DE2813098A1 - USE FOR REINFORCEMENT OF A FASTENING HOLE IN A LIGHTWEIGHT STRUCTURAL COMPOSITE PANEL - Google Patents
USE FOR REINFORCEMENT OF A FASTENING HOLE IN A LIGHTWEIGHT STRUCTURAL COMPOSITE PANELInfo
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Description
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Dipl.-Ing«, W.Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.JochemPatent attorneys
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CAMLOC FASTENER GmbH
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Einsatz zur Verstärkung eines Befestigungslochs in einer Leichtbau-Schichtverbundplatte .Use to reinforce a fastening hole in a lightweight composite panel .
Die Erfindung betrifft einen Einsatz zur Verstärkung eines Befestigungslochs in einer Leichtbau-Schichtverbundplatte.The invention relates to an insert for reinforcing a Fixing hole in a lightweight composite panel.
Leichtbau-Schichtverbundplatten mit Außenschichten aus glasfaserverstärktem Gießharz sind bekanntlich in der Lage, sehr große Kräfte in Richtung der Plattenoberfläche zu übertragen, so daß sie auf den verschiedensten Anwendungsgebieten wie im Flugzeug- und Fertighausbau als selbsttragende Elemente eingesetzt werden können. Schwierigkeiten bereitet jedoch die übertragung dieser Kräfte mit mechanischen Befestigungsmitteln wie Schrauben oder Nieten, die sich durch Eefestigungslöcher in der Schichtverbundplatte erstrecken, wenn nicht von vornherein bei der Herstellung der Platte entsprechende Verstärkungen im Bereich der Befestigungslöcher vorgesehen sind. Da bei nachträglich angebrachten Bohrungen an beliebigen Stellen, an denen sich keine solchen Ver stärkungen befinden, die von den Befestigungsmitteln ausgeübten Querkräfte nur von den Außenschichten der Schichtverbundplatte aufgenommen werden können, kommt es schnell Lightweight composite panels with outer layers made of glass fiber reinforced cast resin are known to be able to transmit very large forces in the direction of the panel surface, so that they can be used as self-supporting elements in a wide variety of applications such as aircraft and prefabricated house construction. Difficulties are caused, however, in the transmission of these forces with mechanical fastening means such as screws or rivets, which extend through fastening holes in the laminated composite panel, if corresponding reinforcements are not provided in the area of the fastening holes from the outset during the manufacture of the panel. Since with subsequently added holes at any points where there are no such reinforcements Ver, the transverse forces exerted by the fasteners can only be absorbed by the outer layers of the composite panel, it happens quickly
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zu Überlastungen und Zerstörungen.to overloads and destruction.
Andererseits ist die Einbrin-gung von Verstärkungen bereits bei der Herstellung der Schichtverbundplatten vielfach nicht möglich oder zumindest unwirtschaftlich, da vielfach eine große Anzahl unterschiedlich geformter und bemessener Platten mit Befestigungslöchern an den verschiedensten Stellen benötigt wird und zwischengelagert werden muß.On the other hand, the introduction of reinforcements during the manufacture of the laminated composite panels is often not possible possible or at least uneconomical, as there is often a large number of differently shaped and dimensioned panels with mounting holes in various places and must be temporarily stored.
