DE102009048420A1

DE102009048420A1 - Fügeverbund mit Leichtbau-Sandwichstruktur

Info

Publication number: DE102009048420A1
Application number: DE200910048420
Authority: DE
Inventors: Rudolf Horst
Original assignee: EDAG GmbH and Co KGaA
Current assignee: Diehl Service Modules GmbH
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2009-10-06
Publication date: 2011-04-21

Abstract

Fügeverbund, umfassend a) eine Leichtbau-Sandwichstruktur (1) mit einer ersten Folie (3), einer weiteren Folie (4) und einem zwischen den Folien (3, 4) befindlichen, die Folien (3, 4) auf Abstand haltenden Kernwerkstoff (5), b) eine weitere Struktur (2) mit einer Fügefläche (6), die mit einer Stirnseite der Leichtbau-Sandwichstruktur (1) einen Winkelstoß bildet, im Winkelstoß zwischen den Folien (3, 4) eine Ausnehmung (7) aufweist und mit der Leichtbau-Sandwichstruktur (1) längs des Winkelstoßes stoffschlüssig, vorzugsweise durch Klebung, gefügt ist, c) und einen den Winkelstoß überbrückenden Fixierpin (10), der zwischen die Folien (3, 4) undagt und die Leichtbau-Sandwichstruktur (2) durch Formschluss tangential zur Fügefläche (6) in wenigstens eine Richtung relativ zu der weiteren Struktur (2) fixiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fügeverbund von Strukturteilen, von denen wenigstens eines eine Leichtbau-Sandwichstruktur ist.
Leichtbau-Sandwichstrukturen, wie die Erfindung sie betrifft, haben einen Schichtaufbau mit zwei äußeren Deckfolien und dazwischen befindlichem, die Folien auf Abstand haltenden Kernwerkstoff. Auf diese Weise werden flächenhafte Strukturen erhalten, die bei geringem spezifischen Gewicht eine hohe Steifigkeit aufweisen. Als Kernwerkstoff kommen insbesondere Wabenstrukturen, Schaumstrukturen, Napfstrukturen und dergleichen in Betracht, jedenfalls Strukturen mit großem Hohlraumanteil, aber über die Fläche gesehen dennoch hoher Drucksteifigkeit. Einfache Sandwichstrukturen weisen den genannten dreischichtigen Aufbau auf. Zwischen den beiden äußeren Deckschichten kann oder können aber auch eine oder mehrere weitere Folie(n) und zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Folien jeweils eine Schicht eines Kernwerkstoffs angeordnet sein. Problematisch ist das Fügen von Sandwichstrukturen, wenn die Sandwichstruktur längs einer Stirnseite in einem T-Stoß, L-Stoß oder anderen Winkelstoß mit einem weiteren Strukturteil gefügt werden soll. Zum Einsatz gelangen insbesondere Klebeverfahren. Schwierigkeiten bereiten die Maßhaltigkeit des Fügeverbunds und die Belastbarkeit des gefügten Winkelstoßes, zumal Leichtbau-Sandwichstrukturen vor allem dort zum Einsatz gelangen, wo geringes Gewicht in Kombination mit hoher Belastbarkeit und Maßhaltigkeit gefordert ist, wie beispielsweise im Fahrzeugbau und insbesondere in der Luft- und Raumfahrt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Fügeverbund mit wenigstens einer in einem Winkelstoß gefügten Leichtbau-Sandwichstruktur mit hoher Maßhaltigkeit und Belastbarkeit zu schaffen und den Prozess des Winkelstoßfügens zu erleichtern.
Die Erfindung geht von einem Fügeverbund mit wenigstens einer Leichtbau-Sandwichstruktur der genannten Art und wenigstens einer weiteren Struktur aus, mit der die Sandwichstruktur längs einer ihrer Stirnseiten einen Winkelstoß bildet, vorzugsweise einen T-Stoß. Im Winkelstoß ragt die Sandwichstruktur von einer Fügefläche der weiteren Struktur ab, vorzugsweise rechtwinklig. Die Sandwichstruktur ist längs des Winkelstoßes stoffschlüssig mit der weiteren Struktur gefügt. Der Stoffschluss kann längs des Winkelstoßes punktförmig oder in anderer Weise durchbrochen ausgeführt sein oder sich vorzugsweise kontinuierlich über die Länge des Winkelstoßes erstrecken. Als Stoffschlussverbindung kommt insbesondere eine Klebeverbindung, grundsätzlich aber auch beispielsweise eine Schweißverbindung längs wenigstens einer der, vorzugsweise längs beider Deckfolien der Sandwichstruktur in Betracht.
