DE2231959B2

DE2231959B2 - Kern fuer sandwichplatten mit aussenschichten

Info

Publication number: DE2231959B2
Application number: DE19722231959
Authority: DE
Inventors: Roger Magny Les Hameaux Yvelines Mordellet (Frankreich)
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1971-07-26
Filing date: 1972-06-29
Publication date: 1977-09-01
Also published as: BE785289A; FR2146927A1; DE2231959A1; DE2231959C3; LU65701A1; GB1381670A; FR2146927B1; NL7209044A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kern für Sandwichplatten mit Außenschichten, der aus dünnen, im Längsrichtung gleichmäßig wellenartig geformten, gleich ausgebildeten Bändern besteht, die aufrecht zv/ischen den Außenschichten liegen, mit ihren Längsrändern an den Außenschichten befestigt und so angeordnet sind, daß jeweils die Wellenberge eines Bandeü mit den Wellentälern des oder der benachbarten Bandes bzw. Bänder in Berührung stehen.

Ein Kern dieser Art (vgl. US-PS 24 77 852, Fig. 5 und 6) ist bekannt. Er weist ein geringes Raumgewicht auf. Die einander benachbarten Bänder sind an ihren Berührstellen miteinander verbunden. Wird eine ebene Sandwichplatte mit einem Kern dieser Art um eine ersten Achse gebogen, erfährt sie eine zusätzliche Krümmung um eine zweite, senkrecht zur ersten Achse stehende Achse, d. h. eine sogenannte antiklastische Krümmung, da die Bänder im Bereich der konvex gebogenen Seite der Sandwichplatte einer Verlängerung, im Bereich der konkav gebogenen Seite der Platte einer Verkürzung unterliegen und diese Verformungen der Bänder aufgrund der mechanischen Verbindung nicht ausgeglichen werden können, wodurch c'ie Außenschichten der geschilderten amtiklastischen Krümmung unterliegen. Aufgrund dessen sind die Sandwichplatten mit dem geschilderten Kern zur Herstellung von um eine Achse gekrümmten Wänden od. dgl nicht geeignet. Der geschilderte Kern weist \s ferner einen geringen Winderstand gegenüber einer parallel zu den Außenschichten und zur Längserstrekkuns der Bänder senkrecht wirkenden Kraft auf, da die Wellen einen Bogenwinkel von kleiner als 180° bilden und jeweils ein Wellenberg des einen Bandes auf dem zugeordneten Wellental des benachbarten Bandes nur an e'K'er Stelle aufliegt, so daß die Wellen unter dem Einfluß einer derartigen Kraft flach gedrückt v/eräen, insbesondere natürlich dann, wenn zur Vermeidung der antiklastischen Krümmung die Bänder nicht miteinander verbunden sind. Eine mit einem derartigen Kern versehene Sandwichplatte ist also nicht zur Verwendung als z. B. vertikale lastentragendeWand geeignet.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der genannten Druckschrift (F i g. 1 bis 3) besteht der Kern einer Sandwichplatte aus Rohrstücken mit Kreisquerschnitt, die ohne Verbindung untereinander aneinandergereiht sind, mit ihren Achsen senkrecht zwischen den Außenschichten angeordnet und mit ihren Enden an den Außenschichten befestigt sind. Dieser Kern ist an sich der Idealfall hinsichtlich der Vermeidung einer antiklas'lischen Krümmung und der Aufnahme von zu den Außenschichten parallelen Kräften. Demgegenüber weisen Bänder jedoch das geringere Gewicht pro Flaumeitiheit auf und sind einfacher und billiger herstellbar.

Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der zur Rede stehenden US-PS 24 77 852 (F i g. 7 und 8) besteht der Kern aus nebeneinander angeordneten Rohrstükken mit sechseckigem Querschnitt, die lückenlos in einem Wabenmuster angeordnet sind. Zur Herstellung der Rohrstücke mit sechseckigem Querschnitt muß das Material in stumpfen Winkeln geformt werden, wodurch in ihm Bruchrisse auftreten können, so daß sich der mechanische Widerstand der Kernkonstruktion verringert. Da die sechseckigen Rohrstücke mit den benachbarten sechseckigen Rohrstücken jeweils längs ihres gesamten Außenumfangs und damit in Art eines Formschiusses in Berührung stehen, tritt bei einer mechanischen Verbindung der Rohrstücke eine erhöhte antiklastische Krümmung einer mit einem derartigen Kern ausgerüsteten Sandwichplatte ein, da ein Ausgleich der Verformung der Rohrstücke aufgrund der Flächenberührung und des Formschlusses noch weniger als in den vorhergehend besprochenen Fällen möglich ist. Die mechanische Beanspruchung der Rohrstücke ist bei ihrer Formung größer als der bei der Formung von Bändern. Dieses kann leichter zu Ermüdung, Korrosion und Fließen führen. Bezüglich des Raumgewichts und der Herstellung gelten die zu dem Kern aus Rohrstücken mit Kreisquerschnitt angeführten Darlegungen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Kern der eingangs genannten Art, ohne daß sich dessen Gewicht wesentlich erhöht und dessen Aufbau aufwendig wird, dahingehend weiterzubilden, daß er einen erhöhten mechanischen Widerstand gegen Kräfte parallel zu den Außenschichten aufweist, ohne daß die Bänder mechnaisch miteinander verbunden werden müßten, so daß bei einer mit ihm ausgerüsteten Sandwichplatte bei einer Biegung um eine Achse keine antiklastische Krümmung auftritt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Kern der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß bei jedem Band der kleinste freie Abstand zwischen zwei benachbarten Wellenbergen kleiner ist als die größte freie Breite des Wellentales und daß die Anordnung der Bänder zueinander so getroffen ist, daß die Berührung jedes der Wellenberge des einen Bandes an zwei benachbarten Wellentälern des anderen Bandes zugleich vorgesehen ist.

n eriindungsgemäße Kern weist einen hohen «/^erstand gegen eine Kraft parallel zu den Außen-

h'chten und senkrecht zur Längserstreckung der D-Her auf da die Wellen eine beinahe geschlossene £!ni mit einem Bogenwinkel von über 180° haben, und ;

• eils ein Wellenberg des einen Bandes zwei J^eW _chbarte Wellentäler des anderen Bandes zugleich h "hrt so daß ein Zusammendrücken der Wellen

iteehend verhindert wird. Aufgrund dessen brauchen

* R_ander untereinander mechanisch nicht verbunden n erden so daß eine mit dem erfindungsgemäßen Kern

rüstete Sandwichplatte bei ihrer Biegung keiner ^a" Ilastischen Krümmung unterliegt. Erhalten geblieh η sind gegenüber den Kernen aus Rohrstücken die einfache und billige Herstelibarkeit und das verhältnis- ι mäßig geringe Raumgewicht.

Der Kern führt zwar bereits mit unverbundenen Rändern zu den aufgezeigten Vorteilen, doch läßt sich der Widerstand des Kerns gegen eine Kraft parallel zu Hen Außenschichten noch weiter steigern, wenn die : benachbarten Bänder - wie bei Bändern an sich hekannt - längs ihrer Berührungsbereiche aneinander hefestigt sind. Trotz der Befestigung der Bänder untereinander treten bei der mit diesem Kern ι gerüsteten sandwichplatte keine stärkeren anflanschen Krümmungen auf, da jeweils ein Wellenberg des einen Bandes zwei benachbarte Weilentäler des anderen Bandes berührt und hierdurch ein größere.-Ausgleich hinsichtlich der Verformung der Bänder ermöglicht ist als bei dem eingangs genannten Kern, bei welchem jeweils ein Wellenberg des einen Bandes an nur einem Wellental des anderen Bandes anliegt.

Um die Herstellung des erfindungsgemäßen Kerns besonders einfach und billig zu gestalten, ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Wellenberge und -täler eines Bandes gleich geformt sind und ihr kleinster Krümmungsradius in etwa gleich dem Mindestbiegeradius ist. Insbesondere bestehen dabei sowohl der Wellenberg als auch das Wellental aus einem Kreisabschnitt von über 180°, insbesondere Vi bis ³A eines Kreises.

Wie Fig.2 zeigt, ist es nicht erforderlich, daß die Wellenberge 1 kongruent zu den Wellentälern 2 ausgebildet sind. Es genügt, wenn die Wellenberge bzw. Wellentäler untereinander gleich sind.

Die kleinsten Krümmungsradien rder Wellenberge 1 bzw. der Wellentäler 2 dürfen jedoch nicht kleiner sein als der Mindestbiegeradius des Bandes, der bei der Formung des Bandes zu merklichen Veränderungen durch Reckverformungen oder Teilbrücken fuhrt Andererseits sollen die Krümmungsradien nicht zu groß sein, da sonst Zellen 3 mit ziemlich großer Flache gebildet werden, wodurch die Festigkeit des Kerns

sinkt. ...

Bei der in Fig.3 dargestellten bevorzugten Ausfuh- \ rungsform des Bandes A, mit der man Zellen mit einer

minimalen Fläche erhält, bestehen die Wellenberge 5

und die Wellentäler 6 aus Kreisabschnitten mit einem

Krümmungsradius R, der vorzugsweise gerade etwas

größer ist als der Mindestbiegeradius. D Die Kreisabschnitte 5 und 6 des Bandes A, die sich

über einen Halbkreis hinauserstrecken, besitzen Mittel·

punkte, die auf zwei zueinander parallelen Geraden -

und 8 liegen. Ihr Durchmesser ist Φ = 2 R.

