DE2444084A1

DE2444084A1 - Auf zug und druck belastbares bauelement

Info

Publication number: DE2444084A1
Application number: DE2444084A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Jonda
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1974-09-14
Filing date: 1974-09-14
Publication date: 1976-04-01
Also published as: IT1042410B; GB1485078A; FR2284819B1; US4050827A; DE2444084B2; FR2284819A1

Description

Messerschmitt-fWlkow-bloh* Or.tobrunn, 3. Gesellschaft mit BT 012 dN/mk

beschränkter Haftung, ⁷⁷³° M ü η c h e η

Auf Zug .und Druck belastbares Bauelement'

Dia Erfindung bezieht sich auf ein auf Zug und Druck belastbares Bauelement für den Fahrzeug- und Maschinenbau, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt.

Derartige Bauelemente werden regelmäßig dort vorzusehen sein, wo sich Teile von Luft- und Raumfahrtgeräten, Fahr zeugen, Maschinen oder anderen technischen Geräten unter

ORIGINAL INSPECTED

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Wirkung von Steuer- oder anderen Kräften bewegen.

Bisher hat man solche Bauelemente derart ausgelegt, daß ihre Lebensdauer mindestens gleich groß war, wie die der übrigen Bauteile der Vorrichtung (safe-life-Element).

Es ist aber auch solchen Verhältnissen Rechnung zu tragen, bei welchen derartige Steuer- oder andere Kräfte übertragenden Bauelemente erhöhter Gefahr einer vorzeitigen Beschädigung bzw. Teilzerstörung durch Werkstoffversagen oder durch äußere Einwirkungen ausgesetzt werden. In solchen Fällen müßte man bestrebt sein, diesen Bauelementen eine Widerstandsfähigkeit zu geben, die die rechnerisch ermittelten notwendigen Mindestfestigkeitswerte übersteigt. Dies wirkt sich aber dann oft nur gewichtserhöhend aus, ohne letztlich die erforderliche Sicherheit zu bringen. —

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, auf Zug und Druck beanspruchte vorzugsweise metallische Bauelemente, die an hervorragenden und besonders gefährdeten Stellen eingebaut sein können, derart auszubilden, daß bei Versagen bzw» bei Bruch eines lebenswichtigen Teiles eines solchen Bauelementes immer noch über einen abschätzbaren Zeitraum hinweg die volle Last in Zug und Druck übertragen werden kann (fail-safe-Element).

Die Lösung ist bei einem Bauelement der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch Hinzufügen mindestens eines zur Abführung der auf das Bauelement ausgeübten Kräfte geeigneten Lastpfades, wobei dieser zusätzliche Lastpfad vorzugsweise aus faserverstärkten Kunststoffelementen aufgebaut ist.

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- Ί>- Versuche haben gezeigt, daß eine aus Metall einerseits und aus faserverstärktem Kunststoff andererseits bestehende Hybrid-Struktur gegenüber der Metallausführung unter anderem erhebliche Steifigkeits-und Gewichtsvorteile bringt und daß auch die Art des Versagens bei übermäßiger Belastung die erwarteten Kennzeichen einer optimalen Ausfallsicherheits-Charakteristik (fail-safe) aufweist.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 3 bis 6 und außerdem der nachfolgenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung zu entnehmen.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung der Kopf einer metallischen Steuerstange gezeigt, wie er zum Beispiel für die Lenkung von Luftfahrzeugen eingesetzt werden kann-.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Steuerstangenkopfes ohne zweiten Lastpfad}

Fig. 2 die teilweise geschnittene Draufsicht eines Steuerstangenkopfes mit zweitem Lastpfad;

Fig. 3 sind Schnittzeichnungen nach den Linien III-III, u. 4 IV-IV der Fig. 2.

Das Bauelement nach dem Ausführungsbeispiel besteht im wesentlichen aus zwei durch ein zylindrisches stangenförrniges Zwischenglied verbundenen Anschlußkopf teilen.

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Zeichnerisch ist nur ein Stangenende und seine Verbindung mit einem Anschlußkopfteil, nachfolgend der Einfachheit halber Endglied genannt, dargestellt.

Das Endglied 1 ist mit einem Gewinde 2 in einer Manschette 3 festgelegt, die den Abschluß der Steuerstange 4 bildet. Das freie Ende 5 des Endgliedes 1 ist abgeflacht und als Öse 6 ausgebildet. Diese dient zum gelenkigen Anschluß eines nicht dargestellten zu steuernden Organes o. dgl. Die Steuerstange 4 ist als Wickelkörper aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt. Als Grundkörper dient ein Rohr 7, mit welchem die Manschette 3 verklebt und formschlüssig verbunden ist. Es sind auf den rohrartigen, die Funktion eines Wickeldornes erfüllenden Grundkörper (Rohr 7 mit Manschette 3) nacheinander mehrere Wickellagen 8 und 9 aus verschiedenem Fasermaterial und mit unterschiedlichen Wickelwinkeln aufgebracht, beispielsweise sog. Längswickella-gen aus vorimprägnierten Rovings und mindestens eine Umfangswicklung als Radialverstärkungswicklung aus kohlefaserverstärktem Material.

