DE2926493C2

DE2926493C2 - Strebe für Längszug und -druck

Info

Publication number: DE2926493C2
Application number: DE2926493A
Authority: DE
Inventors: Jochen Ing.(grad.) 8060 Dachau Glissmann; Herbert Dr.phil. 8000 München Heißler; Horst Dr.-Ing. 8080 Fürstenfeldbruck Wurtinger
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MT Aerospace AG
Priority date: 1979-06-30
Filing date: 1979-06-30
Publication date: 1982-09-09
Also published as: DE2926493A1; GB2054083B; GB2054083A; CH647833A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der durch die DE-OS 26 19 257 bekannten Strebe dieser Art sind bei der rohrförmigen Bewicklung die Verstärkungsfasern schraubenlinienförmig gewickelt und die Enden konisch verlaufend, und es wird die Möglichkeit. Längskräfte in die Bewicklung (Faserverbundwerkstoff) einzuleiten, ausschließlich durch die Druckkappe erreicht, die die Bewicklungsenden an der Zugkappe einklemmt. Aufgrund von Kriechverformungen infolge des erforderlich hohen Klemmdrucks sowie infolge der Querkontraktion t,_ej Zugbelastung besteht die Gefahr, daß im Lauf der Zeit, insbesondere bei Wechselbelastungen, die Klemmverbindung sich locken und dadurch die Sicherheit der Kraftübertragung herabgesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strebe entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, be! der eine größere Sicherheit der Kraftübertragung bzw. AüsnUtzbarkeit der Längsfestigkeit der Bewicklung (Faserverbundwerkstoff) auch bei langfristigen Betriebsbelaslungen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindüngsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten

Merkmale gelöst.

Bei dieser Strebe gibt es bei der Bewicklung keine Klemmverbindung mehr. Es sind Fasern, die zwischen jenen Polkappen längs verlaufen, über die Polkappen geführt, wobei ganz bestimmte Faserumlenkstifte benutzt sind, nämlich schräge, auf den Polkappen angeordnete. Der kraftübertragende Formschluß wird über die Polltappe und diese Stifte erzielt. Bei Längszug hängen die Längsfasern an den Polkappen und üesen Stiften, und bei Längsdruck wird die Bewicklung durch die druckfeste Ringraum-Ausfüllung längs unverrückbar auf der Zugkappe gehalten. Demzufolge ist eine Lockerung zwischen den Polkappen und der Bewicklung auch bei langfristigen Betriebs-, z. B. Wechselbelastvngen, nicht möglich, so daß die Strebe im Vergleich zur bekannten Strebe mit einem niedrigeren Sicherheitsfaktor ausgelegt bzw. die Zug- und Druckfestigkeit der Bewicklung (Faserverbundwerkstoff) höher ausgenutzt werden kann. Dabei ist durch die genannte Stiftanordnung und -richtung die Richtungsänderung des Längsfadens am Stift zu einem einige Stifte weiter befindlichen Stift des Stiftkranzes und somit bei Längszug die Scherspannung des Längsfadens am Süft relativ klein. Dadurch ist die Zugfestigkeit der Längsfasern hoch ausnutzbar, und dies desto mehr, je größer der Polkappenradius oder dgl. im Stiftgebiet ist Die Polkappe bzw. ihre Außenrundung und die genannte Stiftanordnung und -richtung sind auch gut geeignet zur fertigungstechnisch günstigen Umlenkung der Längsfäden beim Bewickeln. Die Längsfäden können dabei nicht von den Stiften abrutschen. Es ist eine leichte Strebe geschaffen, die hohen Sicherheitsbzw. Längsbelastbarkeitsanforderungen gerecht wird und fest, steif und wenig aufwendig ist.

Vorteilhafte Ausbildungen und Weiterbildungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Im Anspruch 2 ist ein im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe und die genannten Wirkungen der Erfindung besonders günstiger Winkelbereich bz·'. Winkel für die schrägen Stifte genannt. Die Maßnahme nach Anspruch 3 bringt eine noch größere Sicherheit uer Kraftübertragung und noch größere zulässige Längsspannungen in der Bewicklung oder Längsbelastbarkeit der Strebe. Die im Anspruch 4 genannte Vergußmasse (Gießmasse) ist zweckmäßigerweise eine härtbare Masse, insbesondere Kunstharz, z. B. Epoxidharz, bzw. ein Kunstharzsyslem, das aus Kunstharz und einem Härter und eventuell einem Härtungsbeschleuniger besteht. Dies gilt im allgemeinen auch für den Kunststoff bzw. die Matrix der bewicklung und des Kernrohrs. Die Umfangsfasern gemäß dem Anspruch 5 dienen insbesondere als Schutz gegen Heraustreten von Längsfasern bei Längsdruck. Im allgemeinen sind die im Anspruch 3 genannten Stiftabstützumfangsfasern Teil dieser Umwicklung.