Nach der Erfindung ist die Sandwichstruktur mittels wenigstens eines Fixierpins, der den Winkelstoß überbrückt, relativ zu der weiteren Struktur fixiert. Die gefügten Strukturen sind relativ zueinander tangential zur Fügefläche der weiteren Struktur in wenigstens eine Richtung durch Formschluss, nämlich mittels des Fixierpins, relativ zueinander fixiert. Vorzugsweise werden sie in zwei zur Fügefläche tangentiale und zueinander orthogonale Richtungen relativ zueinander fixiert und somit im Winkelstoß aneinander festgelegt. Der Stoffschluss fixiert die Strukturen orthogonal zur Fügefläche. Der Fixierpin ragt mit einem Ende zwischen die Folien der mit ihrer Stirnseite an die Fügefläche angesetzten Sandwichstruktur und mit einem anderen Ende in eine im Winkelstoß vorhandene Ausnehmung der Fügefläche der weiteren Struktur.
Ein erfindungsgemäßes Fügen erfordert zwar einen oder mehrere Fixierpin(s) als Zusatzteil(e), das Fügen der Strukturen als solches wird jedoch erleichtert. Mittels des Fixierpins können die Strukturen relativ zueinander in der Fügeposition einfacher als bisher in der geforderten Genauigkeit positioniert und in der Fügeposition für die Herstellung des Stoffschlusses auch einfacher gegeneinander gespannt werden, da der Fixierpin die stirnseitig an die weitere Struktur stoßende Leichtbau-Sandwichstruktur bereits in wenigstens eine Richtung tangential zur Fügefläche der weiteren Struktur fixiert. Legt der Fixierpin wie bevorzugt die Sandwichstruktur an der Fügefläche der weiteren Struktur in Bezug auf jede Richtung tangential zur Fügefläche fest, muss die Sandwichstruktur nur noch mit ihrer den Winkelstoß bildenden Stirnseite gegen die Fügefläche der weiteren Struktur gespannt werden bzw. in dem für die Herstellung des Stoffschlusses erforderlichen Kontakt oder gegebenenfalls sehr geringen Abstand gehalten werden.
Die wenigstens zwei Folien der Leichtbau-Sandwichstruktur können insbesondere Kunststofffolien sein. Der zwischen diesen Folien befindliche Kernwerkstoff kann geschäumter Kunststoff sein, bevorzugter handelt es sich um einen regelmäßig strukturierten Werkstoff mit Druck aufnehmenden Stegen und zwischen den Stegen verbleibenden, vorzugsweise von einer der Folien zur anderen durchgehend erstreckten Hohlräumen, beispielsweise eine Wabenstruktur oder eine Struktur mit Hohlräumen eines anderen Querschnitts. Als Material für die Stege kommt insbesondere Papier in Betracht. Das Papier kann mit einer feuerhemmenden Flüssigkeit getränkt oder nur bestrichen sein. Die Sandwichstruktur kann wie eingangs bereits erwähnt mehrschichtig mit mehreren Folien und jeweils dazwischen befindlichem Kernwerkstoff ausgeführt sein, wobei die Angaben zu bevorzugten Materialien für jede der mehr als zwei Folien und auch für jede der in solchen Ausführungen mehreren Schichten von Kernwerkstoffen gelten. Vorzugsweise sitzt der wenigstens eine Fixierpin in derartigen Ausführungen zwischen einer der Deckfolien und einer dieser nächstbenachbarten der weiteren Folien.
In bevorzugten einfachen Ausführungen ist die Sandwichstruktur jedoch nur dreischichtig, so dass die erste Folie und die zweite Folie jeweils eine äußere Deckfolie sind. Obgleich Sandwichstrukturen auf der Basis von Kunststoffmaterialien oder Kunststoffmaterialien für die Folien und ein Papier-Material für den Kernwerkstoff bevorzugte Ausführungsformen sind, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Eine, mehrere oder alle Folien der Sandwichstruktur können beispielsweise aus Metall bestehen. Grundsätzlich gilt das gleiche auch für den Kernwerkstoff. Die Erfindung ist auch für Sandwichstrukturen vorteilhaft, die Folien aus unterschiedlichen Werkstoffen, beispielsweise eine Folie aus Metall und eine andere aus Kunststoff aufweisen. In Bezug auf die Materialien der Folien und des Kernwerkstoffs ist die Erfindung daher nicht beschränkt. Für bevorzugte Verwendungen im Fahrzeugbau, insbesondere im Flugzeugbau, ist die Sandwichstruktur vorteilhafterweise zumindest über ihre äußere Oberfläche feuerhemmend. Anstatt für den Kernwerkstoff überall mit Harz getränktes Papier zu verwenden, kann der Kernwerkstoff auch nur aus Papier bestehen, das dann vorzugsweise allerdings an allen Stirnseiten feuerhemmend versiegelt ist, mit einem Lack, einem Kunstharz oder dergleichen.
