DE2141246A1 - Einsatz für Befestigungselemente, insbesondere zur Verwendung an Paneel korpern - Google Patents
Einsatz für Befestigungselemente, insbesondere zur Verwendung an Paneel korpernInfo
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Description
"Einsatz für Befestigungselemente, insbesondere zur Verwendung an Paneelkörpern"
Die Erfindung betrifft Befestigungselemente. Insbesondere betrifft die Erfindung Befestigungselemente, welche in Paneelkörpern von Honigwabenstruktur oder dergleichen als Verankerungskörper oder als Muttern einsetzbär sind.
Gefüge von Sandwich-Zeilstruktur gewinnen zunehmend an Bedeutung. Diese Gefüge bestehen im wesentlichen aus einem Paar
dünner Hauptlagen, welche auf den gegenüberliegenden Seiten eines leichten Kernes aus Zellgeftige von Honigwabenstruktur
angebracht sind. Der gesamte Aufbau kann aus Leichtmetall bestehen. Die Aussenhäute können auch aus Metallfolie oder
aus einem verstärkten herzförmigen Aufbau sein, so aus mit Harz imprägniertem Papier, aus faserverstärkten Harzen und
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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann
dergleichen. Ausserde» kann der gesamte Aufbau aus einem
verstärkten Harzmaterial hergestellt werden. So können die Aussenhäute aus einem dekorativen Gewebe bestehen, welches
mit Harz und dergleichen verstärkt ist. Diese Gefüge erweisen sich als besonders vorteilhaft, da sie ein günstiges
Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht besitzen. Die genannten Bauteile haben in zunehmendem Maße im Flugzeugbau, im
Bau von Satelliten bzw. Raketen, beim Bau von Wohnwagen, transportierbaren Häusern und in verschiedenen anderen Gebieten Verwendung gefunden.
Es ist bisweilen erforderlich, dekorative Abdeckungen, Paneelkörper, Befestigungen und dergleichen an dem Gefüge
von Honigwabenstruktur anzubringen. Da der Zellkern verhältnismässig bruchempfindlich ist, hat dies zu Problemen geführt. Es sind verschiedenartige Geräte bekannt, bei welchen
Einsatzkörper in Bohrungen des Zellgefüges eingeführt werden. Dabei werden zunächst die Bohrungen im Zellgefüge eingebracht, wonach man den Einsatz innerhalb der Bohrung verankert. Diese Einsätze sind normalerweise mit einem Innengewinde versehen und bilden eine Vorrichtung, um mittels
einer Schraube die gewünschten Abdeckungen, Platten oder Befestigungen am Zellgefüge anzubringen.
Befestigungseinsätze einer ersten Bauart werden nach Einführung in die Bohrung innerhalb derselben gespreizt, um
den Einsatz im Zellgefüge zu verriegah. Dies führt jedoch
zu Problemen, da die dünne Aussenhaut schwach ausgebildet und leicht zerformbar ist, Während der Spreizung des Einsatzes werden die Aussenhäute infolgedessen verbogen oder
permanent verformt.
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Ein weiterer als bekannt anzusehender Vorschlag besteht darin, den Einsatz nach Einführung in die im Zellgefüge
befindliche Bohrung mit dieser abzubinden. Dies geschieht durch Einspritzen eines Klebe- bzw. Bindemittels in die
den Einsatz umgebende Öffnung. Dieses Verfahren ist natürlich kompliziert und infolgedessen teuer. Der Einsatz wird
oft an seiner oberen Flanschfläche mit einem getrennten, zum Einspritzen des Klebemittels dienenden Loch versehen,
um Harz oder dergleichen als Bindemittel einzuspritzen. Es ist ein besonderes Werkzeug erforderlich, um das Einspritzen des Bindemittels oder des Harzes durchführen zu
können. Das Verfahren erweist sich auch aus diesem Grunde als teuer. Darüberhinaus ist es von Bedeutung, dass die
den Einsatz aufnehmende Bohrung vollständig gereinigt wird, um die erwünschte Abbindung zu erzielen und um den erforderlichen Zwischenraum für das Klebemittel zu erhalten·
Das Verfahren ist also ziemlich kompliziert, ist zeitaufwendig und erfordert getrennte Arbeitsschritte. Ein weiterer
Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Erfordernis, das Klebemittel getrennt zu lagern. Das Klebe- bzw. Bindemittel
weist ausserdem innerhalb der aufnehmenden öffnung eine
vergleichsweise lange Härtezeit auf. Ein weiterer Nachteil dieses als bekannt anzusehernsten Vorschlages besteht darin,
dass das Bindemittel ungleichförmig um den Einsatz verteilt wird, was von den jeweils freiliegenden Zellen an
der Bohrung und von der Lage der Bohrung innerhalb der Zellen abhängt. Dies kann zu Gewichtsungleichheiten des fertigem
Paneelgefüges führen. Darüberhinaus ist die Festmasse des Bindematerials verhältnismässig schwer im Vergleich zum
Zellgefüge selbst.
