DE20314187U1 - Load introduction point for cored composite structures has either facing layers in contact with each other and reinforcing members through the thickness or a separate load distribution member - Google Patents
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Abstract
Description
Krafteinleitungsstelle in Kernverbunden mit in Dickenrichtung des Kernverbundes durchsetzenden Armierungselementen.Force application point in core compounds with reinforcing elements penetrating in the thickness direction of the core composite.
Die Erfindung betrifft die Gestaltung von Krafteinleitungsstellen in Kernverbunden mit im Bereich der Einleitungsstelle in Dickenrichtung des Kernverbundes durchsetzenden Armierungselementen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to the design of force introduction points in core connections with in the area of Introduce in the thickness direction of the core composite Reinforcing elements according to the preamble of claim 1.
Die Erfindung eignet sich zur Einleitung
von Kräften
und Momenten in Kernverbund-Strukturen. Die
Kernverbund-Struktur kann vorzugsweise aus Faser-Kunststoff-Verbund mit Deckschichten
aus textilen Halbzeugen (
Zur Einleitung von Kräften und Momenten in Kernverbunden können zusätzliche aufgebrachte (sogenannte Onserts) oder eingebrachte Krafteinleitungselemente (sogenannte Inserts) eingesetzt werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, den Kernwerkstoff im Bereich der Krafteinleitungsstelle zu entfernen und beide Deckschichten zusammenzuführen, so dass ein monolithischer Bereich aus Faser-Kunststoff-Verbund vorliegt und keine zusätzlichen Krafteinleitungselemente benötigt werden. Als weitere Krafteinleitungskonzepte für Kernverbund-Strukturen können selbstschneidende Schrauben oder Schraubeinsätze sowie Nietverbindungen Anwendung finden, die allerdings nur geringe Kräfte oder Momente übertragen können. Krafteinleitungsstellen sind immer dann notwendig, wenn Kräfte und Momente in eine Struktur eingeleitet bzw. aus einer Struktur ausgeleitet werden sollen und Bauteile miteinander verbunden werden sollen. Kernverbund-Strukturen aus Faser-Kunststoff-Verbund finden z.B. in der Luft- und Raumfahrt, im Schienen- und Kraftfahrzeugbau sowie im Schiffsbau häufig Anwendung.For the introduction of forces and Moments in core connections additional applied (so-called onserts) or introduced force introduction elements (so-called inserts) are used. There is also the possibility remove the core material in the area of the force application point and bring both top layers together, making a monolithic Area made of fiber-plastic composite is present and no additional Force introduction elements required become. Self-tapping can be used as additional force introduction concepts for core composite structures Screws or screw inserts as well as riveted joints are used, which, however, are only minor Forces or Transfer moments can. Force application points are always necessary when forces and moments introduced into a structure or derived from a structure should be and components should be connected to each other. Core composite structures made of fiber-plastic composite can be found e.g. in the air and Space, in rail and automotive engineering and in shipbuilding frequently Application.
Alle bekannten aufgebrachten Krafteinleitungselemente (Onserts) für Kernverbund-Strukturen aus Faser-Kunststoff-Verbund werden auf eine der beiden Deckschichten stoffschlüssig verbunden. Alle Lösungen dieses Krafteinleitungskonzepts haben folgende Nachteile gemein. Beide Deckschichten werden stark unterschiedlich belastet, d.h. die Deckschicht mit dem aufgebrachten Onsert wird im Vergleich zur gegenüberliegenden Deckschicht deutlich höher beansprucht. Dadurch kann es zur Delamination zwischen dem Onsert und der Deckschicht bzw. zwischen den Deckschichten und der Kernschicht kommen. Weiterhin wird der zug- und druckweiche Kernwerkstoff unterhalb des Onserts nicht ausreichend verstärkt, so dass der Kernwerkstoff hohen Belastungen ausgesetzt ist und der Kernwerkstoff versagen kann. Um ein Versagen der Kernschicht unterhalb des Onserts zu vermeiden, wird bei einigen Lösungen der Kernwerkstoff vollständig im Bereich der Krafteinleitungsstelle durch ein anderes Material mit höheren mechanischen Eigenschaften substituiert.All known applied force introduction elements (Onserts) for Core network structures Fiber-plastic composites are applied to one of the two cover layers cohesively connected. All solutions This force introduction concept has the following disadvantages in common. Both cover layers are exposed to very different loads, i.e. the top layer with the applied onsert is compared to the opposite Cover layer significantly higher claimed. This can cause delamination between the Onsert and the cover layer or between the cover layers and the core layer. Furthermore, the tensile and compression-soft core material is below of the insert is not sufficiently reinforced, so that the core material is exposed to high loads and the core material fails can. To avoid failure of the core layer below the insert, with some solutions the core material completely in the area of the force application point with another material higher mechanical properties substituted.
