DE19712180C2 - Connection element for plastic components - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement zur Her stellung nietenartiger mechanischer Verbindungen zwischen Bauteilen aus Kunststoffen, insbesondere flächigen Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen, bei denen die Verbindungselemente aus faserverstärktem Kunststoff bestehen und mit einem unausgehärtetem Harz in dafür vorgesehene Bohrungen in den zu fügenden Bau teilen eingesetzt werden und das Harz anschließend unter Spannung ausgehärtet wird.The invention relates to a connecting element for Her position of rivet-like mechanical connections between components made of plastics, in particular flat components made of fiber-reinforced plastics, where the connecting elements made of fiber-reinforced Made of plastic and with an uncured resin in the holes provided for this purpose in the building to be joined parts are used and then the resin is cured under tension.
Zur Schaffung mechanischer Verbindungen zwischen Bau teilen aus Kunststoff werden neben Klebeverbindungen vielfach auch Nietverfahren eingesetzt, häufig in Kombination mit einem Verkleben der zu fügenden Bau teile. So ist es insbesondere aus dem Bereich des Flugzeugbaus bekannt, feste, d. h. unlösbare Montagever bindungen von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff mittels Schraubpaßnieten herzustellen, die, je nach der Zugänglichkeit der Verbindungsstelle entweder als Paß bolzen oder als Blindniet eingesetzt werden. Die Nieten bestehen zumeist aus Titan bzw. seinen Legierungen, aus hochfesten nichtrostenden Stählen oder aber aus Nickel basislegierungen, wie beispielsweise Monel, bisweilen auch aus Kombinationen der vorgenannten Werkstoffe.To create mechanical connections between construction Plastic parts are next to adhesive connections often also used riveting processes, often in Combination with gluing the construction to be joined parts. So it is particularly from the area of Aircraft construction known, fixed, d. H. insoluble assembly ver Binding of components made of fiber-reinforced plastic by means of screw rivets, which, depending on the Accessibility of the connection point either as a passport bolt or used as a blind rivet. The rivets consist mostly of titanium or its alloys high-strength stainless steel or nickel base alloys, such as Monel, sometimes also from combinations of the aforementioned materials.
In der Regel werden metallene Nieten in entsprechend vorbereitete Paßbohrungen eingeschlagen oder einge preßt, wobei die eintretende Stauchung und die damit verbundene Aufweitung der Nieten zu einem vollständigen Ausfüllen der Bohrung führen soll. Bei diesem Stauch vorgang entstehen diffuse Spannungszustände in den zusammengefügten Bauteilen, die bei Faserverbundstruk turen trotz der Preßwirkung der Nietköpfe zu partiellen Delaminationen, d. h. dem Trennen benachbarter Faser lagen, führen können. Aus diesem Grund werden im Bereich des Flugzeugbaus mit faserverstärkten Bauteilen praktisch ausschließlich die bereits erwähnten Schraub paßnieten in Form von Paß- oder Blindbolzen verwendet, wobei bei der Auslegung dieser Verbindungen die Scher festigkeit der verwendeten Bolzen zugrunde gelegt wird.Typically, metal rivets are made in accordance prepared holes drilled or turned presses, the incoming compression and thus connected expansion of the rivets to a complete Filling the hole. With this upsetting diffuse states of tension arise in the process assembled components that are used in fiber composite ture to partial despite the pressing effect of the rivet heads Delaminations, d. H. separating adjacent fibers were able to lead. For this reason, in Area of aircraft construction with fiber-reinforced components practically exclusively the screw already mentioned fitted rivets in the form of fitting or blind bolts, with the design of these connections the shear strength of the bolts used is taken as a basis.
Voraussetzung für eine ausreichend lange Lebensdauer einer solchen Verbindung ist eine möglichst enge Passung zwischen Bohrung und Bolzen. In der Praxis werden die Bohrungen für die Paßbolzen nach dem Ein bringen in einem zweiten Arbeitsgang aufgerieben. Sollen glatte Außenflächen der zu verbindenden Bauteile erzielt werden, werden Bolzen verwendet, die mit einem Senkkopf versehen sind, und die Bohrungen werden mit engen Toleranzen nachgesenkt. Prerequisite for a sufficiently long lifespan such a connection is as close as possible Fit between hole and bolt. In practice the holes for the dowel bolts after the one bring rubbed in a second pass. Should be smooth outer surfaces of the components to be connected are achieved, bolts are used with a Countersunk head are provided, and the holes are made with narrowed tolerances.
