DE202006001878U1

DE202006001878U1 - Krafteinleitungselement für Faserverbundstreben in Flugzeugen

Info

Publication number: DE202006001878U1
Application number: DE202006001878U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Funck Ralph Dr De
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2016-02-04

Abstract

Thermoplastisches Krafteinleitungselement an Streben aus Faserverbundwerkstoff für Anwendungen in der Luftfahrt, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafteinleitungselement in der Oberfläche Vertiefungen aufweist, dessen geometrische Ausrichtungen im Wesentlichen der Ausrichtung des wesentlichen Teils der Fasern des Faserverbundwerkstoffs entsprechen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Krafteinleitungselement an Streben aus Faserverbundwerkstoff für Anwendungen in der Luftfahrt.
Derartige Streben, auch als Verstrebungen, Verbindungsstangen oder Zug-Druck-Stangen bezeichnet, dienen in Flugzeugen insbesondere zur Führung und mechanischen Lagerung bzw. zur Abstützung (engl. „Struts" oder „Tierods"). Streben dieser Art umfassen im allgemeinen einen im wesentlichen rohrförmigen Körper, an dessen Ende sich jeweils ein Element (Krafteinleitungselement) zur Montage der Strebe befindet.
Diese Streben kommen in Flugzeugen in erheblichen Stückzahlen vor, wobei sich ein Strebentyp insbesondere durch Variation der Länge auszeichnet. Die Variation der Länge wird im wesentlichen durch Veränderung der Länge des im allgemeinen rohrförmigen Körpers der Strebe erreicht. Die Krafteinleitungselemente sind bei einem Strebentyp im wesentlichen gleich, so dass insbesondere die Krafteinleitungselemente in einer hohen Stückzahl vorkommen.
Streben mit rohrförmigen Körpern aus Faserverbundwerkstoff zeichnen sich insbesondere durch ihr im Vergleich zu metallischen Streben geringes Gewicht aus und sind in der Luftfahrt bekannt. Stand der Technik ist, die Krafteinleitungselemente am Ende derartiger Streben metallisch auszuführen. In den meisten Fällen werden Krafteinleitungselemente aus Aluminium eingesetzt. Diese sind beispielsweise kraftschlüssig durch Verklebung mit dem rohrförmigen Körper aus Faserverbundwerkstoff verbunden. Nachteilig sind hierbei das hohe Gewicht der metallischen Krafteinleitungselemente, die schlechte Korrosionsbeständigkeit und die hohen Herstellungskosten. Die hohen Herstellungskosten werden durch in der Regel mechanische Zerspanung sowie den Aufwand, der zur Vermeidung von Kontaktkorrosion in der Fügestelle zwischen Krafteinleitungselement und Faserverbund-Zugstrebe betrieben werden muss verursacht. In seltenen Fällen bestehen die Krafteinleitungselemente auch aus duromeren Faserverbundwerkstoffen, deren hohe Herstellkosten, verursacht durch begrenzte Automatisierbarkeit des Fertigungsprozesses, sich nachteilig auswirken.
An die Streben werden besonders hohe Ansprüche an die Festigkeit der verwendeten Materialien bei gleichzeitig geringem Gewicht und auch an die Korrosionsbeständigkeit gestellt. Zudem müssen die Streben extrem widerstandsfähig gegen mechanische sowie umgebungsbedingte Beanspruchungen sein.
Die steigenden Anforderungen an Gewichts- und Kosteneinsparung führen an die Grenzen des Potentials bekannter Bauweisen für Streben mit rohrförmigen Körpern aus Faserverbundwerkstoffen.
Alle bisher bekannten Bauweisen für Streben mit rohrförmigen Körpern aus Faserverbundwerkstoffen sind entweder zu aufwändig und damit zu kostenintensiv in der Herstellung und/oder halten den Anforderungen bezüglich geringen Gewichtes, Korrosionsfreiheit und/oder mechanischer Beanspruchungen nicht stand. Bekannt ist auch, dass die hohen Herstellkosten der Krafteinleitungselemente bislang durch Fertigungsmethoden wie Zerspanung auf der metallischen Seite oder Harzinjetionsverfahren auf der duromeren Faserverbundseite begründet sind, die für die benötigte Ausbringmenge an Krafteinleitungselementen grundlegend ungünstig sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Streben mit rohrförmigen Körpern aus Faserverbundwerkstoffen derart weiterzubilden, dass die dem heutigen Stand der Technik entsprechenden Nachteile vermieden werden.
Insbesondere sollen Streben mit rohrförmigen Körpern aus Faserverbundwerkstoffen mit geringem Eigengewicht und hoher Korrosionsbeständigkeit auf Basis eines auch für die Großserienproduktion geeigneten Fertigungsverfahrens geschaffen werden, die mechanischen Beanspruchungen standhalten und durch das gewählte Fertigungsverfahren kostengünstig herzustellen sind.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Krafteinleitungselement aus thermoplastischem Kunststoff besteht. Der Einsatz von thermoplastischen Kunststoffen für derartige Anwendungen ist zunächst nicht naheliegend, da thermoplastische Kunststoffe im Allgemeinen als leicht brennbar und mit nur geringen Festigkeiten bekannt sind. Durch den Einsatz hochwertiger Thermoplaste, wie beispielsweise PPS oder PEEK, werden hohe Festigkeiten mit gutem Brandverhalten kombiniert. Zudem sind derartige Thermoplaste mit Füllstoffen wie beispielsweise mineralische Füllstoffe, Glasfasern oder Kohlenstofffasern verfügbar. Dadurch lassen sich Festigkeiten und Brandverhalten nochmals verbessern.
Die erfindungsgemäße Verbindung zwischen Krafteinleitungselement und dem rohrförmigen Körpern aus Faserverbundwerkstoffen erfolgt stoff-, kraft- und/oder formschlüssig. Besonderen Wert wird dabei auf den formschlüssigen Teil der Verbindung gelegt. Zur Erreichung eines guten Formschlusses ist das erfindungsgemäße Krafteinleitungselemente mit einer besonderen Oberflächenstruktur ausgestattet. Die Oberflächenstruktur dient dazu, das optimale Einbetten von Fasern des Faserverbundwerkstoffes zu ermöglichen um somit den besonders guten Formschluss zu erreichen. Das Einbetten der Fasern ist insbesondere im Faserwickelverfahren besonders gut zu realisieren.
Zur Erzielung des gewünschten Formschlusses sind Vertiefungen in dem thermoplastischen Krafteinleitungselement eingebracht, die dem Faserwinkel der Faserausrichtung im Faserverbundwerkstoff entsprechen. Dadurch legt sich ein wesentlicher Teil der Fasern des Faserverbundwerkstoffes in die Vertiefungen, wodurch ein idealer Formschluss zwischen Krafteinleitungselement und Faserverbundwerkstoff entsteht.
Beispielsweise verlaufen die Vertiefungen in einem Winkel α von +15° und –15° zur Längsachse der Faserverbundstrebe. In diesem Fall würde der wesentliche Teil der Faserausrichtung der Faserverbundstrebe ebenfalls einen Winkel α von +15° und –15° zur Längsachse der Faserverbundstrebe haben.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird im Bereich des Krafteinleitungselements lokal zusätzlich Faserverbundwerkstoff aufgebracht, um diesen Bereich zusätzlich zu verstärken. Diese Verstärkung ist vorzugsweise ebenfalls in Faserverbundwerkstoff ausgeführt, kann aber auch aus anderen Werkstoffen ausgeführt sein.
Der Faserverbundwerkstoff besteht vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, aus kontinuierlichen Glas-, Kohlenstoff-, Basalt- und/oder Kunststofffasern in Verbindung mit einem Kunststoff, vorzugsweise aber nicht ausschließlich Epoxyd-, Phenol-, Polyester- und/oder Vinylesterharz oder einer PPS- oder PEEK-Matrix.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt:
1 einen schematischen Schnitt der Faserverbundstrebe mit dem erfindungsgemäßen Krafteinleitungselement (1) welches gemäß einer ersten Ausführungsform mit Faserverbundwerkstoff (2) umgeben ist. Das Krafteinleitungselement (1) ist hierbei mit dem Faserverbundwerkstoff (2) durch Verkleben und gleichzeitigen Formschluß fest verbunden.
2 einen schematischen Schnitt der Faserverbundstrebe mit dem erfindungsgemäßen Krafteinleitungselement (1) welches gemäß einer zweiten Ausführungsform mit Faserverbundwerkstoff (2) umgeben ist. Das Krafteinleitungselement (1) ist hierbei mit dem Faserverbundwerkstoff (2) durch Verkleben und gleichzeitigen Formschluß fest verbunden. Zusätzlich ist im Bereich der Krafteinleitungselemente eine Verstärkung (3) zur Unterstützung des Formschlusses angebracht.
3 eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Krafteinleitungselements (1) gemäß einer Ausführungsform. Zur Erzielung des gewünschten Formschlusses sind Vertiefungen (4) in dem thermoplastischen Krafteinleitungselement (1) eingebracht. Die Vertiefungen (4) verlaufen in einem Winkel +α und –α zur Längsachse der Faserverbundstrebe.
4 eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen Krafteinleitungselements (1) wobei ein Innengewinde (6) zur Montage beispielsweise von Gabelköpfen an dem Krafteinleitungselement dient.