Ein weiterer Vorschlag ist in der US-Patentschrift 3 485
beschrieben. Demnach besteht der Einsatz aus einem Festkörper formbaren Harzmaterials. Dieser Befestigungseinsatz
ist jedoch teuer und schwierig herzustellen, da er mit einem
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das formbare Harzmaterial angebenden, Mehrere Öffnungen aufweisenden Gehäuse yersehen ist. Das Harzmaterial schäumt
durch die Öffnungen des Gehäuses in den aufnehmenden Zwischenraum, um die umgebenden Poren zu füllen.
Demgegenüber besteht der Einsatz nach der vorliegenden Erfindung aus einem Rohrteil, welcher mit einem Innengewinde
versehen sein kann und welcher in eine im Paneelkörper befindliehe Bohrung einführbar ist. Am Rohrkörper ist einstückig ein Kopfteil in Form eines Radialflansches angeordnet. Der Kopfteil ist vorzugsweise flach ausgebildet und
liegt über der Aussenhaut, welche die Bohrung in dem den
Einsatz aufnehmenden Paneelkörper umgibt. Der Aussendurch— messer des Rohrkörpers als auch die Unterseite des Flansch-Kopfteiles ist durch einen dünnen, festen BeIg bedeckt, welcher aus Polyamidharz und dergleichen bestehen kann. Dieses
Material schmilzt und beginnt bei Anlegen von Hitze zu fliessen. Der Belag kann vorzugsweise in Form einer getrennt
gefertigten Hülse bzw. aus einem Körper bestehen, welcher vor Verwendung fest auf das Befestigungselement aufgezogen
wird. Wenn ein erhitztes Werkzeug oder «in anderes Heizelement in den Befestigungseinsatz eingeführt wird, schmilzt
das Harz und verbindet sich entweder mechanisch oder chemisch oder mechanisch und chemisch am Paneelgefüge, was jeweils
vom Aufbau des Paneelkörpers und vom Material desselben abhängt. Der Aussendurchmesser des zylindrischen Körperteils
des Befestigungseinsatzes kann vorteilhafterweise mit Nuten versehen, gerieft oder auf andere Weis« bearbeitet sein, um
eine bessere Verriegelung zwischen dem Befestigungseinsatz und dem harzförmigen Material zu erzielen, wenn dieses Material geschmolzen wird.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind anhand
der beigefügten Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 der Zeichnungen ist eine Darstellung eines Paneelgefüges mit einem einzuführenden Befestigungseinsatz nach der vorliegenden Erfindungj
Fig. 2 ist die Darstellung eines Paneelgefüges mit eingeführtem Einsatz bei Verwendung eines Werkzeuges
zum Schmelzen des herzförmigen Belages;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines erfinduagsgemessen
Einsatzes Innerhalb eines Paneelgefüges|
Fig. k ist eine Schnittansicht von Linie k-k in Fig. 3I
Fig. 5 ist eine Unteransicht eines erfindtmgsgemässen
Einsatzes;
Fig. 6 ist eine Unteransieht einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung% und
Fig. 7» 8 und 9 sind weitere Ausführungsforraen des erfindungsgemässen
Einsatzes«,
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In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Paneelkörper 11 Bit einer oberen Aussenhaut 13 und einer unteren, parallelen Aussenhaut 15 dargestellt. Zwischen der Aussenhaut 13 und der
Aussenhaut 15 ist ein Ze11gefüge 17 abgebunden. Eine Bohrung
19 durchsetzt die obere Aussenhaut 13 und erstreckt sich in das Gefüge von Honigwabenstruktur. Die Bohrung erstreckt
sich bis knapp vor die untere Aussenhaut 15 bzw. Unterseite, so dass ein erfindungsgemässer Einsatz in die Bohrung eingeführt werden kann. Der Einsatz, welcher in Fig. 3 der
Zeichnungen im Querschnitt dargestellt ist, besteht aus einem Rohrteil 23 alt eines erweiterten, radial alt einea
Flansch versehenen Kopfteil 25· Der Kopfteil 25 ist einstückig ait dea Bohrteil geformt. Bei Einführung in die
Bohrung 19 liegt der Kopfteil 25 oberhalb der oberen Aussenhaut 13» Der Einsatz 21 trägt eine Bohrung 27 alt Innengewinde, in welches eine Schraube oder ein anderes Befestigungselement eingeschraubt werden kann.
