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Herstellung von Hohlkörpern mit unter Zugvorspannung stehender gekrümmter
Haut und Herstellung von Beplankungen und Beplankungsteilen mit vorbestimmter Hautspannung
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Hohlkörpern aus Metall od. dgl.,
wie stromlinienförmige Rümpfe und Bootskörper von Flugzeugen, mit unter Zugvorspannung
stehender Haut und auf die Herstellung von Beplankungen und Beplankungsteilen mit
vorbestimmter Hautspannung.
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Es sind bereits allseitig gekrümmte Hohlkörper bekannt, deren Haut
aus einzelnen vorgeformten Streifen bzw. Teilen mit Längskantenverstärkungen zusammengesetzt
ist.
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Ein Zweck der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
der aus Bahnen oder Streifen von sich verjüngender oder anderer erforderlicher Form
bestehenden Schale von Hohlkörpern zu schaffen, bei welchem eine bleibende Verformung
bzw. eine Vorformung der Bahnen oder Streifen vor dem Zusammenbau nicht erforderlich
ist.
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Für die Herstellung von Flugzeugrümpfen wurde auch schon vorgeschlagen,
eine Metallschale mit doppelter Krümmung ohne Vorformung der einzelnen Teile dadurch
herzustellen, daß trapezförmige Profilbahnen und faßdaubenförmige Glattbahnen miteinander
abwechselnd auf eine Baulehre
bzw. Bauvorrichtung gelegt und auf
dieser durch Nieten oder Schweißen miteinander verbunden werden.
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Von diesem bekannten Vorschlag unterscheidet sich das Verfahren gemäß
der Erfindung zur Herstellung von Hohlkörpern aus Metall od. dgl. mit in Längsrichtung
oder in Längs- und Querrichtung gekrümmter, unter Zugvorspannung stehender Außenhaut,
die aus Streifen mit vor dem Zusammenbau verstärkten und beim Zusammenbau miteinander
verbundenen Längskanten besteht, dadurch, daß die einzelnen Streifen mit den verstärkten
Kanten vor dem Zusammenbau eine ebene Form aufweisen und erst bei dem Zusammenbau
verkrümmt werden, so daß dadurch die Außenhaut auf Zugvorspannung gebracht wird.
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Die Erfindung läßt sich insbesondere auf die Herstellung einer Schale
anwenden, die auf ihrer ganzen Länge kreisbogenförmige Querschnitte aufweist, ist
jedoch ebenso anwendbar auf die Herstellung einer Schale, bei der nur ein Teil des
Querschnitts an irgendeinem Punkt längs der Schale kreisbogenförmig ist.
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Der Grundgedanke der Erfindung läßt sich aber auch zum Herstellen
von Beplankungen bzw. Beplankungsteilen vorbestimmter Längs- und/oder Querkrümmung
mit beliebiger vorbestimmter Hautspannung, insbesondere für Flugzeugteile, verwenden.
Will man bei vorbestimmter Krümmung eine vorbestimmte Hautspannung erzeugen, so
werden gemäß der Erfindung an den Beplankungsteil bzw. Teil der Beplankung, bevor
diesem die gewünschte Krümmung gegeben wird, Hilfsversteifungen angebracht, wobei
das Profil der Hilfsversteifungsträger und ihre Anbringung so gewählt werden, daß
die neutrale Achse des Biegungsquerschnitts diejenige Lage hat, welche bei der Biegung,
die zur Herstellung der geforderten Krümmung erforderlich ist, die gewünschte Hautspannung
sicherstellt. Der mit Hilfsversteifungen versehene Beplankungsteil wird dann durch
Aufbringen von Kräften einer Baulehre, einer Rahmenkonstruktion od. dgl. angepaßt
und im gekrümmten Zustand an einer Rahmenkonstruktion od. dgl. oder an einem anderen
gekrümmten Beplankungsteil derart befestigt, daß die Hautspannung in dem Beplankungsteil
erhalten bleibt. Nach dem Zusammenbau werden dann die Hilfsversteifungsträger wieder
entfernt.
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Soll in der Haut eine erhöhte Zugspannung bei niedriger Druckvorspannung
in den an der Haut vorgesehenen Kanten- und anderen Verstärkungen erzielt werden,
so werden gemäß der Erfindung die Hilfsversteifungsträger auf der gleichen Seite
der Haut angebracht, auf der sich auch die Verstärkungen befinden. Soll dagegen
in der Haut eine niedrige Zugvorspannung bei im Verhältnis hohen Druckvorspannungen
in an der Haut vorgesehenen Verstärkungen erzielt werden, so werden gemäß der Erfindung
die Hilfsversteifungsträger auf der den Verstärkungen entgegengesetzten Seite der
Haut angebracht.
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Sollen in der Haut erhöhte Zugvorspannungen bei nur verhältnismäßig
sehr niedrigen Druckvorspannungen in an der Haut vorgesehenen Verstärkungen erzielt
werden, dann werden gemäß der Erfindung nach dem Verkrümmen an dem Beplankungsteil
zusätzliche, unbelastete Verstärkungen angebracht.
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Der hier verwendete Ausdruck Hohlkörper oder Schale bezieht sich nicht
nur auf Schalen von im Querschnitt geschlossener Form, sondern auch auf Schalen
von offener Form, wie Boote und ähnliche Konstruktionen, mit Oberflächen einfacher
oder insbesondere doppelter Krümmung, die ganz oder teilweise aus Zonen kreisbogenförmigen
Querschnitts gebildet sind. Aus der vorstehenden Betrachtung ergibt sich ferner,
daß die Krümmung nicht notwendigerweise eine nach außen gewölbte bzw. konvexe Form
aufweist, wie es bei den meisten Flugzeugrümpfen der Fall ist, sondern daß es sich
auch um eine eingezogene oder konkave Form handeln kann, wie es bei dem Kielabschnitt
eines Bootes oder eines Schwimmers für ein Wasserflugzeug der Fall ist.
