DE3408650A1

DE3408650A1 - Vorrichtung zur uebertragung von kraeften zwischen metallischen anschlussstuecken und den enden von stabfoermigen strukturelementen aus kohlenstoffaserverstaerkten kunststoffen

Info

Publication number: DE3408650A1
Application number: DE19843408650
Authority: DE
Inventors: Heinz 6464 Linsengericht Schattat
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-09
Filing date: 1984-03-09
Publication date: 1985-09-12

Description

Vorrichtung zur Übertragung von Kräften zwischen metallischen An-
schlußstücken und den Enden von stabförmigen Strukturelementen aus kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung von Kräften zwischen metallischen Anschlußstücken und den Enden von stabförmigen Strukturelementen aus kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffen.
Im Leichtmaschinenbau werden stabförmige Strukturelemente eingesetzt, die aus Hartschaumkernen mit einem Mantel aus in Stabrichtung verlaufenden unidirektionalen Kohlefasern und einem weiteren Mantel aus spiralförmig um den Kern angeordneten Kohlefasern bestehen.
Diese Strukturelemente werden vorwiegend im Flugzeugbau an Stelle von Leichtmetallrohren eingesetzt. Gegenüber Leichtmetallrohren weisen Strukturelemente aus kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffen bei gleicher Festigkeit ein geringeres Gewicht auf.
Probleme treten bei diesen Strukturelementen auf, wenn Kräfte auf Metallteile übertragen werden sollen. Bei einer Verklebung zwischen den Enden der Strukturelemente und metallischen Anschlußstücken lassen sich nur geringe Kräfte übertragen. Um die Festigkeit der kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffe voll ausnutzen zu können, wurden besondere Vorrichtungen entwickelt, die größeren Beanspruchungen standhalten als reine Klebeverbindungen. Eine bekannte Vorrichtung enthält einen in das von Kunststoffschaumkern befreite Ende des Strukturelementes eingefügten drehsymmetrischen Körper, dessen Umfang eine ringförmige Ausnehmung aufweist, in der die unidirektionalen Fasern mit einem in Umfangsrichtung gewickelten Kohlefaden festgehalten sind. Der drehsymmetrische Körper enthält eine zentrische Gewindebohrung, in die ein Metallbolzen eingeschraubt ist, auf den ferner eine Mutter aufgeschraubt ist, mit der eine topfförmige Hülse, deren Zylinderwand das Ende des Strukturelementes umgibt, gegen den Körper angedrückt ist (DE-Z: "Flugrevue" Nr. 1, Januar 1984, Seite 64).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache, wirtschaftlich herstellbare Vorrichtung zur Übertragung von Kräften zwischen metallischen Anschlußstücken und den Enden von stabförmigen Strukturelementen aus kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffen zu entwickeln, die großen Kräften standhält.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Enden der Strukturelemente jeweils durch mindestens ein radial sich erstreckendes Teil gegen Hülsen angepreßt sind, die die Enden umgeben. Mit diesen Merkmalen läßt sich eine feste Verbindung zwischen den kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffen und den metallischen Anschlußstücken erreichen. Die Verbindung hat neben ihrer Festigkeit eine gewisse Elastizität.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß ein vorzugsweise bis an die Stirnseite mit Hartschaumkern ausgefülltes Strukturelement von einer, einen radial nach außen vorspringenden freien Abschnitt aufweisenden Hülse umgeben ist, daß der Abschnitt mit einem ausgehärteten Kunststoffkleber, der vorzugsweise ein Gemisch aus Kurzschnittfasern und Kleber ist, ausgefüllt ist, der fest an Kohlefasern haftet, und daß auf die Außenseite der Hülse eine topfförmige Hülse aufschraubbar ist, deren Boden gegen den Kunststoffkleber und die Stirnseite der Hülse andrückbar ist.
Diese Vorrichtung zeichnet sich durch einen besonders einfachen Aufbau aus. Das Strukturelement aus kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffen enthält auch an seinem Ende den Schaumkern, der sich bis an die Stirnseite erstreckt. Damit entfallen aufwendige Arbeitsschritte, um das Ende des Strukturelementes in eine für die Verbindung mit einem metallischen Anschlußstück geeignete Form zu bringen.
Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß das Strukturelement, das mit einem Hartschaumkern ausfüllbar ist, der in einer gegen die Stirnseite des Endes nach innen verschobenen Wölbung endet, im Raum zwischen den Kohlefasern vor der Wölbung einen sich in Richtung der Stirnseite verjüngenden kegelstumpfförmigen Einsatz aufweist, daß der Raum zwischen dem Einsatz und der Innenwand des Endes des Strukturelementes mit ausgehärtetem Kunststoffkleber (vorzugsweise Kurzschnittfaser-Kleber-Gemisch) ausgefüllt ist, und daß eine topfförmige Hülse, deren zylindrische Seitenwand das Ende umgibt, mit dem Boden gegen den Kunststoffkleber andrückbar ist.
