DE2533342A1

DE2533342A1 - Verbindung von mindestens zwei elementen mittels stiften und verkleben

Info

Publication number: DE2533342A1
Application number: DE19752533342
Authority: DE
Inventors: Michel Jean Auguste Renouf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-08-01
Filing date: 1975-07-25
Publication date: 1976-02-12
Also published as: BE832050A; FR2280819B1; FR2280819A1; GB1515678A; NL7508726A

Description

Michel,Jean Auguste RENOUF

119» rue Raynel

50 TOURLAVILLE / Frankreich

Unser Zeichen: R 867

Verbindung von mindestens zwei Elementen mittels Stiften und Verkleben

Der Bau von Baukörpern mit sehr großen Abmessungen, wie Schiffe mit einer Länge von 50 i, aus verstärktem Kunststoff erfordert die Erhöhung der Steifheit großer Flächen und hierzu die Verwendung eines umfangreichen Versteifungssystems an der Innenfläche des Rumpfes.

Ein Verfahren besteht in der Anbringung von Sl -förmigen Profilteilen an der zu versteifenden Fläche.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß diese Technik für Platten, die eine geringe Stärke haben und nicht

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stark belastet sind, ausreichend ist, jedoch bei stark beanspruchten Baukörpern mit großen Abmessungen keine ausreichende Kohäsion gewährleistet, wie es beispielsweise bei Schiffsrümpfen von der oben angegebenen Größe der Fall ist, die manchmal außerdem zu militärischen Zwecken dienen, was besonders strenge Festigkeitsvorschriften mit sich bringt.

Versuche haben gezeigt, daß die Festigkeit der verklebten Verbindung zwischen dem Versteifungselement und der dieses tragenden Platte sehr gering ist und von der Breite und der Stärke der Klebstoffschicht und von der Beschaffenheit der Verstärkungsgewebe und des Imprägnierungsharzes im wesentlichen unabhängig ist. Diese Festigkeit ist somit eine Konstante des Werkstoffs.

Ganz allgemein bildet der geringe Wert der Festigkeit der Verbindung von zwei Teilen aus verstärktem Kunststoff, die durch Verklebung oder mittels Imprägnierungsharz miteinander verbunden sind, ein beinahe unüberwindliches Hindernis für die Herstellung von sehr großen Baukörpern.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, durch das die Festigkeit von Klebverbindungen von Teilen aus verstärkten Kunststoffen oder ähnlichen Werkstoffen erhöht wird.und das die genannten Nachteile nicht aufweist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren erhält eine Klebverbindung eine Festigkeit, die das fünffache der Festigkeit einer einfachen Klebverbindung er-

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reichen kann.

Diese Festigkeit ist auch größer als die einer Schraubverbindung und einer Schraub- und Klebverbindung,wobei das Gewicht etwa zehnmal kleiner ist.

Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Verbindung von mindestens zwei Elementen, die aus einem Klebstoffilm, der zv/ischen zwei einander gegenüber angeordneten Flächen jeweils eines der beiden Elemente vorgesehen ist, aus mehreren zylindrischen Stiften, die in Aussparungen sitzen, die in gegenseitiger Entsprechung in den beiden Elementen vorgesehen sind, wobei jeder stift in einer Aussparung des einen Elements und in einer Aussparung des anderen Elements sitzt, und aus einem Klebstoffilm besteht, der zwischen der zylindrischen Fläche jedes Stiftes und den zylindrischen Flächen der Aussparungen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Element aus einem Profilteil mit mindestens zwei einen Winkel bildenden Schenkel besteht und an dem zweiten Element über die Fläche eines ersten Schenkels angeklebt ist, wobei die Aussparungen des ersten Elements aus dem ersten Element in Nähe der Spitze des von den beiden Schenkeln gebildeten Außenwinkels ausmünden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform münden die in dem ersten Element vorgesehenen Aussparungen im wesentlichen vollständig in der zur Verklebung dienenden Fläche des ersten Schenkels aus.

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Gemäß einem weiteren Merkmal durchqueren die in dem ersten Element vorgesehenen Aussparungen vollständig das erste Element und münden im wesentlichen in Nähe der Spitze des inneren Winkels des Winkelprofils aus.