Die weitere Struktur ist vorzugsweise ebenfalls eine Leichtbau-Sandwichstruktur, für die das zu der stirnseitig gefügten Sandwichstruktur Gesagte hinsichtlich des Aufbaus und des Materials in gleicher Weise gilt. In derartigen Ausführungen bildet eine der Deckflächen dieser weiteren Sandwichstruktur die Fügefläche. Die Ausnehmung für den Fixierpin ist in diesem Fall vorzugsweise ein Durchgang durch die betreffende Deckfläche. Der Durchgang kann insbesondere als überall runde, vorteilhafterweise kreisrunde Bohrung durch die betreffende Deckfolie ausgeführt sein. Ein Durchgang durch die Deckfolie dieser weiteren Sandwichstruktur ist zwar grundsätzlich nicht erwünscht, andererseits kann der Durchgang auf einfache Weise versiegelt werden, was vorteilhafterweise gleich durch den zwischen den Strukturen bestehenden Stoffschluss verwirklicht sein kann, gegebenenfalls auch durch ein zusätzliches Versiegelungsmittel.
Der Stoffschluss wird vorzugsweise mittels Klebstoff, durch Klebung, verwirklicht. Wird Klebstoff wie bevorzugt auf beiden Seiten des Winkelstoßes längs beiden Deckfolien der mit ihrer Stirnseite angesetzten Sandwichstruktur aufgebracht, schafft solch eine beidseitige Klebenaht vorteilhafterweise gleichzeitig auch eine Versiegelung für den Fixierpin und bei Ausführung der weiteren Struktur ebenfalls als Leichtbau-Sandwichstruktur insbesondere für den genannten Durchgang für den Fixierpin.
Der Fixierpin weist in einem zwischen die Folien der Sandwich-Struktur ragenden ersten Pinabschnitt eine Breite auf, die in bevorzugten Ausführungen zumindest im Wesentlichen dem Abstand zwischen den beiden Folien, also zumindest im Wesentlichen der Dicke des Kernwerkstoffs entspricht. Bevorzugt ist der Fixierpin mit seinem ersten Pinabschnitt auf Passung zum Spalt zwischen den Folien geformt. Er kann auch solch einen Querschnitt aufweisen, dass zwischen dem Fixierpin und den beiden Folien ein Reibschluss besteht, wobei die im Reibschluss wirkende Kraft bevorzugt allerdings nur so gering ist, dass die Folien nicht durch den Fixierpin auseinandergedrückt werden. Von Vorteil ist, wenn der Fixierpin auch im Kernwerkstoff auf Passung liegt, im Kernwerkstoff also eine entsprechende Ausnehmung für den Fixierpin vorhanden ist. Diese Ausnehmung kann vor der Platzierung des Fixierpins oder erst bei der Platzierung durch den Fixierpin selbst geschaffen werden.
Der Fixierpin ist in bevorzugten Ausführungsbeispielen in einem in die Ausnehmung der weiteren Struktur ragenden zweiten Pinabschnitt relativ zu einem Querschnitt der Ausnehmung auf Passung oder auf ein geringes Spiel geformt, so dass er zwar einerseits leicht in die Ausnehmung eingeführt, aber im eingeführten Zustand eng von der Ausnehmung eingefasst wird, um eine möglichst spielarme Fixierung in jede Richtung tangential zur Fügefläche dieser weiteren Struktur zu erhalten.
In besonders bevorzugten Ausführungen wirkt daher der Sitz des Fixierpins an der zu fügenden Stirnseite der Sandwichstruktur für diese als Zentrierung, während der so an der Stirnseite zwischen den Folien zentrierte Fixierpin andererseits die Sandwichstruktur beim Ansetzen an die Fügefläche der weiteren Struktur relativ zu dieser positioniert. Bei der Herstellung der Stoffschlussverbindung wiederum muss wegen der Fixierung tangential zur Fügefläche allenfalls noch eine gewisse Druckkraft tangential zu der mit ihrer Stirnseite gefügten Sandwichstruktur ausgeübt werden. Der Fügeprozess wird somit erheblich erleichtert, ferner trägt der Fixierpin auch zur Stabilität der Verbindung im Winkelstoß bei.
