DE102004056071B4

DE102004056071B4 - Verbundstruktur

Info

Publication number: DE102004056071B4
Application number: DE102004056071A
Authority: DE
Inventors: Harald Knäbel
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2024-11-16
Also published as: DE102004056071A1

Abstract

Verbundstruktur, umfassend mindestens ein erstes Element (12; 54; 70) und ein zweites Element (14; 56; 72), welche adhäsiv miteinander verbunden sind, wobei das erste Element (12; 54; 70) bezogen auf eine Dickenrichtung (d₁) des ersten Elements (12; 54; 70) mindestens zwei beabstandete Fügebereiche (30a, 34a; 84, 88) aufweist, das zweite Element (14; 56; 72) bezogen auf eine Dickenrichtung (d₁) des zweiten Elements (14; 56; 72) mindestens zwei beabstandete Fügebereiche (40a, 40b; 92, 96) aufweist, zwischen einander zugeordneten Fügebereichen (30b, 40a; 34a, 40b; 84, 92; 88, 96) des ersten Elements (12; 54; 70) und des zweiten Elements (14; 56; 72) adhäsives Material (42) sitzt und mindestens ein Fügebereich (30a; 34a) mittels mindestens einer Lasche hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Lasche mindestens eine durch Umbiegung hergestellte Krampe (50) aufweist, welche durch Eintauchen eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Element (12; 54; 70) und dem zweiten Element (14; 56; 72) herstellt,...

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundstruktur, umfassend mindestens ein erstes Element und ein zweites Element, welche adhäsiv miteinander verbunden sind, wobei das erste Element bezogen auf eine Dickenrichtung des ersten Elements mindestens zwei beabstandete Fügebereiche aufweist, das zweite Element bezogen auf eine Dickenrichtung des zweiten Elements mindestens zwei beabstandete Fügebereiche aufweist, zwischen einander zugeordneten Fügebereichen des ersten Elements und des zweiten Elements adhäsives Material sitzt und mindestens ein Fügebereich mittels mindestens einer Lasche hergestellt ist.
Verbundstrukturen kommen auf vielen Gebieten der Technik zum Einsatz. Beispielsweise werden entsprechende Verbundstrukturen in Fahrzeugen aller Art (Luftfahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Straßenfahrzeugen, Schienenfahrzeugen) eingesetzt, oder im Maschinenbau und in der Bauindustrie eingesetzt.
Die zu verbindenden Elemente (Fügeteile) können aus unterschiedlichsten Materialien wie Metallen, Faserverbundwerkstoffen, Polymeren, Glas oder Keramik hergestellt sein.
Aus der DE 196 07 061 C1 ist ein Verfahren zur klebenden Verbindung ebener oder flächiger Teile, insbesondere Platten aus Faserverbundwerkstof, bekannt. Es werden dabei die miteinander zu verklebenden Bereiche der Teile mit sich nach der Verklebung überlappenden Zungen versehen, die Kontaktflächen der Zungen werden mit Kleber benetzt und die Teile werden unter einem Winkel derart zusammengeschoben, daß eine Berührung der mit Kleber benetzten Flächen der Zungen mit den Haftflächen des anderen Teils während der Verschiebung erfolgt und nach Erreichen der Endlage der miteinander zu verklebenden Teile eines oder beide derart verschwenkt werden, daß der Winkel verschwindet.
Aus der WO 87/02745 A1 ist eine überlapp-adhäsive Verbindung bekannt, welche sich gegenseitig überlappende erste und zweite Plattenteile umfaßt. Die Plattenteile sind auch mechanisch miteinander verbunden durch Zungen, welche von dem ersten Plattenteil abstehen und durch Öffnungen in dem zweiten Plattenteil durchtauchen.
Aus der EP 1 070 857 A2 ist ein Verfahren zur Verbindung zweier Kanten bekannt, bei dem jede Kante mit einem Satz von Klammern versehen wird, welche über die Kante hinausragen.
Aus der DE 197 30 560 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Klebeverbindung zwischen zwei dünnwandigen Bauteilen bekannt, bei dem das erste Bauteil an einer Klebestelle mit einem Kleber versehen wird und das zweite Bauteil an der Klebestelle direkt oder indirekt mit dem ersten Bauteil zur Anlage gebracht wird. Die Klebestelle wird einem Aushärtvorgang unterzogen, bei dem der Kleber aushärtet.
Aus der DE 41 24 627 C2 ist eine Klebeverbindung bekannt, bei der eine Klebekante als U-förmige Rinne ausgebildet ist. Diese Rinne nimmt einen Klebstoff auf. Eine weitere Klebekante liegt zwischen den Rändern der U-förmigen Rinne und ist an ihrem Rand mit wellenförmigen Einprägungen versehen.
Aus der EP 0 971 136 A1 ist eine Verbindung von Bauteilen bekannt, bei welchen einander zugewandte Flächen dieser Bauteile durch einen Klebstoff gehalten sind. Jedes der beiden Bauteile ist mit zwei Laschen versehen, die in korrespondierender Fügestellung einerseits die Klebeflächen aufweisen und andererseits einen Hohlraum begrenzen. In diesem Hohlraum ist zumindest ein keilförmiges Verbindungselement angeordnet, das nach entsprechendem Verschieben innerhalb des Hohlraums eine Spannkraft auf die Laschen der Bauteile ausübt.