Claims

Thermoplastisches Krafteinleitungselement an Streben aus Faserverbundwerkstoff für Anwendungen in der Luftfahrt, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafteinleitungselement in der Oberfläche Vertiefungen aufweist, dessen geometrische Ausrichtungen im Wesentlichen der Ausrichtung des wesentlichen Teils der Fasern des Faserverbundwerkstoffs entsprechen.
Thermoplastisches Krafteinleitungselement an Streben aus Faserverbundwerkstoff für Anwendungen in der Luftfahrt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α zwischen dem geometrischen Verlauf der Vertiefungen und der Längsachse der Faserverbundstrebe zwischen ±5° und ±45° beträgt.
Thermoplastisches Krafteinleitungselement an Streben aus Faserverbundwerkstoff für Anwendungen in der Luftfahrt nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen dem geometrischen Verlauf der Vertiefungen und der Längsachse der Faserverbundstrebe maximal um ±10° von der Ausrichtung des wesentlichen Teils der Fasern des Faserverbundwerkstoffs abweicht.
Thermoplastisches Krafteinleitungselement an Streben aus Faserverbundwerkstoff für Anwendungen in der Luftfahrt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Krafteinleitungselementes mindestens das 1,5 Fache des Innendurchmessers der Strebe beträgt.
Thermoplastisches Krafteinleitungselement an Streben aus Faserverbundwerkstoff für Anwendungen in der Luftfahrt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafteinleitungselement konisch ausgeführt ist.
Thermoplastisches Krafteinleitungselement an Streben aus Faserverbundwerkstoff für Anwendungen in der Luftfahrt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der Innendurchmesser des Krafteinleitungselements gleich oder größer ist als der Innendurchmesser der Strebe.