Die Verstärkungsfasern der erfindungsgemäßen Strebe sind insbesondere Kohlenstoffasern. Genannte Längsfasern sind in Form einer Längsfadenlage oder mehrerer, radial unmittelbar aufeinanderfolgender Langsfadenlagen vorgesehen, genannte Umfangsfasern in der gleichen Art. Auch abwechselnde Anordnungen sind vorteilhaft. Die Dicke der Bewicklung ist im

allgemeinen größer als die Dicke des Kernrohrs, z, B.

etwa doppelt so groß.

Die erfindungsgemäße Strebe kann als leichter Stab oder leichtes Stabelement z. B. für Fachwerkgerüste — beispielsweise eine Weltraumstrukturplattform —, Steuergestänge im Flügzeug- und Fahrzeugbau oder eine Struktur im Satelliten* und Raketenbau angcwcn*

det werden.

In der Zeichnung ist in F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Endbereichs einer erfindungsgemäßen Strebe im Längsschnitt dargestellt. F i g. 2 zeigt einen Ausschnitt dieses Endbereichs vergrößert und schematisch, wobei ; insbesondere auch das in Fig. 1 im strichpunktierten Kreis A Dargestellte besser zu sehen ist

Die Strebe besteht aub einem zylindrischen Kernrohr 10, je einer im Querschnitt kreisrunden Zugkappe 11 an jedem Ende, einer zylinderrohrförmigen Bewicklung 12 m (Außenrohr) und je einer im Querschnitt kreisrunden Drunkkappe 13 und je einem Gelenkstangenkopf 14 an jedem Ende. Das Kernrohr 10 und die Bewicklung 12 bestehen aus faserverstärktem Kunstharz. Die Bewicklung hat einen Außendurchmesser von etwa 50 mm; ihre ι ■; Länge beträgt z. B. 220 mm, 400 mm oder 1000 mm.

Das Kernrohr 10 ist auf einem nicht dargestellten Wickeldorn hergestellt (gewickelt) und besteht aus einer Lage aus Längsfasern (ÜD(Unidirektional)-Gewebe zur Zug- und Drucklastaufnahme) und einer diese Lage 21) umgebenden Lage aus Umfangsfasern. Die Wanddicke des Kernrohrs 10 beträgt 0,5 mm. Jede Z-igkappe 11 weist einen Außenzapfen 24 und eine Polkappe 21 auf und einen außen zylindrischen Innenzapfen 15, dessen Außenradius um die Wanddicke des Ke-rnrohrs 10 ;>·, kleiner ist als der Radius des zylindrischen Außenumfangs der Zugkappe 11 zwischen dem Absatz 16 des Innenzapfens 15 und dem Beginn einer Außenrundung 17 der Polkappe 21. Das Kernrohr 10 befindet sich an jedem Ende bis zum Absatz 16 auf dem Innenzapfen 15 _J(1 und ist mit dem Innenzapfen 15 verklebt.

Die Außenrundung 17 ist im dargestellten Längi schnitt kreisförmig, und ihr Radius beträgt etwa 1/6 des Außendurchmessers des außen zylindrischen Teils 18 der Zugkappe 11, also etwa 8 mm. Die Außenrundung 17 geht in eine Steilkegelfläche 19 der Polkappe 21 über. Die Steilkegelfläche 19 bildet mit der am dargestellten Strebenende axial nach außen weisenden Längsrichtung 23 (auf der Achse 20 des Kernrohrs 10) einen stumpfen Winkel. Fe"t in dem die Außenrundung 17 aufweisenden -ic Teil der Polkappe 21 befinden sich gerade, metallische Stifte 22, die in Form eines einzigen, koaxialen Kranzes je Ende angeordnet sind und schräg nach außen gerichtet sind, d. h. der Winkel λ zwischen dem Stift 22 und der genannten Längsrichtung 23 am dargestellten Strebenende beträgt etwa 30°. Die Stifte 22 sind auf der Außenrundung 17 näher dem radial inneren Ende der Außennmdung 17 als dem radial äußeren Ende der Außenrundung 17 angeordnet.