Um demgegenüber serienmäßiges Plattenmaterial ohne solche spezifischen Lochverstärkungen verwenden zu können, aus dem die jeweils benötigte Platte herausgeschnitten wird, ist es bekannt, an den mit Befestigungslöchern zu versehenden Stellen größere Aussparungen vorzunehmen, in welche massive Einsätze aus glasfaserverstärktem Kunststoff von zunächst größerer Dicke als der Plattenstärke eingesetzt und unter Erwärmung und Verdrängung in die von der Aussparungen angeschnittenen Plattenwaben verpreßt werden. Nach Erkalten können diese Einsätze dann zur Herstellung der Befestigungslöcher gebohrt werden. Nachteilig ist hierbei jedoch der verhältnismäßig große Materialverbrauch an glasfaserverstärktem Kunststoff unter gleichzeitigem Abfall des ausgesparten Plattenmaterials, und die Handhabung der Platten zur Erwärmung und Verpressung der Einsätze bereitet darüber hinaus vielfach Schwierigkeiten und ist zeitaufwendig, wozu außerdem noch die für das nachträgliche Bohren benötigte Zeit hinzutritt.In contrast, in order to be able to use standard plate material without such specific hole reinforcements, from which the required plate is cut out, it is known to be provided with mounting holes Make larger recesses in which massive inserts made of glass fiber reinforced plastic from Initially greater thickness than the plate thickness used and with heating and displacement in the from the recesses cut honeycomb panels are pressed. After cooling, these inserts can then be used for production the mounting holes must be drilled. This is disadvantageous however, the relatively large material consumption of glass fiber reinforced plastic with simultaneous waste of the recessed plate material, and the handling of the plates for heating and pressing the inserts in addition, there are many difficulties and is time-consuming, including that for subsequent drilling required time is added.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Einsatz der eingangs genannten Art zu schaffen, der diese Nachteile vermeidet und eine Verstärkung beliebig angeordneter Befestigungslöcher mit geringem Material- und Bearbeitungsaufwand ermöglicht. The object of the invention is therefore to create an insert of the type mentioned at the outset which has these disadvantages avoids and allows a reinforcement of arbitrarily arranged mounting holes with little material and processing effort.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine in eine erweiterte Durchgangsbohrung der SchichtverbundplatteAccording to the invention, this object is achieved by a through-hole in an enlarged through-hole in the laminated composite panel
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einsetz- und vergießbare spulenförmige Doppelflanschhülse, deren das Befestigungsloch enthaltender Hals aus zwei teleskopartig ineinander verschieblichen Teilen besteht, an denen je ein Flansch angeordnet ist, wobei die Flansche an den gegeneinanderweisenden Innenseiten schulterförmig abgesetzte Verjüngungen aufweisen, mit denen sie spielfrei von den Bohrungsrändern in den Außenschichten der Schichtverbundplatte aufnehmbar sind, und wobei wenigstens ein Flansch mit exzentrischen Durchtrittslöchern zum Einfüllen von Vergußmasse und zum Entweichen der dabei verdängten Luft versehen sind.insertable and potted coil-shaped double flange sleeve, whose neck containing the fastening hole consists of two telescopically slidable parts on which one flange each is arranged, the flanges shoulder-shaped offset on the opposing inner sides Have tapers with which they are free of play from the bore edges in the outer layers of the composite panel can be received, and wherein at least one flange with eccentric through-holes for filling in casting compound and are provided for the escape of the air displaced in the process.
Zur Verankerung von Schrauben in Leichtbau-Schichtverbundplatten ist es bereits seit längerem bekannt, spulenförmige Doppelflanschdübel, deren einer Flansch mit zwei diametralen Durchtrittslöchern versehen ist, in Bohrungen von Schichtverbundplatten einzusetzen und darin mit einer geeigneten Vergußmasse zu befestigen. Die axiale Länge dieser Dübel ist jedoch geringer als die Stärke der Schichtverbundplatten, so daß nur ein Flansch mit der betreffenden Außenschicht der Schichtverbundplatte fluchtet. Da außerdem die diese Dübel aufnehmenden Bohrungen in der Schichtverbundplatte meist etwas größer als der Außendurchmesser des Dübelflansches ausgebildet sind, und demzufolge der Zwischenraum vom Gießharz ausgefüllt werden muß, sind diese Dübel nicht in der Lage, auch größere Querkräfte auf die Schichtverbundplatte zu übertragen. Außerdem ist es mit diesen Dübeln nicht möglich, eine Schichtverbundplatte auf einer Unterlage zu befestigen, da die rückseitige Außenschicht der Platte geschlossen ist.For anchoring screws in lightweight composite panels, it has been known for a long time to use a coil shape Double flange anchors, one flange of which is provided with two diametrical through-holes, in bores in composite panels to be used and to be fixed in it with a suitable potting compound. The axial length of this dowel However, it is less than the thickness of the composite panels, so that only a flange with the relevant outer layer the laminated composite panel is aligned. In addition, there are the holes in the laminated composite panel that receive these dowels are usually slightly larger than the outer diameter of the dowel flange, and consequently the gap must be filled by the cast resin, these dowels are not able to withstand larger transverse forces on the composite panel transferred to. In addition, it is not possible with these dowels to place a composite panel on a To attach the underlay, as the rear outer layer of the plate is closed.