Neben diesem aufwendigen Fertigungsprozeß und ver gleichsweise hohen Einzelteilkosten bergen derartige Verbindungen faserverstärkter Kunststoffbauteile mittels metallener Verbindungselemente stets auch eine potentielle Korrosionsgefahr in sich, die aus der Ver wendung einer ungleichen Werkstoffpaarung resultiert. Hinzu kommt die Problematik unterschiedlicher Wärmeaus dehnung, die beispielsweise bei Stahl um etwa den Faktor 10 höher ist als bei faserverstärktem Kunststoff und die bei möglichen Temperaturunterschieden von bis zu 130°C an den Außenflächen von Flugzeugen über längere Zeitspannen zu einem Lockern der Verbindungen führen kann. Diese unterschiedlichen Wärmeausdehnungen und die grundsätzlich beim Fügen mit metallenen Bolzen vorhandene Spalte machen beispielsweise bei Treibstoff führenden Flächentanks aufwendige Dichtmaßnahmen er forderlich, die zudem im Betrieb häufig wiederholt werden müssen. Überstehende Bolzenköpfe oder zu tiefe Senkungen bzw. umlaufende Spalte können außerdem im Flug Luftwirbel erzeugen und damit den aerodynamischen Widerstand der Flugzeugaußenhaut vergrößern.In addition to this complex manufacturing process and ver similarly high item costs contain such Connections of fiber-reinforced plastic components with metal fasteners always one potential risk of corrosion in itself from the ver results in an uneven pairing of materials. There is also the problem of different heat levels elongation, which in steel, for example, is about the Factor 10 is higher than with fiber-reinforced plastic and with possible temperature differences from to to 130 ° C on the outer surfaces of aircraft longer periods of time to loosen the connections can lead. These different thermal expansions and basically when joining with metal bolts existing gaps make fuel, for example leading surface tanks he elaborate sealing measures required, which is also frequently repeated in operation Need to become. Protruding bolt heads or too deep Reductions or circumferential column can also in Flight create air vortices and thus the aerodynamic Increase aircraft outer skin resistance.
Nachteilig bei derartigen Verbindungen ist ferner das hohe Gewicht der metallenen Nieten und die Möglichkeit verschiedenster Fertigungsfehler, wie z. B. nicht an liegende Setzköpfe und Schließringe, deformierte Setz köpfe, Spalte an den Setzköpfen, Risse in den Schließ ringen oder Abweichungen in den Senkungen. All diese Fehlerquellen erfordern aufwendige Nacharbeiten, wobei diese Maßnahmen zudem melde- und genehmigungspflichtig sind.Another disadvantage of such connections is that high weight of the metal rivets and the possibility various manufacturing defects, such as B. not on horizontal setting heads and locking rings, deformed setting heads, column on the setting heads, cracks in the clasp wrestle or deviations in the subsidence. All these Sources of error require extensive rework, whereby these measures also require notification and approval are.
Daneben ist aus der DE-PS 623 911 ein Verfahren zum Verbinden von Körpern aus gehärtetem Kunstharz bekannt geworden, bei dem Verbindungselemente der eingangs genannten Art zum Einsatz kommen. Die bekannten Verbindungselemente werden dabei von Stäben aus mit Kunstharz getränktem Faserstoff wie Holz, Papier oder dergleichen gebildet, die wie Nieten in die Bohrungen der zu verbindenden Bauteile eingeführt und durch be heizte Stempel unter der Bildung von Nietköpfen erformt werden. Weiterhin ist es aus der Veröffentlichung "Gestalten von Kunststoff-Formteilen", H. Schönewald, Zeitschrift "Der Konstrukteur", Heft 3, 1980, Seite 24, bereits bekannt, Kunststoffe mittels Kunststoffnieten miteinander zu verbinden, jedoch sieht auch dieses bekannte Verfahren vor, daß das Verbinden mit Kunst stoffnieten durch Kalt- oder Warmstauchen erfolgt.In addition, DE-PS 623 911 describes a method for Connecting bodies made of hardened synthetic resin known become, with the connecting elements of the beginning mentioned type are used. The well-known Fasteners are made from rods Resin-impregnated fibrous material such as wood, paper or like formed that like rivets in the holes of the components to be connected and introduced by be heated stamp formed under the formation of rivet heads become. Furthermore, it is from the publication "Designing plastic molded parts", H. Schönewald, Magazine "Der Konstrukteur", Issue 3, 1980, page 24, already known, plastics using plastic rivets connect with each other, however, this also sees known method that connecting with art riveting is done by cold or warm upsetting.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbindungselement für die eingangs beschriebene Fügetechnik bereitszu stellen, das in seiner bereits vorgefertigten Endform einsetzbar ist und das sich zugleich auch für solche Anwendungsfälle eignet, in denen wegen einer nur ein seitigen Zugänglichkeit Blindnietungen erforderlich sind. The object of the invention is a connecting element for the joining technology described at the beginning put that in its already prefabricated final form can be used and at the same time also for such Suitable for use cases where only one accessibility blind rivets required are.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verbindungs element mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patent anspruches 1.The invention solves this problem by a connection element with the characteristic features of the patent claim 1.