Aus der DE 31 22 149 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden von plastomeren Werkstoffen und Metallen mittels eines sich verfestigenden Klebstoffs bekannt, bei welchem die Verklebung nicht nur über einen Stirnkantenstoß, sondern gleichzeitig durch eine zweiseitige Überlappung des Plastomerteils um den metallischen Partner erfolgt. Nach einer Ausführungsform sind an den Innenwandteilen klammerförmiger Schenkel, die die Nut einschließen, Dichtungselemente vorhanden, die beim Verkleben in den Kleber eingebettet werden.
Aus der DE 34 40 240 C1 ist eine dichtende Verbindung von Blechteilen an Kraftfahrzeugen bekannt, bei welcher an einem der beiden zu verbindenden Teile ein mit dichtendem Klebemittel gefüllter Kanal ausgebildet ist, in den der Rand des anderen Teils eingreift.
Aus der Offenlegungsschrift DE 20 32 658 ist ein Einpassverschluss zur Verbindung von zwei plattenförmigen Elementen längs einer Kante bekannt, wel cher eine Anzahl längs der Kante jedes Elementes ausgebildeter, übereinander greifender Einpaßteile aufweist, die abwechselnd nach der einen und der anderen Seite einer zwischen und parallel zu den Seitenflächen jedes Elementes liegenden gemeinsamen Ebene versetzt sind und Berührungsflächen sowie zusätzliche Verbindungselemente aufweisen. Hierdurch wird eine sichere und dennoch leicht lösbare Verbindung zwischen den Elementen hergestellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbundstruktur der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels welcher sich auf einfache Weise eine sichere Verbindung der mindestens zwei Elemente erreichen läßt.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Verbundstruktur erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine Lasche mindestens eine durch Umbiegung hergestellte Krampe aufweist, welche durch Eintauchen eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element herstellt, bei welcher das erste Element und das zweite Element miteinander verhakt sind.
Durch die erfindungsgemäße Lösung, bei der jedes der miteinander zu verbindenden Elemente mindestens zwei beabstandete Fügebereiche aufweist, ist es möglich, die beiden Elemente ohne wesentliche Versetzung relativ zueinander miteinander zu verbinden.
Dies hat zur Folge, daß sich bei Krafteinwirkung auf ein Element der Kraftfluß ohne wesentliche Umlenkung durch den Verbindungsbereich (welcher die Fügebereiche umfaßt) führen läßt. Dadurch lassen sich insbesondere hohe Schälspannungen im Verbindungsbereich verhindern. Damit wiederum läßt sich bei Krafteinwirkung die mechanische Belastung der adhäsiven Verbindung reduzieren und damit eine stabilere Verbindung erreichen.
Die beabstandeten Fügebereiche an dem ersten Element und dem zweiten Element lassen sich auf einfache Weise herstellen, beispielsweise über Ausnehmungen oder alternierende Laschen. An einem Element können die entsprechenden Fügebereiche auch direkt über die Oberflächenausbildung erhalten werden.
Die erfindungsgemäße Verbundstruktur läßt sich beispielsweise vorteilhaft einsetzen, wenn mindestens eines der zu verbindenden Elemente aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist. Wenn ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff eine Kraft quer zur Faserrichtung erfährt, dann muß die Matrix, in welcher die Fasern angeordnet sind, die entsprechende Kraftbelastung aushalten. Die Querfestigkeit von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoff ist in der Regel erheblich kleiner als die Längsfestigkeit in Faserrichtung. Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich im Verbindungsbereich hohe Schälspannungen verhindern, die zu einem Auseinanderreißen der Matrix des Faserverbundwerkstoffs führen könnten.
Die erfindungsgemäße Lösung läßt sich zur adhäsiven Verbindung von Fügeteilen aus unterschiedlichen Materialien einsetzen.
Die Verbundstruktur läßt sich auf einfache Weise herstellen, wenn mindestens ein Fügebereich mittels mindestens einer Lasche hergestellt ist. Die Lasche läßt sich oberhalb oder unterhalb des anderen Elements positionieren. Über eine Lasche ist ein Adhäsionsbereich bereitgestellt, um über diesen für eine Verbindung zwischen zwei Elementen zu sorgen.
Es ist vorgesehen, daß mindestens eine Lasche mindestens eine Krampe aufweist. Über die Krampe läßt sich für eine zusätzliche Verbindung zwischen den beiden Elementen sorgen: Zusätzlich zu der adhäsiven Verbindung ist eine mechanische Verbindung beispielsweise durch Verhakung und/oder Formschluß vorgesehen. Dadurch erhält man eine Hybridverbindung, ohne daß zusätzliche Elemente wie Schrauben, Nieten oder Bolzen vorgesehen werden müssen.
Insbesondere stellt ein Fügebereich eine Adhäsionsfläche für adhäsives Material bereit. Dadurch läßt sich zwischen zugeordneten Fügebereichen unterschiedlicher Elemente eine Adhäsionsschicht (Kleberschicht) ausbilden, um für eine adhäsive Verbindung und Fixierung zu sorgen.