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Zu weiteren Anwendungsgebieten der Erfindung gehören die Fälle, in
denen Spannungen in den Beplankungen von Tragflächen oder sonstigen Flugzeugteilen
mit gekrümmter Außenhaut, wie Ruder und Leitwerken, Laderaumklappen, Türen u. dgl.
erzeugt werden. Noch weitere Anwendungsgebiete sind die Herstellung beider Häute
von doppelwandigen Rümpfen oder ähnlichen Konstruktionen, von Motorengondeln sowie
auch von Windkanälen und anderen Konstruktionen mit gekrümmten Oberflächen, bei
denen eine glatte Innenhaut erforderlich ist.
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Das neue Verfahren wird im einzelnen folgendermaßen ausgeführt: Es
werden eine Anzahl im wesentlichen flacher Streifen aus Metall, Holz od. dgl. von
spitzzulaufender oder abgestumpfter Torpedoform oder anderer ebener Umrißgestalt
hergestellt. Diese werden, solange sie noch im flachen Zustand sind, mit Kantenverstärkungen
versehen, so daß die neutrale Achse des Querschnitts des kantenverstärkten Streifens
außerhalb des die Schale bildenden Teils des Streifens liegt. Die kantenverstärkten
Streifen werden dann auf eine Zusammenbauvorrichtung gebracht und durch örtlich
aufgebrachten Druck verformt, um sie sowohl in Längs- als auch in Querrichtung der
Baulehre anzupassen. Hierbei entsteht in den einzelnen Streifen eine Hautspannung.
Nachdem die benachbarten Streifen dann mittels ihrer verstärkten Kanten miteinander
verbunden sind, ist eine Schale entstanden, deren Haut unter Zugvorspannung steht.
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Die Streifen können auch nach dem " Verkrümmen und während sie sich
noch auf der Zusammenbaulehre befinden an Querspanten oder Querspantenteilen befestigt
werden. Die Streifen, die zur Bildung einer einheitlichen Schale oder eines Teiles
einer Schale zusammengebaut werden und aneinander befestigt werden sollen, können
alle dieselbe Ausgangsform haben oder die Schale kann aus zwei Arten von Streifen,
z. B. einer geringen Zahl von verhältnismäßig breiten, einander gleichen Streifen
und einer großen Zahl von schmalen, einander
gleichen Streifen
zusammengesetzt sein. In jedem Fall wird jedoch jeder Streifen, während er sich
noch in den im wesentlichen flachen Zustand befindet, mit verstärkten Kanten versehen
und erst beim Zusammenbau verkrümmt.
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Es kann beispielsweise bei der Herstellung der Schale eines stromlinienförmigen
Flugzeugrumpfes, der über seine ganze Länge im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt
hat, eine geeignete Anzahl streifenförmiger, sich über die gesamte oder nur über
einen Teil der Länge des Rumpfes erstreckende Segmente gleicher Außenform mit versteiften
Kanten verwendet werden. Bei Betrachtung in Längsrichtung kann die Oberfläche dieser
Segmente entweder so gekrümmt sein, daß sie sich dem veränderlichen Halbmesser des
Rumpfquerschnitts an sämtlichen Querschnitten entlang der Längsachse anpaßt, oder
sie kann auf die ganze Länge einen gemeinsamen Radius aufweisen oder sie kann auch
flach sein.
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Das neue Verfahren bietet nachstehende Vorteile: a) Die Notwendigkeit,
Bauteile mit doppelter Krümmung mit Hilfe langwieriger Handarbeit auf Modellen und
mittels Fallhammer und Gesenken in laufender Fertigung herzustellen, wird vollständig
ausgeschaltet; das gleiche gilt, wie bereits erwähnt, für kostspielige Reckeinrichtungen.
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b) Beim Annieten der Beplankungen an die Versteifungsteile ergibt
sich eine bessere Zugänglichkeit, und dort, wo es erwünscht ist, wird die Anwendung
des Punkt- oder Nahtschweißverfahrens in seinen verschiedenen Formen sowie die Anwendung
von Kittverfahren möglich. Da die verwendeten Streifen od. dgl. im allgemeinen in
Bezug auf eine Längsachse symmetrisch sein werden, kann eine einzige kombinierte
Preß- und Heizvorrichtung dazu verwendet werden, die Kantenversteifungen an die
Streifen od. dgl. anzukitten, während sich die Streifen in ebenem Zustand befinden.
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c) Die Beplankungen sämtlicher Segmente können nach einer gemeinsamen
Schablone geformt werden, da ihre Breite an einem beliebigen Punkt der Längsachse
in einem konstanten Verhältnis zum Gesamtumfang steht.
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d) Für die Beplankungen kann Streifenmaterial von geringerer als der
bisher für möglich gehaltenen Dicke verwendet werden, und da die üblichen Vor-Reckarbeiten
in den meisten Fällen ausgeschaltet werden, kann man Materialien höherer Qualität
verwenden.
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e) Da die Segmente in flachem Zustand fertiggestellt und danach beim
Zusammenbau in der Längsrichtung gebogen werden, um eine stromlinienförmige Gestalt
hervorzurufen, liegt die neutrale Achse innerhalb der äußeren Teile der Beplankungen,
was auf die Tiefe der verwendeten Versteifungen und die Krümmung der Beplankung
zurückzuführen ist; daher müssen die äußeren Teile der Beplankungen unter Spannung
kommen. Diese Vorspannung beseitigt alle Unregelmäßigkeiten oder Ausbeulungen oder
hat die Tendenz, solche Unregelmäßigkeiten oder Ausbeulungen zu beseitigen, und
sie erzeugt eine glatte Außenfläche, wodurch der aerodynamische Wirkungsgrad sowie
die Steifigkeit der einzelnen Felder unter Beanspruchung verbessert werden. Es ist
bekannt, daß dünne Schalenkonstruktionen regelmäßig unter Belastung dann Schaden
nehmen, wenn sich die Beplankungen infolge von Druck- und Scherbeanspruchungen ausbeulen.