Gemäß einem weiteren Merkmal sind die in mindestens einem der beiden Elemente vorgesehenen Aussparungen Sacklöcher und münden nur an einer Seite dieses Elementes aus.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindung,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbindung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Ausführungsform von Fig.1 und

Fig. 5 ein Diagramm, das die Ergebnisse von Versuchen mit der Ausführungsform von Fig. 4 zeigt.

Fig. 1 zeigt die Befestigung einer Rippe 1 an der Planke 2 eines Schiffes.

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Die Rippe 1 ist L-förmig und hat zwei Schenkel 3 und 4. Die Außenfläche 3a des Schenkels 3 ist gegenüber der Fläche 2a der Planke angeordnet und ist an dieser Fläche 2a mittels eines Klebstoffilmes 5, beispielsweise eines Epoxyd-Klebstoffs, angeklebt.

In der Rippe 1 ist eine zylindrische Aussparung 9 vorgesehen, die den Schenkel 3 dieser Rippe durchquert und einerseits etwa an der Spitze 7 des von der Fläche 3a und der äußeren Fläche 4a des Schenkels 4 gebildeten Außenwinkels und anderer seits an der Spitze 8 des von den inneren Flächen 3b und 4b der Schenkel 3 und 4 gebildeten Innenwinkels ausmündet.

Eine weitere zylindrische Aussparung 9 ist in der Planke 2 vorgesehen, und zwar in der Verlängerung der Aussparung 6. In diesen beiden Aussparungen sitzt mit einem geringen Spiel J in diametraler Richtung ein Stift Ί0, dessen Durchmesser etwas kleiner als der gemeinsame Durchmesser der Aussparungen 6 und 9 ist. Ein Klebstoffilm 11 aus demselben Klebstoff wie der Klebstoffilm 5 füllt den durch das Spiel J erzeugten leeren Raum zwischen dem Stift 10 und den Aussparungen 6 und 9·

Bei einer Abwandlung bestehen die Rippe und/oder die Planke aus einem verstärktem Kunststoff. In diesem Fall werden die Stifte zweckmaßigerweise in eines der miteinander zu verbindenden Elemente eingesetzt. Das zweite Element wird durch Auflegen von aufeinanderfolgenden, mit Harz imprägnierten Gewebeschichten gebildet, wobei jede Schicht zum Zeitpunkt

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der Aufbringung dieser Schicht durch den Stift durchbohrt wird.

Die Aussparung 9 ist ein Sackloch und mündet nur an einer einzigen Fläche der Planke 2 aus, und zwar an der zur Verklebung dienenden Fläche 2a.

Fig. 2 zeigt dieselbe Anordnung wie Fig.1, wobei jedoch zusätzlich ein zweites Profilteil benutzt wird, das ebenfalls L-förmig ist und zwei Schenkel und 13 besitzt. Die äußere Fläche 12a dieses L-förmigen Profilteils ist in der Verlängerung der Fläche 3a des Schenkels 3 der Hauptrippe angeordnet und die äußere Fläche 13a ist gegenüber der Fläche 4a des Schenkels 4 der Hauptrippe angeordnet. Der Schenkel 12 ist mit seiner Fläche 12a mit der Fläche 2a der Planke 2 verklebt, während der Schenkel 13 seinerseits mit seiner Fläche 13a mit der Fläche 4a verklebt ist, und zwar über Klebstoffilme 14- und 15 der oben beschriebenen Art.

Gemäß einer Abwandlung kann die Befestigung des zweiten, aus den Schenkeln 12 und 13 bestehenden Profilteils an der Planke 2 durch Stifte verstärkt werden, die gemäß den Stiften 10 ausgebildet sind.

Fig. 3 zeigt eine andere Abwandlung einer Planke 2 eines Schiffes, die durch -förmige Rippen 16 verstärkt ist. Hierbei werden mehrere Stifte 10 benutzt, die in einer Linie liegen und in einem etwa konstanten Schritt ρ angeordnet sind.

