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Die
Erfindung betrifft eine Zug-Druck-Stange, insbesondere für den Flugzeugbau. Zug-Druck-Stangen
umfassen im Allgemeinen einen Mittelkörper, an dessen Enden sich
mindestens eine Befestigungsvorrichtung zur Montage der Zug-Druckstange
zwischen zwei Montagepunkten befindet. Zur Anpassung an den Abstand
der Montagepunkte sind die Zug-Druck-Stangen in ihrer Länge verstellbar.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zug-Druck-Stange mit
einer hohen Belastungsfähigkeit
anzubieten.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Schutzanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Erfindungsgemäß weist
die Zug-Druckstange einen hohlzylindrischen Mittelkörper, mindestens eine
Befestigungsvorrichtung mit einem Kupplungselement und einem daran
angeordneten Schaft sowie mindestens ein Anschlussstück mit in
Axialrichtung voneinander distanzierten Stirnenden auf. Das Anschlussstück ist über eine
erste Gewindeanordnung zur Längenveränderung
der Zug-Druck-Stange drehbar mit der Befestigungsvorrichtung und über eine weitere
Gewindeanordnung mit dem Mittelkörper
verbunden. Der Mittelkörper
besteht aus Kohlefaserverbundwerkstoff, insbesondere aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff.
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Unter
einem Kohlefaserverbundwerkstoff wird im Folgenden ein Verbundwerkstoff,
der Kohlenstofffasern (im Weiteren auch Kohlefasern genannt) und
einen Matrixwerkstoff (z. B. Polymerwerkstoff wie Thermoplast, Duroplast,
Harz), in den die Kohlefasern eingebettet sind, enthält. Die
Kohlefasern sind dabei insbesondere als Langfasern, d. h. mit einer Länge von
mindestens 10 mm, ausgebildet.
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Durch
den Aufbau des Mittelkörpers
aus Kohlefaserverbundwerkstoff erhält die Zug-Druck-Stange eine
hohe Belastungsfähigkeit
bei gleichzeitig geringem Gewicht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weisen die Kohlefasern des Kohlefaserverbundwerkstoffes des Mittelkörpers eine
Faserrichtung auf, die parallel, insbesondere im Wesentlichen oder
vollständig parallel,
zur Gewindesteigung der weiteren Gewindeordnung verläuft. Durch
eine derartige Anpassung der Faserrichtung an die Gewindesteigung
ist eine besonders hohe Belastungsfähigkeit des Mittelkörpers gegeben.
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In
vorteilhafter Weise ist die weitere Gewindeanordnung als Außengewinde
am Anschlussstück und
als korrespondierendes Innengewinde am Mittelkörper ausgebildet. Auf diese
Weise ist eine montagefreundliche und sichere Verbindung der Befestigungsvorrichtung über das
Anschlussstück
mit dem Mittelkörper
möglich.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Anschlussstück auf einer
außenliegenden
Mantelfläche
mindestens einen spiralförmigen
Gewindegang, insbesondere in Art eines Schneckengewindes, auf. Durch
den spiralförmigen
Gewindegang ist eine montagefreundliche und sichere Verbindung des
Anschlussstücks
mit dem Mittelkörper möglich. In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
weist der Mittelkörper
eine spiralförmige Nut
zur Aufnahme des spiralförmigen
Gewindegangs des Anschlussstücks
auf. Durch das Eingreifen des Gewindegangs in die korrespondierende
spiralförmige
Nut ist eine besonders sichere und belastbare Verbindung des Anschlussstücks mit
dem Mittelkörper
möglich.
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Auch
wird die Montagefreundlichkeit durch die Führungswirkung der Nut erhöht. In besonders bevorzugter
Weise kann zwischen dem spiralförmigen
Gewindegang und der spiralförmigen
Nut eine Klebeverbindung ausgebildet sein. In einer derartigen Ausführungsform
wird das Anschlussstück hauptsächlich durch
die Klebeverbindung am Mittelkörper
aus Kohlenstofffaserverbundwerkstoff gehalten. Das Schneckengewinde
bewirkt darüber
hinaus einen zusätzlichen
Formschluss zur Verbesserung der Scherfestigkeit vom Anschlussstück zum Mittelkörper.
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In
vorteilhafter Weise ist die weitere Gewindeanordnung als Flachgewinde,
insbesondere als eingängiges
Flachgewinde, ausgebildet. Durch die Ausgestaltung der Gewindeanordnung
als Flachgewinde, bevorzugt als Gewinde mit trapezförmigen bzw.
rechteckförmigen
Querschnitt der Gewindegänge,
wird beispielsweise die Herstellung der Nut im Mittelkörper zur
Aufnahme der Gewindeanordnung erleichtert.
