DE19610296C1 - Verbindungselement - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement für Bauteile insbesondere aus Faserverbundwerkstoffen, bestehend aus einer zylindrischen Hülse und aus einem die Hülse in Längsrichtung durchsetzenden Gewindebolzen, dessen eines Ende sich über einen Flansch auf einem Ende der Hülse abstützt und dessen anderes Ende in eine mit einer Gewindebohrung versehene Spannmutter eingreift.

Derartige Verbindungselemente sind in Form von Spreizdübeln oder Schwerlastdübeln vielfältig bekannt und bestehen im allgemeinen aus Metall, wobei insbesondere die vom Bolzen durchsetzte zylindrische Hülse aus einem weichen, leicht verformbaren Metall wie Blei oder dgl. besteht, das beim Anziehen der Spannmutter bzw. beim Einschrauben des Gewindebolzens in die Spannmutter verformt wird, wodurch die Hülse aufgeweitet wird und aufgrund der Klemmwirkung in einer Bohrung für einen festen Sitz des Dübels sorgt.

Um die Haltekraft eines derartigen herkömmlichen Verbin­ dungselementes mit einer aufweitbaren Hülse zu verbessern, kann diese noch mit Rippen, Krallen oder ringförmigen Sicken versehen sein, die sie in die Innenwand der die Hülse umgebenden Bohrung einpreßt.

Ein derartiges Verbindungselement ist für eine Vielzahl von Einsatzzwecken geeignet, nicht jedoch im speziellen Fall der Verbindung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoff miteinander insbesondere im Luftfahrt- und Raumfahrtbereich aufgrund des hohen, durch die Metalle bedingten Gewichtes, sowie der Korrosionsempfindlichkeit.

Aus der DE-A 29 51 996 ist ein Dübel zum Einbau in Schichtverbundplatten bekannt, die aus zwei dünnwandigen, steifen Außenhäuten und einem diese verbindenden dickeren Kern geringerer Dichte bestehen und eine sie durchsetzende Bohrung aufweisen, in welche der mit einem flanschartig auf den Bohrungsdurchmesser vergrößerten Kopf versehenen Dübel mit der Außenseite der Außenhaut bündig abschließend einsetzbar und mittels einer durch wenigstens eine Öffnung im Dübelkopf einfüllbaren aushärtenden Vergußmasse verankerbar ist. Der Dübelkopf ist an seinem Außenumfang mit wenigstens einem, radial nach außen federnden Bereich versehen, mit welchem der Dübel in der Bohrung der Schichtverbundplatte vor dem und beim Vergießen reibungsschlüssig verspreizbar ist.

Das DE U 19 03 707 beschreibt einen Dübel mit einer Hülse aus einem elastischem Werkstoff, die unter Verwendung einer mit einer Schraube zusammenwirkenden Mutter aufweitbar ist, wobei eine zylindrische Hülse vorgesehen ist, der mehrere, unterschiedliche, wahlweise . benutzbare Muttern bzw. Schrauben zugeordnet sind; dabei greift die gewählte Mutter an der einen Stirnfläche der Hülse an, während die Unterlegscheibe bzw. der Kopf der Schraube an der gegenüberliegenden anderen Stirnfläche der Hülse angeordnet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Anwendungs­ bereich derartiger Verbindungselemente zu erweitern, so daß diese insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich einsetzbar sind, wobei sie ein geringes Gewicht aufweisen, korrosionsunempfindlich und leicht herstellbar sind und infolge Temperaturdifferenzen nur geringe Zusatzspannungen aufweisen.

Ausgehend von einem Verbindungselement der eingangs näher genannten Art wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß die Hülse aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, der unter einem positiven und/oder negativen Winkel α zur Längsachse gewickelt ist.

Der Winkel α kann dabei zwischen 20° und 70° liegen; alternativ kann auch der Gewindebolzen aus einem Faserver­ bundwerkstoff bestehen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen sowohl der Endflansch als auch die Spannmutter ebenfalls aus Faserverbundwerkstoff.

