DE102018133355A1 - Annular support structure and assembly for lightweight applications - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine ringförmige Trägerstruktur (1) zur Aufnahme mehrerer über den Umfang der Trägerstruktur (1) angeordneter Tragarme (22) für Leichtbauanwendungen, die entlang einer Trennebene (2), die zur Ringachse (3) achsnormal verläuft, in zwei miteinander lösbar verbundene ringschalenförmige Elemente (4.1; 4.2) unterteilt ist, wobei jedes ringschalenförmige Element Folgendes umfasst:• mindestens einen geschlossenen Ringanker (5),• mindestens eine Reihe einer Mehrzahl von über den Umfang des ringschalenförmigen Elements (4.1; 4.2) verteilt angeordneten Halbschellen (6.1; 6.2; 7.1; 7.2), wobei zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Halbschellen (6.1; 6.2; 7.1; 7.2) jeweils ein diese Halbschellen beabstandendes Hautfeld (12; 16) und ein damit verbundener, an einem Rand (14; 18) des ringschalenförmigen Elements (4.1; 4.2) geformter Flansch (13; 17) ausgebildet sind, und wobei das Hautfeld (12; 16) - ausgehend vom Ringanker (5) - schräg oder senkrecht bis zum Flansch (13; 17) verläuft, wobei im montierten Zustand jede Halbschelle (6.1; 7.1) eines ersten ringschalenförmigen Elements (4.1) einer Halbschelle (6.2; 7.2) des zweiten ringschalenförmigen Elements (4.2) derart gegenüberliegt, dass die zwei gegenüberliegenden Halbschellen (6.1, 6.2; 7.1, 7.2) zusammen jeweils eine Schelle (8; 9) bilden, und wobei jeder Flansch (13; 17) des ersten ringschalenförmigen Elements (4.1) jeweils an einem Flansch (13; 17) des zweiten ringschalenförmigen Elements (4.2) anliegt und die beiden ringschalenförmigen Elemente (4.1; 4.2) an den aneinander anliegenden Flanschen (13; 17) miteinander verbunden sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Zusammenbau (23) aus der Trägerstruktur (1) und polar angeordneten Tragarmen (22), die über eine Steckverbindung formschlüssig in den Schellen (8, 9) aufgenommen sind.The invention relates to a ring-shaped support structure (1) for receiving a plurality of support arms (22) arranged around the circumference of the support structure (1) for lightweight construction applications, which are detachably connected to one another along a parting plane (2) which extends axially normal to the ring axis (3) ring-shell-shaped elements (4.1; 4.2), each ring-shell-shaped element comprising: • at least one closed ring anchor (5), • at least one row of a plurality of half-clamps (6.1; distributed over the circumference of the ring-shell-shaped element (4.1; 4.2) 6.2; 7.1; 7.2), between the half-clamps (6.1; 6.2; 7.1; 7.2) which are adjacent in the circumferential direction in each case a skin field (12; 16) spacing these half-clamps and an associated one at an edge (14; 18) of the ring-shell-shaped element (4.1; 4.2) shaped flange (13; 17) are formed, and the skin field (12; 16) - starting from the ring anchor (5) - obliquely or vertically to the flange (13 ; 17), with each half-clamp (6.1; 7.1) of a first ring-shell-shaped element (4.1) lying opposite one half-clamp (6.2; 7.2) of the second ring-shell-shaped element (4.2) in such a way that the two opposite half-clamps (6.1, 6.2; 7.1 , 7.2) together form a clamp (8; 9), and each flange (13; 17) of the first ring-shaped element (4.1) abuts a flange (13; 17) of the second ring-shaped element (4.2) and the two annular shell-shaped elements (4.1; 4.2) are connected to one another on the flanges (13; 17) which abut one another. In addition, the invention relates to an assembly (23) comprising the support structure (1) and polar arranged support arms (22), which are received in a form-fitting manner in the clamps (8, 9) via a plug connection.
