DE2657832A1 - Schaekel - Google Patents

Schaekel

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DE2657832A1 DE19762657832 DE2657832A DE2657832A1 DE 2657832 A1 DE2657832 A1 DE 2657832A1 DE 19762657832 DE19762657832 DE 19762657832 DE 2657832 A DE2657832 A DE 2657832A DE 2657832 A1 DE2657832 A1 DE 2657832A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schäkel, vorzugsweise für die FlÜgelaufhängung im Rumpf von Luft- und Raumfahrzeugen.
Schäkelanordnunqen sind in den verschiedensten Ausfiihrungsformen und für die verschiedensten Zwecke bereits bekannt. So dienen sie beispielsweise zur Verbindung von Ketten, wobei in den Normen ausdrücklich festgelegt ist, daß es sich hierbei nur um ein behelfsmäßiges Verbindungselement handeln darf. Dies ist allein schon dadurch verständlich, weil durch Verwendung von hochwertigen Kettenmaterialien die Dimensionen der einzelnen Kettenglieder wesentlich reduziert werden können, wogegen dies bei den Schäkeln nicht ohne weiteres möglich ist, ohne die Festigkeitswerte stark zu beeinflussen. Um diesem Mangel abzuhelfen, werden besondere SchSkelkonstruktionen angeboten, die sowohl raumsparend als auch mit ausreichender Festigkeit versehen sind.
So offenbart die DT-AS 11 4O 411 ein Kettenschloß, dessen Zwischenstück als Ringbandage ausgebildet ist, die mit den in sie gesteckten Schenkelenden durch Querstifte verriegelt wird. Hierdurch sollen auftretende Biegekräfte sicher aufgenommen werden und eine in der Größenwahl weitergehende Variabilität geschaffen werden. Jedoch reicht diese Konstruktion nicht aus, un auch das Gewicht wesentlich herabzusetzen. Die aufzunehmenden Kräfte bestimmen die Dimensionierung der tragenden Elemente und die VJahl des Werkstoffes f'ir dieselben. Für große aufzunehmende Kräfte, wie sie gerade in der Luft-"und Raumfahrttechnik gegeben sind, muß die vorgeschlagene Konstruktion noch zu groß und damit auch zu schwer an Gewicht ausgeführt werden. /2
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Durch das DRP 292 705 ist ein federnder Schäkel bekanntgeworden, bei dem der Bügel, der die Zugkräfte aufzunehmen hat - beispielsweise beim Ziehen von Bahn- oder Grubenwagen - als Schraubenfeder ausgebildet ist, die in ihrer Federungsmöglichkeit durch eine starre Einlage begrenzt wird. Diese Maßnahmen bringen auch keine Verbesserung der Gewichts- und Dimensionierungsverhältnisse, denn die auftretenden Biegekräfte an den Halteösen und der Querachse erfordern eine ganz bestimmte Größengestaltung, die nicht verringert werden kann.
Die Verwendung einer Schraubenfeder als Zugbügel hat hier einzig den Zweck, den Schäkel für verschiedene Arten von Transportfahrzeugen verwenden zu können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schäkel für die Flügelaufhängung im Rumpf von Luft- und Raumfahrzeugen zu schaffen, der sowohl leicht an Gewicht als auch große Festigkeiten aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die für die Aufnahme der Zug- und Druckkräfte und die Stabilität erforderlichen Elemente aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt sind.
Durch diese Maßnahmen wird nun ein hochwertiges Halteelement geschaffen, bei dem für die Zug- und Druckfestigkeit unidirektionale Laminate Verwendung finden, die ohne Wertverluste eine Reduzierung des Gewichts von ca. 30 ft gegenüber den bisherigen Konetruktionsarten erbringt. Außerdem zeigte es sich, daß die bisherige Lebensdauer ganz beträchtlich erhöht werden konnte. Dies ist vorwiegend auf die weiter vorgeschlagene Maßnahme zurückzuführen, nämlich, die Wicklungen der einzelnen Bauelemente im wesentlichen in Richtung der jeweils aufzunehmenden Kraft verlaufen zu lassen. Hierdurch wird jedes einzelne Bauelement nur von einer Kraftart (Richtung) und von allen anderen Zusatzkräften entlastet.
Weitere Maßnahmen der Erfindung sind in den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung wiedergegeben. Es zeigen:
/3
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Pig. 1 eine Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels; Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie Λ - A gemäß Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie B-B gemäß Fig. 1; Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Lagerbüchse mit Druckkern.
Die Fig. 1 zeigt in leicht perspektivischer Ansicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, worin zwei MetallbUchsen 13 in einem bestimmten Abstand mit einem Druckkern 12 aus vorzugsweise borfaserverstürktem Kunststoff verbunden sind. Sowohl die Stahlbüchsen i3 als auch der Druckkern 12 weisen in der Projektion einen vorzugsweisen kreuzförmigen Querschnitt auf, wodurch das Knickverhalten wesentlich verbessert wird. Diese Büchsen 13 weisen an den jeweiligen Außenflächen Flansche 13a auf, die ein Abrutschen der Wicklungen der Zug3chlaufe 11 bei Belastung verhindern. ,In der Projektion weisen die Büchsen 13 die gleiche FlHche auf wie der darunter, bzw. zwischen den beiden Büchsen der Schlaufe liegende Druckkern. Zur Annäherung an den bei Belastung sich aufbauenden Druckkegel i3t die Gestaltung der Büchse 13 wie folgt ausgeführt:
Die druckaufnehmende Projektionsfläche 13b der Büchse 13 ist kon- ■ kav gewölbt. Dadurch wird bei Druckbelastung der Aufbau des entstehenden Druckkegels am Druckkern 12 begünstigt. Die Büchsen 13 können nun so gestaltet werden, daß sie bereits die Funktion des Außenringes eines Gelenklagers übernehmen. Dadurch wird eine weiter« Gewicht»- und Baugrößenverminderung erzielt. Diese erfindungsgemäße Konstruktion verhindert bei einem eventuellen Bruch der BÜchs· 13, daß sich Risse über das gesamte tragende Bauelement fortsetzen. Bei jeder reinen Ganzmetallkonstruktion wird sich ein Riß sofort zum totalen Bruch des Tragelementes ausweiten. Dies ist hier nicht der Fall und daher erweisen sich auch aus diesen Sicherheitsgründen die vorgeschlagenen erfinderischen Maßnahmen in der Luft- und Raumfahrt als besonders vorteilhaft.
Was nun den Druckkern 12 betrifft, so ist der so gestaltet, daß er in seinem Querschnitt der Projektionsfläche der Büchse entspricht. Er ist der Büchsenform angepaßt, d.h. er ist konvex ge-
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staltet. Λη der Kontaktfläche zwischen Druckkern 12 und Büchse 13 kann ein kraftverteilendes Medium, beispielsweise ein aushärtbares Füllmittel, eingelagert werden. Auch kann der Druckkern 12 aus einem Verbundwerkstoff mit metallischer Matrix hergestellt werden.
Die Querschnittsflüche des Druckkerns 12 ist durch seine kreuz-Mhnliche Form bei Druckbelastung besonders günstig, um ein Ausknicken zu verhindern. Im Bereich der Mittelachse des Druckkerns 12, dessen Einzelfäden in Richtung der auftretenden KrIfte gelegt sind, also die Verbindung zwischen den beiden Lagerhülsen herstellen, kann nun zur weiteren Gewichtserleichterung ein Hartschaumkern 14 angeordnet sein. Dieser kann z.B. einen runden Querschnitt aufweisen.
Um die Büchsen 13 und den sie verbindenden Druckkern 12 ist nun die sogenannte Zugschlaufe 11 gev/ickelt, die aus Kohlefaser oder kevlarverstärktem Kunststoff besteht. Diese Faden sind in Richtung der auftretenden Zugkräfte gewickelt und im Verbund miteinander laminiert. Die Wicklung der Zugschlaufe wird nun so gestaltet, daß über der Büchse 13 wiederum eine sich dem entstehenden Zugkegel im Belastungsfall angleichende Form bildet. Diese Form wird in etwa halbkugelförmig sein. Hierbei wird die Erreichung dieser Form durch die Anschläge 13a an der Büchse 13 unterstützt. Zur Spannungsspitzenminderung können die ersten Wicklungen der Zugschlaufe 11 aus einem "weicheren" Material - z.B. GFK - bestehen. Um nun diese Zugschlaufe 11 vor Delamination und Aueknicken zu entlasten, ist quer zur Faserrichtung der Schlaufe 11 ein· sogenannt· Bandagenwicklung 10 gelegt, deren Wicklungsfäden ebenfalls beispielsweise aus Kohlefaser oder kevlarverstärktem Kunststoff bestehen. Diese Bandagewicklung 10 nimmt den Raum zwischen den beiden Lagerhülsen 13 ein. Die Bandage kann auch kreuzförmig gewickelt werden. Sie liegt praktisch annähernd kreisrund um die Elemente Druckkern 12 und Schlaufe 11 und verhindert somit Kantenspannungen.
