DE19925953C1

DE19925953C1 - Bolzenverbindung für Faserverbundstrukturen

Info

Publication number: DE19925953C1
Application number: DE19925953A
Authority: DE
Inventors: Boris Kolesnikov; Axel Herrmann; Arno Pabsch; Holger Wilmes
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2000-09-07
Anticipated expiration: 2019-06-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bolzenverbindung zur Übertragung von Querkräften in Faserverbundstrukturen, die wenigstens ein Bauteil (1) aus geschichteten Faserverbundwerkstoffen mit Öffnungen (10, 11, 12) für wenigstens eine im wesentlichen in Belastungsrichtung (F) angeordnete Längsreihe (2) von Bolzen aufweist, wobei die äußeren Öffnungen (11, 12) der Bolzenlängsreihe(n) (2) eine größere Weite als die dazugehörigen Bolzen (21, 22) und somit einen Zwischenraum (3) aufweisen, wobei im Zwischenraum (3) ein Futter (31) angeordnet ist, das einen niedrigeren Elastizitätsmodul als den des Faserverbundbauteils (1) hat. DOLLAR A Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Futter gefüllten Öffnung in einem Faserverbundbauteil für eine Bolzenverbindung, gekennzeichnet durch die Schritte: Einbringen der Öffnung in das Faserverbundbauteil in der gewünschten Form, planebenes Abschließen der Öffnung entlang der Oberfläche des Faserverbundbauteils unter Einschluß einzelner Kurzfasern oder einer Fasermatte, Injizieren des Matrixmaterials in die abgeschlossene Öffnung, zentrales Bohren der paßgenauen Bolzenöffnung in das ausgehärtete Futtermaterial.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bolzenverbindung zur Übertragung von Querkräften in Faserverbundstrukturen, die wenigstens ein Bauteil aus geschichteten Faser verbundwerkstoffen mit Öffnungen für wenigstens eine im wesentlichen in Belastungsrichtung angeordnete Längsreihe von Bolzen aufweist, sowie ein Herstellungsverfahren für die besonders ausgebildeten Öffnungen.

Für Faserverbundstrukturen bei der heute favorisierten Differentialbauweise tritt verstärkt das Problem der Kraftübertragung zwischen den einzelnen Baugrup pen auf. Zu diesem Zweck sind Bolzenverbindungen bekannt, die vergleichbar zur reinen Metallbauweise ausgebildet sind. Diese bekannten Verbindungsele mente sind jedoch aufgrund der starken Störung des Kraftflusses, besonders bei Verbunden mit hohem 0°-Anteil, für Faserverbundstrukturen weniger geeig net. Gegenüber dem reinen Faserverbund haben derartige Verbindungen er heblich geringere Tragfähigkeit. Die geringe Tragfähigkeit erklärt sich durch den Anstieg der Kerbspannung mit steigendem Anisotropiegrad, d. h. hohem 0°- Lagenanteil, und durch sinkende Lochleibungs- und Scherfestigkeit. Verstärkt wird die Problematik durch den Umstand, daß sich mit steigendem Anisotropie grad die Festigkeiten der Lochleibung und bei Zug-/Druckbeanspruchung ge genläufig verhalten.

Bolzenverbindungen bestehen im allgemeinen aus mehreren Bolzen. Diese Bol zen sind in Querreihen quer zur Belastungsrichtung und in Längsreihen parallel zur Belastungsrichtung angeordnet. Bei zwei miteinander verbundenen Bau gruppen läuft also jede Querreihe parallel zur Kante einer Baugruppe und eine Längsreihe senkrecht zur Kante. Im Fachsprachgebrauch nennt man eine aus mehreren Querreihen bestehende Bolzenverbindung unabhängig von der Zahl der Längsreihen eine "mehrreihige Bolzenverbindung".

Bei herkömmlichen mehrreihigen, also mehrere Querreihen aufweisenden, Bol zenverbindungen stellt sich eine nicht gleichmäßige Nietkraftverteilung ein. Ein Großteil der Last wird dabei über die äußeren Bolzen übertragen und zieht eine Verminderung der Festigkeit der gesamten Verbindung nach sich. Dies reduziert die gesamte Festigkeit und stellt zudem eine Gefahr dar, da ein Versagen der am höchsten belasteten äußeren Bolzen zu einem Versagen des gesamten Bauteils führt.