Alle bekannten zusätzlich eingebrachten Krafteinleitungselemente (Inserts) werden mit der Kernverbund-Struktur stoffschlüssig verbunden. Hierbei können die Inserts innerhalb der Deckschichten, zwischen Deck- und Kernschicht oder im Kernwerkstoff platziert werden. Aufgrund der rein stoffschlüssigen Verbindung können sich die In serts infolge von örtlich angreifenden Kräften oder einer Momentbelastung von der gesamten Kernverbund-Struktur durch Versagen der Klebeverbindung lösen, wodurch ein Totalversagen der Krafteinleitung bzw. eine Delamination zwischen den Deckschichten und der Kernschicht auftreten kann.All known additional force introduction elements (Inserts) are firmly bonded to the core composite structure. in this connection can the inserts within the cover layers, between the cover and core layers or placed in the core material. Because of the purely material connection can the ins serts due to local attacking forces or a momentary load from the entire core composite structure solve by failure of the adhesive connection, causing a total failure the application of force or delamination between the cover layers and the core layer can occur.
Alle bekannten Krafteinleitungskonzepte für Kernverbund-Strukturen ohne zusätzliche Krafteinleitungselemente haben gemein, dass im Bereich der Krafteinleitungsstelle der Kernwerkstoff zunächst entfernt oder gestaucht wird und die beiden Deckschichten zusammengeführt werden, so dass ein monolithischer Bereich aus Einzelverstärkungslagen aus Faser-Kunststoff-Verbund vorliegt. Anschließend kann eine Bolzenverbindung in den monolithischen Bereich angebracht werden. Hierbei kommt es bei allen bekannten Lösungen im Bereich der Zusammenführung zum Versagen der Deckschichten oder außerhalb des Bereichs der Zusammenführung zum Kernversagen oder zur Delamination zwischen den Deckschichten und der Kernschicht, da diese Bereiche keine zusätzliche kraft- und formschlüssige Verstärkung der Kernverbund-Struktur in Dickenrichtung der Kernverbund-Struktur aufweisen.All known force introduction concepts for core composite structures without additional force introduction elements have in common that in the area of the force introduction point the core material is first removed or compressed and the two cover layers are brought together, so that a monolithic area composed of individual reinforcement layers made of fiber-plastic composite. A bolt connection can then be attached to the monolithic area. All known solutions in the area of the merging result in failure of the outer layers or outside the area of the merging to core failure or delamination between the outer layers and the core layer, since these areas do not provide any additional non-positive and positive reinforcement of the core composite structure in the direction of the thickness Have core composite structure.
In den Schriften
In der Schrift
In der Schrift
Alle bisher bekannten Krafteinleitungskonzepte für Kernverbund-Strukturen haben gemeinsam, dass die Kernverbund-Struktur im Bereich der Krafteinleitungsstelle unzureichend verstärkt wird, wodurch Kernversagen infolge zu hoher Zug-, Druck- oder Schubspannungen sowie Delamination zwischen den Deckschichten und der Kernschicht auftreten können. Des Weiteren erfolgt bei allen bekannten Lösungen von zusätzlich aufgebrachten bzw. eingebrachten Krafteinleitungselementen keine kraft- und formschlüssige Anbindung der Elemente mit der gesamten Kernverbund-Struktur. Dadurch kann weder ein Ablösen des Krafteinleitungselementes von der Kernverbund-Struktur noch die Delamination zwischen den Deckschichten und der Kernschicht bzw. zwischen dem Krafteinleitungselement und der Deckschicht nicht verhindert werden.All previously known force introduction concepts for core network structures have in common that the core composite structure in the area of the force introduction point insufficiently reinforced is what causes core failure due to excessive tensile, compressive or shear stresses and delamination between the cover layers and the core layer may occur. Furthermore, in all known solutions, additionally applied or introduced force introduction elements no non-positive and positive connection of the elements with the entire core network structure. This can neither detach the Force introduction element from the core composite structure still the Delamination between the cover layers and the core layer or between the force introduction element and the cover layer are not prevented become.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu
Grunde, die mechanischen Eigenschaften der Krafteinleitungsstelle
in Kernverbunden durch Einbringen von Armierungselementen in Dickenrichtung
der Kernverbund-Struktur (z-Richtung) zu verbessern (
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
im Bereich der Krafteinleitungsstelle in Kernverbunden die Deckschichten
des Kernverbundes zusammengeführt
sind und/ oder ein Krafteinleitungselement angeordnet ist, und ferner
an der Einleitungsstelle eine Armierung der Kernverbund-Struktur
mit in Dickenrichtung des Kernverbundes durchsetzenden Armierungselementen
vorgesehen ist. Durch die Armierungselemente sind im Bereich der
Krafteinleitungsstelle die obere Deckschicht, die Kernschicht und
die untere Deckschicht kraft- und formschlüssig verbunden. Des Weiteren
kann das Krafteinleitungselement mit Hilfe der Armierungselemente
mit dem Kernverbund befestigt werden. Als Armierungslemente können vorzugsweise
textile Armierungsstrukturen (
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass die Armierungselemente über die Krafteinleitungsstelle hinaus in die Krafteinleitungsstelle umgebende Kernverbund-Struktur hineinreichen können, wodurch höhere Kräfte und Momente in die Kernverbund-Struktur eingeleiten werden können.Another advantage of this invention is that the reinforcing elements on the force application point out into the core composite structure surrounding the force application point can reach in causing higher personnel and moments can be introduced into the core composite structure.