Insbesondere weist das erste Element mindestens zwei in der Dickenrichtung des ersten Elements beabstandete Adhäsionsflächen auf und weist das zweite Element mindestens zwei in der Dickenrichtung des zweiten Elements beabstandete Adhäsionsflächen auf. Dadurch wird es möglich, die beiden Elemente (Fügeteile) symmetrisch und insbesondere unversetzt relativ zueinander in der Verbundstruktur zu positionieren und dabei zu fixieren.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Fügebereich des ersten Elements als Überlappbereich ausgebildet ist, welcher das zweite Element überlappt bzw. übergreift. Durch den Überlapp bzw. das Übergreifen läßt sich eine Ausrichtung der beiden Elemente mit reduzierter Kraftumlenkung bei Kraftfluß erzielen.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn mindestens ein Fügebereich des zweiten Elements als Überlappbereich ausgebildet ist, welcher das erste Element überlappt bzw. übergreift.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erste Element mindestens zwei in der Dickenrichtung des ersten Elements gegenüberliegende Überlappbereiche aufweist. Dadurch läßt sich das zweite Element zwischen dem Überlappbereich des ersten Elements positionieren. Dadurch läßt sich auf einfache Weise eine versetzungsfreie und insbesondere symmetrische Anordnung erreichen. Auch läßt sich die Herstellung vereinfachen; das zweite Element kann an dem ersten Element ohne zusätzliche Fixierungseinrichtung während der Kleberaushärtung positioniert werden.
Insbesondere weist das zweite Element mindestens zwei in der Dickenrichtung des zweiten Elements gegenüberliegende Überlappbereiche auf. Die Überlappbereiche können ”passive” Überlappbereiche sein, welche von entsprechenden Überlappbereichen des ersten Elements überlappt werden.
Günstig ist es, wenn Fügebereiche des ersten Elements das zweite Element überlappen. Dadurch läßt sich eine im wesentlichen kraftumlenkungsfreie Kraftflußleitung durch die Verbundstruktur erreichen.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn Fügebereiche des zweiten Elements zwischen Fügebereichen des ersten Elements angeordnet sind. Wenn das zweite Element zwischen Fügebereichen des ersten Elements angeordnet ist, dann läßt sich eine bezogen auf die Dickenrichtungen der beiden Elemente versetzungsfreie und im wesentlichen symmetrische Anordnung erreichen. Auch die Herstellung ist vereinfacht, da keine zusätzliche Positioniervorrichtung bzw. Fixierungsvorrichtung für das relativ Fixieren der beiden Elemente während der Aushärtung des adhäsiven Materials notwendig ist.
Günstig ist es, wenn die Dickenrichtung des ersten Elements und die Dickenrichtung des zweiten Elements im wesentlichen parallel sind. Dadurch läßt sich eine Verbundstruktur mit einem ”symmetrisierten” Verbindungsbereich erhalten, wodurch wiederum bei einem Kraftfluß durch die Verbundstruktur die Kraftumlenkung im Verbindungsbereich minimierbar ist.
Insbesondere ist das erste Element und/oder das zweite Element im wesentlichen plattenförmig ausgebildet. Entsprechende plattenförmige Elemente wie beispielsweise Blechteile oder Platinen lassen sich gemäß der erfindungsgemäßen Verbundstruktur auf einfache Weise adhäsiv miteinander verbinden.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Mittelebene des ersten Elements und eine Mittelebene des zweiten Elements im wesentlichen zusammenfallen. Dadurch läßt sich bei einem Kraftfluß in der Verbundstruktur eine Kraftumlenkung im Verbindungsbereich im wesentlichen verhindern.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn Adhäsionsflächen des ersten Elements und/oder zweiten Elements im wesentlichen symmetrisch zu einer Mittelebene des ersten Elements liegen und/oder Adhäsionsflächen des ersten Elements und/oder zweiten Elements im wesentlichen symmetrisch zur Mittelebene des zweiten Elements liegen. Dadurch sind die beiden Elemente in der Verbundstruktur auf der gleichen Höhe angeordnet, das heißt unversetzt angeordnet; dies wiederum gewährleistet, daß eine minimierte Kraftumlenkung im Verbindungsbereich bei einem Kraftfluß durch die Verbundstruktur erfolgt.
Die erfindungsgemäße Verbundstruktur ist insbesondere vorteilhaft, wenn das erste Element und/oder das zweite Element aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist. Es lassen sich hohe Schälspannungen im Verbindungsbereich vermeiden, so daß ein Auseinanderreißen der Matrix aufgrund Schälbeanspruchung im wesentlichen vermieden ist.
Es ist dann günstig, wenn die Fasern im Faserverbundwerkstoff im wesentlichen senkrecht zur Dickenrichtung des entsprechenden Elements orientiert sind. Dadurch liegt eine hohe Festigkeit senkrecht zur Dickenrichtung des entsprechenden Elements vor, wobei im Verbindungsbereich eine hohe Schälbeanspruchung im Bereich der adhäsiven Verbindung aufgrund einer Kraftumlenkung vermieden ist.
