DE706014C - Metallprofilstab fuer Luftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung· betrifft einen Metallprofilstab für den Luftfahrzeugbau u. dgl., bei dem es darauf ankommt, den Querschnitt zwecks Gewichtsersparnis den über die Längenerstreckung des Profilstabes veränderlichen Beanspruchungen möglichst gleichförmig anzupassen.

Sofern man die Herstellungskosten außer acht läßt, wäre es mit den neuzeitlichen Mitteln der Prägetechnik bzw. durch Fräsen oder Hobeln wohl möglich, Metallprofilstäbe mit über ihre Längenerstreckung veränderlichen Querschnitten herzustellen; dabei sind aber auch bereits die Höchstlängen derartiger Profilstäbe durch die praktisch möglichen Ausmaße der Werkzeugmaschinen begrenzt. Beim Prägen erfordert z. B. jede Änderung in der Länge oder in den Querschnittsabmessungen (Wandstärken) einen Aus-

ao tausch der Ober- und Unterwerkzeuge, so daß sich die Anwendung dieses Verfahrens auf Knotenbleche u. dgl. beschränkte, wenn nicht ein besonders umfangreicher Massenbedarf eines einzelnen Stückes die Herstellung der teuren Werkzeuge rechtfertigte. Die Erzeugung solcher Profilstäbe durch Fräsen oder Hobeln ist wegen der langen Zeitdauer der Bearbeitung kostspielig und infolge der umfangreichen Werkstoffspanung unwirtschaftlich.

Die Erfindung kennzeichnet sich durch die Anwendung des an sich bekannten V-förmigen Querschnitts für solche in ihrer Längenerstreckung veränderlichen Profilstäbe in der Weise, daß die zueinander unmittelbar oder ³S zu einer gemeinsamen Basis im konstanten Winkel bleibenden, aus Blech von gleicher oder in einer Richtung gleichmäßig abnehmenden Wandstärke bestehenden Stege des V-Profils an ihren freien Längsrändern etwa parallel zu diesen mit der Maßgabe nach außen umgebogen werden, daß sich dabei die Höhe der beiden Stäbe in der Längserstreckung des Profilstabes wahlweise ändert. Man erhält auf diese Weise ein in der Längserstreckung veränderliches Profil zu- oder abnehmenden, also sich verjüngenden Querschnitts. Die Besonderheit gerade dieser Querschnitte besteht nun darin, daß durch die Steghöhenänderung zwar eine Anderung der Widerstandsmomente in der waagerechten Biegungsebene nach Wunsch erfolgt, ohne daß jedoch dabei eine zwangsläufige und in der Regel unerwünschte Änderung der Widerstandsmomente in der senkrechten Biegungeebene eintritt; vielmehr kann in bekannter Weise durch die abgebogenen freien Ränder der V-Stege das Widerstandsmoment in der senkrechten Biegungsebene ebenfalls nach Wunsch bestimmt wer-

den, indem die Abbiegungen mehr oder weniger breit gehalten werden. Ein Metallprofilstab mit derart veränderlichen Oerschnitten besitzt von vornherein ein in seinem Ver-^>: häitnis von Materialaufwand zu Festigkeittf-■eigenschaften sehr günstiges Trägheitü^ moment und behält dieses Verhältnis auch bei der gekennzeichneten Verjüngung bei; es ist mangels freier Ränder der Stege lokal >o knickfest, um Knicklängen für praktisch notwendige Einspannungslängen zu ermöglichen. Gegebenenfalls kanu die örtliche Knickfestigkeit durch eine zweite I mbiegung (Bördelung) der abgebogenen Ränder noch weiter erhöht werden.

Wesentlich ist ferner, daß es durch diese Ausbildung ermöglicht wird, bei der Herstellung der Profilstäbe von normalen Walzwerkerzeugnissen, wie Blechstreifen oder V-Profilstäben, auszugehen. Die Erzeugung des im Querschnitt veränderlichen Profilstabes aus einem flachen Blechstreifen kann z. B. in zwei parallelen Arbeitsgängen erfolgen, indem im ersten Arbeitsgang das Biegen der winkligen Stege und im zweiten Arbeitsgang das Abbiegen der freien Stegränder vorgenommen wird. Dabei kann in der Regel aus praktischen Gründen als Ausgangswerkstoff Blech gleichbleibender Waudstärke dienen: die einfache Herstellungsart gestattet jedoch auch ohne Schwierigkeiten die Verwendung von Blechen veränderlicher Wandstärke.

