DE2132446A1 - Sandwichplatte mit querkraftanschluss - Google Patents

Description

• Sandwichplatte mit Querkraftanschluß Die Erfindung bezieht sich auf Sandwichplatten mit Querkritanschlüssen wie sie im Flugzeug- und Raketenbau aus Gewichtsgründen bevorzugt angewendet werden. Die Anschlüsse von Sandwichplatten an querkraftaufnehmende oder querkrafteinleitende Beschläge bzw. andere Strukturteile sind hinsichtlich ihrer Steifigkeit und Festigkeit besonders problematisch.
• Sandwichplatten können Querkräfte nur durch den Sandwichkern fibertragen, der mit der KontaKtfläche des Querkraftanschlusses, dem Beschlag, verklebt ist. Die Deckhäute dienen lediglich der Aufnahme der Biegemomente und der Normalbelastung parallel zur Plattenebene. Es sind Sandwichplatten bekannt, deren Querkraftanschlüsse direkt mit dem Sandwichkern verklebt sind. Weiterhin sind QuerkraftanschlUsse mit Flanschen bekannt; diese Querkraftanschlüsse sind einerseits direkt mit dem Sandwichkern, andererseits über Flansche mit den Deckhäuten und dem Sandwichkern verbunden. Bei beiden Anschlußarten tritt ein größerer Querkraftanteil schon vor der Sandwichkernbeschiagverbindung in die Deckhäute aus. Die Querkräfte werden über die Deckhäute bzw. Flansche in den Beschlag geleitet. Dies führt zu sehr hohen Schubkräften und Biegemomenten in den Deckhäuten und an den Stoßstellen zwischen Flansch und Beschlag.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch einen Anschluß einen größeren Querkraftanteil direkt aus dem Sandwichkern in die Beschläge überzuleiten, um damit die Beanspruchung der Deckhäute und des Querkraftanschlusses in den Eckpunkten von Flansch und Beschlag zu vermindern. Erfindungsgemäß geschieht das dadurch, daß der Sandwichkern im Bereich des Querkraftanschlusses an einem Teil seiner den Deckhäuten zugewandten Klebefläche abgearbeitet ist.
• Eine Verbesserung der Erfindung wird dadurch bewirkt, daß zusätzlich zu den Abarbeitungen am Sandwichkern der Querkraftanschluß im Bereich der Anschlußstellen derart abgearbeitet ist, daß sich ein gemeinsamer Hohlraum vom Sandwichkern bis.in den Querkraftanschlußterstreckt.
• Man kann die Erfindung so ausführen, daß der Querkraftanschluß die Form eines U-Profils hat und den Sandwichkern unterhalb der Deckhäute umklammmert, wobei der Sandwichkern mit allen Kiammerinnenflächen verklebt ist, jedoch an den den Deckäuten zugewandten Klebeflächen zu einem Teil abgearbeitet ist.
• Eine weitere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Querkraftanschluß, der ein Doppel-T-Profil aufweist, mit jeweils einer Flanschebene.und zwischen Deckhaut und Sandwichkern eingefügt und verklebt ist und der Sandwichkern an diesen Klebeflächen zu einem Teil abgearbeitet ist, dagegen der Beschlag des Querkraftanschlusses, der hier als Verbindungssteg zwischen den Flanschen ausgeführt ist, allseitig mit dem Sandwichkern verklebt ist.
• Eine Lösung ist dadurch möglich, daß der blockförmige Querkraftanschluß und der Sandwichkern im Bereich der Anschlußstelle an ihren den Deckhäuten zugewandten Klebeflächen miteinander in Verbindung stehende Ilohlräume aufweisen, die sich der Länge nach parallel zu den Deckhäuten erstrecken und deren Breite etwa gleich der Deckhautdicke ist.
• Es ist hinsichtlich der Steifigkeit und Festigkeit besonders vorteilhaft, daß der blockförmige Querkraftanschluß zwei Flansche, die jeweils zwischen einer Deckhaut und dem Sandwichkern eingefügt und verklebt sind, und eine dazwischenliegende Stirnfläche aufweist, die nur mit dem Sandwichkern verklebt ist, wobei in den Eckpunkten zwischen Flansch- und Stirnfläche Aussparungen im Sandwichkern und im Querkraft anschluß angeordnet sind, die sich parallel zur Deckhautebene erstrecken und deren Breite der Deckhautdicke entspricht.
• Die in den ansprüchen gekennzeichneten Querkraftanschlüsse haben den Vorteil, durch eine Verminderung der Spannungskonzentration die statische und dynamische Tragfähigkeit von Sandwichplatten mit Querkraftanschlüssen zu steigern und damit eine Gewichtsreduzierung zu ermöglichen. Bei der Einleitung von Einzel- und Linienlasten in die Sandwichplatten oder bei Absetzen von Querkräften auf benachbarte Strukturteile wird der größere Teil der Querkräfte direkt aus dem Sandwichkern in den Beschlag übergeleitet, während die Deckhaut- und Flanschverbindung fast lastfrei bleibt. Die Abarbeitung des Sandwichkerns verhindert ein Über treten der Querkräfte vom Sandwichkern in die Flansche oder Deckhäute.
• Abarbeitungen an dem Querkraftanschluß selbst, die im Bereich der Anschlußstelle einen gemeinsamen Hohlraum mit den Abarbeitungen des Sandwichkerns bilden, verstärken zusätzlich das direkte Überleiten von Querkräften in den Beschlag. Hierdurch werden die Biege- und Schubspannungen in den Flanschen herabgesetzt.
• Zusätzlich wird durch die Erfindung die Fertigung von Querkraftanschlüssen vereinfacht, da eine genaue Anpassung des Sandwichkerns an die Kontur der Flansche und Beschläge und seiner Aussparungen entfällt.