Die Bewicklung 12 ist auf der aus dem Kernrohr 10 und den Zugkappen 11 bestehenden Einheit hergestellt (gewickelt) und besieht aus einer von der einen Polkappe 21 bis zur anderen Polkappe 21 reichender. Lage aus Längsfasern (Rovings) 25, die über die Polkappen 21 führen, und einer zwischen den Stiftkränzen 22 der beiden Polkappen 21 um diese Lage gewickelten Lage aus Umfangsfasern 26. Der Wickelwinkel der Längsfasern 25 ist sehr klein odergleich Null (parallel zur Achse 20). Die Dicke des zylindrischen Teils der Bewicklung 12 beträgt 1,0 mm. Die Längsfasern 25 der Bewicklung 12 sind durchgehend derart über die Polkappe 21 unter Benutzung der Stifte 22 als Umlenkmittel gewickelt, daß über die Polkappe 21 und die Stifte 22 ein kraftübertragender Formschluß erzielt wird. Dabei führen die Längsfasern 25 um einen Stift 22 und dann dicht am Außenzapfen 24 vorbei — siehe die Längsfaserabschnitte 27 — zu e^vem einige Stifte 22 weiter befindlichen Stift 22 des Stiftkranzes, und um den letztgenannten Stift 22 herum führen die Längsfasern 25 zurück zu der Polkappe 21 und den Stifter 22 der anderen Zugkappe 11. Der Umlenkwinkel bzw. die Richtungsänderung der Längsfasern 25 an jedem der Stifte 22 ist recht klein. Der Kranz der schrägen Stifte 22 ist gegenüber dem Längszug der Längsfasern 25 durch die Umfangsfasern 26 im Zwickel 28 abgestützt Die Druckkappe 13 ist auf den Außenzapferr 24 bis an eine gehärtete Vergußmasse 29 geschraubt, mit der der durch die Stifte 22 bedingte Ringraum zwischen dem Polkappenteil der Bewicklung 12 und der Druckkappe 13 druckfest ausgefüllt ist Ein Hohlzylinderteil 30 der Druckkappe 13 ist mit dem Ende des zylindrischen Teils der Bewicklung 12 verklebt.

Der Gelenkstangenkopf (oder Gelenkkopf) 14 ist durch die Zugkappe 11 geschraubt und mit dem Außenzapfen 24 durch eine Mutter 31 verspannt Die Krafteinleitungselemente, d.h. die Zugkappen 11 und d'e Druckkappen 13, bestehen aus Metall, insbesondere Leichtmetall, z. B. Aluminium.

Sowohl der Längszug als auch der Längsdruck werden durch die Bewicklung 12 und das mit dem Innenzapfen 15 verklebte, am Absa'z 16 anliegende Kernrohr 10 aufgenommen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Strebe für Längszug und -druck mit einer rohrförmigen Bewicklung aus Verstärkungsfasern in erhärtetem Kunststoff auf einem Kern, mit je einer Zugkappe an jedem Ende und je einer auf einem zentralen Außenzapfen der Zugkappe befestigten Druckkappe, die das Ende der Bewicklung umgibt, wobei der Kern ein Rohr aus faserverstärktem Kunststoff ist, das jeweils auf einem Innenzapfen der Zugkappe sitzt und bis zu dessen Absatz reicht, dadurch gekennzeichnet, daß eine von jeder Zugkappe (11) gebildete Polkappe (21) einen Kranz schräg nach außen gerichteter, mit der Polkappe (21) fest verbundener Stifte (22) aufweist, daß die Bewicklung (12) Längsfasern (25) aufweist, die derart über die Pollcappe (21) unter Benutzung der Stifte (22) als Umlenkmittel geführt sind, daß auch über die Polkappe (21) ein kraftübertragender Formschluß er^elt wird, und daß der durch die Stifte (22) bedingte Ringraum zwischen dem Polkappenteil der Bewicklung (12) und der Druckkappe (13) druckfest ausgefüllt ist.

2. Strebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen den schrägen Stiften (22) und der Längsrichtung (23) der Strebe 45° bis 15°, insbesondere etwa 30°, beträgt.

3. Strebe nach Anspruch \ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz der schrägen Stifte (22) gegenüber Jem Längszug der Längsfasern (25) durch Umfangsfasern (26) abgestützt ist.

4. Strebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, aaC der Ringraum mit einer erhärteten Vergußmasse (29) udsgefüllt ist.

5. Strebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewicklung (12) zwischen den Stiftkränzen (22) der beiden Polkappen (21) Umfangsfasern (26) aufweist, die um die Längsfasern (25) gewickelt sind.