Der Fixierpin weist in bevorzugten Ausführungen in grober Näherung die Form einer Reißzwecke oder eines Pilzes auf. In Längsrichtung gesehen weist er dementsprechend einen ersten Pinabschnitt mit größerem Querschnitt und einen zweiten Pinabschnitt mit demgegenüber geringerem Querschnitt auf. In bevorzugten Ausführungen bilden diese beiden Pinabschnitte bereits den Fixierpin im Ganzen. Die freien Stirnflächen des Fixierpins sind vorzugsweise plan und vorzugsweise orthogonal zu einer Längsachse des Fixierpins. Der Pinabschnitt größeren Querschnitts ragt vorzugsweise zwischen die Folien der mit ihrer Stirnseite gefügten Sandwichstruktur und der Pinabschnitt geringeren Querschnitts in die Ausnehmung der weiteren Struktur. In bevorzugten einfachen Ausführungen ist der Querschnitt jedes der genannten Pinabschnitte in Längsrichtung konstant, d. h. die beiden Pinabschnitt sind zylindrisch. Besonders bevorzugt sind beide Pinabschnitte kreiszylindrisch. Der schlankere zweite Pinabschnitt ragt vorzugsweise zumindest im Wesentlichen zentrisch vom ersten Pinabschnitt ab, bevorzugt sind die Pinabschnitte konzentrisch. Ein Fixierpin mit zylindrischen, insbesondere mit kreiszylindrischen Pinabschnitten kann preiswert aus einem Stangenmaterial gefertigt werden. Ein über seinen Umfang überall runder Querschnitt ist für den zweiten Pinabschnitt aber auch vorteilhaft im Hinblick auf die Zentrierung zwischen den Folien, da eine Passung zwischen diesem Pinabschnitt und den über den Kernwerkstoff voneinander beabstandeten Folien so am leichtesten erzielbar ist. Andererseits soll nicht ausgeschlossen werden, dass der Fixierpin in seinem zwischen die Folien ragenden ersten Pinabschnitt auch polygonal geformt sein kann, beispielsweise im Querschnitt rechteckig. Desweiteren ist auch denkbar, mehrere schlanke zweite Pinabschnitte in größeren Abständen voneinander an einem gemeinsamen ersten Pinabschnitt anzuordnen, also vom gemeinsamen ersten Pinabschnitt abragen zu lassen. Ein Fixierpin mit nur einem schlankeren Pinabschnitt, der von einem Pinabschnitt größeren Querschnitts abragt, wird jedoch bevorzugt.
Der Fixierpin kann vorteilhafterweise an wenigstens einem seiner beiden axialen Ende an einer um eine Längsachse des Fixierpins umlaufenden Stirnkanten angefast sein. Bevorzugt weist der Fixierpin eine umlaufende Fase an demjenigen Ende auf, mit dem er zwischen die Folien der an ihrer Stirnseite gefügten Sandwichstruktur ragt. Dies erleichtert insbesondere im Falle des bevorzugt auf Passung ausgelegten Fixierpins das Einführen zwischen die Folien, da die Fase bei dem Einsetzen, genauer beim Einführen, eine zentrierende Wirkung entfaltet. Alternativ oder vorzugsweise ergänzend kann der Fixierpin auch an seinem in die Ausnehmung der weiteren Struktur ragenden Ende eine um die Längsachse umlaufende, angefaste Stirnkante aufweisen. Dies erleichtert beim Fügen das Einführen in die Ausnehmung.
Der Fixierpin ist vorzugsweise aus einem Metallwerkstoff gefertigt, kann aber beispielsweise auch ein Kunststoffpin sein. Noch bevorzugter ist er aus einem Leichtmetall wie beispielsweise Aluminium oder Aluminiumbasislegierung gefertigt.
Die Sandwichstruktur, und soweit die weitere Struktur ebenfalls eine Sandwichstruktur ist, auch diese, ist oder sind wie bereits erwähnt flächenhaft. Sie können insbesondere plan, also Platten sein. Die Sandwichstruktur oder -strukturen kann oder können aber auch ein- oder mehrdimensional gewölbte Strukturen sein. Die mit der Stirnseite gefügte Sandwichstruktur erstreckt sich zu der Fügefläche der weiteren Struktur vorzugsweise orthogonal in den Winkelstoß.
Bevorzugte Geometriemerkmale der wenigstens einen Leichtbau-Sandwichstruktur und des Fixierpins sind wie folgt: Die Folien weisen jeweils vorzugsweise eine Dicke von höchstens 2 mm, bevorzugt höchstens 1 mm auf. Die Stärke der Sandwichstruktur über alles beträgt vorzugsweise höchstens 5 cm, bevorzugter höchstens 3 cm, wobei mit geringer werdender Gesamtdicke vorzugsweise auch die Dicke der Folien abnimmt. Der Fixierpin weist eine Länge über alles von vorzugsweise höchstens 40 mm, bevorzugter höchstens 20 mm auf. Die genannten Pinabschnitte können in etwa gleich lang sein. Im Falle unterschiedlicher Längen beträgt das Längenverhältnis vorzugsweise höchstens 2:1, d. h. einer der beiden Pinabschnitte ist vorzugsweise höchstens doppelt so lang wie der andere. Die größte Breite des schlankeren Pinabschnitts beträgt vorzugsweise höchstens 10 mm, bevorzugter höchstens 6 mm. Die größte Breite des Pinabschnitts größeren Querschnitts beträgt vorzugsweise höchstens 40 mm, bevorzugter höchstens 30 mm. Ist die weitere Struktur wie bevorzugt ebenfalls eine Leichtbau-Sandwichstruktur, gelten die zur stirnseitig gefügten Sandwichstruktur gemachten Ausführungen auch für diese weitere Sandwichstruktur, natürlich unter der Maßgabe, dass die weitere Sandwichstruktur am Winkelstoß mit einer ihrer Flachseiten, der Fügefläche, beteiligt ist und dort wenigstens eine Ausnehmung, vorzugsweise einen Durchgang durch eine ihrer beiden Deckflächen aufweist.
