DE202007011599U1

DE202007011599U1 - Tragstruktur für Leichtbauelemente

Info

Publication number: DE202007011599U1
Application number: DE202007011599U
Authority: DE
Original assignee: WUESTEFELD JENS HAGEN
Current assignee: WUESTEFELD JENS HAGEN
Priority date: 2007-08-18
Filing date: 2007-08-18
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: JP2010536636A; DE502008002424D1; CN101827984A; PT2185774E; PL2185774T3; DK2185774T3; US20100196657A1; BRPI0815485A2; EP2185774B1; US8404329B2; ATE496182T1; CN101827984B; EA201000326A1; CA2694350A1; JP5123388B2; WO2009024141A2; EA016550B1; ES2358968T3; DE112008002836A5; WO2009024141A3

Abstract

Tragstruktur für Leichtbauelemente, die aus länglichen Streifen (10; 110; 210) eines festen Materials besteht, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Streifen (10; 110; 210) von einer seiner Längsseiten (12) her mit Einschnitten (14) versehen ist, deren Breite etwas größer ist als die Dicke des Materials und die abwechselnd in Längsrichtung des Streifens (10; 110; 210) schräg nach vorn und schräg nach hinten verlaufen und die einzelnen Streifen (10; 110; 210) mittels der Einschnitte (14) so ineinander gesteckt sind, dass die Längsrichtungen der ineinander gesteckten Streifen (10; 110; 210) jeweils senkrecht aufeinander stehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tragstruktur für Leichtbauelemente, die aus länglichen Streifen eines festen Materials besteht.
Leichtbauelemente, wie sie beispielsweise in der Luftfahrt, im Fahrzeugbau oder beim Bau von Rennyachten verwendet werden, bestehen üblicherweise aus zwei sehr dünnen und selbst kaum tragfähigen Deckplatten, die die jeweilige äußere Oberfläche des Leichtbauelements beschreiben und einer dazwischen angeordneten Tragstruktur. Diese Tragstruktur muss möglichst leicht und gleichzeitig möglichst fest sein, und darüber hinaus die ja selbst nicht tragfähigen Deckplatten an möglichst vielen Stellen unterstützen. Eine solche Tragstruktur muss daher üblicherweise als räumliches, also dreidimensionales Element hergestellt werden. Dies ist mit den bisher bekannten Konstruktionen außerordentlich aufwendig, daher sind solche Leichtbauelemente extrem teuer.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine solche Tragstruktur zu schaffen, die sehr einfach aus einfachen Bauelementen aufgebaut werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Tragstruktur aus länglichen Streifen eines festen Materials besteht und jeder Streifen von einer seiner Längsseiten her mit Einschnitten versehen ist, deren Breite etwas größer ist als die Dicke des Materials und die abwechselnd in Längsrich tung des Streifens schräg nach vorn und schräg nach hinten verlaufen und wobei die einzelnen Streifen mittels der Einschnitte so ineinander gesteckt sind, dass die Längsrichtungen der ineinander gesteckten Streifen jeweils senkrecht aufeinander stehen.
Erfindungsgemäß wird also hier ein dreidimensionales räumliches Tragwerk aus einfachen Blechstreifen hergestellt, die lediglich durch einen Stanzvorgang mit entsprechenden Schlitzen versehen sein müssen. Durch den schrägen Verlauf der Schlitze ist sichergestellt, dass die einzelnen Blechstreifen in einem optimalen Winkel zueinander stehen, um die für ein bestimmtes Materialgewicht maximale Last aufnehmen zu können.
Um eine optimale Unterstützung der dünnen Deckplatten zu erzielen, ist es bevorzugt, dass die Tiefe der Einschnitte so gewählt ist, dass die Längsseiten der zu einander senkrecht stehenden Streifen eine Fläche berühren. Dies ist dann die Oberfläche des Leichtbauelements, welche durch die Kontur der Deckplatten nachgebildet wird. Bei entsprechender Gestaltung der Blechstreifen kann dabei auch eine gebogene Fläche, und sogar Röhren oder Profile hergestellt werden.
Für eine optimale Kräfteverteilung ist es besonders bevorzugt, die Einschnitte so anzuordnen, dass sie in ihrer Verlängerung zusammen mit der Längsseite, an der sie beginnen, näherungsweise ein gleichseitiges Dreieck bilden. Auf diese Weise besteht die aus solchen Blechstreifen entstehende Tragstruktur dann aus optimalen Pyramiden beziehungsweise Pyramidenstümpfen, deren Seitenflächen gleichseitige Dreiecke sind.
Zur weiteren Einsparung von Gewicht kann vorzugsweise im Zentrum des gleichseitigen Dreiecks eine kreisförmige Ausstanzung angebracht sein.
Eine weitere Optimierung der Kraftverteilung lässt sich vorzugsweise dadurch erzielen, dass verschiedene Einschnitte, die mit anderen Einschnitten und mit der Längsseite gleichseitige Dreiecke bilden, so voneinander beabstandet sind, dass sie zusammen mit der Längsseite, von der sie ausgehen, ebenfalls näherungsweise ein weiteres gleichseitiges Dreieck bilden.
Weitere Gewichtseinsparung kann dann vorzugsweise dadurch erzielt werden, dass im Zentrum des weiteren gleichseitigen Dreiecks eine kreisförmige Ausstanzung angebracht ist.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt:
1 einen Abschnitt eines Blechstreifens für eine erfindungsgemäße Tragstruktur;
2 die entsprechende Tragstruktur vor der Endmontage als Explosionszeichnung;
3 die fertige Tragstruktur der 2;
4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Blechstreifens für ein linsenförmig gewölbtes Leichtbauelement;
5 ein entsprechendes Leichtbauelement mit einer gewölbten Oberfläche; und
6 eine erfindungsgemäße Tragstruktur für ein röhrenförmiges Leichtbauelement.