Es wurde daher versucht, durch eine Aufdickung des Flügelbereiches oder eine komplette Verstärkung der entsprechenden Bauteile ein Versagen der Verbin dung zu vermeiden. Beide Maßnahmen weisen eine Verminderung des spezi fischen Wirkungsgrades auf, da eine lokale Aufdickung neben einer aufwendi geren Fertigung und Nachteilen für das aerodynamische Profil vor allem Exzen trizitäten und somit Biegemomente, d. h. zusätzliche örtliche Belastungen, sowie höhere Klemmlängen nach sich zieht. Bei dünnen Tragflügelprofilen führt eine Aufdickung der Außenhaut zur Verminderung der Bauhöhe und somit ebenso zur Steigerung des Biegemomentes bezogen auf den gesamten Querschnitt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bolzenverbindung zur Übertragung der Querkräfte in Faserverbundstrukturen anzugeben, die eine Erhöhung der Trag fähigkeit der Bolzenverbindung bei gewichtsoptimierter Ausbildung aufweist. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung ein effizientes Herstellungsverfahren für die besondere Lochstruktur anzugeben.

Gelöst wird die vorrichtungsgemäße Aufgabe bei der eingangs genannten Bol zenverbindung dadurch, daß die äußeren Öffnungen der Bolzenlängsreihe(n) eine größere Weite als die dazugehörigen Bolzen und somit einen Zwischen raum aufweisen, wobei im Zwischenraum ein Futter angeordnet ist, das einen niedrigeren Elastizitätsmodul als den des Faserverbundbauteils hat.

Durch die Einfügung eines elastischeren Futters in den äußeren Öffnungen der Bolzenlängsreihen wird eine Verringerung der dortigen Belastung erreicht. Diese höhere Nachgiebigkeit an den äußeren Öffnungen gestattet eine effektivere Umverteilung der Kraftübertragung in den Bolzenlängsreihen. Folglich wird eine Verbesserung des Anschlußgütegrades der Bolzenverbindung zur Übertragung von Querkräften ermöglicht, so daß die hohen spezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten von modernen Faserverbundstrukturen effektiv auch am Verbin dungsbereich umgesetzt werden können. Wesentlichste Eigenschaft ist, daß eine Spannungsreduktion in den Faserverbundbauteilen im Bereich der Bolzen öffnungen erreicht wird.

Die Öffnungen oder Löcher für die Bolzen werden in der Fachsprache häufig auch als Bohrungen bezeichnet. Der Begriff Bohrung impliziert jedoch zugleich kreisförmige Querschnitte dieser Öffnungen. Die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt, es ist also möglich, die Öffnungen mit einem mehreckigen oder anders geformten Querschnitt zu versehen, wenn entsprechende Bolzen verwendet werden sollen.

Um eine gewünschte Steifigkeit der Gesamtverbindung zu erhalten, sind nur die mittlere oder die beiden mittleren Öffnung(en) einer Bolzenlängsreihe ohne Zwischenraum zu den zugehörigen Bolzen ausgebildet.

Dadurch, daß die Weite des Zwischenraumes mit dem Abstand von der/den mittleren Öffnung(en) zu den Außenseiten der Bolzenlängsreihe(n) wächst, wird eine gestaffelte, sich mit dem Abstand von den mittleren Öffnungen erhöhende Nachgiebigkeit in der Bolzenverbindung sichergestellt. Somit wird die Span nungskonzentration an den äußeren Öffnungen im wesentlichen stetig reduziert.

Bevorzugt sind dabei die mit Futter gefüllten Zwischenräume symmetrisch zur Mitte der Bolzenlängsreihe(n) ausgebildet.

Wenn die äußeren Öffnungen Langlochform aufweisen, wobei dessen lange Achse im wesentlichen entlang der Belastungsrichtung orientiert ist, wird in Be lastungsrichtung im Vergleich zu Kreislöchern oder Ellipsen der geringste Kerb spannungsfaktor erreicht. Dabei wachsen bevorzugt die Mittelpunktabstände der als Langlöcher ausgebildeten Öffnungen von der Mitte der Bolzenlängs reihe(n) nach außen, um eine nach außen steigende Nachgiebigkeit und somit harmonische Spannungsreduktion zu erreichen.

