das Bein 31A und die Buchsenhalterungsstruktur BS mit Bezug auf die 4 bis 9 beschrieben. Da das Bein 31B den gleichen Aufbau aufweist, wird auf dessen Beschreibung verzichtet. 6 bis 9 zeigen einen Teil des Beins 31A.
Wie aus 6 hervorgeht, umfasst der Verbindungskörper 30 einen Kern 36 mit einem rechteckigen Querschnitt, eine Vielzahl von Fasern 60, die um den Kern 36 gewickelt sind, und ein Verstärkungselement 70, das einen Teil des Beins 31A bedeckt. Der Kern 36 ist beispielsweise aus einem wärmeisolierenden Material aus geschäumtem Kunststoff, und noch bevorzugter aus einem wärmeisolierendem Material aus extrudiertem geschäumten Polystyrol, gebildet. Die Form des Kerns 36 kann gleich wie die des Verbindungskörpers 30 sein. Wie in 4 und 5 gezeigt, weist der Kern 36 eine Vertiefung 36A auf, die sich in der Richtung entlang der Längsachse C des Beins 31A erstreckt (siehe 3) (im Nachfolgenden als „Längsrichtung CD“ bezeichnet). Eine Stirnwand 36B der Vertiefung 36 weist ein Durchgangsloch 36C auf, das sich durch dieses in der Längsrichtung CD erstreckt. Ein Bolzen B wird durch das Durchgangsloch 36C der Stirnwand 36B des Kerns 36 eingesetzt. Der Bolzen B wird in das Schraubenloch 52C in dem Einführvorsprung 52 geschraubt. Auf diese Weise werden der Kern und die Buchse 50 miteinander verbunden. Diese Verbindung kann auch durch andere Verfahren, wie beispielsweise durch Kleben erzielt werden, solange der Kern 36 und die Buchse 50 während der Herstellung miteinander verbunden bleiben. Der Kern 36 kann anstelle eines Rechtecks jede andere Querschnittsform, wie beispielsweise einen Kreis, aufweisen. Ferner kann der Kern 36 anstelle des wärmeisolierenden Materials aus geschäumtem Kunststoff aus einem anderen Material, wie beispielsweise aus Harzmaterialien oder Metallmaterialien, gebildet sein.
Wie in 6 gezeigt, umfassen die Fasern 60 erste Fasern 61, zweite Fasern 62 und dritte Fasern 63. Jede der ersten Fasern 61, der zweiten Fasern 62 und dritten Fasern 63 können ein aus demselben Material hergestelltes Faserkabel (engl. tow) sein und aus einem Bündel aus Faserbündeln (Filamenten), die eine große Anzahl von Monofilamenten aufweisen, gebildet sein. Darüber hinaus ist auch möglich, dass jede der ersten Fasern 61, der zweiten Fasern 62 und dritten Fasern 63 ein Monofilament, eine Faser, ein durch Faserspinnen erzeugtes Fasergarn, oder eine geflochtene oder gestrickte Schnur, einschließlich Kabel, ist. Ferner ist es auch möglich, dass jede der ersten Fasern 61, der zweiten Fasern 62 und dritten Fasern 63 aus einem unterschiedlichen Material gebildet ist. Das Verstärkungselement 70 verstärkt die Befestigung zwischen dem Verbindungskörper 30 und der Buchse 50.
7 stellt der Einfachheit halber den Verbindungskörper 30 ohne das Verstärkungselement 70, das in 6 gezeigt ist, dar. Wie in 7 gezeigt, erstrecken sich die ersten Fasern 61 in eine erste Richtung D1, die sich von der Längsrichtung CD unterscheidet. Die zweiten Fasern 62 erstrecken sich in eine zweite Richtung D2, die sich von der Längsrichtung CD und der ersten Richtung D1 unterscheidet. Die dritten Fasern 63 erstrecken sich in der Längsrichtung CD. Die ersten Fasern 61, die zweiten Fasern 62 und die dritten Fasern 63 sind miteinander verwoben und um den Kern 36 gewickelt (siehe 6). Die erste Richtung D1 bildet einen spitzen Winkel von 45° mit der Längsrichtung CD, und die zweite Richtung D2 bildet einen spitzen Winkel von 45° mit der Längsrichtung CD in der zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung. Somit verlaufen die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62 orthogonal zueinander. Das Bein 31A umfasst eine Vielzahl von Schichten, die jeweils aus den Fasern 61 bis 63, die miteinander verwoben sind, gebildet ist (zwei Schichten in dieser Ausführungsform). Der spitze Winkel, der durch die erste Richtung D1 mit der Längsrichtung CD gebildet wird, muss nicht 45° sein und kann beispielsweise 30° betragen. Der spitze Winkel, der durch die zweite Richtung D2 mit der Längsrichtung CD gebildet wird, muss nicht 45° sein und kann beispielsweise 30° betragen. Somit ist es möglich, dass die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 nicht orthogonal zueinander sind. Ferner ist es auch möglich, dass der spitze Winkel, der durch die erste Richtung D1 mit der Längsrichtung CD gebildet wird, und der spitze Winkel, der durch die zweite Richtung D2 mit der Längsrichtung CD gebildet wird, nicht notwendigerweise gleich sind. Beispielsweise ist es möglich, dass einer der Winkel 15° und der andere 30° beträgt. Da diese spitzen Winkel kleiner sind, ist die Kraft, die erforderlich ist, um einer Zugkraft in der Längsrichtung CD zu widerstehen, größer, aber die Kraft, die erforderlich ist, um einer Kraft, die die Fasern in der Richtung orthogonal zu der Längsrichtung CD ausdehnt, zu widerstehen, ist kleiner. Somit sollten die spitzen Winkel in Übereinstimmung mit den tatsächlichen Belastungen entsprechend eingestellt werden. Es ist auch möglich, dass die Fasern 61 bis 63 nicht miteinander verwoben sind, sondern entsprechende Schichten bilden, die in der Reihenfolge der ersten Fasern 61, der zweiten Fasern 62 und der dritten Fasern 63 gestapelt sind. In diesem Fall werden zuerst die ersten Fasern 61 um den Kern 36 gewickelt, anschließend werden die zweiten Fasern 62 um den Kern gewickelt, so dass sie über den ersten Fasern 61 liegen, und anschließend werden die dritten Fasern 63 um den Kern gewickelt, so dass sie über den zweiten Fasern 62 liegen. Die Reihenfolge des Stapelns der ersten Fasern 61, der zweiten Fasern 62 und der dritten Fasern 63 kann je nach Bedarf geändert werden.
Die Buchsenhalterungsstruktur BS umfasst einen Halteabschnitt 37, sodass die Fasern 61 bis 63, die sich aus dem Öffnungsabschnitt 35 des Beins 31A erstrecken, die Buchse 50 umgeben, um so die Buchse 50 zu halten. Die Fasern 61 bis 63, die in dem Halteabschnitt 37 enthalten sind, sind durchgehend ausgebildet. Die in dem Halteabschnitt 37 enthaltenen Fasern 61 bis 63 werden wie folgt um die Buchse 50 gewickelt. In dieser Ausführungsform werden die Fasern 61 bis 63, die sich aus dem Öffnungsabschnitt 35 des Beins 31A erstrecken, als Beispiel für eine Anordnung um die Buchse 50, um die Außenfläche 51C des Buchsenkörpers 51 gewickelt.
Von den in dem Halteabschnitt 37 enthaltenen ersten Fasern 61 erstrecken sich jene, die sich aus dem Öffnungsabschnitt 35 in einer der Seitenflächen 31Y des Beins 31A erstrecken, in Richtung einer Seitenfläche 51X des Buchsenkörpers 51 auf der gleichen Seite wie die ebenen Flächen 31X des Beins 31A. Diese erste Fasern 61 auf der einen Seitenfläche 51X erstrecken sich um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 und ferner über die andere Seitenfläche 51Y des Buchsenkörpers 51 in Richtung der proximalen Seite der anderen ebenen Flächen 31X des Beins 31A.
