DE547624C - Blechwandtraeger mit quer zu seinen Gurten angeordneten Staeben, insbesondere fuer Flugzeuge - Google Patents

Description

Die Eigenart des in der Flugtechnik verwendeten Leichtbaues kennzeichnet sich in erster Linie dadurch, daß die beim Flugbetriebe auftretenden kleinen Luftkräfte Körper von großer räumlicher Ausdehnung, z. B. Rumpf, Flügel o. dgl., benötigen. Aus der ungewöhnlichen Erstreckung der Bauteile und der verhältnismäßig geringfügigen Kräfteeinwirkung je Flächeneinheit ergeben sich dünn-

jo wandige Stäbe und Bleche, die sowohl gegenüber Druck als auch Schub wenig knickfest und daher konstruktiv nicht einfach zu behandeln sind. Besonders schwierig lassen sich bei den großflächigen Außenhautblechen, welche durch Biegung und Drehung bedingte Querkräfte zu übertragen haben, die Knickungserscheinungen beheben, die in der Bildung von schrägliegenden Falten bei Überlastung bestehen.

Bislang hat man das Ausknicken des Stegbleches und die Faltenbildung zu verhindern gesucht, indem man die Haut entweder als Wellblech oder durch entsprechend große Dickenbemessung schubsteif bzw. durch ein

S5 besonderes Unterstützungssystem schub- und druckfest ausbildete. Die erste Maßnahme zeigt aerodynamische Nachteile. Die beiden andern Ausbildungen bedingen Gewichtsvermehrung. Nach der Erfindung wird nun die Faltenbildung nicht verhindert, sondern im Gegenteil unter Verzicht auf Knickfestigkeit des Stegbleches keine Übertragung von Druckkräften durch das Stegblech vorgesehen und dem Stegblech nur die Aufnahme von Zugkräften übertragen, deren Verlauf der Faltenrichtung entspricht. Dabei ist die Stärke des Stegbleches so gering, daß bei normaler Belastung keine bleibenden Dehnungen infolge der Faltenbildung auftreten, so daß die Falten bei Entlastung des Trägers wieder verschwinden.

Abweichend von der üblichen Form der auf Schub tragenden Blechwand ist darum das Stegblech erfmdungsgemäß so dünnwandig ausgeführt, daß es bei Beanspruchung durch die aus der normalen Betriebsbelastung des Trägers entstehenden Querkräfte ein schrägliegende Falten bildendes geschlossenes Zugdiagonalfeld darstellt, wobei das Verhältnis der Blechstärke zur Steghöhe etwa eins zu tausend oder mehr beträgt. Derartig dünne Stegbleche hat man bisher noch nicht verwendet. Bei kleinen Schwimmkörpern ist bereits vorgeschlagen worden, bei einer Stabentfernung zur Trägerhöhe im Verhältnis 3 : 4 die Blechstärke zur Steghöhe im Verhältnis ι : 700 vorzusehen.

Die Falten sind bei etwa ¹J₅ der Bruchlast

*) Von dem Patentsweher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Herbert Wagner in Danzig.

stark ausgebildet, meist aber schon bei weit geringerer Belastung, etwa ¹Z₂₀ der Bruchlast, erkennbar. Sie verschwinden wieder bei Entlastung vollkommen, solange die Beanspruchung nicht mehr als ²/₃ der Bruchbelastung betragen hat. Die im normalen Betrieb auftretende Beanspruchung liegt etwa bei ¹^ der Bruchsicherheit. Der sich dabei einstellende Faltenwurf ist auf die Strömungsverhältnisse ίο praktisch ohne Einfluß. Die Richtung der Falten, welche durch die querliegenden, praktisch allein die Druckkräfte übertragenden Stäbe und ihre gegenseitige Entfernung nicht beeinflußt wird, ist gegenüber den Gurten um 35° bis 50⁰ geneigt.