Durch die Maßnahmen nach der Erfindung wird eine SchMkelanordnung geschaffen, bei der in optimaler Weise die günstigen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe zum Tragen kommen und dadurch eine beträchtlich· Gewichtsersparnis erzielt wird. Dadurch aber, daß die einzel-
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nen Bauelemente int-wesentlichen nur in einer einzigen Richtung eine Kraft aufzunehmen haben bzw. so gestaltet worden sind, daß für jede Kraftrichtung ein aufnehmendes Element oder Elenententeil vorhanden ist, konnte die Lebensdauer sowie die Riß- und Beschußsicherheit dieser SchHkelanordnung gegenüber den bekannten Ausführungen ganz erheblich vergrößert werden. Dies ist besonders im Bereich der Luft- und Raumfahrt von tragender Bedeutung. Jedes der verwendeten Elemente wird also optimal - d.h. faserverbundwerkstoff gerecht - entweder auf Zug oder nur auf Druck belastet.
/6 Patentansprüche
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Claims (14)

  1. Patentansprüche
    chäkel, vorzugsweise für die Flünelaufhängung im Rumpf von
    - und Raumfahrzeugen, dadurch gekennze i chnet, daß die fiir die Aufnahme der Zug- und Druckkrnfte und die Stabilität erforderlichen Elemente aus Faserverhundwerkstoffen hergestellt sind.
  2. 2. Schäkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die VJicklungen der einzelnen Bauelemente (10, 11, 12) in Richtung der jeweils aufzunehmenden Kraft verlaufen.
  3. 3. Schäkel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkern (12) und die Metalllagerbiichsen (13) dieselbe - einem Kreuz entsprechende Projektionsfläche besitzen und von einer Zuaschlaufenwicklung ummantelt sind, welche ihrerseits im Rereich zwischen den beiden Lagerbüchsen (13) quer zum Faserverlauf mit einer Bandagenwicklung (10) umgeben ist.
  4. 4. Schäkel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (13) an den Außenflächen mit einem Flansch (13a) versehen ist.
  5. 5. Schäkel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (13) in der Projektion die gleiche Fläche wie der darunter liegend angeordnete Druckkern (12) aufweist.
  6. 6. Schäkel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (13) in Gestalt und Form den Außenring eines Gelenklagers bildet.
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  7. 7. Schäkel nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche
    1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugschlaufe (11) aus einzelnen Garnfnden besteht und so gewickelt ist, daß über der Büchse (13) eine sich dem entstehenden Zugkegel im Belastungsfall ausgleichende, nahezu halbkugelf'irmige Form bildet.
  8. 8. Schäkel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Wicklungen der Zugschlaufe (11) aus einem weicheren Material - beispielsweise GFK - bestehen.
  9. 9. Schäkel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkern (12) in seinem Querschnitt der Projektionsfläche der Büchse (13) entspricht.
  10. 10. Schäkel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkegel (12) an der zur Büchse (13) gewandten Kontaktfläche (13b) konvex gestaltet ist.
  11. 11. Schäkel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (13) an der zum Druckkern (12) gewandten Kontaktfläche (13b) konkav gestaltet ist.
  12. 12. Schäkel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kontaktflache (13b) zwischen Druckkern (12) und Büchse (13) ein kraftverteilendes Medium - beispielsweise ein aushärtbares Füllmittel eingelagert ist.
  13. 13. Schäkel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkern (12) aus einem Verbundwerkstoff mit metallischer Matrix gefertigt ist.
  14. 14. Schäkel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandage (10) kreuzförmig gewickelt ist.
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