Von den in dem Halteabschnitt 37 enthaltenen zweiten Fasern 62 erstrecken sich jene, die sich aus dem Öffnungsabschnitt 35 in der einen der Seitenflächen 31Y des Beins 31A erstrecken, in Richtung der anderen Seitenfläche 51Y des Buchsenkörpers 51. Diese zweiten Fasern 62 auf der anderen Seitenfläche 51Y erstrecken sich um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 und ferner über die eine Seitenfläche 51X in Richtung der proximalen Seite der anderen ebenen Flächen 31X des Beins 31A. Das heißt, die Richtung, in der die ersten Fasern 61, die sich aus der einen der Seitenflächen 31Y des Beins 31A erstrecken, um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 gewickelt werden, verläuft entgegengesetzt zu der Richtung, in der die zweiten Fasern 62, die sich aus der einen der Seitenflächen 31Y des Beins 31A erstrecken, um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 gewickelt werden.
Obwohl dies nicht aus der 7 hervorgeht, können sich von den ersten Fasern 61, die in dem Halteabschnitt 37 enthalten sind, jene, die sich aus dem Öffnungsabschnitt 35 in der anderen der Seitenflächen 31Y des Beins 31A erstrecken (auf der Rückseite der Zeichnung), in Richtung der anderen Seitenfläche 51Y des Buchsenkörpers 51 erstrecken. Diese ersten Fasern 61 auf der anderen Seitenfläche 51Y erstrecken sich um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51, und erstrecken sich ferner über die eine Seitenfläche 51X des Buchsenkörpers 51 in Richtung der proximalen Seite der anderen der ebenen Flächen 31X des Beins 31A. Von den zweiten Fasern 62, die in dem Halteabschnitt 37 enthalten sind, erstrecken sich jene, die sich aus dem Öffnungsabschnitt 35 in der anderen der Seitenflächen 31Y des Beins 31A erstrecken, in Richtung der einen Seitenfläche 51X des Buchsenkörpers 51. Diese zweiten Fasern 62 auf der einen Seitenfläche 51X erstrecken sich um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51, und ferner über die andere Seitenfläche 51Y in Richtung der proximalen Seite der einen der ebenen Flächen 31X des Beins 31A. Somit kann die Richtung, in der die ersten Fasern 61, die sich aus der anderen der Seitenflächen 31Y des Beins 31A erstrecken, um den Buchsenkörper 51 gewickelt werden, entgegengesetzt zu der Richtung verlaufen, in der die zweiten Fasern 62, die sich aus der anderen der Seitenflächen 31Y des Beins 31A erstrecken, um den Buchsenkörper 51 gewickelt werden. Verglichen mit dem Fall, bei dem diese Fasern in die gleiche Richtung gewickelt werden, kann somit verhindert werden, dass die Fasern übermäßig gebogen werden, und die Fasern können in ausgeglichener Weise in der Richtung orthogonal zu der Längsrichtung CD angeordnet werden. Somit kann die gesamte Buchsenhalterungsstruktur BS der Zugkraft gleichmäßig widerstehen. Darüber hinaus kann sich der Anteil der Fasern, der sich in Richtung der Seitenfläche 51Y erstreckt, von dem Anteil der Fasern, der sich in Richtung der Seitenfläche 51X erstreckt, je nach Belastungsbedingungen unterscheiden.
Somit unterscheidet sich die Richtung, in der die ersten Fasern 61, die sich von der einen der Seitenflächen 31Y des Beins 31A erstrecken, um den Buchsenkörper 51 gewickelt sind, von der Richtung, in der die ersten Fasern 61, die sich von der anderen der Seitenflächen 31Y des Beins 31A erstrecken, um den Buchsenkörper 51 gewickelt sind. In ähnlicher Weise unterscheidet sich die Richtung, in der die zweiten Fasern 62, die sich von der ersten der Seitenflächen 31Y des Beins 31A erstrecken, um den Buchsenkörper 51 gewickelt sind, von der Richtung, in der die zweiten Fasern 62, die sich von der anderen der Seitenflächen 31Y des Beins 31A erstrecken, um den Buchsenkörper 51 gewickelt sind. Verglichen mit dem Fall, bei dem diese Fasern in die gleiche Richtung gewickelt sind wird somit verhindert, dass die Fasern übermäßig gebogen werden, und die Fasern können in ausgeglichener Weise in der Richtung orthogonal zur Längsrichtung CD angeordnet werden. Somit kann die gesamte Buchsenhalterungsstruktur BS der Zugkraft gleichmäßig widerstehen. Darüber hinaus kann sich die Anzahl der Fasen, die sich in Richtung der Seitenfläche 51Y erstreckt, von der Anzahl der Fasern, die sich in Richtung der Seitenfläche 51X erstreckt, je nach Belastungsbedingungen unterscheiden.
Von den in dem Halteabschnitt 37 enthaltenen dritten Fasern 63 können jene, die in beiden Seitenflächen 31Y des Beins 31A am Öffnungsabschnitt 35 enthalten sind, in zwei Richtungen zu den Seitenflächen 51X, 51Y des Buchsenkörpers 51 divergieren, sich um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 erstrecken und ferner sich in Richtung der proximalen Seite der beiden der ebenen Flächen 31X des Beins 31A erstrecken. Von den in dem Halteabschnitt 37 enthaltenen dritten Fasern 63 können jene, die in der einen der Seitenflächen 31X des Öffnungsabschnitts 35 enthalten sind, sich entlang der Längsrichtung CD erstrecken, sich um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 erstrecken und ferner sich in Richtung der proximalen Seite der anderen der planaren Flächen 31X erstrecken. Andererseits können sich von den in dem Halteabschnitt 37 enthaltenen dritten Fasern 63 jene, die in der andern der Seitenflächen 31X des Öffnungsabschnitts 35 enthalten sind, entlang der Längsrichtung CD erstrecken, sich um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 erstrecken und sich ferner in Richtung der proximalen Seite der einen der planaren Flächen 31X erstrecken. Somit können die dritten Fasern 63 Fasern umfassen, die um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 in einer ersten Wicklungsrichtung (wie durch den Pfeil Y1 in 8a dargestellt) gewickelt sind, und ferner Fasern umfassen, die in einer zweiten Wicklungsrichtung (wie durch den Pfeil Y2 in 8b dargestellt) entgegengesetzt zu der ersten Wicklungsrichtung gewickelt sind. Verglichen mit dem Fall, bei dem diese Fasern in die gleiche Richtung gewickelt sind, kann somit verhindert werden, dass die Fasern übermäßig gebogen werden, und die Fasern können gleichmäßig in der Richtung orthogonal zur Längsrichtung CD angeordnet werden. Somit kann die gesamte Buchsenhalterungsstruktur BS der Zugkraft gleichmäßig widerstehen. Darüber hinaus kann sich die Anzahl der Fasern, die in der ersten Wicklungsrichtung gewickelt sind, von der Anzahl der Fasern, die in der zweiten Richtung gewickelt sind, in Abhängigkeit von den Belastungsbedingungen unterscheiden. Die in dem Halteabschnitt 37 enthaltenen Fasern 61 bis 63 erstrecken sich um die Buchse 50 und ferner zu der proximalen Seite des Beins 31A. Solche Endabschnitte dieser Fasern werden auch als „am Ende vorgesehene Endabschnitte“ bezeichnet.
Wie in 8a gezeigt, werden die in dem Halteabschnitt 37 enthaltenen Fasern 61 bis 63 um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 in der Richtung des Pfeiles Y1 gewickelt, und anschließend, wie in 8b gezeigt, werden diese Fasern um die Außenumfangsfläche des Buchsenkörpers 51 in der Richtung des Pfeiles Y2 entgegengesetzt zur Richtung des Pfeiles Y1 gewickelt. Somit werden die in dem Halteabschnitt 37 enthaltenen Fasern 61 bis 63 um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 gewickelt, um übereinander gestapelte Schichten zu bilden.
Wie in 8c gezeigt, werden die am Ende vorgesehenen Endabschnitte der Fasern 61 bis 63, die in dem Halteabschnitt 37 enthalten und um die Buchse 50 gewickelt sind, an der Außenseite der Fasern 61 bis 63, die den Öffnungsabschnitt 35 bildet, angeordnet. 8c zeigt, dass sich nur die am Ende vorgesehenen Endabschnitte der im Halteabschnitt 37 enthaltenen dritten Fasern 63 in die Längsrichtung CD erstrecken, wobei sich jedoch auch die am Ende vorgesehenen Endabschnitte der ersten Fasern 61 und die am Ende vorgesehenen Endabschnitte der zweiten Fasern 62, die in dem Halteabschnitt 37 enthalten sind, auf gleiche Weise in der Längsrichtung CD erstrecken können.
