DE19713880A1 - Axial and or radial bearing in fibre composite shell - Google Patents
Axial and or radial bearing in fibre composite shellInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Anordnung eines hochbelastbaren Axial- und/oder Radiallagers in einer dünn wandigen Schale aus Faserverbundwerkstoff.The present invention relates to the arrangement of a heavy-duty axial and / or radial bearings in one thin walled shell made of fiber composite material.
Axial- und/oder Radiallager, die z. B. in ein dünnwan diges Laminat eingesetzt werden müssen, finden zahlreiche Anwendungsbeispiele im Fahrzeugbau bzw. in der Luftfahrt technik, wobei sie zur form- und/oder kraftschlüssigen Ein leitung starker Kräfte in die meist aus Faserverbundwerk stoffen bestehenden Schalen dienen.Axial and / or radial bearings, the z. B. in a thin wall many need to use laminate Application examples in vehicle construction or in aviation technology, whereby they for positive and / or non-positive connection Conduction of strong forces, mostly from fiber composite serve existing shells.
Aus der US 4 302 155 ist eine Anordnung eines Propel lerblatts aus Faserverbundwerkstoff mit einem Verbindungs element aus Metall bekanntgeworden, bei der mittels einer ringförmigen Einschnürung im Verbindungselement und daran angeformtem Propellerblatt eine formschlüssige Verbindung hergestellt ist.From US 4 302 155 is an arrangement of a prop Composite material with a connection element made of metal, in which by means of a annular constriction in the connecting element and on it molded propeller blade a positive connection is made.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein hochbe lastbares Axial- und/oder Radiallager in einer dünnwandigen Schale aus Faserverbundwerkstoffen anzuordnen, wobei die Anordnung fasergerecht ausgeführt ist, einfach herstellbar ist, eine formschlüssige Verbindung gewährleistet, eine nachträgliche Feinbearbeitung des Lagersitzes zuläßt, eine hohe Tragfähigkeit auch dann gewährleistet, wenn der Kraft schluß zwischen Lager und Schale herabgesetzt wird, und bei dem zusätzliche Verbindungselemente, wie Nieten oder Schrauben, nicht mehr erforderlich sind. The object of the present invention is a hochbe resilient axial and / or radial bearing in a thin-walled Arrange shell made of fiber composite materials, the Arrangement is designed to be fiber-friendly, easy to manufacture is, a positive connection ensures one subsequent fine machining of the bearing seat allows one high load capacity guaranteed even when the force is reduced between the bearing and the shell, and at the additional connecting elements, such as rivets or Screws, are no longer required.
Ausgehend von einer Anordnung der eingangs näher ge nannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmal; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.Starting from an arrangement of ge closer named kind the solution of this task with the in characterizing part of claim 1 specified feature; advantageous embodiments are in the subclaims described.
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß die Verwendung einer Buchse als formgebendes Element und zur Übertragung der Lagerkräfte vom Lager auf die üblicherweise aus Faserverbundwerkstoff bestehende Schale die verschiede nen oben aufgezählten Teilaufgaben löst. Die Buchse kann dabei entweder aus Metall und insbesondere aus Titan oder aber aus Kunststoff bestehen. Beim Zusammenwirken unter schiedlicher Werkstoffe für Buchse, Lager und Schale ist dabei grundsätzlich das unterschiedliche Temperaturausdeh nungsverhalten dieser Werkstoffe zu beachten sowie außerdem ein mögliches Korrosionsverhalten bei Einsatz metallischer Werkstoffe. Aus diesem Grund wird Titan als Werkstoff für die Buchse insbesondere in Verbindung mit Kohlefaserver bundwerkstoff bevorzugt.The invention is based on the knowledge that the Use of a socket as a shaping element and for Transfer of bearing forces from the warehouse to the usual made of fiber composite material the various solves the subtasks listed above. The socket can either made of metal and in particular titanium or but are made of plastic. When interacting under different materials for bush, bearing and shell basically the different temperature expansion behavior of these materials as well as possible corrosion behavior when using metallic Materials. For this reason, titanium is used as a material for the socket especially in connection with carbon fiber ver preferred material.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist einfach herstellbar und gewährleistet eine formschlüssige Verbindung mit der Schale, in der die Buchse integriert wird. Die Tragfähig keit bleibt auch dann weitgehend erhalten, wenn der Kraft schluß, d. h. die Klebung zwischen der erfindungsgemäßen Buchse und der Schale, fehlt bzw. versagt, d. h. daß eine gewisse Schadenstoleranz gegeben ist. Weist die Buchse beim Einsetzen lagerseitig ein Übermaß des Innendurchmessers auf, welcher erst nach Aushärtung der Schale fertig bear beitet wird, können bei der Herstellung der Schale gewisse Toleranzen zugelassen werden. Zusätzliche Verbindungsele mente, wie Nieten oder Schrauben zwischen Lager und Schale, sind nicht erforderlich.The arrangement according to the invention is simple to manufacture and ensures a positive connection with the Shell in which the socket is integrated. The load-bearing speed is largely retained even when the force conclusion, d. H. the bond between the invention Bush and the shell, missing or failed, d. H. that a certain damage tolerance is given. Instructs the socket at Insert an excess of the inside diameter on the bearing side which only finishes after the shell has hardened processed, certain can be used in the production of the shell Tolerances are allowed. Additional connection elements elements such as rivets or screws between the bearing and the shell, are not required.