Wird bei derartigen Konstruktionen eine Vorspannung vorgesehen und eine äußere Belastung
aufgebracht, wird die Zuglast auf der Zugseite vergrößert, was ungefährlich ist.
Auf derjenigen Seite jedoch, die infolge äußerer Belastung Druckkräfte aufzunehmen
hat, muß die gesamte konstruktiv vorgesehene Vorspannung zuerst vollständig durch
Gegenkräfte ausgeglichen werden, bevor die Beplankungstafeln beginnen, Druckkräfte
aufzunehmen. Es kann somit eine erhebliche Belastung auf die fertige Konstruktion
aufgebracht werden, bevor irgendein Teil der Beplankung beginnt, auf Druck beansprucht
zu werden. Die gleichen Bemerkungen gelten naturgemäß auch für unter Scherbeanspruchungen
stehende Tafeln.
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f) Im Falle einer Beschädigung irgendeines Teils, wobei es erforderlich
wird, Beplankungstafeln auszuwechseln, können neue Segmente je nach den Erfordernissen
eingebaut werden, und wenn notwendig, können verhältnismäßig große Flächen repariert
werden.
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g) Eine in den die hautartige Schale bildenden Streifen od. dgl. erzeugte
Spannung ruft eine vergrößerte Stabilität derjenigen Bauteile der Schale hervor,.
die auf Druck beansprucht werden. Wenn es erforderlich ist, einen bestimmten Teil
der Schale von einer Vorspannung freizuhalten, würde man jedem diesen Teil bildenden
Segment Kanten geben, die einander über die Länge des nicht vorgespannten Abschnitts
parallel sind, oder man kann einen getrennt hergestellten Abschnitt benutzen, der
späterhin mit den unter Spannung stehenden Teilen der Schale zusammengebaut wird.
Dieser nicht vorgespannte Abschnitt kann Fenster- und Türöffnungen aufweisen und
Tragflächenanschlüsse tragen.
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h) Es wird die Möglichkeit gegeben, die Spannung für eine gegebene
Krümmung dadurch zu variieren, daß man außen- oder innenliegende abnehmbare Versteifungen
anbringt, die nach der Fertigmontage wieder entfernt werden.
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i) Segmente oder Teile einer Schale können auf geeigneten Vorrichtungen
als getrennte Einheiten komplett mit den Kantenbauteilen hergestellt und im Zustand
einfacher Krümmung gelagert werden, um sie für dringende Reparaturarbeiten oder
für den Zusammenbau bereitzuhalten.
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k) Infolge der Glätte der hautartigen Schale im in Längsrichtung gebogenen
Zustand ergibt sich eine Verbesserung hinsichtlich des Aussehens und des aerodynamischen
Wirkungsgrades.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an. mehreren Ausführungsheis,pielen näher erläutert.
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Fig: r ist ein Grundriß eines aus einer Anzahl von mit profilierten
Kanten versehenen, flachen,
symmetrischen Metallstreifen zur Verwendung
bei der Herstellung des in den Fig. 9 und Io dargestellten stromlinienförmigen Rumpfes.
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Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Streifens, an dem die Kantenversteifungen
bereits angebracht sind. Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie III-III in
Fig. 2.
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Fig. 4 ist eine Teilansicht eines Endes eines mit Kantenversteifungen
versehenen Streifens nach dem Biegen in Querrichtung.
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Die Fig. 5 und 5 A sind schematische Darstellungen einer einzigen
kombinierten Preß- und Heizvorrichtung zum Ankitten beider Kantenversteifungen an
den in den Fig. I, 2 und 3 dargestellten Streifen.
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Fig. 6 ist eine Seitenansicht des mit Kantenversteifungen versehenen
Streifens nach dem Vorspannen zu einer Form mit doppelter Krümmung.
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Fig. 7 ist ein Querschnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 6.
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Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Streifens
mit doppelter Krümmung und zeigt die Verwendung von in Längsrichtung angeordneten
Zwischenversteifungen und Querversteifungen.
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Fig. 9 ist eine Seitenansicht eines stromlinienförmigen Rumpfes, der
dadurch gebildet wird, daß eine Anzahl von gleichen flachen Platten der in Fig.
I gezeigten Form auf einer Vorrichtung in Längs- und Querrichtung verformt und dann
miteinander verbunden werden.
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Fig. Io ist eine Stirnansicht mit Blick in Richtung des Pfeils X in
Fig. 9.
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Fig. II ist ein Querschnitt entlang der Linie XI-XI in Fig. 9.
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Fig. 12 ist eine weitere Ansicht, die die gegenseitige Verbindung
der mit Kantenversteifungen versehenen sowie in Längs- und Querrichtung verstärkten
Streifen zeigt sowie Mittel zur Befestigung einer aus einem Gewebe bestehenden Rumpfauskleidung
an den konstruktiv vorgesehenen Stellen erkennen läßt.
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Die Fig. 13, 14 und 15 sind schematische Darstellungen, die zeigen,
wie man die Lage der neutralen Achse der auf der Vorrichtung verformten Streifen
verändern kann.
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Die Fig. 16, 17 und 18 erläutern jeweils schematisch einen in Form
zweier in Querrichtung geteilter Hälften aufgebauten Rumpf, eine Triebwerkseinheit
und die Einschaltung der Triebwerkseinheit zwischen die beiden Hälften des in Querrichtung
geteilten Rumpfes.
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Fig. I9 stellt die Abschnitte des nach Fig. 18 aus Teilen zusammengesetzten
Rumpfes in auseinandergezogener Form dar.