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In
bevorzugter Weise ist die weitere Gewindeanordnung durch eine Klebeverbindung
gesichert. Auf diese Weise kann das Lösen des Anschlussstücks vom
Mittelkörper
zuverlässig
verhindert werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
liegt an mindestens einem axialen Endbereich des Mittelkörpers an
dessen äußeren Mantelfläche eine
Hülse an.
Insbesondere kann die Stirnfläche
der Hülse
mit der Stirnfläche
des Mittelkörpers
fluchten. Auf diese Weise wird der axiale Endbereich des Mittelkörpers mechanisch
verstärkt
und gleichzeitig ein potentielles „Ausfransen” der Kohlefasern
im axialen Endbereich des Mittelkörpers vermieden. Insgesamt
erhöht
sich dadurch die Belastbarkeit der Zug-Druck-Stange. In besonders vorteilhafter Weise
wird die Hülse
durch eine Klebeverbindung an der äußeren Mantelfläche des
Mittelkörpers
fixiert.
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In
vorteilhafter Weise besteht die Hülse aus einem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff,
dessen Faserrichtung sich in Umfangsrichtung der Hülse erstreckt.
Durch den Aufbau der Hülse
aus Kohlefaserverbundwerkstoff erhält die Zug-Druck-Stange eine hohe Belastungsfähigkeit
bei gleichzeitig geringem Gewicht. Durch die Anpassung der Faserrichtung
an die Geometrie der Hülse
wird die Belastungsfähigkeit der
Zug-Druck-Stange weiter erhöht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Hülse
stoffschlüssig,
insbesondere durch eine Klebeverbindung, mit dem Mittelkörper verbunden.
Auf diese Weise ist eine besonders sichere Positionierung der Hülse am axialen
Endbereich des Mittelkörpers möglich.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale und die
nachstehend noch zu erläuternden
Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern
auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar
sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen
in den Zeichnungsfiguren weiter erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Zug-Druck-Stange;
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2 eine
Explosionsdarstellung der in 1 dargestellten
Zug-Druck-Stange;
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3 eine
Draufsicht auf die in 1 dargestellten Zug-Druck-Stange;
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4 eine
Seitenansicht der in 1 dargestellten Zug-Druck-Stange;
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5 eine
Schnittdarstellung entlang der Mittelachse der in 3 dargestellten Zug-Druck-Stange;
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6 eine
Schnittdarstellung entlang der Mittelachse der in 4 dargestellten Zug-Druck-Stange;
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7 eine
perspektivische Ansicht des Mittelkörpers und der Anschlussstücke der
in 1 dargestellten Zug-Druck-Stange;
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8 eine
Schnittdarstellung entlang der Mittelachse des in 7 dargestellten
Mittelkörper und
der Anschlussstücke.
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Die 1 bis 6 zeigen
eine Zug-Druck-Stange 1 mit einem hohlzylindrischen Mittelkörper 2.
Der Mittelkörper 2 besteht
aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff. An den axialen Enden des Mittelkörpers 2 ist
jeweils eine Befestigungseinrichtung 3 und 4 angebracht.
Die Befestigungsvorrichtungen 3 und 4 bestehen
jeweils aus einem Kupplungselement 5 bzw. 6 und
einem daran angeordneten Schaft 7 bzw. 8. Die
Kupplungselemente 5, 6 dienen zur Befestigung
der Zug-Druck-Stange 1 an zwei Montagepunkten. Zwischen
dem Mittelkörper 2 und dem
Schaft 7 bzw. 8 der Befestigungsvorrichtung 3 bzw. 4 ist
jeweils ein Anschlussstück 9 bzw. 10 mit
in Axialrichtung voneinander distanzierten Stirnenden 11 und 12 zwischengeschaltet.
Die Anschlussstücke 9 und 10 sind
jeweils über
eine erste Gewindeanordnung 13 oder 14 zur Längenveränderung
der Zug-Druck-Stange 1 drehbar
mit der Befestigungsvorrichtung 3 bzw. 4 und über eine
weitere Gewindeanordnung 15 bzw. 16 mit dem Mittelkörper 2 verbunden.
Dabei weisen die ersten Gewindeanordnungen 13 und 14 sowie
die weiteren Gewindeanordnungen 15 und 16 jeweils
entgegengesetzte Gewindesteigungen auf. D. h. die jeweils korrespondierenden
Gewinde sind einmal als Links- und einmal als Rechtsgewinde ausgebildet.
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Durch
die zueinander gegenläufig
ausgebildeten Gewindeanordnungen 13, 14 kann bei
einer gekuppelten Stellung der beiden Befestigungsvorrichtungen 3, 4 relativ
gegenüber
hier nicht dargestellten Bauteilen (Montagepunkte) durch Verdrehen eines
der Anschlussstücke 9, 10 relativ
gegenüber den
Befestigungsvorrichtungen 3, 4 die Länge der gesamten
Zug-Druck-Stange 1 verändert werden.