Insbesondere sind mindestens zwei in der Dickenrichtung des ersten Elements beabstandete Schichten an adhäsiven Material vorgesehen. Dies ermöglicht eine symmetrische Anordnung des zweiten Elements relativ zum ersten Element und damit eine Minimierung der Kraftumlenkung beim Kraftfluß durch die Verbundstruktur.
Insbesondere ist die mindestens eine Lasche durch Aufbiegung des entsprechenden Elements hergestellt. Beispielsweise ist das entsprechende Element eine Blechplatte. Die Blechplatte läßt sich an einem Ende aufbiegen, um eine Lasche bereitzustellen, welche eine oder mehrere höhenversetzte Adhäsionsflächen bereitstellt.
Bei einer Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Laschen vorgesehen und Laschen des ersten Elements liegen bezogen auf eine Dickenrichtung des zweiten Elements alternierend oberhalb und unterhalb des zweiten Elements. An dem ersten Element ist dadurch zwischen den Laschen eine Art von ”Schlucht” als Aufnahmeraum bereitgestellt, welche das zweite Element aufnehmen kann.
Beispielsweise sind die Laschen quer zur Dickenrichtung des entsprechenden Elements getrennt. Die Laschen lassen sich dann auf einfache Weise herstellen, indem beispielsweise Schnitte eingebracht werden und dann für eine Aufbiegung gesorgt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das erste Element mindestens eine stirnseitige Ausnehmung auf, an welcher mindestens zwei beabstandete Adhäsionsflächen gebildet sind. In die Ausnehmung läßt sich das zweite Element eintauchen und dabei zwischen den Adhäsionsflächen des ersten Elements und den zugeordneten Adhäsionsflächen des zweiten Elements eine adhäsive Verbindung bereitstellen.
Insbesondere sitzt das zweite Element in der Ausnehmung.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbundstruktur;
2 eine seitliche Schnittansicht längs der Linie 2-2 der Verbundstruktur gemäß 1;
3 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbundstruktur;
4 eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbundstruktur und
5 eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 der Verbundstruktur gemäß 4.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbundstruktur, welches in den 1 und 2 schematisch gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfaßt ein erstes Element 12 (erstes Fügeteil) und ein zweites Element 14 (zweites Fügeteil), welche adhäsiv miteinander verbunden sind. Die Verbindung zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 erfolgt bei der Verbundstruktur 10 über einen Verbindungsbereich 16.
Das erste Element 12 weist eine Mittelebene 18 (2) auf. Das erste Element 12 ist vorzugsweise symmetrisch bezüglich dieser Mittelebene 18 mindestens außerhalb des Verbindungsbereichs 16 ausgestaltet. Beispielsweise ist das erste Element 12 mindestens außerhalb des Verbindungsbereichs 16 plattenförmig ausgestaltet mit einer ersten Oberfläche 20 und einer zweiten Oberfläche 22, zwischen welchen sich das erste Element 12 in einer Dickenrichtung d₁ erstreckt. Insbesondere sind die Oberflächen 20 und 22 parallel zueinander.
Das zweite Element 14 ist ebenfalls vorzugsweise plattenförmig ausgestaltet mit einer ersten Oberfläche 24 und einer gegenüberliegenden parallelen zweiten Oberfläche 26. Das zweite Element 14 weist eine Mittelebene 28 auf. Das zweite Element 14 erstreckt sich zwischen der ersten Oberfläche 24 und der zweiten Oberfläche 26 in einer Dickenrichtung d₂ (2).
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß das erste Element 12 und das zweite Element 14 in der Verbundstruktur 10 unversetzt gegeneinander ausgerichtet sind, so daß die Mittelebene 18 des ersten Elements 12 und die Mittelebene 28 des zweiten Elements 14 im wesentlichen zusammenfallen, das heißt eine einheitliche Ebene gebildet ist. Das erste Element 12 und das zweite Element 14 können dabei unterschiedliche Dicken (in den Dickenrichtungen d₁ und d₂) haben oder die gleiche Dicke aufweisen, wie es in 2 gezeigt ist.
Zur Bildung des Verbindungsbereichs 16 umfaßt das erste Element 12 mindestens zwei in der Richtung d₁ beabstandete Fügebereiche. Ferner umfaßt das zweite Element 14 mindestens zwei in der Dickenrichtung d₂ beabstandete Fügebereiche.
Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das erste Element 12 eine Mehrzahl von Fügebereichen 30a, 30b, 30c auf, welche in der Verbundstruktur 10 bezogen auf die Dickenrichtung d₂ des zweiten Elements 14 mit entsprechenden im wesentlichen rechteckigen Adhäsionsflächen 32 oberhalb der ersten Oberfläche 24 des zweiten Elements 14 positioniert sind.
Ferner weist das erste Element 12 eine Mehrzahl von Fügebereichen 34a, 34b auf, welche in der Verbundstruktur 10 mit ihren im wesentlichen rechteckförmigen Adhäsionsflächen 36 der zweiten Oberfläche 26 des zweiten Elements 14 zugewandt positioniert sind.