Die Erfindung schafft demgegenüber einen Verstärkungseinsatz für ein Befestigungsloch in einer Leichtbauschichtverbundplatte, der durch die spielfreie Abstützung der Verjüngungen an den Flanschen gegen die BohrungsränderIn contrast, the invention creates a reinforcement insert for a fastening hole in a lightweight composite panel, the backlash-free support of the tapers on the flanges against the bore edges
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in den Außenschichten der Schichtverbundplatte an ihm angreifende Querkräfte gleichmäßig und wirksam auf die Schichtverbundplatte überträgt, so daß deren Belastbarkeit in Richtung der Plattenoberfläche maximal ausgenutzt werden kann.attacking it in the outer layers of the composite panel Transverse forces are evenly and effectively transferred to the laminated composite panel, so that its load-bearing capacity in the direction the plate surface can be used to the maximum.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung enthalten die beiden Hülsenteile Axialbohrungen gleichen Durchmessers, wobei die Bohrung des äußeren Hülsenteils im Eingriffsbereich des inneren Hülsenteils zylindrisch aufgeweitet ist. Durch diese Ausbildung wird sichergestellt, daß der Einsatz praktisch auf der gesamten Bohrungslänge gleichmäßig von dem Befestigungsmittel belastet wird und dadurch Verkantungskräfte vermieden werden. In an advantageous embodiment of the invention, the two sleeve parts contain axial bores of the same diameter, wherein the bore of the outer sleeve part is expanded cylindrically in the engagement region of the inner sleeve part. This training ensures that the insert is practically uniform over the entire length of the bore the fastening means is loaded and thus tilting forces are avoided.
Nach einem anderen Ausbildungsmerkmal der Erfindung entspricht die axiale Erstreckung der Verjüngungen an den Flanschen im wesentlichen der Dicke der Außenschichten der Schichtverbundplatte. Damit ist sichergestellt, daß die Bohrungsränder an den Außenschichten der Schichtverbundplatte bei der übertragung von Querkräften voll tragen und lokale Überlastungen vermieden sind.According to another training feature of the invention corresponds the axial extent of the tapers on the flanges essentially corresponds to the thickness of the outer layers of the Laminated composite panel. This ensures that the bore edges on the outer layers of the composite panel when transferring shear forces, wear them fully and avoid local overloads.
Noch ein anderes Ausbildungsmerkmal der Erfindung sieht vor, daß die nicht verjüngten Teile der Flansche eine wesentlich geringere axiale Dicke als die Verjüngungen aufweisen. In Verbindung mit dem weiteren Merkmal, daß die äußere Stirnfläche wenigstens eines Flansches eben ist, wird hierdurch ein größeres Auftragen der Einsätze über die Ebene der Plattenoberfläche hinaus vermieden, so daß beispielsweise die Bewegung von mit Laufrollen versehenen Gegenständen wie etwa den Servierwagen in Flugzeugen auf der Plattenoberfläche nicht behindert wird. Damit hierbei auch das Befestigungsmittel nicht stört, kann der eine Flansch des Einsatzes eine Einsenkung zur Aufnahme eines Befestigungsmittelkopfes aufweisen. Da als Befestigungsmittel in erster Linie Senkkopfschrauben in Betracht kommen, istYet another design feature of the invention provides that the non-tapered parts of the flanges are essential have less axial thickness than the tapers. In connection with the further feature that the outer face at least one flange is flat, this results in a greater application of the inserts over the plane of the Plate surface also avoided, so that, for example, the movement of objects provided with rollers such as the serving trolley in airplanes is not obstructed on the plate surface. So here that too Fastening means does not interfere, the one flange of the insert can be a recess for receiving a fastener head exhibit. Since countersunk screws are primarily used as fastening means
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diese Einsenkung zweckmäßig konisch.this depression is expediently conical.
