DE60008841T2 - Verbundverbindung zur Montage mindestens eines Aussenelementes auf einer Sandwichplatte - Google Patents

Verbundverbindung zur Montage mindestens eines Aussenelementes auf einer Sandwichplatte Download PDF

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/01Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of fastening elements specially adapted for honeycomb panels

Description

  • Gebiet der Technik
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbund-Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ( US 4 845 915 ), die zur Integrierung in eine Sandwich-Platte ausgestaltet ist, so dass sie die Montage mindestens eines äußeren Elements an dieser Platte gestattet.
  • Insbesondere ist die Verbund-Verbindung der Erfindung derart gestaltet, dass sie die Übertragung von hohen statischen und/oder dynamischen Kräften zwischen einer Sandwich-Platte und einem oder mehreren an dieser Platte verankerten Elementen gestattet.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Sandwich-Platte, in die eine oder mehrere Verbund-Verbindungen dieses Typs integriert sind.
  • Die Erfindung kommt vorzugsweise in der Luftfahrt- und Raumfahrtindustrie zur Anwendung. Sie kann aber auch auf anderen technischen Gebieten eingesetzt werden, ohne über den Rahmen der Erfindung hinauszugehen.
  • Stand der Technik
  • Sandwich-Platten werden in zahlreichen Industrien hauptsächlich wegen ihrer Leichtigkeit und ihrer großen Steifigkeit bzw. Starrheit, insbesondere bei Biegung, verwendet.
  • Eine Sandwich-Platte ist aus einer zelligen Seele und zwei auf beiden Seiten von dieser angeordneten Verkleidungsschichten gebildet. Die zellige Seele weist allgemein die Form einer Bienenwabenstruktur oder einer Schaumstoffstruktur auf. Diese Konfiguration ergibt eine erhebliche Gewichtszunahme in Bezug auf eine homogene Struktur der gleichen Steifigkeit bzw. Starrheit. Je nach der vorgesehenen Anwendung sind die Überzugsschichten und die zellige Seele metallisch und/oder aus Verbundstoffen und/oder synthetisch.
  • In der Luftfahrtindustrie ist es bekannt, Sandwich-Platten einzusetzen, um beispielsweise Böden von Kabinen, innere Trennwände und Tragwerkelemente herzustellen. Solche Platten werden auch in der Raumfahrtindustrie verwendet, bei der die Gewichtsminderung unerlässlich ist. Hierbei werden während der Abhebephasen starke Kräfte auf die Strukturen übertragen. Außerdem sind hohe thermische Belastungen aufgrund der hohen Temperaturgradienten, die zwischen den Schattenseiten und den Sonnenseiten bestehen, vorhanden.
  • Übrigens ist bekannt, dass ein Verbundmaterial, das teilweise aus Harz gebildet ist, im Raum in seiner Struktur vorhandenes Wasser abgibt, was dazu führt, Verschiebungen hervorzurufen, welche die Position der an der Platte angebrachten Instrumente oder Ausrüstungsgegenstände modifizieren können.
  • Wenn irgendein äußeres Element an der Sandwich-Platte angebracht ist, muss die Verbindung derart realisiert sein, dass auf die Verkleidungen und auf die Seele der Platte Kräfte aller Art übertragen werden können, ohne einen Bruch oder permanente Verformungen hervorzurufen. Außerdem muss die Lebensdauer der Verbindung mit der für die Platte gewünschten Lebensdauer kompatibel sein.
  • Um eine solche Verbindung herzustellen, besteht eine bekannte Lösung darin, in die Platte ein monolithisches Teil beliebiger Form, meistens aus Metall, einzubringen. Dieses eingebrachte Teil, das für gewöhnlich als "Insert" bezeichnet wird, ist so dimensioniert, dass es die Kräfte aufnimmt und die Spannungen bzw. Belastungen zur Platte hin verteilt.