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Fig. 2o stellt in schematischer Weise dar, wie sich das gleiche Bauverfahren
auf eine doppelwandige Gondel für ein Düsentriebwerk anwenden läßt, wobei glatte
Außen- und Innenflächen erforderlich sind.
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Fig. 2I zeigt, wie ein Rumpf in der Form von zwei in Längsrichtung
geteilten Hälften aufgebaut werden kann. Fig. 22 ist eine perspektivische Darstellung
einer Bauvorrichtung, die zur Herstellung einer der in Fig. 21 gezeigten Rumpfhälften
geeignet ist.
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Fig. 23 ist eine perspektivische Darstellung einer Zusammenbauvorrichtung,
die zum Zusammenbau der beiden Hälften des in Fig. 2I gezeigten in Längsrichtung
geteilten Rumpfes geeignet ist.
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Fig. 24 ist eine perspektivische Darstellung einer Bauvorrichtung,
die zur Herstellung des unteren Teils eines Flugzeugkörpers oder -schwimmers mit
negativer Krümmung geeignet ist.
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Fig. 25 ist ein schematischer Querschnitt eines Flugzeugkörpers oder
-schwimmers mit einem mit negativer Krümmung versehenen Bodenteil.
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Fig. 26 ist ein schematischer Querschnitt eines Bootskörpers mit einem
Deck, das negative Krümmungen aufweist.
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Fig. 27 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Verwendung
bei der Herstellung einer in Querrichtung geteilten Konstruktion der in den Fig.
16 bis I9 dargestellten Form.
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Die Fig. 28 und 29 zeigen zwei weitere Rumpfquerschnitte der »geschlossenen«
Form.
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Die Fig. 3o und 31 sind schematische Darstellungen eines Rumpfes der
sogenannten Doppelblasenform, wobei Fig. 31 einen Querschnitt entlang der Linie
XXXI-XXXI in Fig. 3o darstellt.
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Fig. 32 ist ein schematischer Querschnitt einer Vorrichtung, die zur
Herstellung eines Rumpfes der Doppelblasenbauart verwendet wird.
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Fig. 33 ist eine perspektivische Darstellung eines nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Flugzeugschuppens.
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Fig. I zeigt im Grundriß einen aus einer Anzahl gleicher Streifen
I, die verwendet werden, um die Beplankung des schalenartigen Körpers des in den
Fig. 9 und Io dargestellten stromlinienförmigen Rumpfes zu bilden, wobei die Beplankung
bei dieser besonderen Ausführung ausschließlich aus Streifen der einen dargestellten
Form aufge-baut ist. Die Möglichkeit, einen Hohlkörper aus einer Anzahl gleicher
Streifen von ein und derselben Form, die i sämtlich zusammen nach einer gemeinsamen
Schablone zugeschnitten werden können, aufzubauen, erspart Zeit, Arbeit und .Material
und erleichtert die Fertigung wesentlich. Jeder Streifen i ist in bezug auf eine
Längsachse A-A symmetrisch, und an den eine nach außen gekrümmte Kontur aufweisenden
Längskanten 2 sind Kantenversteifungen 3 von beliebigem geeignetem Querschnitt bleibend
befestigt.
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In Fig. 3 sind die bleibend befestigten Kantenversteifungen als aus
U-Profilen bestehend dargestellt; jede Anlagefläche der Versteifungen muß mit der
noch ebenen Beplankung einen rechten Winkel bilden, um zu gewährleisten, daß sich
jede Längsversteifung über ihre ganze Länge an das entsprechende Profil des nächsten
Segments einwandfrei anlegt, wenn das Segment gemäß Fig.7 auf der Zusammenbauvorrichtung
endgültig verformt worden ist.
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Zusätzlich zu den bleibend befestigten Kantenversteifungen 3 sind
an dem Streifen i auf der
gleichen Seite, auf der die Versteifungen
3 liegen, eine Anzahl von Rahmensegmenten 4 angebracht; diese Rahmensegmente 4 sind
ebenfalls unter verschiedenen Winkeln angeordnet, um zu gewährleisten, daß sämtliche
in Umfangsrichtung ausgerichteten Rahmensegmente 4 dann, wenn der Streifen. I in
Längsrichtung gebogen wird, um ihn an die Vorrichtung, auf der die Schale aufgebaut
wird, anzupassen, in der gleichen Ebene liegen, und zwar senkrecht zu der Längsachse
B-B des Rumpfes, die in Fig. 9 angedeutet ist. Jedes Rahmensegment 4 ist somit unter
einem veränderlichen Winkel b (Fig. 4) angeordnet, wobei dieser Winkel b im wesentlichen
die gleiche Größe aufweist wie der Winkel b1 zwischen der Querebene eines aus den
miteinander fluchtenden Rahmensegmenten 4 gebildeten Rahmenbauteils und der Tangente
an der Längskrümmung des Rumpfes im Bereich eben dieses Rahmenbauteils. Um die Anbringung
der Rahmensegmente 4 an dem flachen Streifen I an den richtigen Stellen zu erleichtern,
werden in dem noch flachen Streifen I Paßlöcher 5 angebracht. Die Paßlöcher 5 jeder
Gruppe solcher Löcher, wobei für jedes Rahmensegment eine Gruppe von Löchern vorgesehen
ist, sind auf einem Lochkreis vom Radius r angeordnet; der Lochkreisradius r ist
am kleinsten für die den Enden 6 des Streifens benachbarten Gruppen von Löchern
und vergrößert sich für diejenigen Gruppen von Löchern, die in Richtung der Längsachse
des Streifens weiter nach innen angebracht sind; der Krümmungsmittelpunkt für den
Lochkreis für die in der Mittelebene C-C vorgesehene Gruppe von Löchern befindet
sich im Unendlichen. Die Enden 6 des Streifens sind mit einem konkaven Profil versehen,
so daß die Kanten in zur Rumpfachse B-B senkrechten Ebenen liegen, wenn der Streifen
so verformt wird, daß er eine doppelte Krümmung aufweist.