Wie in 6 gezeigt, ist das Verstärkungselement 70 außen an den am Ende vorgesehenen Endabschnitten der Fasern 61 bis 63 vorgesehen. Somit verstärkt das Verstärkungselement 70 die Befestigung der Buchse 50 durch den Halteabschnitt 37. Das Verstärkungselement 70 umfasst eine Faser 71, die gleich wie die Faser 60 ausgebildet ist. Die Faser 71 wird mehrere Male um das Bein 31A in der Richtung orthogonal zur Längsrichtung CD gewickelt. Die Faser 71 wird regelmäßig um das Bein 31A gewickelt. Die Faser 71 kann verschiedene Substanzen umfassen oder einen anderen Aufbau als die Fasern 60 aufweisen.
Wie in 6 und 9 gezeigt, wird die Faser 71 über den Bereich, der sich in der Längsrichtung CD von dem Abschnitt des Verbindungskörper 30, in dem der Öffnungsabschnitt 35 den Einführvorsprung 52 der Buchse 50 überlappt, zu den spitzen Enden der am Ende vorgesehenen Endabschnitte der Fasern 61 bis 63 erstreckt, um das Bein 31A gewickelt. Die Faser 71 wird zur Bildung einer äußersten Schicht auf den Fasern 61 bis 63, die in dem Halteabschnitt 37 enthalten sind, um das Bein 31A gewickelt. Somit befestigt das Verstärkungselement 70 den Endabschnitt des Halteabschnitts 37. Diese Anordnung verringert die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Fasern 61 bis 63 an den spitzen Enden der am Ende vorgesehenen Endabschnitte davon ablösen, wodurch die erforderliche Festigkeit gewährleistet und das Gewicht verringert wird.
Ein Verfahren zur Herstellung der Reaktionsverbindung, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird im Nachfolgenden mit Bezug auf 10 beschrieben. Insbesondere wird ein Verfahren zur Befestigung der Buchse 50 am Verbindungskörper 30 detailliert beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung entsprechen mit Bezug auf 10 die Elemente der Reaktionsverbindung 20, die ein Bezugszeichen aufweisen, jenen Elementen der Reaktionsverbindung, die in 3 bis 9 gezeigt sind.
Dieses Herstellungsverfahren kann einen Verbindungsherstellungsschritt (Schritt S10) und einen Kopfbefestigungsschritt (Schritt S20) umfassen. Der Verbindungsherstellungsschritt kann wiederum einen Harzimprägnierungsschritt (Schritt S11), einen Wicklungsschritt (Schritt S12), einen temporären Buchsenbefestigungsschritt (Schritt S13) und einen endgültigen Buchsenbefestigungsschritt (Schritt S14) umfassen. Darüber hinaus können der Harzimprägnierungsschritt, der Wicklungsschritt, der temporäre Buchsenbefestigungsschritt und der endgültige Buchsenbefestigungsschritt jeweils einem Harzimprägnierungsschritt, einem Wicklungsschritt, einem temporären Befestigungsschritt und einem endgültigen Befestigungsschritt in einem Verfahren zur Befestigung eines Kraftübertragungselements entsprechen.
Zunächst wird in dem Harzimprägnierungsschritt ein Imprägnierungsfluidtank, der ein wärmehärtendes Harz (beispielsweise ungesättigten Polyester) als ein Imprägnierungsfluid enthält, vorbereitet. Anschließend werden die Fasern 61 bis 63, die sich aus einer Wickelmaschine (nicht dargestellt) erstrecken, in den Imprägnierungsfluidtank eingetaucht, wobei die Wicklungsmaschine zur Wicklung der Fasern 61 bis 63 um den Kern 36 verwendet wird. In dem Harzimprägnierungsschritt kann der ungesättigte Polyester beispielsweise durch ein Epoxidharz, ein Polyamidharz oder ein Phenolharz ersetzt werden. Ferner kann das wärmehärtende Harz durch ein UVhärtbares Harz, eine lichthärtbares Harz, ein thermoplastisches Harz (z.B. Methylmethacrylat) ersetzt werden.
Anschließend wird in dem Wicklungsschritt eine Einheit, die den Kern 36 und die Buchsen 50 enthält, die zuvor über Bolzen B miteinander verbunden wurden, vorbereitet. Anschließend werden die Fasern 61 bis 63, die mit dem wärmehärtenden Harz in dem Harzimprägnierungsschritt imprägniert wurden, miteinander verwoben und unter Verwendung der Wicklungsmaschine um die Einheit gewickelt. Beispielsweise werden die Fasern 61 bis 63 von dem Öffnungsabschnitt 35 des Beins 31A in Richtung des Öffnungsabschnitts 35 des Beins 31B um den Kern 36 und die Einführvorsprünge 53 der Buchsen 50 gewickelt. Ferner können die Fasern 61 bis 63 zur Bildung zweier Schichten miteinander verwoben und um den Kern 36 und die Einführvorsprünge 52 gewickelt werden. Die Fasern 61 bis 63, die sich im Halteabschnitt befinden, erstrecken sich von dem Öffnungsabschnitt 35 des Beins 31A oder dem Öffnungsabschnitt 35 des Beins 31B. Das heißt, in dem Wicklungsschritt kann ein anderer Teil des Verbindungskörpers 30 als der Halteabschnitt 37 gebildet werden.
Anschließend werden in dem temporären Buchsenbefestigungsschritt die Fasern 61 bis 63, die sich aus dem Öffnungsabschnitt 35 des Beins 31A oder dem Öffnungsabschnitt 35 des Beins 31B erstrecken, um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 gewickelt, um die Buchse 50 in der Umfangsrichtung der Buchse 50 zu umgeben. Insbesondere werden, wie in 8a und 8b gezeigt, die Fasern 61 bis 63, die sich aus dem Öffnungsabschnitt 35 des Beins 31A erstrecken, abwechselnd gewickelt, um in der radialen Richtung der Buchse 50 übereinander gestapelte Schichten zu bilden. Somit können alle Fasern 61 bis 63, die sich im Halteabschnitt befinden, um die Buchse 50 gewickelt werden. Die am Ende vorgesehenen Endabschnitte der Fasern 61 bis 63 erstrecken sich entlang der ebenen Flächen 31X des Öffnungsabschnitts 35 des Beins 31A in Richtung der proximalen Seite des Beins 31A. In ähnlicher Weise werden die Fasern 61 bis 63, die sich aus dem Öffnungsabschnitt 35 des Beins 31B erstrecken, um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 gewickelt und erstrecken sich entlang der ebenen Flächen 31X des Beins 31B in Richtung der proximalen Seite des Verbindungskörpers 30. Auf diese Weise wird der Halteabschnitt gebildet.
Anschließend wird die Faser 71 des Verstärkungselements 71 unter Verwendung der Wickelmaschine außen um den Bereich von einem Öffnungsende des Öffnungsabschnitts 35 des Beins 31A zu den spitzen Enden der am Ende vorgesehenen Endabschnitte der Fasern 61 bis 63 gewickelt. Die Faser 71, die sich aus der Wicklungsmaschine erstreckt, wird in den Imprägnierungsfluidtank eingetaucht und anschließend um den Verbindungskörper 30 gewickelt. Die Faser 71 wird auf gleiche Weise um das Bein 31B gewickelt. In dieser Ausführungsform umfassen die Fasern 60 und die Faser 71 die gleichen Substanzen und weisen den gleichen Aufbau auf, und somit kann das Verstärkungselement 70 mit der gleichen Herstellungsmaschine wie der Verbindungskörper 30 hergestellt werden.
Anschließend wird in dem endgültigen Buchsenbefestigungsschritt der in dem temporären Buchsenbefestigungsschritt hergestellte Verbindungskörper erhitzt. Somit kann das Harz, das die Fasern 61 bis 63 durchdringt, aushärten und somit der Verbindungskörper 30 fertig gestellt werden. Wird in dem Harzimprägnierungsschritt das wärmehärtende Harz beispielsweise durch ein UVhärtbares Harz ersetzt, wird der Verbindungskörper mit ultravioletten Strahlen in dem endgültigen Buchsenbefestigungsschritt zum Aushärten des Harzes, das die Fasern 61 bis 63 durchdringt, bestrahlt.
