DE2622163A1 - Profiltraeger aus faserverstaerktem werkstoff - Google Patents
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Description
Messerschmitt-Bölkow-Blohm Ottobrunji,.. 17. Mai 1976
Gesellschaft mit BT 012 Hi/th beschränkter Haftung ,
H ü η c h e η 7994
Profilträger aus faserverstärktem Werkstoff
Die Erfindung betrifft Profilträger aus faserverstärktem Werkstoff mit aus mindestens je zwei Schichten bestehenden
Stegen und Flanschen, von denen zumindest eine Schicht gleichzeitig als Stegschicht und Flanschschicht {Verbindungsschicht)'
ausgebildet ist.
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Bei Trägern aus faserverstärkten Werkstoffen üblicher Bauart ist die Einleitung großer Schubkräfte schwierig durchzuführen,
weil für die Schubübertragung nur die Flanschflache des Trägers zur Verfugung steht·
Zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften von Trägern
aus faserverstärkten Werkstoffen ist durch die DT-OS
2 334 645 ein Verfahren zur Herstellung von Stütz- und Biegeträgern bekannt· Hierbei wird ein gewickelter Hohlkörper
aus mit Kunstharz getränkten Fasern in einzelne Teilstücke
zertrennt und anschließend werden die Trennteile zu verschiedenen Trägerformen zusammengefügt» Die Stege und
Flanschen derartiger Träger bestehen aus je zwei Schichten, wodurch die Schubübertragungsflächen bereits nahezu verdoppelt
werden können· Auch bei diesen Trägern reichen die zu
^5 übertragenden Schubkräfte bei weitem noch nicht aus, um die
mögliche Zugfestigkeit des verwendeten faserverstärkten Werkstoffes ausnutzen zu können·
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Profilträger aus faserverstärkten Werkstoffen zu schaffen, mit denen
auch sehr große Schubkräfte übertragen werden können·
Diese Aufgabe wird mit Profilträgern der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbindungsschichten aus vorgefertigten Profilen bestehen, zwischen
denen bzw. außerhalb von denen weitere Schichten angeordnet sind·
Auf diese Welse können bei nur zwei Verbindungsschichten und
je einer zwischen sowie je zwei außerhalb der Verbindungsschichten angeordneten Schichten die zur Schubübertragung
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heranzuziehenden Flächen gegenüber der Anordnung nach der DT-OS 23 34 645 bereits verdoppelt werden. Es ist erfindungsgemäß
möglich, die übertragung von Schubkräften durch Anordnung von weiteren Verbindungs-, Steg- und Flanschschichten
soweit zu steigern, daß die volle Zugfestigkeit des verwendeten faserverstärkten Werkstoffes ausgenutzt werden
kann·
Das der Aufgabe zugrundeliegende Problem im erfindungsgemässen Sinne durch die Anordnung von mehreren Schubübertragungs-
■χο flächen zu lösen, wurde bisher nicht ausgeführt, weil bisher
bei der Fertigung der Schichten keine saubere Faserablage im gekrümmten Bereich der Profile reproduzierbar erzielt werden
konnte. Erst durch die erfindungsgemäße Anordnung mit den aus vorgefertigten Profilen bestehenden Verbindungsschichten
und den zwischen diesen angeordneten Steg- und Flanschschichten ist es möglich, stets reproduzierbare Profilträger
zu schaffen, die einer einwandfreien Schubübertragungsberechnung zugänglich sind. Hierbei bestehen nach einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung die Verbindungsschichten aus mit Kunstharz getränkten Faserlagen, die an- oder
ausgehärtet sind«
Weitere die Erfindung ausgestaltende Merkmale gehen aus
der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung hervor· Es zeigen in schematischer Darstellung
Fig. 1 einen Doppel-T-Träger im Schnitt,
Fig· 2 eine Preßform für die Herstellung einer
Hälfte von einem Doppel-T-Träger und die
Fig. 3 bis 7 weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäß hergestellten Prof11trägern.
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Ein Doppe1-T-TrUger 1 entsprechend Fig. 1 besteht aus einem
Steg 2 und Flanschen 3, die aus mehreren Schichten aufgebaut sind. Im Steg 2 sind nur im Bereich des Steges sich erstrekkende
Stegschichten 4 und weitere sich auf die Flanschen
ausdehende Verbindungsschichten 5 angeordnet. Entsprechend
sind die Flansche 3 außer mit den Verbindungsschichten 5 noch mit nur im Flansch vorhandenen Flanschschichten 6 aufgebaut.
