DE2142562A1 - Vorgespannte, tragende - bzw. mittragende bauteile an luftfahrzeugzellen - Google Patents

Description

• Patentanspru-che und Beschreibung.
• Titel : Vorgespannte,tragende - bzw. mittragende Bauteile an Luft= fahrzeugzellen.
• Anwndg.: Die Erfindung betrifft Bauteile an Luftfahrzeugen die un = ter dynamischer Belastung stehen,dlso z.B. Schubwandträg'er, Biegeträger,Torrsionskästen,Gurte,Pfoste und Stringer.Wo= bei in den einzelnen Lastfällen Gebiete eines Bauteils bzw.
• Bauteile einer Bau-gruppe,in Abhängigkeit vom Lastfall,un = ter Zug - bzw. Druckspannung stehen.Aus den in betracht = kommenden Lastfällen wird jener gewähltgbei dem der größte Betrag der Druckspannung auftritt.SInd die maximalen Druck= spannungen lokalisiert,setzt man das entsprechende Bauteil bzw. das Gebiet im Bauteil unter Zugvorspannung.
• Zweck :: Der Zweck ist folgender:An den im Flugzeugbau häufig ange= wandten dünnwandigen Konstruktionen sind die Druckspannung= en kritischer als die Zugspannungen,da die Druckspannungen weit vor erreichen der Proportionalitätsgrenze zum Ausbeu= len führen und damit die Stabilität der Konstruktion in Frage stellen.( 1/Seite 242 und Diagrammblatt im Appendix) Durch die Zugvorspannung im Druckspannungsfeld muß bis zum Erreichen der kritischen Beulspannung erst die vorgegebene Zugspannung überwunden werden.Wodurch der absolute Betrag der notwendigen äußerenAktionskraft zum Erreichen der kri= tischen Beulspannung größer wird.Ergo größere Tragfähigkeit bei gleichem Querschnitt oder Gewichtseinsparung.
• Stand d.Tech.
• Bislang fanden vorgespannte Bauteile im Flugzeugbau,außer bei vorgespannten Schraubverbindungen,keine Verwendung.
• (2/Seite 201) Man bedient sich der konventionellen Bauwei= sen wie der verschraubten Gliederzelle,der geschweißten Rohrgerüstzelle,der geodätischen Bauweise,der Schalenbau = weise und der sehr häufig angewandten Integralbauweise mit ihren diversen Formen.Und dies alles unter Weglassung von Vorspannungen.(1/Seite 203,205,207 u. 213) Die Studie an einer dünnwandigen Röhre mit Membraneigen = schaften,die durch Vorspannungen im Versteifungselement aufgehoben werden,ist noch zu nennen.(3/Seite 302) Dies sei erwähnt um von kompetenter Seite die prinzipielle Anwend = barkeit von vorgespannten Bauteilen im Flugzeugbau zu be = stätigen (3/ Seite 3o8 Spalte 2 Ubersicht).Wobei hier mehr die mittragende Breite eines,in eine Röhre mit Membranei = genschaften,spiralig eingebrachten Stringersystems zur Geltung kommt.
• Kritik d.Stnd.
• d.Tech.
• :Vorgespannte Schraubverbindungen wurden nur der vollstän = digkeithalber erwähnt und müssen deshalb von der Kritik ausgenommen werden1 da sie keine tragenden bzw. mittragende Bauteile im eigentlichen Sinne sind,sondern als verbinden= de Machinenelemente aufgefaßt werden Bei den konventionellen Metallbauweisen wird besonders im Bereich der dünnwandigen Leichtbaukonstruktionen bei Druck= spannungen,weit vor Erreichen der Proportionalitätsgrenze, die Stabilität der Konstruktionen infrage gestellt,da im Querschnitt die kritische Beulspannung erreicht wird.Die Konstruktionen können also im Druckbereich nicht optimal ge= nutzt werden.Und macht es bei den konventionellen Bauweisen erforderlich im Druckbereich Verstärkungen anzubringen,vJie z.B. am verstärkten Tragflügelobergurt etc.Die Folge dieser Gegebenheiten ist,keine optimale Querschnittsnutzung in Be zug auf seine Tragfähigkeit im Druckbereich.
• Zu der dünnwandigen Röhre mit Membraneigenschaften muß be = merkt werden,daß es sich hier um eine reine Studie handelt.