Es ist bekannt, Hohlmasten aus Winkel- <s eisen herzustellen, -deren in der Längserstreckung allmählich in der Höhe abnehmende Flanschen einen gleichbleibenden, nach innen gerichteten Winkel bilden. Das Winkelprofil wie überhaupt alle Profile mit freien Rändern an den Stegkanten eignen sich jedoch festigkeitsmäßig nicht für die Verwendung als Gurt oder Stab oder gar beides zugleich im zusammengesetzten Festigkeitsverband mit sich kreuzenden Stäben, weil die Knickfestigkeit gering ist und die Anschluß- und Verbindungsmöglichkeiten beschränkt sind.

Bei Herstellung solcher Träger oder Streben aus V-förmigen Profilstäben ohne Abbiegungen der freien Stegränder ergeben sich mit der Verjüngung des Querschnitts durch die Anordnung der Verbindungs- und Befestigungsmittel (z. B. durch Xietlöeher) erhebliche Beeinträchtigungen der statischen Werte des V-Profils. Bei dem Profilstab gemäß der Erfindung dagegen können die Verbindungs- und Befestigungsmittel vorzugsweise in die Abbiegungen verlegt werden. Es ergibt sich dabei die besondere Wirkung, daß für den in der Qtierschnittshöhe geringer werdenden Teil des Profilstabs die bean- ■ spruchten Stege von den Befestigungs- und Verbindungsmitteln nicht beeinträchtigt werden, während die Abbiegungen in ihrer ₍. Breite den Erfordernissen solcher Verbindtjngsstellen ohne weiteres angepaßt werden können. Diese Eigenschaften des gekennzeichneten Profilstabs erleichtern insbesondere den Aufbaau zusammengesetzter Festigkeitskörper, bei denen in der Regel einander kreuzende Stäbe angewendet werden; der neue Profilstab kann zu gleicher Zeit gurt- und stabbildend im Festigkeitsverband wirken. Die offene Profilform und die nach außen gerichteten Abbiegungen sichern eine leichte Zugänglichkeit beim Nieten oder Schweißen.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des gekennzeichneten Profilstabes und Werkzeuge zur Erzeugung desselben dargestellt.

Fig. ι zeigt einen Biegungsträger, bei dem der Obergurt 1 und der Untergurt 2 aus Profilstäben gemäß der Erfindung bestehen, die durch dazwischen angeordnete Fachwerkstäbe 3 verbunden sind.

Fig. 2 veranschaulicht die Anwendung eines solchen Biegungsträgers innerhalb einer im Querschnitt gezeichneten Tragwerksfläche für Flugzeuge, und zwar in seiner Anwendung als Flügelholm. Außerdem zeigt diese Figur weitere gemäß der Erfindung ausgebildete Bauelemente in ihrer Anwendung als Rippengurte für die Tragwerksfläche. Sowohl die Holmgurte i, 2 und 4,5 als auch die Rippengurte 6, 7, 8, 9 und 10 bestehen aus V-förmigen Bauelementen veränderlichen Querschnitts. Die Beplankung 11 und der Innen verband, bestehend aus Füllstäben 12, können in üblicher Weise ausgebildet sein, »oo desgleichen die Holmstege 13 und 14.

Fig. 3 ist ein Schaubild eines Knotenpunktes zwischen dem Holm 1 und den Rippengurten 6, 7 als Einzelheit aus Fig. 2, um die dem gekennzeichneten Profilstab eigenen, bequemen und werktstoffsparenden Verbindungsmöglichkeiten mit einander kreuzenden Profilstäben und der Beplankung zu zeigen. Mit 15 sind Niet- oder Schweißpunkte bezeichnet, an denen die Abbiegungen 16 mit no den entsprechenden Anschlußflächen verbunden sind. Außerdem ist ein Knotenblech 17 vorgesehen, das gleichzeitig die Gurte 1, 6 und 7 untereinander und mit dem Holmsteg 13 verbindet.