Die Längswickellagen erfassen die Manschette 3 in ihrer ganzen Breite und legen sich in die rillenartigen Vertiefungen 10 des äußeren Manschettenmantels ein. Weitere Wicklungen 11, 12 dienen unter anderem dem festen Anlegen der Längswickellagen an die Manschettenoberfläche und sind als Radialwicklungen ausgeführt. Alle verwendeten Materialien sind im Verbund so angeordnet, daß die zu erwartenden Eigenschaften der Verbindung von Rohr 7 und Manschette 3 optimal sind. Als lastübertragende Organe dienen vor allem die Längswickellagen.

Mit der in dieser Weise aufgebauten Steuerstange 4 ist das Endglied 1 mittels eines Einschraubqewindes 2 verbunden und

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diese Verbindung stellt den primären Lastpfad dar. Infolge ihrer Einstellbarkeit in Längsrichtung kann sie dem Abstand zwischen zu. verbindenden Funktionselementen angepaßt werden.

In den Figuren 2, 3 und 4 ist der zusätzliche zweite Lastpfad dargestellt, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur zur Sicherung der Gewindeverbindung zwischen dem die Öse 6 tragenden Endglied 1 und der Manschette 3 dient. Er umfaßt daher lediglich das Endglied Om dieses ist in Längsrichtung faserverstärktes Kunststoff material 13 gewickelt. Zur Erzielung einer knickfreien Umlenkung der Wicklung des Kunststoffmaterials am Einschraubende des Endgliedes 1 ist dort ein Unlenk-Stüfczkörper 15 z.B. aus Kunststoff eingesetzt, der sich am dort rohrförmigen Endglied 1 abstützt. Im Übriyon ist rings um das Endglied 1 eine vertiefte Nut 16 eingefräst, in welche sich das gewickelte Kunststoffmaterial 13 einlegt, damit es nicht seitlich abrutschen kann (Fig. 3). Das Gewinde 2 i-st im Bereich dieser Nut 16 an gegenüberliegenden Stellen 17 und 18 (Fig. 4) ausgespart, damit das Endglied 1 in die Manschette 3 eingeschraubt werden kann. Zur weiteren Lagesicherung des Kunststoffrnaterials bzw. zürn festen Anlegen desselben an den konkav gekrümmten Stellen der Nut 16 ist ferner eine Radialwicklung 14, ebenfalls aus Verstärkungsfaden, um das Endglied 1 angelegt (Fig. 2, 3).

Das um das tragende metallische Endglied 1 gewickelte Kunststoffmaterial 13 ist so dimensioniert, daß es nach einem Bruch des Metallteiles die im Betrieb entstehenden Belastungen noch voll aufnehmen kann. Jeder der beiden

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Lastwege kann für sich über einen angemessenen Zeitraum, beispielsweise zwischen zwei programmgemäßen Inspektionen, die übliche betriebsmäßige Belastung allein tragen.

- Patentansprüche -

BAD ORIGINAL

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Claims

Hesserschm.itt-Bölkow-Blohm Ottobrunn, 3» September 19

Gesellschaft mit BT 012 dN/rnk

beschränkter Haftung, 7730 M ü η c h e η

Patentansprüche

Auf Zug und Druck belastbares Bauelement für den Fahrzeug- und Maschinenbau, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, gekennzeichnet durch Hinzufügen mindestens eine3 weiteren zur Abführung der auf das Bauelement ausgeübten KrHfte geeigneten Lastpfades.
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Lastpfad aus faserverstärkten Kunststoffelementen (13) aufgebaut ist.
3a Bauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Lastpfad aus im Wickelverfahren verarbeitetem faserverstärktem Kunststoff-besteht.
4. Bauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Teile zweier Lastpfade, vorzugsweise aus Metall und aus faserverstärktem Kunststoff, mittels Klebung verbunden sind.

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5. Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e kennze lehnet, daß der E-Ilodul des zusätzlichen Lastpfades aus faserverstärktem Kunststoff vom Ε-Modul des ersten, vorzugsweise metallischen Last- , pfades abweicht und z.B. kleiner ist als dieser.
6. Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch g e kennzeichnet, daß die E-Kodul η beider Lastpfade gleich groß sind.

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