In dem Wicklungsschritt und dem temporären Buchsenbefestigungsschritt können die Fasern 61 bis 63 um den Kern 36 und die Faser 71 um die Beine 31A, 31B gewickelt werden, bevor die Fasern 61 bis 63 und 71 in dem Harzimprägnierungsschritt in den Imprägnierungsfluidtank eingetaucht werden. Ferner ist es möglich, dass in dem Harzimprägnierungsschritt die Fasern 61 bis 63 mit einem wärmehärtenden Harz, einem UV-härtbaren Harz, einem lichthärtbaren Harz oder einem thermoplastischen Harz besprüht werden, anstatt diese in den Fluidtank einzutauchen. Ferner kann die Einheit mit dem Kern 36 und den Buchsen 50, die über die Bolzen B verbunden sind, vor dem Harzimprägnierungsschritt hergestellt werden.
Letztendlich wird in dem Kopfbefestigungsschritt der Kopf 40 auf dem Verbindungskörper 30 montiert. Insbesondere werden der erste Kopfkörper 41 und der zweite Kopfkörper 42, wie in 3 gezeigt, auf dem geraden Abschnitt 33 des Verbindungskörpers 30 befestigt. Der Keil 45 wird in das Befestigungsloch 43, das zwischen den miteinander verbundenen Kopfkörpern 41, 42 ausgebildet ist, eingepresst und die Fasern 46 werden um den Außenumfang der Kopfkörper 41, 42 gewickelt.
Im Nachfolgenden wird mit Bezug auf 2 und 11 die Wirkung der Reaktionsverbindung 20 beschrieben. Die Wirkung der Reaktionsverbindung 20 im Bein 31B, die jener des Beins 31A entspricht, wird ausgelassen. 11a bis 11c stellen die Faser 61 bis 63 zur einfacheren Beschreibung vereinfacht dar. 11a zeigt lediglich die dritten Fasern 63, und 2b zeigt lediglich die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62.
Wird eine Reaktionskraft, die beim Antrieb der Flugsteuerfläche 101 durch den Aktuator 10 erzeugt wird, wie in 2 gezeigt, auf den Aktuator 10 übertragen, erfährt die Buchse 50 eine Zuglast, eine Drucklast oder eine Torsionslast über die Welle 13A, die zwischen dem Aktuator 10 und der Reaktionsverbindung 20 eine Verbindung herstellt. Die auf die Buchse 50 übertragene Zuglast erfolgt in einer Richtung, in der die Buchse 50 von dem Endabschnitt des Beines 31A getrennt wird, wie durch die weißen Pfeile der 11a und 11b angezeigt. Die auf die Buchse 50 übertragene Drucklast erfolgt in einer Richtung, in der die Buchse 50 in Richtung des Beins 31A zusammengepresst wird, wie durch den weißen Pfeil in 11c dargestellt. Die auf die Buchse 50 übertragene Torsionslast kann sich, wie durch den schraffierten Pfeil in 11c gezeigt, aufgrund der Reibungskraft zwischen der Welle 13A und der Buchse 50 etc. um die Welle 13A oder um die Längsrichtung CD verdrehen.
Wie in 11b gezeigt, werden die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62, die sich im Halteabschnitt befinden, durchgehend von dem Öffnungsabschnitt 35 des Beins 31A um den Buchsenkörper 51 gewickelt. Das heißt, dass die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62, die sich im Halteabschnitt 37 befinden, Endlosfasern sind. Somit wird, wie durch die weißen Pfeile in 11a und 11b dargestellt, bei der Übertragung einer Zugkraft auf die Buchse 50 die Kraft, die auf die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62, die in dem Halteabschnitt 37 enthalten und um den Buchsenkörper 51 gewickelt sind, übertragen wird, von allen ersten Fasern 61 und zweiten Fasern 62, die in dem Bein 31a enthalten sind aufgenommen. Dasselbe gilt für die dritten Fasern 63, die in 11b nicht dargestellt sind. Auf diese Weise hält das Bein 31A die Buchse 50. Beim Halten der Buchse 50 wird die Buchse 50 derart gehalten, dass die Fasern 61 bis 63 eine Kraft entgegen der Richtung der Kraft erzeugen können, die über die Buchse 50 auf die Fasern 61 bis 63 im Bein 31A übertragen wird. Die Richtung der Kraft, die auf die Fasern 61 bis 63 übertragen wird, entspricht der Richtung des Vektors, der eine Summe der Richtungsvektoren der Fasern 61 bis 63, die der Kraft ausgesetzt sind, ist.
Wird insbesondere, wie durch den weißen Pfeil in 11a dargestellt, eine Zugkraft auf die Buchse 50 übertragen, d.h., werden die Fasern 61 bis 63, die in dem Halteabschnitt 37 enthalten ist und um den Buchsenkörper gewickelt sind, in die Richtung des weißen Pfeils gezogen, werden die am Ende vorgesehenen Endabschnitte der Fasern 61 bis 63 in der Richtung der Fasern 61 bis 63 (der Längsrichtung) einer Zugkraft unterworfen. Somit wird eine Reaktionskraft gegen die Zugkraft auf die Fasern 61 bis 63 in der Richtung der dicken Pfeile ausgeübt. Darüber hinaus erstrecken sich die in dem Halteabschnitt 37 enthaltenen Fasern 61 bis 63 vor deren Wicklung um den Buchsenkörper 51 aus der proximalen Seite des Verbindungskörpers 30. Derartige Endabschnitte (im Nachfolgenden als „am Anfang vorgesehene Endabschnitte“ bezeichnet) erstrecken sich wie die am Ende vorgesehenen Endabschnitte der Faser 61 bis 63 in der Längsrichtung CD. Somit wirkt auch eine Reaktionskraft auf die Fasern 61 bis 63 in der Richtung, die durch die dicken Pfeile angezeigt ist. Insbesondere neigen die dritten Fasern 63, die sich entlang der Längsrichtung CD in den ebenen Flächen des Verbindungskörpers 30 erstrecken und um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 gewickelt sind, dazu die Zugkraft in der Richtung, in der sich die dritten Fasern 63 erstrecken, wirksam aufzunehmen. Dementsprechend können die dritten Fasern 63 die Buchse 50 effizient und fest halten.
Wie durch den weißen Pfeil in 11c dargestellt, nehmen die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62, die in dem Verbindungskörper 30 enthalten sind, eine Kraft auf, wenn eine Drucklast auf die Buchse 50 wirkt. Ferner nehmen, wie in 11c gezeigt, die Innenflächen 35Y des Öffnungsabschnitts 35 des Verbindungskörpers 30, die in Oberflächenkontakt mit den Seitenflächen 52Y des Einführvorsprungs 52 der Buchse 50 sind, eine Kraft auf. Obwohl dies nicht in 11c gezeigt ist, nehmen die Innenflächen 35X des Öffnungsabschnitts 35, die in Oberflächenkontakt mit den ebenen Flächen 52X des Einführvorsprungs 52 sind, eine Kraft auf. Da ferner das Verstärkungselement 70 einen großen Druck zwischen den Innenflächen 35X, 35Y des Öffnungsabschnitts 35 und den planen Flächen 52X und den Seitenfläche 52Y des Einführvorsprungs 52 erzeugt, wird der Einführvorsprung 52 mit Bezug auf den Öffnungsabschnitt 35 nicht so stark in Richtung der proximalen Seite des Beins 31A bewegt. Der Oberflächenkontakt unterdrückt eine Spannungskonzentration und beseitigt die Notwendigkeit einer übermäßigen Erhöhung der Festigkeit im Vergleich zu einem Punktkontakt und einem Linienkontakt, wodurch die erforderliche Festigkeit gewährleistet und das Gewicht der Buchsenhalterungsstruktur BS verringert wird.
Wie durch die schraffierten Pfeile in 11c dargestellt, wird bei Ausübung einer Torsionslast auf die Buchse 50 eine Kraft auf die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62, die in dem Verbindungskörper 30 (den Beinen 31A) enthalten sind, über die Fasern 61 bis 63, die um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 (die dritten Fasern 63 sind in 11c nicht dargestellt) gewickelt sind, ausgeübt. Die in dem Verbindungskörper 30 (den Beinen 31A) enthaltenen ersten Fasern 61 und zweiten Fasern 62 werden jeweils in die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 gezogen. Die in dem Verbindungskörper 30 (dem Bein 31A) enthaltenen ersten Fasern 61 und zweiten Fasern 62 nehmen die Torsionslast, die auf die Buchse 50 wirkt, auf. Somit halten die Beine 31A, 31B die Buchse 50 entgegen der Torsionslast, die auf die Buchse 50 wirkt.
