DE202008008215U1

DE202008008215U1 - Krafteinleitungselement für Faserverbundstreben in Flugzeugen

Info

Publication number: DE202008008215U1
Application number: DE202008008215U
Authority: DE
Original assignee: COMAT COMPOSITE MATERIALS GmbH
Current assignee: FUNCK, RALPH, DR., DE
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2018-06-21

Abstract

Rohrförmige Strebe mit gabelförmigem Krafteinleitungselement aus Faserverbundwerkstoff für Anwendungen in der Luftfahrt, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern im Bereich des gabelförmigen Krafteinleitungselements schlaufenförmig um eine entsprechende Bohrung ausgerichtet sind, ein Druckelement umschließen und kontinuierlich in den rohrförmigen Bereich der Strebe übergehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft rohrförmige Streben mit gabelförmigen Krafteinleitungselementen aus Faserverbundwerkstoffen für Anwendungen in der Luftfahrt.
Derartige Streben, auch als Verstrebungen, Verbindungsstangen oder Zug-Druck-Stangen bezeichnet, dienen in Flugzeugen insbesondere zur Führung und mechanischen Lagerung bzw. zur Abstützung (engl. „Struts" oder „Tierods"). Streben dieser Art umfassen im allgemeinen einen im wesentlichen rohrförmigen Körper, an dessen Ende sich jeweils ein Element (Krafteinleitungselement) zur Montage der Strebe befindet.
Diese Streben kommen in Flugzeugen in erheblichen Stückzahlen vor, wobei sich ein Strebentyp insbesondere durch Variation der Länge auszeichnet. Die Variation der Länge wird im wesentlichen durch Veränderung der Länge des im allgemeinen rohrförmigen Körpers der Strebe erreicht. Die Krafteinleitungselemente sind bei einem Strebentyp im wesentlichen gleich, so dass insbesondere die Krafteinleitungselemente in einer hohen Stückzahl vorkommen.
Streben mit rohrförmigen Körpern aus Faserverbundwerkstoff zeichnen sich insbesondere durch ihr im Vergleich zu metallischen Streben geringes Gewicht aus und sind in der Luftfahrt bekannt. Stand der Technik ist, die Krafteinleitungselemente am Ende derartiger Streben metallisch auszuführen. In den meisten Fällen werden Krafteinleitungselemente aus Aluminium eingesetzt. Diese sind beispielsweise kraftschlüssig durch Verklebung mit dem rohrförmigen Körper aus Faserverbundwerkstoff verbunden. Nachteilig sind hierbei das hohe Gewicht der metallischen Krafteinleitungselemente, die schlechte Korrosionsbeständigkeit (insb. Kontaktkorrosion zwischen CFK und Metall). Zur Vermeidung von Kontaktkorrosion in der Fügestelle zwischen metallischem Krafteinleitungselement und Faserverbund-Zugstrebe werden heute aufwändige Maßnahmen zur Isolation vorgenommen. In seltenen Fällen bestehen die Krafteinleitungselemente heute auch aus Faserverbundwerkstoffen. Nachteilig der bekannten Krafteinleitungselemente aus Faserverbundwerkstoffen wirken sich die hohe Herstellkosten, verursacht durch begrenzte Automatisierbarkeit des Fertigungsprozesses, aus. Weiterhin ist die Ausnutzung der Faserverbundeigenschaften zur Kraftübertragung in derartigen Streben ungenügend gelöst.
An die Streben und deren gabelförmige Krafteinleitungselemente werden besonders hohe Ansprüche an die Zugfestigkeit und Druckfestigkeit der verwendeten Materialien bei gleichzeitig geringem Gewicht gestellt. Zudem werden Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit gestellt. Weiterhin müssen die Streben extrem widerstandsfähig gegen mechanische sowie umgebungsbedingte Beanspruchungen sein.
Die steigenden Anforderungen an Gewichts- und Kosteneinsparung führen an die Grenzen des Potentials bekannter Bauweisen für Streben mit rohrförmigen Körpern aus Faserverbundwerkstoffen.
Alle bisher bekannten Bauweisen für Streben mit rohrförmigen Körpern aus Faserverbundwerkstoffen sind entweder zu aufwändig und damit zu kostenintensiv in der Herstellung und/oder halten den Anforderungen bezüglich geringen Gewichtes, Korrosionsfreiheit und/oder mechanischer Beanspruchungen nicht stand. Bekannt ist auch, dass die hohen Herstellkosten der Krafteinleitungselemente bislang durch Fertigungsmethoden wie Zerspanung auf der metallischen Seite begründet sind. Die bekannten Krafteinleitungselemente aus Faserverbundwerkstoff, beispielsweise hergestellt im Harzinjektionsverfahren oder Prepregverfahren sind kostenintensiv und aufgrund der geometrischen Randbedingungen nicht faserverbundgerecht ausgeführt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, rohrförmige Streben mit gabelförmigen Krafteinleitungselementen aus Faserverbundwerkstoffen derart weiterzubilden, dass die dem heutigen Stand der Technik entsprechenden Nachteile vermieden werden.
Insbesondere sollen derartige Streben mit geringem Eigengewicht und hoher Korrosionsbeständigkeit auf Basis eines auch für die Großserienproduktion geeigneten Fertigungsverfahrens geschaffen werden, die mechanischen Beanspruchungen standhalten und durch das gewählte Fertigungsverfahren kostengünstig herzustellen sind.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Fasern im Bereich des gabelförmigen Krafteinleitungselements entsprechend der späteren Hauptbelastungsrichtung um eine entsprechende Bohrung ausgerichtet sind, ein Druckelement umschließen und kontinuierlich in den rohrförmigen Bereich der Strebe übergehen.
Beispielsweise verläuft die kontinuierliche Faserverstärkung im rohrförmigen Bereich der Strebe in einem Winkel von 15°, gemessen zur Längsachse der Faserverbundstrebe, verläuft mit abnehmendem Winkel in das gabelförmige Krafteinleitungselement, verläuft schlaufenförmig um eine zur Krafteinleitung vorgesehene entsprechende Bohrung und verläuft mit zunehmendem Winkel bis auf einen Winkel von 15° zurück in den rohrförmigen Bereich der Strebe. Typischerweise verläuft bei der vorliegenden Erfindung ein wesentlicher Teil der kontinuierliche Faserverstärkung im rohrförmigen Bereich der Strebe in einem Winkel von 0° bis 40°, gemessen zur Längsachse der Faserverbundstrebe.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird im Bereich des gabelförmigen Krafteinleitungselements ein zusätzliches Kraftübertragungselement zur besseren Verteilung der eingeleiteten Kräfte eingesetzt.
Der Faserverbundwerkstoff besteht vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, aus kontinuierlichen Glas-, Kohlenstoff-, Basalt- und/oder Kunststofffasern in Verbindung mit einem Kunststoff, vorzugsweise aber nicht ausschließlich Epoxyd-, Phenol-, Polyester- und/oder Vinylesterharz oder einer PPS- oder PEEK-Matrix.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt:
1 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen rohrförmigen Strebe mit gabelförmigen Krafteinleitungselement aus Faserverbundwerkstoff mit dem rohrförmigen Bereich der Strebe (1) und dem gabelförmigen Krafteinleitungselement (2), wobei die kontinuierliche Faserverstärkung (3) im Bereich des gabelförmigen Krafteinleitungselements um eine entsprechende Bohrung (5) ausgerichtet sind, ein Druckelement (4) umschließen und kontinuierlich in den rohrförmigen Bereich der Strebe (1) übergehen.
2 einen schematischen Schnitt der erfindungsgemäßen rohrförmigen Strebe mit gabelförmigen Krafteinleitungselement aus Faserverbundwerkstoff mit dem rohrförmigen Bereich der Strebe (1) und dem gabelförmigen Krafteinleitungselement (2), wobei die kontinuierliche Faserverstärkung (3) im Bereich des gabelförmigen Krafteinleitungselements um eine entsprechende Bohrung (5) ausgerichtet sind, ein Druckelement (4) umschließen und kontinuierlich in den rohrförmigen Bereich der Strebe (1) übergehen.
3 einen schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen rohrförmigen Strebe mit gabelförmigen Krafteinleitungselement aus Faserverbundwerkstoff mit dem rohrförmigen Bereich der Strebe (1) und dem gabelförmigen Krafteinleitungselement (2), wobei die kontinuierliche Faserverstärkung (3) im Bereich des gabelförmigen Krafteinleitungselements um eine entsprechende Bohrung (5) ausgerichtet sind, ein Druckelement (4) umschließen und kontinuierlich in den rohrförmigen Bereich der Strebe (1) übergehen und im Bereich des gabelförmigen Krafteinleitungselements (2) ein zusätzliches Kraftübertragungselement (6) eingesetzt ist.
4 einen schematischen Schnitt der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen rohrförmigen Strebe mit gabelförmigen Krafteinleitungselement aus Faserverbundwerkstoff mit dem rohrförmigen Bereich der Strebe (1) und dem gabelförmigen Krafteinleitungselement (2), wobei die kontinuierliche Faserverstärkung (3) im Bereich des gabelförmigen Krafteinleitungselements um eine entsprechende Bohrung (5) ausgerichtet sind, ein Druckelement (4) umschließen und kontinuierlich in den rohrförmigen Bereich der Strebe (1) übergehen und im Bereich des gabelförmigen Krafteinleitungselements (2) ein zusätzliches Kraftübertragungselement (6) eingesetzt ist.
5 einen schematischen Schnitt einer Ausführung der gesamten Strebe wobei die gesamte Strebe aus einem einem ausschließlich rohrförmigen Bereich (7) sowie zwei Strebensegmenten (8) zusammengesetzt ist.
6 einen schematischen Schnitt einer Ausführung der gesamten Strebe, wobei die gesamte Strebe (9) einteilig ausgeführt ist.