Dadurch, daß das Faserverbundbauteil im Verbindungsbereich einzelne, die dort angeordneten Faserverbundschichten substituierende Metallschichten auf weist, wird die Scher- und die Lochleibungsfestigkeit des Laminats im Verbin dungsbereich erhöht. Wichtig dabei ist, daß sich die Metallschichten auf den Bereich des Faserverbundbauteils beschränken und nicht in den Bereich des Futters hineinragen, da anderenfalls eine Spannungsreduktion an den äußeren Öffnungen nicht möglich wäre.

Um die zentrale Lastaufnahme im Verbindungsbereich zu verstärken ist es vor teilhaft, daß die Anzahl der Metallschichten in Belastungsrichtung zur Mitte der Verbindung zunimmt. Durch die zusätzliche Einlage von steifen Metallblechen im mittleren Teil der Verbindung kann darüber hinaus die Lastverteilung auf die äußeren Bolzen weiter herabgesetzt werden.

Ferner sollten in der Umgebung der äußeren Öffnungen die Metallschichten nahe der Oberflächen des Verbundbauteils angeordnet sein, um einen stetigen Übergang in die ohne Metallschichten ausgestatteten Faserverbundbauteile zu realisieren. Im Gebiet der äußeren Bolzen werden die Metallbleche über die Dicke des Laminates in den Bereichen des höchsten Bolzendruckes einge bracht. Mit Hilfe der Metallbleche kann die Lochleibungs- und Scherfestigkeit des Faserverbundbauteils im Verbindungsbereich erheblich gesteigert werden. Bevorzugt sind die Metallschichten Bleche aus Aluminiumlegierungen, Titanle gierungen oder Stahl.

Dadurch, daß die Steifigkeit der Bolzen in Belastungsrichtung zur Mitte der Ver bindung ansteigt, wird eine weitere Spannungsreduktion in den Faserverbund bauteilen im Bereich der äußeren Bolzenöffnungen erreicht. Dies kann durch einen zur Mitte einer Bolzenlängsreihe ansteigenden Bolzendurchmesser und/oder durch einen ansteigenden Elastizitätsmodul der Bolzen zur Mitte einer Bolzenlängsreihe erreicht werden.

Zur weiteren stetigen Angleichung der Kraftverteilung an der Bolzenverbindung kann der Elastizitätsmodul des Futtermaterials von der Mitte einer Bolzenlängs reihe nach außen abnehmen. Bevorzugt besteht das Material des Futters aus Kurzfasern mit Matrix oder aus regellosem Flies mit Matrix oder aus Dichtmasse. Weiter bevorzugt werden als Matrix Polymere und als Fasermaterial Glas-, Aramid- und/oder Kohlenstoffasern verwendet. Dabei wird die Steifigkeit des Futters über die Faserlänge, das Fasermaterial, das Matrixmaterial und den Faservolumengehalt eingestellt.

Wenn die äußeren Öffnungen beidseitig konisch verjüngend ausgebildet sind, wird das in dem Zwischenraum eingebrachte Futter sicher in der Öffnung fixiert.

Das Verfahren zur Herstellung einer Futter gefüllten Öffnung in einem Faserver bundbauteil für eine vorgenannte Bolzenverbindung zeichnet sich durch die Schritte aus: Einbringen der Öffnung in das Faserverbundbauteil in der ge wünschten Form, planebenes Abschließen der Öffnung entlang der Oberfläche des Faserverbundbauteils unter Einschluß einzelner Kurzfasern oder einer Fa sermatte, Injizieren des Matrixmaterials in die abgeschlossene Öffnung, zentra les Bohren der paßgenauen Bolzenöffnung in das ausgehärtete Futtermaterial. Mit diesem Fertigungsablauf wird eine Füllung des gesamten Hohlraumes mit dem gewünschten Futtermaterial sichergestellt. Durch die nach dem Aushärten des Matrixmaterials eingebrachte Öffnung zur Bolzenaufnahme kann eine hohe Paßgenauigkeit erreicht werden.