Die vorliegende Erfindung erzielt die nachfolgenden vorteilhaften Effekte. (1) Die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62 können miteinander verwoben werden. Dadurch erhöht sich die Reibungskraft, die zwischen den ersten Fasern 61 und den zweiten Fasern 62 wirkt, die Bindungskraft zwischen den Fasern 61, 62, verglichen mit dem Fall, bei dem eine Anordnung verwendet wird, in der die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62 nicht miteinander verwoben sind, d.h. in der die einen der ersten Fasern 61 und zweiten Fasern 62 auf den anderen der ersten Fasern 61 und zweiten Fasern 62 gebildet sind. Dadurch kann die Festigkeit des Verbindungskörpers 30 erhöht werden. Da darüber hinaus die dritten Fasern 63 ebenfalls mit den ersten Fasern 61 und den zweiten Fasern 62 verwoben sein können, kann die Festigkeit des Verbindungskörpers 30 weiter erhöht werden.
(2) Die dritten Fasern 63 umfassen Fasern, die um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 in einer ersten Wicklungsrichtung (wie durch den Pfeil Y1 in 8a dargestellt) gewickelt sind, und Fasern, die in der zweiten Wicklungsrichtung (wie durch den Pfeil Y2 in 8b dargestellt) entgegengesetzt zur ersten Wicklungsrichtung gewickelt sind. Somit wird der Abschnitt der in dem Halteabschnitt 37 enthaltenen dritten Fasern 63, an dem die dritten Fasern 63 beginnen sich um die Buchse 50 zu wickeln, nicht gebogen oder verdreht, verglichen mit dem Fall, bei dem die dritten Fasern 63 in einer Umfangsrichtung der Buchse 50 gewickelt sind. Dadurch kann die Zuglast in der Längsrichtung CD gut ausgeglichen werden.
(3) Da alle in dem Verbindungskörper 30 enthaltenen Fasern 61 bis 63 um die Buchse 50 gewickelt werden können, wird die Zuglast, die zwischen dem Verbindungskörper 30 und der Buchse 50 erzeugt wird, von allen Fasern 61 bis 63 aufgenommen. Somit kann die Buchse 50 unter Verwendung einer geringen Anzahl von Fasern fester gehalten werden, wodurch ferner auf wirksame Weise die erforderliche Stärke gewährleistet und das Gewicht der Buchsenhalterungsstruktur BS verringert wird.
(4) Da der Verbindungskörper 30 Schichten aus den verwobenen Fasern 61 bis 63, die übereinandergestapelt sind, enthält, kann die Festigkeit des Verbindungskörpers 30 verglichen mit dem Fall, bei dem der Verbindungskörper 30 eine einzelne Schicht umfasst, erhöht werden.
(5) Da die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62, die sich aus dem Öffnungsabschnitt 35 der Seitenflächen 31Y des Beins 31A, 31B erstrecken, um die Buchse 50 in entgegengesetzten Richtungen gewickelt werden können, werden die ersten Fasern und/oder die zweiten Fasern 62 nicht übermäßig gebogen oder verdreht. Dadurch kann die Zuglast in der Längsrichtung CD gut ausgeglichen werden.
(6) Die dritten Fasern 63, die sich aus dem Öffnungsabschnitt 35 in den Seitenflächen 31Y der Beine 31A, 31B erstrecken, können in zwei Richtungen divergieren und um die Buchse 50 in entgegengesetzten Richtungen gewickelt werden. Somit werden die dritten Fasern 63 verglichen mit dem Fall, bei dem die dritten Fasern 63, die sich aus dem Öffnungsabschnitt 35 der Seitenfläche 31Y der Beine 31A, 31B erstrecken, in einer Richtung um die Buchse 50 gewickelt werden, nicht übermäßig gebogen oder verdreht. Somit kann die Zuglast in der Längsrichtung gut ausgeglichen werden.
(7) Da die Fasern 61 bis 63 um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 der Buchse 50 gewickelt werden können, um übereinander gestapelte Schichten zu bilden, ist eine Fläche der Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 kleiner als in dem Fall, bei dem die Fasern 61 bis 63 um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 gewickelt werden und keine übereinander gestapelten Schichten bilden. Dementsprechend ist es möglich, die erforderliche Festigkeit zu gewährleisten und das Gewicht der Buchsenhalterungsstruktur BS zu verringern.
(8) Der Einführvorsprung 52 der Buchse 50 kann Verjüngungen 52A, 52B ausweisen, die sich in Richtung des Endes desselben verjüngen. Wird somit eine Druckkraft auf die Buchse 50 ausgeübt, berühren die Verjüngungen 52A, 52B derart die Öffnungsabschnitte 35 des Beins 31A, 31B, dass der Verbindungskörper 30 die Buchse 50 halten kann.
(9) Die Öffnungsabschnitte des Beins 31A, 31B weisen Verjüngungen 35A, 35B auf, wobei ein Öffnungsbereich in Richtung des Endes derselben größer ausgebildet ist. Wird somit eine Druckkraft auf die Buchse 50 ausgeübt, berühren die Verjüngungen 35A, 35B derart die Einführvorsprünge 52 der Buchse 50, dass der Verbindungskörper 30 die Buchse 50 halten kann. Darüber hinaus ist die Verjüngung 52A des Einführvorsprungs 52 in Oberflächenkontakt mit der Verjüngung 35A des Öffnungsabschnitts 35, und die Verjüngung 52B des Einführvorsprungs 52 ist in Oberflächenkontakt mit der Verjüngung 35B des Öffnungsabschnitts 35. Dementsprechend hält der Verbindungskörper 30 die Buchse 50 noch fester.
(10) Die Reaktionsverbindung 20 umfasst ein Verstärkungselement 70, dass die Befestigung der Buchse 50 durch das Halteelement 37 verstärkt. Somit können das Halteelement 37 und die Buchse 50 noch fester miteinander verbunden werden.
(11) Da das Verstärkungselement 70 an dem Abschnitt des Verbindungskörpers 30 vorgesehen werden kann, an dem der Einführvorsprung 52 der Buchse 50 den Öffnungsabschnitt 35 überlappt, wird der Öffnungsabschnitt 35 gegen den Einführvorsprung 52 gepresst. Wird dann eine Druckkraft auf die Buchse 50 übertragen, neigt die Buchse 50 weniger stark dazu, relativ zum Verbindungskörper 30 bewegt zu werden.
(12) Da das Verstärkungselement 70 die am Ende vorgesehenen Endabschnitte der sich im Halteabschnitt befindenden Fasern 61 bis 63 befestigt, kann verhindert werden, dass sich die am Ende ausgebildeten Endabschnitte der Fasern 61 bis 63 aus den Beinen 31A, 31B lösen.
(13) Das Verstärkungselement 70 kann an der Außenseite der am Ende vorgesehenen Endabschnitte 61 bis 63, die sich im Halteabschnitt befinden, am Abschnitt des Verbindungskörpers 30, an dem der Einführvorsprung 52 der Buchse 50 den Öffnungsabschnitt 35 überlappt, angeordnet werden. Wird somit eine Druckkraft auf die Buchse 50 ausgeübt, verhindert das Verstärkungselement 70 eine Verbreiterung des Öffnungsabschnitts 35. Folglich können der Verbindungskörper 30 und die Buchse 50 festgehalten werden, ohne die Größe der Buchsenhalterungsstruktur BS zu erhöhen.
(14) Das Verstärkungselement 70, das aus der Faser 71 gebildet ist, kann mit derselben Wicklungsmaschine wie der Verbindungskörper 30 hergestellt werden. Somit kann die Herstellung der Buchsenhalterungsstruktur BS vereinfacht werden.
(15) Da die Faser 71 regelmäßig gewickelt ist, kann verhindert werden, dass der Öffnungsabschnitt 35 des Beins 31A, der in dem Halteabschnitt 37 enthalten ist, übermäßig verbreitert wird. Somit wird verhindert, dass die Größe der Buchsenhalterungsstruktur BS zunimmt.