  • Die für gewöhnlich eingesetzten Inserts zur Herstellung der Verbindung zwischen einem äußeren Element und einer Sandwich-Platte können entweder durch die Platte von einer Seite zur anderen hindurchgehen oder aber nicht durchgehend sein. In letzterem Fall wird der Einsatz im allgemeinen vor dem Verkleben der Verkleidungen an der zelligen Seele in die Platte eingegliedert. Wenn der Insert die Platte durchsetzt, ist er allgemein in einer in mindestens eine der Verkleidungen und in die Seele der Platte eingearbeiteten Ausnehmung angeordnet. Die Verankerung des Inserts in der Ausnehmung wird dabei durch ein verfestigtes Material, beispielsweise ein Harz oder eine Schaumstoffschicht, gewährleistet. Als Beispiele beziehen sich die Dokumente US-A-5 240 543 , US-A-5 378 099 , FR-A-1 243 582 , FR-A-1 132 264 und FR-A-2 452 021 auf verschiedene Insert-Typen, die eine Sandwich-Platte vollständig durchsetzen. Wenn diese klassische Technik eingesetzt wird, können die mechanischen Leistungsfaktoren der Inserts optimiert werden, indem diesen eine Außenkontur verliehen wird, an der das Harz hängen bleibt. Außerdem berücksichtigen die Dimensionen der Ausnehmung, in der das Insert untergebracht ist, die Form desselben sowie die über die Verbindungsstelle übertragenen Kräfte. So werden die Umfänge der Ausnehmung und des Inserts als Funktion der Scherkräfte gewählt, die über die Grenzfläche zwischen dem Insert und der Platte übertragen werden müssen, damit das Niveau der Kräfte bzw. Belastungen für die verwendeten Materialien akzeptabel bleibt.
  • Diese herkömmliche Verbindungstechnik weist jedoch eine bestimmte Anzahl von Nachteilen auf.
  • So führt die Berücksichtigung der verschiedenen soeben angegebenen Parameter im allgemeinen dazu, Inserts relativ großer Dimensionen zu verwenden, deren Masse zusätzlich zu derjenigen des Befestigungsharzes das Gewicht der Sandwich-Platte erheblich vermehrt. Diese Erscheinung ist besonders kritisch, wenn in einen einzigen Insert mehrere Befestigungspunkte integriert sind.
  • Übrigens weist die von dem Insert gebildete Zone physikalische Eigenschaften auf, die sich von denjenigen der restlichen Sandwich-Platte unterscheiden. Die so gebildete Diskontinuität erzeugt eine Verzerrung bzw. Verwerfung in den Verformungen der Platte, insbesondere in dem Fall, in dem diese Wärmebeanspruchungen unterworfen ist. Diese Diskontinuität ist besonders im Fall eines monolithischen Einsatzes großer Dimension kritisch.
  • Übrigens sind Sandwich-Platten bekannt, deren zellige Seele aus nebeneinander angeordneten, rohrförmigen Zellen gebildet sind, welche aus verdrallten Fasersträngen gebildet sind, wie das Dokument "Composite Air Frame Structure", veröffentlicht im September 1995, S. 270 und 271, zeigt. Bei einer solchen Platte sind die Zellen Seite an Seite in der Längsrichtung angeordnet, das heißt parallel zu den Überzugsschichten der Platte, und sie bilden die gesamte Seele der Platte. Eine gemäß diesem Dokument hergestellte Platte ist nicht in der Lage, eine gleichmäßig auf ihrer ganzen Oberfläche verteilte Last aufzunehmen.
  • Abriss der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist eine Verbund-Verbindung, deren originelle Konfiguration es gestattet, die progressive Übertragung von Kräften zwischen einem relativ starren äußeren Element und der zelligen, im wesentlichen weniger starren bzw. steifen, Seele einer Sandwich-Platte sicherzustellen, wobei eine große dimensionale Stabilität bei Vorhandensein von thermischen und/oder hygroskopischen Belastungen bereitgestellt wird.
