纤维复合支柱制造技术

本发明专利技术涉及一种支柱(101，201)，例如用于飞行器或航天器的纤维复合支柱，其在支柱(101，201)的圆柱形安装空间内具有最大可能的外径。本发明专利技术涉及一种连接到纤维复合中空结构(102，202)，例如纤维塑料复合中空结构(102，202)的插入件(104，204)，其中中空结构(102，202)接合插入件(104，204)的底切(107，207)，其中纤维复合中空结构(102，202)的外部区域也具有底切(108，208)，并且该底切(108，208)填充有纤维复合护套(105，205)，例如纤维塑料复合护套(105，205)，并且纤维复合中空结构(102，202)的内部区域至少在一个子区域中具有与其连接的芯体(103，203)。203)。203)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纤维复合支柱
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求于2019年3月8日提交的德国申请号10 2019 001585.1的优先权。前述申请通过引用以其整体并入本文中。


[0003]本专利技术涉及一种由纤维复合材料制成的支柱(strut)或拉力压缩杆(tension
‑
compression rod)。

技术介绍

[0004]重型纤维复合材料(例如具有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、陶瓷纤维或玄武岩纤维并且具有例如热固性或热塑性材料、弹性体、碳、石墨或陶瓷的基体)的使用需要使用适合于所涉及材料的相称设计来传递力。在这种情况下“适合于所涉及材料”是指关于纤维方向上和其横向上的不同机械性质，有目的地利用材料的各向异性。
[0005]由纤维复合材料制成的用于力传输的连杆尤其用于导向和机械安装、用于支撑、用于斜撑(bracing)或用于连接。由纤维复合材料制成的连杆已为人所知多年。此类连杆优选但不排他地用于航空航天。飞行器和航天器(例如飞机、旋翼飞机、飞艇、无人航空系统、火箭和卫星)的连杆主要通过压缩力和拉力轴向加载。
[0006]当使用纤维增强管时，经常存在将力引入该结构的基本问题。通常，为此目的使用设置在管中的金属螺纹元件。对于金属元件和纤维增强管的连接问题，有多种解决方案。与金属支柱相比，具有由纤维复合材料制成的管状体的这种性质的支柱与金属支柱相比的区别尤其在于它们的重量轻。
[0007]通常，此类支柱的末端的力引入元件由金属制成。在大多数情况下，使用由铝制成的力引入元件。通常，它们通过粘合方式整体连接到由纤维复合材料制成的管状体上。金属力引入元件的重量大、耐腐蚀性差、粘合接头的劳动密集型质量控制以及相关的高制造成本在这里是不利的。在极少数情况下，力引入元件也由塑料制成，在这种情况下，它们的低强度和它们与纤维增强管明显不同的热膨胀系数会产生不利影响。
[0008]特别是在此类支柱也被称为支架、连杆或拉力压缩杆的航空航天应用中，支柱特别用于引导和机械安装或用于支撑(“支柱”或“拉杆”)，会受到极端温度波动的影响，因此必须符合最高质量标准。支柱也可称为拉杆。此类支柱的主要加载方向是在支柱的纵轴上。这种性质的支柱通常包括基本上管状的主体，在其每一端处设置有用于安装支柱的元件(力引入元件或插入件)。
[0009]对此类支柱提出了特别高的要求，即所用材料的强度高同时重量轻、具有可再现性和质量保证以及具有耐腐蚀性。此外，支柱必须对机械应力、热应力和其他环境应力具有极强的抵抗力。根据每种情况下可用的安装空间，有时需要在圆柱形安装空间内构造具有最大可能的外径的此类支柱。
[0010]对减轻重量和节约成本日益增长的要求正在接近用于具有由纤维复合材料制成
的管状体的支柱的已知构造方法的潜力的极限。
[0011]由现有技术已知用于纤维复合支柱的可靠锁定载荷引入和/或整体载荷引入(positive
‑
locking and/or integral load introduction)的各种解决方案概念。
[0012]WO 2009/003,207 A1描述了一种用于吸收和/或传递拉力和/或扭转力的连接设置。力引入元件至少部分地被护套元件包围，其中该元件基本上由纤维复合材料组成。在力引入元件的至少一个区段上，在其面向护套元件的外表面上设有突起，这些突起至少部分地穿透护套元件。
[0013]这里的缺点是连接不能最佳地用于压缩力的传递。此外，力引入元件的外表面用于将该元件粘附到护套元件上。因此，需要大的外表面。
[0014]根据DE 10 2014 109,886 A1，已知长纤维复合材料部件上的连接段用于将纤维复合材料部件连接到连接器部件，该连接段在其内部具有至少一个纤维偏转元件，以产生轻量级和稳定的连接。在该设计中，长纤维作为围绕纤维偏转元件的环运行。纤维偏转元件用作紧固突起，用于力的可靠锁定引入。