Das erfindungsgemäße Verbindungselement weist, insbesondere wenn es vollständig aus Faserverbundwerkstoff besteht, ein äußerst geringes Gewicht auf, ist leicht herstellbar, im Aufbau sehr einfach, völlig korrosionsunempfindlich und ist damit insbesondere für Zwecke der Luft- und Raumfahrt aufgrund einer erheblich verlängerten Lebensdauer geeignet, verglichen mit den herkömmlichen Verbindungselementen aus einem oder mehreren Metallen. Aufgrund der Wicklung der Hülse aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem positiven und/oder negativen Winkel α zur Längsrichtung der Hülse erhält man eine hohe Querexpansion (0,5 bis 2,5) wobei der Winkel α zwischen 20° und 70° liegen kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der vorteilhafte Ausführungsbeispiele darge­ stellt sind.

Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Verbin­ dungselementes mit Schnitt durch die Hülse;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Hülse mit Darstellung des Winkels α;

Fig. 3 eine Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Ver­ bindungselementes im Verbund mit drei Bauteilen und

Fig. 4 eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungs­ gemäßen Verbindungselementes.

Wie die Figuren erkennen lassen, in denen gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist mit 1 eine erfindungsgemäße zylindrische Hülse aus einem Faserverbund­ werkstoff bezeichnet, die, wie deutlicher aus Fig. 2 her­ vorgeht, unter einem Winkel α, der vorteilhafterweise zwischen 20° und 70° liegt und der positiv und/oder negativ sein kann, zur Längsachse 8 der Hülse 1 gewickelt ist. Die Buchse 1 aus Faserverbundwerkstoff wird von einem Gewindebolzen 4 durchsetzt, der vorteilhafterweise ebenfalls aus einem Faserverbundwerkstoff besteht und dessen eines Ende fest mit einem Flansch 2 verbunden ist, der sich auf einem Ende der zylindrischen Hülse 1 abstützt. Der Flansch 2 ist wiederum mit einer fest mit ihm verbun­ denen Mutter 9 versehen um ein geeignetes Spannwerkzeug ansetzen zu können.

Das gegenüberliegende Ende des Gewindebolzens 4 tritt aus der zylindrischen Hülse 1 aus Faserverbundwerkstoff aus und durchsetzt eine Spannmutter 3, so daß beim Aufschrauben der Spannmutter 3 auf den Gewindebolzen 4 eine Aufweitung wie bei den herkömmlichen Spreizdübeln der zylindrischen Hülse 1 erfolgt.

Fig. 3 zeigt, wie eine Scherverbindung mit einer querkraft­ übertragenden zylindrischen Hülse 1 aus einem Faserver­ bundwerkstoff im Zusammenhang mit einem Gewindebolzen 4, ebenfalls möglicherweise aus einem Faserverbundwerkstoff, gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgen kann, wobei die drei Bauteile 5, 6, 7, die fest zusammengefügt werden sollen, ebenfalls aus Faserverbundwerkstoffen bestehen können. Mit F, F₁ und F₂ sind dabei die Kraftrichtungen bezeichnet, welche die einzelnen Bauteile beaufschlagen.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spannmutter 3 in eine Bohrung eines Bauteils 9 aus Faserverbundwerkstoff eingesetzt und wird dort verdreh­ sicher festgehalten. Der Gewindebolzen 4 des Verbindungs­ elementes greift in diese Spannmutter 3 ein, wobei durch Anziehen des Flansches 2 zusammen mit der an ihm be­ festigten Mutter ein weiteres Bauteil 10, an dem die Kraft F angreift, sicher und dauerhaft befestigt werden kann.

Aufgrund des geringen Gewichtes, der einfachen Herstellbarkeit und der stark herabgesetzten Korrosions­ empfindlichkeit eignet sich das erfindungsgemäße Verbindungselement insbesondere für Faserverbundstrukturen der Luft- und Raumfahrt.

Claims (4)

1. Verbindungselement insbesondere für Bauteile aus Faserverbundwerkstoff, bestehend aus einer zylindrischen Hülse (1) und aus einem die Hülse (1) in Längsrichtung durchsetzenden Gewindebolzen (4), dessen eines Ende sich über einen Flansch (2) auf einem Ende der Hülse abstützt und dessen anderes Ende in eine mit einer Gewindebohrung versehene Spannmutter (3) eingreift, wobei durch Aufschrauben der Spannmutter (3) auf den Gewindebolzen (4) eine Aufweitung der zylindrischen Hülse (1) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (1) aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, der unter einem positiven und/oder negativen Winkel α zur Längsachse (8) gewickelt ist.

2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Winkel α zwischen 20° und 70° liegt.

3. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindebolzen (4) aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.

4. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Endflansch (2) und die Spannmutter (3) aus Faserverbundwerkstoff bestehen.