Zwei aufeinanderfolgende Mittelpunkte von Zys linderabschnitten auf einer Geraden sind in dem

Abstand e angeordnet, wobei Φ < e< 2 Φ. Der Abstand der beiden Geraden 7 und 8 beträgt

da der Abstand zwischen den zwei Mittelpunkten von

Kreisabschnitten 5 und 6, die nacheinander auf der

Geraden 7 bzw. der Geraden 8 liegen, angesichts der

js tangentialen Verbindung der Kreisabschnitte c=

n in den F ig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen beträgt

d =

Titan, Desieneii, iiiau^o^..^^.^ —. .. Bauelementen für Überschallflugzeuge.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen

F ι g. 1 und 2 Draufsichten auf zwei Ausführungsbeispiele der Bänder des erfindungsgemäßen Kerns,

Fig.3 eine bevorzugte Ausführungsform eines Bandes,

F i g. 4 und 5 Draufsichten auf zwei weitere Ausführungsformen von gewellten, aus kreisförmigen : Abschnitten bestehenden Bändern.

Gemäß F i g. 1 ist jedes der Bänder A 1 und A 2 in Längsrichtung gleichmäßig wellenartig geformt, wobei die Wellenberge i und Wellentäler 2 untereinander kongruent sind. Der kleinste freie Abstand a zwischen zwei benachbarten Wellenbergen 1 ist kleiner als die größte freie Breite ödes eingeschlossenen Wellentals Die Anordnung der Bänder zueinander ist so getroffen, daß jeweils ein Wellenberg 1 des einen Bandes, z. B. A 2, zwei benachbarte Wellentäler 2 des anderen Bandes, z. B. A 1, zugleich berührt. Auf diese Weise werden geschlossene Zellen 3 von gekrümmtem Querschnitt und zwei Stoßen gebildet.

Bei der auf F i g. 5 dargestellten Ausführungsform ist

d =

' "I

Bei dieser bevorzugten Form entspricht die Anordnung der Mittelpunkte aller Kreisabschnitte den Ecken und Mittelpunkten eines Sechseckrasters 10. Jeder Kreisabschnitt erstreckt sich hierbei über zwei Drittel eines Kreises. Der Abstand ckann jedoch größer als Φ werden, wenn die Kreisabschnitte nicht direkt, sondern über gerade Abschnitte miteinander verbunden sind, die zur Vermeidung von Winkelknickcn zu den beiden Kreisabschnitten tangential verlaufen.

Die gewellten Bänder A 1 und A 2 sind zueinander so angeordnet, daß die Wellenberge 5 des Bandes A jeweils zwei benachbarte Wellentäler 6 des Bandes A tangential berühren (vgl. F i g. 4 und 5). Der Abstdand c ' zwischen den Mittelpunkten der Kreise zweier verschiedener, jedoch benachbarter Bänder A 1 und A 2 ist somit immer gleich Φ.

Ein Kern, der aus einer großen Anzahl derartiger

nebeneinandergelegter gewellter Bänder besteht, wird zwischen zwei einander gegenüberliegende Seiten zweier Außenschichten gelegt, die — insbesondere im Fall von der Metallkonstruktion — gewöhnlich aus demselben Material wie die Bänder bestehen, und wird > an diesen auf jede beliebige bekannte Weise, beispielsweise durch Diffusionsschweißen, Elektroschweißen, Kleben und dergleichen befestigt. Der Kern kann zuvor durch Eintauchen beispielsweise in einen Lack imprägniert werden, der die Verbindung gewährleistet und einen Korrosionsschutz bietet.

Die Befestigung des Kerns an den Außcnschichtcn durch Verschweißen, insbesondere durch Diffusionsschweißen, wird bei nichtvcrbundenen Bändern sehr vereinfacht. Ferner wird eine direkte Ausführung aller Verbindungen, d. h. sowohl zwischen Bändern und zwischen Bändern und Außenschichten, mit Hilfe des sogenannten Tauchvcrfahrcns möglich, das bisher nur zum Verstärken oder zum Schutz des Werkstoffes des Bandes benutzt wurde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kern für Sandwichplatten mit Außenschichtcn, der aus dünnen, in Längsrichtung gleichmäßig wellenartig geformten, gleich ausgebildeten Bändern besteht, die aufrecht zwischen den Außenschichten liegen, mit ihren Längsrändern an den Außenschichten befestigt und so angeordnet sind, daß jeweils die Wellenberge eines Bandes Wellentä- ίο ler des oder der benachbarten Bandes bzw. Bänder berühren, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Band (Ai, Al) der kleinste freie Abstand (a) zwischen zwei benachbarten Wellenbergen (1; 5) kleiner ist als die größte freie Breite (bj des is Wellentales (2; 6) und daß die Anordnung der Bänder zueinander so getroffen ist, daß die Berührung jedes der Wellenberge (I; S) des einen Bandes an zwei benachbarten Wellentälern (2; 6) des anderen Bandes zugleich vorgesehen ist. ;o

2. K ern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Bänder (A 1, A 2) längs ihrer Berührungsbereiche aneinander befe stigt sind.

3. Kern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenberge (1; 5) und -täler (2; 6) eines Bandes (A 1, A 2) gleich geformt sind und daß ihr kleinster Krümmungsradius (R) in etwa gleich dem Mindestbiegeradius ist.

4. Kern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenberg (5) und/oder das Wellental (6,^v aus einem Kreisabschnitt von über 180°, insbesondere ²h bis ³A eines Kreises, bestehen.