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Fig. 6 zeigt den mit Kantenversteifungen versehenen Streifen I in
der mit doppelter Krümmung versehenen Form, wobei die Linien b2 die von den Rahmensegmenten
4 eingenommenen parallelen Ebenen andeuten, wenn der Streifen I auf einer Vorrichtung
in die doppelt gekrümmte Form gebracht worden ist. Die Punkte, an denen kräftiger
ausgeführte Rahmenbauteile 7 (Fig. 9), die insbesondere im Bereich der Tragflächenanschlüsse
verwendet werden, angebracht sind, sind in Fig. 6 durch die Linien c angedeutet.
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Zwischen den Kantenversteifungen 3 können an jedem Streifen Längsversteifungen
8 befestigt werden; in denjenigen Bereichen, wo, wie in Fig. 9 bei d angedeutet,
die Zahl der Längsversteifungen infolge der Verjüngung des betreffenden Streifens
verringert wird, können sich die Längsversteifungen über eine gewisse Länge überlappen.
Die Längsversteifungen 8, die durch Lücken 9 in den Rahmensegmenten 4 hindurchgehen,
können einen Hutquerschnitt aufweisen. Die Kantenversteifungen 3, die Rahmensegmente
4 und die Längsversteifungen 8 werden nach einem beliebigen geeigneten Verfahren,
beispielsweise durch Nieten, Punktschweißen, Nahtschweißen oder Kitten, an dem Streifen
I befestigt. Ein bequemes Verfahren besteht darin, zuerst die Kantenversteifungen
an den noch flachen Beplankungen in der richtigen Lage durch Kitten, Nieten oder
Schweißen zu befestigen und dann die Rahmensegmente durch Schrauben, Nieten oder
Schweißstellen an dem Streifen anzubringen, wodurch den Beplankungen die erforderliche
Krümmung in Querrichtung gegeben wird. Die Fig. 5 und 5 A zeigen schematisch, wie
die mit Ausnehmungen versehenen oberen und unteren Formstücke Io und II einer einzigen
kombinierten Presse und Vorrichtung benutzt werden können, um Druck und Hitze zum
Zwecke des Verkittens auf das flache Blech und die Kantenversteifungen 3a an den
gegenüberliegenden Längskanten eines Streifens I dadurch aufzubringen, daß man den
Streifen zwischen den beiden Arbeitsgängen umdreht. Nebenbei sei erwähnt, daß die
Fig. 5 und 5 A die Verwendung von Kantenversteifungen mit Hutprofil an Stelle der
weiter oben beschriebenen Versteifungen 3 mit U-Profil darstellen. Man wird erkennen,
daß derartige beheizte Pressen eine Krümmung lediglich in einer Ebene aufzuweisen
brauchen, da derArbeitsgang an den noch flachen Streifen ausgeführt wird.
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Die in Umfangsrichtung ausgerichteten Rahmensegmente 4, die die in
Querrichtung angeordneten Rahmenbauteile des Rumpfkörpers bilden, können an ihren
benachbarten Enden auf beliebige Weise miteinander verbunden werden. Fig. i i zeigt,
auf welche Weise die bleibend befestigten Kantenversteifungen 3 miteinander verbunden
werden, um Bauteile zu bilden, die den im Rumpfbau gewöhnlich verwendeten einteiligen
Längsträgern gleichwertig sind; ferner zeigt Fig. ii, auf welche Weise eine Schottwand
1a an den Rahmensegmenten 4" befestigt wird; weiterhin sind Beplankungsstreifen
i zu erkennen, die mit Längsversteifungen 8d, deren Form von den in Fig. 8 dargestellten
Längsversteifungen abweicht, versehen sind. Fig. 1a zeigt als Beispiel andere Formen
der Rahmensegmente 4b, der Längsversteifungen 8b, der bleibend befestigten Kantenversteifungen
3b und 3b1 sowie ein Verfahren zum Spannen einer Gewebeauskleidung 13 mit
Hilfe von Klemmstangen 14, die an dazu passend ausgeführten Versteifungen befestigt
werden, wobei diese Klemmstangen gleichzeitig die Rahmen 4b fortlaufend verbinden.
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Das in der Praxis bei der Herstellung eines Hohlkörpers ähnlich der
bereits beschriebenen Rumpfbauart angewandte Verfahren besteht darin, daß man die
Kantenversteifungen und Rahmensegmente sowie, wenn erforderlich, die Längsversteifungen
an dem Streifen anbringt und dann so vorbereitete Streifen auf eine geeignete Vorrichtung
aufsetzt, auf welcher der vorbereitete Streifen, der infolge der Anbringung der
Rahmensegmente eine Krümmung in Querrichtung aufweist, dadurch festgehalten wird,
daß man einige Rahmensegmente zeitweilig an der Vorrichtung befestigt.
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Dann wird auf den vorbereiteten Streifen eine Belastung aufgebracht,
um die vorbereiteten Streifen der Vorrichtung anzupassen, wodurch die erforderliche
Krümmung in Längsrichtung herbeigeführt
wird; schließlich werden
die benachbarten Kantenversteifungen der so verformten vorbereiteten Streifen miteinander
verbunden, um eine vollständig einheitlich aufgebaute Schale mit doppelter Krümmung
zu bilden.
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Man wird leicht erkennen, daß die Erzeugung einer doppelten Krümmung
in einem vorher vorbereiteten Streifen mit Krümmung in Querrichtung dadurch, daß
man den vorbereiteten Streifen in Längsrichtung verformt, Spannung in den äußeren
oder mittleren Flächen der Beplankung und Druck in den Kantenversteifungen hervorruft.