Dadurch, daß die Öffnung in Form eines beidseitig konisch verjüngenden Langloches ausgefräst wird, wird eine bessere Fixierung des Futtermaterials in der Öffnung im Faserverbundbauteil erreicht. Der Aushärtungsprozeß wird durch eine Erwärmung des Matrixmaterials, beispielsweise über Heizplatten, beschleunigt. Die Verteilung des injizierten Matrixmaterials in der abgeschlosse nen Öffnung wird verbessert, wenn beim Injizieren des Matrixmaterials Luft aus der abgeschlossenen Öffnung abgesogen wird.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegen den Zeichnungen detailliert beschrieben.

Darin zeigt:

Fig. 1 eine teils geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bol zenverbindung,

Fig. 2 eine ausschnittsweise Ansicht des Faserverbundbauteils mit ge schnitten dargestellten Bolzen in der in Fig. 1 definierten Ebene A-A,

Fig. 3 eine teils geschnittene Seitenansicht einer weiteren Ausführungs form der erfindungsgemäßen Bolzenverbindung,

Fig. 4 in vergrößertem Ausschnitt einen Querschnitt des Faserverbundbau teils der Fig. 3,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Spannungskonzentration an einer Bolzenverbindung,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Kraftverteilung entlang einer Bol zenlängsreihe und

Fig. 7a-d eine graphische Darstellung der Herstellungsschritte einer einen mit Futtermaterial befüllten Zwischenraum aufweisenden Öffnung für eine Bolzenverbindung.

In Fig. 1 ist in teils geschnittener Darstellung eine im wesentlichen mit einer Querkraft F belastete Bolzenverbindung zwischen einem geschnitten darge stellen Faserverbundbauteil 1 und einem weiteren Bauteil 4 dargestellt. Das Bauteil 4 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel das Faserverbundbauteil 1 zweischenklig umschließend ausgebildet und besteht beispielsweise aus Faser verbund oder Metall.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße lastreduzierende Ausgestaltung am Faserverbundbauteil 1 ausgebildet.

In Fig. 2 sind zwei parallel angeordnete Bolzenlängsreihen 2 und sechs dazu senkrecht verlaufende Bolzenquerreihen dargestellt. Jede Bolzenlängsreihe 2 besitzt also in diesem Ausführungsbeispiel jeweils sechs Bolzen 20, 21, 22. Die Bolzen sind durch entsprechende Öffnungen im Bauteil 4 und zugeordneten Öffnungen 10, 11, 12 im Faserverbundbauteil 1 geführt. Die Öffnungen 10, 11, 12 im Faserverbundbauteil 1 sind in unterschiedlicher Öffnungsweite und Form ausgebildet.

Die beiden mittleren Öffnungen 10 jeder Bolzenlängsreihe 2 sind als Kreislöcher paßgenau zum Einführen der zugeordneten Bolzen 20 ausgebildet. Die äußeren Öffnungen 11, 12 beiderseits der mittleren Öffnungen 10 sind als Langlöcher mit ihrer längeren Achse in Richtung der Belastungsrichtung F ausgerichtet aus gebildet. Dabei weisen die näher an den mittleren Öffnungen 10 angeordneten Langlochöffnungen 11 geringere Mittelpunktabstände als die ganz außen lie genden Öffnungen 12 auf. Somit ist die Länge der Langlöcher gemäß Darstel lung in Fig. 2 L₁ < L₂ bzw. L₆ < L₅. Die Ausgestaltung der Öffnungen 10, 11, 12 ist symmetrisch zur Mitte jeder Bolzenlängsreihe 2 ausgeführt.

Die in der Verbindung eingesetzten Bolzen 20, 21, 22 weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel sämtlichst gleichen Durchmesser auf. Zur Verstärkung der Spannungsreduktion an den äußeren Bereichen der Verbindung könnten gege benenfalls die Bolzen 21 und 22 aus einem Material mit einem geringeren Elastizitätsmodul als die mittleren Bolzen 20 gefertigt sein. Für eine gleichmäßig abgestufte Spannungsreduktion können die ganz außen liegenden Bolzen 22 aus einem Material mit gegen dem Material der weiter innen liegenden Bol zen 21 weiter verminderten Elastizitätsmodul hergestellt sein.