Fig. 4 veranschaulicht eine Rumpfbauweise, bei der die Rumpfholme 18 und die Stoff leisten 19 aus Bauelementen V-förmigen und veränderlichen Querschnitts hergestellt sind. Ist beabsichtigt, an Stelle einer Stoffbespannung eine Metallbeplankung anzuwenden, so werden die Stoffleisten 19 und die

Diagonalstäbe 20 durch als Schubwand wirkende Metallbeplankungen ersetzt. Hierbei bildet die Beplankung zusammen mit den V-förmigen Bauelementen Hohlkörper veränderlichen Querschnitts. An diesem Beispiel wird besonders deutlich, wie vielfältig die vorteilhafte Verwendungsmöglichkeit der V-förmigen Profilstäbe nach der Erfindung ist.

<°' Fig. 5 ist ein mit Bördelrändern 21 versehener V-Profilstab veränderlichen Querschnitts. Die Bördelränder können, wie gezeigt, stellenweise aufgezogen sein, etwa um breitere Lappen 16 an einzelnen Verbin-

■5 dungssteilen, insbesondere an Knotenpunkten, zu erhalten.

Fig. 6 zeigt, daß derartige, den Anschluß erleichternde Lappen 22 auch besonders an den Abbiegungen vorgesehen werden kön-

ao nen.

Fig. 7 veranschaulicht, wie zur Versteifung der Profilstege 23 und der Basiswand 24 besondere, ganz oder teilweise längsverlaufende Sicken 25 vorgesehen sein können.

Fig. 8 zeigt die Verbindung eines Rohranschlußstückes 26 mit einem erfindungsgemäßen V-Profilstab unter Verwendung eines Blechstreifens 27. An Trennstellen von Tragwerken oder Rümpfen von Flugzeugen können die sich hierfür besonders eignenden Kugelverschraubungen in der dargestellten Weise befestigt werden.

Fig. 9 zeigt, wie durch besondere Ausbildung der Basiswand 24 Flächen 28 am V-Profilstab zur Anpassung der Schmiege anderer Bauteile gebildet werden können.

Fig. 10 veranschaulicht eine ähnliche Anpassung der Basiswandung durch einen winkligen Querschnitt 29, um die Möglichkeit zu schaffen, zwei Bauteile 30 und 31 durch ein einziges Winkelblech 32 anzuschließen.

Fig. 11 ist ein aus zwei V-Profilstäben 33, 34 aufgebauter Trägergurt mit einem ge-

meinsamen Trägersteg 35. *

Fig. 12 ist im Gegensatz dazu ein Trägergurt, bei dem den beiden V-Profilstäben 33, 34 je ein besonderer Steg 36 zugeordnet ist, während die beiden V-Profilstäbe an ihren einander zugekehrten Abbiegungen miteinander verbunden sind.

Die Ausführungsformen nach den Figuren 11 und 12 mögen dann von Vorteil sein, wenn bei Anwendung nur eines V-Profilstabes Umfang und Wandstärke desselben so groß werden würden, daß die einfache Herstellung Schwierigkeiten macht.

Fig. 13 und 14 zeigen ein verhältnismäßig einfaches Herstellungsverfahren für die Pro-

fio filstäbe gemäß der Erfindung. Ein Werkzeug 37 von größerer Längsausdehnung ist mit einem entsprechend der gewünschten Querschnittsveränderung ausgebildeten nutenartigen Bett 38 versehen, dessen Querschnitt demjenigen des darin zu verformenden Ausgangsprofnstabs 39 von auf dessen Länge gleichbleibenden bzw. konstanten Öffnungswinkel und gleichbleibender Basisbreite entspricht. Der Ausgangsprofilstab 39 wird zweckmäßig in dem Bett 38 durch eine, sich auf dessen Länge erstreckende Zunge 40 festgehalten. Das Werkzeug 37 wird unter einem Stempel 41 durchgeschoben, der die freistehenden Enden der Profilstege abschnittsweise flanschförmig umlegt. An Stelle einer abschnittweisen Bearbeitung durch einen Stempel kann dieser Arbeitsvorgang auch durch eine sich um die Achse 42 drehende Walze 43 bewerkstelligt werden, wobei entweder die Walze über das Werkstück und Werkzeug hinweg oder das Werkstück und Werkzeug unter der Walze hindurch bewegt werden.