  • Gemäß der Erfindung wird dieses Ergebnis mittels einer Verbund-Verbindung für die Montage mindestens eines äußeren Elements an einer Sandwich-Platte erhalten, die eine zellig geformte Seele und zwei Verkleidungsschichten, welche auf beiden Seiten derselben angeordnet sind, aufweist, wobei das Verbindungsteil dadurch gekennzeichnet ist, dass es mehrere rohrförmige, nebeneinander angeordnete Elementarzellen aufweist, die in der Richtung der Dicke der Platte im Innern einer in der Seele der Sandwich-Platte ausgebildeten Ausnehmung ausgerichtet werden können, sowie mindestens eine Krafteinwirkungszelle, in die mindestens ein starres Teil zur Befestigung des äußeren Elements aufgenommen ist, wobei jede Krafteinwirkungszelle von einem Umfangsrand der Verbindungsstelle in allen Richtungen durch mindestens eine rohrförmige Elementarzelle getrennt ist.
  • Bei einer so gestalteten Verbund-Verbindung ist es möglich, den Schnitt und die Größe der rohrförmigen Zellen, ihre Anzahl sowie die Dicke und die Ausrichtung der Wände als Funktion der Intensität und der Ausrichtung der Kräfte, die zwischen dem starren Teil und der zelligen Seele der Platte übertragen werden müssen, zu gestalten, damit beispielsweise die Steifigkeit bzw. Starrheit der Verbindungsstelle progressiv zwischen dem starren Teil und der Seele der Platte evoluiert. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Monoblock-Insert, der unter den gleichen Bedingungen verwendet wird, wird das Verbund-Verbindungsteil gemäß der Erfindung in eine Ausnehmung eingebracht, die im wesentlichen die gleichen Dimensionen aufweist. Infolgedessen ist das starre Teil, das insbesondere metallisch sein kann, viel kleiner und damit wesentlich leichter als ein herkömmlicher Insert. Die Verbund-Verbindung gemäß der Erfindung liefert also eine Gewichtseinsparung, die je nach Anwendung etwa 50 Prozent erreichen kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst jede der elementaren rohrförmigen Zellen eine Verbundwand, die aus verdrallten Fasersträngen und aus Harz gebildet ist. Die elementaren rohrförmigen Zellen, welche den Großteil des Verbund-Verbindungsteils bilden, können also ausgehend von einer in sich stabilen Materialkombination hergestellt werden (Fasern, beispielsweise aus Kohlenstoff, die thermisch stabil sind, und Harz, das hinsichtlich der Wasseraufnahme stabil ist). Übrigens sind die Folgen einer eventuellen Desorption im Vakuum sehr gering, da die Verbindung ein sehr geringes Harzvolumen in Bezug auf das Faservolumen enthält, und ein Harz mit hoher hygroskopischer Stabilität gewählt werden kann. Das auf diese Weise hergestellte Verbund-Verbindungsteil weist also eine dimensionale Stabilität auf, die weit über derjenigen eines herkömmlichen Inserts liegt.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die nebeneinander angeordneten rohrförmigen Elementarzellen durch Trennwände getrennt, von denen jede zwei miteinander durch Harz verbundene Verbundwände umfasst. Um zu diesem Ergebnis zu gelangen, kann die Verbindungsstelle unter Verwendung der Gießtechnik durch Harzübertragung oder RTM-Technik ("Resin Transfer Molding") hergestellt werden. Dabei werden den rohrförmigen Elementarzellen entsprechende Vorformen aus Trockenfasern in eine Form gegeben. Die Verbindung bzw. das Verbindungsteil wird durch Einspritzen eines Harzes unter Druck in die Form und anschließendes Polymerisieren dieses Harzes erhalten.
  • Um eine wirksame Übertragung von Kräften sicherzustellen, sind die Trennwände der nebeneinander angeordneten rohrförmigen Elementarzellen in mindestens zwei unterschiedlichen Kraftübertragungsrichtungen ausgerichtet.
  • Vorzugsweise bilden die Trennwände der nebeneinander angeordneten rohrförmigen Elementarzellen Ebenen, die senkrecht zu den Verkleidungsschichten der Sandwich-Platte angeordnet werden können.
  • In einer speziellen, nicht einschränkenden Ausführungsform der Erfindung weisen zumindest bestimmte rohrförmige Elementarzellen einen quadratischen Querschnitt auf.
