DE202006001878U1

DE202006001878U1 - Force transmission unit for fiber support in aircraft, has slots provided on upper surface of unit, where unit is connected with fiber material of support and is made thermoplastic material e.g. polyphenylene sulfide

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

The unit (1) has slots provided on an upper surface of the unit, where the unit is connected in a positive-fit manner with fiber material (2) of a support provided in an aircraft by adhesion. Geometrical orientation of the slots and a longitudinal axis of the support lie within the range of +-5 degrees-+-45 degrees. The unit is made of thermoplastic material e.g. polyphenylene sulfide, polyetheretherketone.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Krafteinleitungselement an Streben aus Faserverbundwerkstoff für Anwendungen in der Luftfahrt.The The present invention relates to the force introduction element on struts made of fiber composite material for Applications in aviation.

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.such Struts, also known as struts, connecting rods or pull-push rods, serve in airplanes especially for guidance and mechanical storage or for support (English: "Struts" or "Tierods"). Strive for this Art generally comprise a substantially tubular body the end of each one element (force introduction element) for Assembly of the strut is located.

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.These Aspirations occur in airplanes in substantial numbers, with a Strut type characterized in particular by varying the length. The variation the length is essentially through change the length of the generally tubular body reached the strut. The force application elements are at a Strut type substantially the same, so that in particular the force introduction elements in a large quantity occurrence.

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.pursuit with tubular bodies made of fiber composite material are characterized in particular by their im Compared to metallic struts light weight and are known in aviation. The state of the art is the force introduction elements metallic finish at the end of such struts. In most cases will be Force introduction elements made of aluminum used. These are for example frictionally by Bonding with the tubular body made of fiber composite material. The disadvantage here are the high weight of metallic force introduction elements, the bad ones corrosion resistance and the high production costs. The high production costs are by usually mechanical cutting as well as the effort, the to avoid contact corrosion in the joint between force introduction element and fiber composite tension strut must be operated. In rare cases, the force introduction elements exist also of duromer fiber composites whose high production costs, caused by limited automation of the manufacturing process, to be detrimental.

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.At the struts are particularly high demands on the strength of the used Materials with low weight and corrosion resistance posed. In addition, the Striving extremely resistant be against mechanical and environmental stresses.

Die steigenden Anforderungen an Gewichts- und Kosteneinsparung führen an die Grenzen des Potentials bekannter Bauweisen für Streben mit rohrförmigen Körpern aus Faserverbundwerkstoffen.The increasing demands on weight and cost savings lead the limits of the potential of known designs for struts with tubular bodies Fiber composites.

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.All previously known construction methods for Struts with tubular bodies made of fiber composites are either too expensive and making it too costly to manufacture and / or meet the requirements in terms of low weight, corrosion-free and / or mechanical stress not standing. It is also known that the high production costs of Force transmission elements so far by manufacturing methods such as machining on the metallic side or resin inkjet on the duromer Fiber composite side are justified, the for the needed Application rate of force transmission elements are fundamentally unfavorable.

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.Of the The invention is therefore based on the object struts with tubular bodies Fiber composite materials develop such that the today Prior art corresponding disadvantages are avoided.

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.Especially should be struts with tubular bodies made of fiber composites with low weight and high corrosion resistance based on a also for the mass production appropriate manufacturing process are created, the mechanical Withstand stresses and inexpensive to manufacture by the selected manufacturing process are.

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.The Task is solved by that the force introduction element made of thermoplastic material consists. The use of thermoplastics for such Applications is first not obvious, since thermoplastics in general are known as flammable and with only low strengths. Through the use of high quality thermoplastics, such as PPS or PEEK, become high strength with good fire behavior combined. In addition, such thermoplastics with fillers such as mineral fillers, glass fibers or carbon fibers available. As a result, strengths and fire behavior can be further improved.