Bei dieser Vorrichtung können mit einem spitzen Scheitelwinkel des kegelstumpfförmigen Einsatzes auf die Kohlenstoffasern Einspannkräfte mit relativ niedrigen Zugkräften auf den Einsatz ausgeübt werden. Es läßt sich demnach eine sehr hohe Klebefestigkeit erreichen.
Bei einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Einsatz als Stufenkegel ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform läßt sich der Einsatz wirtschaftlicher herstellen, da keine durchgehende Kegelstumpffläche erzeugt werden muß.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß das Strukturelement, das mit Hartschaumkern ausfüllbar ist, der in einer gegen die Stirnseite des Endes des Strukturelementes nach innen zurückgesetzten Wölbung endet, im Raum zwischen den Kohlefasern vor der Wölbung einen sich in Richtung des Endes verjüngenden Einsatz aufweist, daß die Außenseite des Endes von einer Hülse umgeben ist, die eine sich in Richtung der Stirnseite erweiternde Aussparung enthält, daß der Raum zwischen den Kunstoffasern des Endes und dem Einsatz sowie der Hülse mit ausgehärtetem Kunststoffkleber (Gemisch-Faser-Harz) ausgefüllt ist und daß eine Platte gegen den vom Einsatz und der Hülse nicht bedeckten Bereich des Kunststoffklebers angedrückt ist. Bei dieser Vorrichtung wird sowohl auf die Innenfläche als auch auf die Außenfläche des vom Schaumkern freien Endes des Strukturelementes eine einstellbare Kraft ausgeübt. Wenn beide Kräfte gleich groß eingestellt werden, treten keine radialen Verformungen der Kohlenstoffasern auf.
Ergänzend sei bemerkt, daß die zuvor beschriebenen Merkmale zur Herstellung einer Verbindung CFK-Metall untereinander kombinierbar sind, wodurch die Vielfalt der Lösungsmöglichkeiten angedeutet ist.
Ferner zeigen die Lösungsvorschläge den Vorteil, daß es sich bei den Metallelementen um automatisch herzustellende Drehteile handelt, die eine kostengünstige Herstellung und damit Verwendung sicherstellen.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Strukturelement, das mit Hartschaumkern ausfüllbar ist, der in einer gegen die Stirnseite des Endes des Strukturelementes nach innen zurückgesetzten Wölbung endet, im Bereich des Enden von einer eine gewölbte Aussparung (Verformungsmulde) aufweisenden Hülse umgeben ist, daß das Strukturelement in diesem Bereich in Längsrichtung verlaufende Schlitze aufweist, und daß die Kohlefasern mittels eines Druckrings, der über eine axiale Vorspannung radial derart ausdehnbar ist, -und zwar die geschlitzten Abschnitte des Strukturelementesin die Aussparung gedrückt werden.
Da zusätzlich in der Aussparung vor der Verformung ein Kunststoffkleber einbringbar ist, der beim Verformen die Schlitze durchdringt, ist nach der Aushärtung eine sichere Verbindung gewährleistet. Auch bei dieser Ausführungsform sind Hülse, Innenkern, Stützring, Verform- ring etc. vorgefertigte Drehteile, die ein schnelles und paßgenaues Zusammenwirken gewährleisten.
Eine weitere Möglichkeit, CFK-Elemente wie zum Beispiel Rotoblätter mit Metallhalterungen wie Anschlußmuffen zu verbinden, zeichnet sich dadurch aus, daß ein stabförmiger Strukturelementabschnitt eine umlaufende Ausbuchtung aufweist, daß ein geteilter Stützring den Bereich der Ausbuchtung umschließt, daß der Stutzring sich konisch verjüngt und daß über den Stützring von dem verjüngten Ende her ein Außenring verschiebbar ist, der seinerseits an seinem unteren Ende eine umlaufende Stufe aufweist. Durch eine entsprechende Konstruktion ist auf einfache Weise eine zugfeste Verbindung hergestellt, wobei der geteilte Stützring von ausschlaggebender Bedeutung ist.
Schließlich besteht die Möglichkeit, einen Knotenpunkt für ein Raumgitter aus CFK-Rohren nach dem gleichen Lösungsprinzip auszubilden.