Durch die als Langlöcher ausgebildeten äußeren Öffnungen 11, 12 in dem Fa serverbundbauteil 1 bildet sich zwischen den dort eingefügten Bolzen 21, 22 und der jeweiligen Öffnungswandung im Faserverbundbauteil 1 ein Zwischen raum 3 aus. In den Zwischenraum 3 ist ein Futter 31 eingebracht. Das Futter 31 besteht aus einem Fasermaterial, das einen niedrigeren Elastizitätsmodul als den des Faserverbundbauteils 1 hat. Zur weiteren Verstärkung der Spannungs entlastungswirkung durch das zwischen Bolzen und Öffnungswandungen ein gefügte Futtermaterial 31 kann dieses in der weiter außen liegenden Öffnung 12 aus einem Material mit einem weiter verminderten Elastizitätsmodul bestehen.

In Fig. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die dort wiedergegebene Bolzenverbindung ist ähnlich zu der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausgestaltung ausgeführt. Einander entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Nachfolgend wird insbesondere auf die Unterschiede zum vorgenannten Ausführungsbeispiel eingegangen.

Das Faserverbundbauteil 1 weist ebenfalls langlochförmige äußere Öff nungen 11, 12 auf, wobei der Zwischenraum 3, der zwischen eingefügten Bol zen und Öffnungswandung aufgespannt ist, mit Futter bzw. Futtermaterial 31 ausgefüllt ist. Im Gegensatz zum erstgenannten Ausführungsbeispiel sind in der Bolzenver bindung Bolzen mit unterschiedlichem Durchmesser verwendet. Die mittleren Bolzen 20 weisen einen großen Durchmesser auf. Die benachbart dazu ange ordneten äußeren Bolzen 21 weisen einen mittleren Durchmesser und die an den Enden angeordneten äußeren Bolzen 22 einen kleinen Durchmesser auf.

Zur Verstärkung des Faserverbundbauteils 1 sind im Bereich der Bolzenverbin dung einzelne Laminatschichten bzw. Faserverbundschichten 13 durch Metallschichten 14 substituiert. Wichtig ist dabei, daß jede Metallschicht 14 von Laminatschichten 13 vollständig umschlossen ist und daß die Metallschichten 14 nicht in das Futter 31 mit nied rigerem Elastizitätsmodul hineinragen. Zur Mitte der Bolzenverbindung nimmt die Anzahl der Metallschichten 14 zu. Im Bereich der äußeren Bolzen 21, 22 sind die Metallschichten 14 im wesentlichen im äußeren Bereich, d. h. nahe der Oberfläche 15 des Faserverbundbauteils angeordnet. Im dargestellten Ausführungs beispiel sind elf Metallschichten 14 zwischen zwölf Faserverbundschichten 13 im zentralen Bereich der Bolzenverbindung in dem Faserverbundbauteil 1 an geordnet.

Fig. 5 zeigt schematisch die Spannungskonzentration in einem Faserverbund bauteil in der unmittelbaren Umgebung einer Öffnung einer Bolzenverbindung.

Im unteren Teil der Fig. 5 ist die Spannungskonzentration an einer einfachen Öffnung ohne Lastverteilungsfutter dargestellt. Die Spannung im Material des Faserverbundbauteils steigt bei entsprechender Querkraftbefastung in Rich tung F stetig bis zur Bohrlochleibung stark an.

Im Gegensatz dazu ist im oberen Teil der Fig. 5 die Spannungskonzentration an einer Öffnung 12 mit lastverteilendem Futter 31 bei der entsprechenden Belastung dargestellt. Die von der Krafteinwirkung im Material entstehende Spannung steigt bis an den Rand des Langloches stetig an, bricht beim Übergang in den mit Futtermaterial 31 befüllten Zwischenraum 3 ein und steigt bis zum Bolzen 22 erneut an, erreicht jedoch erheblich geringere absolute Werte.

