DE2710275C3

DE2710275C3 - Stange zur Übertragung von Kräften

Info

Publication number: DE2710275C3
Application number: DE2710275A
Authority: DE
Inventors: Daniel Tournon Daugny
Original assignee: Avions Marcel Dassault Breguet Aviation SA
Current assignee: Dassault Aviation SA
Priority date: 1976-03-10
Filing date: 1977-03-09
Publication date: 1984-04-19
Also published as: US4353268A; NL184510C; DE2710275A1; JPS5844519B2; NL184510B; NL7702540A; DE2710275B2; IT1073453B; JPS52142000A; GB1572644A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Stange zur Übertragung von Kräften mit einem Rohrkörper, der durch mechanisch hochbelastbare Fasern gebildet ist, welche in ein Kunstharz eingebettet sind, und mit in den Rohrkörper eingreifenden kegelstumpfförmigen Endstücken aus Metall, über welche die Kräfte in den Rohrkörper eingeleitet werden, wobei der Rohrkörper mindestens eine Schicht aus mechanisch hochbelastbaren Fasern aufweist, welche in Richtung der Mantellinien des Rohrkörpers ausgerichtet sind, und jedes der Endstücke an seinem Ende eine der Krafteinleitung in den Rohrkörper dienende Schulter sowie eine sich in den Rohrkörper hineinerstreckende Schürze aufweist.

Derartige Stangen, die in der DE-OS 25 13 214 beschrieben sind, werden insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, im Flugzeugbau verwendet. Sie dienen hier zur Kraftübertragung zwischen dem Abtriebstei! hydraulischer Stellmotoren und durch diese zu betäti- ^hS genden Elementen, beispielsweise dem Seitenruder, dem Höhenruder oder den beweglichen Teilen eines Triebwerks veränderlicher Geometrie. Bei den bekannten Stangen sind die Endstücke mit einem verhältnismäßig kleinen Konus geformt und besitzen starre Schürzen. Die Schultern der Endstücke werden von Muttern gebildet, welche auf die Endstücke aufgeschraubt sind. Mit diesen Merkmalen läßt sich jedoch nicht eine allen Anforderungen genügende Stabilität der Verbindung zwischen den Endstücken und dem Rohrkörper selbst erzielen. Dies ergibt sich aus folgenden Überlegungen:

Soll eine Stange der fraglichen Art geschaffen werden, die sowohl auf Druck als auch auf Zug beanspruchbar ist, beispielsweise unter Verwendung von Kohlenstofffasern, so stellen sich u. a. die folgenden Probleme:

Diejenigen Fasern, die sehr hoch auf Zug belastbar sind, haben nur eine geringe Knickfestigkeit Andererseits ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der Kohlenstoffasern sehr viel kleiner als derjenige der Metalle, welche zur Herstellung der Endstücke der Stange verwendet werden. Nun erfolgt aber nach dem Aufbringen der mit Kunstharz getränkten Fasern das Aushärten des Harzes durch eine Wärmebehandlung. Bei dieser dehnen sich die Endstücke viel stärker aus als die aus Fasern bestehenden Schichten des Rohrkorpers. Dies führt dazu, daß eine oder mehrere Faserschichten, die zu stark an die Endstücke angepreßt sind, zerbrechen. Sieht man dagegen eine dicke Harzschicht oder Klebstoffschicht zwischen den Schichten aus mechanisch hochbelastbaren Fasern und den Endstükken vor, um so eine Art Puffer für die Wärmeausdehnung der Endstücke zu schaffen, so reißen die Verbundschichten aus mechanisch hochbelastbaren Fasern und Harz bei Abkühlen der Stange ab. Zumindest wird der Verbund zwischen diesen Schichten und den Endstücken verschlechtert