So kann ein CFK-Rohr im Bereich eines Knotenpunkts eine umlaufende Verstärkung erfahren, die von einer geteilten Metallhülse umschließbar ist, mit der seinerseits Endteile von weiteren CFK-Rohren wechselwirken, wobei jene mit diesen nach der zuvor beschriebenen Art verbunden sind.
Auch sei ergänzend darauf hingewiesen, daß die Länge der Klebestelle, also des mit der Hülse wechselwirkenden Teils des Strukturelements, zum Durchmesser des Strukturelementes ein Verhältnis von etwa 3:2 bis 4:2 aufweisen sollte, um so eine geringe Scherbeanspruchung der Klebestelle und eine hohe Stabilität der Verbindung zu erzielen.
Vorzugsweise wird als Kunststoff ein Epoxidharz verwendet. Epoxidharz geht mit den Kohlenstoffasern eine gute Haftverbindung ein. Es ist günstig, ein Epoxidharz mit der Werkstoffkennzahl 5.03200.01, das von Ciba-Geigy unter der Bezeichnung Araldit LY 564/HY 560 hergestellt und vertrieben wird, oder ein Epoxidharz mit der Werkstoffkennzahl 5.03203.01 zu benutzen, das von Bakalite unter der Bezeichnung Rytapox L20/VE 2896 hergestellt und vertrieben wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere Merkmale sowie Vorteile ergeben.
Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Übertragung von Kräften zwischen metallischen Anschlußstücken und den Enden von stabförmigen Strukturelementen aus kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffen, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform einer Verbindungsvorrichtung zwischen den Enden stabförmiger Strukturelemente aus kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffen und metallischen Anschlußstücken, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform einer Verbindungsvorrichtung zwischen metallischen Anschlußstücken und den Enden stabförmiger Strukturelemente aus kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffen, Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform einer Verbindungsvorrichtung zwischen metallischen Anschlußstücken und den Enden stabförmiger Strukturelemente aus kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffen, Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform einer Verbindungsvorrichtung zwischen metallischen Anschlußstücken und den Enden stabförmiger Strukturelemente aus kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffen, Fig. 6 ein Längsschnitt und ein Ausschnitt einer Verbindung zwischen einem aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff bestehenden Propeller und einem Anschlußstück und Fig. 7 ein Knotenpunkt von aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff bestehenden Rohren.
Ein stabförmiges Strukturelement 1 (auch CFK-Rohr genannt) besteht grundsätzlich aus einem Hartschaumkern 2 aus Kunststoff, um den in Stabrichtung verlaufende Kohlefasern 3 in Form eines Mantels angeordnet sind. Über den unidirektionalen Kohlefasern 3 ist ein Kohlefaserschlauch 4 angeordnet, der aus einem Gewebe bestehen kann, dessen Kohlefasern ungefähr einen Winkel von 450 mit der Längsachse des stabförmigen Strukturelementes 1 bilden. Das Strukturelement 1 aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff ist mit seinem Ende 5 an metallischen Anschlußstücken 6 befestigt, die einen Gewindebolzen 7 enthalten, der in eine nicht näher bezeichnete zentrische Bohrung einer topfförmigen Metallhülse 8 eingeschraubt ist. Die Metallhülse 8 ist an ihrem zylindrischen Teil 9 mit Innengewinde versehen. Das Teil 9 ist auf eine mit Außengewinde versehene zylindrische Hülse 10 aufgeschraubt, die das Ende 5 des Strukturelementes 1 umgibt. Die Hülse 10, die zu den Anschlußstücken 6 gehört, weist einen ausgesparten Abschnitt 11 auf, der gegen die Metallhülse 8 und das Ende 5 hin offen ist. Außerhalb des Abschnitts 11 steht die Innenwand 12 der Hülse 10 in geringem Abstand dem Strukturelement 1 gegenüber.
Der Abschnitt 11 ist mit einem aushärtbaren Gemisch 13, das aus einem Kunststoffkleber und CFK-Kurzschnittfasern bestehen kann, gefüllt, das sowohl am Kohlefaserschlauch 4 als auch an der Hülse 10 gut anhaftet. Als Kleber wird vorzugsweise ein Epoxidharz verwendet.
Ein besonders geeignetes Epoxidharz mit der Werkstoffkennzahl 5.003200.01 wird unter der Bezeichnung Araldit LY 564/HY 560 vertrieben. Es wird von der Firma Ciba-Geigy hergestellt. Ein besonders geeignetes Epoxidharz wird auch unter der Bezeichnung Rytapox L 20/VE 2896 von der Firma Bakalite hergestellt und vertrieben. Dieses Epoxidharz hat die Werkstoffkennzahl 5.03203.01.