Die Fügebereiche 30a, 30b, 30c, welche zur adhäsiven Verbindung des ersten Elements 12 mit der ersten Oberfläche 20 des zweiten Elements 14 dienen, und die Fügebereiche 34a, 34b, welche zur adhäsiven Verbindung des ersten Elements 12 mit der zweiten Oberfläche 26 des zweiten Elements 14 dienen, folgen in einer Querrichtung 38 (welche quer zur Dickenrichtung d₁ des ersten Elements 12 und insbesondere senkrecht zu dieser ist) alternierend aufeinander. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Fügebereich 34a benachbart zu dem Fügebereich 30a. Benachbart zum Fügebereich 34a ist der Fügebereich 30b, wobei diesem wiederum der Fügebereich 34b benachbart ist. Der Fügebereich 30c ist benachbart zu dem Fügebereich 34b.
Es kann auch eine größere oder geringere Anzahl an alternierenden Fügebereichen als in der 1 gezeigt vorgesehen sein.
Die Fügebereiche können in der Richtung 38 die gleiche Breite aufweisen oder unterschiedliche Breiten aufweisen.
Die Fügebereiche 30a, 30b, 30c, 34a, 34b sind insbesondere als Laschen ausgebildet, welche bezogen auf die Querrichtung 38 getrennt sind. Dadurch wird es eben ermöglicht, daß benachbarte Fügebereiche (wie beispielsweise die Fügebereiche 30a und 34a) mit unterschiedlichen Oberflächen des zweiten Elements 14 verbindbar sind.
Die Fügebereiche werden beispielsweise dadurch hergestellt, daß ausgehend von einem plattenförmigen Grundelement 12 Schnitte quer zur Richtung 38 zur Trennung von Fügebereichen in der Richtung 38 eingebracht werden. Die Fügebereiche 30a, 30b, 30c werden bezogen auf die Dickenrichtung d₁ des ersten Elements 12 nach oben gebogen und die Fügebereiche 34a, 34b werden entgegen der Dickenrichtung d₁ nach unten gebogen.
Die Fügebereiche an dem ersten Element 12 lassen sich als Laschen insbesondere dann auf einfache Weise herstellen, wenn das erste Element 12 aus einem metallischen Material hergestellt ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Element 12 um eine Blechplatte.
Es ist beispielsweise auch möglich, daß das erste Element 12 aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, bei dem Fasern in einer Matrix angeordnet sind. Die Fasern sind dabei insbesondere quer (vorzugsweise senkrecht) zur Querrichtung 38 und quer (vorzugsweise senkrecht) zur Dickenrichtung d₁ ausgerichtet. Vorzugsweise sind sie parallel zu der Mittelebene 18 orientiert.
Auch bei dieser Ausführungsform lassen sich die Fügebereiche 30a, 30b, 30c, 34a, 34b als Laschen ausbilden.
Das zweite Element 14 ist zwischen den Fügebereichen 30a, 30b, 30c und den Fügebereichen 34a, 34b des ersten Elements 12 angeordnet. Insbesondere ist dabei das zweite Element 14 bezüglich dieser Fügebereiche symmetrisch angeordnet.
Die Adhäsionsflächen 32 der Fügebereiche 30a, 30b, 30c liegen den Adhäsionsflächen 36 der Fügebereiche 34a, 34b bezogen auf die Dickenrichtung d₁ gegenüber.
Das zweite Element 14 ist zwischen den Fügebereichen 30a, 30b, 30c und den Fügebereichen 34a, 34b des ersten Elements 12 angeordnet. Dazu weist das zweite Element 14 selber einen ersten Fügebereich 40a und einen zweiten beabstandeten Fügebereich 40b auf, wobei diese beiden Fügebereiche 40a und 40b in der Dickenrichtung d₂ des zweiten Elements 14 beabstandet sind. Diese Fügebereiche 40a und 40b sind durch entsprechende Adhäsionsflächen an der ersten Oberfläche 24 und der zweiten Oberfläche 26 des zweiten Elements gebildet.
Die entsprechenden Adhäsionsflächen, welche die Fügebereiche 40a und 40b bilden, sind insbesondere eben.
Insbesondere sind auch die Adhäsionsflächen 32 und 36 der Fügebereiche des ersten Elements 12 eben.
Die Adhäsionsflächen der Fügebereiche 40a und 40b erstrecken sich in der Richtung 38. Sie sind jedoch entsprechend der alternierenden Abfolge der Fügebereiche 30a, 30b, 30c, 34a, 34b nicht zusammenhängend.
Zwischen den Adhäsionsflächen 32 und den entsprechenden Adhäsionsflächen der Fügebereiche 40a des zweiten Elements 14 ist adhäsives Material 42 angeordnet. Dieses adhäsive Material sorgt für eine Verbindung der Fügebereiche 30a, 30b, 30c mit dem ersten Fügebereich 40a des zweiten Elements 14. Das adhäsive Material 42 ist in einer Mehrzahl von Adhäsionsschichten 44 angeordnet oder in einer durchgehenden Adhäsionsschicht. (Im letzteren Falle liegt diese Schicht an einem Oberflächenbereiche 46 der Verbundstruktur 10 frei, wobei die Schichtoberfläche vorzugsweise nichtklebend ist oder abgedeckt ist.)