• Außerdem wird die Vorspannung nur im Versteifungssystem an= gewandt und erfüllt zudem einen anderen Zweck.Die Vergrös = serung der Schubsteifigkeit wird in diesem Fall durch die mittragende Breite der Stringer bewirkt.
• Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,die Tragfähigkeit der dünnwandigen Leichtbaukonstruktionen imDruckbereich, dem Zugbereich anzugleichen.
• Lösung : Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,daß man den im Druckbereich befindlichen Teil der Konstruktion unter Zugvorspannung bringt.Dadurch muß bis zum Erreichen der kritischen Beulspannung oder Knickspannung ein Vorspannungs= bereich mitüberwunden werdentwodurch der absolute Betrag der äußeren Aktionskraft größer wird.Man kann also,da die Tragfähigkeit größer geworden ist,den Querschnitt in seinen Dimensionen reduzieren,woraus eine Gewichtseinsparung resul= tiert,oder erhält eine höhere Tragfähigkeit bei Querschni= -tsbelassug.Gleichzeitig sind dadurch die zulässigen Span = nungen im Zug - und Druckbereich einander angeglichen.
• Weitere: Ausgst.
• d.Erfdg.
• Um den gewünschten Effekt der Zugvorspannung zu erzielen , sehe ich primär folgende Möglichkeiten: a)Die Kontur des betreffenden Bauteils wird von seiner ge = forderten Endgeometrie,nach der Montage,abweichend gefer= tigt.Wobei die Konturänderung so vorgenommen wird,daß durch das Festhalten des Bauteils in seiner montierten Endlage,die gewünschte Zugvorspannung entsteht.
• b)Eine weitere Möglichkeit ist im Recken,von dazu geeigne = ten Bauteilen wie Stringern-und Preßprofilen,zusehen.
• c)Desweiteren wäre eine Möglichkeit mit Restspannungen aus der Wärmebehandlung mit Abschrecken,zuarbeiten.
• Um eine definitive Aussage besonders zu den beiden'letzteren Möglichkeiten machen zukönnen,ist eine Versuchereihe nötig, da auf diesem Gebiet wenig bekannt ist und man besser mit empirischen Werten arbeiten sollte.(2/Seite 164,172 u. 176) Erzielb.: Vorteile Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß der Querschnitt dünnwandiger Leichtbaukonstruktionen nun auch im Druckbereich in seiner gesamten Tragfähigkeit nutzbar gemacht werden kann.Dadurch erhält man wahlweise eine Gewichtseinsparung oder eine größere Tragfähigkeit im Druckbereich.
• -Beschbg.: v.Beisp.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschriebën.Es-zei- -gen Abb.:1 Die Obergurte eines Kastenholmes vor der Montage.Also in einer gewölbten,von ihrer Endgeometrie nach der Montage,abweichenden Geometrie. -Abb.:2 Die Obergurte des Kastenholmes nach der Montage.Also in ihrer geradlinigen Endgeometrie.
• Abb.:3 Das Schema der zulässigen Zug 9 und Druckspannungen, in ihrer veränderten Form durch die Zugvorspannung nach der Montage.-Patentansprüche, -Oberbgf.: 1.Zugvorgespannte,tragende - bzw. mittragende Bauteile an Luftfahrzeugzellen, Kennzd.: Teil dadurch gekennzeichnet5daß die zugvorgespannten Bauteile durch die Montage oder bereits vor der Montage unter Zug= vorspannung gesetzt werden.
• Oberbgf.: 2.Bauteile nach Anspruch 1, d.Unter= anspr. Kennzd.: d.Unter= anspr. dadurch gekennzeichnet,daß die Geometrie vor der Montage, erst durch die Montage in die geforderte Endgeometrie ge= bracht wird und dadurch Vorspannung entsteht.
• Literaturverzeichnis.

Claims (1)

1. (1) Buch: Gerd Otto,Moderne Leichtbautechnik Band 1 Rumpf; Verlag Friedr. Vieweg u. ohn - Braunschweig (2) Buch: Heinrich Hertel,Ermüdungsfestigkeit der Konstruktionen; Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York (3) Buch: Hermann Blenk,Jahrbuch der Wissenschaftlichen Gesell = schaft für Luftfahrt e.V. (WGL) von 1955 Verlag Friedr. Vieweg u. Sohn - Braunschweig