Zur Montage der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung kann die Hülse 10 über das Ende 5 des Strukturelementes 1 geschoben werden, bis die Stirnseiten beider Teile in einer Ebene liegen. Danach wird das Epoxidharz in den Abschnitt 11 eingefüllt. Anschließend härtet das Epoxidharz aus und haftet dabei fest am Kohlefaserschlauch 4 und an der Hülse 10. Nach dem Aushärten wird die Metallhülse 8 auf die Hülse 10 aufgeschraubt. Die Hülse 10 und die Metallhülse 8 bestehen vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Die Metallhülse 8 wird so fest aufgeschraubt, daß auf die Hülse 10 und den ausgehärteten Kunststoffkleber 13 in axialer Richtung des stabförmigen Strukturelementes 1 eine Druckkraft ausgeübt wird, durch die sich die Hülse 10 und der Kunststoffkleber 13 in sehr geringem Maße axial zusammenziehen. Durch dieses Zusammenziehen wird über den auch in ausgehärtetem Zustand noch eine gewisse Elastizität aufweisenden Kunststoffkleber 13 eine radiale Anpreßkraft auf das Ende 5 ausgeübt, das damit fest im Anschlußstück 6 eingespannt wird.
Die in Fig. 1 dargestellte Verbindungsvorrichtung hat einen konstruktiv einfachen Aufbau. Die Elemente wie Hülsen 8, 10 sind vorzugsweise Automatendrehteile, also reproduzierbar und kostengünstig herstellbar.
Für die Montage sind nur wenige, einfache Handgriffe erforderlich.
Daher läßt sich die Verbindungsvorrichtung wirtschaftlich fertigen.
Kräfte werden bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung von dem Gewindebolzen 7, dessen Ende in ein verstärktes Mittelstück der Metallhülse 8 eingeschraubt ist, auf die Metallhülse 8 und von dieser auf die Hülse 10 übertragen. Die Hülse 10 leitet die Kräfte über den Kunststoffkleber 13 in das Ende 5 des Strukturelementes 1 ein. Eine Kraftübertragung kann auch auf dem umgekehrten Weg stattfinden.
Sofern das CFK-Rohr 1 keinen Hartschaumkern aufweisen sollte, besteht die Möglichkeit, einen Stützring 50 an dessen Innenwandung anzuordnen.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung reicht der Hartschaumkern 2 des Strukturelementes 1 nicht bis an die Stirnseite 14 des Endes 5 des Strukturelementes 1 heran. Gleiche Elemente sind in den Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Der Hartschaumkern 2 ist gegen die Stirnseite 14 nach innen zurückgesetzt und an seinem Ende als Wölbung 15 ausgebildet, die konvex gegen das Ende 5 vorspringt. In dem vom Hartschaumkern 2 freien Ende 5 des Strukturelementes 1 befindet sich ein Einsatz 16 aus Metall, zum Beispiel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Der Einsatz 16 hat eine nicht näher bezeichnete Basisfläche, die an die Form der Wölbung 15 angepaßt ist und an diese angrenzt. Im übrigen ist der Einsatz 16 als Kegelstumpf ausgebildet, der sich in Richtung der Stirnseite 14 verjüngt. In der Mitte des Einsatzes 16 befindet sich eine Gewindebohrung 17. Über das Ende 5 des Strukturelementes 1 ist eine topfförmige Hülse 18 geschoben, deren zylindrische, nicht näher bezeichnete Innenwand an den Kohlefaserschlauch 4 angrenzt. Die Hülse 18 weist eine zentrische Bohrung 19 auf, die mit der Gewindebohrung 17 des Einsatzes 16 fluchtet. Die Innenseite des Bodens der Hülse 18 liegt an der Stirnseite 14 an.
Der Raum zwischen dem Mantel aus unidirektionalen Fasern 3 und der Seitenwand des Einsatzes 16 ist mit einem Kunststoffkleber 20 ausgefüllt, der mit dem in Verbindung mit der Fig. 1 erläuterten Kunststoffkleber 13 übereinstimmt. Bei der Montage wird der noch flüssige oder pastenförmige Kunststoffkleber 20 nach dem Einschieben des Einsatzes 16 in das Ende 5 in den Raum zwischen dem Einsatz 16 und dem Mantel aus den unidirektionalen Kohlefasern 3 eingefüllt.