Demgegenüber werden die Durchtrittslöcher zum Einfüllen der Vergußmasse und zum Entweichen der dabei verdrängten Luft zweckmäßig in dem Flansch mit ebener äußerer Stirnfläche angeordnet, welcher der nicht sichtbaren bzw«, befahrbaren Außenseite der Schichtverbundplatte entspricht.In contrast, the through holes for filling the Sealing compound and for the escape of the thereby displaced air, expediently in the flange with a flat outer face arranged, which corresponds to the non-visible or «, drivable outside of the composite panel.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. Es zeigen:A preferred embodiment of the invention is explained below in connection with the drawing. It demonstrate:
Fig. 1 in etwa natürlicher Größe den Querschnitt durch einen Teil einer Leichtbau-Schichtverbundplatte mit einem erfindungsgemäßen Einsatz zur Verstärkung eines Befestigungslochs undFig. 1 in approximately natural size the cross-section through part of a lightweight laminated composite panel with an insert according to the invention for reinforcing a mounting hole and
Fig. 2 den gleichen Querschnitt in starker Vergrößerung«Fig. 2 shows the same cross-section, greatly enlarged.
Wie Fig. 1 zeigt, besteht die an einem beliebigen Träger zu befestigende Schichtverbundplatte 1o aus zwei verhältnismäßig dünnwandigen ebenen Außenschichten 12, 14 aus vorzugsweise glasfaserverstärktem Kunststoff, die zwischen sich einen wabenförmigen und dadurch sehr leichten Kern 16 aus Papier, Kunststoff, Aluminium oder auch Kunststoffschaum einschließen. Im Bereich des Befestigungslochs ist die Schichtverbundplatte 1o mit einer verhältnismäßig großen Durchgangsbohrung 18 versehen, in welche der in seiner Gesamtheit mit 2o bezeichnete Verstärkungseinsatz eingesetzt ist.As FIG. 1 shows, the laminated composite plate 1o to be fastened to any carrier consists of two proportionally thin-walled flat outer layers 12, 14 preferably made of glass fiber reinforced plastic, which between them a honeycomb-shaped and therefore very light core 16 Paper, plastic, aluminum or even plastic foam lock in. In the area of the fastening hole, the laminated composite plate 1o has a relatively large one Provided through hole 18 into which the reinforcing insert designated in its entirety by 2o is inserted is.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2 hat der Verstärkungseinsatz 2o die Gestalt einer spulenförmigen Doppelflanschhtilse, deren das Befestigungsloch enthaltender Hals aus zwei teleskopartig ineinanderverschieblichen Teilen 24,34 besteht. Der Halsteil 24According to the illustration in Fig. 2, the reinforcement insert 2o has the shape of a coil-shaped double flange tube, whose neck containing the fastening hole consists of two parts 24, 34 which can be telescoped into one another consists. The neck part 24
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ist von einer verhältnismäßig dünnwandigen Hülse mit einer glatten Bohrung 26 entsprechend dem Durchmesser des gewünschten Befestigungslochs gebildet und trägt am äußeren Ende einen ebenen Flansch 28, der auf den größten Teil seiner axialen Erstreckung bei 3o derart verjüngt ist, daß er damit spielfrei in die Durchgangsbohrung 18 der Schichtverbundplatte 1o im Bereich der Außenschicht 14 einzugreifen vermag. Der nicht verjüngte Teil 32 des Flansches 28 bildet dabei einen dünnwandigen Teller, der sich gegen die Außenseite der Außenschicht 14 der Schichtverbundplatte Io abstützt. is of a relatively thin-walled sleeve with a smooth bore 26 formed according to the diameter of the desired mounting hole and carries on the outer End of a flat flange 28 which is tapered for most of its axial extent at 3o such that it thus to engage in the through-hole 18 of the laminated composite plate 1o in the area of the outer layer 14 without play able. The non-tapered part 32 of the flange 28 thereby forms a thin-walled plate which extends against the outside the outer layer 14 of the laminated composite panel Io is supported.