  • In diesem Fall können die rohrförmigen Elementarzellen quadratischen Querschnitts, von denen eine Diagonale durch eine Krafteinwirkungszelle hindurchgeht, eine Innenwand aufweisen, die nach der Diagonale ausgerichtet ist. Das starre Teil, das aus Metall sein kann, oder aus irgendeinem anderen geeigneten Material hergestellt sein kann, ist vorzugsweise mit der Krafteinwirkungszelle durch Harz verbunden. Wenn das Verbindungsteil gemäß der RTM-Technik hergestellt ist, wird dabei das starre Teil beim Gießen in die Verbindungsstelle integriert.
  • Das äußere Element kann an dem starren Teil entweder direkt oder über ein Verbindungsteil irgendeiner geeigneten Form befestigt sein. In allen Fällen kann das starre Teil insbesondere eine Befestigungsloch aufweisen, welches in einer Längsrichtung in Bezug auf die Krafteinwirkungszelle ausgerichtet ist.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Sandwich-Platte, die eine oder mehrere dieser Verbund-Verbindungen enthält.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Im folgenden werden anhand eines nicht einschränkenden Beispiels verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht, die separat eine Verbund-Verbindung bzw. ein Verbund-Verbindungsteil gemäß der Erfindung darstellt,
  • 2 eine Draufsicht im Schnitt, welche eine weitere Ausführungsform eines Verbund-Verbindungsteils gemäß der Erfindung darstellt, das in eine Sandwich-Platte integriert ist, wobei die obere Verkleidung der Platte absichtlich weggelassen ist,
  • 3 eine Schnittansicht nach der Linie III-III der 2,
  • 4 eine Draufsicht im Schnitt zur Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Verbund-Verbindungsteils gemäß der Erfindung, und
  • 5 eine Schnittansicht ähnlich der 3 zur Darstellung der Anwendung eines Verbindungsteils zwischen dem starren Teil des Einsatzes und dem äußeren Element.
  • Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
  • In 1 ist als Beispiel eine erste Ausführungsform eines Verbund-Verbindungsteils gemäß der Erfindung dargestellt. Dieses Verbund-Verbindungsteil, das allgemein durch die Bezugsziffer 10 bezeichnet ist, umfasst mehrere rohrförmige Elementarzellen 12, die parallel zueinander derart nebeneinander angeordnet sind, dass sie eine Platte gleichmäßiger Dicke bilden, in der die rohrförmige Elementarzellen 12 senkrecht zur Ebene der Platte ausgerichtet sind. Wie aus dem folgenden besser verständlich ist, hängen die Form und die Abmessungen der aus den nebeneinander angeordneten rohrförmigen Elementarzellen gebildeten Platte von der Anzahl und der Anordnung der in der Verbindung 10 vorgesehenen Verankerungspunkte ab.
  • Jede der rohrförmigen Elementarzellen 12 weist die Form eines Rohrstücks auf, dessen Länge der Dicke der Platte entspricht, und dessen Querschnitt in der dargestellten Ausführungsform quadratisch ist.
  • In der Praxis werden die rohrförmige Elementarzellen 12 bildenden Rohrstücke aus einer trockenen rohrförmigen Vorform hergestellt, die durch Verdrallen von Fasersträngen auf einem Dorn erhalten wird, dessen Querschnitt komplementär zu demjenigen der rohrförmigen Elementarzellen 12 ist. Der Querschnitt dieses Dorns ist also in der in 1 dargestellten Ausführungsform quadratisch. Die so erhaltene rohrförmige Vorform wird anschließend in Stücke gleicher Länge aufgeschnitten, deren Länge gleich der Dicke der herzustellenden Platte ist.