Dieser Raum hat einen keilförmigen Querschnitt. Danach härtet der Kunststoffkleber 20 aus. Wenn die Aushärtung vorüber ist, wird ein Gewindebolzen 21 in die Bohrung 17 eingeschraubt. Anschließend wird die Hülse 18 über das Ende 5 geschoben. Mit einer Mutter 22 und einer Unterlegscheibe 23 wird die Hülse 18 gegen die Stirnseite 14 gedrückt. Durch eine Drehung des Gewindebolzens 21 wird auf die Hülse 18 und den Einsatz 16 eine Kraft ausgeübt, die die Hülse 18 gegen den Kunststoffkleber 20 und den Einsatz 16 bewegt. Über den Kunststoffkleber 20 wird dabei eine hohe Anpreßkraft auf das Ende 5 ausgeübt, das gegen die zylindrische Innenwand der Hülse 18 angedrückt wird. Das Ende 5 wird auf diese Weise fest zwischen der Hülse 18 und dem Einsatz 16 eingespannt. Diese feste Einspannung ermöglicht die Übertragung hoher Kräfte zwischen dem Strukturelement 1 und dem Gewindebolzen 21. Die Hülse ]8, die zum Beispiel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, zusammen mit dem Einsatz 16, dem Gewindebolzen 21, der Mutter 22 und der Unterlegscheibe 23 bilden die metallischen Anschlußstücke 24 für das Ende 5 des Strukturelementes 1. Der Scheitelwinkel des kegelstumpfförmigen Einsatzes 16 bestimmt bei vorgegebener Anzugskraft zwischen der Hülse 18 und dem Einsatz 16 die Größe der auf das Ende 5 des Strukturelementes 1 ausgeübten Anpreßkraft. Durch diese Anpreßkraft wird die zylindrische Wand der topfförmigen Hülse 18 in radialer Richtung beansprucht.
Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung zur Übertragung von Kräften zwischen metallischen Anschlußstücken 27 und dem Ende 5 eines stabförmigen Strukturelementes 1 aus kohlestoffaserverstärkten Kunststoffen zeigt bis auf die Gestalt eines Einsatzes 25 und die vom Einsatz 25 abhängige Form des Kunststoffklebers 26 den gleichen Aufbau wie die Vorrichtung gemäß Fig. 2. Gleiche Elemente sind daher in den Fig. 2 und 3 mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Die metallischen Anschlußstücke 27 bestehen bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3 aus der Hülse 18, dem Gewindebolzen 21, der Mutter 22, der Unterlegscheibe 23 und dem Einsatz 25, der die Gestalt eines Stufenkegels hat. In Fig. 3 sind drei nicht näher bezeichnete Abschnitte des Stufenkegels dargestellt. Diese drei Abschnitte haben unterschiedliche Durchmesser. Die Übergänge zwischen den verschiedenen Abschnitten können abgeschrägt zur Längsachse des Einsatzes 25 verlaufen. Entprechend der Ausbildung des Einsatzes 25 als Stufenkegel hat der Kunststoffkleber 26 die Form eines Zylinders mit Abschnitten von unterschiedlichen Durchmessern. Der Kunststoffkleber 26 hat im übrigen die gleiche Zusammensetzung und die gleichen Eigenschaften wie der Kunststoffkleber 13. Die Vorrichtung gemäß Fig.
3 wird auf die oben im Zusammenhang mit der Vorrichtung gemäß Fig.
2 beschriebene Weise montiert. Nach dem Zusammenbau wird durch eine Drehung des Gewindebolzens 21 die Hülse 18 in Richtung des Einsatzes 25 verschoben. Dabei wird auf den Kunststoffkleber 26 Druck ausgeübt, wobei der Kunststoffkleber 26 aufgrund einer gewissen Elastizität gegen den Mantel aus unidirektionalen Kohlefasern 3 und gegen die Wände des Einsatzes 25 gepreßt wird. Dabei wird das Ende 5 zwischen der zylindrischen Seitenwand der Hülse 18 und dem ausgehärteten Kunststoffkleber 26 bzw. dem Einsatz 25 eingespannt, so daß größere Kräfte zwischen dem Gewindebolzen 21 und dem Strukturelement 1 über die Mutter 22, die Unterlegscheibe 23 und die Hülse 18 übertragen werden können.
Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung zur Übertragung von Kräften in ein oder aus einem Strukturelement 1 weist metallische Anschlußstücke 28 auf, die aus einem Gewindebolzen 21, einer Mutter 22, einer Unterlegscheibe 23, einem als Stufenkegel ausgebildetem Einsatz 25, einer Platte 29, einer Hülse 30, Spannbacken 31 und Schrauben 32 bestehen. Da die Vorrichtung symmetrisch in Bezug auf die Längsachse 33 ausgebildet ist, ist nur die eine Hälfte dargestellt. Gleiche Elemente sind auch bei der Vorrichtung gemäß Fig. 4 mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie in den Fig. 1 bis 3.