1 zeigt einen Blechstreifen, aus dem eine erfindungsgemäße Tragstruktur für ein planes Leichtbauelement hergestellt werden kann. Dieser Blechstreifen 10 weist an seiner in der Darstellung oberen Längsseite 12 Einschnitte 14 auf, deren Breite etwas größer ist als die Dicke des Materials des Blechstreifens 10 und die abwechselnd in Längsrichtung des Streifens 10 schräg nach vorn und schräg nach hinten verlaufen. Dabei bilden sie mit der Längsseite 12 jeweils einen Winkel α von 60° nach vorne oder nach hinten. Verlängert man die Einschnitte 14 in Gedanken bis zur gegenüberliegenden Längsseite 16 des Streifens 10, so bilden sie eine Folge gleichseitiger Dreiecke mit einer abgestumpften Spitze, die jeweils von einer der Längsseiten 12 beziehungsweise 16 gebildet ist. Im Mittelpunkt eines jeden dieser gedachten gleichseitigen Dreiecke ist eine kreisförmige Ausstanzung 20 angeordnet. Diese dient der Gewichtseinsparung.
2 zeigt nun, wie aus vielen solchen einzelnen Streifen 10 eine quaderförmige Tragstruktur entsteht. Zu diesem Zweck werden die einzelnen Streifen 10 mit deren Einschnitten 14 jeweils in entsprechende Einschnitte 14 in einem senkrecht dazu angeordneten weiteren Streifen 10 eingesteckt.
3 zeigt dann das Endergebnis dieser Montagearbeiten, die kreuzweise ineinander gesteckten Streifen 10 bilden aufgrund der jeweiligen Winkellage der Einschnitte 14 eine Struktur aus jeweils mit einem geringfügigen Abstand benachbarten Pyramidenstümpfen, deren Seitenflächen jeweils über den fortlaufenden Streifen 10 mit den Seitenflächen der jeweils benachbarten Pyramidenstümpfe verbunden sind. Diese Struktur weist eine optimale Festigkeit auf.
4 zeigt einen Blechstreifen 110 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser Blechstreifen 110 weist ebenfalls eine gerade verlaufende Längsseite 12 auf, in die wiederum die schräg in Längsrichtung und gegen Längsrichtung um einen Winkel α von 60° geneigten Einschnitte 14 eingebracht sind. Die gegenüberliegende Längsseite 116 ist im vorliegenden Falle jedoch nicht gerade, sondern gewölbt beziehungsweise geschwungen ausgestaltet, um so eine Tragstruktur für ein gewölbtes Leichtbauelement, beispielsweise eine Tragfläche für ein Flugzeug zu bilden. Des weiteren sind hier in den Einschnitten 14 und über diese hinausragend bereits die senkrecht auf dem Streifen 110 anzubringenden weiteren Streifen 10 angedeutet. Im vorliegenden Fall sind diese zwar ebenso auszubilden, wie der in 1 dargestellte Streifen 10, wie aus der Zeichnung jedoch unschwer zu erkennen ist, muss ihre Breite in Anpassung an die Wölbung der Längsseite 116 des Streifens 110 unterschiedlich sein, um korrekt eine gewölbte Oberfläche zu bilden. Darüber hinaus sieht man in der vorliegenden 4 sehr schön, wie im Mittelbereich die durch die verschieden breiten Streifen 10 verlängerten Einschnitte 14 gleichseitige Dreiecke mit einer abgestumpften Spitze bilden.
5 zeigt die aus den gewölbten Streifen 110 sowie aus normalen geraden Streifen 10 unterschiedlicher Breite hergestellte Tragstruktur 100 für ein entsprechendes Leichtbauelement mit einer gewölbten Oberfläche.
6 zeigt schließlich eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer Tragstruktur für ein rohrförmiges Leichtbauelement, welches beispielsweise als Flugzeugrumpf oder als Rumpf einer Rennyacht dienen kann. Zu diesem Zweck ist der als Spant verlaufende Streifen 210 gebogen ausgebildet. Auch dieser Streifen weist jedoch die erfindungsgemäßen in und gegen die Längsrichtung des Streifens 210 verlaufenden Einschnitte 14 auf, die wiederum jeweils einen Winkel α von 60° mit der Außenseite des Streifens 210 bilden. Auch in diesem Streifen 210 können entsprechende Ausstanzungen 20 zur Gewichtsreduzierung vorgesehen sein. Zur Bildung einer entsprechenden rohrförmigen Tragstruktur sind die einzelnen gebogenen Streifen 210 dann wieder mit normalen erfindungsgemäßen Streifen 10 wie in 1 dargestellt verbunden.
Erfindungsgemäß lassen sich also sehr komplex geformte Leichtbau-Tragstrukturen aus einigen wenigen sehr leicht herzustellenden Grundelementen, den Streifen 10; 110; 210 herstellen. Die Streifen 10; 110; 210 können dabei aus jedem beliebigen festen Material, vorzugsweise jedoch aus Stahl, Leichtmetall oder Kunststoff hergestellt sein. Die Verbindung der einzelnen Streifen 10; 110; 210 untereinander und mit den Deckplatten kann durch sämtliche bekannten Verbindungstechniken wie Kleben, Löten, Schweißen, Nieten, Falzen und Clinchen (Durchsetzfügen) erfolgen.
Erfindungsgemäß kann das fertige Leichtbauelement nicht nur aus zwei Deckplatten und einer Tragstruktur dazwischen, sondern auch aus mehreren solchen Lagen aufgebaut sein.
Die Streifen 10; 110; 210 können auf einfachste Weise durch einen einzigen Stanzvorgang aus fortlaufenden Bändern des jeweiligen Materials hergestellt werden. Erfindungsgemäß müssen diese Streifen 10; 110; 210 dann lediglich kreuzweise ineinander gesteckt werden, sodass eine aus Pyramidenstümpfen zusammengesetzte räumliche Struktur entsteht, die eine optimale Festigkeit als Tragstruktur bei geringmöglichen Gewicht aufweist. Die bevorzugte Breite der Einschnitte 14 ergibt sich aus der Materialstärke und dem Steckwinkel der Streifen 10; 110; 210. Je nach verwendetem Material und Verhältnis der Flächen und Winkel kann es notwendig sein, die Einschnitte zu verbreitern oder Radien einzuarbeiten, die gegebenenfalls anschließend mit Füllmaterial oder Füllstücken überbrückt werden können.
Die Streifen 10; 110; 210 können zur weiteren Gewichtseinsparung gelocht (siehe die Ausstanzungen 20 in den Ausführungsbeispielen), perforiert und/oder profiliert werden.