Das erfindungsgemäße Verbindungselement besitzt eine Vielzahl von Vorteilen. So müssen die in die zu ver bindenden Bauteile eingebrachten Bohrungen vor dem Ver bindungsvorgang nicht nachgearbeitet werden, vielmehr verbessert die Rauhigkeit der Oberflächen, die beim Setzen der Verbindungselemente als Klebeflächen dienen, die Haftwirkung. Bei der Schaffung glatter Außen konturen entfällt das vorherige Senken der Bohrlöcher für die Verbindungselemente, da überstehende Teile nach dem Aushärten auf einfache Weise entfernt bzw. plange schliffen werden können. Aufgrund der einfachen end formnahen Herstellungsmöglichkeiten für die Ver bindungselemente nach der Erfindung, beispielsweise durch Extrudieren oder sogenanntes Injection Moulding, verringern sich deren Produktionskosten erheblich.The connecting element according to the invention has a Variety of advantages. So they have to ver binding components introduced holes before Ver binding process can not be reworked, rather improves the roughness of the surfaces when Set the connecting elements to serve as adhesive surfaces the adhesive effect. When creating smooth exterior contours there is no need to lower the boreholes beforehand for the connecting elements, as protruding parts after easily removed or plan the hardening can be ground. Because of the simple end Form-fitting manufacturing options for the Ver binding elements according to the invention, for example by extrusion or so-called injection molding, their production costs decrease considerably.
Da die zu verbindenden Komponenten mittels artgleicher Verbindungselemente zusammengefügt werden und die Klebeverbindung mit artgleichem Harz erfolgt, ist zugleich eine Korrosionsgefährdung ausgeschlossen. Gleiches gilt für das Problem unterschiedlicher Wärme ausdehnung, das durch das erfindungsgemäße Verbindungs element von vornherein ausgeschlossen ist. Hinzu kommt, daß bei artgleichen geklebten Verbindungen, wie sie das Verbindungselement nach der Erfindung ermöglicht, eine ausreichende Festigkeit auch ohne die sonst erforder liche Stoffschlüssigkeit beispielsweise von Klemmuttern gewährleistet ist. Schließlich ergibt sich beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verbindungselementes eine ein fache Überprüfungsmöglichkeit für die Güte der erziel ten Verbindung, die dadurch gegeben ist, daß das Aus treten von Klebstoff an beiden Enden der Bohrung für das Verbindungselement ein zuverlässiges Indiz dafür ist, daß der Spalt zwischen der Bohrung und dem Ver bindungselement vollständig mit Klebstoff gefüllt ist.Since the components to be connected are of the same type Fasteners are put together and the Adhesive connection is made with the same type of resin at the same time a risk of corrosion is excluded. The same applies to the problem of different heat expansion by the connection according to the invention element is excluded from the outset. Come in addition, that with the same type of glued connections as they Connecting element according to the invention allows a sufficient strength even without the otherwise required Liche cohesion, for example, of clamping nuts is guaranteed. Ultimately, when it comes to use of the connecting element according to the invention Easy check for the quality of the achieved th connection, which is given by the fact that the end kick of glue on both ends of the hole for the connecting element is a reliable indication of this is that the gap between the bore and the ver binding element is completely filled with adhesive.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von in der Zeich nung darstellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is based on the in the drawing tion illustrated embodiments explained in more detail become. Show it:
Fig. 1 eine erste Verbindung als Standardnietverbin dung zwischen zwei Bauteilen aus faserver stärktem Kunststoff, mittels eines zylin drischen Paßbolzens bei beidseitiger Zugäng lichkeit der Bohrung. Fig. 1 shows a first connection as standard rivet connection between two components made of fiber-reinforced plastic, by means of a cylin drical fitting bolt with bilateral accessibility of the bore.
Fig. 2 eine zweite Verbindung als Blindnietverbindung zwischen derartigen Bauteilen, mittels einer Paßhülse und eines Kegelbolzens bei ein seitiger Zugänglichkeit der Bohrung. Fig. 2 shows a second connection as a blind rivet connection between such components, by means of a fitting sleeve and a tapered bolt with a lateral accessibility of the bore.
Fig. 3 und Fig. 4 je ein Verbindungselement, Fig. 3 and Fig. 4 depending on a connecting element,
Fig. 5 und Fig. 6 Verbindungselemente in teilweise geschnittenen Darstellungen, Fig. 5 and Fig. 6 connecting elements in a partially cross-sectional representation,
Fig. 7 und Fig. 8 eine Paßhülse gemäß der Anordnung nach Fig. 2 in Schnittdarstellung und in Draufsicht, Fig. 7 and Fig. 8 is a fitting sleeve according to the arrangement of FIG. 2 in sectional view and in plan view,
Fig. 9 und Fig. 10 eine Klemmutter in Schnittdarstellung und Draufsicht, FIGS. 9 and Fig. 10 is a clamping nut in a sectional view and a top view,
Fig. 11 eine Schnittdarstellung einer Anordnung zum Setzen von Verbindungselementen und Fig. 11 is a sectional view of an arrangement for setting connecting elements and
Fig. 12 eine vergrößerte Darstellung eines Setzvorganges. Fig. 12 is an enlarged view of a setting process.