Die Hülse 30 hat eine stufenkegelige Aussparung 34, die im Querschnitt gleich oder in etwa gleich dem Querschnitt zwischen dem Einsatz 25 und dem Ende 5 ist. Auf der Außenseite enthält die Hülse 30 einen Absatz 35, gegen den das umgebogene Ende 36 der Spannbacke 31 angedrückt wird. Im Ende 36 ist eine nicht näher bezeichnete Bohrung vorgesehen, durch die die Schraube 32 hindurchragt, deren Gewinde in eine nicht näher bezeichnete Gewindebohrung in der Platte 29 eingeschraubt wird. Die Hülse 30 umgibt das Ende 5 des Strukturelementes 1 von außen. Die Aussparung 34 befindet sich dabei in Höhe der Stufenkegelabsätze des Einsatzes 25. Sowohl in den Raum zwischen dem Einsatz 25 und dem Ende 5 als auch in den Raum zwischen den Wänden der Aussparung 34 und dem Ende 5 ist Kunststoffkleber 37 eingefügt.
Zur Befestigung der metallischen Anschlußstücke 28 wird der Einsatz 25 bis an die Wölbung 15 geschoben. Danach wird die Hülse 30 über das Ende 5 geschoben, bis die Stufen der Aussparung 34 in gleicher Höhe wie die entsprechenden Stufenkegel des Einsatzes 25 liegen.
Anschließend wird Kunststoffkleber 37 in die Hohlräume zwischen dem Einsatz 25 und dem Ende 5 sowie in die Aussparung 34 eingefüllt.
Sodann härtet der Kunststoffkleber 37 aus, bei dem es sich vorzugsweise um einen Kleber handelt, wie er oben in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde. Nach dem Aushärten des Kunststoffklebers 37 wird die Platte 29 auf die Stirnseite 14 gesetzt. Dabei schiebt sich eine Nase 38, die vom Ende der Hülse 30 vorspringt in eine Öffnung der Platte 29. Im Anschluß daran werden die Spannbacken 31, von denen zum Beispiel drei längs des Umfangs der Platte 29 angeordnet sein können, gegen den Absatz 35 gelegt. Die Schrauben 32 werden in die Platte 29 eingeschraubt und so weit angezogen, bis die Schraubenköpfe an den Enden 36 anliegen. Danach wird der Gewindebolzen 21, zum Beispiel mit bereits aufgesetzter Unterlegscheibe 23 und aufgeschraubter Mutter 22 in die Gewindebohrung 17 eingeschraubt, bis die Unterlegscheibe 23 an der Platte 29 anliegt. Anschließend werden der Gewindebolzen 21 und die Schrauben 32 gleichmäßig angezogen, so daß die Hülse 30 und der Einsatz 25 auf den ausgehärteten Kunststoffkleber 37 gleichmäßig Druck ausüben. Aufgrund einer gewissen Elastizität wird der Kunststoffkleber 37 gegen den Mantel aus Kohlefasern 3 und den Kohlefaserschlauch 4 angepreßt. Damit wird eine feste Verbindung zwischen dem Einsatz 25, der Platte 29 und der Hülse 30 mit dem Ende 5 des Strukturelementes 1 hergestellt. Diese feste Verbindung erlaubt die Übertragung hoher Kräfte zwischen dem Strukturelement 1 und dem Gewindebolzen 21. Mit der Anordnung gemäß Fig. 4 wird auf das Ende 5 von außen und von innen Druck ausgeübt. Damit können einseitige Beanspruchungen des Endes 5, die zu radialen Ausdehnungen der Kohlefasern 3 und des Kohlefaserschlauches 4 führen, vermieden werden.
Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung, bei der ebenso wie bei den Vorrichtungen gemäß Fig. 1 bis 4 ein CFK-Rohr 1 mit seinem Ende 5 mit metallischen Anschlußstücken 39 verbunden ist, wobei allerdings neben einer Verbindung durch Kleben auch ein Formschluß zwischen CFK-Rohr 1 und einer Metallhülse 40 erfolgt. Die Anschlußstücke 39 weisen die Metallhülse 40, zum Beispiel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf, die das Ende 5 umgibt. In der Innenwand der Metallhülse 40 ist eine bogenförmige Aussparung oder Ausbuchtung 41 vorgesehen, in dessen Bereich das Gemisch aus CFK-Fasern und Kleber eingebracht ist. Sofern der Hartschaumkern 2 vorgesehen ist, endet dieser im Abstand zum CFK-Rohr.