Ebenso ist adhäsives Material zwischen den Adhäsionsflächen 36 der Fügebereiche 34a, 34b und den zweiten Fügebereichen 40 des zweiten Elements 14 angeordnet, um für eine Verbindung dieser Fügebereiche 34a, 34b mit dem zweiten Element 14 über dessen zweite Oberfläche 26 zu sorgen.
Das adhäsive Material ist in einer Adhäsionsschicht 48 angeordnet. Die Adhäsionsschichten 44 und 48 sind dabei bezogen auf die Dickenrichtungen d₁ und d₂ beabstandet zueinander.
Es ist vorgesehen, daß eine oder mehrere der als Laschen ausgebildeten Fügebereiche eine oder mehrere Krampen 50 aufweisen, insbesondere wenn das entsprechende Element aus einem metallischen Material hergestellt ist. Eine solche Krampe 50 ist durch eine Umbiegung hergestellt. Die Fügebereiche 30a, 30b, 30c überlappen mit ihren jeweiligen Adhäsionsflächen 32 das zweite Element 14 an dessen erster Oberfläche. Auf ähnliche Weise überlappen die Fügebereiche 34a, 34b mit ihren Adhäsionsflächen 36 das zweite Element 14 an dessen zweiter Oberfläche 26. Es liegt also ein Materialbereich des ersten Elements 12 oberhalb bzw. unterhalb des zweiten Elements 14.
Eine Krampe 50 kann in das zweite Element 14 eingetaucht werden, um für eine Verhakung und/oder formschlüssige Verbindung zu sorgen. Dadurch wird zusätzlich zu der adhäsiven Verbindung eine weitere mechanische Verbindung zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 bereitgestellt.
Das zweite Element 14 kann aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sein. Es kann beispielsweise auch aus einem metallischen Material oder aus einem nicht faserverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt sein.
Die erfindungsgemäße Verbundstruktur funktioniert wie folgt:
Das erste Element 12 und das zweite Element 14 sind im wesentlichen unversetzt gegeneinander. Das zweite Element 14 ist an dem ersten Element 12 zwischen Fügebereichen 30a, 30b, 30c und Fügebereichen 34a, 34b über das adhäsive Material fixiert.
Wenn beispielsweise eine Zugkraft quer zur Dickenrichtung d₁ auf das erste Element 12 ausgeübt wird, dann läßt sich die Kraft von dem ersten Element 12 durch die Verbundstruktur 10 ohne Umlenkung an dem Verbindungsbereich zum zweiten Element 14 übertragen. Es erfolgt dadurch an dem Verbindungsbereich 16 im wesentlichen keine Umlenkung des Kraftflusses. Dadurch wiederum ist eine Torsion verhindert und damit eine schädliche Schälbeanspruchung. Eine solche Schälbeanspruchung kann grundsätzlich zu einem Versagen der adhäsiven Verbindung führen.
Es ist auch möglich, über die alternierenden Fügebereiche 30a, 34a, 30b, 34b, 30c das erste Element 12 und das zweite Element 14 bis zur Härtung des adhäsiven Materials aneinander zu halten.
Erfindungsgemäß wird eine verbesserte adhäsive Verbindung mit vereinfachter Herstellung der adhäsiven Verbindung bereitgestellt. Es ist beispielsweise möglich, das erste Element 12 und das zweite Element 14 ohne eine zusätzliche Apparatur aneinander zu fixieren, bis das adhäsive Material ausgehärtet ist.
Über Krampen einer oder mehrerer Laschen der Fügebereiche läßt sich eine ”Hybrid-Verbindung” erreichen, ohne daß zusätzliche Schrauben, Nieten oder Bolzen vorgesehen werden müssen.
Die erfindungsgemäße Verbundstruktur kann grundsätzlich für alle Materialarten eingesetzt werden.
Sie kann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn mindestens eines der zur verbindenden Element 12, 14 aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist. Faserverbundwerkstoffe haben in Faserrichtung eine hohe Festigkeit, da diese Festigkeit durch die Fasern bestimmt ist. Quer zu den Fasern ist die Festigkeit durch die Matrix, in welcher die Fasern eingebettet sind, bestimmt und in der Regel erheblich geringer. Eine Schälbeanspruchung kann die Matrix auseinander reißen und zum Versagen eines Bauteils oder einer Verbindung von Bauteilen führen.
Durch die erfindungsgemäße Verbundstruktur sind aufgrund des im wesentlichen kraftumlenkungsfreien Verbindungsbereichs 16 Schälbeanspruchungen vermieden oder zumindest stark verringert. Der Kraftfluß läßt sich in der gleichen zusammenfallenden Richtung durch die Verbundstruktur 10 leiten.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches in 3 schematisch gezeigt und dort mit 52 bezeichnet ist, sind ein erstes Element 54 (erstes Fügeteil) und ein zweites Element 56 (zweites Fügeteil) über einen Verbindungsbereich 58 adhäsiv miteinander verbunden. Der Verbindungsbereich 58 weist zur Bildung von Fügebereichen eine erste Reihe 60 an Laschen 62 auf. Die Laschen 62 weisen Adhäsionsflächen zur adhäsiven Verbindung mit einer ersten Oberfläche des Elements 54 auf.