Description
Die Erfindung betrifft eine ringförmige Trägerstruktur zur Aufnahme polar angeordneter Tragarme sowie einen Zusammenbau aus der ringförmigen Trägerstruktur und den polar angeordneten Tragarmen. Anwendung finden die erfindungsgemäße Trägerstruktur sowie der Zusammenbau im Leichtbau, zum Beispiel für den Bau sehr leichter, stabiler Multicopter.The invention relates to an annular support structure for receiving polar arranged support arms and an assembly of the annular support structure and the polar arranged support arms. The support structure according to the invention and the assembly are used in lightweight construction, for example for the construction of very light, stable multicopters.
Bisher werden für derartige Trägerstrukturen verrippte Spritzgusskomponenten oder vielteilige und damit schwere Blechkomponenten verwendet.So far, ribbed injection molding components or multi-part and thus heavy sheet metal components have been used for such support structures.
Die
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine für Leichtbauanwendungen geeignete Trägerstruktur bereitzustellen, die einerseits einfach herstellbar ist, andererseits aber auch hohe Lasten aufnehmen kann. Darüber hinaus soll die Trägerstruktur selbst und auch jeder Zusammenbau mit der Trägerstruktur möglichst leicht demontierbar sein.The object of the invention is to provide a support structure which is suitable for lightweight construction applications and which, on the one hand, is simple to manufacture, but on the other hand can also absorb high loads. In addition, the support structure itself and any assembly with the support structure should be as easy to disassemble.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. The object is solved by the subject matter of the independent claims. Further developments are specified in the dependent claims.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine ringförmige Trägerstruktur zur Aufnahme mehrerer über den Umfang der Trägerstruktur angeordneter, vorzugsweise polar angeordneter, Tragarme für Leichtbauanwendungen. Diese Trägerstruktur ist entlang einer Trennebene, die zur Ringachse achsnormal verläuft, in zwei miteinander lösbar verbundene ringschalenförmige Elemente unterteilt. Dabei umfasst jedes ringschalenförmige Element Folgendes:
- • mindestens einen konzentrisch zur gesamten ringförmigen Trägerstruktur ausgebildeten geschlossenen Ringanker,
- • mindestens eine Reihe einer Mehrzahl von über den Umfang des ringschalenförmigen Elements verteilt angeordneten Halbschellen, wobei zwischen den in Umfangsrichtung der ringförmigen Trägerstruktur benachbarten Halbschellen jeweils ein diese Halbschellen beabstandender, im Folgenden als Hautfeld bezeichneter Flächenabschnitt, und ein damit verbundener, an einem Rand des ringschalenförmigen Elements geformter Flansch ausgebildet sind, und wobei das Hautfeld - ausgehend vom Ringanker - schräg oder senkrecht bis zum Flansch verläuft.
- At least one closed ring anchor formed concentrically with the entire annular support structure,
- • At least one row of a plurality of half-clamps arranged distributed over the circumference of the ring-shell-shaped element, wherein between the half-clamps adjacent in the circumferential direction of the ring-shaped carrier structure, a surface section spacing these half-rings, hereinafter referred to as the skin field, and a connected one at one edge of the ring-shell-shaped one Element-shaped flange are formed, and the skin field - starting from the ring anchor - runs obliquely or vertically to the flange.