Aus Gründen, die hier nicht näher ausgeführt zu werden brauchen, erscheint es wünschenswert,
daß man in der Lage ist, die Größenordnung dieser Zug- und Druckspannungen im Rahmen
einer gegebenen Krümmung in Längsrichtung in gewissem Umfang zu beeinflussen.
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Wenn es z. B. erforderlich ist, in der Beplankung ein Feld mit hoher
Zugspannung hervorzurufen, die Druckkräfte in den seitlichen Bauteilen jedoch klein
zu halten, so kann dies dadurch geschehen, daß man die neutrale Achse des betreffenden
Abschnitts so weit von der Kontur der Beplankung entfernt, wie es erforderlich ist.
Dies geht insbesondere aus Fig. 13 hervor, die schematisch die Lage der neutralen
Achse xy bei normaler Anordnung sowie die Verlagerung der neutralen Achse nach unten
in die linie x1-y1 zeigt, wobei diese Verlagerung dadurch erfolgt, daß man an den
bleibend befestigten Kantenversteifungen 15 des Streifens i zeitweilig Hilfskantenversteifungen
16 anbringt. Im Gegensatz hierzu kann es, wie in Fig. 14 dargestellt, erwünscht
sein, in der Beplankung ein Feld mit niedriger Zugspannung und mit hoher Druckspannung
in den Kantenversteifungen 15 hervorzurufen; dies kann dadurch geschehen, daß man
an dem Streifen oberhalb der erwähnten Versteifungen 15 zeitweilig Hilfsversteifungen
17 anbringt und dadurch die neutrale Achse nach oben in die Linie x2-y2 verschiebt.
Normalerweise scheint bei auf Biegung beanspruchten Konstruktionen der Idealfall
darin zu bestehen, daß man eine hohe Zugspannung in der Beplankung vorsieht, während
die druckbeanspruchten Teile anfänglich nicht beansprucht werden. Ein derartiger
Zustand kann dadurch erzielt werden, daß man die neutrale Achse, wie in Fig. 15
dargestellt, noch weiter nach unten bis in die Linie x3-y3 verschiebt, indem man
Hilfsversteifungen 18 verwendet und an der vollständigen Schale Längsträger I9 anbringt,
welch letztere nicht vorgespannt sind. Die Hilfsversteifungen können bei ihrer Biegung
in Längsrichtung den größeren Teil der an den Kanten des Streifens erforderlichen
Festigkeit liefern. Es wird als wünschenswert betrachtet, die Verwendung einer Längsverstärkung
in der Zone der Hauptspannung in der Beplankung, d. h. unter der Wölbung der Beplankung,
zu vermeiden, da man festgestellt hat, daß eine an dieser Stelle angebrachte Längsverstärkung
Zugspannungen ansammelt; es ist vielmehr vorzuziehen, dafür zu sorgen, daß die Beplankung
die gesamte auf den vorbereiteten Streifen aufgebrachte Zugspannung auf sich vereinigt.
Dementsprechend müssen die Längsverstärkungen, wenn irgend möglich, symmetrisch
zu der Längsmittelachse des Streifens angeordnet werden, wie es in den Fig. 8 und
i i dargestellt ist, und nicht etwa in der Mitte, wie es in Fig. 12 gezeigt ist,
wenn auch gemäß Fig. g in den schmaleren Abschnitten der Streifen mittig angeordnete
Längsverstärkungen erforderlich sein können. Es ist jedoch möglich, daß man in vielen
Fällen auf die Längsverstärkungen völlig verzichten kann; dies hängt jedoch offensichtlich
von der mittleren Breite des Streifens, der aufgebrachten Belastung und anderen
Faktoren ab.
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Durch Versuche ist nachgewiesen worden, daß eine Schale, die infolge
einer Verformung durch doppelte Krümmung in ihrer Beplankung Zugspannungen aufweist,
eine sehr viel höhere Last aufnehmen kann als eine aus vorgeformten Tafeln aufgebaute
Schale. Man nimmt an, daß Beanspruchungen durch Druck- und Scherkräfte die Hauptursache
für das Ausbeulen darstellen, und dies wird durch Verwendung einer durch Zugspannungen
vorgespannten Beplankung vermieden. Dementsprechend muß die absichtliche Einführung
von Zugspannungen vorbestimmter Größe in eine Schale, bei der diese Zugspannungen
durch Aufbringung einer Belastung vollständig entfernt werden müssen, bevor eine
Druckbeanspruchung einsetzt, für eine gegebene Belastung zu einer Verringerung des
Baugewichts führen.
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Statt einen Rumpf herzustellen, der mit Ausnahme einer davon getrennten
Rumpfnase und eines davon getrennten -Schwanzstücks die Form eines einheitlichen
Körpers aufweist, kann man den Rumpf in Querrichtung unterteilen und ihn aus zwei
oder mehr Abschnitten zusammensetzen, die getrennt auf Vorrichtungen hergestellt
und dann zusammengefügt werden. Wenn der Rumpf in Bezug auf eine durch die Mitte
der Längsachse gehende Querebene symmetrisch ist, wie es in Fig. I6 dargestellt
ist, können zwei gleiche Hälften 2o und 20A (Fig. 18) auf der gleichen Vorrichtung
hergestellt und danach zusammengefügt werden. Dieses Verfahren zur Herstellung von
Hohlkörpern in Form von in Querrichtung unterteilten Abschnitten erleichtert .die
Herstellung von Rümpfen in einer Reihe verschiedener Formen. So kann z. B. eine
Düsentriebwerksanlage mit einer zylindrisch geformten Ummantelung 21 (Fig. 17) von
gleichem Umfang und gleicher Querschnittsform wie die größeren Enden der Rumpfhälften
2o und 2oA nach Fig. 16 in der in Fig. 18 gezeigten Weise zwischen die- beiden Hälften
so eingesetzt werden, daß sich die Düse 22 der Düsentriebwerksanlage in die hintere
Hälfte 2oA erstreckt. Die vordere Hälfte 2o kann mit einer Rumpfnase 23 sowie gewölbten
Abschlußwänden 24 und 24A, wie sie in Fig. ig deutlich dargestellt sind, versehen
werden, um eine Druckkabine zu bilden. Die vordere Hälfte 2o der Schale kann mit
einer Führersitzöffnung 25 versehen werden, oberhalb welcher dann eine Haube 26
angebracht werden kann. Fig. ig zeigt eine andere Ausbildung des Mittelabschnitts
27 mit Schlitzen
27A zum Anschluß der Tragflächen. Führersitzöffnungen,
Türöffnungen, Tragflächenanschlußschlitze u. dgl. können ausgeschnitten werden,
nachdem die Schale durch Verformung von Streifen auf einer Vorrichtung hergestellt
worden ist, und zwar ohne daß die Verteilung der Kräfte in der vorgespannten Beplankung
gestört wird.