[0015]这里的缺点是劳动密集型制造过程，这是产生围绕纤维偏转元件的环所必需的。此外，在没有后处理的情况下，不可能在支柱的整个长度上的圆柱形安装空间内实现最大可能的外径。
[0016]在专利文件DE 10 2013 008,810 B4中，描述了一种带有插入元件的纤维复合管，用于力的可靠锁定引入。插入元件在轮廓附近(从插入元件的外轮廓开始径向测量，距离为0mm到0.5mm)被纤维复合材料包围，其中相对于管的纵轴测量的，轮廓附近区域中的纤维以0和
±
40之间的角度取向，并且轮廓附近区域中的纤维在纤维方向上具有60GPa至600GPa的弹性模量，并且插入元件同样被远离轮廓的纤维复合材料包围，其中相对于管的纵轴测量，远离轮廓的区域中的纤维以
±
41
°
和
±
89
°
之间的角度取向，并且从插入元件的外轮廓开始径向测量，远离轮廓的区域开始于0.5mm的距离，并且远离轮廓的区域中的纤维在纤维方向上具有200GPa至700GPa的弹性模量，其中轮廓附近区域中的纤维的弹性模量低于远离轮廓的区域中的纤维的弹性模量。
[0017]该理念的缺点是在插入元件的区域中管直径增大。
[0018]DE 10 2013 018,970 B3描述了一种以非金属方式整体实施的纤维复合管，由薄壁且轻质的抽芯(lost core)组成，其中抽芯的中心段由纤维复合材料组成，并且内径大于力引入元件，使得纤维复合管在朝向管的中心轴的端部逐渐变细，并且力引入段被由纤维复合材料制成的外壳以可靠锁定的方式包围，以进行力传递。
[0019]在该解决方案中，管体在力引入段的区域中的锥度是不利的。
[0020]在公开的专利申请DE 10 2016 007,663 A1中，描述了一种设有过渡元件的管状纤维复合体。其内部设有内螺纹，并且面向管状纤维复合体的一侧具有孔，其中放置销钉，并且过渡元件面向管状纤维复合体的一侧与管状纤维复合体之间设有公差补偿中间层，并且一部分销钉在整个壁厚上同时穿过公差补偿中间层和管状纤维复合体，并且通过过渡元件与管状纤维复合体连接的连接元件的长度是可以通过螺纹无级调节的。
[0021]附加地使用销钉和与之相关的劳动密集型制造过程以实现可靠锁定载荷引入在这里是不利的。
[0022]DE 10 2017 003,024 A1描述了一种用于传递拉力和压缩力的已经预制的纤维塑
料复合管，特别是，该管设有管终止元件，并且内部元件在其外表面上具有凸出的突起，并且纤维塑料复合管在其内表面上具有压痕，管的纵轴和内部元件的外轮廓之间的角度(以度为单位)最小为1
°
并且最大为65
°
，使得至少在拉伸载荷下，通过在相互接触的表面上产生法向力而产生摩擦连接。
[0023]该专利中提出的力的引入需要对纤维复合管进行额外的处理。此外，管在支柱的整个长度上的圆柱形安装空间内不具有最大可能的外径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种纤维复合支柱，包括：(i)连接到纤维复合中空结构的插入件，其中所述纤维复合中空结构至少由基体材料和纤维制成，所述插入件具有至少一个底切，并且所述纤维复合中空结构与所述底切接合，(ii)所述纤维复合中空结构的外部区域同样具有至少一个底切，并且所述底切至少部分地填充有纤维复合护套，和(iii)所述纤维复合中空结构的内部区域至少在一个子区域中具有与其连接的芯体。2.根据权利要求1所述的纤维复合支柱，其中所述纤维复合中空结构包括纤维塑料复合材料。3.根据权利要求1或2所述的纤维复合支柱，其中所述纤维复合护套包括纤维塑料复合材料。4.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维复合支柱，其中所述芯体包括纤维塑料复合材料。5.根据权利要求1至4中任一项所述的纤维复合支柱，其中所述纤维复合中空结构的纤维取向相对于所述支柱的中心轴为0
°‑
45
°
。6.根据权利要求1至5中任一项所述的纤维复合支柱，其中所述插入件包括内螺纹。7.根据权利要求1至6中任一项所述的纤维复合支柱，其中所述纤维复合护套的最外径在所述纤维复合支柱的最外径内。8.根据权利要求1至7中任一项所述的纤维复合支柱，其中所述纤维复合中空结构包括大于45体积％的纤维成分，其中所述纤维成分主要包括连续纤维。9.根据权利要求1至8中任一项所述的纤维复合支柱，其包括纤维复合材料，所述纤维复合材料包括玻璃纤维和/或陶瓷纤维和/或碳纤维和/或玄武岩纤维和/或塑料纤维以及热塑性和/或热固性材料。10.根据权利要求6至9中任一项所述的纤维复合支柱，其中所述内螺纹选自由圆螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和三角形螺纹组成的组。11.根据权利要求1至10中任一项所述的纤维复合支柱，其中所述插入件另外通过粘合剂粘结连接到所述纤维复合中空结构。12.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：奥尔巴尼工程复合材料公司，
类型：发明
国别省市：