Längs des Winkelstoßes sind in bevorzugten Ausführungen in Abständen nebeneinander mehrere Fixierpins in der geschilderten Weise angeordnet. Die Fixierpins sind vorzugsweise untereinander gleich. Sie weisen vorzugsweise nur einen einzigen schlanken und vorzugsweise nur einen einzigen demgegenüber breiteren Pinabschnitt auf. Die Abstände zwischen nächstbenachbarten Fixierpins betragen vorzugsweise wenigstens 5 cm. Die Abstände betragen vorzugsweise höchstens 50 cm.
Die Erfindung ist vorteilhaft insbesondere für den Fahrzeugbau, beispielsweise zur Schaffung leichter, aber dennoch stabiler Kabinen oder anderer Einbauten in Booten, Schiffen, Landfahrzeugen einschließlich Schienenfahrzeugen oder insbesondere Luftfahrzeugen oder mit Vorteil auch Raumfahrzeugen. Sie ist aber nicht auf Verwendungen im Bereich von Inneneinrichtungen beschränkt, sondern kann auch zur Schaffung von Verkleidungen oder auch tragenden Strukturen eingesetzt werden. Sie eignet sich aber beispielsweise auch zum Bau von Container und Behältern anderer Art, um nur bevorzugte Verwendungsbeispiele zu nennen.
Vorteilhafte Merkmale werden auch in den Unteransprüchen und deren Kombination offenbart. Es können auch Teilmerkmale der Unteransprüche von Vorteil sein.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Figuren erläutert. Am Ausführungsbeispiel offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder Merkmalskombination den Gegenstand der Erfindung vorteilhaft weiter. Es zeigen:
1 eine Leichtbau-Sandwichstruktur mit einer in einem Winkelstoß zu fügenden Stirnseite,
2 eine Leichtbau-Sandwichstruktur, mit der die Sandwichstruktur der 1 gefügt wird,
3 ein aus den Leichtbau-Sandwichstrukturen der 1 und 2 gebildeter Fügeverbund und
4 einen Fixierpin.
Die 1 und 2 zeigen eine Leichtbau-Sandwichstruktur 1 und eine weitere Leichtbau-Sandwichstruktur 2, die miteinander gefügt werden, um einen Fügeverbund 1, 2 zu schaffen, wie er beispielhaft in 3 dargestellt ist. Die Sandwichstrukturen 1 und 2 haben den gleichen Schichtaufbau mit insgesamt drei Schichten, nämlich jeweils zwei äußeren Deckfolien 3 und 4 und einem zwischen den Folien 3 und 4 befindlichen Kernwerkstoff 5, der über die Fläche gesehen eine Wabenstruktur oder eine vergleichbare andere regelmäßige Struktur, aber jedenfalls geringem spezifischen Gewicht aufweist. Die Deckfolien 3 und 4 sind wie bei Sandwichstrukturen üblich stoffschlüssig fest mit dem Kernwerkstoff 5 verbunden. Die Sandwichstrukturen 1 und 2 sind jeweils plane Platten. Sie werden zu dem in 3 dargestellten Fügeverbund miteinander gefügt und sind für eine Verwendung in einem Luftfahrzeug, beispielsweise in einer Flugzeug-Galley bzw. -Küche vorgesehen, um beispielsweise ein Compartment, genauer gesagt Seitenwände und Regalböden eines Compartments, zu bilden.
Im Fügeverbund sind sie miteinander einen Winkelstoß bildend stoffschlüssig fest verbunden. Die Sandwichstruktur 1 stößt im Winkelstoß mit einer ihrer Stirnseiten gegen eine von der Deckfolie 3 gebildete äußere Fügefläche 6 der Sandwichstruktur 2. Im Winkelstoß sind die Sandwichstrukturen 1 und 2 mittels eines Klebstoffs 9 miteinander verklebt, wobei der Klebstoff 9 wie in 3 angedeutet vorteilhafterweise längs des Winkelstoßes an den Stirnseiten der Folien 3 und 4 der Sandwichstruktur 1 eine kontinuierlich durchgehende Naht und an beiden Seiten eine kontinuierlich durchgehende Kehlnaht bildet und den Winkelstoß dadurch versiegelt.