Fig. 15 zeigt, wie das mit einem konischen Bett 38 versehene Werkzeug 37 selbst zum Auswalzen eines V-förmigen Profilstabes 39 benutzt werden kann, indem der Ausgangswerkstoff hierzu durch eine Walze 44, die in der Pfeilrichtung um die Welle 45 drehbar ist und eine entsprechende Profilierung besitzt, ausgewalzt wird.

Fig. 16 zeigt einen ähnlichen Herstellungsvorgang, bei dem jedoch das Ausgangsstück 46 in das konisch ausgebildete Bett 38 des Werkzeugs 37 durch abschnittweises Eindrücken mit einem Stempel 47 seine V-förmige Profilierung erhält.

Fig. 17 veranschaulicht, wie die Abbiegungen 16 der V-förmigen Werkstücke 46 mit Randbördeln 21 versehen werden, wobei der >°° Teil 48 wieder ein Stempel oder eine Walze sein kann. Zwecks Vermeidung ungewünschter Formänderungen muß in diesem Falle, wie früher beschrieben, vorher eine Zunge 40 in den Profilstab eingelegt werden.

Fig. 18 und 19 zeigen, in welcher Weise der zu verformende Profilstab durch eine Zunge bzw. Halteschiene 40 im Werkzeug 37 festgehalten werden kann. Es sind zu diesem Zweck in der Halteschiene 40 eine Anzahl m> Bohrungen 49 vorgesehen, durch die eine Anzahl Schrauben 50 hindurchgeführt wird. Auf diese Weise kann die Halteschiene 40 mit dem Werkzeug 37 und dem dazwischen liegenden Profilstab V-förmigen und ver- ns änderlichen Querschnitts fest verschraubt werden. Da in dem zu verformenden Profilstab für spätere Anschlußzwecke sowieso Bohrungen vorgesehen werden müssen, ist es vorteilhaft, die Halteschiene 40 gleichzeitig als Lehre für diese Bohrungen auszubilden, indem deren Bohrungen 49 in den gleichen

Abständen voneinander angeordnet werden, in denen man die für den späteren Zusammenbau gewünschten Bohrungen vorsehen muß.

Fig. 20 zeigt für den Fall, daß man mehrere Werkstücke 51, 52, 53 zu längeren Einheiten zusammensetzen muß, die Möglichkeit, Profilstäbe beliebiger Länge herzustellen. Dieses Zusammensetzen mehrerer Werkstücke erfolgt zweckmäßig unter Zuhilfenahme von Zentrierungsmitteln 54 und Kraftübertragungsmitteln 55. Diese beiden Mittel finden zweckmäßig an jeder Stoßstelle gleichzeitig Verwendung. Die das Werkstück im Werkzeug festhaltenden Halteschienen können natürlich auch aus einzelnen Schienenstücken zusammengesetzt sein bzw. bestehen.
Die beschriebenen Herstellungsverfahren lassen erkennen, daß für kleinste und größte Stablängen die gleichen Werkzeuge benutzt werden können.

Claims (6)

Patentanspruch: Metallprofilstab für den Luftfahrzeugbau, gekennzeichnet durch die gleich- «5 zeitige Anwendung folgender, im einzelnen bekannter Merkmale:

1. V-förmiger Querschnitt;

2. Abbiegungen an den freien Rändern der Stege:

3. die Außenabmessungen des Querschnitts sind in der Längenerstreckung veränderlich;

4. die Winkel der V-Stege zueinander unmittelbar oder zu ihrer gemeinsamen Basis und diese selbst in ihrer Breite sind über die Längenerstreckung konstant :

5. die Wandstärke ist über die Länge und den Querschnitt gleichbleibend oder gegebenenfalls in einer der beiden Richtungen gleichmäßig abnehmend;

6. Herstellung des Metallprofilstabs aus einem einzigen Blechstreifen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen