DE2710275A1

DE2710275A1 - Hohlstange

Info

Publication number: DE2710275A1
Application number: DE19772710275
Authority: DE
Inventors: Daniel Daugny; Claude Picard
Original assignee: Dassault Aviation SA; SA de Recherches de Mecanique Appliquee SARMA
Current assignee: Dassault Aviation SA; SA de Recherches de Mecanique Appliquee SARMA
Priority date: 1976-03-10
Filing date: 1977-03-09
Publication date: 1977-09-15
Also published as: IT1073453B; US4353268A; DE2710275B2; GB1572644A; DE2710275C3; JPS5844519B2; NL184510C; NL7702540A; JPS52142000A; NL184510B

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. H. He.uck

Dipl. Phys. W. Schlitz

Dipl. Ing. E. Graal.s

Dipl. Ing. W. Wehnert

Dipl. Phys. W. Carstens

8 München 2

Mozartstr. 23

Avions Marcel Dassault-Breguet
Aviation

F 924 20 Vaucresson
und

Societe Anonyme de Recherchesde Anwaltsaakte M-4 2OO Mecanique Appllquee SARMA

F 264 20 Saint Vallier suifRhone 2. März 1977

Die Erfindung betrifft eine Stange zur Betätigung von bewegbaren

Elementen und zur Übertragung von Kräften mit einem zylindrischen rohrförmigen Stangenkörper, der kegelstumpfförmige Endabschnitte zur Aufnahme von StangenendstUcken aufweist.

Derartige Hohlstangen werden insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, im Flugzeugbau verwendet. Es ist bekannt, daß die beweglichen Elemente eines modernen Flugzeuges, seien dies nun die Seitenruder, die Höhenruder oder die beweglichen Teile eines Triebwerkes veränderlicher Geometrie, in der Regel durch hydraulische Stellmotoren betätigt werden, deren Abtriebsteil über eine Stange mit dem zu betätigenden Element verbunden sind.

Diese Betätigungsstangen sind in der Regel metallische Rohre mit einem so großen Durchmesser, daß bei geringer Dicke des Metalls die erforderliche mechanische Belastbarkeit erhalten

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wird. Bin solches metallisches Rohr ist an seinen Enden durch konische Teile abgeschlossen, die zum Befestigen der Lager der i Betätigungsstange dienen. Diese konischen Teile haben eine Dicke, die zu dem kleinen Durchmesser aufweisenden Ende hin stetig zunimmt, um der Belastung standhalten zu können.

Nunmehr sind dem Fachmann spezielle Fasern bekannt geworden, die j bei sehr geringem Gewicht eine sehr hohe mechanische Festigkeit | und Belastbarkeit aufweisen. Hierzu gehören z.B. lohlenstoff- , fasern, Borfasern, die Fasern gewisser Polyamide, Glasfasern '

usw.. Infolgedessen wird auch versucht, leichte Bauteile mit '

I derartigen Fasern herzustellen. Diese Fasern werden in Form von j

Bändern verwendet, in denen die Fasern parallel zueinander lieger} und die in ein noch nicht polymerisiertes synthetisches Harz ein4

I

gebettet sind, insbesondere in ein Epoxyharz. !

I Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe die Herstellung von

Stangen der eingangs beschriebenen Art unter Verwendung derarti- , ger hochbelastbarer Fasern. Dieses Problem läßt sich nur unter Überwindung einer besonderen Schwierigkeit lösen, das in der Befestigung der Endstücke besteht, Ober die die Lagerung der Stange sichergestellt werden muß. Diese Endstücke müssen mit dem aus Fasern bestehenden Stangenkörper derart verbunden werden,daß eine gute übertragung der Kräfte sowohl bei Zug- als auch bei Druckbeanspruchung sichergestellt i3t. -

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Stange nach Anspruch 1. Danach wird jeder der kegelstumpfförmigen Endabschnitte des aus Fasern bestehenden Stangenkörpers durch eine Klemmbewehrung fest gegen eine kegelstumpfförmige Stützfläche

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gleicher Form angedrückt, die von dem metallischen Einsatz getragen ist, der in das Innere des Endabschnittes eingreift und eine Gewindebohrung aufweist oder sonstwie geeignet bearbeitet

ist, damit die Endstücke der Stange montiert und eingestellt !