Durch die geometrische Ausgestaltung wird der Vorteil erzielt, daß die Lagerkräfte fasergerecht in Ring- und Tan gentialkräfte überführt werden, die innerhalb der Schalene bene liegen und somit beherrschbar sind. Hohe Flächenpres sungen und interlaminare Schubspannungen werden dadurch weitgehend vermieden.The geometric design is the advantage achieved that the bearing forces in the ring and tan potential forces are transferred within the shell lie flat and are therefore manageable. High surface pressure solutions and interlaminar shear stresses largely avoided.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind.In the following the invention with reference to the drawing explained in more detail in the advantageous embodiments are shown.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungs beispiel; Figure 1 shows a section through a first embodiment example.
Fig. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungs beispiel und Fig. 2 shows a section through a second embodiment and example
Fig. 3 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungs beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Axial- und/oder Radiallagers in einer Schale aus Faserverbundwerkstoff. Fig. 3 shows a section through a third embodiment example of an inventive arrangement of an axial and / or radial bearing in a shell made of fiber composite material.
In den Figuren, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, bedeutet 1 das in einer Scha le 3 aus faserverstärktem Kunststoff anzuordnende Axial- und/oder Radiallager.In the figures, in which the same parts are provided with the same reference numerals, 1 means the axial and / or radial bearing to be arranged in a shell 3 made of fiber-reinforced plastic.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Axial- und/oder Radiallager 1 von einer formgeben den Buchse 2 umgeben zur besseren Übertragung der Lager kräfte vom Lager 1 auf die Schale 3. Die Buchse 2 kann da bei aus Metall oder Kunststoff bestehen, wobei im ersteren Fall Titan bevorzugt wird, um so mögliche unterschiedliche Temperaturausdehnungen der verschiedenen Werkstoffe (Kunststoff, Metall) zu berücksichtigen und eine mögliche Korrosion der Buchse 2 zu verhindern.In the embodiment shown in FIG. 1, the axial and / or radial bearing 1 is surrounded by a shaping the socket 2 for better transmission of the bearing forces from the bearing 1 to the shell. 3 The socket 2 can be made of metal or plastic, with titanium being preferred in the former case in order to take into account possible different temperature expansions of the different materials (plastic, metal) and to prevent possible corrosion of the socket 2 .
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich überall da einsetzen, wo Axialkräfte vorzugsweise in einer Richtung wirken. Die Schale 3 ist im Bereich der Lageraufnahme entsprechend dem Verhältnis von Axial- zu Radialkräften in Dickenrich tung geteilt. Zur Aufnahme der Radialkräfte ist der in Fig. 1 unten bzw. innen dargestellte Teil der Schale 3 in radialer Richtung zur Buchse geführt. Der andere Teil der Schale 3 umschließt die obere Stirnfläche der Buchse 2 und dient zur Aufnahme von Axialkräften. Der Stützring 4 dient als formgebendes Element bei der Herstellung der geteilten Schale 3. Bei Belastung des Lagers wirkt er außerdem stüt zend auf die geteilte Schale 3.The embodiment shown in Fig. 1 of an arrangement according to the invention can be used wherever axial forces preferably act in one direction. The shell 3 is divided in the bearing area according to the ratio of axial to radial forces in thickness direction. To absorb the radial forces, the part of the shell 3 shown at the bottom or inside in FIG. 1 is guided in the radial direction to the bushing. The other part of the shell 3 encloses the upper end face of the bush 2 and serves to absorb axial forces. The support ring 4 serves as a shaping element in the production of the split shell 3 . When the bearing is loaded, it also acts as a support on the split shell 3 .
Als Material für den Stützring kommen sowohl Metalle als auch Kunststoffe, insbesondere kurzfaserverstärkte Kunststoffe in Betracht. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Stützring 4 als integralen Bestandteil der Buchse 2 vorzusehen.Both metals and plastics, in particular short-fiber-reinforced plastics, can be considered as the material for the support ring. Of course, it is also possible to provide the support ring 4 as an integral part of the socket 2 .