Die Sandwichstrukturen 1 und 2 werden beim Fügen mittels mehrerer Fixierpins 10 relativ zueinander positioniert, so dass sie miteinander den Winkelstoß bilden, beispielhaft einen T-Stoß. Die Fixierpins 10 überbrücken den Winkelstoß und schaffen dadurch eine formschlüssige Fixierung der an ihrer Stirnseite gefügten Sandwichstruktur 1 auf der Fügefläche 6. Die Sandwichstruktur 1 ist mittels der Fixierpins 10 im Rahmen eines gegebenenfalls vorhandenen Spiels von vorzugsweise höchstens einigen Zehntel Millimetern in jeder Richtung tangential zur Fügefläche 6 fixiert. In der derart fixierten Fügeposition werden die Sandwichstrukturen 1 und 2 relativ zueinander gespannt. Wegen der Fixierung tangential zur Fügefläche 6 genügt es, wenn die Sandwichstrukturen 1 und 2 bei der Herstellung der Klebeverbindung mit einem gewissen Druck im Winkelstoß gegeneinander gedrückt werden.
1 zeigt die Sandwichstruktur 1 in einer perspektivischen Sicht auf diejenige Stirnseite, mit der die Sandwichstruktur 1 gefügt wird. Von der Sandwichstruktur 1 ist beispielhaft nur ein Eckbereich dargestellt, das Gleiche gilt für die in 2 in perspektivischer Sicht auf die Fügefläche 6 dargestellte Sandwichstruktur 2, und auch 3 zeigt nur einen Ausschnitt aus dem Fügeverbund.
Die Fixierpins 10 sind mit einem Pinabschnitt 11 größeren Querschnitts an der zu fügenden Stirnseite der Sandwichstruktur 1 zwischen den Deckfolien 3 und 4 in den Kernwerkstoff 5 eingesetzt. Neben dem gezeigten Fixierpin 10 ist in einem Abstand eine im Kernwerkstoff 5 gebildete Vertiefung 10' dargestellt, in die ein ebensolcher Fixierpin 10 erst noch eingesetzt wird. Die Vertiefung 10' kann durch das Einsetzen, d. h. durch Eindrücken mit der hierfür erforderlichen Kraft, oder bevorzugt im vorhinein auf andere Weise geformt werden. Der Pinabschnitt 11 jedes Fixierpins 10 ist im Querschnitt so bemessen, dass er mit geringem Spiel oder vorzugsweise auf Passung zwischen die Folien 3 und 4 ragt. Vorteilhaft ist ferner, wenn er mit leichtem Reibschluss im Kernwerkstoff 5 zwischen den Folien 3 und 4 sitzt, so dass er bereits aufgrund des Reibschlusses mit dem Kernwerkstoff 5 oder den Folien 3 und 4, was einen Reibschluss sowohl mit den Folien 3 und 4 als auch mit dem Kernwerkstoff 5 einschließen kann, gehalten ist und bei der Handhabung während des Fügeprozesses, beispielsweise beim Positionieren, nicht von der Stirnseite der Sandwichstruktur 1 abfällt, wenn die Sandwichstruktur 1 mit der Stirnseite nach unten gehalten wird. Der Pinabschnitt 11 schließt mit seiner im eingesetzten Zustand freien Schulter-Ringstirnfläche vorzugsweise bündig mit den stirnseitigen Rändern der Folien 3 und 4 ab oder steht geringfügig dahinter zurück. Vom Pinabschnitt 11 ragt ein schlankerer Pinabschnitt 12 zumindest im Wesentlichen parallel zu den Folien 3 und 4 nach außen vor. Im Ausführungsbeispiel ragt der Pinabschnitt 12 wie bevorzugt zumindest im Wesentlichen orthogonal zu der im Winkelstoß zu fügenden Stirnfläche der Sandwichstruktur 1 vor.
Die Fixierpins 10 wirken mit Ausnehmungen 7 zusammen die wie 2 zeigt, längs einer Linie jeweils in einem Abstand A nebeneinander in der Fügefläche 6 geformt sind. Im Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 7 jeweils als kreisrunde Bohrungen in der die Fügefläche 6 bildenden Deckfolie 3 geformt, beispielhaft als Durchgangsbohrungen durch die Deckfolie 3. Die Ausnehmungen 7 weisen jeweils ein gewisses Übermaß im Vergleich zu den schlanken Pinabschnitten 12 auf, um Fertigungstoleranzen und insbesondere Toleranzen bei der Positionierung der Fixierpins 10 an der Stirnseite der Sandwichstruktur 1 kompensieren zu können. Andererseits sorgen die Fixierpins 10 und Ausnehmungen 7 in ihrer Gesamtheit für eine zumindest im Wesentlichen spielfreie Fixierung der Sandwichstrukturen 1 und 2 aneinander. Die Fixierpins 10 und Ausnehmungen 7 weisen zum jeweils nächsten Nachbarn einen Abstand A von vorzugsweise wenigstens 5 cm und vorzugsweise höchstens 50 cm auf.
In 4 ist einer der Fixierpins 10 stellvertretend für die anderen in einer Seitenansicht und einer Stirnansicht dargestellt. Der Fixierpin 10 besteht aus den zwei kreiszylindrischen Pinabschnitten 11 und 12, die relativ zueinander konzentrisch sind. Der Durchmesser D₁₁ des Pinabschnitts 11 ist deutlich größer als der Durchmesser D₁₂ des Pinabschnitts 12. D₁₁ ist vorzugsweise wenigstens doppelt so groß, bevorzugter wenigstens dreimal so groß wie D₁₂. Der Durchmesser D₁₁ entspricht vorzugsweise zumindest im Wesentlichen dem Abstand D₅, den die beiden Deckfolien 3 und 4 der Sandwichstruktur 1 zwischen sich aufweisen. Die Länge L₁₀ des Fixierpins 10 beträgt vorzugsweise wenigstens 4 mm und ist vorzugsweise kleiner als 20 mm, bevorzugter kleiner als 15 mm. Die in Längsrichtung des Fixierpins 10 gemessene Länge L₁₁ des Pinabschnitts 11 größeren Querschnitts beträgt einige Millimeter, vorzugsweise zwischen 2 und 10 mm. Die Länge des Pinabschnitts 12 kleineren Querschnitts ist vorzugsweise so bemessen, dass dieser Pinabschnitt 12 im Winkelstoß, wenn der Fixierpin 10 mit seinem Pinabschnitt 11 vorzugsweise auf der Fügefläche 6 aufliegt, bis höchstens zur in 3 gegenüberliegenden Deckfolie 4 der Sandwichstruktur 2 reicht, diese also höchstens gerade berührt. Andererseits ist die Länge des Pinabschnitts 12 vorteilhafterweise wenigstens so groß wie die Dicke D₃ derjenigen Deckfolie 3, in die, vorzugsweise durch die der Fixierpin 10 mit seinem Pinabschnitt 12 im Winkelstoß ragt. In bevorzugten Beispielen hat der Pinabschnitt 12 eine Länge aus dem Bereich von 2 bis 10 mm.
Der Fixierpin 10 weist wie 4 zeigt, im Wesentlichen die Form eines Pilzes oder einer Reißzwecke auf, wobei der breite Pinabschnitt 11 und der schlanke Pinabschnitt 12 wie gesagt jeweils kreiszylindrisch sind und, wie 4 zeigt, die freien Stirnflächen an den. beiden axialen Enden und die ringförmige Stirnfläche in der beim Übergang vom Pinabschnitt 11 auf den Pinabschnitt 12 gebildeten Schulter vorzugsweise jeweils orthogonal zur zentralen Längsachse des Fixierpins 10 sich erstrecken. An seinen beiden stirnseitigen Enden ist der Fixierpin 10 an seinem äußeren Umfang um die Langsachse jeweils umlaufend angefast. Vorteilhaft ist insbesondere die Anfasung der endseitigen Stirnkante des Pinabschnitts 11, wodurch das Einsetzen des Fixierpins 10 in die vorzugsweise vorgeformte, vorteilhafterweise gefräste Vertiefung 10 (1) erleichtert wird.
Die am Beispiel eines der Fixierpins 10 dargestellten und erläuterten bevorzugten Merkmale weisen auch die weiteren Fixierpins 10 auf, von denen in den Figuren nur zwei dargestellt sind, beispielhaft auch für vorzugsweise vorhandene weitere Fixierpins 10. Zu den bevorzugten geometrischen Abmessungen ist noch nachzutragen, dass die Angaben zu den Längen und Durchmessern auch für anders geformte Fixierpins gelten, die keinen kreisrunden Querschnitt in einem oder beiden Pinabschnitten aufweisen, sondern beispielsweise im breiteren Pinabschnitt 11 im Querschnitt rechteckig sind. Anstelle des Durchmessers D₁₁ tritt in derartigen Modifikationen die zwischen den Folien 3 und 4 gemessene Breite des betreffenden Pinabschnitts.

Claims

Fügeverbund, umfassend a) eine Leichtbau-Sandwichstruktur (1) mit einer ersten Folie (3), einer weiteren Folie (4) und einem zwischen den Folien (3, 4) befindlichen, die Folien (3, 4) auf Abstand haltenden Kernwerkstoff (5), b) eine weitere Struktur (2) mit einer Fügefläche (6), die mit einer Stirnseite der Leichtbau-Sandwichstruktur (1) einen Winkelstoß bildet, im Winkelstoß zwischen den Folien (3, 4) eine Ausnehmung (7) aufweist und mit der Leichtbau-Sandwichstruktur (1) längs des Winkelstoßes stoffschlüssig, vorzugsweise durch Klebung, gefügt ist, c) und einen den Winkelstoß überbrückenden Fixierpin (10), der zwischen die Folien (3, 4) und in die Ausnehmung (7) der weiteren Struktur (2) ragt und die Leichtbau-Sandwichstruktur (2) durch Formschluss tangential zur Fügefläche (6) in wenigstens eine Richtung relativ zu der weiteren Struktur (2) fixiert.