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zeigt zwei Platten 1 und 2 aus faserverstärktem Kunststoff, die durch ein Verbindungselement 3 in Form eines Paßbolzens mitein ander verbunden sind. Der Paßbolzen 3 wird durch eine Klemmutter 4 mit integrierter Federscheibe 5 in seiner Position im Inneren einer sich durch beide Platten 1 und 2 erstreckenden Bohrung 6 gehalten, wobei Paßbolzen 3 und Klemmutter 4 durch Verzahnungen 7, 8 kraft- und formschlüssig miteinander verbunden sind. Der Paßbolzen 3 ist mit einem Klebstoff 9 in die Bohrung 6 einge setzt, der insbesondere die Hohlräume zwischen dem Paßbolzen 3 und der Bohrung 6 bzw. der Klemmutter 4 ausfüllt und der im Bereich des Setzkopfes 10 des Paßbolzens 3 sowie der Federscheibe 5 ausgetreten ist. The arrangement shown in Fig. 1 shows two plates 1 and 2 made of fiber-reinforced plastic, which are connected to one another by a connecting element 3 in the form of a fitting bolt. The dowel pin 3 is held in position by a clamping nut 4 with an integrated spring washer 5 inside a bore 6 extending through both plates 1 and 2 , dowel bolts 3 and clamping nut 4 being connected to one another in a positive and positive manner by toothings 7 , 8 . The dowel pin 3 is inserted into the bore 6 with an adhesive 9 , which in particular fills the cavities between the dowel pin 3 and the bore 6 or the clamping nut 4 and which has emerged in the area of the setting head 10 of the dowel pin 3 and the spring washer 5 .
Sowohl der Paßbolzen 3 als auch die Klemmutter 4 sowie die an diese angeformte Federscheibe 5 bestehen aus einem faserverstärkten Kunststoff, wobei die Ver stärkungsfasern im Fall des hier beschriebenen Aus führungsbeispiels aus Kohlenstoff bestehen. Der Kleb stoff 9 besteht aus der gleicher Harzmischung, die auch die Matrix für den Paßbolzen 3 bildet. Beide Werkstoffe sind bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel artgleich mit den für die zu verbindenden Bauteile 1 und 2 verwendeten.Both the dowel 3 and the clamping nut 4 and the spring washer 5 molded onto this consist of a fiber-reinforced plastic, the reinforcing fibers in the case of the exemplary embodiment described here made of carbon. The adhesive material 9 consists of the same resin mixture, which also forms the matrix for the fitting bolt 3 . In the exemplary embodiment described here, both materials are of the same type as those used for the components 1 and 2 to be connected.
Die gleichen Werkstoffe werden auch für die in Fig. 2 gezeigten Anordnung verwendet. Auch hier sind zwei Fügeteile in Form faserverstärkter Kunststoffplatten 11 und 12 mittels eines Verbindungselementes 13 zusammen gefügt, das ebenfalls aus faserverstärktem Kunststoff besteht und das wieder durch eine Klemmutter 14 mit angeformter Federscheibe 15, beide aus dem gleichen Werkstoff wie das Verbindungselement 13, sowie durch Klebstoff 19 in seiner Einbauposition fixiert ist. Das Verbindungselement 13 für in diesem Fall als Blindniet ausgeführte Verbindung wird von einem Kegel bolzen gebildet. Letzter ist bei dieser Anordnung zusammen mit einer Paßhülse 18 in eine sich durch beide Fügeteile 11 und 12 erstreckende Bohrung 16 ein gesetzt, wobei auch diese Paßhülse 18 aus dem gleichen faserverstärktem Kunststoff besteht.The same materials are also used for the arrangement shown in FIG. 2. Here, too, two joining parts in the form of fiber-reinforced plastic plates 11 and 12 are joined together by means of a connecting element 13 , which is also made of fiber-reinforced plastic and again by means of a clamping nut 14 with a molded spring washer 15 , both made of the same material as the connecting element 13 , and by means of adhesive 19 is fixed in its installation position. The connecting element 13 for in this case executed as a blind rivet connection is formed by a cone bolt. The latter is set in this arrangement together with a fitting sleeve 18 into a bore 16 extending through both joining parts 11 and 12 , this fitting sleeve 18 also being made of the same fiber-reinforced plastic.