i werden können. j

Vorteilhafterweise ist gemäß Anspruch 3 ein jeder der metalli- < sehen Einsätze zur Mitte der Stange hin durch eine zylindrische oder konische Schürze verlängert, an der der zylindrische Teil

des Stangenkörpers abgestützt ist, wobei diese Schürze so ausge-

bildet ist, daß sie in radialer Richtung etwas flexibel ist. Hier4 zu kann die Schürze gemäß Anspruch 9 mit Ausnehmungen versehen j sein, die längs ihres freien Endes verteilt angeordnet sind. ι

Vorzugsweise nimmt die Wandstärke der Schürze zu dem freien Ende ' i

j der Schürze hin ab, vergleiche Anspruch IO. I

I

Durch diese Flexibilität kann die Schürze in radialer Richtung nachgeben, wenn der an ihr abgestützte Stangenkörper verformt wird, und es können unzulässig starke Beanspruchungen vom Stan- ' genkörper ferngehalten werden. ■

Diese Flexibilität gestattet aber auch zugleich, eine äußere , Klemmbewehrung für den Stangenkörper vorzusehen, ohne daß im ,

- ■ ■ i

Bereich der Einsatzstücke der Verbund von Fasern und Harz nach- j

i teilig beeinflußt wird. Hierdurch wird auch die Widerstands- ' fähigkeit beim Auftreffen von Geschossen verbessert, deren einzige Auswirkung so auf ein einfaches Durchlöchern beschränkt ist»

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher er-

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läutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Betätigungsstange, die zum Teil in axialem Schnitt gezeigt ist;

Flg. 2 die Ansicht eines der am Ende der Stange vorgesehenen metallischen Einsätze ;

Fig. 3 einen Formdorn zur Herstellung der Stange; Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes eines

Bandes aus in Harz eingebetteten Fasern, wie es bei der Erfindung verwendet wird;

Fig. 5 einen Schnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Betätigungsstange mit eingesetztem Formdorn längs der Linie V-V während der Herstellung; und

j Fig. 6 eine zweite AusfUhrungsform einer Betätigungsstange, wobei einer der metallischen Einsätze und ein benachbarter Teil der Stange in axialer Schnittansicht gezeigt ist.

! Fig. 1 läßt die Gesamtform einer erfindungsgemäßen Betätigungs-' stange gut erkennen. Diese weist einen rohrförmigen Stangenkörper ]^uf, der an seinen beiden Enden jeweils einen kegelstumpfförmigen Endabschnitt 2 aufweist. Am Ende eines pden dieser Endabschnitte muß noch das nicht gezeigte Augenteil angebracht werden, das die Lagerung der Stange ermöglicht; stattdessenjkann auch ein anderes Endstück angesetzt werden.

Die in Fig. 1 gezeigte Betätigungsstange kann z.B. folgendermaßen hergestellt werden: Man nimmt einen Formdorn 3, der im wesentlichen die gleiche

Form aufweist wie die Betätigungsstange, der aber so konstru-

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iert ist, daß nach Herstellung des Stangenkörpers auf dem Formdorn der letzteren trotz der kegelstumpfförmigen Gestalt der Endabschnitte des Stangenkörpers herausgezogen werden kann. Formdorne dieser Art sind In verschiedenen Ausführungsweisen dem Fachmanne wohlbekannt.

Man kann z.B. einen Formdorn verwenden, der aus mehreren Teilen besteht, wobei die Trennflächen der einzelnen Segmente parallel zur Stangenachse verlaufen. Nach Herausnehmen eines zentralen Teiles, dessen transversale Abmessung so klein ist, daß es durch die Enden des Stangenkörpers herausgezogen werden kann, können dann die anderen Segmente gleichermaßen herausgenommen werden. Der Formdorn kann auch aus Sand hergestellt sein, der auf leicht zerstörbare Weise zusammengebacken ist; schließlich kann der Formdorn auch aus einem Material hergestellt sein, das sich in einer neutralen Flüssigkeit auflöst, oder er kann aus einem bei Wärmeeinwirkung sich auflösenden Material bestehen.

i Der Formdorn 3 hat bei seinen Enden ein wenig zurückspringende , kegelstumpfförmige Dornabschnitte 4, die sich an eine Schulter ' 5 anschließen. Auf diese Dornabschnitte 4, die bei beiden Enden des Formdornes vorgesehen sind, wird ein rohrförmiger metallischer Einsatz 6 aufgesetzt, wie er in Fig. 1 im Schnitt und in Fig. 2 in Ansicht gezeigt ist.