Dabei liegt im montierten Zustand jede Halbschelle eines ersten ringschalenförmigen Elements einer Halbschelle des zweiten ringschalenförmigen Elements derart gegenüber, dass die zwei gegenüberliegenden Halbschellen zusammen jeweils eine Schelle bilden, wobei jeder Flansch des ersten ringschalenförmigen Elements jeweils an einem Flansch des zweiten ringschalenförmigen Elements anliegt und die beiden ringschalenförmigen Elemente an den aneinander anliegenden Flanschen miteinander verbunden sind. Die Schellenachse jeder Schelle ist vorzugsweise radial in Richtung Ringzentrum gerichtet.In the assembled state, each half-clamp of a first ring-shell-shaped element is opposite a half-clamp of the second ring-shell-shaped element in such a way that the two opposite half-clamps together form a clamp, each flange of the first ring-shell-shaped element abutting a flange of the second ring-shell-shaped element and the two ring-shell-shaped elements are connected to each other on the flanges lying against one another. The clamp axis of each clamp is preferably directed radially towards the ring center.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Schellen zur Aufnahme mehrerer polar über den Umfang der Trägerstruktur angeordneter Tragarme ausgerichtet, wobei die Schellenachse jeder Schelle vorzugsweise radial in Richtung Ringzentrum gerichtet ist. Die miteinander lösbar verbundenen ringschalenförmigen Elemente sind vorteilhaft baugleich, aber einander entgegengesetzt orientiert. Vorzugsweise ist der mindestens eine geschlossene Ringanker konzentrisch zur gesamten ringförmigen Trägerstruktur ausgebildet.According to a preferred embodiment of the invention, the clamps are aligned to accommodate a plurality of support arms arranged polarly over the circumference of the support structure, the clamp axis of each clamp preferably being directed radially in the direction of the ring center. The ring-shell-shaped elements which are releasably connected to one another are advantageously of identical construction, but oriented opposite one another. The at least one closed ring anchor is preferably formed concentrically with the entire annular support structure.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist jedes ringschalenförmige Element eine äußere Reihe und eine innere Reihe von über den Umfang des ringschalenförmigen Elements verteilt angeordneten Halbschellen auf, wobei zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Halbschellen der äußeren Reihe das Hautfeld - ausgehend vom Ringanker - schräg oder senkrecht bis zu einem Flansch am äußeren Rand des ringschalenförmigen Elements verläuft und wobei zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Halbschellen der inneren Reihe das Hautfeld - ausgehend vom Ringanker - schräg oder senkrecht bis zu einem Flansch am inneren Rand des ringschalenförmigen Elements verläuft. Vorzugsweise bilden dabei im montierten Zustand gegenüberliegende äußere Halbschellen zusammen äußere Schellen und gegenüberliegende innere Halbschellen zusammen innere Schellen, wobei jeweils immer eine äußere Schelle und eine innere Schelle ein Paar bilden, bei dem die äußere Schelle und die innere Schelle in radialer Richtung, das heißt in Richtung Ringzentrum, in gleicher Achse hintereinander liegen und zusammen eine Durchführung bilden.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, each ring-shell-shaped element has an outer row and an inner row of half-rings arranged distributed over the circumference of the ring-shell-shaped element, wherein between the in Starting from the ring anchor, the skin field runs obliquely or vertically up to a flange on the outer edge of the ring-shell-shaped element, and the skin field - starting from the ring anchor - runs obliquely or vertically up to the circumferential direction of adjacent half-clamps of the outer row a flange on the inner edge of the annular shell-shaped element. Preferably, in the assembled state, opposite outer half-clamps together form outer clamps and opposite inner half-clamps together form inner clamps, an outer clamp and an inner clamp always forming a pair in which the outer clamp and the inner clamp in the radial direction, i.e. in In the direction of the ring center, lie one behind the other in the same axis and together form a bushing.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft das Hautfeld zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Halbschellen der äußeren Reihe - ausgehend vom Ringanker - schräg bis zum Flansch am äußeren Rand des ringschalenförmigen Elements.In a preferred embodiment of the invention, the skin field runs obliquely between the half-clamps of the outer row adjacent in the circumferential direction - starting from the ring anchor - up to the flange on the outer edge of the ring-shell-shaped element.
Dagegen verläuft das Hautfeld zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Halbschellen der inneren Reihe - ausgehend vom Ringanker - vorzugsweise senkrecht bis zum Flansch am inneren Rand des ringschalenförmigen Elements.In contrast, the skin field between the circumferentially adjacent half-clamps of the inner row - starting from the ring anchor - preferably extends perpendicularly to the flange on the inner edge of the ring-shell-shaped element.