  • Während einer späteren Phase der Herstellung des Verbund-Verbindungsteils 10 werden die Rohrstücke Seite an Seite in die Ausnehmung einer Form gegeben. Diese Ausnehmung weist die Form des herzustellenden Verbund-Verbindungsteils 10 auf. Auflösbare oder demontierbare Kerne werden im Innern der Rohrstücke beim Verdrallungsprozess angeordnet. Eventuell kann ein Kern nach dem Verdrallungsvorgang eingebracht oder ersetzt werden. Übrigens ist ein starres Teil 14 an der Stelle jedes der Rohrstücke 12 oder im Innern derselben an den Stellen angebracht, die als Verankerungspunkt dienen sollen. Die Zellen, welche die starren Teile 14 in dem Verbund-Verbindungsteil enthalten, werden als Krafteinwirkungszellen" "cellules d'introduction d'effort" bezeichnet und im folgenden Text mit der Bezugsziffer 12a versehen. Jede Krafteinwirkungszelle 12a kann also durch ein dieser Zelle eigenes Rohrstück begrenzt sein, oder durch die Wände der benachbarten Rohrstücke.
  • Die Form wird anschließend geschlossen, und ein Harz wird unter Druck in deren Inneres gemäß der RTM-Technik eingespritzt. Das Einspritzen unter Druck des Harzes bewirkt, die Wände der aus verdrallten Fasersträngen gebildeten Rohrstücke zu durchtränken. Das Harz wird anschließend polymerisiert und danach wird die Form geöffnet und das Verbund-Ver bindungsteil 10 aus dieser entnommen.
  • In dem so hergestellten Verbund-Verbindungsteil 10 wird die Verbundwand 13 jeder der rohrförmigen Elementarzellen 12 aus verdrallten Fasersträngen und aus Harz gebildet. Außerdem werden die nebeneinander angeordneten rohrförmigen Elementarzellen 12 durch Trennwände getrennt, von denen jede zwei durch Harz miteinander verbundene Verbundwände 13 aufweist. Wie aus 1 klar hervorgeht, wird das Verbund-Verbindungsteil 10 so hergestellt, dass die Trennwände der nebeneinander angeordneten rohrförmigen Elementarzellen 12 in zwei unterschiedlichen Kraftübertragungsrichtungen ausgerichtet sind, die zueinander sowie zur Ebene der Platte orthogonal sind.
  • Es ist anzumerken, dass diese spezielle Ausrichtung der die Zellen 12 trennenden Wände sich aus dem quadratischen Querschnitt dieser Zellen ergibt. Die Verwendung von Zellen, welche unterschiedliche Querschnitte aufweisen, beispielsweise in Rauten oder Dreieckform, ergäbe unterschiedliche Ausrichtungen der Trennwände dieser Zellen.
  • Es ist auch anzumerken, dass das Verbund-Verbindungsteil gemäß der Erfindung rohrförmige Elementarzellen 12 aufweisen kann, die zumindest zwei unterschiedliche Querschnitte in dem gesamten Verbindungsteil aufweisen können.
  • Wie insbesondere 1 zeigt, ist jede der Krafteinwirkungszellen 12a in dem Verbund-Verbindungsteil 10 derart angeordnet, dass diese Zelle 12a von den Umfangsrändern des Verbindungsteils getrennt sowie von anderen Krafteinwirkungszellen 12a durch mindestens eine rohrförmige Elementarzelle 12 in allen Richtungen getrennt ist. Anders ausgedrückt, ist jede der Krafteinwirkungszellen 12a in allen Richtungen von mindestens einer rohrförmigen Elementarzelle 12 umgeben, die kein starres Teil 14 aufweist. Diese Eigenschaft ermöglicht es, sicherzugehen, dass die auf das Verbindungsteil 10 über irgendeines der starren Teile 14 einwirkende Kraft über zumindest eine rohrförmige Elementarzelle 12 verläuft, bevor sie auf die Sandwich-Platte übertragen wird, in die das Verbund-Verbindungsteil 10 inte griert werden soll.
  • Jedes der starren Teile 14 weist eine äußerlich komplementäre Form zu derjenigen der Krafteinwirkungszelle 12a auf, in der dieses Teil aufgenommen worden ist. Wenn die starren Teile 14 in die Krafteinwirkungszellen 12a vor der Anwendung der RTM-Technik, wie vorher beschrieben wurde, eingesetzt werden, werden die starren Teile 14 mit den Wänden der Krafteinwirkungszelle 12a durch das in die Form eingespritzte Harz verbunden.