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Die bereits beschriebenen Ausführungsarten von Hohlkörpern beruhten
ohne Rücksicht darauf, ob diese Hohlkörper als vollständige Einheiten oder in Form
von in Quer- oder Längsrichtung unterteilten Hälften oder Abschnitten hergestellt
werden, auf der Verwendung von bleibend befestigten Versteifungen, Längsverstärkungen
und Rahmensegmenten, wobei alle diese Bauteile innerhalb der die Beplankung bildenden
Streifen angeordnet waren; diese Anordnung muß jedoch nicht notwendigerweise eingehalten
werden, und, wenn erwünscht, können diese Bauteile auf der Außenseite der Streifen
angeordnet werden, wie es in Fig. 2o dargestellt ist, die zeigt, wie eine doppelwandige
Konstruktion in Form einer Düsentriebwerkszelle hergestellt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbau von Hohlkörpern kann auch
bei Konstruktionen angewandt werden, die sich aus zwei in Längsrichtung geteilten
Abschnitten 28 und 28A, die nachträglich zusammengefügt werden, zusammensetzen.
Der Aufbau eines stromlinienförmigen Rumpfes aus in Längsrichtung geteilten Hälften
ist an sich bekannt, und seine Vorteile werden anerkannt, was sich insbesondere
auf den leichten Einbau der Ausrüstung in die Rumpfhälften vor dem Zusammenfügen
derselben bezieht. Man hat es jedoch früher als notwendig betrachtet, bei den aus
vorgeformten Tafeln aufgebauten Rumpfhälften verhältnismäßig kräftig ausgeführte
Schottwandhälften zu verwenden; .andererseits bietet das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung solcher Rumpfhälften eine bessere Zugänglichkeit, da es nach dem
Abnehmen der Rumpfhälfte (Fig. 2I) von der Bauvorrichtung lediglich erforderlich
ist, die Rumpfhälfte mit schlanken., in Querrichtung angeordneten Abstandsstücken
29 zu versehen, um der Neigung der Schalenwände, sich entlang der Längsachse zusammenzubiegen,
entgegenzuwirken. Ferner werden an den Enden der Rumpfhälfte starke Halbrahmen 3o
angebracht, um der Neigung der Schale, sich an den Enden aufzuspreizen, entgegenzuwirken.
Die Abstandsstücke 29 und die an den Enden angebrachten Rahmen 30 können
nach dem Zusammenfügen der beiden Rumpfhälften wieder entfernt werden.
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Die zur Herstellung von Hohlkörpern gemäß der Erfindung verwendeten
Vorrichtungen können den . jeweiligen Anforderungen entsprechend abgeändert werden;
die hier zu beschreibenden Vorrichtungen gelten lediglich als Beispiele für zahlreiche
mögliche Ausführungsformen. Die in Fig. 22 dargestellte Vorrichtung, die zur Verwendung
bei der Herstellung einer Rumpflängshälfte 28 oder 28A der in Fig. 2I dargestellten
Form geeignet ist, umfaßt einen offenen waagerechten Rahmen 31 mit in bestimmten
Abständen angeordneten Querstangen 32, die zur Unterstützung einer Anzahl von halbkreisförmigen
Platten 33, deren Lage durch eine Längsstange 34 bestimmt wird, dienen. Die freien
Räume zwischen den Stangen 32 bieten freien Zugang für Nietarbeiten. Diese Vorrichtung
kann so abgeändert werden, daß der Rahmen 3i und die Stangen 32 sich an Stelle der
dargestellten waagerechten Lage in senkrechter Lage befinden. Fig. 23 zeigt eine
Vorrichtung, die aus an einer Welle 36 befestigten Segmentscheiben 35 besteht. Diese
Vorrichtung ist zur Herstellung eines einheitlichen Rumpfes der in Fig. 9 dargestellten
Art oder zum. Zusammenbau zweier Rumpfhälften 28 und 28A nach deren Herstellung
auf der in Fig. 22 dargestellten Vorrichtung geeignet. Die Segmentscheiben 35 werden
zerlegt, nachdem der zusammengebaute Rumpf mit Hilfe von Sprengnieten oder anderen
Befestigungsmitteln leicht angeheftet worden ist, woraufhin freier Zugang zum Rumpfinnern
für das endgültige Nieten, Schweißen oder Verschrauben besteht.