Beide ringschalenförmigen Elemente sind vorteilhafterweise unverzweigt ausgebildet. Das bedeutet, dass jedes ringschalenförmige Element aus nur einem Stück geformt ist und dabei ohne üblicherweise verwendete, zusätzliche Versteifungsstrukturen, wie Rippen, Spante oder Holme, auskommt. Somit ist ein einfacher Aufbau der ringschalenförmigen Trägerstruktur aus zwei gleichen unverzweigten Schalenelementen möglich. Die Trägerstruktur ist somit besonders geeignet für eine Fertigung aus Blechen oder Faserverbundwerkstoffen.Both ring-shell-shaped elements are advantageously unbranched. This means that each ring-shell-shaped element is formed from only one piece and does not require any additional stiffening structures, such as ribs, frames or spars, which are usually used. A simple construction of the ring-shell-shaped carrier structure from two identical unbranched shell elements is thus possible. The carrier structure is therefore particularly suitable for production from sheet metal or fiber composite materials.
Die Ringform des Ringankers kann zum Beispiel eine Kreisringform, eine ovale Form oder vieleckig sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ringanker achteckig ausgebildet.The ring shape of the ring anchor can be, for example, a circular ring shape, an oval shape or polygonal. According to a preferred embodiment, the ring anchor is octagonal.
Die über den Umfang der ringförmigen Trägerstruktur verteilt angeordneten Schellen sind zum Beispiel geeignet zur Aufnahme polar angeordneter Tragarme, die die zum Beispiel eingesteckt werden können. Ein entsprechender Zusammenbau ist ein weiterer Aspekt der Erfindung. Die Tragarme können als Biegeträger und/oder Torsionsträger fungieren.The clamps, which are distributed over the circumference of the ring-shaped support structure, are suitable, for example, for receiving polarly arranged support arms which, for example, can be inserted. Appropriate assembly is another aspect of the invention. The support arms can act as bending beams and / or torsion beams.
Dabei ermöglichen die Schellen vorteilhaft die formschlüssige Aufnahme der Tragarme innerhalb und außerhalb des Ringankers. Dadurch sind sowohl Ausführungen mit lösbarer als auch mit nicht lösbarer Anbindung der Tragarme möglich. Die formschlüssige Aufnahme der polar angeordneten Tragarme ermöglicht in vorteilhafter Weise eine sehr einfache und stabile Steckverbindung der Tragarme im Sinne stabiler und dennoch leicht demontierbarer Strukturen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Querschnitte der Schellen und der Tragarme nicht rund ausgeführt, was die Tragarme gegen ein Verdrehen sichert.The clamps advantageously allow the form-fitting reception of the support arms inside and outside the ring anchor. As a result, designs with detachable and non-detachable connection of the support arms are possible. The positive reception of the polar arranged support arms advantageously enables a very simple and stable plug-in connection of the support arms in the sense of stable and yet easily removable structures. According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the cross sections of the clamps and the support arms are not round, which secures the support arms against rotation.
Die erfindungsgemäße, ringförmig ausgebildete Trägerstruktur weist eine besonders vorteilhafte, eigensteife Struktur zur Aufnahme hoher Lasten - insbesondere Biege- und Torsionsmomente - auf. Der mindestens eine geschlossene Ringanker dient zur Aufnahme von Zug- oder Druckkräften, die infolge der Belastung der Tragarme auftreten. Mit der ringförmigen Tragstruktur gelingt zudem überraschenderweise eine gute Aufnahme und gleichmäßige Verteilung der durch die Tragarme eingebrachten Lasten, insbesondere der Biege- und Torsionsmomente. Dadurch besteht ein sehr hohes Potential hinsichtlich Anwendungen im Leichtbau.The ring-shaped support structure according to the invention has a particularly advantageous, inherently rigid structure for absorbing high loads - in particular bending and torsional moments. The at least one closed ring anchor serves to absorb tensile or compressive forces that occur as a result of the load on the support arms. The ring-shaped support structure also surprisingly succeeds in absorbing and evenly distributing the loads introduced by the support arms, in particular the bending and torsional moments. There is therefore a very high potential with regard to applications in lightweight construction.