  • In einer Variante könnend die starren Teile 14 auch nach der Herstellung der Platte in die Krafteinwirkungszellen 12a eingebracht werden. Sie werden dabei beispielsweise durch Verkleben oder irgendein anderes Mittel, das eine wirksame und sichere Übertragung von Kräften garantiert, in den Krafteinwirkungszellen befestigt.
  • In der als Beispiel in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst das Verbund-Verbindungsteil 10 sechs Kraftübertragungspunkte, die durch sechs Krafteinwirkungszellen 12a verkörpert sind, von denen jede ein starres Teil 14 enthält. Genauer gesagt, sind vier starre Teile vorgesehen, um die Befestigung eines äußeren Elements an der oberen Oberfläche des Verbindungsteils, in 1 betrachtet, zu gewährleisten. Die beiden anderen starren Teile 14 sind bzw. werden vorgesehen, um als Verankerung für ein weiteres äußeres Element zu dienen, das an der Unterseite des Verbindungsteils befestigt wird. Je nach der vorgesehenen Anwendung kann die Anzahl der an ein- und demselben Verbindungsteil 10 zu befestigenden Elemente sowie die Anzahl der starren Teile 14 beliebige Zahlen über oder gleich 1 sein. So veranschaulichen die 2 und 3 den Fall, bei dem das Verbindungsteil 10 ein einziges starres Teil 14 umfasst.
  • In den in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen umfasst jedes der starren Teile 14 ein Befestigungsloch 16, das in Bezug auf die das starre Teil enthaltende Krafteinwirkungszelle 12a in Längsrichtung ausgerichtet ist. Meistens ist das Befestigungsloch 16 geöffnet, um im Raumfahrtbereich Gewicht einzusparen und das Einschließen einer Luftblase zu vermeiden. An einem Ende des Lochs 16 kann das starre Teil 14 eventuell einen Flansch bzw. Kragen 14a aufweisen, der an der Platte entsprechenden Fläche vorsteht und an den Enden der benachbarten rohrförmigen Elementarzellen 12 anliegt.
  • Das geschlossene Ende jedes der starren Teile 14 berührt die gegenüberliegende Fläche der Platte. Vorteilhafterweise ist das in jedes der starren Teile 14 eingebrachte Blindbefestigungsloch 16 ein Gewindeloch, in das eine zur Befestigung des äußeren Elements vorgesehene Schraubspindel eingeschraubt werden kann.
  • Es ist anzumerken, dass als Variante die starren Teile 14, die zur Befestigung eines äußeren Elements vorgesehen sind, eine unterschiedliche Konfiguration aufweisen können, ohne über den Rahmen der Erfindung hinauszugehen. So kann nur als Beispiel jedes starre Teil, statt ein Befestigungsloch aufzuweisen, mit einer Schraubenspindel versehen sein, die an der Seite der Platte vorsteht, an der das äußere Element befestigt werden soll.
  • Wie insbesondere in den 2 und 3 dargestellt ist, ist das Verbund-Verbindungsteil 10 gemäß der Erfindung zur Integrierung in eine Sandwich-Platte 18 herkömmlicher Konzeption vorgesehen, um die Montage mindestens eines äußeren Elements an dieser Platte zu gestatten.
  • Auf herkömmliche Weise umfasst die Sandwich-Platte 18 eine zellige Seele 20 und zwei auf jeder Seite der zelligen Seele 20 angeordnete Verkleidungsschichten 22. Die Seele 20 der Sandwich-Platte 18 weist meistens eine Bienenwabenstruktur auf, wie sie in den 2 und 3 dargestellt ist. Es kann sich aber auch um einen Schaumstoff mit geschlossenen oder offenen Zellen handeln. Die bei der Zusammensetzung der Seele 20 und der Verkleidungen der Sandwich-Platte 18 beteiligten Materialien können metallische und/oder Verbundmaterialien und/oder synthetische Materialien je nach der beabsichtigten Anwendung sein.
  • Wie aus 3 am besten hervorgeht, ist die Dicke der das Verbund-Verbindungsteil 10 bildenden Platte gleich der Dicke der zelligen Seele 20 der Sandwich-Platte 18, in welche das Verbindungsteil integriert werden soll.