Um keine zusätzlichen Krafteinleitungselemente, die das Gewicht der Kernverbund-Struktur nachteilig beeinflussen, zu benötigen, kann das Kernmaterial im Bereich der Krafteinleitungsstelle entfernt bzw. gestaucht, wodurch die Zusammenführung der Deckschichten ermöglicht wird.To avoid additional force introduction elements, which adversely affects the weight of the core composite structure influence to need can remove the core material in the area of the force application point or compressed, which enables the merging of the cover layers.
Ein weiterer Vorteil kann dadurch realisiert werden, dass das Krafteinleitungselement einen oder mehrere Flansche aufweist, wodurch die Kräfte und Momente über eine größere Fläche in die Kernverbund-Struktur eingeleitet werden können.This can be another advantage be realized that the force introduction element one or more Has flanges, which allows the forces and moments over a larger area in the Core network structure can be initiated.
Damit das Krafteinleitungselement im Bereich der Krafteinleitungsstelle mit der gesamten Kernverbund-Struktur kraft- und formschlüssig verbunden werden kann, weist das Krafteinleitungselement Löcher zur Aufnahme der Armierungselemente auf. Dadurch kann ein Ablösen des Krafteinleitungselementes verhindert werden und die Schälfestigkeit zwischen dem Krafteinleitungselement und der Kernverbund-Struktur erhöht werden.So that the force introduction element in the area of the force introduction point with the entire core composite structure non-positive and positive can be connected, the force introduction element has holes Inclusion of the reinforcement elements. This can result in a detachment of the Force introduction element can be prevented and the peel strength between the force introduction element and the core composite structure can be increased.
Muss aufgrund der technischen Anforderungen an das Kernverbund-Bauteil (z.B. Schiffsrumpf im Schiffsbau) die Durchdringung mindestens einer Deckschicht des Kernverbundes vermieden werden, kann das Krafteinleitungselement (sogenanntes Onsert) auf einer der beiden oder auf beiden Deckschichten angeordnet werden.Must due to the technical requirements to the core composite component (e.g. ship hull in shipbuilding) Penetration of at least one cover layer of the core composite avoided the force introduction element (so-called Onsert) one of the two or on both cover layers.
Um höhere Kräfte und Momente in die Kernverbund-Struktur einleiten zu können, kann das Krafteinleitungselement (sogenanntes Insert) auch innerhalb einer der beiden oder innerhalb beider Deckschichten angeordnet werden. Des Weiteren kann das Krafteinleitungselement zwischen den beiden Deckschichten platziert werden, wodurch teilweise oder der gesamte Kernwerkstoff durchsetzt ist.For higher forces and moments in the core composite structure to be able to initiate the force introduction element (so-called insert) can also be used inside one of the two or arranged within both cover layers become. Furthermore, the force introduction element between the two cover layers are placed, which partially or entire core material is penetrated.
Ein weiterer Vorteil kann durch die anwendungsbezogene geometrische und konstruktive Gestaltung des Krafteinleitungselementes erreicht werden, indem das Krafteinleitungselement einen oder mehrere an der Deckschicht oder an den Deckschichten anliegende Ansätze aufweist, wodurch die Einleitung der Kräfte und Momente infolge des größeren Hebelarms verbessert werden kann.Another advantage can be found through the application-related geometric and constructive design of the Force introduction element can be achieved by the force introduction element one or more on the top layer or on the top layers approaching approaches has, whereby the introduction of forces and moments due to the larger lever arm can be improved.
Mit dieser Erfindung besteht für eine Art
der Krafteinleitungsstelle in Kernverbunden die Möglichkeit
der Armierung darin, dass das Kernmaterial im Bereich der Krafteinleitungsstelle
entfernt bzw. gestaucht wird und beide Deckschichten zusammengeführt werden,
so dass ein monolithischer Bereich aus Faser-Kunststoff-Verbund
vor liegt. Hierbei wird die obere Deckschicht (
Zur Einleitung von Kräften und
Momenten kann auch ein auf die Kernverbund-Struktur aufgebrachtes Krafteinleitungselement
(Onsert,
Krafteinleitungsstellen mit in die
Kernverbund-Struktur eingebrachtem Krafteinleitungselement (Insert,
Das Insert (
Die Erfindung ist anhand von
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Legal Events
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: EVONIK ROEHM GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: ROEHM GMBH & CO. KG, 64293 DARMSTADT, DE Effective date: 20060728 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: EVONIK ROEHM GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: ROEHM GMBH, 64293 DARMSTADT, DE Effective date: 20080220 |
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R157 | Lapse of ip right after 6 years |
Effective date: 20100401 |