Monocoque - Monocoque
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Monocoque ( / m ɒ n ə ˌ k ɒ k , - ˌ k oʊ k / ), die auch als Strukturhaut , ist ein Struktursystem , bei dem Belastungen von einem Objekt der äußeren Haut getragen werden, in einer Weise ähnlich einer Eierschale. Das Wort Monocoque ist ein französischer Begriff für „Einzelschale“.
Ein echtes Monocoque, das erstmals für Boote verwendet wurde, trägt sowohl Zug- als auch Druckkräfte innerhalb der Haut und ist am Fehlen eines tragenden Innenrahmens zu erkennen. Nur wenige Metallflugzeuge außer denen mit gefräster Haut können streng genommen als reine Monocoques angesehen werden, da sie eine Metallhülle oder ein Blech verwenden, das mit an die Haut genieteten Rahmen verstärkt ist, aber die meisten Holzflugzeuge werden als Monocoques bezeichnet, obwohl sie auch Rahmen enthalten.
Im Gegensatz dazu ist ein Semi-Monocoque ein Hybrid, der eine zugbeanspruchte Haut und eine Druckstruktur aus Längsträgern und Rippen oder Rahmen kombiniert . Andere Halb Monocoques, nicht mit der wahren Monocoques verwechselt werden, umfassen Fahrzeug unibodies , die Komposite zu neigen, und aufblasbar shells oder Ballon Tanks , von denen beide stabilisierten Druck.
Flugzeug
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Frühe Flugzeuge wurden konstruiert unter Verwendung von Frames, die typischerweise aus Holz oder Stahlrohren, die dann abgedeckt werden könnten (oder gehäutet ) mit Stoffe wie Irish Leinen oder Baumwolle . Das Gewebe leistete einen geringen strukturellen Beitrag bei Zug, aber keinen bei Druck und war nur aus aerodynamischen Gründen da. Durch die Betrachtung der Struktur als Ganzes und nicht nur der Summe ihrer Teile integriert die Monocoque-Konstruktion die Haut und den Rahmen in eine einzige tragende Schale mit signifikanten Verbesserungen bei Festigkeit und Gewicht.
Um die Schale herzustellen, wurden dünne Holzstreifen in eine dreidimensionale Form laminiert; eine Technik, die vom Bootsrumpfbau übernommen wurde. Eines der frühesten Beispiele war der Deperdussin Monocoque Racer im Jahr 1912, bei dem ein laminierter Rumpf aus drei Schichten verleimten Pappelfurniers verwendet wurde, der sowohl die Außenhaut als auch die tragende Hauptstruktur bildete. Dies erzeugte auch eine glattere Oberfläche und reduzierte den Luftwiderstand so effektiv, dass er die meisten Rennen gewinnen konnte, an denen er teilnahm.
Diese Bauweise wurde in Deutschland von LFG Roland mit der patentierten Wickelrumpf- Form weiterentwickelt, die später von ihnen an die Pfalz Flugzeugwerke lizenziert wurde , die sie in mehreren Kampfflugzeugen einsetzten. Jede Hälfte der Rumpfschale wurde über einer Patrize unter Verwendung von zwei Schichten von Sperrholzstreifen mit dazwischenliegender Stoffumwicklung geformt. Das früher verwendete Sperrholz war anfällig für Schäden durch Feuchtigkeit und Delamination.
Während bereits 1915 Ganzmetallflugzeuge wie die Junkers J 1 erschienen waren, waren dies keine Monocoques, sondern fügten einem darunterliegenden Rahmen eine Metallhaut hinzu.
Die ersten Metall-Monocoques wurden von Claudius Dornier gebaut , als er für Zeppelin-Lindau arbeitete. Dabei hatte er eine Reihe von Problemen zu überwinden, nicht zuletzt war die Qualität der Aluminiumlegierungen stark genug, um als Konstruktionswerkstoffe verwendet zu werden, die häufig Schichten bildeten, anstatt ein einheitliches Material darzustellen. Nach gescheiterten Versuchen mit mehreren großen Flugbooten, bei denen einige Komponenten Monocoques waren, baute er die Zeppelin-Lindau V1 , um einen Monocoque-Rumpf zu erproben. Obwohl es abgestürzt ist, hat er viel von seinem Bau gelernt. Die Dornier-Zeppelin DI wurde 1918 gebaut und ging, obwohl es während des Krieges zu spät für den Einsatz war, als erstes Ganzmetall-Monocoque-Flugzeug in Produktion.