Die Bedeutung der Tatsache, daß die Aussparungen 6 entweder in der Fläche 4a oder in der Fläche 3a

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in Nähe der Spitze 7 ausmünden, ergibt sich aus Versuchen, deren Ergebnisse in Fig.5 zusammengefaßt sind. Dieses Diagramm zeigt die Änderung des Widerstandes R in Dekanewton pro Zentimeter Klebverbindung in Abhängigkeit von dem Abstand X zwischen der Fläche 4a und den Öffnungen, über welche die Aussparungen 9 in der Fläche 3a ausmünden. Der Abstand X ist in Fig.4 eingezeichnet. Die sich ergebende Kurve C der Änderung der Festigkeit zeigt, daß die Festigkeit R schnell abnimmt, wenn die Stifte in einem Abstand von der Spitze 7 eingesetzt werden. Die Festigkeit sinkt von 200 daN bei Stiften, die durch die Spitze 7 laufen, auf 150 daN in einer Entfernung von 10mm von der Spitze 7* auf 110 daN bei 30mm und schließlich bis auf 70 daN bei 80mm, was praktisch gleich der Festigkeit Ro einer einfachen Klebverbindung ist, die keinen Stift aufweist. Bei diesen Versuchen wurden Stifte mit einem Durchmesser von 4 mm benutzt.

Wenn die Stifte 10 die Fläche 4a jedoch in einem Bereich in Nähe der Spitze 7 durchqueren, bleibt die Festigkeit R hoch.

Die oben beschriebenen Verbindungen eignen sich besonders zur Herstellung von Schiffsplanken aus verstärktem Kunststoff oder aus Leichtmetalllegierungen (auf der Basis von Aluminium).

Die benutzten Stifte bestehen zweckmäßigerweise aus demselben Werkstoff wie die miteinander zu verbindenden Elemente. Sie können insbesondere aus Abschnitten von Stangen aus verstärktem Kunststoff bestehen. Sie können in praktisch beliebiger

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Weise einen kreisförmigen oder nicht kreisförmigen Querschnitt besitzen. Ihre Zylinderfläche kann
ebenso beliebig glatt oder nicht glatt sein. Schließlich können die Stifte mit oder ohne Kopf benutzt
werden.

Die Festigkeiten einer Verbindung gemäß Fig.1
betragen in Dekanewton (daN)/Zentimeter (cm) Länge der Verbindung bei einem Schritt ρ der Verstiftung : 200 daN bei Stiften von 4mm Durchmesser und ρ = 25mm, 250 daN bei Stiften von 6 mm Durchmesser und ρ = 25mm, 180 daN bei Stiften von 4 oder 6mm Durchmesser und

ρ β 50 mm,
160 daN bei Stiften von 4 oder 6mm Durchmesser und

ρ =.100mm und
97 bis 120 daN bei einer Kleb-und Schraubverbindung mit Bolzen von 16mm Durchmesser aus Stahl oder Messing und ρ = 150mm.

Der entsprechende Wert bei der Ausführungsform von Fig.2 beträgt 273 daN bei Stiften von 4 mm Durchmesser und ρ = 50mm.

Im folgenden werden die Vorteile der beschriebenen Verbindungen erläutert.

Bei der Lösung, die in einer Verstiftung und einer Verklebung der Stifte besteht, arbeiten die Klebverbindung und die Stifte bis zum Bruch gemeinsam, während bei einer eine Lösung, die-in einer Verklebung und einer Verschraubung besteht, der Bruch in zwei Takten auftritt: Zuerst Bruch der Verklebung und dann Bruch der Bolzen.

Bei einer Verstiftung können höhere Festigkeitswerte erreicht werden, und zwar insbesondere eine

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höhere Festigkeit gegen ein Herausreißen in Richtung der Pfeile F von Fig.1 und 2.

Andererseits durchqueren die Stifte bei den Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 nicht die Planke 2, so daß das Aussehen des Baukörpers nicht beeinträchtigt wird und keine Dichtungs- und Korrosionsprobleme auftreten.

Wenn die Stifte aus demselben Werkstoff wie die zu verbindende Elemente bestehen, so wird die Homogenität der Einheit beibehalten. Ferner ist die Gewichtseinsparung beträchtlich. Bei der getesteten Lösund beträgt die Masse der Stifte bei einem Schritt von 50 mm 7 g* während die Masse eines Bolzens aus Bronze mit einem Durchmesser von 16mm 200 g beträgt.

Schließlich sind die Kosten sehr niedrig und die Anbringung geht schnell vor sich.

Es ist insbesondere auf den überraschenden Einfluß des Abstandes X und auf die Bedeutung, welche die Anordnung der Stifte 10 in Nähe der Spitze 7 hat, hinzuweisen.

