DE19958375A1

DE19958375A1 - Vorrichtung zur Krafteinleitung und Verfahren zur Verbindung von inkompatiblen Werkstoffen

Info

Publication number: DE19958375A1
Application number: DE1999158375
Authority: DE
Inventors: Rainer Schuetze
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2019-12-07
Also published as: DE19958375C2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Krafteinleitung mit einer Verbindung von zwei Elementen aus Werkstoffen mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungsverhalten, z. B. kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff und Aluminium, wobei ein den Verbindungsbereich innerlich umgebendes drittes Element, z. B. eine geschlitzte Hülse, vorgesehen ist, das erste Element und das zweite Element miteinander formschlüssig verbunden sind, das erste Element und das dritte Element durch eine Klebeverbindung miteinander verbunden sind, wobei zwischen dem zweiten Element und dem dritten Element ein Zwischenraum zur Aufnahme von mindestens einem Andruckmittel vorgesehen ist, das den erforderlichen Druck für die Ausbildung der Klebeverbindung zwischen dem ersten und dem dritten Element erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung zur Krafteinleitung mit einer Verbindung von zwei Elementen aus Werkstoffen, die sich nur unzureichend reibschlüssig verbinden lassen, z. B. mit unterschiedlichen Wärmeausdeh nungsverhalten, sowie ein Verfahren zum Verbinden derartiger inkompatibler Werkstoffe.

Eine belastbare und dauerhafte Verbindung von zwei Elementen bzw. Füge partnern aus inkompatiblen Werkstoffen stellt ein großes Problem dar. Durch ihr unterschiedliches Wärmeausdehnungsverhalten und die dadurch entstehende Inkompatibilität sind übliche Klebverbindungen kritisch, beispielsweise unter Dauerbelastungen oder dann, wenn von außen Wärmeeinwirkung eintritt oder diese Wärmeeinwirkung durch Belastung entsteht.

Ein Beispiel für eine derartige inkompatible Werkstoffpaarung sind die Mate rialien kohlenstoffaserverstärkter Kunststoff und Aluminium. Diese beiden Werk stoffe sind nun aber aufgrund ihrer hervorragenden gewichtsspezifischen Eigen schaften an sich für hoch belastbare Leichtbaustrukturen gut geeignet.

In der EP 0 841 490 A2 ist eine Vorrichtung zur Krafteinleitung mit einer Ver bindung von zwei Elementen aus inkompatiblen Werkstoffen, wie z. B. kohlen stofffaserverstärkter Kunststoff und Aluminium, beschrieben, die trotz Verwen dung dieser inkompatiblen Werkstoffe zu einer größeren Haltbarkeit bzw. Be lastbarkeit führt.

Die dort beschriebene Vorrichtung zur Krafteinleitung weist eine Verbindung von zwei Elementen aus Werkstoffen auf, die sich nur unzureichend miteinander reibschlüssig verbinden lassen, also mit unterschiedlichen Wärmeausdeh nungsverhalten, wobei ein den Verbindungsbereich innerlich umgebendes drittes Element vorgesehen ist, das erste Element und das zweite Element miteinander formschlüssig verbunden sind, und das erste Element und das dritte Element mittels einer reibschlüssigen Klebverbindung miteinander verbunden sind.

Bei dem dort beschriebenen ersten Element kann es sich um ein Faserverbun drohr handeln, in das zur Krafteinleitung ein metallisches Element, z. B. ein Ge windeelement, eingefügt wird. In den Verbindungsbereich zwischen Kraftein leitungselement und rohrförmigen Stab wird als drittes Element eine geschlitzte kohlenstoffaserverstärkte Kunststoffhülse mit dem Krafteinleitungselement form schlüssig eingefügt, wobei die Hülse, d. h. das dritte Element, mit der Stab wandung, d. h. mit dem ersten Element, verklebt wird, so dass zwischen den in kompatiblen Fügepartnern "metallisches Krafteinleitungselement" und "Hülse aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff" ein Formschluß besteht und die zwei kompatiblen Fügepartner "Hülse aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff" und "Rohrwandung aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff" kraftschlüssig ver bunden sind.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass die reibschlüssige Klebverbindung zwischen Hülse (3. Element) und Rohrwandung (1. Element) nicht immer mit der erforder lichen Reproduzierbarkeit hergestellt werden kann, da z. B. beim Ineinander schieben der Fügepartner der auf der Hülse aufgebrachte pastöse Klebstoff partiell abgestreift werden kann und damit zu einem ungleichmäßigen und unde finierten Klebstoffauftrag führt.