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.The connection according to the invention between the force introduction element and the tubular bodies made of fiber composite materials takes place in a material, force and / or form-fitting manner. Special emphasis is placed on the form-fitting part of the connection. To achieve a good fit, the force introduction elements according to the invention are equipped with a special surface structure. The surface structure serves to allow the optimal embedding of fibers of the fiber composite material in order thus the particularly good shape reach conclusion. The embedding of the fibers is particularly easy to implement, especially in the fiber winding process.

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.to Achieving the desired Positive fit are depressions in the thermoplastic force introduction element introduced, the fiber angle of the fiber orientation in the fiber composite material correspond. This places a substantial portion of the fibers of the fiber composite in the recesses, creating an ideal Positive connection between force introduction element and fiber composite material arises.

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.For example the recesses extend at an angle α of + 15 ° and -15 ° to the longitudinal axis of the fiber composite strut. In that case, would the essential part of the fiber orientation of the fiber composite strut also an angle α of + 15 ° and -15 ° to the longitudinal axis have the fiber composite strut.

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.In Another aspect of the invention is in the region of the force introduction element locally in addition Fiber composite applied to this area in addition to strengthen. This reinforcement is preferably also carried out in fiber composite, can but also be made of other materials.

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.Of the Fiber composite is preferably, but not exclusively, made continuous glass, carbon, basalt and / or plastic fibers in conjunction with a plastic, but preferably not exclusively epoxy, Phenolic, polyester and / or vinyl ester resin or a PPS or PEEK matrix.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.The Invention will be described below with reference to exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.

Es zeigt:It shows:

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. 1 a schematic section of the fiber composite strut with the force introduction element according to the invention ( 1 ) which according to a first embodiment with fiber composite material ( 2 ) is surrounded. The force introduction element ( 1 ) is in this case with the fiber composite material ( 2 ) firmly connected by gluing and simultaneous positive engagement.

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. 2 a schematic section of the fiber composite strut with the force introduction element according to the invention ( 1 ) which according to a second embodiment with fiber composite material ( 2 ) is surrounded. The force introduction element ( 1 ) is in this case with the fiber composite material ( 2 ) firmly connected by gluing and simultaneous positive engagement. In addition, in the area of the force introduction elements, a reinforcement ( 3 ) attached to support the positive connection.

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. 3 a schematic side view of the force introduction element according to the invention ( 1 ) according to one embodiment. To achieve the desired form fit are depressions ( 4 ) in the thermoplastic force introduction element ( 1 ) brought in. The depressions ( 4 ) extend at an angle + α and -α to the longitudinal axis of the fiber composite strut.

4 eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen Krafteinleitungselements (1) wobei ein Innengewinde (6) zur Montage beispielsweise von Gabelköpfen an dem Krafteinleitungselement dient. 4 a schematic plan view of the force introduction element according to the invention ( 1 ) wherein an internal thread ( 6 ) is used for mounting, for example, clevises on the force introduction element.

Claims

Thermoplastic force introduction element on struts made of fiber composite material for aerospace applications, characterized in that the force introduction element in the surface recesses, the geometric orientations substantially corresponding to the orientation of the essential part of the fibers of the fiber composite material.

Thermoplastic force introduction element on struts made of fiber composite material for Applications in aviation according to claim 1, characterized in that that the angle α between the geometric course of the recesses and the longitudinal axis the fiber composite strut is between ± 5 ° and ± 45 °.

Thermoplastic force introduction element on struts made of fiber composite material for Applications in aviation according to claims 1 and 2, characterized in that that the angle between the geometrical course of the depressions and the longitudinal axis the fiber composite strut a maximum of ± 10 ° from the orientation of the essential Part of the fibers of the fiber composite material deviates.

Thermoplastic force introduction element on struts made of fiber composite material for Applications in aviation according to claim 1, characterized in that that the length of the force introduction element at least 1.5 times the inner diameter the strut is.

Thermoplastic force introduction element on struts made of fiber composite material for Applications in aviation according to claim 1, characterized in that that the force introduction element is conical.

Thermoplastic force introduction element on Braces of fiber composite material for aerospace applications according to claim 1, characterized in that the inner diameter of the force introduction element is equal to or greater than the inner diameter of the strut.