Den Einsatz umgibt eine Hülse 29 aus einem geeigneten Klebebzw. Abbindungsaaterial. Die Hülse wird durch einen Bohrteil
30 und einen einstückig sich daran ansetzenden Radialflansch
31 gebildet. Der Radialflansch 31 liegt unterhalb des ait
einea Flansch versehenen Kopfteils 25 des Einsatzes. Die
Hülse 29 befindet sich also zwischen dea Einsatz 21 und der oberen Aussenhaut 13· Ia anderen Worten, die als Überzug anzusehende Hülse 29 ist aus einea Stück gefertigt und kann
vorzugsweise unter engea Sitz auf den Einsatz gezogen werden.
Aus diesea Grunde besitzt die Hülse ia wesentlichen die gleiche Gestalt wie der Einsatz.
Der Einsatz 21 befindet sich geaäss Fig. 2 der Zeichnungen
in seiner Bohrung 19· Ein Werkzeug 33 kann daraufhin in die Innengewindebohrung 27 des Einsatzes eingeführt werden, ua
diesen soweit zu erwärmen, dass das Material der Hülse 29
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schmilzt. Es können auch andere Heizmittel benutzt werden, um den Überzug der Hülse zu schmelzen, so beispielsweise
eine Quarzlampe.
Das feste Klebemittel kann aus verschiedenen Harzen gewonnen werden» Vorzugsweise werden jedoch Polyaraidharze
verwendet, so die verschiedenen Arten von Nylon, da diese einen Schmelzpunkt von 232°C aufweisen und sich entweder
chemisch oder mechanisch mit dem Gefüge von Honigwabenstruktur verbinden. Dies hängt jeweils vom Material des
Aufbaues ab. Die Polyamide werden ausserdem deshalb vorgezogen, weil sie verhältnismässig billig und stabil sind
und ohne weiteres in die gewünschte Form gebracht werden können. Ausserdes genügen sie den Erfordernissen der Nichtbrennbarkeit
bzw. erschwerter Flammenhildung, Erfordernisse,
welche beim Bau von Passagierflugzeugen bestehen. Es können auch Polyvinylacetate und Polyvinylchloride verwendet werden,
da auch sie bei Anlegen von Hitze schmelzen^ um die
erwünschten Ergebnisse zu erzielem® Der Einsatz wird vorzugsweise
mit nicht metallischen Gefügen bzw. Gebilden verwendet,
so mit Fiberglas iimS papi@Fv©3rstärkten Polyestern
und Phenolharzen, Mit Holz eiiaselaiiesslicla Balsa5 mit Schaumstoffen,
verstärkten Papieren, mit syi©s?.imprägiiierten Papieren
und dergleichen. Wenn die Ansseahaut oder das ZeIlgefüge
aus Metall besteht, dann existiert ein Problem bezüglich der Värmeverteilung, wenn das Werkzeug 33 am Einsatz
angelegt wird. Der erforderliche Schmelzpunkt kann nicht genau lokalisiert werden· Die Aussenhaut oder das Gefüge
von Honigwabenstruktur sind als Wärmeleiter zu wirksam, wenn sie aus Metall bestehen. Bei Verwendung genau lokalisierbarer
Heizmittel kann man jedoch den Einsatz mit Metallgefügen
verwenden.
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Wenn vorzugsweise Polyamid benutzt wird, hat es sich als zweckmässig erwiesen, eine Heiztemperatur beträchtlich
oberhalb des Schmelzpunktes von etwa 232°C anzulegen. So
wird vorzugsweise mit einer Heiztemperatur im Bereich von 422°C bis 532°C gearbeitet. Es hat sich erwiesen, dass
in diesem Temperaturbereich die Zugfestigkeit des sich ergebenden gekühlten Materials im Vergleich zur Erhitzung
bei geringeren Temperatur verbessert werden konnte. Die Steuerung der Temperatur ist jedoch als wasent lieb anzusehen,
um eine thermische Zerstörung des Gefüges zu verhindern.