In den Fig. 3 und 4 sind nochmals die Verbindungs elemente 3 bis 13 dargestellt die bei den in Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnungen Verwendung finden. Fig. 3 zeigt dabei einen Paßbolzen, der sich aus den Kompo nenten Setzkopf 10, Bolzenschaft 20, Taille 21, Außen verzahnung 7, Sollbruchstelle 22, Zugschaft 23 sowie Zugkopf 24 zusammensetzt. In die Außenverzahnung 7 sind außerdem Schlitze 25 eingebracht. Der Bolzenschaft 20 des aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Paß bolzens 3 ist gegenüber der Bohrung 6 in den zu fügen den Komponenten 1 und 2 mit leichtem Untermaß ausge führt, seine Oberfläche ist definiert angerauht. Ober halb der auf die zugehörige Klemmutter 4 abgestimmten Außenverzahnung 7 ist der Schaft eingezogen und weist eine scharfe Kerbe 22 auf, die bei Überschreiten der Festigkeit der Festfläche als Sollbruchstelle fungiert. Der Zugschaft 23 endet in einem Zugkopf 24, der, wie in Fig. 11 gezeigt, von einem Nietsetzer erfaßt werden kann.In FIGS. 3 and 4 are again shown the connection elements 3 to 13 which are used in the in FIGS. 1 and 2 arrangements shown. Fig. 3 shows a dowel bolt, which is composed of the compo nent setting head 10 , bolt shank 20 , waist 21 , external teeth 7 , predetermined breaking point 22 , tension shank 23 and tension head 24 . Slots 25 are also made in the external toothing 7 . The bolt shaft 20 of the passport bolt made of fiber-reinforced plastic 3 is opposite to the bore 6 in the components 1 and 2 to be added with a slight undersize, its surface is roughened in a defined manner. Above half of the external toothing 7 matched to the associated clamping nut 4 , the shaft is drawn in and has a sharp notch 22 , which acts as a predetermined breaking point when the strength of the fixed surface is exceeded. The traction shank 23 ends in a traction head 24 which, as shown in FIG. 11, can be gripped by a riveter.
Die radial umlaufende Außenverzahnung 7 weist einen steileren Flankenwinkel auf als die entsprechende Innenverzahnung 8 der Klemmutter 4, wie deutlich anhand von Fig. 1 zu erkennen ist, die achsparallel verlaufen den Schlitze 25 bewirken, daß nach dem Aufpressen der Klemmutter 4 der zwischen den beiden Verzahnungen 7 und 8 verbleibende Bereich entlüftet wird und der über schüssige Klebstoff aus diesem Bereich austreten kann.The radially encircling external toothing 7 has a steeper flank angle than the corresponding internal toothing 8 of the clamping nut 4 , as can be clearly seen from FIG. 1, which run axially parallel to the slots 25 , which, after the clamping nut 4 has been pressed on, causes the between the two toothings 7 and 8 remaining area is vented and the excess adhesive can escape from this area.
Um einen solchen Paßbolzen auch für Verbindungen ein setzen zu können, bei denen eine hohe Scherfestigkeit gefordert wird, ist bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel dieses Verbindungselementes zusätz lich ein Scherstift 46 vorgesehen, der aus hochfestem Stahl oder Titan bzw. einer Titanlegierung besteht. Dieser Scherstift 46 ist mit Klebstoff 47 in eine zylindrische Bohrung 48 des Bolzenschaftes 40 einge setzt. Der Scherstift 46 weist seinerseits eine in axialer Richtung verlaufende Durchgangsbohrung 49 auf, durch die der Klebstoff 47 beim Einpressen des Scher stiftes 46 in die als Sacklochbohrung ausgeführte Bohrung 48 aus dem oberen Endbereich dieser Bohrung heraustreten kann. In order to be able to use such a dowel pin for connections where a high shear strength is required, a shear pin 46 is additionally provided in the embodiment of this connecting element shown in FIG. 5, which is made of high-strength steel or titanium or a titanium alloy. This shear pin 46 is inserted with adhesive 47 in a cylindrical bore 48 of the bolt shaft 40 . The shear pin 46 in turn has an axis extending in the axial direction through hole 49, through which the adhesive 47 may escape from the upper end portion of this bore during the pressing of the shear pin 46 in the form of a blind hole bore 48th
Die in den Fig. 4 und 6 dargestellten Verbindungs elemente stellen jeweils Kegelbolzen dar, wie sie in der in Fig. 2 gezeigten Verbindung in Form einer Blind nietung verwendet werden. Diese Kegelbolzen wirken dabei zusammen mit einer Paßhülse, die im Detail in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist. Die Kegelbolzen bestehen, wie auch die vorangehend beschriebenen Paßbolzen, aus faserverstärktem Kunststoff, dessen Harz/Faser-Kombi nation jeweils entsprechend den zu fügenden Bauteilen ausgewählt ist. Der Schaft 30 bzw. 50 dieses Kegel bolzens läuft unter einem vergleichsweise kleinen Winkel gegenüber der Längsachse konisch in Richtung auf eine Taille 31 zu. Dadurch ist sichergestellt, daß beim Einziehen dieses Bolzens in eine Paßhülse 18, wie in Fig. 2 dargestellt, eine ausreichende Selbsthemmung eintritt. Die Oberfläche des Bolzenschaftes 30 bzw. 50 sowie der Taille 31 ist auch in diesen Fällen wieder rauh ausgeführt, um eine gute Klebewirkung zu erzielen. An dem der Taille 31 abgewandten Ende des Bolzen schaftes 30 weise die Kegelbolzen eine Einschnürung 36 auf, die in Verbindung mit dem sich daran anschließen den Kopf 37 bewirkt, daß beim Einziehen eines solchen Kegelbolzens in die zugehörige Paßhülse 18, wie in Fig. 2 dargestellt, deren aus der Bohrung 16 heraus tretende Schaftsegmente aufgespreizt werden und mit dem Bolzenkopf 37 eine formschlüssige Verbindung bilden. Der Bolzenkopf 37 weist einen zylindrischen Bereich auf, dessen Durchmesser nur geringfügig kleiner als der Durchmesser der in den zu verbindenden Komponenten 11 und 12 eingebrachten Bohrung 16 ist. Dadurch wird beim Einsetzen der aus Kegelbolzen 13, Paßhülse 18 sowie Klemmutter 14 bestehenden Kombination in diese Bohrung 16 eine feste Schiebepassung erreicht.The connecting elements shown in FIGS . 