Claims

Tragstruktur für Leichtbauelemente, die aus länglichen Streifen (10; 110; 210) eines festen Materials besteht, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Streifen (10; 110; 210) von einer seiner Längsseiten (12) her mit Einschnitten (14) versehen ist, deren Breite etwas größer ist als die Dicke des Materials und die abwechselnd in Längsrichtung des Streifens (10; 110; 210) schräg nach vorn und schräg nach hinten verlaufen und die einzelnen Streifen (10; 110; 210) mittels der Einschnitte (14) so ineinander gesteckt sind, dass die Längsrichtungen der ineinander gesteckten Streifen (10; 110; 210) jeweils senkrecht aufeinander stehen.
Tragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Einschnitte (10; 110; 210) so gewählt ist, dass die Längsseiten (12, 16) der zueinander senkrecht stehenden Streifen (10; 110; 210) eine Fläche berühren.
Tragstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte (14) so angeordnet sind, dass sie in ihrer Verlängerung zusammen mit der Längsseite (12), an der sie beginnen, näherungsweise ein gleichseitiges Dreieck bilden.
Tragstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Zentrum des gleichseitigen Dreiecks eine Ausstanzung (20) angebracht ist.
Tragstruktur nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Einschnitte (14), die mit anderen Einschnitten (14) und mit der Längsseite (12), von der sie ausgehen, gleichseitige Dreiecke bilden, so voneinander beabstandet sind, dass sie zusammen mit der anderen Längsseite (16), ebenfalls näherungsweise ein weiteres gleichseitiges Dreieck bilden.
Tragstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Zentrum des weiteren gleichseitigen Dreiecks eine Ausstanzung (20) angebracht ist.