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich noch ein Spannring 5 vorgesehen, der auf der Außenseite der Schale 3 angeordnet ist. Der Spannring 5 kann aus Metall oder faserverstärktem Kunststoff bestehen und dient der Aufnahme von Umfangskräften. Besonders vor teilhaft ist es, wenn der Spannring 5 aus Glasfaserkunst stoff besteht, wobei die Fasern auf die Schale 3 gewickelt sind. Auf diese Weise läßt sich beim Herstellungsprozeß eine Vorspannung aufbringen, die einer Aufweitung der Scha le 3, welche beispielsweise aus Kohlefaserverbundwerkstoff hergestellt ist, bei Belastung des Lagers 1 entgegenwirkt. Die Taillierung an der radial äußeren Fläche der Buchse 2 gewährleistet den Formschluß zwischen Buchse 2 und der dar an angeformten Schale 3. Der im Verhältnis zur Schalendicke große Krümmungsradius dieser Taillierung führt zu einer fasergerechten Krafteinleitung in die Schale, da große Schubspannungen in der Schale vermieden werden. Selbstver ständlich muß die Taillierung nicht kreisförmig ausgeführt sein.In the embodiment shown in FIG. 2, a clamping ring 5 is additionally provided, which is arranged on the outside of the shell 3 . The clamping ring 5 can consist of metal or fiber-reinforced plastic and serves to absorb peripheral forces. It is particularly advantageous when the clamping ring 5 is made of glass fiber plastic, the fibers being wound onto the shell 3 . In this way, a bias can be applied in the manufacturing process, which counteracts an expansion of the sound 3 , which is made, for example, of carbon fiber composite material, when the bearing 1 is loaded. The waist on the radially outer surface of the socket 2 ensures the positive connection between the socket 2 and the molded-on shell 3 . The radius of curvature of this waist, which is large in relation to the shell thickness, leads to a force-appropriate introduction of force into the shell, since large shear stresses in the shell are avoided. Of course, the waist does not have to be circular.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann ferner ohne weite res dafür gesorgt werden, daß sich die Kontaktflächen von Buchse 2 und Schale 3 bei Temperaturänderungen in bestimm ten Bereichen überwiegend tangential zueinander bewegen. Dadurch werden Schälspannungen oder Klaffungen weitgehend vermieden.In this embodiment, it can also be ensured without further res that the contact surfaces of the socket 2 and shell 3 move mainly tangentially to one another in the event of temperature changes in certain areas. This largely avoids peeling stresses or gaps.
Durch einen spitzwinkligen Auslauf des Querschnitts der Buchse 2 im Bereich des Übergangs zur Schale 3 werden Spannungskonzentrationen in der Schale und in der Klebung zwischen Buchse und Schale reduziert.Due to an acute-angled outlet of the cross section of the socket 2 in the area of the transition to the shell 3 , stress concentrations in the shell and in the adhesive between the socket and the shell are reduced.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem der nachträgliche Ein- und Ausbau der Buchse 2 mög lich ist, werden die axialen Lagerkräfte in der einen Rich tung über einen selbstzentrierenden kegelartigen Abschnitt der Buchse 2 und in der anderen Richtung über eine Mutter 6 und einen Druckring 7 in die Schale 3 eingeleitet. Hierzu weist ein zylindrischer Abschnitt der Buchse 2 ein Gewinde auf. Die Buchse 2 kann naß oder trocken in das ausgehärtete Laminat 3 eingesetzt werden. Zur Abdichtung des Kapillar spaltes zwischen Buchse 2 und Schale 3 kann zusätzlich ein Dichtring 8 vorgesehen sein.In the embodiment shown in Fig. 3, in which the subsequent installation and removal of the socket 2 is possible Lich, the axial bearing forces in one direction via a self-centering conical section of the socket 2 and in the other direction via a nut 6th and a pressure ring 7 is introduced into the shell 3 . For this purpose, a cylindrical section of the bush 2 has a thread. The socket 2 can be used wet or dry in the cured laminate 3 . To seal the capillary gap between the socket 2 and the shell 3 , a sealing ring 8 can also be provided.
Einige der vorteilhaften Wirkungen der Erfindung kön nen auch dann erzielt werden, wenn die Buchse 2 zusammen mit dem Lageraußenring einteilig ausgebildet ist.Some of the advantageous effects of the invention can also be achieved when the bushing 2 is formed in one piece together with the bearing outer ring.
Die erfindungsgemäße Anordnung bietet die gewünschte formschlüssige und fasergerechte Verbindung und ist einfach und billig herstellbar. Die Tragfähigkeit bleibt auch dann erhalten, wenn die Klebung zwischen der Buchse 2 und der Schale 3 ganz fehlt bzw. versagt, ohne daß zusätzliche Ver bindungselemente, wie Nieten oder Schrauben, erforderlich sind.The arrangement according to the invention offers the desired positive and fiber-appropriate connection and is simple and inexpensive to manufacture. The load-bearing capacity is retained even if the adhesive between the socket 2 and the shell 3 is completely missing or fails without additional connecting elements such as rivets or screws being required.
Auch hohe Flächenpressungen und interlaminare Schub spannungen werden durch die fasergerechte Aufteilung der Lagerkräfte in Ring- und Tangentialkräfte weitgehend ver mieden. Also high surface pressures and interlaminar thrust tensions are created by dividing the Bearing forces in ring and tangential forces largely ver avoided.
11
Lager
camp
22nd
Buchse
Rifle
33rd
Schale
Bowl
44th
Stützring
Support ring
55
Spannring
Tension ring
66
Mutter
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77
Druckring
Pressure ring
88th
Dichtring
Sealing ring
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