Der mit der Erfindung verfolgte Zweck besteht darin, vornehmlich bei großflächigen Bauteilen eine sehr dünne Haut als Beplankung verwenden und sie gleichmäßig als Zugorgan in beiden Richtungen für die Übertragung der Ouerkraft ausnutzen zu können. Auch wird der Aufbau des Blechwandträgers durch den Fortfall der sonst üblichen Diagonalglieder (Kreuze oder Druckstäbe) und ihrer Anschlüsse einfacher. Gegenüber dem schubsteifen Blech ist der Erfindungsgegenstand durch die geringe Wandstärke wesentlich im Vorteil. Das Zugblech übt ferner einen günstigen Einfluß auf die Gurtungen aus, deren dünne, am Blech liegende Flanschen in- vorzüglicher Weise gegen Verbeulungen geschützt werden, was bedeutet, daß größere Kräfte übertragen werden können, als wenn die Zughaut fehlt.

Durch die neuartige Anwendung des Stegbleches erfahren die Gurte Biegungsmomente; sie müssen dementsprechend biegungsfest sein. Sie stützen sich gegen die Druckstäbe ab, an welche sie entsprechend fest angeschlossen sind. Um die Biegungsmomente in den Gurten klein zu halten, empfiehlt es sich, die Druckstäbe ziemlich eng zu setzen. Diese Maßnahme zeigt die Folgeerscheinung, daß durch die Zugwirkung des Bleches die querliegenden Druckstäbe nicht nur in der Anschlußebene, sondern auch senkrecht dazu in beträchtlichem Maße gegen Ausknickungen gesichert werden. Ein fester Anschluß des Druckstabes an der Gurtung liegt dann vor, go wenn (beispielsweise bei Nietung) der Querschnitt der Verbindungsnietung mindestens 25 % der zugehörigen Blechfläche, Abstand der Druckstäbe mal Blechstärke, beträgt. Natürlich- kann statt der Nietung eine andere feste Verbindung, z. B. Schweißung, verwendet werden.

Im allgemeinen werden je nach den besonderen Umständen die unter sich nahezu gleichen Querstäbe in einem gegenseitigen Abstände von vorzugsweise erheblich weniger als ⁸/₄ (etwa ¹J₈ bis ¹J₂) der Trägerhöhe gesetzt. Eine Diagonalfalte wird also mehrmals von Querstäben gekreuzt.

Von erheblichem Vorteil ist die Anwendung der Erfindung bei Trägern, deren Gurtungen durch von außen wirkende Kräfte in Richtung der Ouerstäbe belastet sind, da letztere die Kräfte an vielen Stellen in die Haut überleiten und auf diese Weise die Biegungsmomente verkleinern. Ebene Träger mit gerader, auf der ganzen Länge durch äußere Kräfte belasteter Gurtung sind beispielsweise die den Bodenwasserdruck aufnehmenden Rumpfseitenwände und Spantunterteile.

In ähnlicher Weise äußert sich die enge Stellung der Stäbe bei Trägern mit gekrümmten Gurten dadurch günstig, daß die infolge der Krümmung des Gurtes von diesem in das Stegblech zu übertragende Kraft an vielen Stellen abgesetzt wird.

Die Erfindung ist auch auf krumme Biegungsträger, z. B. Abdeckung von Rümpfen, Schwimmern, Flügeln u. dgl., anwendbar. Für die Wahl der Entfernung der auf der krummen Haut anzuordnenden Druckstäbe bzw. Spanten ist folgende Überlegung maßgebend :

Legt man senkrecht zur Oberfläche der Haut und in Richtung der in letzterer bei Zug entstehenden Falten einen Schnitt, so erhält man vor der Beanspruchung eine gekrümmte Schnittfläche. Durch die Beanspruchung auf Zug wird das Blech geradegestreckt, so daß die auf den Spanten liegenden Endpunkte der Schnittfläche sich voneinander entfernen. Außer dieser einfachen Geradestreckung erfährt die Haut — wie alle elastischen Körper — eine Dehnung. Soll nun die Verformung des Erfindungsgegenstandes nicht wesentlich größer sein als die eines Körpers mit auf Schub tragendem. Hautblech, dann ist notwendig, daß die Geradestreckung im Verhältnis zur Dehnung klein bleibt oder letztere mindestens nicht übersteigt, da sonst der Körper zu weich wäre und das Auftreten von Schwingungserscheinungen begünstigt würde. Der Erfinder hat nun erkannt, daß bei nicht allzu geringer Entfernung der quer zur Krümmungsachse liegenden Druckstäbe der Betrag der Geradestreckung klein bleibt und bei den elastischen Eigenschaften der Metalle (Duralumin, Eisen) etwa ¹Z₂ der elastischen Dehnung beträgt, wenn das Verhältnis der Druckstabentfernung zum Halbmesser des auszusteifenden krummen Biegungsträgers :twa τ : 3 bis 1 : 7 ist.