4 and 6 each represent tapered bolts as used in the connection shown in FIG. 2 in the form of blind riveting. These tapered bolts act together with a fitting sleeve, which is shown in detail in FIGS . 7 and 8. The tapered bolts, like the dowel bolts described above, are made of fiber-reinforced plastic, the resin / fiber combination of which is selected according to the components to be joined. The shaft 30 or 50 of this cone bolt tapers at a comparatively small angle with respect to the longitudinal axis in the direction of a waist 31 . This ensures that when this bolt is pulled into a fitting sleeve 18 , as shown in FIG. 2, sufficient self-locking occurs. The surface of the bolt shaft 30 or 50 and the waist 31 is again rough in these cases in order to achieve a good adhesive effect. At the waist 31 facing away from the bolt shaft 30, the tapered pin has a constriction 36 , which in conjunction with the adjoining head 37 causes that when pulling in such a tapered pin into the associated adapter sleeve 18 , as shown in Fig. 2 , whose shaft segments emerging from the bore 16 are spread out and form a positive connection with the bolt head 37 . The bolt head 37 has a cylindrical region, the diameter of which is only slightly smaller than the diameter of the bore 16 made in the components 11 and 12 to be connected. As a result, when the combination consisting of tapered bolt 13 , adapter sleeve 18 and clamping nut 14 is inserted into this bore 16, a firm sliding fit is achieved.
Ebenso wie die in den Fig. 3 und 5 dargestellten Paßbolzen weisen auch die Kegelbolzen oberhalb der Taille 31 eine radial umlaufende Außenverzahnung 17 auf, in die wieder um in axialer Richtung verlaufende Schlitze 35 eingebracht sind. Oberhalb der Außenver zahnung schließen sich eine Sollbruchstelle in Form einer scharfen Kerbe 32, ein Zugschaft 33 sowie ein Zugkopf 34 an.Just like the dowel bolts shown in FIGS . 3 and 5, the tapered bolts also have a radially circumferential external toothing 17 above the waist 31 , into which slots 35 are again introduced in the axial direction. Above the external toothing, a predetermined breaking point in the form of a sharp notch 32 , a pull shaft 33 and a pull head 34 follow.
Wie in Fig. 6 gezeigt, können auch die Kegelbolzen durch einen eingesetzten metallenen Scherstift 56 in ihrer Scherfestigkeit erhöht werden. Auch hier ist der mit einer Durchgangsbohrung 59 versehene Scherstift 56 so in eine mit Klebstoff 57 gefüllte Sacklochbohrung 38 des Bolzenschaftes 50 eingesetzt, daß er vollständig vom Klebstoff 57 eingeschlossen ist.As shown in FIG. 6, the tapered bolts can also be increased in their shear strength by an inserted metal shear pin 56 . Here, too, the shear pin 56 provided with a through hole 59 is inserted into a blind hole 38 of the bolt shank 50 filled with adhesive 57 such that it is completely enclosed by the adhesive 57 .
Die Fig. 7 und 8 zeigen Darstellungen einer Paß hülse, wie sie zusammen mit den vorangehend beschriebe nen Kegelbolzen Verwendung findet. Die Paßhülse besteht im einzelnen aus einem Paßhülsenkopf 60, der im Fall des hier gezeigten Ausführungsbeispiels zusätzlich mit einem Rezeß 61 versehen ist, sowie einem Paßhülsen mantel 62. Letzterer weist bei einer zylindrischen Außenform eine vom Paßhülsenkopf 60 her kontinuierlich abnehmende Wandstärke auf, wobei der größte Teil des Paßhülsenmantels 62 mit in axialer Richtung verlaufen den, über den Umfang aquidistant angeordneten Schlitzen 63 versehen ist, die das dem Paßhülsenkopf 60 abge wandte Ende dieses Paßhülsenmantels 62 in einzelne Segmente 64 untergliedern. Seine Außenfläche weist eine definierte Oberflächenrauhigkeit auf. FIGS. 7 and 8 show views of a fitting sleeve as it is together with the above-described taper bolt NEN use. The adapter sleeve consists in detail of an adapter sleeve head 60 , which in the case of the exemplary embodiment shown here is additionally provided with a recess 61 , and an adapter sleeve jacket 62 . In a cylindrical outer shape, the latter has a continuously decreasing wall thickness from the adapter sleeve head 60 , the majority of the adapter sleeve shell 62 being provided in the axial direction with the slots 63 which are aquidistantly arranged over the circumference and which provide the end of this adapter sleeve shell facing away from the adapter sleeve head 60 Subdivide 62 into individual segments 64 . Its outer surface has a defined surface roughness.