Im Innenraum des CFK-Rohrs 1 befindet sich ein zylinderischer Innenkern 42, der eine Stufe 43 umfaßt. Die Stufe 43 liegt vor Herstellen des Formschlusses zwischen CFK-Rohr 1 bzw. 4 und der Hülse 40 oberhalb der Ausbuchtung 41. Unterhalb der Ausbuchtung 41 befindet sich zwischen der Innenwandung des Rohres 1 bzw. 4 und dem Innenkern 42 ein Stützring 44. Zwischen diesem und der Stufe 43 ist ferner ein Verformring 46 angeordnet, der so ausgebildet ist, daß dieser bei Krafteinwirkung der Stufe 43 in Richtung des Stützringes 44 sich nach außen -also in die Ausbuchtung 41 hinein- verformt.
Gleichzeitig weist das CFK-Rohr 1 bzw. 4 in diesem Bereich nicht dargestellte Längsschlitze auf, in die beim Verformvorgang das Faser-Klebstoff-Gemisch gedrückt wird, um dann auszuhärten. Um den Innenkern 42 in Richtung auf den Boden der Hülse 40 verschieben zu können, weist jeder ein Innengewinde 47 auf, das mit dem Außengewinde eines den Boden durchsetzenden Bolzens oder Schraube 21, der bzw. die ihrerseits mittels einer Mutter 43 axial bewegbar ist.
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wie ein rohrförmiger Abschnitt eines aus CFK bestehenden Gegenstands wie zum Beispiel Flugzeugpropeller 52 mit einer metallischen Anschlußmuffe 53 problemlos verbunden werden kann. Im Ausführungsbeispiel weist der Abschnitt 51 eine Ausbuchtung 54 auf. Diese kann dadurch hervorgerufen werden, daß an der Innenwandung des Abschnitts 51 ein hohlzylindrischer Stützring 55 angeordnet ist und in den Zwischenraum zwischen diesem und der Ausbuchtung 54 mittels des schon mehrfach erwähnten Gemisches aus CFK-Kurzschnittfasern und Harz eingebracht ist. Nach dem Aushärten dieses Gemisches ist sichergestellt, daß die Ausbuchtung 54 ihre Form beibehält.
Um nun die Anschlufmuffe mit dem Abschnitt 51 zu verbinden, wird dieser von einer sich konisch in Richtung der Propellerspitze verjüngenden geteilten Hülse 56 umgeben, deren Innenwandung dem Verlauf der Außenform des Abschnitts 51 entspricht. Da die zweigeteilte Hülse 56 den Abschnitt 54 des Rohrs 51 umgibt, ist dadurch sichergestellt, daß ein unkontrolliertes Lösen der Verbindung nicht erfolgt.
Über die zweigeteilte Hülse 56 wird sodann eine konisch verlaufende Außenhülse 57 geschoben, und zwar von der verjüngten Seite der geteilten Hülse 56 aus. Diese Hülse 57 wird vor Anordnen der Innenhülse 56 über den Rohrabschnitt 57 in Richtung der Propellerspitze verschoben. Aus diesem Grund muß der minimale Innendurchmesser der Hülse 57 geringfügig größer als der Durchmesser im Bereich der größten Ausbuchtung 57 sein. Nach Herstellung dieser Verbindung kann sodann die Außenhülse an einem Metallträger befestigt werden, zum Beispiel über einen Ringflansch 58, der mit einer Stufe 59 am unteren Ende der Außenhülse 57 in Wechselwirkung tritt.
In Fig. 7 soll verdeutlicht werden, daß nach den zuvor aufgezeigten Lösungsprinzipien auch ohne Schwierigkeiten ein Knotenpunkt für Raumgitter zur Verfügung gestellt werden kann, die aus CFK-Rohren bestehen. Um an einem Ort 60 eines CFK-Rohres 61 einen Knotenpunkt herzustellen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in diesem Bereich das Rohr verstärkt wird. Diese Verstärkung 62 kann durch ausgehärteten Kunststoffkleber bzw. das ausgehärtete Gemisch aus CFK-Kurzschnittfasern und Kleber erzielt werden. Der Bereich 60 bzw.
62 wird sodann von einer geteilten Metallhülse 63 umgeben, die aus Abschnitten 64 und 65 besteht und die mittels Schrauben 66, 67 miteinander verbunden werden kann. Dabei ist die Innenform der Hülse 63 bzw. der Abschnitte 64 und 65 der Außenform des Rohres 61 im Bereich der Verstärkung 60 bzw. 62 angepaßt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Hülse 63 nicht unkontrolliert zu dem Rohr 61 verschoben werden kann. Von der Hülse 63 gehen sodann Metallanschlußstücke 68, 69 aus, die ihrerseits in einer Art, wie sie im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 6 beschrieben sein kann, mit weiteren CFK-Rohren verbunden sind.