Bei den aus der DE-OS 25 13 214 bekannten Stangen besteht nun Gefahr, daß sich die Endstücke schon bei sehr geringer Belastung der Stange auf Zug ablösen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß durch die thermische Ausdehnung der Endstücke bei der Wärmebehandlung zum Härten des Kunstharzes die Faserschichten schon mechanisch aufgeweitet worden sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stange der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der trotz einer für das Aushärten des Harzes erforderlichen Wärmebehandlung eine hochfeste Verbindung von Endstücken und Rohrkörper sicher erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschriebenen Merkmale gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß werden die Endabschnitte der den Rohrkörper bildenden Schichten aus hochbelastbaren Fasern durch eine Bandage fest gegen den einen kleineren Durchmesser aufweisenden Abschnitt der Endstücke angedrückt. Darüber hinaus sind die Endstücke durch Schürzen verlängert, die in radialer Richtung atmen können. Hierdurch lassen sich Ausdehnungsunterschiede zwischen dem Rohrkörper und den Endstücken während der zum Härten des Kunstharzes erfolgenden Wärmebehandlung aufnehmen. Infolgedessen kann man die aus mechanisch hochbelastbaren Fasern bestehenden Schichten während der Herstellung fest auf den ihnen zugeordneten Schürzen verspannen, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung der Faserschichten durch unterschiedliche Wärmeausdehnung besteht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfol-

gend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Stange, wobei eines der metallischen Endstücke und ein benachbarter Teil der Stange in axialer Schnittansicht gezeigt sind,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes eines Bandes von in Harz eingebetteten Fasern und

F i g. 3 schematisch einen Schnitt durch den bei der Herstellung der Stange verwendeten Foraidorn mit teilweise aufgebrachten Bändern aus hochbelastbaren Fasern.

F i g. 1 läßt die Gesamtform der Stange gut erkennen. Diese weist einen Rohrkörper 1 auf, der an seinen beiden Enden jeweils einen kegelstumpffönnigen Endabschnitt 2 auiweist Am Ende dieser Endabschnitte wird noch ein (nicht gezeigtes) Teil angebracht, das die Lagerung der Stange ermöglicht

Die in F i g. 1 gezeigte Stange kann z. B. folgendermaßen hergestellt werden:

Man nimmt einen Formdorn 3, der im -vesentlichen die gleiche Form aufweist wie die Stange selbst, der aber so konstruiert ist, daß er nach Herstellung des Rohrkörptrs 1 trotz der kegelstumpffönnigen Gestalt der Endabschnitte 2 aus dem Rohrkörper herausgezogen werden kann. Formdorne dieser Art sind in verschiedenen Ausführungsformen dem Fachmanne wohlbekannt Auf die beiden Enden des Formdomes 3 ist jeweils ein rohrförmiges, metallisches Endstück 6 aufgesetzt Dieses weist einen mit einer Gewindebohrung versehenen zylindrischen Abschnitt 7 auf, in den ein passendes Teü, z.B. ein Augenstück od.dgl, eingeschraubt werden kann. Der Abschnitt 7 ist ferner mit einer vorspringenden Schulter 8 und mit einem ungefähr kegelstumpfförmigen Abschnitt 9 versehen. Die Außenfläche dieses Abschnittes 9 ist mit zur Stangenachse rotationssymmetrischen Wellungen 10 versehen.

Hat man auf den Formdorn 3 die beiden Endstücke 6 aufgesetzt so werden Bänder, die aus Kohlenstoffasern oder anderen geeigneten Fasern bestehen, in Lagen auf dem Formdorn angebracht Die Fasern sind in noch nicht polymerisiertes Epoxyharz eingebettet weshalb die Bänder noch leicht klebrig sind.

Eine erste Lage derartiger Bänder kann so auf dem Formdorn 3 angeordnet werden, daß sie parallel zu den Mantellinien des Formdornes 3 verlaufen und sich die « Ränder der Bänder etwas überlappen (F i g. 3).

Nach Herstellung dieser ersten Lage wird darüber eine zweite Lagi' gelegt die diesmal wendelförmig vom einen Ende bis zum anderen Ende der ersten Lage gewickelt wird. Dann wird eine dritte Lage aufgebracht die wieder, wie die erste, parallel zu den Mantellinien des Formdornes 3 verläuft Schließlich wird eine vierte Lage wendelförmig, jedoch in entgegengesetztem Sinne wie die zweite Schicht aufgebracht usw.

Diese Aufeinanderfolge von Schichten läßt sich in sehr weitem Rahmen abändern. Abschließend werden die Bänderlagen auf den metallischen Endstücken 6 so stark festgezogen, daß sie sich der Form der Wellungen 10 anpassen. Dieses Andrücken der Lagen erfolgt durch eine Bandage von Fasern 12, die den schon erwähnten Fasern entsprechen können, wobei ggf. auch metallische Ringe verwendet werden können.