Die in den Fig. 9 und 10 dargestellte Klemmutter findet in gleicher Weise beim Setzen von Paßbolzen wie von Kegelbolzen Verwendung. Sie besteht aus einem Mutterkopf 70, in dessen Innerem im Anschluß an feinen Freistich 71 eine Innenverzahnung 8 vorgesehen ist. An den Mutterkopf 70 ist eine sich konisch erweiternde Federscheibe 5 angeformt. Wie die Außenverzahnung der Paß- und Kegelbolzen, so ist auch die Innenverzahnung 8 der Klemmutter mit in axialer Richtung verlaufenden Schlitzen 72 ausgestattet. Diese dienen dem gleichen Zweck wie die entsprechenden Schlitze an den Paß- und Kegelbolzen, indem sie bewirken, daß nach dem Auf pressen der Klemmutter eine Entlüftung stattfindet und der Klebstoff herausgedrückt wird. Die Innenverzahnung 8 der Klemmutter weist einen flacheren Flankenwinkel auf als die Außenverzahnung der Paß- und Kegelbolzen.The clamping nut shown in FIGS . 9 and 10 is used in the same way when setting fitting bolts as conical bolts. It consists of a nut head 70 , inside of which an internal toothing 8 is provided following a fine undercut 71 . To the nut head 70 has a conically widening spring washer 5 is formed. Like the external toothing of the fitting and tapered bolts, the internal toothing 8 of the clamping nut is also equipped with slots 72 running in the axial direction. These serve the same purpose as the corresponding slots on the dowel and tapered bolts, by causing ventilation to take place after the clamping nut is pressed on and the adhesive is pressed out. The internal toothing 8 of the clamping nut has a flatter flank angle than the external toothing of the fitting and tapered bolts.
Anhand der Fig. 11 und 12 soll das Verfahren des Verbindens von Bauteilen aus faserverstärkten Kunst stoffen mit Hilfe der vorangehend beschriebenen Ver bindungselemente erläutert werden. Sämtliche dabei verwendeten Verbindungselemente bestehen aus den gleichen Werkstoffen wie die zu fügenden Bauteile, d. h. im Fall der hier beschriebenen Anwendung aus einer kohlenstoffaserverstärkten Harzmatrix, wobei die Ver stärkung entweder aus gerichteten oder aus Kurzfasern besteht. Die Harzmatrix, die zugleich den Klebstoff für die Verbindungselemente bildet, härtet in diesem Fall bei etwa 180°C aus.Referring to Figs. 11 and 12, the method of bonding to components made from fiber-reinforced synthetic materials with the aid of the above-described Ver connecting elements are explained. All the connecting elements used consist of the same materials as the components to be joined, that is, in the case of the application described here, of a carbon fiber-reinforced resin matrix, with the reinforcement either consisting of directed or short fibers. The resin matrix, which also forms the adhesive for the connecting elements, cures in this case at around 180 ° C.
Für den Setzvorgang der Verbindungselemente in die zu fügenden Bauteile 81 und 82 aus faserverstärktem Kunst stoff wird ein Setzwerkzeug 90 verwendet, das zum Teil in Fig. 11 zu erkennen ist. Im Inneren eines zylin drischen Schaftes 91 ist bei diesem Werkzeug ein Zug haken 92 in axialer Richtung beweglich gehaltert. Dieser Zughaken 92 weist eine Zahnung auf, die hinter eine entsprechende Außenverzahnung am Zugkopf 93 des zu setzenden Verbindungselementes, in diesem Fall eines Kegelbolzens 83, greift. For the setting process of the connecting elements in the components 81 and 82 to be joined made of fiber-reinforced plastic, a setting tool 90 is used, which can be seen in part in FIG. 11. Inside a cylindrical shaft 91 , a train hook 92 is movably supported in the axial direction in this tool. This pull hook 92 has a toothing which engages behind a corresponding external toothing on the pulling head 93 of the connecting element to be set, in this case a conical bolt 83 .