Die erfindungsgemäß erwünschte Spannungsentlastung an den äußeren Öff nungen einer Bolzenlängsreihe ist in Fig. 6 graphisch dargestellt. Die Kraftver teilung ist jeweils nach oben aufgetragen, von links nach rechts dagegen sind die sechs Bolzen 22, 21, 20, 20, 21, 22 einer Bolzenlängsreihe 2 eingetragen. Eine herkömmliche Bolzenverbindung, wie sie im Metallbau verwendet wird, erzeugt bei einer Querkraftbelastung die mit X gekennzeichnete Lastverteilung an den Öffnungen im Faserverbundbauteil. Hier ist deutlich die starke Belastung und gegebenenfalls Überlastung der Außenbereiche der Bolzenverbindung zu erkennen.

Die Kraftverteilung bei gleicher Belastung bei erfindungsgemäßen Bolzenver bindungen ist mit den Kurven Y₁ bis Y₄ wiedergegeben. Die Kurve Y₁ zeigt die Kraftverteilung für eine Bolzenverbindung mit konstanter Nachgiebigkeit des Futters. Kurve Y₂ zeigt die Kraftverteilung bei einer Bolzenverbindung mit varia bler Nachgiebigkeit des Futters, Kurve Y₃ zeigt die Kraftverteilung einer Bolzen verbindung mit variabler Nachgiebigkeit und Steifigkeit des Futters und der Bol zen und Kurve Y₄ zeigt die Kraftverteilung einer Bolzenverbindung mit variabler Nachgiebigkeit und Steifigkeit des Futters, der Bolzen sowie zusätzlichen Me tallschichten. Aus Fig. 6 ist deutlich erkennbar, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen zu einer Entlastung der äußeren Bereiche in einem Faserverbund bauteil an einer Bolzenverbindung führen.

In den Fig. 7a bis d ist das Herstellungsverfahren einer mit Futtermaterial 31 ausgekleideten Öffnung 12 in vier Schritten dargestellt.

In Fig. 7a wird zunächst das zur Bolzenaufnahme erforderliche Langloch in das Bauteil eingebracht. Um ein sich beidseitig konisch verjüngendes Langloch zu erhalten, wird bevorzugt beidseitig eine entsprechend ausgebildete Nut gefräst. Das so erzeugte Langloch weist somit im mittleren Bereich der Öffnung eine kleinste Öffnungsweite auf, die sich zu beiden Seiten leicht erweitert.

In Fig. 7b ist die Herstellung des Futters 31 dargestellt. In die gem. Fig. 7a aus gebildete Langlochbohrung 12 werden einzelne Fasern oder ein regelloses Flies eingelegt und die Öffnung planeben an den Oberflächen 15 des Faserverbund bauteils 1 mit entsprechenden Platten 51 abgeschlossen. Um ein Heraus drängen des flüssigen Matrixmaterials zu vermeiden, wird zwischen Platte 51 und Oberfläche 15 des Faserverbundbauteils 1 eine Dichtung 52, beispielsweise aus einer Dichtungsmasse, aufgebracht. Auf einer Seite der Öffnung 12 weist die Platte 51 einen Zufuhrkanal 53 zum Einfüllen des Matrixmaterials auf. Um das überschüssige Luftvolumen entweichen zu lassen und gegebenenfalls abzusaugen, ist auf der anderen Seite der Öffnung 12 in der dort angeordneten Platte 51 ein Absaugkanal 54 vorgesehen.

Nach Abdichtung der Öffnung mit dem bereits eingelegten Fasermaterial wird dann das flüssige Matrixmaterial, beispielsweise ein reaktives Harz, durch den Zufuhrkanal 53 in den Hohlraum eingebracht. Gleichzeitig wird Luft am Absaug kanal 54 abgesogen. Um den Aushärtevorgang zu beschleunigen, können die Platten 51 als beispielsweise elektrisch beheizte Heizplatten ausgebildet sein. Nach Aushärten des eingepressten Matrixmaterials wird die aus den Bautei len 51 bis 54 bestehende Hilfsvorrichtung 5 entfernt und die Öffnung 12 ist mit polymerisiertem Futter 31 vollständig ausgefüllt, wie in Fig. 7c dargestellt.

Nun wird zentral im Langloch 12 eine Kreislochbohrung in das polymerisierte Futter 31 paßgenau zur Aufnahme des dieser Öffnung zugeordneten Bolzens eingebracht. Damit ist die Bolzenaufnahme mit lastverteilendem Futter 31, wie in Fig. 7d dargestellt, fertiggestellt.