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Die
weiteren Gewindeanordnungen 15, 16 sind jeweils
als Außengewinde
am Anschlussstück 9 bzw. 10 – nämlich als
spiralförmiger
Gewindegang 17 bzw. 18 – und als korrespondierendes
Innengewinde am Mittelkörper 2 – nämlich als
Nut 19 bzw. 20 zur Aufnahme des Gewindegangs 17 bzw. 18 – ausgebildet.
Ferner sind die weiteren Gewindeanordnungen 15, 16 als
eingängige
Flachgewinde ausgebildet. Die Kohlefasern (in den Figuren nicht
dargestellt) des Mittelkörpers 2 weisen
eine Faserrichtung auf, die im Wesentlichen parallel zur Gewindesteigung
der weiteren Gewindeanordnungen 15, 16 verläuft.
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An
den axialen Endbereichen des Mittelkörpers 2 ist jeweils
eine Hülse 21 und 22 angebracht, die
an der äußeren Mantelfläche des
Mittelkörpers 2 anliegt.
Die Hülsen 21 und 22 bestehen
aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff, dessen Faserrichtung sich
in Umfangsrichtung der Hülse 21 bzw. 22 erstreckt.
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Wie
insbesondere in den 5 und 6 dargestellt,
ragt der Schaft 7 bzw. 8 der Befestigungsvorrichtung 3 bzw. 4 durch
das vom Kupplungselement 5 bzw. 6 abgewendete
Stirnende des Anschlussstücks 9 bzw. 10 hindurch.
Um ein unbeabsichtigtes, vollständiges
Herausdrehen der Befestigungsvorrichtung 3 bzw. 4 aus
dem Anschlussstück 9 bzw. 10 zu
vermeiden, ist an einem Ende des Schaftes 7 bzw. 8 ein
radial vorragendes Anschlagelement 23 bzw. 24 angeordnet.
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Zwischen
der Befestigungsvorrichtung 3 bzw. 4 und dem Anschlussstück 9 bzw. 10 angeordnete
ringförmige
Dichtelemente 25 bzw. 26 verhindern ein Eindringen
von Verschmutzungen in das Innere des hohlzylindrischen Mittelkörpers 2 und
in den Bereich der ersten Gewindeanordnung 13 bzw. 14 oder
den Austritt von Schmiermittel.
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7 und 8 zeigen
den Mittelkörper 2 und
die Anschlussstücke 9 und 10.
Die Befestigungsvorrichtungen 3 und 4 sind in
diesen Figuren aus Übersichtlichkeitsgründen nicht
dargestellt.
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An
den axialen Endbereichen des Mittelkörpers 2 sind die Anschlussstücke 9 und 10 jeweils über eine
weitere Gewindeanordnung 15 bzw. 16 mit dem Mittelkörper 2 verbunden.
Die weitere Gewindeanordnung 15 besteht aus einem spiralförmigen Gewindegang 17 an
der äußeren Mantelfläche des
Anschlussstücks 9 und
einer korrespondierenden Nut 19 in der inneren Mantelfläche des
Mittelkörpers 2. Die
weitere Gewindeanordnung 16 besteht aus einem spiralförmigen Gewindegang 18 an
der äußeren Mantelfläche des
Anschlussstücks 10 und
einer korrespondierenden Nut 20 in der inneren Mantelfläche des
Mittelkörpers 2.
Die Faserrichtung der Kohlefasern im Mittelkörper entspricht der Steigung
der spiralförmigen
Nuten 19 bzw. 20.
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In
der inneren Mantelfläche
der Anschlussstücke 9 bzw. 10 ist
jeweils ein Gewindegang der ersten Gewindeanordnung 13 bzw. 14 angebracht.
In diesen Gewindegang kann jeweils ein korrespondierender, am Schaft 7 bzw. 8 angebrachter
Gewindegang zur Längenveränderung
der Zug-Druck-Stange 1 eingeschraubt werden.
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An
den axialen Endbereichen des Mittelkörpers 2 ist jeweils
eine Hülse 21 und 22 angebracht, die
an der äußeren Mantelfläche des
Mittelkörpers 2 anliegt.
Eine Stirnfläche
der Hülsen 21 und 22 fluchtet
jeweils mit der Stirnfläche
des Mittelkörpers 2.
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- 1
- Zug-Druck-Stange
- 2
- Mittelkörper
- 3,
4
- Befestigungsvorrichtung
- 5,
6
- Kupplungselement
- 7,
8
- Schaft
- 9,
10
- Anschlussstück
- 11,
12
- Stirnende
- 13,
14
- erste
Gewindeanordnung
- 15,
16
- weitere
Gewindeanordnung
- 17,
18
- Gewindegang
- 19,
20
- Nut
- 21,
22
- Hülse
- 23,
24
- Anschlagelement
- 25,
26
- Dichtelement