  • Um das Verbund-Verbindungsteil 10 in der Sandwich-Platte 18 anzubringen, wird in die Seele 20 eine Ausnehmung 24 eingebracht, welche eine komplementäre Form zu der des Verbindungsteils 10 aufweist, bevor die Verkleidungen 18 angebracht werden. Anschließend wird das Verbund-Verbindungsteil 10 in die Ausnehmung 24 eingesetzt, wonach die Verkleidungen 20 derart angebracht werden, dass letztere das Verbindungsteil 10 mit Ausnahme der Flansche bzw.
  • Krägen 14a der starren Teile 14 gänzlich bedecken. Genauer gesagt wird das Verbindungsteil 10 an die Verkleidungen 22 geklebt und es wird eine Schaumstoffschicht oder ein Harz zwischen das Verbindungsteil und die Seele 20 eingespritzt, sobald die Platte fertiggestellt ist.
  • Wenn die Integrierung des Verbund-Verbindungsteils 10 abgeschlossen ist, sind die rohrförmigen Elementarzellen 12 derselben senkrecht zu den Überzugsschichten 22 der Sandwich-Platte 18 ausgerichtet. Ebenso verhält es sich für die Befestigungslöcher 16, die in den Teilen 14 ausgebildet sind. Infolgedessen werden beim Befestigen eines beliebigen äußeren Elements an den starren Teilen 14, beispielsweise mittels Schrauben, die auf das äußere Element einwirkenden Kräfte über das Verbund-Verbindungsteil 10 mittels der die rohrförmigen Elementarzellen 12 des Verbindungsteils trennenden Trennwände auf die Platte übertragen.
  • Es versteht sich, dass im Vergleich mit einem herkömmlichen Verbindungsteil, der einen Monoblock-Insert verwendet, eine wirksame und sichere Übertragung von Kräften gewährleistet wird, und gleichzeitig eine erhebliche Verringerung der Masse des Verbindungsteils erreicht wird, indem den rohrförmigen Elementarzellen des Verbund-Verbindungsteils 10 sowie den Trennwänden dieser Zellen Formen und Dimensionen gegeben werden, die den zu übertragenden Kräften angepasst sind. Genauer gesagt kann die Masse des Verbund-Verbindungsteils gemäß der Erfindung etwa die Hälfte der Masse eines Monoblock-Verbindungsteils des Standes der Technik betragen. Übrigens ist das Verbindungsteil gemäß der Erfindung aufgrund der Tatsache, dass der Großteil des Verbund-Verbindungsteils gemäß der Erfindung nicht metallisch ist (nur die starren Teile 14 können eventuell metallisch sein), und der Tatsache, dass es ein geringes Harzvolumen im Vergleich zu dem Faservolumen enthält, und dass es möglich ist, ein Harz zu wählen, das eine große hygroskopische Stabilität aufweist, gegenüber Wärmebeanspruchungen fast unempfindlich. Es weist also eine große dimensionale Stabilität auf, wenn die Anwendung hohe thermische und/oder hygroskopische Belastungen auferlegt, wie dies insbesondere auf dem Gebiet der Raumfahrt der Fall ist.
  • Wie bereits angedeutet wurde, kann sich die Anzahl der in das Verbund-Verbindungsteil 10 integrierten starren Teile 14 sowie die Form zumindest einiger der rohrförmigen Elementarzellen 12 sich von den in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen beschriebenen unterscheiden.
  • So ist in 4 der Fall eines ein einziges starres, in seinem Zentrum angeordnetes Teil 14 aufweisenden Verbund-Verbindungsteils dargestellt. Wenn der Großteil der rohrförmigen Elementarzellen 12 einen quadratischen Querschnitt aufweist, umfassen außerdem diejenigen, deren Diagonale durch die Krafteinwirkungszelle 12a hindurchgeht, und die durch die Bezugsziffer 12' in 4 bezeichnet sind, eine innere Trennwand 26, die nach dieser Diagonale ausgerichtet ist.