Um die am gekrümmten Hohlkörper im allgemeinen in Längsrichtung, verlaufenden Gurte (Holme) gegenüber Knickung senkrecht zur Ebene der Blechwand zu halten, erweist es sich als zweckmäßig, außer den verlältnismäßig schwachen, zum Tragen der auf

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Zug beanspruchten Haut benötigten Spante in etwas größeren Abständen besonders verstärkte oder auch mit einem Fachwerk versehene Spante auszuführen.
Es ist auch möglich, das Zugblech in der Weise abzustützen, daß man in etwas größeren Abständen stehende, wie oben erwähnt auch zur Holmabstützung herangezogene Spante durch längslaufende, in engen gegenseitigen

ίο Abständen vorgesehene Profile verbindet. Diese Abstützungsart kostet jedoch mehr Baustoffaufwand wie die quer zur Krümmung laufenden Spante, da letztere in Art eines Gewölbes nur auf Druck beansprucht werden, während erstere die von der gekrümmten Haut auf sie wirkenden Kräfte auf Biegung zu übertragen haben.

Die Zeichnung zeigt mehrere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes. Abb. 1 bis 3 veranschaulichen einen als Boot ausgebildeten Rumpf eines Wasserflugzeuges in Seitenansicht, im waagerechten Schnitt nach der Linie II-II und im Ouerschnitt nach der Linie HI-III der Abb. i7 Die Abb. 4 und S stellen einen Flügelteil im Grundriß mit abgenommener Oberhaut und im Schnitt nach der Linie V-V der Abb. 4 dar. Abb. 6 und 7 sind Spante. Abb. 8 ist ein Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Abb. 6. Abb. 9 bis n zeigen die Wand eines als Rumpf, Schwimmer o. dgl. verwendbaren Hohlkörpers mit im wesentlichen rundem Ouerschnitt. Abb. 9 ist ein Ouerschnitt, Abb. 10 ein Schnitt nach der Linie X-X, Abb. 11 ein Schnitt nach der Linie XI-XI der Abb. 9.

Der erfindungsgemäß ausgebildete ebene Blechwandträger ist durch den in Abb. 1 bis 3 dargestellten Rumpf α eines Flugbootes verwirklicht. Das Boot besteht aus den oberen Eckholmen b, den Kimmholmen c und dem Kielholm d, die untereinander durch eine dünne, als Steg dienende Blechhaut e verbunden sind, wobei das Verhältnis von Blechstärke zu Steghöhe etwa 1 : 1000 beträgt. Auf der Hautinnenseite befinden sich die fest zwischen die Holme geschalteten, in verhältnismäßig geringer gegenseitiger Entfernung angeordneten Druckstäbe, die als Spante f ausgebildet sind, von denen einige gleichzeitig als Schotte Z¹ dienen. Die Haut der im Sinne der Erfindung als eben anzusprechenden Bootswände legt sich bei normaler Betriebsbelastung in diagonal verlaufende Falten, die je nach den örtlichen Verhältnissen im Winkel von 35° bis 45° zu den Gurten b, c stehen. Es kreuzt daher im allgemeinen jede der ununterbrochen aufeinanderfolgenden Falten g mehrere der als Druckstäbe dienenden Spanten f, wie in Abb. 1 ersichtlich ist. Infolge der engen Aneinanderreihung der Spanten wird der auf jeden Kimmholm einwirkende Bodenwasserdruck an vielen Stellen auf die Haut übertragen, so daß sich für die Holme verhältnismäßig kleine Biegungskräfte ergeben.