Claims

1. Bolzenverbindung zur Übertragung von Querkräften in Faserverbundstruk turen, die wenigstens ein Bauteil (1) aus geschichteten Faserverbundwerk stoffen mit Öffnungen (10, 11, 12) für wenigstens eine im wesentlichen in Belastungsrichtung (F) angeordnete Längsreihe (2) von Bolzen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Öffnungen (11, 12) der Bolzenlängsreihe(n) (2) eine grö ßere Weite als die dazugehörigen Bolzen (21, 22) und somit einen Zwischenraum (3) aufweisen, wobei im Zwischenraum (3) ein Futter (31) an geordnet ist, das einen niedrigeren Elastizitätsmodul als den des Faserver bundbauteils (1) hat.

2. Bolzenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur die mittlere oder die beiden mittleren Öffnung(en) (10) einer Bol zenlängsreihe (2) ohne Zwischenraum (3) zu den zugehörigen Bolzen (20) ausgebildet sind.

3. Bolzenverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite des Zwischenraumes (3) mit dem Abstand von der/den mittle ren Öffnung(en) (10) zu den Außenseiten der Bolzenlängsreihe(n) (2) wächst.

4. Bolzenverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Futter (31) gefüllten Zwischenräume (3) symmetrisch zur Mitte der Bolzenlängsreihe(n) (2) ausgebildet sind.

5. Bolzenverbindung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Öffnungen (21, 22) Langlochform aufweisen, wobei dessen lange Achse im wesentlichen entlang der Belastungsrichtung (F) orientiert ist.

6. Bolzenverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunktabstände der als Langlöcher ausgebildeten Öffnun gen (11, 12) von der Mitte der Bolzenlängsreihe(n) (2) nach außen wachsen.

7. Bolzenverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserverbundbauteil (1) im Verbindungsbereich einzelne, die dort angeordneten Faserverbundschichten (13) substituierende Metallschich ten (14) aufweist.

8. Bolzenverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Metallschichten (14) in Belastungsrichtung (F) zur Mitte der Verbindung zunimmt.

9. Bolzenverbindung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umgebung der äußeren Öffnungen (11, 12) die Metallschich ten (14) nahe der Oberflächen (15) des Verbundbauteils (1) angeordnet sind.

10. Bolzenverbindung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschichten (14) Bleche aus Aluminiumlegierungen, Titanlegie rungen oder Stahl sind.

11. Bolzenverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit der Bolzen (20, 21, 22) in Belastungsrichtung (F) zur Mitte der Verbindung ansteigt.

12. Bolzenverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Bolzen (20, 21, 22) zur Mitte der Bolzenlängs reihe(n) (2) ansteigt.

13. Bolzenverbindung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastizitätsmodul der Bolzen (20, 21, 22) zur Mitte der Bolzenlängs reihe(n) (2) ansteigt.

14. Bolzenverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastizitätsmodul des Futtermaterials (31) von der Mitte der Bol zenlängsreihe(n) (2) nach außen abnimmt.

15. Bolzenverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Futter (31) aus Kurzfasern mit Matrix oder aus regellosem Flies mit Matrix oder aus Dichtmasse besteht.

16. Bolzenverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Öffnungen (11, 12) beidseitig konisch verjüngend ausge bildet sind.

17. Verfahren zur Herstellung einer Futter gefüllten Öffnung in einem Faserver bundbauteil für eine Bolzenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch die Schritte:

1. Einbringen der Öffnung in das Faserverbundbauteil in der gewünschten Form,
2. planebenes Abschließen der Öffnung entlang der Oberfläche des Faserverbundbauteils unter Einschluß einzelner Kurzfasern oder einer Fasermatte,
3. Injizieren des Matrixmaterials in die abgeschlossene Öffnung,
4. zentrales Bohren der paßgenauen Bolzenbohrung in das ausgehärtete Futtermaterial.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung in Form eines beidseitig konisch verjüngenden Langloches ausgefräst wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das injizierte Matrixmaterial erwärmt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß beim Injizieren des Matrixmaterials Luft aus der abgeschlossenen Öff nung abgesogen wird.