Wenn Wärme am Material der Hülse 29 angelegt wird, dann beginnt das Material der Hülse gemäss Fig. h der Zeichnungen
entlang der Schnittwand 33 des Gefüges 17 von Honigwabenstruktur zu fliessen. Auf diese Weise erhält man eine mechanische Verfestigung und in gewissen Fällen auch eine
chemische Abbindung· Gemäss Fig. 3 der Zeichnungen dient die Lage 31 des Materials der Hülse dazu, den mit einem Flansch
versehenen Kopfteil 25 des Einsatzes 21 an der oberen Aussenhaut 13 abzubinden. Die Abbindung des aus Aluminium,
nicht rostendem Stahl oder dergleichen bestehenden Metall— einsatzes an der Aussenhaut und am Gefüge von Honigwabenstruktur geschieht durch mechanische Verriegelung oder Verbindung zwischen Harz und Einsatz. So wird die Oberfläche
des Einsatzes am Material der Hülse 29 vorteilhafterweise
aufgerauht, so durch Sandblasen oder dergleichen, um eine gute mechanische Verbindung bzw. Verriegelung zu erhalten.
Gemäss Fig. 6 der Zeichnungen kann der Körper 36 des Einsatzes 38 oval geformt und innerhalb der Hülse 29 eingesetzt
sein, so dass eine bessere Klemmwirkung an der einzuführenden Schraube erzeugt werden kann. Die ovale Form 23 wird
gewöhnlich dazu verwendet, die bessere Verriegelung oder Klemmwirkung der Einsätze mit den zugehörigen Schrauben zu
erreichen.
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Zn den Fig. 7-9 der Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsfernen
des Einsatzes dargestellt. Diese Ausführungsformen dienen insbesondere dazu, eine bessere Abbindung
oder Verriegelung der Hülse 29 am Einsatz zu erreichen. Gemäss
Fig. 7 der Zeichnungen sind am Umfang des Einsatzes 39 mehrere axial verlaufende Nuten 37 vorgesehen; diese Nuten
liegen an der aus Harz bestehenden Hülse 29 an. Wenn
das Material der Hülse 29 schmilzt, fliesst es in die Nuten 37 und bildet mit diesen eine Verriegelung. Aus den Fig. 7-9
der Zeichnungen ist gleichfalls zu entnehmen, dass der radiale
Teil bzw. die Schicht 31 der Hülse normalerweise nicht
bis zum Aussenumfang 41 des Einsatzes geführt ist. Wenn sich jedoch der Einsatz in seiner Position befindet und das
Harz gemäss Fig, 3 der Zeichnungen geschmolzen igt, dann
fiiesst das Harz nahezu bis zur Aussesteas.te des Einsatzes·
Gemäss Fig. 8 der Zeichnungen ist dar Körper ö@s Einsatzes
42 zur Erzielung einer guten Verbindung aa <ä@r clnreM Bezugsnummer
43 bezeichneten Stelle geri@ft oder gerändelt. Wie
sich ferner aus Fig. 8 der Zeichnungen ergibt s weist das
untere Ende 45 des Einsatzes einen lamenradims auf 9 welcher
als Anschlag für die Einführung der Schraube sliest« Bei gewissen
Anwendungsfällen erweist es sieh als insbesondere
zweckmässig, das Ende des Befestigimgs@lns&is@a festzulegen
bzw. anzuzeigen, da dieser innerhalb des FsraaelkoTpers eingebettet
ist. Es würde sonst die Möglichkeit bestehen, dass
eine Schraube über das Ende des Bef©stigioigs®iBS&ts©s umdi
durch die gegenüberliegende Wand feig&cltirchgedrfie&i würde„
Wenn also ein einfacher Innenra&ius 45 am Enü® ü&s Einsatzes
angeordnet ist, besitzt dieser Radius einen Anschlag für die Schraube bzw« zeigt das Ende des Einsatzes
- ίο -
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Fig. 9 der Zeichnungen stellt mehrere am Umfang sich erstreckende Nuten oder Gewindegänge 47 dar. Diese Gewindegänge verlaufen zur Erzielung der gewünschten mechanischen
Verriegelung am Aussenumfang des Einsatzes 48,
Die Ausführungsformen wurden unter Bezug auf einen Einsatz beschrieben, welcher ein Innengewinde aufweist, um eine
Schraube oder eine andere Verrichtung zur Befestigung von Gefügen oder dergleichen direkt aufzunehmen. Selbstverständlich kann der Einsatz auch so ausgebildet sein, dass
er eine frei drehbare Mutter aufweist, eine bauliche Lösung, welche zum Zwecke einfacherer Verstellung an Sandwich-Bauteilen oft zur Anwendung gebracht wird. In diesem Fall
ist der Einsatz dem dargestellten vergleichbar und weist die neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung bei Verwendung einer schmelzbaren Hülse auf. Innerhalb des Einsatzes befindet sich jedoch getrennt davon eine frei drehbare bzw. bewegbare Mutter»
Die aus Harz bestehende Hülse kann, wie bereits ausgeführt, als getrennt vorgeformtes Element gefertigt werden, welches
nach seiner Fertigung unter engem Sitz auf den Einsatz aufgezogen wird. Natürlich kann die Hülse auch als Film oder
Folie auf den Einsabz aufgegossen werden·
Der vorangehenden Beschreibung ist zu entnehmen, dass der Einsatz eine einfache und billige Vorrichtung darstellt,
um eine Befestigung an Sandwich-Gefügen bzw. Sandwich-Paneelkörpern zu erzielen. Für die Abbindung des Einsatzes
sind im Rahmen der Erfindung die geeigneten Materialien für die Sandwich-Gefüge und den Einsatzkörper zu bestimmen.