Abb. 4 und 5 lassen die Anwendung der Erfindung auf einen Flugzeugflügel erkennen. Dessen Mittelteil besteht aus zwei längslaufenden Stegträgern i, welche durch in größeren Abständen aufeinanderfolgende Ouerverbände / verbunden sind. Stegträger und Querverbände werden durch die Außenhaut k überdeckt, die an ihre Gurtungen angeschlossen ist, so daß ein Kastenholm entsteht. Die Haut besteht aus dünnwandigem Blech m, auf welchem Profile η liegen, die in kleinerer Anzahl zwischen je zwei Wänden j und parallel zu diesen vorgesehen sind und mit den Stegträgern i in fester Verbindung stehen. Die in Abb. 4 eingetragene strichpunktierte Linie g deutet wieder eine Zugdiagonale oder Falte an, welche über mehrere Druckstäbe η hinwegläuft. Für den Blechwandträger ist es unerheblich, ob die Stäbe auf der Innen- oder Außenseite der als Steg beanspruchten Haut liegen. Aus werkstattechnischen Gründen wird man sie unter Umständen beide abweichend von der Darstellung der Zeichnung auf der Unterseite von Ober- und XJnterhaut anordnen.

Abb. 6 und 8 zeigen einen als Spantunterteil ausgebildeten ebenen Blechwandträger mit geradlinig verlaufender Gurtung o, p, wobei der Untergurt p zwecks Bildung eines geneigten Bodens in der Mitte einen Knick aufweist. Beide Gurte sind wieder durch ein dünnes Stegblech q und in größerer Anzahl vorgesehene quer gestellte Druckstäbe r miteinander verbunden, von welchen einzelne durch Anordnung auf beiden Hautseiten paarweise vorgesehen sind.

Der Spantunterteil gemäß Abb. 7 besitzt eine teils geradlinig, teils krummlinig verlaufende Gurtung 0, s, wobei der von der geradlinigen Gurtung begrenzte Spantmittelteil als Stabwerkträger ausgebildet ist, während der oberhalb der Gurtkrümmung befindliche Spantendteil dünnwandiges Stegblech und enggestellte Druckstäbe r aufweist.

Der gekrümmte Biegungsträger gemäß Abb. 9 bis 11 stellt einen Hohlkörper dar, dessen Haut von dünnwandigem Blech t gebildet wird, das auf der Innenseite durch in kurzen Abständen aufeinanderfolgende ringförmige Druckstäbe u ausgesteift ist, welche quer zur Krümmungsachse angeordnet sind und von längslaufenden, die Gurtung des Trägerwerkes bildenden Holmen v, v^x gekreuzt werden. Einzelne mit u¹ bezeichnete Druckstäbe dienen insbesondere zur Versteifung der Holme gegen Ausknicken und sind aus diesem Grunde stärker ausgebildet.

Claims (2)

1. Patentansprüche:
   ι . Blechwandträger mit quer zu seinen Gurten angeordneten Stäben, insbesondere für Flugzeuge, Flugzeugflügel und Spantenteile, dadurch gekennzeichnet, daß das sehr dünnwandige glatte Stegblech, dessen Stärke im Verhältnis zur Steghöhe etwa eins zu tausend oder mehr beträgt, bei Beanspruchung durch die aus der normalen Betriebsbelastung des Trägers entstehenden Ouerkräfte ein schräg liegende Falten bildendes, geschlossenes Feld von Zugdiagonalen darstellt, wobei die zur Übertragung der Druckkräfte dienenden und an die Gurte entsprechend fest angeschlossenen, vorzugsweise auch mit dem Stegblech verbundenen Stäbe bei einem ebenen Blechwandträger einzeln oder paarweise in einem derartig kleinen gegenseitigen Abstande angeordnet sind, daß auf eine etwa ³/₄ bis ^x/₈ Trägerhöhe entsprechende Länge des Blechwandträgers mindestens ein Druckstab entfällt.
2. 2. Gekrümmter Blechwandträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Entfernung der auf dem Stegblech befestigten, quer zur Krümmungsachse angeordneten Druckstäbe zum Krümmungshalbmesser des als Wand von Rümpfen, Schwimmern u. dgl. dienenden Trägers etwa in den Grenzen ι : 3 bis ι : 7 liegt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen