DE102012001054A1 - Kickstay for a chassis - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Knickstrebe für ein Fahrwerk. Erfindungsgemäß bestehen die Knotenelemente aus einem metallischen Werkstoff und die Knotenelemente verbindenden Verbindungselemente aus einem Faserverbundwerkstoff, vorzugsweise aus CFK.The present invention relates to a bending strut for a chassis. According to the invention, the node elements consist of a metallic material and the connecting elements connecting the node elements of a fiber composite material, preferably of CFRP.

Description

Die Erfindung betrifft eine Knickstrebe für ein Fahrwerk. Bei einer Knickstrebe handelt es sich um eine Fahrwerkskomponente, welche naturgemäß hohen mechanischen Belastungen, auch teilweise hohen thermischen Belastungen ausgesetzt ist.The invention relates to a bending strut for a chassis. A crease strut is a suspension component which is naturally exposed to high mechanical loads, in some cases high thermal loads.

Derartige Fahrwerkskomponenten werden üblicherweise als Metallbauteile ausgeführt, beispielsweise in Form von Stahl-, Titan- oder Aluminium-Schmiedeteilen. Entsprechend der Bestrebungen in der Luft- und Raumfahrttechnik Gewicht zu sparen, haben in letzter Zeit Faserverbundwerkstoffe stärkeren Eingang in die Luft- und Raumfahrttechnik gefunden. Gegenüber den Metallen weisen Faserverbundwerkstoffe höhere spezifische Festigkeiten und Steifigkeiten auf. Hinsichtlich von Transportkosten und Energieersparnis weisen sie ein bedeutendes Gewichteinsparungspotential ein. Neben hohen mechanischen Festigkeiten und Steifigkeiten können Faserverbundwerkstoffe je nach Auswahl des verwendeten Faser- und Matrixwerkstoffs auch eine hohe Thermostabilität besitzen.Such chassis components are usually designed as metal components, for example in the form of steel, titanium or aluminum forgings. In line with aerospace engineering efforts to save weight, fiber composite materials have recently found greater use in aerospace engineering. Compared to metals, fiber composites have higher specific strengths and stiffnesses. In terms of transportation costs and energy savings, they have a significant weight saving potential. In addition to high mechanical strengths and stiffnesses, fiber composites may also have high thermal stability, depending on the choice of fiber and matrix material used.

Allerdings ist aufgrund der Herstellungsweise von Faserverbund-Strukturbauteilen die Ausführung komplexer und insbesondere bei verzweigten, teilweise mit Hohlräume versehenen Strukturen mit engen Bauraumbegrenzungen, wie sie bei Fahrwerkskomponenten verwendet werden, nur beschränkt möglich.However, because of the way in which fiber composite structural components are manufactured, the design is more complex and, in particular in the case of branched, partially cavitated structures with narrow space limitations, as used in suspension components, is only possible to a limited extent.

Erste Ansätze zum Einsatz von Faserverbundwerkstoffen im Bereich der Fahrwerkskomponenten von Luft- und Raumfahrzeugen sind in der DE 10 2008 046 991 A1 beschrieben.First approaches to the use of fiber composites in the area of the chassis components of aircraft and spacecraft are in the DE 10 2008 046 991 A1 described.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Knickstrebe, wie sie als typische hochbelastete Fahrwerkskomponente bei Luftfahrzeugen verwendet wird, in möglichst leichter und stabiler Ausführung an die Hand zu geben, wobei gleichzeitig das Fertigungsverfahren möglichst einfach gestaltet sein soll.Object of the present invention is to provide a buckling strut, as it is used as a typical highly loaded suspension component in aircraft, in the simplest possible and stable design to the hand, while the manufacturing process should be designed as simple as possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 erfüllt. Demnach weist die Knickstrebe Knotenelemente aus einem metallischen Werkstoff auf, während die die Knotenelemente verbindenden Verbindungselemente aus Faserverbundwerkstoff bestehen.According to the invention, this object is achieved by the combination of the features of claim 1. Accordingly, the buckling strut has node elements of a metallic material, while the connecting elements connecting the node elements consist of fiber composite material.

Bei diesem Hybridbauteil sind die jeweiligen besonderen Vorteile der Werkstoffe miteinander vereint und führen zu einem in einfacher Weise herstellbaren und leichten Bauteil. Während die Knotenelemente aus Metall problemlos die hohe Kraftkonzentration aufnehmen können, sind die nur noch auf Zug und Druck beaufschlagten Verbindungselemente aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt, die gegenüber Metallen ohnehin eine höhere spezifische Festigkeit und Steifigkeit aufweisen.In this hybrid component, the respective particular advantages of the materials are combined with each other and result in a simple to manufacture and lightweight component. While the nodal elements made of metal can easily absorb the high concentration of force, the only pressurized to train and pressure fasteners are made of fiber composites, which have a higher specific strength and rigidity compared to metals anyway.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.Preferred embodiments of the invention will become apparent from the subsequent claims to the main claim.

Vorzugsweise sind die metallischen Werkstoffe aus der Gruppe der folgenden Werkstoffe ausgewählt: Titan, Aluminium, Stahl. Bei diesen Werkstoffen handelt es sich um in der Luftfahrt bzw. Raumfahrt üblicherweise eingesetzte metallische Werkstoffe.Preferably, the metallic materials are selected from the group of the following materials: titanium, aluminum, steel. These materials are usually used in aerospace or aerospace metallic materials.

Die Faserverbundwerkstoffe bestehen vorzugsweise aus Kohlenstofffasern (CFK). Aber auch andere Fasern, wie Glasfasern (GFK), Siliciumcarbidfasern, Mullitfasern, Bohrcarbidfasern, Aramidfasern oder sogar Naturfasern können gegebenenfalls in geeigneter Mischung eingesetzt werden.The fiber composites are preferably made of carbon fibers (CFRP). However, other fibers, such as glass fibers (GRP), silicon carbide fibers, mullite fibers, Bohrcarbidfasern, aramid fibers or even natural fibers may optionally be used in a suitable mixture.

Die Knickstrebe eines Fahrwerks besteht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einem nahezu gleichschenkligen Dreieck, das ein metallisches Knotenelement in Y-Form und zwei metallische Knotenelemente als Eckverbinder aufweist. Die die Knotenelemente verbindenden Verbindungselemente sind vorzugsweise rohrförmig ausgebildet. Sie weisen im Wesentlichen einen kreisrunden und/oder einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken auf. Die Rohre können auch über ihre Länge eine unterschiedliche Querschnittsform und Wandstärke aufweisen.The articulated strut of a chassis is according to a preferred embodiment of the invention of a nearly isosceles triangle, which has a metallic node element in Y-shape and two metallic node elements as corner connectors. The connecting elements connecting the node elements are preferably tubular. They have substantially a circular and / or a substantially rectangular cross-section with rounded corners. The tubes may also have a different cross-sectional shape and wall thickness along their length.

Vorzugsweise weisen die Knotenelemente Aufsteckflansche auf, auf denen die Knotenelemente verbindenden Verbindungselemente kraft-, form- oder stoffschlüssig bzw. in Kombination hiervon gehalten sind.Preferably, the node elements on Aufsteckflansche on which the node elements connecting connecting elements are force, form or material or held in combination thereof.

Zur Verstärkung der Verbindung im Anbindungsbereich der Knotenelemente werden vorzugsweise die Knotenelemente und die die Knotenelemente verbindenden Verbindungselemente mittels einer Pressbuchse, die mit Presssitz aufgebracht wird, gehalten.To reinforce the connection in the connection region of the node elements, the node elements and the connecting elements connecting the node elements are preferably held by means of a press bush, which is applied with a press fit.

Eine besonders sichere Anbindung ergibt sich, wenn die Knotenelemente und die die Knotenelemente verbindenden Verbindungselemente im Bereich der Aufsteckflansche zusätzlich über Sicherungsbolzen verbunden sind.A particularly secure connection results when the node elements and the connecting elements connecting the node elements are additionally connected in the region of Aufsteckflansche via securing bolts.

Zur weiteren Verbesserung der Festigkeit können die die Knotenelemente verbindenden Verbindungselemente im Bereich der Aufsteckflansche noch größer dimensioniert werden.To further improve the strength of the connecting elements connecting the node elements can be sized even larger in the field of Aufsteckflansche.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:Further features, details and advantages of the invention will become apparent from a in the drawing illustrated embodiment illustrated. Show it:

1: eine schematisierte Draufsicht (teilweise geschnitten) auf eine Knickstrebe gemäß der vorliegenden Erfindung, 1 FIG. 2 is a schematic plan view (partly in section) of a crease strut according to the present invention, FIG.

2: eine Schnittdarstellung durch einen Teil der Knickstrebe gemäß 1, 2 a sectional view through a part of the bending strut according to 1 .

3: eine Schnittdarstellung entsprechend 2 in einer alternativen Ausführungsvariante, 3 : a sectional view accordingly 2 in an alternative embodiment,

4: eine Schnittdarstellung entsprechend 2 in einer weiteren alternativen Ausführungsvariante und 4 : a sectional view accordingly 2 in a further alternative embodiment and

5: eine schematische Einbausituation der erfindungsgemäßen Knickstrebe in einem Flugzeug. 5 : A schematic installation situation of the inventive bend strut in an aircraft.

In der 1 ist eine Knickstrebe 10 dargestellt, die entsprechend der vorliegenden Erfindung als Hybridbauteil ausgeführt ist. Das bedeutet, daß die Knickstrebe 10 aus ersten Knotenelementen 12 und einem zweiten Knotenelement 14 besteht, die jeweils über Verbindungselemente 16 miteinander verbunden sind.In the 1 is a crease strut 10 represented, which is designed according to the present invention as a hybrid component. That means the crease strut 10 from first node elements 12 and a second node element 14 exists, each with fasteners 16 connected to each other.

Wie in der 1 dargestellt ist die Knickstrebe in Form eines gleichschenkligen Dreiecks ausgebildet. Die gleich großen Schenkel dieses Dreiecks, die durch Verbindungselemente 16 gebildet werden, laufen im zweiten Knotenelement 14 zusammen, das eine Y-Form aufweist. Gegenüberliegend sind die beiden in Form von Eckverbindern ausgebildeten ersten Knotenelemente 12 angeordnet.Like in the 1 shown, the buck strut is formed in the shape of an isosceles triangle. The equal legs of this triangle, made by fasteners 16 are formed, run in the second node element 14 together, which has a Y-shape. Opposite are the two formed in the form of corner connectors first node elements 12 arranged.

Die Knotenelemente 12 und 14 sind im hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Titanbauteile gefertigt. Sie weisen jeweils Bohrungen 20 bzw. 20' auf. Des Weiteren weisen sie, wie in den 2 und 3 dargestellt, jeweils Aufsteckflansche 18 auf, die einstückig angeformt sind. Die Verbindungselemente 16, die lediglich Zug- und Druckkräfte übertragen müssen, bestehen aus Rohren, die aus Faserverbundwerkstoff hergestellt sind. Die hier verwendeten Faserverbundwerkstoffe können als hochbelastbare lasttragende Strukturbauteile mittels Kohlenstofffasern, aber auch mittels Glasfasern, Siliciumcarbidfasern, Mullitfasern, Bohrcarbidfasern, Aramidfasern oder auch Naturfasern und gegebenenfalls Mischungen dieser Fasern hergestellt werden. Diese Fasern werden vorzugsweise über duroplastische Harzsysteme, wie beispielsweise Epoxydharze oder Phenolharze oder aber durch thermoplastische Matrixsysteme gebunden.The node elements 12 and 14 are manufactured in the illustrated embodiment as titanium components. They each have holes 20 respectively. 20 ' on. Furthermore, they have, as in the 2 and 3 shown, each Aufsteckflansche 18 on, which are integrally formed. The connecting elements 16 , which only need to transmit tensile and compressive forces, consist of tubes, which are made of fiber composite material. The fiber composites used here can be produced as heavy-duty load-bearing structural components by means of carbon fibers, but also by means of glass fibers, silicon carbide fibers, mullite fibers, Bohrcarbidfasern, aramid fibers or natural fibers and optionally mixtures of these fibers. These fibers are preferably bonded by thermosetting resin systems such as epoxy resins or phenolic resins or by thermoplastic matrix systems.

In den 1a bzw. 1b sind jeweils unterschiedliche Querschnittsformen entlang der Schnittlinie A-A in 1 dargestellt. Hier sind mit 30 einzelne Fasern, sogenannte U-D-Fasern gekennzeichnet, d. h. unidirektionale Fasern. Dieser Fasern verlaufen in Richtung des Kraftflusses und sind in das quasi-isotrope Material 32 eingebettet. In der Darstellung gemäß 1b bezeichnet das Bezugszeichen 2 die Biegeachse des Bauteils. Die hier dargestellten Querschnittsverläufe sind nur beispielhaft.In the 1a respectively. 1b are each different cross-sectional shapes along the section line AA in 1 shown. Here are with 30 single fibers, so-called UD fibers characterized, ie unidirectional fibers. These fibers run in the direction of the force flow and are in the quasi-isotropic material 32 embedded. In the illustration according to 1b denotes the reference numeral 2 the bending axis of the component. The cross-sectional profiles shown here are only examples.

Aus den 2 und 3 ist die Verbindung der aus den unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Bauteile dargestellt. In der Ausführungsform gemäß 2 ist gezeigt, daß die Verbindungselemente 16 aus Faserverbundwerkstoff auf die Aufsteckflansche 18 aufgesteckt sind. Dabei sind die jeweiligen Bauteile so zueinander dimensioniert, daß die rohrförmigen Verbindungselemente 16 im Presssitz auf dem jeweiligen Aufsteckflansch 18 aufsitzen. Zusätzlich können die Bauelemente in dieser Ausführungsform auch noch miteinander verklebt werden.From the 2 and 3 is the connection of the existing of the different materials components shown. In the embodiment according to 2 is shown that the fasteners 16 made of fiber composite material on the mounting flanges 18 are plugged. The respective components are dimensioned to each other so that the tubular connecting elements 16 in a press fit on the respective slip-on flange 18 seated. In addition, the components can also be glued together in this embodiment.

In der alternativen Ausführungsform gemäß 3 sind die Verbindungselemente 16 ebenfalls auf den Aufsteckflansch 18 im Presssitz aufgesteckt. Zur besseren Übertragung von Zug- und Druckkräften sind zusätzlich Bolzen 24 in der in 3 dargestellten Art und Weise gesteckt, wobei diese den Aufsteckflansch 18 jeweils mit dem Verbindungselement 16 verbinden. Besonders vorteilhaft werden gemäß 4 die Elemente 16, 18 und 22 mittels Bolzen 24' verbunden.In the alternative embodiment according to 3 are the fasteners 16 also on the slip-on flange 18 plugged in press fit. For better transmission of tensile and compressive forces are additional bolts 24 in the in 3 plugged manner, with these the Aufsteckflansch 18 each with the connecting element 16 connect. Be particularly advantageous according to 4 the Elements 16 . 18 and 22 by means of bolts 24 ' connected.

Zusätzlich sind außen Pressbuchsen 22 über dem Verbindungsbereich zwischen dem Knotenelement 12 und dem Verbindungsrohr 16 gezogen, die zusätzlich eine Pressverbindung herstellen. Somit sind die äußeren Enden des rohrförmigen Verbindungselementes 16 zwischen dem Aufsteckflansch 18 und der Pressbuchse 22 festgepresst, wodurch der Anbindungsbereich entscheidend verstärkt wird.In addition, outside are bushings 22 over the connection area between the node element 12 and the connecting pipe 16 drawn, which additionally produce a press connection. Thus, the outer ends of the tubular connecting element 16 between the slip-on flange 18 and the press bush 22 compacted, which significantly strengthens the connection area.

Wie aus der vergrößerten Detaildarstellung in 3 gezeigt, kann das Verbindungselement 16 insbesondere im Anbindungsbereich eine verstärkte Wanddicke aufweisen.As from the enlarged detail in 3 shown, the connecting element 16 in particular in the connection area have a reinforced wall thickness.

Das rohrförmige Verbindungselement 16 kann über seine Länge eine unterschiedliche Querschnittsform aufweisen. So kann das Verbindungselement 16 im Bereich des Aufsteckflansches 18 beispielsweise einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, während es im mittleren Bereich zwischen zwei Knotenelementen einen im Wesentlichen eckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufweist.The tubular connecting element 16 can have a different cross-sectional shape over its length. So can the connecting element 16 in the area of the slip-on flange 18 For example, have a circular cross-section, while it has a substantially polygonal cross-section with rounded corners in the central region between two node elements.

5 zeigt eine typische Einbauversion einer oberen Knickstrebe 10 eines Bugfahrwerks, welches über zwei Bolzen 40, von denen in der 5 nur ein Bolzen 40 dargestellt ist, in die entsprechende Flugzeugstruktur 50 einbaubar ist. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind von außen steckbare Bolzen dargestellt. Grundsätzlich können auch bei entsprechender Ausbildung der Knickstrebe 10 von innen steckbare Bolzen vorgesehen sein. 5 shows a typical installation version of an upper bend strut 10 a nose landing gear, which has two bolts 40 of which in the 5 just a bolt 40 is shown in the appropriate aircraft structure 50 can be installed. Im here shown Embodiment externally plug-in bolts are shown. In principle, even with appropriate training of the bend strut 10 be provided from the inside plug-in pins.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Knickstrebe für ein Fahrwerk, dadurch gekennzeichnet, daß die Knotenelemente aus einem metallischen Werkstoff bestehen und daß die die Knotenelemente verbindenden Verbindungselemente aus einem Faserverbundwerkstoff, vorzugsweise aus CFK, bestehen.Buckling strut for a chassis, characterized in that the node elements consist of a metallic material and that the connecting elements connecting the node elements consist of a fiber composite material, preferably of CFRP. Knickstrebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Werkstoff aus der Gruppe der folgenden Werkstoffe ausgewählt wird: Titan, Aluminium, Stahl.Buckling strut according to claim 1, characterized in that the metallic material is selected from the group of the following materials: titanium, aluminum, steel. Knickstrebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie nahezu die Form eines gleichschenkligen Dreiecks aufweist und ein metallisches Knotenelement in Y-Form und zwei metallische Knotenelement als Eckverbinder aufweist.Buckling strut according to one of the preceding claims, characterized in that it has almost the shape of an isosceles triangle and has a metallic node element in Y-shape and two metallic node element as corner connector. Knickstrebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Knotenelemente verbindenden Verbindungselemente rohrförmig ausgebildet sind.Buckling strut according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting elements connecting the nodal elements are tubular. Knickstrebe Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als gerade Rohre ausgebildeten Verbindungselemente einen im wesentlichen kreisrunden und/oder einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufweisen.Buckling strut claim 4, characterized in that the connecting elements formed as straight tubes have a substantially circular and / or a substantially rectangular cross section with rounded corners. Knickstrebe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente einen über ihre Länge wechselnden Querschnitt aufweisen.Buckling strut according to Claim 4 or 5, characterized in that the connecting elements have a cross-section which changes over their length. Knickstrebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Knotenelemente Aufsteckflansche aufweisen, auf die die die Knotenelemente verbindenden Verbindungselemente im Preßsitz und/oder Formschluß – wie etwa Rändelung oder Gewinde – und/oder Stoffschluß – wie etwa Klebung – gehalten sind.Buckling strut according to one of the preceding claims, characterized in that the node elements have Aufsteckflansche to which the node elements connecting fasteners in a press fit and / or positive engagement - such as knurling or thread - and / or material bond - such as bonding - are held. Knickstrebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Anbindungsbereich der Knotenelemente und der die Knotenelemente verbindenden Verbindungselemente eine Preßbuchse mit Preßsitz angeordnet ist.Buckling strut according to one of the preceding claims, characterized in that in the connection region of the node elements and the connecting elements connecting the node elements, a press bush is arranged with a press fit. Knickstrebe nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Knotenelemente und die die die Knotenelemente verbindenden Verbindungselemente im Bereich der Aufsteckflansche zusätzlich über Sicherungsbolzen verbunden sind.Buckling strut according to one of claims 8 or 9, characterized in that the node elements and the connecting elements connecting the node elements are additionally connected in the region of Aufsteckflansche via securing bolts. Knickstrebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Knotenelemente verbindenden Verbindungselemente im Bereich der Aufsteckflansche größer dimensioniert sind.Buckling strut according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting elements connecting the node elements are dimensioned larger in the area of the attachment flanges.
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