DE1139703B

DE1139703B - Stabfoermiges Federelement aus glasfaserverstaerktem Kunststoff

Info

Publication number: DE1139703B
Application number: DEB55181A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Derschmidt; Dipl-Ing Eduard Jarosch; Dipl-Ing Heinz Langer
Original assignee: Boelkow Entwicklungen KG
Current assignee: Boelkow Entwicklungen KG
Priority date: 1959-10-15
Filing date: 1959-10-15
Publication date: 1962-11-15
Also published as: GB963150A; US3219333A

Description

Stabförmiges Federelement aus glasfaserverstärktem Kunststoff Die Erfindung bezieht sich auf ein stabförmiges Federelement aus glasfaserverstärktem Kunststoff, welches aus Schubwänden bzw. -stegen und einem oder mehreren Gurten gebildet ist.
Es sind bereits stabförmige Federelemente der eingangs genannten Art bekannt. Ohne auf den konstruktiven Aufbau einzelner dieser Federelemente näher eingehen zu müssen, haben diese jedoch außer einer ungünstigen Federcharakteristik auch insgesamt den Nachteil, daß sie ein hohes Baugewicht aufweisen, wodurch ihre Verwendbarkeit auf bestimmten Gebieten der Technik, z. B. im Flugzeugbau, in Frage gestellt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile der bekannten Federelemente zu vermeiden und ein Federelement so auszubilden, daß dieses außer einem geringen Gewicht eine weiche Federcharakteristik, d. h. bei hoher Arbeitsaufnahme eine niedrige Endkraft aufweist.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß die in den Kunststoff eingebetteten Glasfasern der auf Schub beanspruchten Wände bzw. Stege mit etwa 45° zur Richtung der Stabachse verlaufen und mit den Gurten verbunden sind.
Durch die Erfindung ist somit ein Federelement geschaffen, welches sich gegenüber den bekannten Federelementen außer durch eine weichere Federcharakteristik auch durch eine bessere Werkstoffausnutzung und infolgedessen ein geringeres Baugewicht auszeichnet.
Ein in der erfindungsgemäßen Weise aufgebautes stabförmiges Federelement läßt sich deshalb mit besonderem Vorteil im Fahrzeug- oder Flugzeugbau als Federelement anwenden, z. B. als Achsfeder oder als Federkufe bei Segelflugzeugen bzw. Drehflügelflugzeugen.
In Weiterbildung der Erfindung kann zwecks zusätzlicher Gewichtsersparnis die Dicke der Glasfaserverstärkungen bei einzelligen Querschnitten zu der durch den Schubmittelpunkt gehenden, bei mehrzelligen Querschnitten zu den durch die Schubmittelpunkte der einzelnen Zellen gehenden Achsen hin abnehmen.
Um bei einem Federelement der erfindungsgemäßen Art auch eine höhere Zug- und Druckbeanspruchbarkeit zu erlangen, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß die Gurte in an sich bekannter Weise durch in den Kunststoff eingebettete Glasfaser-Rovings verstärkt sind.
Zur Erhöhung der Stabilität der Schub- bzw. Stegwände lassen sich erfindungsgemäß die Wände bzw. Stege durch Bauelemente mit geringerem spezifischen Gewicht abstützen.
Bei Federelementen mit geschlossenem Querschnitt können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die als Stützen vorgesehenen Bauelemente auch als Kern ausgebildet sein. Durch die Verwendung eines Kerns werden außer seinen guten Stützeigenschaften auch fertigungstechnische Vorteile erzielt, die insbesondere in einer leichteren Aufbringbarkeit der Glasfaserverstärkungen zu sehen sind.
In der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung ist die Erfindung an Hand von drei Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben. Hieran sind die vorgenannten Vorteile nochmals näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 den kastenförmigen Querschnitt eines gemäß der Erfindung aufgebauten Federelements mit einem Kern, Fig. 2 in einer ähnlichen Darstellung wie Fig. 1 ein Federelement ohne Kern, jedoch mit zusätzlich in der Gurtsymmetrieachse liegenden Schubstegen, Fig.3 einen Teil des in Fig.2 gezeigten Querschnitts mit einem an einem der Schubstege angeordneten Stützelement zur Erhöhung der Knickfestigkeit der Stege, Fig. 4 eine teilweise Ansicht eines gemäß den Fig.-1 und 2 -aufgebauten Federelements.
Wie aus den Fig. 1 und 4 ersichtlich, umfaßt das Federelement je einen Obergurt-1 und einen Unter= gurt 2, die beide aus Kunststoff, z. B. Gießharz, gefertigt sind.
Durch die mit 3 und 4 bezeichneten Schubstege (Fig. 1), welche gleichfalls aus. Kunststoff bestehen und zusätzliche Verstärkungen -5 bzw..f 6 aus Glasfasern aufweisen, sind die Gurte 1 und 2 zu einem kastenförmigen Querschnitt verbunden..
Gemäß der Erfindung ist nunmehr vorgesehen, daß die Glasfasern 5 bzw. 6 der auf Schub beanspruchten Wände bzw. Stege 3 bzw. 4 mit etwa 45° zur Richtung der Stabachse verlaufen und mit den auf Zug bzw. Druck beanspruchten Gurten 1 und 2 verbunden sind.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der in den Kunststoff eingebetteten Glasfasern werden die bei Belastung an den Stegen angreifenden Schubkräfte auf die Gurte 1 und 2 übertragen, wobei die eingangs erwähnten Vorteile hinsichtlich einer weichen Federcharakteristik, d. h. einer hohen Arbeitsaufnahme, bei niedriger Endkraft und ein niedriges Gewicht erzielt werden. Diese Vorteile sind insbesondere bei der Anwendung eines -gemäß der Erfindung aufgebauten Federelements im Flugzeugbau von hoher Bedeutung.