Für viele industrielle Anwendungen, insbesondere für Hochpräzisionsgeräte, wie sie z. B. in der Luftfahrt und Automobilindustrie Verwendung finden, wird jedoch eine definierte und reproduzierbare Verklebung gefordert.

Es wurde versucht, ausreichende Verklebung zu gewährleisten, indem der Kleb stoff überdimensioniert aufgetragen wurde. Dieses Verfahren ist nicht nur un ökonomisch, sondern führt bei der Anwendung von Druck und Temperatur, die zum Aushärten von Klebstoffilmen erforderlich sind, zum Austritt von über schüssigem Klebstoff aus der Klebfläche und zur Verunreinigung der die Kleb fläche umgebenden Bereiche. Die dadurch notwendige Reinigung dieser Bereiche von überschüssigem Klebstoff ist aufwendig und zeitintensiv und daher unerwünscht.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Kraft einleitung mit einer Verbindung von zwei Elementen aus inkompatiblen Werk stoffen, wie sie z. B. in der vorstehend erwähnten EP 0 841 490 A2 beschrieben werden, zur Verfügung zu stellen, die die vorstehend genannten Probleme nicht zeigt. Insbesondere sollte die reibschlüssige Klebverbindung zwischen dem ersten Element, z. B. dem rohrförmigen Stab, und dem dritten Element, z. B. der geschlitzten Hülse, reproduzierbar ermöglicht werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Krafteinleitung mit einer Verbindung von zwei Elementen, wobei ein den Verbindungsbereich innerlich umgebendes drittes Element vorgesehen ist, das erste Element und das zweite Element miteinander formschlüssig verbunden sind, das erste Element und das dritte Element durch eine reibschlüssige Klebverbindung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Element und dem dritten Element ein Zwischenraum zur Aufnahme von mindestens einem An druckmittel vorgesehen ist.

Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vor richtung.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Krafteinleitung lassen sich insbe sondere zwei Elemente sicher miteinander verbinden, die an sich inkompatibel sind und nur schlecht miteinander reibschlüssig verbunden werden können, wie z. B. Elemente aus unterschiedlichen Werkstoffen mit unterschiedlichen Haf tungsverhalten oder Elemente mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungs verhalten.

Der Aufbau und die Ausgestaltung der Vorrichtung ist im wesentlichen anlog dem Aufbau und der Ausgestaltung der Vorrichtung wie sie in der EP 0 841 490 A2 beschrieben wird, auf die hier vollinhaltlich dafür Bezug genommen wird.

So ist es insbesondere bevorzugt, wenn das erste und das dritte Element aus einem faserverstärktem Kunststoff und das zweite Element aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium, bestehen.

Das erste Element ist dabei die eigentliche Faserverbundstruktur, das zweite Element das vorzugsweise metallische Element, über das von außen die Kraft in diese Faserverbundstruktur eingeführt werden soll.

Die verschiedenen Elemente können sich mit Absätzen gegeneinander ab stützen, was insbesondere bei stab- oder rohrförmigen Verbindungen sehr wir kungsvoll ist. Im Fall von stab- oder rohrförmigen Verbindungen sind diese Ab sätze im wesentlichen ringförmig ausgestaltet.