(16) Da der Buchsenkörper 51 der Buchse 50 mit einem Paar von Rippen 51B ausgebildet ist, kann verhindert werden, dass beim Wickeln der sich im Halteabschnitt befindenden Fasern 61 bis 63 um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 die Fasern 61 bis 63 aufgrund der Rippen 51B in der axialen Richtung J1 bewegt werden. Werden die Fasern 61 bis 63 um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 gewickelt, wird verhindert, dass die Fasern 61 bis 63 von der Außenumfangsfläche 51C abgelenkt werden. Somit wird das Wickeln der Fasern 61 bis 63 um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 erleichtert.
Modifikationen
Die Beschreibung der obigen Ausführungsformen veranschaulicht ein nicht einschränkendes Beispiel für eine Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement, eine Flugzeugreaktionsverbindung und eine Flugsteuerflächenantriebseinheit, gemäß der vorliegenden Erfindung. Jede der nachfolgenden abgeänderten Ausführungsformen und jede Kombination aus zwei der folgenden Ausführungsformen kann dazu verwendet werden, eine Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement, eine Flugzeugreaktionsverbindung und eine Flugsteuerflächenantriebseinheit, gemäß der vorliegenden Erfindung zu implementieren. Es sollte beachtet werden, dass die 12 der Einfachheit halber lediglich die dritten Fasern 63 und nicht die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62 darstellt.
Modifikation 1
In der obigen Ausführungsform ist es auch möglich, dass jeweils zwei der Fasern 61 bis 63, die sich von dem Öffnungsabschnitt 35 des Beins 31A erstrecken, jeweils um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 gewickelt werden, und ein Teil oder alle der verbleibenden der Fasern 61 bis 63 am Ende des Öffnungsabschnitt 35 abgeschnitten und nicht um die Außenumfangsfläche 51 C gewickelt werden, um den Halteabschnitt 37 zu bilden. Zudem ist es möglich, dass eine der Fasern 61 bis 63 um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 gewickelt wird, und ein Teil oder alle der verbleibenden zwei der Fasern 61 bis 63 an dem Ende des Öffnungsabschnitts 35 abgeschnitten wird/werden und nicht um die Außenumfangsfläche 51C zur Bildung des Halteabschnitts 37 gewickelt wird/werden. Ist die für den Verbindungskörper 30 benötigte Festigkeit höher als die zum Halten des Buchsenkörpers 51 benötigte Festigkeit, kann ein Teil der Fasern 61 bis 63 oder können alle Fasern zur Verringerung des Gewichts der Fasern abgeschnitten werden, um das Gewicht noch weiter zu verringern, während die erforderliche Festigkeit der Buchsenhalterungsstruktur gewährleistet wird. Da ferner ein Teil oder alle der Fasern 61 bis 63 nicht um den Buchsenkörpers 51 gewickelt werden, verkürzt sich die Herstellungszeit, und somit ist die Produktivität der Buchsenhalterungsstruktur BS höher als in dem Fall, in dem alle Fasern 61 bis 63 um den Buchsenkörpers 51 gewickelt werden. Da eine geringere Anzahl von Fasern um den Buchsenkörper 51 gewickelt wird, kann sich die Produktivität der Buchsenhalterungsstruktur BS erhöhen. Die gleiche Modifikation kann auf die Fasern 61 bis 63 angewendet werden, die sich aus dem Öffnungsabschnitt 35 des Beins 31B erstrecken, um so dieselbe Wirkung zu erzielen.
Modifikation 2
Es ist möglich, das Verfahren, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, zum Wickeln der Fasern 61 bis 63, die in der Halterungsstruktur 37 enthalten sind, um die Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51, wie in den nachfolgenden Punkten (a) bis (c) beschrieben, zu modifizieren. Diese Modifikation ermöglicht das Wickeln der Fasern in einem Stück, wodurch die Herstellungsvorrichtung sowie die Arbeit im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Fasern aus zwei Richtungen gewickelt werden, vereinfacht werden. (a) Von den in dem Halteabschnitt 37 enthaltenen Fasern 61 bis 63 können die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62 in nur eine Umfangsrichtung der Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 gewickelt werden. (b) Von den in dem Halteabschnitt 37 enthaltenen Fasern 61 bis 63 können die dritten Fasern in nur eine Umfangsrichtung der Außenumfangsfläche des Buchsenkörpers 51 gewickelt werden. (c) Alle der in dem Halteabschnitt 37 enthaltenen Fasern 61 bis 63 können in nur eine Umfangsrichtung der Außenumfangsfläche 51C des Buchsenkörpers 51 gewickelt werden.
Modifikation 3
In der obigen Ausführungsform ist es auch möglich, die Winkel der Fasern, die durch Winkel (spitze Winkel) der ersten Richtung D1 und der zweiten Richtung D2 mit Bezug auf die Längsrichtung CD dargestellt sind, wie in den nachfolgenden Punkten in (a) und (b) beschrieben, zu modifizieren. (a) Wie in 13 gezeigt, können die Winkel der Fasern in dem Öffnungsabschnitt 35, der sich in dem Verbindungskörper 30 und in der Nähe zu dem Halteabschnitt 37 befindet, kleiner als jene in den Abschnitten des Verbindungskörpers 30 sein, die sich weiter entfernt von dem Halteabschnitt 37 als der Öffnungsabschnitt 35 befinden. Mit dieser Anordnung kann beim Wickeln der ersten Fasern 61 und der zweiten Fasern 62, die sich im Halteabschnitt befinden, um den Buchsenkörper 51 verhindert werden, dass die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62 gebogen oder spitz verdreht werden. Somit kann eine Verformung des Verbindungskörpers 30 aufgrund der Zuglast eingeschränkt werden, und die Buchse 50 kann fest durch die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62 gehalten werden. Gleichzeitig können die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62 die Zugkraft wirksamer aufnehmen. (b) Wie in 14 gezeigt, können die Winkel der Fasern in Richtung des Halteabschnitts 37 des Verbindungskörpers 30 kleiner sein. Mit dieser Anordnung kann die Herstellung des Verbindungskörpers 30 im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Winkel der ersten Fasern 61 und der zweiten Fasern 62 diskret variieren, wenn die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62, die sich im Halteabschnitt befinden, um den Buchsenkörper 51 gewickelt werden, vereinfacht werden. Insbesondere kann verglichen mit dem Fall, bei dem die Winkel der Fasern in einem Abschnitt in der Nähe des Buchsenkörpers 51 spitz verringert werden, verhindert werden, dass die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62 gebogen oder spitz verdreht werden.
Modifikation 4
In der obigen Ausführungsform ist es auch möglich, die dritten Fasern 63, wie in den nachfolgenden Punkten (a) und (b) beschrieben zu modifizieren. Ferner können die dritten Fasern 63 in der obigen Ausführungsform weggelassen werden. (a) Die dritten Fasern 63 müssen nicht an einer bis drei der vier Seitenflächen der Beine 31A, 31B angeordnet sein. (b) Die dritten Fasern 63 können sich in einer Richtung erstrecken, die nicht parallel zur Längsrichtung CD verläuft. Beispielsweise können die dritten Fasern 63 die Längsrichtung CD schneiden.