- L e e r s e i t e -

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Übertragung von Kräften zwischen metallischen Anschlußstücken und den Enden von rohr- bzw. stabförmigen Strukturelementen aus kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Enden (5) der Strukturelemente (1) jeweils durch mindestens ein radial sich erstreckendes Teil (13, 20, 26, 37, 48) gegen Hülsen (10, 18, 30, 40) angepreßt sind, die die Enden (5) umgeben.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein gegebenenfalls bis an die Stirnseite (14) mit Hartschaumkern (2) ausgefülltes Strukturelement (1) von einer, einen radial nach außen vorspringenden freien Abschnitt (11) aufweisenden Hülse (10) umgeben ist, daß der Abschnitt (11) mit einem ausgehärteten Kunststoffkleber (13) oder einem Gemisch aus CFK-Faser-Kunststoffkleber ausgefüllt ist, der fest an Kohlefasern haftet, und daß auf die Außenseite der Hülse (10) eine topfförmige Hülse (8) aufgeschraubt ist, deren Boden gegen den Kunststoffkleber (13) und die Stirnseite der Hülse (10) angedrückt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Strukturelement (1), das mit Hartschaumkern (2) ausfüllbar ist, der gegebenenfalls in einer gegen die Stirnseite (14) des Endes (5) nach innen verschobenen Wölbung (15) endet, im Raum zwischen den Kohlefasern vor der Wölbung (15) einen sich in Richtung der Stirnseite (14) verjüngenden kegelstumpfförmigen Einsatz (16, 25) aufweist, daß der Raum zwischen dem Einsatz (16, 25) und der Innenwand des Endes (5) des Strukturelementes (1) mit ausgehärtetem Kunststoffkleber (20, 26) ausgefüllt ist, und daß eine topfförmige Hülse (18), deren zylindrische Seitenwand das Ende (5) umgibt, mit dem Boden gegen den Kunststoffkleber (20, 26) bzw. dem CFK-Faser-Klebstoff-Gemisch andrückbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Einsatz (25) als Stufenkegel ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Einsatz (16, 25) eine in Längsrichtung verlaufende, zentrische Gewindebohrung (17) aufweist, in die ein Gewindebolzen (21) einschraubbar ist, auf den eine Mutter (22) aufgesetzt ist, mit der die Hülse (18) gegen den Kunststoffkleber (20, 26) bzw.

das CFK-Faser-Klebstoff-Gemisch andrückbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Strukturelement (1) einen sich in Richtung des Endes (5) verjüngenden Einsatz (25) aufweist, daß die Außenseite des Endes (5) von einer Hülse (30) umgeben ist, die eine sich in Richtung der Stirnseite (14) erweiternde Aussparung (34) enthält, daß der Raum zwischen den Kunststoffasern des Endes (5) und dem Einsatz (25) sowie der Hülse (30) mit ausgehärtetem Kunststoffkleber (37) oder CFK-Faser-Klebstoff-Gemisch ausgefüllt ist und daß eine Platte (29) gegen den vom Einsatz (25) und der Hülse (30) nicht bedeckten Bereich des Kunststoffklebers (37) angedrückt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kunststoffkleber ein Epoxidharz ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das gegebenenfalls mit Hartschaumkern ausgefüllte Strukturelement (1, 4) im Bereich seines Endes (5) von einer eine Ausbuchtung (41) aufweisenden Hülse (40) umgeben ist, daß das Strukturelement (1, 4) in diesem Bereich axial geschlitzt ist, daß an der Innenwandung des Strukturelementes ein Verformer (46) angeordnet ist, mittels dessen das Strukturelement in die Ausbuchtung (41) drückbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Verformring (46) zwischen einer Stufe (43) eines axial verscheibbaren Innenkerns (42) und einem stationären Stützring (44) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in der Ausbuchtung ein Kunststoffkleber oder ein CFK-Faser-Klebstoff-Gemisch eingebracht ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das rohrförmige Strukturelement (51, 52) eine Ausbuchtung (54) aufweist, die von einer geteilten Metallhülse (56) umschließbar ist, die ihrerseits von einer Außenhülse umgeben ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die geteilte Metallhülse (56) eine Konusform aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Herstellung von Knotenpunkten von rohrförmigen Strukturelementen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Strukturelement (61) im Bereich des Knotenpunktes (60) eine Verstärkung (62) aufweist, die von einer geteilten Metallhülse (63, 64, 65) umschließbar ist, von der ihrerseits metallische Verbindungsstücke (68, 69) zu weiteren Strukturelemeten ausgehen.