Das dritte Element besteht aus einem mit dem Werkstoff des ersten Elementes kompatiblen Werkstoff, wobei es vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das erste Element besteht, wodurch am einfachsten sichergestellt werden kann, dass beide Werkstoffe gleiches Wärmeausdehnungsverhalten oder Haftungs verhalten besitzen.

Für die erfindungsgemäße Vorrichtung sind das erste Element und das dritte Element über eine Klebverbindung miteinander reibschlüssig verbunden.

Zur Ausbildung der Verbindung zwischen dem ersten Element und dem kraft einleitenden zweiten Element wird in dem ersten Element eine Aussparung vor gesehen, in die das zweite Element formschlüssig eingefügt wird.

Zur sicheren Verbindung der inkompatiblen Fügepartner, d. h. des ersten und des zweiten Elementes, befindet sich in dem Verbindungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Element ein drittes Element. Dieses dritte Element ist mit dem ersten Element über eine reibschlüssige Klebverbindung verbunden.

Zur Herstellung wird das zweite Element gemeinsam mit dem dritten Element in die Aussparung des ersten Elementes eingefügt und das dritte Element mit dem ersten Element verklebt.

Auf die Oberfläche des dritten Elementes wird für die Verklebung vor dem Ein fügen in die Aussparung des ersten Elementes ein Klebstoff aufgebracht.

Der Durchmesser der Aussparung in dem ersten Element wird etwas größer gewählt als der Gesamtdurchmesser des zweiten Elementes und des dritten Elementes, so dass das zweite und das dritte Element ohne weiteres, insbeson dere ohne Abstreifen des Klebstoffes, in die Aussparung eingeschoben werden können. Aufgrund der Differenz im Durchmesser ergibt sich ein Zwischenraum oder Spalt zwischen dem zweiten Element und dem dritten Element, nachdem diese in die Aussparung eingeschoben worden sind.

In diesem Zwischenraum oder Spalt werden Andruckmittel vorgesehen, die das dritte Element gegen die Innenwandung des ersten Elementes drücken können, so dass der für eine sichere Verklebung erforderliche Druck erzeugt wird.

Wesentlich für die vorliegende Erfindung sind ein oder mehrere Andruckmittel, die in dem Zwischenraum oder Spalt vorgesehen werden, der aufgrund der un terschiedlichen Durchmesser der Aussparung in dem ersten Element und des zweiten und dritten Elementes entsteht. Diese Andruckmittel sorgen für den nötigen Druck, der erforderlich ist, um ein sicheres Verkleben des ersten und dritten Elementes zu gewährleisten. Im folgenden wird der Begriff "Andruck mittel" im Singular gebraucht, er bezieht sich jedoch nicht nur auf ein einzelnes Andruckmittel, sondern kann je nach Ausführungsform auch mehrere Andruck mittel umfassen.

Je nach Ausführungsform kann das Andruckmittel nach dem Verkleben in dem Zwischenraum oder Spalt verbleiben oder daraus entfernt werden. Beispiels weise kann als Andruckmittel ein expandierendes Harz gewählt werden. In diesem Fall verbleibt das Andruckmittel nach dem Verkleben im Spalt.

Die expandierende Substanz kann ein pastöses schäumendes Epoxidharz oder auch ein Klebstoffilm sein. Bei der für die Verklebung erforderlichen erhöhten Temperatur beginnt die expandierende Substanz sich auszudehnen und erzeugt einen Druck, der das dritte Element gegen das erste Element preßt. Weiter können als Andruckmittel Federelemente bzw. federnde Stahlstreifen vorge sehen sein, die in den Spalt eingeschoben werden. Die Anzahl der Federele mente richtet sich nach den Abmessungen der Vorrichtung bzw. des Spaltes. Vorzugsweise werden mindestens drei Federelemente verwendet, um einen möglichst gleichmäßigen Andruck zu gewährleisten. Die in den Spalt gescho benen Federelemente können dabei einem Bandmaß ähnlich in Querrichtung elastisch gebogen werden und drücken so das dritte Element gegen das erste Element. Nach dem Aushärten des Klebstoffs zur Verklebung des dritten Ele mentes mit dem ersten Element können die Federelemente wieder aus dem Spalt herausgezogen werden.