Um eine zusätzliche Gewichtsverminderung zu erzielen, ist gemäß der Erfindung weiterhin vorgesehen, däß die Dicke der Glasfaserverstärkungen 5 bzw. 6 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zu der durch den Schubmittelpunkt gehenden Achse hin abnimmt.
Zur Erlangung einer höheren Zug- bzw. Druckbeanspruchbarkeit des Federelements sind in den Ausführungsbeispielen ferner die Gurte 1 und 2 in an sich bekannter Weise durch in den Kunststoff eingebettete, jedoch nicht näher gezeigte Glasfaser-Rovings verstärkt. -In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines Federelements dargestellt, welches ebenfalls einen kastenförmigen Querschnitt hat. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Prinzip dem in Fig. 1 gezeigten Federelement, so daß demgemäß einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Zum Unterschied von Fig. 1 weist das Federelement gemäß Fig. 2 außer den seitlichen Schubwänden 3 und 4 zusätzlich noch zwei weitere in der Gurtsymmetrieachse liegende Schubwände 8 und 9 auf, die ebenfalls durch in den Kunststoff eingebettete Glasfasern mit etwa 45° zur Richtung der Stabachse verlaufenden Fasern, wobei z. B. Glasfaser-Diagonal-Gewebe (Diamond-Gewebe) Verwendung finden kann, verstärkt sind. Durch die Anordnung der zusätzlichen Schubwände 8 und 9 wird eine höhere Stabilität erreicht als bei einem Federelement gemäß Fig. 1.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 außer den Glasfaserverstärkungen der Schubstege bzw. -wände seitlich angebrachte, mit den Verstärkungen verbundene Bauelemente 14 mit geringem spezifischen Gewicht vorgesehen.
Diese Bauelemente, die im Ausführungsbeispiel aus einem festen Schaumstoff gebildet sind, jedoch in gleich vorteilhafter Weise auch aus einem anderen festen Leichtbaustoff bestehen können und von denen der Einfachheit halber in Fig. 3 nur eines gezeigt ist, haben die Aufgabe, ein seitliches Ausknicken der Schubwände bzw. -stege zu verhindern und damit die Stabilitätsdes -Federelements zu erhöhen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung lassen sich die Bauelemente 14 bei Federelementen gemäß den Fig. 1 und 2 auch als den kastenförmigen Querschnitt vollständig ausfüllender Kern ausbilden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist das dort gezeigte Federelement einen solchen mit 7 bezeichneten Kern auf.
Durch die Verwendung eines Kerns wird außer der Erhöhung der Stabilität des Federelements durch Abstützung der Schubwände bzw. -stege, wie bereits erwähnt, auch die Herstellung des Federelements, insbesondere die Aufbringung der Glasfaserverstärkungen 5 und 6 an den Schubwänden bzw. -stegen 3 und 4, wesentlich vereinfacht und darüber hinaus durch Einsparung von Kunststoff auch das Gewicht des Federelements in vorteilhafter Weise verringert.
Die Erfindung, d. h. die Verstärkung der auf Schub beanspruchten Wände bzw. Stege des stabförrnigen Federelements der eingangs bezeichneten Art durch in den Kunststoff eingebettete Glasfasern, welche mit etwa .45° zur Richtung der Stabachse verlaufen, ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Profile mit symmetrischem Querschnitt beschränkt. Vielmehr lassen sich die durch die Erfindung geschaffenen Vorteile hinsichtlich einer weichen Federcharakteristik, d. h. einer hohen Arbeitsaufnahme bei niedriger Endkraft, sowie durch bessere Werkstoffausnutzung ein geringes Gewicht ebenso an Federelementen mit unsymmetrischem Querschnitt erzielen, wobei es ebenso für die Erfindung unbedeutend ist, für welche technischen Aufgaben die jeweils geschaffenen Federelemente vorgesehen sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Stabförmiges Federelement aus glasfaserverstärktem Kunststoff, welches aus Schubwänden bzw. -stegen und einem oder mehreren Gurten gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Kunststoff eingebetteten Glasfasern (5, 6) der auf Schub beanspruchten Wände bzw. Stege (3, 4, 8, 9) mit etwa 45° zur Richtung der Stabachse verlaufen und mit den Gurten (1, 2) verbunden sind.
2. Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Glasfaserverstärkungen (5, 6) bei einzelligen Querschnitten (Fig. 1) zu der durch den Schubmittelpunkt gehenden, bei mehrzelligen Querschnitten (Fig. 2) zu den durch die Schubmittelpunkte der einzelnen Zellen gehenden Achsen hin abnimmt.
3. Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurte (1, 2) in an sich bekannter Weise durch in den Kunststoff eingebettete Glasfaser-Rovings verstärkt sind.
4. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubwände bzw. -stege (1, 2) durch Bauelemente (14) mit geringem spezifischem Gewicht abgestützt sind.
5. Feder nach Anspruch 4, insbesondere mit geschlossenem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente (14) als Kern (7) ausausgebildet sind. -