• Vier Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert: Es zeigen Figur 1 Querkraftanschluß mit U-Profil Figur 2 Querkraftanschluß lit Doppel-T-Profil Figur 3 Querkraftanschluß mit Aussparungen Figur 4 Querkraftanschluß mit Aussparungen zwischen Flansch und Beschlag eines U-Profils Figur 1 zeigt einen querkrafteinleitenden Beschlag 1, der U-förmig ausgebildet ist und an dem eine Sandwichplatte, bestehend aus Deckhaut 2 und Sandwichkern 3, angeschlossen ist. Der Sandwichkern 3 ist durch eine Klebeschicht 4a mit der Innenfläche des Beschlags 1 verbunden. Zwischen Deckhaut 2 und Flansch 5 befindet sich Klebeschicht 4b. Durch Abschrägung des Sandwichkerns sind Hohlräume 6 entstanden.
• Figur 2 zeigt einen Querkraftansehluß, bestehend aus Beschlag 1 und Flanschen 5a bis d. Die Klebeschichten 4a und 4b befinden sich zwischen Sandwichkern und Querkraftanschluß und Deckhaut. Zwischen den .vier Flanschen un dem Sandwichkern sind Aussparungen 7 angeordnet.
• Figur 3 zeigt einen Querkraftanschluß 9 mit Absätzen 8, die zusammen mit dem durch die Abschrägung des Sandwichkerns entstandenen Hohlräume 6 eine Trennung von Sandwichkern und Querkraftanschluß einerseits und Deckhaut 2 andererseits im Ansehlußbereich bewirken. Klebeflächen 4a befinden sich zwischen Querkraftanschluß und Deckhaut 2 bzw. Sanduichkern 3.
• Figur 4 zeigt einen Querkraftanschluß 10 mit Anschlufiflansehen 11 und Aussparungen 12. Die Sandwichplatte hat zwei Aussparungen unterschiedlicher Tiefe, wobei die eine den ;Anschlußflansch 11 aufnimmt, während die zweite Aussparung 6 zusammen mit 12 einen gemeinsamen Hohlraum bildet. Die Klebeflächen 4a und 4b ziegeln wie in den vorgenannten Figuren beschrieben.
• Sandwichplatten nehmen Kräfte und Momente je nach Wirkungsrichtung in verschiedenen Sandwichschichten auf. So werden Normalkräfte parallel zur Plattenebene und Biegemomente überwi-egend durch die Deckhäute übertragen, während Querkräfte im Sandwichkern aufgenommen und weitergeleitet werden.
• Anschlüsse an Sandwichplatten sind daher durch zweierlei Merkmale gekennzeichnet: Erstens durch Übertragung der Normalkräfte aus den Deckhäuten in einen Beschlag oder Flansch mittels Klebeverbindung; zweitens durch Übertragung der Querkräfte aus dem Sandwichkern in einen Beschlag mittels Klebeverbindung. Beide Klebeflächen liegen räumlich eng beieinander, so daß die Querkräfte, die aus dem Sandwichkern kommen, nicht immer direkt in den Beschlag «gesetzt werden, sondern schon verher entweder in einen parallel zur Deckhaut verlaufenden Flansch oder in die Dckhaut selbst übertreten.
• Dieses führt in den dünnen Deckhäcten und schmalen Flanschen zu hohen Spannungskonzentrationen, die wiederum Schubkräfte und Biegemomente auslösen und die Festigkeitsgrenze des Beschlages überschreiten können.
• Dieser frühzeitige Querkraftübertritt wird erfindungsgemäß bei dem Querkraftanschluß durch Abarbeitungen zm Sandwichkern verhindert. Die Abarbeitungen verringern die zwischen Sandwichkern und Deckhaut bzw. Flansch wirksame Klebefläche und schaffen einen Hohlraum, der die Entfernung zwischen Sandwichkern-Beschlagverklebung und Sandwichkern-Deckhautverklebung vergrößert.
• Dadurch steht den Querkräften aus dem Sandwichkern eine geringere Übertrittsfläche in die Deckhaut- bzw. Flanschebene zur Verfügung. Es wird jetzt ein größerer Querkraftanteil direkt aus dem Sandwichkern in den Beschlag übergeleitet.
• In Figur 1 sind durch Abarbeitungen am Sandwichkern 3 Hohlräume 6 entstanden, die die Klebefläche zwischen Sandwichkern 3 und Flansch 5 verringern. Die Querkräfte werden direkt in den Beschlag 1 geleitet, die Normalkräfte parallel zur Plattenebene über die Deckhäute 2 und den Flanschen 5 in den Beschlag 1.
• Beim Doppel-T-Profil.des Querkraftanschlusses in Figur 2 sind die Abarbeitungen am Sandwichkern 3 keilfcrnlig ausgeführt.
• Die dadurch entstehenden Hohlräume 7 wirken aber -in gleicher Weise wie unter Figur 1 beschrieben. Sie verringern die Übertrittsfläche zwischen Sandwichkern 3 und Flanschen 5a bis d und. leiten somit einen größeren Querkraftanteil direkt in den Beschlag 1.
• Der in Figur 3 gezeigte flanschlose Querkraftanschluß 9 verringert die wirksame Querkraftübertrittsfläche noch weiter durch ADarbeit-ungen am Querkraftanschluß selbst. Der dadurch entstandene Hohlraum 8 wirkt zusammen mit dem vorher be schriebenen Hohlraum 6 am Sandwichkern auf die Querkraftüberleitung, die jetzt im Anschlußbereich allein von der Klebefläche zwischen Sandwichkern 3 und Querkraftanschluß 9 geschehen kann. Die dünne Deckhaut 2 vermag hier nur Normalkräfte zu übertragen.
• Diese unterstützende Maßnahme zur direkten Querkraftübertragung vom Sandwichkern in den Querkraftanschluß kann auch bei Querkraftanschlilssen mit Flansch durchgeführt werden.
• Figur 4 zeigt- eine solchen mit Hohlräumen 12 am Querkraftanschluß 10 und Hohlräumen 6 am Sandwichkern 3.
• Die Wahl der Form von Aussparung und Hohlräumen oder die Maße der Abarbeitungen ist grundsätzlich beliebig.

