DE3702916C2 - Leichtbau - Konstruktionselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Leichtbau-Konstruktionselemente, kurz LKE, z. B. für tragende Wände oder Kragarme, die im Hinblick auf ein geringes Gewicht bei großer Steifigkeit zu optimieren sind. Derartige Anforderungen sind unter anderem in der Raumfahrt, im Flugzeug- oder Fahrzeugbau, dem Bau von Robotern und Handhabungsgeräten anzutreffen.

Es ist bekannt, daß zu diesem Zweck z. B. faserverstärkte Kunststoffe oder sogenannte Sandwichkonstruktionen, das sind Doppelwände aus Blech, bei denen der Zwischenraum ausgeschäumt oder mit Stegblechen gefüllt ist, eingesetzt werden. Sie bestehen aus dem Verbund speziell geformter, oft flächiger Teile aus gleichem oder unterschiedlichem Werkstoff. Aus dem Bereich des Stahlbaus ist ebenfalls bekannt, daß man z. B. mit Stabwerken sehr wirkungsvollen Leichtbau bewerkstelligen kann (s. z. B. J. Wiedemann "Leichtbau", Springer Verlag, Berlin - Heidelberg - New York - Tokyo, 1986).

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Leichtbau-Kon­ struktionselemente (LKE als Wand oder Stab), z. B. für tragende Wände und Kragarme zu entwickeln, die gegenüber den bekannten Arten bei gleicher Steifigkeit einerseits eine weitere Gewichtseinsparung ermöglichen und anderer­ seits eine weitgehend freie Formgestaltung bei vertretba­ ren Kosten, z. B. konische Bauteile oder unterschiedliche Wanddicken, gestatten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die LKE werden in Anlehnung an Stabwerkkonstruktionen in räum­ lich optimierter Anordnung aus relativ dünnen Fäden, Drähten oder Stäben mit beliebigem Querschnitt herge­ stellt (räumliche Vernetzung). Die LKE können zusammengesetzt werden aus:

• - geordneten Fäden, Drähten oder Stäben (z. B. Einzel­ fäden, Fadensträngen, Matten, Geweben (gespreizt oder ungespreizt) - Anlage, Fig. 1,
• - unregelmäßig angeordneten Fäden, Drähten oder Stäben (z. B. Knäul- oder Filzstruktur) - Anlage, Fig. 2.

Um die Steifigkeit der aus Fäden, Drähten oder Stäben aufgebauten LKE zu erhöhen, so daß ein Verbund entsteht, mit dem überhaupt erst nennenswerte Lasten aufgenommen werden können, werden die Berührungspunkte sich kreuzen­ der bzw. die Berührungslinien paralleler Fäden, Drähte oder Stäbe miteinander verbunden, z. B. durch Verkleben, Verlöten, Verschmelzen bzw. Verschweißen. Dadurch ent­ steht innerhalb der LKE ein regelmäßiges oder unregelmä­ ßiges Gitterwerk, das - im Gegensatz zu einem Gewebe - an den Berührungsstellen fest miteinander verbunden ist. Bei der Verwendung von Verbindungsmitteln in flüssigem Zu­ stand ergeben sich aufgrund von Kapillarwirkung und Ober­ flächenspannung von selbst sanfte Übergänge (Anlage, Fig. 3), die eine optimale Krafteinleitung bzw. Span­ nungsverteilung bei Belastung bewirken.

Der Abstand der Knotenpunkte, d. h. die freie Faden-, Draht- oder Stablänge, ist abhängig von den verwendeten Materialien (z. B. Kunststoffen, Metallen), dem Ferti­ gungsverfahren und der Geometrie, speziell dem Faden-, Draht- oder Stabquerschnitt. Die Orientierungsrichtung der Fäden, Drähte oder Stäbe ergibt sich aus der Aufga­ benstellung für die LKE.

Je nach dem verwendeten Verfahren für das Herstellen der LKE (z. B. Wickeln, Belegen, Quer- oder Längsstrecken von speziellen Gewebearten) und der dann erzielten Orientie­ rungsrichtung der Fäden, Drähte oder Stäbe sowie ihrem Verbindungsverfahren (z. B. Tauchen, Besprühen, Bestrah­ len, Verschweißen) ergibt sich ein an die jeweilige Auf­ gabenstellung und die Herstellkosten angepaßter LKE-Auf­ bau, der bei hoher Steifigkeit ein vermindertes Gewicht gegenüber herkömmlichen Wand- oder Stabstrukturen auf­ weist. Zum Schutz der LKE und zur Befestigung von An­ schlußteilen kann ein Innen- und/oder Außenmantel sinn­ voll sein, der ggfs. gleichzeitig die Stützform für die Fertigung darstellt. Für die Einleitung äußerer Kräfte an den Enden können speziell angepaßte und mit dem Wand­ element in geeigneter Weise verbundene Kappen aus Blech- oder Gußmaterial sinnvoll sein.

Claims (4)

1. Tragendes Leichtbau-Konstruktions-Element be­ stehend aus einzelnen Fäden, Drähten oder Stäben in beliebiger Anordnung, welche an den Berüh­ rungspunkten und/oder Berührungslinien durch Verkleben, Verlöten, Verschmelzen und/oder Verschweißen fest miteinander verbunden sind.

2. Tragendes Leichtbau-Konstruktions-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein In­ nen- und/oder Außenmantel angeordnet ist.

3. Tragendes Leichtbau-Konstruktions-Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am In­ nen- und/oder Außenmantel Funktionsteile ange­ ordnet werden können.

4. Tragendes Leichtbau-Konstruktions-Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Einleitung äußerer Kräfte spezielle Kappen vorgesehen sind.