Vorzugsweise wird der verbleibende Zwischenraum oder Spalt nachträglich, z. B. mit einem dünnen Laminat oder flüssigem Harz, ausgefüllt, damit sich das zweite Element nicht unter angreifenden Querkräften in dem Spalt verschieben kann.

Das dritte Element ist vorzugsweise eine Faserverbundhülse, insbesondere ein geschlitztes Rohrelement aus kohlenstoffaserverstärkten Kunststoffen mit vor zugsweise überwiegend unidirektionaler Faserausrichtung wie sie beispielsweise aus der DE 44 19 691 C1 bekannt sind.

Als zusätzliche Maßnahme zur Verbesserung, insbesondere bei Innenkraftein leitungen, hat es sich bewährt, wenn um den Verbindungsbereich mit dem ersten Element, dem zweiten Element und dem dritten Element eine Ringwicklung gelegt wird. Diese äußere Ringwicklung erzielt eine höhere Festigkeit gegen Zug- und Druckkräfte, weil sie einem Ausweiten der stab- oder rohrförmigen Elemente entgegenwirkt und so den Kraftschluss unterstützt.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Ringwicklung eine Dicke von we niger als 0,2 mm, insbesondere von weniger als 0,1 mm aufweist. Diese geringe Dicke ist gewichts- und damit belastungsmäßig minimal, gleichzeitig wird bereits eine sehr effiziente Verhinderung des Ausweitens erzielt.

Es ist zudem möglich, diese Ringwicklung in ringförmigen Nuten vorzusehen und so eine zusätzliche Verdickung nach außen des gesamten Aufbaus zu ver meiden. Es ist jedoch auch eine freie Ringwicklung möglich und nimmt die bei Zug auftretenden Umfangsspannungen auf.

Die Ringwicklung kann aus endlosen Fasern bestehen, die in ringförmigen Nuten verlaufen.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß EP 0 841 490 A2;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung gemäß EP 0 841 490 A2;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 4 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine erste gattungsgemäße Ausführungsform nach dem Stand der Technik, wie sie prinzipiell im wesentlichen auch für die vorliegende Erfindung Anwendung findet. Es handelt sich hierbei um einen Faserverbundstab mit einem Innenanschluß für eine Krafteinleitung.

Zu erkennen ist ein erstes Element 10, hier eine stabförmige Faserverbund struktur aus einem kohlefaserverstärktem Kunststoff. Diese ist zylindrisch, die Mittelachse 11 ist auch die Mittelachse der weiteren Bauelemente. Das erste Element 10 kann sich außerhalb der Zeichnungen noch weit nach links er strecken.

An dieses erste Element ist ein zweites Element 20 so angeschlossen, dass eine Krafteinleitung möglich ist. Das zweite Element 20 besteht hier aus Aluminium und besitzt ein Innengewinde 21, in das von außen dann nicht dargestellte Ein richtungen eingreifen, die die Kraft ausüben.

Das zweite Element 20 besitzt ein zylindrisches Mittelteil 22 (auch Schaft be zeichnet), einen ringförmigen Absatz 23, der das Element nach links in der Zeichnung abschließt, etwa in Form eines Kragens, sowie einen weiteren ringförmigen Absatz 24, der auf der gegenüberliegenden Seite des zylindrischen Mittelteils 22 angeordnet ist und diesen ebenfalls nach außen radial überragt.