Die einzige Begrenzung bei der Auswahl des Harzmaterials besteht darin, dass dieses Material bei einer Temperatur
oberhalb der Umgebungstemperatur schmilzt und eine Abbindung
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herbeiführt, ohne dass diese erhöhte Temperatur das Paneelgefttge
selbst zerstört. Vorzugsweise wird das Material so gewählt, dass es nicht leicht brennt, keinen zu tiefen
Flammpunkt aufweist, keinen Bauch erzeugt und dergleichen. Aus diesem Grunde erweisen sich Polyamide als am besten geeignet.
Die einzelnen Erfordernisse verändern sich natürlich je nach den gesetzten Einsatzbedingungen und sind bei
Verwendung an Paneelkörpern für Flugzeuge strengeren Bestimmungen unterworfen als bei Einsatz in anderen Gebieten.
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Claims (14)
1.) Einsatz für BefestigungseleHente bei Verwendung an
einem in Sandwich-Weise gefertigten Paneelkörper, welcher
durch im Abstand zueinander befindliche Aussenhäute und durch einen zwischen den Aussenhäuten befindlichen Kern
geringer Dichte gebildet ist, wobei der Einsatz in eine im Paneelkörper befindliche Bohrung einsetzbar ist, dadurch
gekennzeichnet, dass der Einsatz durch einen Rohrteil (23) und durch einen einstückig an einem Ende des Rohrteiles
angesetzten Kopfteil (25) in Form eines Radialflansches gebildet ist, und dass ein Belag (29) eines festen, schmelzbaren Materials wenigstens einen Teil des in den Rohrteil
übergehenden Kopfteiies bedeckt, um den Einsatz mit dem
Paneelkörper zu verbinden.
2. Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mit einem Innengewinde versehen ist.
3« Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfteil flach ausgebildet ist.
4. Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das feste,schmelzbare Material aus Harz besteht.
5. Einsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz durch Polyamid gebildet ist.
6. Einsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das dem radial sich erstreckenden Kopfteil gegenüberliegende Ende des Rohrteils radial nach innen gerichtet in Form
eines reduzierten Innendurchmessers eingeengt ist.
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7. Einsatz nach Anspruch J3", dadurch gekennzeichnet, dass
der Bohrteil des Einsatzes und der als Radialflansch ausgebildete Kopfteil desselben durch eine Hülse (29) bedeckt
sind, welche als Rohrkörper den Rohrteil des Einsatzes umfasst und sich gleichzeitig unterhalb des Einsatzkopfteiles erstreckt.
8. Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schicht vorgeformt ist.
9· Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schicht wärmeschmelzbar ist.
10. Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schicht aus schmelzbarem Material eine Hülse (29) bildet und dass die Hülse den Rohrteil des Einsatzes uacchliesst
und sich wenigstens unter einem Anteil des Einsatzkopfteiles erstreckt.
11. Einsatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die Hülse aus festem, schmelzbarem Material getrennt als Bauteil geformt und unter engem Sitz auf den Einsatz aufgezogen ist.
12. Einsatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens die Aussenflftohe des Rohrteiles aufgerauht ist,
um nach Schmelzung der Hülse eine mechanische Abbindimg mit dieser zu erzielen*
13· Einsatz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, das·
an der Aussenflache des Einsatzrohrteiles Nuten vorgesehen
sind.
14. Einsatz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, das·
die Aussenflache des Einsatzrohrteiles gerieft ist·
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