Die Verbindungsschichten 5 sind als L-Profile ausgebildet und erstrecken sich über den Steg 2 und je einer
oberen oder unteren Hälfte der Flansche 3. In den Flanschen sind weiterhin noch zwischen den obersten Verbindungsschichten
5 und Flanschschichten S sich über den gesamten Flansch erstreckende Schichten 7 eingelegt. Die Flan.schschlchten δ
können auch aus mehreren ausgehärteten Einzelschichten 8 zusammengefügt sein«
Die im wesentlichen zur Übertragung von Schub- und Querkräften dienenden Stegschichten 4 und Verbindungsschichten
5 sowie die durchgehenden Flanschschichten 7 bestehen aus mit Kunstharz getränkten Faserlagen, die zur besseren
Kraftaufnahme in kreuzweiser Anordnung, bevorzugt unter + 45°, geschichtet sind. Die Faserlagen für die Schichten 4 und
können je nach dem gewählten Material, den geforderten Beanspruchungen
oder den vorhandenen Fertigungsmitteln z. B. aus Wickellaminaten oder aus fertigen Matten mit vorimpragnierten
Faserlagen, sogenannten Prepregs, bestehen. Die der Übertragung von Zug- und Druckkräften dienenden Flanschschichten
6 sind im allgemeinen, insbesondere aus statischen Gründen, stärker als die Schichten 4 und 5 ausgeführt
und bestehen aus unidirektional angeordneten Fasern, deren Orientierung bevorzugt parallel zu den Stegen ist. Zweckmäßig
werden dabei mit Kunstharz getränkte Faserstränge, sogenannte Rovings, verwendet. Die Flanschschichten können jedoch
auch aus Prepregs oder im Naßlaminierverfahren gefertigt
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werden.
Für hochbeanspruchte Profilträger werden alle Schichten zv/eckmäßig aus Carbon-Fasern HT, z. B. solche der Type
TORAY, T300 von der Fa. Torayca gefertigt. Als Kunstharz zum Tränken der Fasern kann z. B. die Type CY209/HT972
als Naßlaminiersystem der Fa. Ciba verwendet werden. Bei der Anwendung von Prepregs kann z. B. die Type Fibredux
914C der Fa. Ciba verarbeitet werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, je nach Beanspruchung und Fertigungsverfahren
die Schichten auch aus anderen Fasern herzustellen, wie z. B. aus S-Glas, Ε-Glas, Bor oder Kevlar. Ebenso
besteht für die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen die Möglichkeit der Anwendung anderer üblicher Harze,
wie z. B. Epoxyd-, Polyimid- oder Polyesterharz.
in der Fig. 2 ist eine Preßform 10 dargestellt, in der die
zur Herstellung der Hälfte eines Doppel-T-Trägers oder eines U-Trägers erforderlichen Schichten eingelegt sind. Die Preßform
10 besteht aus einem Unterteil 11 und einem Oberteil 12, die beide aus einem geeignetem Metall, z. B. aus Aluminium,
hergestellt sind. In der Preßform befindet sich ein Stempel aus Gummi oder elastischem Kunststoff. Der zu fertigende Profilträger
besteht aus drei Verbindungsschichten 5 und Je zwei Stegschichten 4 und Flanschschichten 6. Die Schichten sind
der besseren Darstellung wegen mit Abstand zueinander gezeichnet. In der praktischen Ausführung werden dieselben in das Unterteil
11 eng aneinandergelegt. Die Verbindungsschichten 5, die hier als U-Profile ausgebildet sind, und evtl. auch die
Steg- und Flanschschichten 4 und 6 werden vor dem Einlegen in die Preßform 11 an- oder vorgehärtet. Dieses kann z. B.
auch in der Preßform 10 erfolgen. Durch das An- oder Vorhärten der Schichten wird erreicht, daß sich ihre Lage beim
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Preßvorgang nicht ändert und somit der fertige Träger sauber aneinanderliegende Schichten aufweist. Weiterhin
ist es wichtig, daß die Schichten beim Einlegen, wie es besonders aus der Fig. 1 hervorgeht, nicht aneinanderstossen,
sondern daß an den Übergängen zwischen dem Steg 2 und den Flanschen 3 die jeweiligen Schichten im Abstand
zueinander eingelegt werden. Solcherweise zwischen den Schichten entstehende Lücken 15 werden mit Kunstharz ausgefüllt.