Um das zylindrische Mittelteil 22 ist das dritte Element 30 angeordnet. Dieses Element 30 ist eine Hülse, die relativ kurz ist und ebenfalls aus einem kohlen stoffaserverstärktem Kunststoff besteht, durchaus aus dem gleichen Material wie das erste Element 10. Die Hülse ist geschlitzt und entspricht beispielsweise Hülsen aus der DE 44 19 691 C1. In der dargestellten Ausführungsform ist sie paßgenau zwischen den beiden ringförmigen Absätzen 23 und 24 um das zylin drische Mitteil 22 des zweiten Elementes eingefügt.

In der Ausführungsform nach dem Stand der Technik entspricht die Wanddicke der Hülse bzw. des dritten Elementes 30 und des Mittelteils 22 des zweiten Ele mentes der Absatzhöhe des in der Darstellung linken Absatzes 23; der ring förmige Absatz 23 und das dritte Element 30 bilden also eine gemeinsame Außenseite ohne Sprung. Das dritte Element 30 ist in der dargestellten Aus führungsform zwischen den beiden Absätzen 23 und 24 unverrückbar eingefügt, wenn es herumgelegt und in geeigneter Weise der Schlitz verschlossen ist.

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist ein viertes Element 40, eine längere Hülse, zur Verbesserung der Klebequalität vorgesehen. Diese Hülse kann ähnliche Spezifikationen wie die Elemente 10 und 30 aufweisen und ist vorzugsweise ebenfalls aus kohlenstoffaserstärktem Kunststoff gefertigt. Das vierte Element 40 wird auf seiner Außenseite mit der Innenseite des ersten stabförmigen Elementes 10 und mit seiner Innenseite mit der Außenseite des dritten Elementes 30 jeweils verklebt. Für diese Ausführungsform relevant ist, dass das Ende der Hülse des vierten Elementes 40 mit dem Ende der Faserver bundstruktur des Elementes 10 und dem Ende des dritten Elementes 30 ab schließt.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform gemäß der EP 0 841 490, für die die vorliegende Erfindung ebenfalls prinzipiell anwendbar ist.

Die hier dargestellte Ausführungsform zeigt eine Krafteinleitung in eine Sand wichplatte, die das erste Element 10 bildet. Die Sandwichplatte 10 besitzt einen Kern 15 und eine Deckschicht 16 und weist eine Durchbohrung auf. Dabei ist die Deckschicht 16 definiert und sauber mit einem bestimmten Durchmesser durchbohrt worden. Im Sandwichkern 15 ist z. B. mit einem Zylinderfräser (nicht dargestellt) eine Hinterfräsung erzeugt, deren Durchmesser größer als die Boh rung in der Deckschicht 16 ist, um ausreichend Platz zur Aufnahme des dritten Elementes 30, z. B. einer Hülse, zu schaffen.

Der Kern 15 der Sandwichplatte kann geschäumt sein, er kann auch eine wabenförmige Struktur aufweisen.

Zur Krafteinleitung wird ein metallisches Element 20 eingesetzt, hier ein Ge windeelement mit zylindrischem Mittelteil 22 und zwei äußeren Absätzen 23 und 24. Der Absatz 23 ragt in die Bohrung, der ringförmige Absatz 24 übergreift die Deckschicht 16 und liegt auf dieser unter Zwischenfügung einer zur Verstär kung des ersten Elementes 10 in diesen Bereich mit seiner Deckschicht 16 vor gesehenen lokalen Verstärkung 17.

Das dritte Element 30 ist wiederum eine relativ kurze Hülse, die paßgenau zwischen die beiden ringförmigen Absätze 23 und 24 eingefügt worden ist und aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff besteht. Wesentlich ist wiederum der direkte Kontakt zwischen dem Element 30 und dem Absatz 23. Wie in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist zur Verbesserung der Klebequalität ein viertes Element 40 vorgesehen. Das vierte Element 40 ist eine relativ lange Hülse aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff, deren Länge der Dicke des Sandwichkerns 15 entspricht.

Die Größe der Bohrung in der Deckschicht 16 wird so gewählt, dass der zylin drische Mittelteil 22 des zweiten Elementes 20 mit der in ihn eingefügten kurzen Faserverbundhülse des dritten Elementes 30 durchgesteckt werden kann.