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Bei den. hier insbesondere beschriebenen Hohlkörpern handelte es sich
um solche von kreisförmigem Querschnitt, die ausschließlich aus nach außen gewölbten
oder konvexen Flächen zusammengesetzt waren; wie bereits erwähnt, ist die Erfindung
jedöch nicht .auf die Herstellung von Körpern derartiger Form beschränkt. Fig. 24
zeigt beispielsweise eine Vorrichtung, die zur Herstellung eines Hohlkörpers »offenen«
Querschnitts geeignet ist, wobei dieser Querschnitt nach innen gewölbte oder konkave
Flächen mit doppelter Krümmung aufweist, die dadurch hergestellt werden., daß man
in Querrichtung gekrümmte und mit Kantenversteifungen versehene Streifen so verformt,
daß sie sich an die symmetrisch konkav geformten Platten 37 anlegen. Ein Körper
dieser Ausführungsform kann den Kielabschnitt 38 eines Bootskörpers oder Schwimmers
mit kreisbogenförmigem Oberteil 39
bilden., wie es in Fig. 25 schematisch
dargestellt ist. Umgekehrt. kann ein solcher Körper mit nach innen gewölbten Wänden
das Deck 38A eine stromlinienförmigen Bootskörpers 39A mit kreisbogenförmigem Querschnitt
gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 26 bilden. Fig. 27 zeigt schematisch
eine aus Hälften aufgebaute Vorrichtung, bei der jede der beiden Hälften im wesentlichen
die gleiche Ausführung aufweist wie die in Fig. 23 dargestellte Vorrichtung; diese
Vorrichtung ist dazu geeignet, in Querrichtung geteilte Körper entsprechend Fig.
18 herzustellen, zusammenzubauen und wieder abzunehmen, ohne die Vorrichtung zu
zerlegen. Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß die Beplankun, gen der gemäß der
Erfindung hergestellten. schalen: artigen Körper nicht notwendigerweise kreisförmigem
Querschnitt aufweisen, sondern daß sie kreis= bogenförmigen Querschnitt aufweisen.
können, wie es bei. dem Schwimmerkiel in Fig. 25 und bei dem Bootsdeck in Fig. 28
der Fall ist. Ferner brauchen die Streifen oder Tafeln, aus denen. sich diese Körper
von kreisbogenförmigem Querschnitt zusammensetzen, nicht sämtlich die gleiche Form
aufzuweisen.
Die Fig. 28 und 29 zeigen jeweils als Beispiele Rumpfausführungen
von im wesentlichen dreieckigem oder abgerundet-dreieckigem Querschnitt sowie von
im wesentlichen quadratischem Querschnitt. Bei jeder dieser Ausführungen. werden
Seitentafeln 40 von verhältnismäßig großer mittlerer Breite verwendet, die mit Eckstreifen
41 geringerer Breite abwechseln. Die Tafeln 4o werden zweckmäßig in der bereits
beschriebenen Weise hergestellt, das heißt .dadurch, daß man die Biegung in Querrichtung
durch Anbringen von Rahmensegmenten und die Biegung in Längsrichtung durch erzwungene
Verformung zur Anpassung an, eine Bauvorrichtung herbeiführt. Die Eckstreifen 41
können, in ähnlicher Weise hergestellt werden; es ist jedoch vorzuziehen, diese
Eckstreifen mit Hilfe bereits bekannter Verfahren vorzuformen.
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Die Fig. 30 und 31 verdeutlichen die vielseitige Anwendbarkeit des,
erfindungsgemäßen Verfahrens noch weiter; sie zeigen die Anwendung des Verfahrens
auf die Herstellung eines Rumpfes mit dem sogenannten »Doppelblasen« -Querschnitt.
Eine Konstruktion dieser Form kann dadurch hergestellt werden, daß man die oberen
und unteren. in. Längsrichtung und in waagerechter Richtung unterteilten Hälften
42 getrennt aufbaut, wobei jede Hälfte einen kreisbogenförmigen Querschnitt aufweist
und nach dem bereits beschriebenen Verfahren mit doppelter Krümmung versehen wird.
Mittschiffs bzw. an der am Punkte des größten Umfangs gelegenen Querebene kann der
Krümmungsmittelpunkt des Halbmessers R gemäß Fig. 31 um eine merkliche Strecke von
der waagerechten Trennebene P entfernt sein, um sich., wie durch die Mittellinien.
L in Fig. 3o angedeutet, nach und nach in Richtung auf das Ende der Rumpfhälfte
dieser Ebene P zu nähern. Eine Vorrichtung zur Herstellung der Rumpfhälfte 42 ist
in Fig. 32 schematisch dargestellt; diese Vorrichtung umfaßt quadratische Schablonenplatten
43, die in gewissen Längsabständen angebracht sind und den in Fig. 22 dargestellten
Teilen ähneln. Die Rahmensegmente 44 der Rumpfhälfte 42 werden durch Befestigungsanschlüsse
45, die an den Ecken der Schablonenplatte 43 angebracht sind, in der vorgeschriebenen
Lage gehalten. Vorher können Zuganker 46 angebracht werden, um zu verhindern, daß
sich der Körper aufspreizt, wenn die Schablonenplatten entfernt werden. Aus der
vorstehenden Beschreibung von Konstruktionen, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Verfahrens hergestellt werden können, ist für den Fachmann leicht zu erkennen, daß
man noch zahlreiche andere Hohlkörper in Blechkonstruktion nach diesem Verfahren
herstellen kann. Die Flugzeugindustrie liefert zahlreiche weitere Beispiele für
derartige Konstruktionen, darunter, Tragflügel und andere aerodynamische Profile,
Windkanüle, Motorengondeln, Kraftstoffbehälter und Flugzeugschuppen. Ein typisches
Beispiel für derartige Konstruktionen ist die Abdeckung einer Flugzeugschuppenkonstruktion
gemäß Fig. 33; diese Konstruktion umfaßt eine Reihe von Reifeneinheiten 47, deren
jede mit doppelter Krümmung von kreisbogenförmigem Profil versehen ist., wobei diese
Einheiten zusammengefügt werden., um die vollständige Konstruktion zu bilden..