Modifikation 5
In der obigen Ausführungsform ist es auch möglich, dass die Faser 71 des Verstärkungselements 70 um das Bein 31A, wie im Nachfolgenden in den Punkten (a) bis (h) beschrieben, gewickelt werden. Zudem kann das Verstärkungselement 70 in der gleichen Weise auf dem Bein 31B befestigt werden. (a) Wie in 15 gezeigt, kann die Faser 71 um lediglich die am Ende vorgesehenen Endabschnitte der Fasern 61 bis 63, die sich in Richtung der proximalen Seite des Beins 31A über die Verjüngungen 35A, 35B des Öffnungsabschnitts 35 hinaus erstrecken, gewickelt werden. Diese Anordnung verhindert, dass sich die am Ende vorgesehenen Endabschnitte der Fasern 61 bis 63 aufgrund der Scherkraft, die durch eine auf den Buchsenkörper 51 wirkende Zugkraft erzeugt wird, ablösen, und ermöglicht eine weitere Verringerung des Gewichts. (b) Wie in 16 gezeigt, kann die Faser 71 lediglich um die Verjüngungen 35A, 35B des Öffnungsabschnitts 35 des Beins 31A gewickelt werden. Diese Anordnung kann wirksam verhindern, dass die Fasern 61 bis 63 aufgrund der Ausdehnung des Öffnungsabschnitts 35 bei Einwirkung einer Druckkraft, um den Buchsenkörper 51 in den Öffnungsabschnitt 35 einzupressen, abgelöst werden. Demnach ist es möglich, die erforderliche Festigkeit gegen die Druckkraft zu gewährleisten und das Gewicht der Buchsenhalterungsstruktur BS zu verringern. (c) Wie in 17 gezeigt, kann die Faser 71 um die am Ende vorgesehenen Endabschnitte der Fasern 61 bis 63, die sich in Richtung der proximalen Seite des Beins 31A über die Verjüngungen 35A, 35B des Öffnungsabschnitts hinaus erstrecken, und die distalen Endabschnitte der Verjüngungen 35A und 35B des Öffnungsabschnitt 35 des Beins 31A gewickelt werden. Somit können mehrere Fasern 71 auf dem Bein 31A derart angeordnet werden, dass sie voneinander getrennt sind. Diese Anordnung verhindert, dass sich die am Ende vorgesehenen Endabschnitte der Fasern 61 bis 63 aufgrund der Scherkraft, die durch eine auf dem Buchsenkörper 51 wirkende Zugkraft erzeugt wird, ablösen, und es kann ferner das Gewicht verringert werden. Ferner kann diese Anordnung wirksam verhindern, dass die Fasern 61 bis 63 aufgrund der Ausdehnung des Öffnungsabschnitts 35 bei Ausübung einer Druckkraft, um den Buchsenkörper 51 in den Öffnungsabschnitt 35 einzupressen, abgelöst werden. Dementsprechend ist es möglich, die erforderliche Druckkraft zu gewährleisten und das Gewicht der Buchsenhalterungsstruktur BS zu verringern. Da ferner eine Vielzahl von Fasern 71 derart angeordnet ist, dass sie voneinander getrennt sind, ist es möglich die erforderliche Festigkeit zu gewährleisten und das Gewicht der Buchsenhalterungsstruktur BS zu verringern, im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Faser 71 auf der gesamten Fläche vorgesehen ist. (d) Die Faser 71 kann um die proximale Seite des Beins 31A über die am Ende vorgesehenen Endabschnitte der Fasern 61 bis 63 hinaus gewickelt werden. Die Faser 71 kann entweder nur um einen Teil der distalen Endabschnitte der Verjüngungen 35A, 35B des Öffnungsabschnitts 35 in dem Bein 31A oder nur um einen Teil des proximalen Abschnitts der Verjüngungen 35A, 35B gewickelt werden. (f) Die Faser 71 kann um die Beine 31A, 31B gewickelt werden, so dass sie sich weder parallel noch orthogonal zur Richtung erstreckt, in der sich die Beine 31A, 31B erstrecken. (g) Die Faser 71 umfasst eine Vielzahl von strangartigen Fasern, die wie die ersten Fasern 61 und die zweiten Fasern 62 miteinander verwoben sind, und kann um die Beine 31A, 31B gewickelt sein. (h) Die Faser 71 kann um die Beine 31A, 31B gewickelt werden, um übereinander gestapelte Schichten zu bilden. Diese Anordnungen können die Festigkeit der Buchsenhalterungsstruktur BS gegen die Druckkraft erhöhen.
Modifikation 6
In der obigen Ausführungsform ist es möglich, dass die Faser 71 des Verstärkungselement 70 durch ein Klebemittel, ein Wärmekontraktionsrohr, ein Band oder ein Ringelement, das in eine Vielzahl von Teilen unterteilt ist, ersetzt wird.
Modifikation 7
In der obigen Ausführungsform kann das Verstärkungselement 70 weggelassen werden. In diesem Fall können beispielsweise die am Ende vorgesehenen Endabschnitte der Fasern 61 bis 63, die sich im Halteabschnitt befinden, erneut mit den Fasern 61, 63, die in den Seitenflächen 31Y des Öffnungsabschnitt 35 der Beine 31A, 31B enthalten sind, verwoben werden.
Modifikation 8
In der obigen Ausführungsform ist es möglich, einen Spalt zwischen den Fasern 61 bis 63, die miteinander verwoben und zur Bildung des Verbindungskörpers 30 gewickelt sind, zu vergrößern, die Buchse 50 in den vergrößerten Spalt einzusetzen und die mit Harz getränkten Fasern 61 bis 63 in dem endgültigen Buchsenbefestigungsschritt auszuhärten. Somit kann die Buchse 50 an dem Endabschnitt des Verbindungskörpers 30 befestigt werden. In diesem Fall wird auf den Öffnungsabschnitt 35 in den Beinen 31A, 31B des Verbindungskörpers 30 verzichtet, und es wird auch auf den Einführvorsprung 52 in der Buchse 50 verzichtet. Ebenso kann auf die Rippen 51B im Buchsenkörper 51 verzichtet werden. Somit kann die Buchse 50 mit einem anderen Verfahren als dem Wicklungsverfahren der Fasern 61 bis 63 befestigt werden.
Modifikation 9
In der obigen Ausführungsform ist es möglich, dass eine Vielzahl von Buchsen 50 am längsverlaufenden Ende des Kerns 36 in Abständen in der Längsrichtung CD angeordnet ist. In diesem Fall werden die Buchsen 50 durch das Halteelement 37 auf den Beinen 31A, 31B gehalten.
Modifikation 10
In der obigen Ausführungsform ist es möglich, dass nach dem Wickeln der Fasern 60 um den Kern 36 der Einführvorsprung 52 der Buchse 50 in den Öffnungsabschnitt 35 der Beine 31A, 31B eingesetzt wird, um den Kern 36 und die Buchse 50 zu verbinden.
Modifikation 11
In der obigen Ausführungsform ist es möglich, dass die Reaktionsverbindung 20 indirekt mit der Flugsteuerfläche 101 oder dem Aktuator 10 verbunden wird. In diesem Fall wird der Kopf 40 der Reaktionsverbindung 20 mit einem Verbindungsabschnitt, wie beispielsweise einem Schraubenabschnitt oder einem Loch, anstelle des Lagerlochs 42A und des Lager 44 ausgebildet. Der Verbindungsabschnitt wird mit einer Verbindung zur Herstellung einer Verbindung mit der Flugsteuerfläche 101 verbunden. Ist der Verbindungskörper 30 gerade oder J-förmig, wird ein Ende des Verbindungskörpers 30 mit der Buchse 50 verbunden, und das andere Ende wird mit einem Verbindungsabschnitt, wie beispielsweise einem Schraubenabschnitt oder einem Loch, ausgebildet. Der Verbindungsabschnitt kann mit einer Verbindung zur Herstellung einer Verbindung mit der Flugsteuerfläche 101 oder dem Aktuator 10 verbunden werden.
Modifikation 12
In der obigen Ausführungsform können die Buchse 50 durch andere Kraftübertragungselemente ersetzt werden. Beispielsweise können die Kraftübertragungselemente Wellen oder Bolzen sein. Zusammenfassend kann jedes andere Element als die Buchse 50 als Kraftübertragungselement verwendet werden, solange es eine Kraft auf ein Strukturelement, wie beispielsweise dem Verbindungskörper 30, übertragen kann. Ferner kann das Kraftübertragungselement nicht nur aus Metallmaterialien, sondern auch aus Keramik-Materialien, faserverstärkten Kunststoffen, wie beispielsweise CFRP, oder Harzmaterialien gebildet sein. Zusammenfassend kann das Kraftübertragungselement aus jedem Material gebildet sein, solange es eine Kraft auf ein Strukturelement übertragen kann.
Modifikation 13
In der obigen Ausführungsform wird die Buchsenhalterungsstruktur BS, in der die im Halteabschnitt 37 enthaltenen Fasern 61 bis 63 um die Buchse 50 gewickelt werden, um die Buchse 50 zu halten, auf eine Flugzeugreaktionsverbindung angewendet. Diese Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement kann auch auf andere Elemente außer Flugzeugreaktionsverbindung angewandt werden. Beispielsweise kann die Halterungsstruktur für ein Kraftübertragungselement, wie in 18 gezeigt, derart ausgebildet sein, dass eine Buchse 120, die als ein Kraftübertragungselement dient, durch ein Strukturelement 110, das aus faserverstärkten Kunststoff gebildet ist, gehalten wird. Die das Strukturelement 110 bildenden Fasern 111 können, während sie sich durchgehend erstrecken, die Buchse 120 halten. In der Modifikation 13 bildet die Buchse 120 ein nicht einschränkendes Beispiel für das in 18 gezeigte Kraftübertragungselement. Beispielsweise kann das Kraftübertragungselement ein Loch, wie beispielsweise ein Lager, oder eine Welle anstelle eines Lochs aufweisen. Das Loch oder die Welle können einen rechteckigen, einen polygonalen oder einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Die Fasern 111 können wie die Fasern 61 bis 63 in der obigen Ausführungsform miteinander verwoben sein.