Parallel zu Dornier beschäftigte Zeppelin auch Adolf Rohrbach , der die Zeppelin-Staaken E-4/20 baute , die nach ihrem Flug 1920 das erste mehrmotorige Monocoque-Verkehrsflugzeug wurde, bevor sie im Auftrag der Interalliierten Kommission zerstört wurde. Am Ende des Ersten Weltkriegs veröffentlichte die Interalliierte Technische Kommission Details des letzten Zeppelin-Lindau-Flugbootes mit seiner Monocoque-Konstruktion. In Großbritannien baute Oswald Short eine Reihe von Versuchsflugzeugen mit Metall-Monocoque-Rümpfen, beginnend mit der Short Silver Streak von 1920 , um das Luftministerium von seiner Überlegenheit gegenüber Holz zu überzeugen. Trotz der Vorteile wurden Monocoques aus Aluminiumlegierungen aufgrund einer Reihe von Faktoren, einschließlich Designkonservativität und Produktionseinrichtungskosten, erst Mitte der 1930er Jahre üblich. Short würde schließlich die Vorzüge der Konstruktionsmethode mit einer Reihe von Flugbooten beweisen, deren Metallrümpfe kein Wasser aufsaugen wie die Holzrümpfe, was die Leistung erheblich verbesserte. In den Vereinigten Staaten war Northrop ein wichtiger Pionier und führte Techniken ein, die von seiner eigenen Firma und Douglas mit dem Northrop Alpha verwendet wurden .
Fahrzeuge
Rennautos
Im Rennsport hängt die Sicherheit des Fahrers von der Karosserie ab, die strenge Vorschriften erfüllen muss, und nur wenige Autos wurden mit Monocoque-Strukturen gebaut. Ein Monocoque- Chassis aus einer Aluminiumlegierung wurde erstmals im Lotus 25 Formel-1-Rennwagen von 1962 verwendet , und McLaren war der erste, der kohlenstofffaserverstärkte Polymere verwendete, um das Monocoque des McLaren MP4/1 von 1981 zu bauen . 1990 war der Jaguar XJR-15 das erste Serienauto mit einem Kohlefaser-Monocoque.
Straßenautos
Der Begriff Monocoque wird häufig fälschlicherweise auf Autos mit Unibody- Karosserie angewendet . Nutzfahrzeugkarosserien sind fast nie echte Monocoques, sondern verwenden stattdessen das Unibody-System (auch als Einheitskonstruktion, einheitliche Karosserie-Chassis- oder Karosserie-Rahmen-Integralkonstruktion bezeichnet), das Kastenprofile, Trennwände und Rohre verwendet, um den größten Teil der Festigkeit der Fahrzeug, während die Haut relativ wenig Festigkeit oder Steifigkeit hinzufügt.
Gepanzerte Fahrzeuge
Einige gepanzerte Kampffahrzeuge verwenden eine Monocoque-Struktur mit einer aus Panzerplatten aufgebauten Karosserie , anstatt sie an einem Rahmen zu befestigen. Dies reduziert das Gewicht für eine bestimmte Menge an Rüstung. Beispiele sind die deutschen TPz Fuchs und RG-33 .
Zweiräder
Der französische Industrielle und Ingenieur Georges Roy versuchte in den 1920er Jahren, die Fahrrad-inspirierten Motorradrahmen der damaligen Zeit, denen es an Steifigkeit mangelte, zu verbessern . Dies schränkte ihre Handhabung und damit die Leistung ein. Er meldete 1926 ein Patent an und stellte auf der Pariser Automobilausstellung 1929 sein neues Motorrad vor, das Art-Deco-Stil von 1930 Majestic. Seine neuartige Monocoque-Karosserie löste die von ihm angesprochenen Probleme und erfüllte neben einer besseren Steifigkeit auch eine doppelte Aufgabe, da Rahmen und Karosserie einen gewissen Schutz vor den Elementen boten. Streng genommen war es eher ein Semi-Monocoque, da es einen kastenförmigen, gepressten Stahlrahmen mit zwei über Querträger vernieteten Längsträgern sowie Bodenblechen und Heck- und Frontschotts verwendete.