Durch Aufbringen von allseitigem Druck auf den Stempel 13, gekennzeichnet durch die Pfeile 14, werden die Schichten
zusammengepreßt, wobei die Stegschichten 4 und die Verbindungsschichten 5 im Bereich des Steges gereckt werden.
Das Pressen kann z. B. bei einer Temperatur von etwa 180 C und bei einem Druck von 5 bar erfolgen·
Die Fig. 3 bis 7 zeigen Ausführungsformen weiterer Profilträger,
die erfindungsgemäß aus den in den Fig. 1 und 2 erläuterten vorgefertigten Verbindungsschichten sowie Steg-
und Flanschschichten zusammengefügt sind. Der Einfachheit halber sind dabei die aus unidirektionalen Faserschichten
bestehenden Flanschschichten durch aneinandergereihte. Punkte, die Rovings darstellen können, gekennzeichnet. Die gezeigten
Profilträger stellen nur eine Auswahl der mittels der Erfindung überhaupt herstellbaren Träger dar.
- Patentansprüche -
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Claims (11)
- Messerschmitt-Bölkow-Blohm Ottobrunn, 17. Mai 1976Gesellschaft mit BT 012 Hi/th beschränkter Haftung,München 7994Patent an s ρ r ü c h eProfilträger aus faserverstärktem Werkstoff mit aus mindestens je zwei Schichten bestehenden Stegen und Flanschen, von denen zumindest eine Schicht gleichzeitig als Stegschicht und Flanschschicht (Verbindungsschicht) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungsschichten (5) aus vorgefertigten Profilen bestehen, zwischen denen bzw. außerhalb von denen weitere Schichten angeordnet sind«
- 2. Profilträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich die zwischen oder außerhalb der Verbindungsschichten (5) angeordneten weiteren Schichten im Bereich der Flansche (3) (Flanschschichten 6) befinden»
- 3· Profilträger nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschichten (5) aus mit Kunstharz getränkten Faserlagen bestehen, die anoder ausgehärtet sind»709847/0473 ORIGINAL INSPECTED
- 4* Profilträger nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet ψ daß die Faserlagen der Verbindungsschichten (5) als sich kreuzende Faserlagen, vorzugsweise in + 45° Richtung, ausgeführt sind,
- 5· Profilträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Faserlagen der Verbindungs-Gchichten(5) aus Prepregs oder Wickellaminaten bestehen.
- 6. Profilträger nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Flanschschichten (6) aus Prepregs, gezogenen Rovings oder im Naßlaminiervtrfahren in unidirektionaler Anordnung hergestellt sind·
- 7. Profilträger nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß sich die zwischen oder außerhalb der Verbindungsschichten (5) angeordneten weiteren Schichten im Bereich der Stege (2) (Stegschichten 4) befinden und sie wie die Verbindungsschichter. (5) oder Flanschschichten (6) ausgebildet sind«
- 8· Profilträger nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß an den Übergängen von den Stegen (2) zu den Flanschen C3) die Verbindungsschichten (5), Stegschichten (4) und Flanschschichten (6) mit Abstand zueinander angeordnet und die entstehenden Lücken (15) mit Kunstharz ausgefüllt sind·
- 9. Profilträger nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschschichten (6) aus mehreren ausgehärteten Einzelheiten (8) bestehen, die miteinander verklebt sind·7U984 7/0473-■J.
- 10. Profilträger nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch g e kenn: zeichnet , daß die Verbindungsschichten (5) mit den Stegschichten (4) und Flanschschichten (6) in einer Preßform (10) zusammengefügt sind.
- 11. Profilträger nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η - . zeichnet , daß das Zusammenfügen der Schichten in der Preßform (10) mit einem Stempel (13) unter allseitigerc inneren Druck erfolgt und zu einer Reckung der Schichten im Bereich der Stege (2) führt.709847/0473
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
8381 | Inventor (new situation) |
Free format text: SCHULZ, RALF-THILO, DIPL.-ING., 8011 PUTZBRUNN, DE BRUNSCH, KLAUS, DIPL.-ING., 8190 WEIDACH, DE LEMMER, LUDWIG, ING.(GRAD.), 8012 OTTOBRUNN, DE |
|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DEUTSCHE AEROSPACE AG, 80804 MUENCHEN, DE |