Es sollte für den Fachmann offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in vielen anderen konkreten Formen ausgeführt werden kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können einige von den in den Ausführungsformen beschriebenen Komponenten weggelassen werden (oder ein oder mehrere Aspekte davon). Ferner können Komponenten verschiedener Ausführungsformen in geeigneter Weise kombiniert werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung und die Äquivalenz der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Ansprüche deutlich.

Claims

Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50), umfassend: ein Strukturelement (30), das aus einem faserverstärkten Kunststoff mit Endlosfasern (60) gebildet ist, wobei die Halterungsstruktur (BS) bewirkt, dass das Strukturelement (30) das Kraftübertragungselement (50) über einen Verbindungskörper stützt, wobei das Kraftübertragungselement (50) konfiguriert ist, eine Kraft zu übertragen, die in dem faserverstärkten Kunststoff enthaltenen Endlosfasern (60) das Kraftübertragungselement (50) gegen die Kraft stützen, das Kraftübertragungselement (50) einen Vorsprung (52) aufweist, der in einen Öffnungsabschnitt (35) einführbar ist, der in einem distalen Endabschnitt des Strukturelements (30) ausgebildet ist, und sich der Vorsprung (52) zu seinem Ende hin verjüngt, und der Öffnungsabschnitt (35), der an dem distalen Endabschnitt des Strukturelements (30) ausgebildet ist, eine sich verjüngende Form mit einer Öffnungsfläche aufweist, die zu einem distalen Ende des Öffnungsabschnitts (35) hin größer ist, ein Verstärkungselement (70) zum Verstärken der Befestigung zwischen dem Strukturelement (30) und dem Kraftübertragungselement (50) an einem Abschnitt des Öffnungsabschnitts (35), der den Vorsprung (52) überlappt, wobei das Verstärkungselement (70) bewirkt, dass der Öffnungsabschnitt (35) den Vorsprung (52) presst, um eine Befestigung zwischen dem Strukturelement (30) und dem Kraftübertragungselement (50) zu verstärken, und das Verstärkungselement (70) Endabschnitte der das Kraftübertragungselement haltenden Endlosfasern (60) befestigt.
Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50) nach Anspruch 1, wobei die das Kraftübertragungselement stützenden Fasern (60) um das Kraftübertragungselement (50) gewickelt sind.
Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50) nach Anspruch 1, wobei die in dem Strukturelement enthalten Fasern (60) erste Fasern (61), die sich in einer ersten Richtung (D1) erstrecken, und zweite Fasern (62), die sich in einer von der ersten Richtung (D1) unterscheidenden zweiten Richtung (D2) erstrecken, umfassen, und die ersten Fasern (61) und die zweiten Fasern (62) miteinander verwoben sind.
Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50) nach Anspruch 3, wobei die Winkel der Fasern (60), die durch die erste Richtung (D1) und die zweite Richtung (D2) mit einer Längsrichtung (CD) des Strukturelement (30) gebildet sind, in einem Abschnitt des Strukturelements (30) in der Nähe des Kraftübertragungselements (50) kleiner sind als jene in einem von dem Kraftübertragungselement (50) entfernten Abschnitt des Strukturelements (30).
Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50) nach Anspruch 4, wobei die Winkel der Fasern (60) in dem Strukturelement (30) in Richtung des Kraftübertragungsgliedes indiskret kleiner sind.
Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50) nach Anspruch 3, wobei die ersten Fasern (61) und die zweiten Fasern (62) um das Kraftübertragungselement (50) gewickelt sind, und eine Wicklungsrichtung der ersten Fasern (61) um das Kraftübertragungselement (50) entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung der zweiten Fasern (62) um das Kraftübertragungselement (50) ist.
Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50) nach Anspruch 3, wobei die erste Richtung (D1) und die zweite Richtung (D2) von einer Längsrichtung (CD) des Strukturelements (30) verschieden sind, und die in dem Strukturelement (30) enthaltenen Fasern (60) ferner dritte Fasern (63) umfassen, die sich entlang der Längsrichtung (CD) erstrecken und um das Kraftübertragungselement (50) gewickelt sind.
Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50) nach Anspruch 7, wobei die dritten Fasern (63) Fasern, die in einer ersten Wicklungsrichtung (Y1) um das Kraftübertragungselement (50) gewickelt sind, und Fasern, die um das Kraftübertragungselement (50) in einer zweiten Wicklungsrichtung (Y2) entgegengesetzt zu der ersten Wicklungsrichtung (Y1) gewickelt sind, umfassen.
Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50) nach Anspruch 7, bei der nur die dritten Fasern (63) um das Kraftübertragungselement (50) gewickelt sind.
Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50) nach Anspruch 2, wobei die um das Kraftübertragungselement (50) gewickelten Fasern (60) Schichten bilden, die übereinander gestapelt sind.
Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei alle in dem Strukturelement (30) enthaltenen Fasern (60) um das Kraftübertragungselement (50) gewickelt sind.
Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50) nach Anspruch 2, wobei nur ein Teil der in dem Strukturelement (30) enthalten Fasern (60) um das Kraftübertragungselement (50) gewickelt ist.
Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50) nach Anspruch 1, wobei das Verstärkungselement (70) aus einer Endlosfaser (71) gebildet ist, die in dem faserverstärkten Kunststoff enthalten ist, und auf eine Außenseite der das Kraftübertragungselement (50) haltenden Fasern (60) gewickelt ist.
Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50) nach Anspruch 13, wobei die Faser (71) des Verstärkungselements (70) regelmäßig gewickelt ist.
Halterungsstruktur (BS) für ein Kraftübertragungselement (50) nach Anspruch 2, wobei das Kraftübertragungselement (50) eine Außenumfangsfläche (51C) aufweist, um die die Fasern (60) gewickelt sind, und beide axialen Enden der Außenumfangsfläche (51C) des Kraftübertragungselements (50) mit einer Rippe (51B) versehen sind, die sich von der Außenumfangsfläche (51C) des Kraftübertragungselements (50) in einer radialen Richtung erstreckt.
Flugzeugreaktionsverbindung (20), die direkt oder indirekt auf einer Flugsteuerfläche eines Flugzeugs montiert ist und mit einem Aktuator (10) zum Antrieb der Flugsteuerfläche verbunden ist, wobei die Flugzeugreaktionsverbindung (20) umfasst: eine Buchse, die als Kraftübertragungselement (50) dient, wobei die Buchse so konfiguriert ist, dass sie den Aktuator (10) gleitend hält; und einen Verbindungskörper (30) mit einem Strukturelement, wobei das Strukturelement konfiguriert ist, die Buchse zu halten, wobei die Halterungsstruktur (BS) nach Anspruch 1 für den Verbindungskörper (30) verwendet wird, um die Buchse zu halten, das Kraftübertragungselement (50) einen Vorsprung (52) aufweist, der in einen Öffnungsabschnitt (35) einführbar ist, der in einem distalen Endabschnitt des Strukturelements (30) ausgebildet ist, und sich der Vorsprung (52) zu seinem Ende hin verjüngt, und der Öffnungsabschnitt (35), der an dem distalen Endabschnitt des Strukturelements (30) ausgebildet ist, eine sich verjüngende Form mit einer Öffnungsfläche aufweist, die zu einem distalen Ende des Öffnungsabschnitts (35) hin größer ist, ein Verstärkungselement (70) zum Verstärken der Befestigung zwischen dem Strukturelement (30) und dem Kraftübertragungselement (50) an einem Abschnitt des Öffnungsabschnitts (35), der den Vorsprung (52) überlappt, und wobei das Verstärkungselement (70) bewirkt, dass der Öffnungsabschnitt (35) den Vorsprung (52) presst, um eine Befestigung zwischen dem Strukturelement (30) und dem Kraftübertragungselement (50) zu verstärken, und das Verstärkungselement (70) Endabschnitte der das Kraftübertragungselement (50) haltenden Endlosfasern (60) befestigt.
Flugsteuerflächenantriebseinheit (1), umfassend: die Flugzeugreaktionsverbindung (20) nach Anspruch 16; und den Aktuator (10).