Dieser metallische Einsatz 6 weist einen mit einer Gewinde- ι bohrung versehenen zylindrischen Abschnitt 7 auf, in den das Augenstück der Stange oder ein anderes Endstück, die beide nicht gezeigt sind, eingeschraubt werden kann. Der Abschnitt 7 ist ferner mit einem vorspringenden Bund 8 und mit einem kegel- _„_

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stumpfförmigen Einsatzabschnitt 9 versehen, der genau die gleiche Form aufweist wie der Dornabschnitt 4. Die Wandstärke des Einsatzabschnittes 9 ist bei der Schulter 5 gleich der Höhe der letzteren, so daß die Außenfläche des kegelstumpfförmigen Einsatzabschnittes 9 glatt in die Außenfläche des Formdornes übergeht. Die außenliegende Oberfläche des Einsatzabschnittes 9 ist mit zur Stangenachse rotationssymmetrischen Wellungen oder Riefen 10 versehen.

Hat man auf den FormcOrn 3 die beiden Einsätze 6 an den Enden aufgesetzt, so nimmt man Bänder, die aus Kohlenstoffasern oaer anderen geeigneten Fasern bestehen, die in noch nicht polymerisiertes Epoxyharz eingebettet sind. Diese Bänder sind also noch leicht klebrig. In diesen Bändern können die Fasern parallel zueinanderliegend oder sonstwie, z.B. über Kreuz angeordnet sein. Die Anzahl der Fasern ist nicht fest vorgegeben.

Eine erste Lage derartiger Bänder kann so auf dem Formdorn angeordnet werden, daß sie parallel zu den Mantellinien des Formdornes verlaufen und sich die Ränder der Bänder etwas überlappen (vergl. Fig. 5). Die Breite des Uberlappungsbereiches nimmt natürlich auf den kegeIstumpfförmigen Endabschnitten des Formdornes von der großen Durchmesser aufweisenden Grundfläche zu der kleinen Durchmesser aufweisenden Grundfläche des Kegelstumpfes hin zu. Die Länge der Bänder ist so gewählt, daß zwischen den Enden der Bänder und den Bunden 8 der metallischen Einsätze 6 ein gewisser Zwischenraum 11 verbleibt.

Nach Herstellung dieser ersten Schicht wird darüber eine zweite Schicht gelegt, die diesmal wendelförmig vom einen Ende ,

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bis zum anderen Ende der ersten Schicht gewickelt wird. Dann wird eine dritte Schicht aufgebracht, die wie die erste parallel zu den Mantellinien des Formdornes verläuft. Dann wird eine vierte Schicht wendelförmig, jedoch in entgegengesetztem Sinne wie die zweite Schicht aufgebracht usw.

Diese Aufeinanderfolge von Schichten läßt sich in sehr weitem Rahmen abändern.

Insbesondere kann man die Orientierung aufeinanderfolgender Schichten abändern; man kann z.B. mehrere Schichten mit gleiche:* Ausrichtung übereinander anbringen und gegebenenfalls auch Lagen aus Fasern unterschiedlicher Beschaffenheit vorsehen.

Die Änderung der Breite des Uberlappungsbereiches der Bänder, die auf den kegelstumpfförmigen Endabschnitten des Pormdornes erhalten wird, wirkt sich so aus, daß auf diesen Endabschnitten zwischen der großen Basisfläche und der kleinen Basisfläche eine zunehmende Vergrößerung der Handstärke erhalten wird. Dies ist im Hinblick auf die mechanische Festigkeit der Betätigungsstange sehr vorteilhaft.

Schließlich wird bei jedem der Enden die Gesamtheit der Bänderlagen auf dem metallischen Einsatz 6 so stark festgesogen, daß sich die Lagen der Form der Wellungen oder Riefen 10 anj passen. Dieses Andrücken der Bänderlagen erfolgt durch Aufwickeln von Fasern 12, die den schon erwähnten ähneln, wobei

j gegebenenfalls zugleich metallische Ringe verwendet werden. ' Die Fasern 12 und gegebenenfalls die metallischen Ringe stellen eine Klemmbewehrung dar. -11-

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Die so erhaltene Anordnung wird dann in einen Ofen gebracht, um das Harz zu polymerisieren. Das Harz erstarrt dann um die Fasern herum, die in das Harz eingebettet sind. Danach wird der Formdorn herausgenommen.

Auf diese Weise erhält man eine Stange mit geringem Gewicht und ausgezeichneter mechanischer Festigkeit. Die Kraftübertragung zwischen den metallischen Einsätzen 6 und dem aus Fasern bestehendem Stangenkörper 1 ist in idealer Weise sichergestellt. Bei Beanspruchung auf Zug verhindert nämlich die kegelstumpfförmige Gestalt und die Wellungen oder Riefen 10 des Einsatzabschnittes 9 und Klemmbewehrung für die größere Wandstärke aufweisenden Endabschnitte 2, die in diesem Bereich dieselbe

ι Form wie der Stangenkörper aufweisen, jegliches Gleiten und _; jegliche Zugbeanspruchung der Verklebung zwischen dem Einsatz und dem Endabschnitt 2 des Stangenkörpers. Bei Belastung auf Druck drückt dagegen ein jeder der Einsätze 6 über seinen Bund _{ 8 auf die blockförmige Klemmbewehrung und den festgeklemmten ^!

Endabschnitt 2 des Stangenkörpers 5, während zugleich I

tangentiale Belastunfⁿauf den Abschnitt des Stangenkörpers j

i

weitergegeben werden, der zwischen den Einsatz und die blockförmige Klemmbewehrung eingeklemmt ist. Die Verbindung erfolgt somit auch bei Druckbeanspruchung zwischen der einem Schrumpfring vergleichbaren Klemmbewehrung und dem Endabschnitt 2 der ! Stange.

Bei der in Fig. 6 gezeigten bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung ist ein jeder der metallischen Einsätze 6 zum Innern des Stangenkörpers 1 hin verlängert bis hinein in den zylindrischen Teil des Stangenkörpers. Diese Verlängerung hat die

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I - 12 - ι

Form einer Schürze 15, deren außenliegende Oberfläche zylin- \ drische oder kegelförmige Gestalt hat. Die Schürze 15 weist an ihrem freien Ende girlandenähnliche Ausnehmungen 16 auf, die längs des Randes der Schürze verteilt angeordnet sind. Durch diese Ausnehmungen erhält die Schürze bei ihrem Rand eine gewisse Flexibilität in radialer Richtung.

Zum gleichen Zwecke nimmt die Wandstärke der Schürze zu deren ' freiem Rand hin ab, so daß die innenliegende Oberfläche der Schürze die Gestalt eines Kegelstumpfes hat.

Die Form der im zylindrischen Teil des Stangenkörpers liegenden Schürze und die oben beschriebene Flexibilität der letzteren in radialer Richtung bewirken, daß einerseits der Stangenkörpur gut auf den metallischen Einsätzen gelagert ist und andererseits kleine Dickenänderungen des Stangenkörpers bei einer Dilatation oder Kontraktion, wie sie bei der übertragung von Druckkräften oder Zugkräften auftreten kann, durch die elastische Vorformung der Schürze 15 aufgenommen werden können, ohne daß der Stangenkörper unzulässig starken lokalen Beanspruchungen ausgesetzt wird.

iJatürlich wird der in Fig. 3 gezeigte oben beschriebene Formdorn so geändert , daß er der neuen I'orin der Einsätze Rechnung trägt.

riy. C zeigt yeg<;nüber Fig. 1 noch einen weiteren Unterschied der Betätigungsstange:

Während in Fig. 1 der die Fasern enthaltende St angenköt pt;i

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eine kurze Strecke vor dein liund 8 endet, ist dieser bei der Ausführungsform nach Fig. 6 verlängert und zur innenliegenden Stirnfläche des Bundes hin umgefaltet, wie bei 8a gezeigt. Auf diese Weise drückt die durch die Fasern 12 gebildete Klenunbewehrung das rohrförmige Verbundteil zugleich gegen die kegelstumpf form ige Stützfläche des Linsatzabschnittes ') und gegen den Hund 3. Versuche haben gezeigt, daß auf diese Weise eine noch bessere Verbindung zwischen einen jeden der Einsätze und dem Stangenk'jrp ir erhalten wird.