Darüber hinaus zeichnen sich die Trägerstruktur selbst und der Zusammenbau aus der Trägerstruktur und den Tragarmen jeweils durch eine sehr einfache Demontierbarkeit aus, was insbesondere vorteilhaft für den Transport großer Fluggeräte ist. Eine Anwendungsmöglichkeit besteht zum Beispiel beim Bau sehr leichter, stabiler Multicopter, auch Drohnen genannt.In addition, the support structure itself and the assembly of the support structure and the support arms are each characterized by very simple disassembly, which is particularly advantageous for the transport of large aircraft. One possible application is for the construction of very light, stable multicopters, also called drones.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
-
1 : eine Trägerstruktur, bestehend aus zwei gleichen, gegenüberliegend angeordneten, ringschalenförmigen Elementen, -
2 : ein einzelnes ringschalenförmiges Element einer ringförmigen Trägerstruktur und -
3 : eine ringförmige Trägerstruktur mit eingesteckten Tragarmen.
-
1 a support structure consisting of two identical, oppositely arranged, ring-shell-shaped elements, -
2nd : a single annular shell-shaped element of an annular support structure and -
3rd : an annular support structure with inserted support arms.
Die
Eine erfindungsgemäße ringförmige Trägerstruktur
Jedes ringschalenförmige Element
Weitere Funktionsbereiche werden in den beiden baugleichen, einander entgegengesetzt orientierten, ringschalenförmigen Elementen
Jede Halbschelle
Sowohl die äußeren Schellen
Zwischen in Umfangsrichtung mit Abstand benachbarten äußeren Halbschellen
Zwischen in Umfangsrichtung mit Abstand benachbarten inneren Halbschellen
Gemäß der in der
Nach Übereinanderlegen der jeweils äußeren gegenüberliegenden Flansche
Die
Sowohl die äußeren Halbschellen
Zwischen mit Abstand benachbarten äußeren Halbschellen
Zwischen mit Abstand benachbarten inneren Halbschellen
Aus
Die über den Umfang der ringförmigen Trägerstruktur
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- ringförmige Trägerstrukturannular support structure
- 22nd
- TrennebeneDividing plane
- 33rd
- RingachseRing axis
- 44th
- ringschalenförmiges Elementring-shaped element
- 4.14.1
- erstes ringschalenförmiges Elementfirst ring-shaped element
- 4.24.2
- zweites ringschalenförmiges Elementsecond ring-shaped element
- 55
- RingankerRing anchor
- 66
- äußere Halbschelleouter half clamp
- 6.16.1
-
äußere Halbschelle des ersten ringschalenförmigen Elements
4.1 outer half-clamp of the first ring-shaped element4.1 - 6.26.2
-
äußere Halbschelle des zweiten ringschalenförmigen Elements
4.2 outer half-clamp of the second ring-shaped element4.2 - 77
- innere Halbschelleinner half clamp
- 7.17.1
-
innere Halbschelle des ersten ringschalenförmigen Elements
4.1 inner half-clamp of the first ring-shaped element4.1 - 7.27.2
-
innere Halbschelle des ersten ringschalenförmigen Elements
4.2 inner half-clamp of the first ring-shaped element4.2 - 88th
- äußere Schelleouter clamp
- 99
- innere Schelleinner clamp
- 1010th
- SchellenachseClamp axis
- 1111
- RingzentrumRing center
- 1212th
- äußeres Hautfeldouter skin field
- 1313
- äußerer Flanschouter flange
- 1414
- äußerer Randouter edge
- 1515
- BefestigungsmittelFasteners
- 1616
- inneres Hautfeldinner skin field
- 1717th
- innerer Flanschinner flange
- 1818th
- innerer Randinner edge
- 1919th
- BefestigungsmittelFasteners
- 2020
- HalbschellenbodenHalf clamp base
- 2121
- oberer Halbschellenrandupper hem band
- 2222
- TragarmeSupport arms
- 2323
- Zusammenbauassembly
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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