Fügeverbund nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierpin (10) in einem zwischen die Folien (3, 4) ragenden Pinabschnitt (11) eine von Folie (3) zu Folie (4) gemessene größte Breite (D₁₁) aufweist, die zumindest im Wesentlichen dem Abstand (D₅) entspricht, den die Folien (3, 4) voneinander aufweisen, vorzugsweise mit den Folien (3, 4) auf Passung ist.
Fügeverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierpin (10) in einem in die Ausnehmung (7) ragenden Pinabschnitt (12) eine Breite (D₁₂) aufweist, die zumindest im Wesentlichen einer Breite der Ausnehmung (7) entspricht.
Fügeverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierpin (10) in der Ausnehmung (7) auf Anschlag oder vorzugsweise längs wenigstens einer zu einer Längsachse (L) des Fixierpins (10) orthogonalen Achse mit der Ausnehmung (7) auf Passung ist.
Fügeverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierpin (10) in einem zwischen die Folien (3, 4) ragenden ersten Pinabschnitt (11) einen größeren Querschnitt als in einem in die Ausnehmung (7) ragenden zweiten Pinabschnitt (12) aufweist.
Fügeverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierpin (10) einen zylindrischen, vorzugsweise kreiszylindrischen, ersten Pinabschnitt (11) mit einem ersten Querschnitt und einen davon axial abragenden zylindrischen, vorzugsweise kreiszylindrischen, zweiten Pinabschnitt (12) mit einem gegenüber dem ersten Querschnitt kleineren zweiten Querschnitt aufweist.
Fügeverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierpin (10) mit einem ersten Pinabschnitt (11) zwischen die Folien (3, 4) ragt und eine größte Breite des ersten Pinabschnitts (11) größer als die Länge (L₁₁) des ersten Pinabschnitts (11), vorzugsweise größer als die Länge (L₁₀) des Fixierpins (10) ist.
Fügeverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierpin (10) aus einem Metallwerkstoff, vorzugsweise Leichtmetall-Werkstoff, besonders bevorzugt auf Aluminiumbasis, gefertigt ist.
Fügeverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierpin (10) mit Reibschluss im Kernwerkstoff (5) sitzt.
Fügeverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (7), vorzugsweise der Winkelstoß, versiegelt ist, vorzugsweise durch den Stoffschluss.
Fügeverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Struktur (2) ebenfalls eine Leichtbau-Sandwichstruktur mit einer die Fügefläche (6) bildenden ersten Folie (3), einer weiteren Folie (4) und einem zwischen den Folien (3, 4) befindlichen, die Folien (3, 4) auf Abstand haltenden Kernwerkstoff (5) ist.
Fügeverbund nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (6) ein Durchgang, vorzugsweise eine Bohrung, durch die erste Folie (3) der weiteren Struktur (2) ist.
Fügeverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien (3, 4) höchstens 2 mm, vorzugsweise höchstens 1 mm, dick sind und überall einen Abstand aufweisen, der wenigstens achtmal so groß wie die Dicke (D₃, D₄) der gleich dicken Folien (3, 4) oder eine größte Dicke im Falle unterschiedlich dicker Folien (3, 4) ist.
Fügeverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass längs des Winkelstoßes nebeneinander mehrere solcher Fixierpins (10) einzeln angeordnet sind, vorzugsweise in einem Abstand (a) vom jeweils nächstbenachbarten Fixierpin (10), der wenigstens doppelt, vorzugsweise wenigstens viermal so groß wie eine in Längsrichtung des Winkelstoßes gemessene größte Erstreckung jedes der Fixierpins (10) ist.
Fügeverfahren zur Herstellung eines Fügeverbunds nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem a) an der zu fügenden Stirnseite der Leichtbau-Sandwichstruktur (1) der Fixierpin (10), optional ein weiterer oder mehrere weitere Fixierpins (10) zwischen die Folien (3, 4) eingesetzt wird oder werden, b) die Leichtbau-Sandwichstruktur (1) relativ zu der weiteren Struktur (2) in einer Fügeposition positioniert wird, in der der Fixierpin (10) oder die mehreren Fixierpins (10) jeweils in eine zugeordnete Ausnehmung (7) an der Fügefläche (6) der weiteren Struktur (2) ragt oder ragen, c) und vor oder nach dem Positionieren längs des Winkelstoßes Klebstoff (9) aufgetragen und die Klebeverbindung ausgehärtet wird, wobei die Leichtbau-Sandwichstruktur (1) und die weitere Struktur (2) vorzugsweise im Winkelstoß gegeneinander gespannt werden.