Der andere Halsteil 34 bildet eine im Inneren abgesetzte Hülse mit einem Bohrungsabschnitt 36, der im Durchmesser wiederum dem gewünschten Befestigungsloch entspricht. Das eine Ende des Halsteils 34 ist bei 38 zur Aufnahme des erstgenannten Halsteils 24 aufgeweitet, und das andere Ende des Halsteils 34 erweitert sich zunächst konisch bei 4o bis zu dem von diesem Halsteil getragenen Flansch 42, der in ähnlicher Weise wie der Flansch 28 eine schulterförmig abgesetzte Verjüngung 44 aufweist, die spielfrei in die Bohrung der anderen Außenschicht 12 der Schichtverbundplatte eingesetzt werden kann. Der nicht verjüngte Teil 46 des Flansches bildet wiederum einen Teller, der sich dabei gegen die Außenseite der Plattenschicht 12 anlegt.The other neck part 34 forms an internally offset sleeve with a bore section 36, which in diameter again corresponds to the desired mounting hole. One end of the neck portion 34 is at 38 for receiving the first-mentioned neck part 24 widened, and the other end of the neck part 34 initially widens conically at 4o to the flange 42 carried by this neck part, which is shoulder-shaped in a manner similar to the flange 28 has stepped taper 44, the play-free in the bore of the other outer layer 12 of the composite panel can be used. The non-tapered part 46 of the flange in turn forms a plate, which is thereby against the outside of the plate layer 12.
Wie ersichtlich, bildet der konische Teil 4o des Halsteils eine Aufnahme für den Kopf eines Befestigungsmittels wie insbesondere dem Senkkopf einer Befestigungsschraube.As can be seen, the conical part 4o of the neck part forms a receptacle for the head of a fastening means such as in particular the countersunk head of a fastening screw.
Der Flansch 28 am ersten Halsteil 24 ist an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen mit Durchtrittslöchern 48, 5o versehen, mit deren Hilfe der in die Durchgangsbohrung der Schichtverbundplatte eingesetzte Einsatz mit einer Vergußmasse bleibend befestigt werden kann. Hierzu wird an das eine Durchtrittsloch, beispielsweise das Durchtrittsloch 48,The flange 28 on the first neck part 24 is provided with through holes 48, 5o at two diametrically opposite locations provided, with the help of which the insert inserted into the through-hole of the layered composite panel is coated with a potting compound can be permanently attached. For this purpose, one through-hole, for example through-hole 48, is
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in bekannter Weise eine Spritzpistole mit ihrer Düsenöffnung angesetzt und betätigt, so daß die aus der Düsenöffnung austretende Vergußmasse in den Raum innerhalb der Durchgangsbohrung 18 zwischen den beiden Flanschen 28 und 42 gelangt und dabei auch in die angeschnittenen Waben der Mittelschicht 16 der Schichtverbundplatte eindringt, wo sie aushärtet und den Einsatz innerhalb der Schichtverbundplatte fest verankert. Die hierbei verdrängte Luft vermag durch das andere Durchtrittsloch 5o zu entweichen.in a known manner a spray gun with its nozzle opening attached and actuated so that the out of the nozzle opening emerging sealing compound into the space within the through hole 18 between the two flanges 28 and 42 arrives and thereby also penetrates into the cut honeycomb of the middle layer 16 of the composite sheet, where it hardens and the insert is firmly anchored within the composite panel. The air displaced in this way can through the other passage hole 5o to escape.
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