Wie aus F i g. 1 weiter hervorgeht, sind die metallischen Endstücke 6 zum Inneren des Rohrkörpers 1 hin verlängert Diese Verlängerung hat die Form einer Schürze 15, deren außenliegende Oberfläche zylindrische bzw. kegelstumpfförmige Gestalt hat Die Schürze 15 weist an ihrem freien Ende girlandenähnliche Ausnehmungen 16 auf, die über den Rand der Schürze verteilt sind. Durch diese Ausnehmungen erhält die Schürze 15 eine Flexibilität in radialer Richtung.

Aus dem gleichen Grunde nimmt die Wandstärke der Schürze zu deren freiem Rand hin ab, so daß die innenliegende Oberfläche der Schürze 15 die Gestalt eines Kegeistumpfes hat

Die Form der im zylindrischen Teil des Rohrkörpers 1 liegenden Schürze 15 und die beschriebene Flexibilität der Schürze 15 in radialer Richtung bewirken, daß einerseits der Rohrkörper 1 gut auf den metallischen Endstücken 6 gelagert ist und andererseits kleine Dickenänderungen des Stangenkörpers 1 bei einer Dilatation oder Kontraktion, wie sie bei der Übertragung von Druckkräften oder Zugkräften auftreten können, durch die elastische Verformung der Schürze 15 aufgenommen werden. Wie F i g. 1 weiter zeigt, ist der Rohrkörper 1 zur innenliegenden Stirnfläche des Bundes 8 hin umgefaltet, was mit dem Bezugszeichen 8a angedeutet ist Auf diese Weise drückt die durch die Fasern 12 gebildete Bandage den Rohrkörper 1 zugleich gegen die kegelstumpfförmige Stützfläche des Abschnittes 9 und gegen die Schulter 8 des Endstückes 6.

Die in F i g. 1 gezeigte Stange weist ferner eine äußere Bewehrung 17 auf, die durch Überwickeln eines vorimprägnierten Bandes aus Fasern erhalten wird. Diese äußere Bewehrung 17 verbessert die Widerstandsfähigkeit bei Durchlöcherung, beispielsweise durch Geschoße, weiter.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stange zur Übertragung von Kräften mit einem Rohrkörper, der durch mechanisch hochbelastbare Fasern gebildet ist, weiche in ein Kunstharz eingebettet sind, und mit in den Rohrkörper eingreifenden kegelstumpfförmigen Endstücken aus Metall, über welche die Kräfte in den Rohrkörper eingeleitet werden, wobei der Rohrkörper mindestens eine Schicht aus mechanisch hochbelastbaren Fasern aufweist, welche in Richtung der Mantellinien des Rohrkörpers ausgerichtet sind, und jedes Endstück an seinem Ende eine der Krafteinleitung in den Rohrkörper dienende Schulter sowie eine sich in den Rohrkörper hineinerstreckende Schürze aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schultsr (8) an dem jeweiligen Endstück (6) einstückig angeformt und die Schürze (15) in radialer Richtung flexibel ausgebildet ist, und daß der Rohrkörper (1) durch Bandagen aus mechanisch hochbelastbaren Fasern (12) fest gegen die Endstükke (6) angedrückt ist

2. Stange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke (6) in dem Bereich, in welchem die Enden des Rohrkörpers (1) angedrückt sind, mit Wellungen (10) versehen sind.

3. Stange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schürzen (15) der Endstükke (6) zur Erzielung der Flexibilität in radialer Richtung mit girlandenähnlichen Ausnehmungen (16) versehen sind.

4. Stange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichne!, daß die Faserstruktur aufweisende Wand des Rohrkörpers (1) eine Verlängerung (Ba) aufweist, welche gegen die innenliegende Stirnfläche der zugeordneten Schulter (8) des zugeordneten Endstückes (6) umgebogen ist, so daß die am Ende der Stange vorgesehene Bandage die Faserstruktur aufweisende Wand des Rohrkörpers im Endabschnitt sowohl gegen die kegelstumpfförmige Stützfläche des Endstückes (6) als auch gegen die Schulter (8) des Endstückes (6) drückt.