Die Betätigungsstange nach Fig. 6 weist ferner eine .innere Uewehrung 17 auf, die durch Dar Überwicke In eines vorinipr.i jnierten iiandes aus Fasern erhalten ist , wobei das Uand schrittweise festgezogen wird. Durch diese äußere Bewehrung 17 wird die Widerstandsfähigkeit hinsichtlich einer Durchlöcherung durch Geschosse weiter verbessert.

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•Ν Leerseite

Claims

Patentanwälte DIpI. Ing. H. Hauck Dipl. Phys. W. Schmitz Dipl. Ing. E. Graalfs Dipl. Ing. W. Wehr, art Dipl. Phys. W. Carstens 8 München 2 Mozartstr. 23 Avions Marcel Dassault-Breguet Aviation F 92420 Vaucresson und Societe Anonyme de Re^herches de Anwaltsakte M-4 2OO Mecanique Appliquee SARMA F 26420 Saint Vallier iur Rhone 2. März 1977

1.)Stange zur Betätigung von bewegbaren Elementen und zur Ubertragung von Kräften mit einem zylindrischen, rohrförmigen Stangenkörper, der kegelstumpfförmige Endabschnitte zur Aufnahme von Stangenendstücken aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Stangenkörper (1) aus Fasern hoher Belastbarkeit besteht, die durch ein polymerisiertes synthetisches Harz zusammengehalten sind, und daß jeder der kegelstumpfförmigen Endabschnitte (2) einen metallischen Einsatz (6) umgibt, an dem die Lagerung für die Stange anbringbar ist und der einen kegelstumpfförmigen Einsatzabschnitt (4) aufweist, der dieselbe Form hat wie die Endabschnitte (2) des Stangenkörpers (1) und an den die Endabschnitte (2) des Stangenkörpers (1) durch eine Klemmbewehrung (12) fest angelegt sind.

2. Stange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stangenkörper (1) durch eine Mehrzahl überkreuzt verlaufender Lagen aus Fasernbändern gebildet ist,die in das synthetisch»

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Harz eingebettet sind.

3. Stange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen sich so überlappen, daß sie sich auf den kegelstumpfförraigen Endabschnitten (2) überkreuzen, derart, daß die Dicke dieser Endabschnitte progressiv zunimmt.

4. Stange nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der tragenden Fasern von einem Ende des Stangenkörpers (1) zu seinem anderen Ende hin konstant bleibt.

5. Stange nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den metallischen Einsätzen (6) angeordnete Stützfläche mit Wellungen oder Riefen (10) versehen ist.

6. Stange nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Einsätze (6) einen Bund (8) oder einen vorspringenden Abschnitt aufweist, der bei Belastung der Stange auf Druck auf das Ende des durch die Fasern gebildeten Stangenkörpers (1) und auf die blockförmige Klemmbewehrung (12) eine Druckkraft ausübt.

7. Stange nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (8) vom Ende des durch die Fasern gebildeten Stangenkörpers (1) durch einen Zwischenraum (11) getrennt ist, der von einem Teil der blockförmigen Klemmbewehrung (12) gefüllt ist.

8. Stange nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der metallischen Einsätze (6), die die Endstücke der Stange darstellen, zur Mitte des Stangenkörpers (1) hin um eine geringe Strecke durch eine zylindrische oder kegelförmige Schürze (15) verlängert ist, an der der zylin-_₃_

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drische Stangenkörper (1) abgestützt ist und festgeklemmt ist, wobei diese Schürze (15) in radialer Richtung eine gewisse Flexibilität aufweist.

9. Stange nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schürze Ausnehmungen (16) aufweist, die längs ihres freien Endes verteilt angeordnet sind.

10. Stange nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schürze (15) zu ihrem freien Ende hin abnimmt.

11. Stange nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Fasern hoher Belastbarkeit gebildete Stangenkörper (1) zur innen liegenden Stirnfläche des Bundes (8) eines jeden der Einsätze (6) hin verlängert ist und uugefaltet ist, derart, daß die am Stangenende vorgesehene Klemmbewehrung (12) den durch die Fasern gebildeten Stangenkörper (1) zugleich gegen die Stützfläche (9) des Einsatzes (6) und gegen dessen Bund (8) fest andrückt.

12. Stange nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine zusätzliche äußere Klemmbewehrung (17) , die durch ein Band gebildet ist, das Schritt für Schritt auf den Stangenkörper (1) und die Einsätze (6) aufgewickelt wird und festgezogen wird.

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