Ein Piatti Licht Roller wurde in den 1950er Jahren unter Verwendung einer Monocoque Hohlschale aus Stahlblechpressteile zusammengeschweißt sind , hergestellt , in welche der Motor und Getriebe von unten installiert wurden.
Die Maschine konnte auf die Seite gekippt werden und ruhte auf den angeschraubten Trittbrettern für den mechanischen Zugang.
Ein Roller mit Monocoque-Rahmen wurde von 1960 bis 1962 von Yamaha hergestellt . Das Modell MF-1 wurde von einem 50-cm³-Motor mit Dreiganggetriebe und einem in den Rahmen integrierten Kraftstofftank angetrieben.
Ein Motorrad mit Monocoque-Rahmen wurde vom spanischen Hersteller Ossa für die Grand-Prix-Motorrad-Rennsaison 1967 entwickelt . Obwohl der Einzylinder-Ossa 20 PS (15 kW) weniger als seine Konkurrenten hatte, war er 20 kg leichter und sein Monocoque-Rahmen war viel steifer als herkömmliche Motorradrahmen , was ihm eine überlegene Agilität auf der Rennstrecke verlieh. Ossa gewann vier Grands-Prix-Rennen mit dem Monocoque-Motorrad, bevor ihr Fahrer nach einem Unfall während des 250-ccm-Rennens bei der Isle of Man TT 1970 starb , was dazu führte, dass sich das Ossa-Werk aus dem Grand-Prix- Wettbewerb zurückzog .
Namhafte Designer wie Eric Offenstadt und Dan Hanebrink schufen in den frühen 1970er Jahren einzigartige Monocoque-Designs für den Rennsport. Das F750- Event bei den Isle of Man TT- Rennen 1973 wurde von Peter Williams auf dem John Player Special mit Monocoque-Rahmen gewonnen, den er basierend auf Norton Commando mitentwickelte . Honda experimentierte 1979 auch mit der NR500 , einem Monocoque-Grand-Prix-Rennmotorrad . Das Motorrad hatte andere innovative Merkmale, darunter einen Motor mit ovalen Zylindern, und erlag schließlich den Problemen, die mit dem Versuch verbunden waren, zu viele neue Technologien gleichzeitig zu entwickeln. 1987 entwickelte John Britten den Aero-D One mit einem nur 12 kg schweren Composite-Monocoque-Chassis.
Ein Aluminium-Monocoque-Rahmen wurde zum ersten Mal bei einem Serienmotorrad aus dem Jahr 2000 auf der ZX-12R von Kawasaki verwendet , dem Flaggschiff der Seriensportmaschine, das darauf abzielte, das schnellste Serienmotorrad zu sein . Es wurde von Cycle World im Jahr 2000 als "Monocoque-Rückgrat ... ein einzelner Träger mit großem Durchmesser" und "Hergestellt aus einer Kombination von Gussteilen und Blechstanzteilen" beschrieben.
Einteilige Kohlefaser- Fahrradrahmen werden manchmal als Monocoques bezeichnet; Da die meisten jedoch Komponenten verwenden, um eine Rahmenstruktur zu bilden (auch wenn sie aus einem einzigen Stück geformt sind), handelt es sich um Rahmen und nicht um Monocoques, und die Tretradindustrie bezeichnet sie weiterhin als Rahmensets.
Raketen
Verschiedene Raketen haben druckstabilisierte Monocoque-Designs verwendet, wie Atlas und Falcon 1 . Der Atlas war sehr leicht , da ein großer Teil seiner strukturellen Unterstützung durch seine einwandigen Stahl bereitgestellt wurde Ballon Kraftstofftanks , der , während er durch Innendruck unter Beschleunigung ihre Form halten. Ballontanks sind keine echten Monocoques, sondern verhalten sich wie aufblasbare Schalen . Eine Ballontankhaut nimmt nur Zugkräfte auf, während der Kompression durch den inneren Flüssigkeitsdruck ähnlich wie bei Semi-Monocoques, die von einem festen Rahmen abgestützt werden, Widerstand geleistet wird. Dies wird deutlich, wenn der Innendruck verloren geht und die Struktur kollabiert.
Siehe auch
Verweise
Zitate
Literaturverzeichnis
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