  • Übrigens kann gemäß der Darstellung in 5 das äußere Element nicht direkt am Verbund-Verbindungsteil 10 befestigt werden, sondern über ein Verbindungsstück 28 an diesem angebracht werden. Dieses Verbindungsstück wird hierbei an dem/den starren Teil(en) 14 des Verbund-Verbindungsteils 10, beispielsweise mittels Schrauben befestigt. Das äußere Element, das im einzelnen aus einer Verbindungsstange (nicht dargestellt) bestehen kann, die in einer in Bezug auf die Ebene der Sandwich-Platte 18 geneigten Richtung ausgerichtet ist, ist hierbei an dem Verbindungsstück 28 durch irgendein geeignetes Mittel, wie beispiels weise durch Verschrauben befestigt.
  • In diesem Fall ist anzumerken, dass das Verbindungsstück 28 eine dem Verbund-Verbindungsteil 10 vergleichbare Struktur aufweisen kann, wie in 5 dargestellt ist.

Claims (9)

  1. Verbund-Verbindungsteil (10) für die Montage mindestens eines äußeren Elements an einer Sandwich-Platte (18), die eine zellig geformte Seele (20) und zwei Verkleidungsschichten (22), welche auf beiden Seiten derselben angeordnet sind, wobei das Verbindungsteil mehrere rohrförmige, nebeneinander angeordnete Elementarzellen (12) aufweist, die in der Richtung der Dicke der Platte im Innern einer in der Seele der Sandwich-Platte gebildeten Ausnehmung (24) ausgerichtet werden können, sowie mindestens eine Krafteinwirkungszelle (12a), in der ein starres Teil (14) zur Befestigung des äußeren Elements aufgenommen ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Krafteinwirkungszelle (12a) von einem Umfangsrand des Verbindungsteils in allen Richtungen durch mindestens eine rohrförmige Elementarzelle (12) getrennt ist, und jede rohrförmige Elementarzelle (12) eine Verbundwand (13) aufweist, die aus geflochtenen Fasersträngen und aus Harz gebildet ist.
  2. Verbund-Verbindungsteil nach Anspruch 1, wobei die rohrförmigen, nebeneinander angeordneten Elementarzellen (12) durch Trennwände getrennt sind, von denen jede zwei Verbundwände (13) umfasst, die durch Harz miteinander verbunden sind.
  3. Verbund-Verbindungsteil nach Anspruch 2, wobei die Trennwände der nebeneinander angeordneten rohrförmigen Elementarzellen (12) in mindestens zwei unterschiedlichen Kraftübertragungsrichtungen ausgerichtet sind.
  4. Verbund-Verbindungsteil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Trennwände der nebeneinander angeordneten rohrförmigen Elementarzellen (12) Ebenen bilden, die senkrecht zu den Verkleidungsschichten (22) der Sandwich-Platte (18) ausgerichtet werden können.
  5. Verbund-Verbindungsteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest bestimmte rohrförmige Elementarzellen (12) einen quadratischen Querschnitt aufweisen.
  6. Verbund-Verbindungsteil nach Anspruch 5, wobei die rohrförmigen Elementarzellen (12') mit quadratischem Querschnitt, von denen eine Diagonale durch eine Krafteinwirkungszelle (14) hindurchgeht, eine Innenwand (26) aufweisen, die gemäß der Diagonale ausgerichtet ist.
  7. Verbund-Verbindungsteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das starre Teil (14) mit der Krafteinwirkungszelle (12a) durch Harz verbunden ist.
  8. Verbund-Verbindungsteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das starre Teil (14) ein Befestigungsloch (16) aufweist, das in einer Längsrichtung in Bezug auf die Krafteinwirkungszelle (12a) ausgerichtet ist.
  9. Sandwich-Platte mit einer zellig geformten Seele (20) und zwei Verkleidungsschichten (22), die auf deren beiden Seiten angeordnet sind, wobei die Platte mindestens ein Verbund-Verbindungsteil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.
DE60008841T 1999-12-17 2000-12-14 Verbundverbindung zur Montage mindestens eines Aussenelementes auf einer Sandwichplatte Expired - Lifetime DE60008841T2 (de)

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