Ferner ist eine zweite Reihe 64 an Laschen 66 vorgesehen. Die Laschen 66 weisen Adhäsionsflächen zur Verbindung mit einer zweiten Oberfläche des zweiten Elements 56 auf, wobei die zweite Oberfläche der ersten Oberfläche gegenüberliegt, wie im Zusammenhang mit der 2 für das zweite Element 14 beschrieben.
Die Laschen 62 der ersten Reihe 60 und die Laschen 66 der zweiten Reihe 64 folgen, wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel 10 beschrieben, alternierend aufeinander.
Bei der Verbundstruktur 10 weisen die dortigen Laschen rechteckige Adhäsionsflächen 32, 36 auf. Bei der Verbundstruktur 52 sind vordere Ecken der Laschen 62, 66 abgerundet. Die entsprechenden Adhäsionsflächen weisen dadurch keine rechteckige Struktur mehr auf, sondern weisen eine gekrümmte Außenlinie auf.
Ansonsten funktioniert die Verbundstruktur 52 auf die gleiche Weise wie die Verbundstruktur 10.
Es ist auch möglich, daß eine Reihe an Laschen an einem ersten Element gebildet und eine zweite Reihe an Laschen an einem zweiten Element gebildet ist oder daß das erste Element nur eine einzige Lasche aufweist und das zweite Element eine einzige Lasche aufweist. Jedes Element weist dabei mindestens zwei in Dickenrichtung der Elemente beabstandete Fügebereiche (und damit beabstandete Adhäsionsflächen) auf.
Auch hier lassen sich die Elemente als Fügeteile bezogen auf ihre entsprechenden Mittelebenen ohne Versetzung miteinander verbinden.
Der Fügebereich oder die Fügebereiche des ersten Elements übergreifen dann das zweite Element und der Fügebereich oder die Fügebereiche des zweiten Elements übergreifen das erste Element.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, welches in den 4 und 5 gezeigt und mit 68 bezeichnet ist, sind ein erstes Element 70 (erstes Fügeteil) und ein zweites Element 72 (zweites Fügeteil) adhäsiv miteinander verbunden. Das erste Element 70 weist in der Nähe eines stirnseitigen Endes 74 eine stirnseitige Ausnehmung 76 auf. Die Ausnehmung 76 nimmt das zweite Element 72 auf. Sie ist so ausgebildet, daß das erste Element 70 und das zweite Element 72 bezogen auf ihre jeweiligen Mittelebenen 78, 80 unversetzt miteinander verbindbar sind.
Die Ausnehmung 76 ist insbesondere bei der Herstellung des ersten Elements 70 integral mithergestellt. Beispielsweise wird dazu das erste Element 70 an einem stirnseitigen Ende 74 mit einer Verdickung 82 versehen, in der durch spanabhebende Bearbeitung die Ausnehmung 76 von dem stirnseitigen Ende 74 her hergestellt wird.
Über die Ausnehmung 76 weist das erste Element 70 einen ersten Fügebereich 84 mit einer im wesentlichen ebenen Adhäsionsfläche 86 und einem gegenüberliegenden zweiten Fügebereich 88 mit einer im wesentlichen ebenen Adhäsionsfläche 90 auf. Die Fügebereiche 84 und 88 sind bezogen auf eine Dickenrichtung des ersten Elements 70 (und des zweiten Elements 72) beabstandet zueinander und liegen einander gegenüber. Dadurch liegen auch die Adhäsionsflächen 86 und 90 einander gegenüber.
Das zweite Element 72 weist eine mittels einer Adhäsionsfläche 92 an einer ersten Oberfläche 94 gebildeten ersten Fügebereich auf sowie einen über eine gegenüberliegende, im wesentlichen ebene Adhäsionsfläche 96 an einer zweiten Oberfläche 98 gebildeten zweiten Fügebereich auf.
Zwischen den Adhäsionsflächen 86 und 92 ist eine Schicht aus einem adhäsiven Material 100 angeordnet. Ferner ist zwischen der Adhäsionsfläche 90 und zwischen der Adhäsionsfläche 96 eine Schicht 102 aus einem adhäsiven Material angeordnet. Damit sind (mindestens) zwei bezogen auf die Dickenrichtung des ersten Elements 70 und des zweiten Elements 72 beabstandete adhäsive Schichten 100, 102 vorhanden.
Das zweite Element 72 sitzt in der Ausnehmung 76 eingetaucht an dem ersten Element 70.
Ein stirnseitiges Ende 104 des zweiten Elements 72 liegt an dem ersten Element 70 an oder es ist eine Schicht beispielsweise aus dem adhäsiven Material zwischen dem stirnseitigen Ende 104 und dem ersten Element 70 in der Ausnehmung 76 angeordnet.
Auch bei der Verbundstruktur 68 sind das erste Element 70 und das zweite Element 72 unversetzt miteinander verbunden. Dadurch läßt sich ein Kraftfluß durch den Verbindungsbereich ohne Kraftumlenkung erreichen. Dadurch wiederum lassen sich Torsionsbeanspruchungen bzw. Schälbeanspruchungen am Verbindungsbereich minimieren.