Claims (6)

A n s p r ü c h e

1.) Sandwichplatte mit Querkraftanschluß. dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sandwichkern in Bereich des Querkraftanschlusses an einem Teil seiner den Deckhäuten zugewandten klebeflächen abgearbeitet ist.

2. Sandwichplatte mit Querkraftanschluß nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zusätzlich zu den Abarbeitungen am Sandwichkern der Querkraftanschluß im Bereich der Anschlußstelle deai't abgearbeitet ist, daß sich ein' gemeinsamer Hohlraum vom Sandwichkern bis in den Querkraftanschluß erstreckt.

3. Sandwichplatte mit Querkraftanschluß nach Anspuch 1 oder 2, dadurch g e k e 3i n z e i c h n e t, daß der Querkraftanschluß (1) die Form eines U-Profils hat und den Sandwichkern (3) unterhalb der Deckhäute (2) unklammert, wobei der Sandwichkern (3) mit allen Klammerinnenflächen (4a) verklebt ist, jedoch an den den Deckhäuten zugewandten Klebeflächen (4 b) zu einem Teil abgearbeitet ist.

4. Sandwichplatte mit Querkraftanschluß nach Anspruch l oder 2, dadurch g c k e n n z e i c h n e t , daß der Querkraftanschluß (1) der ein Doppel-T-Profil aufweist, mit jeweils einer Flanschebene (5 a,b) und (5 c,d) zwischen Deckbaut (2) und Sandwichkern (3 )eingefügt und verklebt ist und der Sandwichkern (3) an diesen Klebelflächen (4 a) zu einem Teil abgearbeitet ist, dagegen der Beschlag des Querkraftanschlusses, der hier als Verbindungssteg zwischen den Flanschen ausgeführt ist, allseitig mit dem Sandwichkern (3) verklebt ist.

5. Sandwichplatte nit Ouerkraftanschluß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der blockförmige Querkraftanschluß (9) und der Sandwichkern (3) im Bereich der Anschlußstelle an ihren den Deckhäuten6?)zugewandten Klebeflächen miteinander in Verbindung stehende Hohlräume(8,6) aufweisen, die sich der Lange nach parallel zu den Deckhäuen(2)erstrecken und deren Breite etwa gleich der Deckhautdicke ist.

6. Sandwichplatte mit Querkraftanschluß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der blockförmige Querkraftanschlllß(lO)zwei Flansche (11), die jeweils zwischen einer Deckbaut (2) und dem Sandwichkern (3) eingefügt und verklebt sind und eine dazwischenliegende Stirnfläche aufweist, die nur mit dem Sandwichkern (3) verklebt ist, wobei. in den Eckpunkten zwischen Flansch und Stirnfi äche Aussparungen im Sandwichkern (6) und im Querkraftanschluß (12) angeordnet sind, die sich parallel zur Deckhautebenc erstrecken und deren Breite der Deckhautdicke entspricht.