Die lange Hülse bzw. das vierte Element 40 liegt bei fertiger Verbindungsvor richtung über der kurzen und stößt daher von innen gegen beide Deckschich ten 16 des ersten Elementes 10.

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die dar gestellte Ausführungsform entspricht im wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung nach dem Stand der Technik. Anders als in der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik sieht die Erfindung einen Zwischenraum oder Spalt 50 zwischen der Hülse, dem dritten Element 30, und dem zylindrischen Mittelteil 22 des zweiten Elementes 20 vor. Der Zwischenraum 50 ist erfindungswesentlich zur Aufnahme des Andruckmittels.

Analog zu Fig. 1 können auch hier die Wanddicke des dritten Elementes 30 und der Durchmesser des Spaltes 50 so gewählt werden, dass sie der Absatz höhe des Absatzes 23 entsprechen.

Ein gemäß dem Stand der Technik nach Fig. 1 und 2 verwendetes viertes Element 40 zur Verbesserung der Klebequalität ist erfindungsgemäß an sich nicht erforderlich, da aufgrund der Andruckmittel eine ausreichende und repro duzierbare Verklebung bewirkt wird.

Es versteht sich jedoch, dass bei Bedarf, z. B. um eine besonders hohe Klebe leistung zu erzielen, ein derartiges viertes Element für die Erfindung verwendet werden kann.

Als Andruckmittel kann in der hier dargestellten Ausführungsform besonders vorteilhaft eine expandierende Substanz verwendet werden.

Vorzugsweise sollte das Element 30 spielfrei am innenliegenden Absatz 23 des zweiten Elementes 20 anliegen, wodurch ein hysteresefreies Funktionieren der Krafteinleitung möglich ist. Wie dargestellt, kann dies dadurch erreicht werden, dass das Element 30 exakt zwischen den beiden Absätzen 23 und 24 des zwei ten Elementes eingepaßt wird. Dies erfordert jedoch eine sehr genaue und damit aufwendige Bearbeitung des dritten Elementes.

Erfindungsgemäß ist es nun möglich die Hülse, das dritte Element 30, mit einem gewissen Längenuntermaß herzustellen, wobei ein spielfreies Anliegen der Hülse an dem Absatz 23 bewirkt wird, indem die expandierende Substanz gezielt auch zwischen Hülsenstirnfläche und äußerem Anschlag 24 aufgetragen wird. Dehnt sich dann die expandierende Substanz während der Verklebung aus, sorgt der entstehende Druck zwischen Hülsenstirnfläche und Anschlag 24 für ein spielfreies Anliegen der Hülse an dem inneren Anschlag 23.

Die in Fig. 4 gezeigte erfindungsgemäße Ausführungsform ist insbesondere zur Aufnahme von Federelementen als Andruckmittel geeignet.

In Fig. 4 dargestellt sind das rohrförmige Stabende einer Faserverbundstruktur als erstens Element 10, ein zweites Element 20 mit Innengewinde 21, zylin drischem Mittelteil 22 (Schaft) sowie einem innenliegenden Absatz 23 (An schlag 23).

Ein für diese Ausführungsform geeignetes zweites Element 20, ein Gewindeein satz, z. B. aus Aluminium, zeigt Fig. 4.3.

Anstelle des in Fig. 3 gezeigten äußeren Absatzes 24 weist die hier dargestellte Ausführungsform eine Druckplatte 25 auf, die wie in Fig. 4.2 gezeigt als abgesetzte Scheibe mit Bohrung ausgestaltet ist. Die Druckplatte kann aus Aluminium bestehen.

Zur Vermeidung von unerwünschter Zugbeanspruchung bei der Krafteinleitung ist es besonders vorteilhaft, die Bohrung in der Druckplatte 25 ohne Gewinde auszuführen.

Wie bereits erwähnt, eignet sich diese Ausführungsform insbesondere zur Auf nahme von Federelementen als Andruckmittel. Diese Federelemente (nicht dar gestellt) werden von vorne in den ringförmigen Zwischenraum 50, d. h. dem Zwischenraum zwischen der Hülse und dem Gewindeelement, gesteckt. Als Federelemente können federnde Stahlstreifen eingesetzt werden, die einem Bandmaß ähnlich in Querrichtung elastisch gebogen werden und so die Hülse 30 gegen die Stabwandung drücken. Der dabei entstehende Druck sorgt für eine gute Verklebung der Stabwandung mit der Hülse 30.

Nach dem Aushärten des Klebstoffes können die Federelemente wieder aus dem Spalt 50 herausgezogen werden. Der Spalt 50 wird vorzugsweise nach dem Verkleben und Entfernen der Federelemente mit einem geeigneten Füllmaterial, z. B. mit einen dünnen Laminat oder durch flüssiges Harz, ausgefüllt, um zu verhindern, dass sich das Gewindeelement unter angreifenden Querkräften in dem ringförmigen Spalt 50 verschiebt. Mit entsprechend eng tolerierter Bohrung kann die Querkraftaufnahme alternativ oder zusätzlich auch über die abgesetzte Scheibe 25 erfolgen.

Bei dieser Ausführungsform ist insbesondere von Vorteil, dass sowohl die Hülse 30 als auch der Stab, d. h. das erste Element 10, in Bezug auf das Ge windeelement, d. h. dem zweiten Element 20, ein Längenübermaß aufweisen können. Diese Überstände können nach erfolgter Verklebung auf das ge wünschte Maß abgeschliffen werden.

Die Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Krafteinleitung, wie sie in Fig. 3 und 4 beispielhaft dargestellt ist, kann auf einfache Weise erfolgen, indem die Hülse 30 um das Mittelteil 22 des Gewindeelementes gelegt wird, ein geeigneter Klebstoff auf die äußere Wandung der Hülse 30 aufgetragen wird, und diese zusammen in die dafür vorgesehene Aussparung oder Bohrung des ersten Elementes 10 eingeführt werden, z. B. - wie in Fig. 3 und 4 gezeigt - in den Verbindungsbereich der stab- oder rohrförmigen Faserverbundstrukturen 10.

Wesentlich für die Erfindung ist, dass der Gesamtdurchmesser des Mittelteils 22 und der Hülsenwandung so gewählt werden, dass sie gemeinsam inklusive auf gebrachtem Klebstoffilm im Durchmesser etwas kleiner sind als der Innendurch messer der zur Aufnahme vorgesehenen Bohrung bzw. Aussparung in dem ersten Element (gegebenenfalls einschließlich Wandungsdicke eines vierten Elementes). Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass das Gewindeele ment mit Hülse und Klebstoffilm ohne Beschädigung der Klebstoffschicht in das erste Element eingeführt werden kann. Nach dem Einfügen des so präparierten Gewindeelementes wird der Verbindungsbereich der für die Verklebung erfor derlichen Temperatur ausgesetzt. Der notwendige Druck entsteht durch die An druckmittel, z. B. die expandierende Substanz oder die Federelemente.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine sichere und reproduzierbare Verbin dung von Fügepartnern aus inkompatiblen Werkstoffen. Insbesondere wird der sichere Einbau von hochbelastbaren üblicherweise metallischen Krafteinlei tungselementen in Faserverbundstrukturen ermöglicht. So kann eine reprodu zierbare Verbindung zwischen als solchen inkompatiblen Werkstoffpaarungen wie kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff und Aluminium erzeugt werden, die sich aufgrund ihrer hervorragenden gewichtsspezifischen Eigenschaften be sonders für hochbelastbare Leichtbaustrukturen gut eignen.