Claims

Verbundstruktur, umfassend mindestens ein erstes Element (12; 54; 70) und ein zweites Element (14; 56; 72), welche adhäsiv miteinander verbunden sind, wobei das erste Element (12; 54; 70) bezogen auf eine Dickenrichtung (d₁) des ersten Elements (12; 54; 70) mindestens zwei beabstandete Fügebereiche (30a, 34a; 84, 88) aufweist, das zweite Element (14; 56; 72) bezogen auf eine Dickenrichtung (d₁) des zweiten Elements (14; 56; 72) mindestens zwei beabstandete Fügebereiche (40a, 40b; 92, 96) aufweist, zwischen einander zugeordneten Fügebereichen (30b, 40a; 34a, 40b; 84, 92; 88, 96) des ersten Elements (12; 54; 70) und des zweiten Elements (14; 56; 72) adhäsives Material (42) sitzt und mindestens ein Fügebereich (30a; 34a) mittels mindestens einer Lasche hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Lasche mindestens eine durch Umbiegung hergestellte Krampe (50) aufweist, welche durch Eintauchen eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Element (12; 54; 70) und dem zweiten Element (14; 56; 72) herstellt, bei welcher das erste Element (12; 54; 70) und das zweite Element (14; 56; 72) miteinander verhakt sind.
Verbundstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fügebereich (30a; 84) eine Adhäsionsfläche (36; 86) für adhäsives Material (42) bereitstellt.
Verbundstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (12; 54; 70) mindestens zwei in der Dickenrichtung (d₁) des ersten Elements (12; 54; 70) beabstandete Adhäsionsflächen (32, 36; 86, 90) aufweist.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (14; 56; 72) mindestens zwei in der Dickenrichtung (d₂) des zweiten Elements (14; 56; 72) beabstandete Adhäsionsflächen (40a, 40b; 92, 96) aufweist.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Fügebereich (30a; 34a; 84, 88) des ersten Elements (12; 54; 70) als Überlappbereich ausgebildet ist, welcher das zweite Element (14; 56; 72) überlappt.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Fügebereich des zweiten Elements als Überlappbereich ausgebildet ist, welcher das erste Element überlappt.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (12; 54; 70) mindestens zwei in der Dickenrichtung (d₁) des ersten Elements (12; 54; 70) gegenüberliegende Überlappbereiche (30a, 34a; 84, 88) aufweist.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element mindestens zwei in der Dickenrichtung des zweiten Elements gegenüberliegende Überlappbereiche aufweist.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Fügebereiche (30a, 34a; 84, 88) des ersten Elements (12; 54; 70) das zweite Element (14; 56; 72) überlappen.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Fügebereiche (40a, 40b; 92, 96) des zweiten Elements (14; 56; 72) zwischen Fügebereichen (30a, 34a; 84, 88) des ersten Elements (12; 54; 70) angeordnet sind.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (14; 56; 72) zwischen Fügebereichen (30a, 34a; 84, 88) des ersten Elements (12; 54; 70) angeordnet ist.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenrichtung (d₁) des ersten Elements (12; 54; 70) und die Dickenrichtung (d₂) des zweiten Elements (14; 56; 72) im wesentlichen parallel sind.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (12; 54; 70) im wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (14; 56; 72) im wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mittelebene (18; 78) des ersten Elements (12; 54; 70) und eine Mittelebene (28; 80) des zweiten Elements (14; 56; 72) im wesentlichen zusammenfallen.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Adhäsionsflächen (32, 36; 86, 90; 40a, 40b; 92, 96) des ersten Elements (12; 54; 70) und/oder zweiten Elements (14; 56; 72) im wesentlichen symmetrisch zu einer Mittelebene (18; 78) des ersten Elements (12; 54; 70) liegen.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Adhäsionsflächen (32, 36; 86, 90; 40a, 40b; 92, 96) des ersten Elements (12; 54; 70) und/oder zweiten Elements (14; 56; 72) im wesentlichen symmetrisch zur Mittelebene (28, 80) des zweiten Elements (14; 56; 72) liegen.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (12; 54; 70) und/oder das zweite Element (14; 56; 72) aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist.
Verbundstruktur nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern im Faserverbundwerkstoff im wesentlichen senkrecht zur Dickenrichtung (d₁; d₂) des entsprechenden Elements (12; 54; 70; 14; 56; 72) orientiert sind.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei in der Dickenrichtung (d₁) des ersten Elements (12; 54; 70) beabstandete Schichten (44, 48) an adhäsivem Material vorgesehen sind.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Lasche (62; 66) durch eine Aufbiegung des entsprechenden Elements (12; 54; 70) hergestellt ist.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Laschen (62, 66) vorgesehen ist und Laschen (62, 66) des ersten Elements (12; 54) bezogen auf die Dickenrichtung (d₂) des zweiten Elements (14; 56) alternierend oberhalb und unterhalb des zweiten Elements (14; 56) liegen.
Verbundstruktur nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (62; 66) quer zur Dickenrichtung (d₁) des entsprechenden Elements (12; 54) getrennt sind.
Verbundstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (70) mindestens eine stirnseitige Ausnehmung (76) aufweist, an welcher mindestens zwei beabstandete Adhäsionsflächen (86, 90) gebildet sind.
Verbundstruktur nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (72) in der Ausnehmung (76) sitzt.