Diese Anordnung liegt tatsächlich nicht auf der Hand, da es in der Praxis der bisherigen Technik am einfachsten war, die Stifte 10 von der Spitze 7 entfernt anzuordnen. Es ist auf jeden Fall überraschend, daß die Stifte durch das Winkelprofil im Bereich der Spitze 7 hindurchgeführt werden, wo von vorne herein eine Konzentration von Spannungen zu erwarten wäre. Dies begründet den der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken und ihre Erfindungshöhe.

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Natürlich wird die Verklebung der Stifte 10 leichter und besonders wirksam, wenn die Aussparungen 6 nur in der zur Verklebung dienenden Fläche 3a und nicht in der Fläche 4a ausmünden, denn hierbei bleibt der in den Aussparungen 6 und 9 enthaltene Klebstoff in den Aussparungen und es besteht keine Gefahr, daß er aus diesen Aussparungen ausfließt, was bei einer in der Fläche 4a ausmündenden Aussparung geschehen könnte. Wenn die verklebten Elemente wie die Rippen 16 -förmig sind, sind die entsprechenden Flächen 4a außerdem nicht zugänglich, so daß eine gute Ausführung der Verklebung eines Stiftes, der eine derartige Fläche 4a durchquert, schwierig wäre.

Eine der wirksamsten und einfachsten Ausführungen ist die Anordnung der Aussparungen 6 gemäß den Ausführungsformen von Fig.1 und 2, bei denen die Aussparungen 6 einerseits vollständig in der zur Verklebung dienenden Fläche 3a und andererseits in Nähe der Spitze 8 des Innenwinkels des Winkelprofils ausmünden, wobei sie gegen die Fläche 3a etwa um 45° geneigt sind.

Anstelle der Ausführungsform von Fig.2, bei der zwei Profilteile vorgesehen sind, kann auch ein einziges T-Profilteil mit drei Schenkeln benutzt werden.

Derartige Verbindungen finden zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Unter ihnen seien zu nennen: Der Bau von großen Baukörpern, beispielsweise Schiffsrümpfen aus verstärktem Kunststoff mit einer Länge von 50m und mehr; die Herstellung von allen Arten

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von Baukörpern, die versteift werden sollen; die Verringerung des Gewichts von verklebten Baukörpern, wobei höhere Belastungen an den Verbindungsstellen möglich sind.

Anstelle der Klebstoffilme 5, 11, 14 und 15 können gleichwertige Einrichtungen benutzt werden. Wenn die miteinander zu verbindenden Elemente aus verstärktem Kunststoff bestehen, wird der Klebstoffilm durch das Harz zur Imprägnierung der Gewebe ersetzt.

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Claims

Patentansprüche

Verbindung von mindestens zwei Elementen, die aus einem Klebstoffilm, der zwischen zwei einander gegenüber angeordneten Flächen jeweils eines der beiden Elemente vorgesehen ist, aus mehreren zylindrischen Stiften, die in Aussparungen sitzen, die in gegenseitiger Entsprechung in den beiden Elementen vorgesehen sind, wobei jeder Stift in einer Aussparung des einen Elements und in einer Aussparung des anderen Elements sitzt, und aus einem Klebstofffilm besteht, der zwischen der zylindrischen Fläche jedes Stiftes und den zylindrischen Flächen der Aussparungen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß ein erstes Element (1) aus einem Profilteil mit mindestens zwei einen Winkel bildenden Schenkel (3 und 4) besteht und an dem zweiten Element (2) über die Fläche (3a) eines ersten Schenkels (3) angeklebt ist, wobei die Aussparungen (6) des ersten Elements (1) aus dem ersten Element in Nähe der Spitze (7) des von den beiden Schenkeln (3_?4-) gebildeten Außenwinkels ausmünden.
2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die in dem ersten Element (1) vorgesehenen Aussparungen (6) im wesentlichen vollständig in der zur Verklebung dienenden Fläche (3a) des ersten Schenkels (3) ausmünden.

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3. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem ersten Element (1) vorgesehenen Aussparungen (6) das erste Element vollständig durchqueren und im wesentlichen in Nähe der Spitze (8) des Innenwinkels der Schenkel ausmünden.
4. Verbindung nach einem der Ansprüche Λ und 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß die in mindestens einem (2) der beiden Elemente vorgesehenen Aussparungen (9) Sacklöcher sind, die nur in einer einzigen Fläche (2a) des Elementes ausmünden.