Nachdem die miteinander zu verbindenden Oberflächen bereiche der beiden Bauteile 81 und 82 entfettet und zusammengefügt worden sind, werden zunächst Heft bohrungen gesetzt und die zu verbindenden Bauteile durch Heftstifte miteinander fixiert. Anschließend werden die Bohrungen 86 entsprechend dem Durchmesser der zu verwendenden Verbindungselemente 83 trocken auf gebohrt, und die Bohrungen werden mit Klebstoff 89 benetzt. Der für die Verbindung vorgesehene Kegelbolzen 83, die zugehörige Paßhülse 88 sowie die Klemmutter 84 werden entfettet, die Paßhülse 88 und der Schaft des Kegelbolzens 83 werden mit Klebstoff benetzt und die Paßhülse über den Kegelbolzen 83 geschoben. Nachfolgend wird der Kegelbolzen 83 zusammen mit der Paßhülse 88 in das Setzwerkzeug 90 geladen und die Paßhülse 88 wird von außen mit Klebstoff benetzt. Die Paßhülse 88 wird mit dem Setzwerkzeug 90 in die Bohrung 86 eingeführt und das Setzwerkzeug 90 wird an die Oberfläche des oberen der zu verbindenden Bauteile 81, 82 angepreßt. Wie die Figur zeigt, dient der am Paßhülsenkopf vorge sehene Rezeß dabei als Aufnahme für den Niederhalter des Setzwerkzeuges 90.After the surface areas to be joined together of the two components 81 and 82 have been degreased and joined together, tack holes are first made and the components to be joined are fixed together by tack pins. The holes 86 are then drilled dry according to the diameter of the connecting elements 83 to be used, and the holes are wetted with adhesive 89 . The tapered bolt 83 provided for the connection, the associated adapter sleeve 88 and the clamping nut 84 are degreased, the adapter sleeve 88 and the shaft of the tapered bolt 83 are wetted with adhesive and the adapter sleeve is pushed over the tapered bolt 83 . Subsequently, the taper bolt 83 is loaded together with the adapter sleeve 88 into the setting tool 90 and the adapter sleeve 88 is wetted from the outside with adhesive. The adapter sleeve 88 is inserted with the setting tool 90 into the bore 86 and the setting tool 90 is pressed against the surface of the upper of the components 81 , 82 to be connected. As the figure shows, the recess seen on the adapter sleeve head serves as a receptacle for the hold-down device of the setting tool 90 .
Nach dem Auslösen des Setzwerkzeuges wird über den am Zugkopf 93 angreifenden Zughaken 92 der Kegelbolzen 83 in die Paßhülse 88 gezogen. Zugleich wird durch einen gegenläufigen Kolben 94 die Klemmutter 84 über die Ver zahnung 87 gepreßt, wobei sich die integrierte Feder scheibe 85 abflacht und so die Verbindung unter Spannung setzt. Dieses Detail ist schematisch in Fig. 12 verdeutlicht. Der Schaft des Kegelbolzens 83 weitet die geschlitzte Paßhülse 88 auf und bringt die Segmente an der Bohrungswand zur Anlage, dabei werden die Schlitze mit Klebstoff verpreßt. Die nach innen überstehenden Enden der Paßhülsensegmente werden aufge spreizt und bilden eine formschlüssige Verbindung mit dem Paßhülsenkopf, die den Transport des nunmehr herge stellten Verbundes zum Aushärten ermöglicht, ohne daß die Gefahr des Lösens der Verbindung besteht.After the setting tool has been triggered, the tapered bolt 83 is pulled into the adapter sleeve 88 via the pulling hook 92 acting on the pulling head 93 . At the same time, the lock nut 84 is pressed over the teeth 87 by a counter-rotating piston 94 , the integrated spring washer 85 flattening and thus putting the connection under tension. This detail is illustrated schematically in FIG. 12. The shaft of the taper bolt 83 expands the slotted fitting sleeve 88 and brings the segments to bear against the wall of the bore, the slots being pressed with adhesive. The inwardly projecting ends of the adapter sleeve segments are spread up and form a positive connection with the adapter sleeve head, which allows the transport of the now manufactured composite for curing, without the risk of loosening the connection.
Bei fortgesetzter Betätigung des Setzwerkzeuges 90 reißt bei Überschreiten der vorgegebenen Zugkraft der Zugkopf 93 des Kegelbolzens 83 an der Sollbruchstelle ab. Nachdem noch der ausgetretene Klebstoff 89 entfernt wurde, kann der Setzvorgang an anderer Stelle wiederholt werden. Wenn alle Verbindungselemente auf diese Weise gesetzt sind, wird die Verbindung bei der vorgesehenen Temperatur und Haltezeit ausgehärtet und erreicht damit ihre Endfestigkeit.With continued actuation of the setting tool 90 , the tensile head 93 of the conical bolt 83 tears off at the predetermined breaking point when the predetermined tensile force is exceeded. After the leaked adhesive 89 has been removed, the setting process can be repeated elsewhere. If all connection elements are set in this way, the connection is cured at the intended temperature and holding time and thus reaches its final strength.
Auf analoge Weise wie vorangehend beschrieben erfolgt das Setzen von Paßbolzen als Verbindungselemente. In diesem Fall wird der Bolzen allerdings zunächst von der dem Setzwerkzeug abgewandten Außenseite der fügenden Bauteile her in die dafür vorgesehene Bohrung ein gesetzt, bevor zunächst die Klemmutter und anschließend das Setzwerkzeug aufgesetzt werden und die Verbindung durch Aufpressen der Klemmutter mit integrierter Feder scheibe unter Spannung gesetzt wird.In an analogous manner as described above the setting of dowel bolts as connecting elements. In In this case, however, the bolt is removed from the outside of the joining tool facing away from the setting tool Components into the designated bore set before first the lock nut and then the setting tool and the connection by pressing on the clamping nut with integrated spring disc is put under tension.
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