Claims

Rohrförmige Strebe mit gabelförmigem Krafteinleitungselement aus Faserverbundwerkstoff für Anwendungen in der Luftfahrt, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern im Bereich des gabelförmigen Krafteinleitungselements schlaufenförmig um eine entsprechende Bohrung ausgerichtet sind, ein Druckelement umschließen und kontinuierlich in den rohrförmigen Bereich der Strebe übergehen.
Rohrförmige Strebe mit gabelförmigem Krafteinleitungselement aus Faserverbundwerkstoff für Anwendungen in der Luftfahrt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein wesentlicher Teil von über 50% der kontinuierlichen Faserverstärkung im rohrförmigen Bereich der Strebe in einem Winkel zwischen 0° bis 40°, gemessen zur Längsachse der Faserverbundstrebe, verläuft.
Rohrförmige Strebe mit gabelförmigem Krafteinleitungselement aus Faserverbundwerkstoff für Anwendungen in der Luftfahrt, nach Anspruch 1, und 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des gabelförmigen Krafteinleitungselements ein zusätzliches Kraftübertragungselement eingesetzt ist.
Rohrförmige Strebe mit gabelförmigem Krafteinleitungselement aus Faserverbundwerkstoff für Anwendungen in der Luftfahrt, nach Anspruch 1, und 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus Strebensegmenten zusammengesetzt ist.
Rohrförmige Strebe mit gabelförmigem Krafteinleitungselement aus Faserverbundwerkstoff für Anwendungen in der Luftfahrt, nach Anspruch 1, und 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese einteilig ausgeführt ist.