Bezugszeichenliste

10

erstes Element

11

Achse

15

Sandwichkern

16

Deckschicht

17

lokale Verstärkung

18

Klebstoffüllmasse

20

zweites Element

21

Gewinde

22

Mittelteil (Schaft)

23

Absatz (Anschlag)

24

Absatz (Anschlag)

25

Scheibe mit Bohrung

27

Ringwicklung

30

drittes Element

40

viertes Element

50

Zwischenraum (Spalt)

Claims

1. Vorrichtung zur Krafteinleitung mit einer Verbindung von zwei Ele menten (10, 20), wobei ein den Verbindungsbereich innerlich umge bendes drittes Element (30) vorgesehen ist, das erste Element (10) und das zweite Element (20) miteinander formschlüssig verbunden sind, das erste Element (10) und das dritte Element (30) durch eine Klebverbindung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Element (20) und dem dritten Element (30) ein Zwischenraum (50) zur Aufnahme von mindestens einem Andruckmittel vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (10) und das dritte Element (30) jeweils aus einem kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff und das zweite Element (20) aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium, bestehen.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element (20) ein Gewinde (21) zur Kraftübertragung auf weist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (10, 20, 30) im wesentlichen koaxiale Rohre aus ver schiedenen Werkstoffen sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Element (30) eine Hülse ist, die das Mittelteil (22) des zweiten Elementes (20) umgibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse ein geschlitztes Rohrelement aus einem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff ist, vorzugsweise mit überwiegend unidirektionaler Faserausrichtung.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenraum (50) als Andruckmittel eine expandierende Substanz oder Federelement vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als expandierende Substanz eine Paste oder ein Klebstoffilm auf Epoxidbasis verwendet wird.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (50) das Andruckmittel oder ein Füllmaterial enthält.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Krafteinleitung in eine stabförmige Faserverbundstruktur durch ein in der stabförmigen Faserverbundstruktur angeordnetes Gewinde element (21) erfolgt,
dass das Gewindeelement das zweite Element (20) aus dem vorzugsweise metallischen Werkstoff ist,
dass das Gewindeelement (21) ein im wesentlichen zylindrisches Mittel teil (22) aufweist und das dritte Element (30) eine geschlitzte Hülse ist, die das im wesentlichen zylindrische Mittelteil (22) umgibt und einen ring förmigen Zwischenraum (50) zwischen Hülse und im wesentlichen zylin drischen Mittelteil (22) ausbildet, zur Aufnahme des Andruckmittels.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindeelement (21) an den Enden nach außen vorspringende ringförmige Absätze (23, 24) aufweist und das dritte Element (30) zwischen die ringförmigen Absätze (23, 24) eingefügt ist, wobei das dritte Element (30) an dem innenliegenden Absatz (23) spielfrei anliegt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Absatz (24) als abgesetzte Scheibe (25) mit Bohrung ausgebildet ist, insbesondere aus Aluminium.

13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um den Verbindungsbereich mit dem ersten Element (10), dem zweiten Element (20) und dem dritten Element (30) eine Ringwick lung (27) gelegt ist.

14. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Krafteinleitung mit einer Verbindung von zwei Elementen (10, 20), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verbindungsbereich innerlich ein umgebendes drittes Ele ment (30) vorgesehen wird, das erste Element (10) und das zweite Element (20) miteinander formschlüssig verbunden werden, das erste Element (10) und das dritte Element (30) durch eine Klebverbindung miteinander verbunden werden, wobei die Klebverbindung erfolgt, indem zwischen dem zweiten Element (20) und dem dritten Element (30) mindestens ein Andruckmittel vorgesehen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Andruckmittel eine expandierende Substanz gewählt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die expandierende Substanz eine Paste oder ein Klebstoffilm auf Epoxidbasis ist.

17. Verfahren nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass das Andruckmittel eine geeignete Anzahl an Federelementen vorgesehen sind.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente nach erfolgter Klebverbindung entfernt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Aufnahme der Federelemente vorgesehene Zwischen raum (50) nach Entfernung der Federelemente aufgefüllt wird.