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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung
durch Einführen
eines fließfähigen Materials,
beispielsweise eines Kunstharzklebers, zwischen Bauteilen und insbesondere,
aber nicht ausschließlich,
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung
unter Benutzung eines Klebers, eines Dichtungsmittels oder eines
Füllstoffes
zwischen Flugzeugbauteilen.
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Klebeverbindungen
für strukturelle
Anwendungen benutzen im typischen Fall filmartige oder pastenartige
Kleber.
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Filmkleber
werden allgemein für
Hochleistungsanwendungen bevorzugt und sie sind leichter aufzubringen,
da sie bei Umgebungstemperatur eine geringe Haftung haben. Sie sind
jedoch schwieriger zu verarbeiten, da sie unter Druck erhitzt werden müssen, um
eine Verbindung herzustellen. Wenn Filmkleber benutzt werden, beträgt die optimale
Kleberdicke etwa 0,2 mm.
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Pastenartige
Kleber gibt es mit unterschiedlichen Viskositäten für verschiedene Anwendungen. Ein
bekanntes Verfahren, das einen pastenartigen Kleber benutzt, besteht
darin, den Kleber auf der Oberfläche
der zu verbindenden Bauteile aufzutragen und dann unter Benutzung
eines Formgesenkes die Bauteile so zusammenzubringen, dass ein Sandwichkörper mit
einem Kleber dazwischen gebildet wird. Die Bauteile müssen hierbei
sorgfältig
aneinandergefügt
werden, um Lufteinschlüsse
im Kleber zwischen den Bauteilen zu vermeiden. Auch sind die Bauteile
schwierig relativ zueinander auszurichten, und zwar wegen der klebrigen
thixotropischen Natur des benutzten Klebers. Die Bauteile müssen dann sorgfältig zusammengebracht
werden. Dieses Verfahren ist zeitaufwändig und außerdem sehr unschön in der
Anwendung, und es ist außerdem
unwirtschaftlich, da der Kleber von den übereinandergefügten Bauteilen
ausgequetscht wird, wenn sie zusammengebracht werden. Infolge der
Natur dieses Verfahrens ist es auch sehr arbeitsintensiv.
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Die
DE-A-26 35 641 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung,
bei dem zwei Bauteile benachbart zueinander derart angeordnet werden,
dass dazwischen ein Raum verbleibt, und es werden die Ränder des
Raumes mit einem Dichtungsglied überbrückt und
der Raum wird mit einem fließfähigen Material,
beispielsweise einem Kleber, durch Saugwirkung angefüllt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
Verfahren zur Verbindung von Bauteilen zu schaffen.
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Gemäß einem
Merkmal der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zur Herstellung
einer Verbindung zwischen zwei strukturellen Bauteilen, und dieses Verfahren
ist in Anspruch 1 gekennzeichnet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist besonders unkompliziert, und hierdurch hergestellte Aufbauten
können
auf einfache Weise mit Konstruktionstoleranzen hergestellt werden,
wobei die Differenz innerhalb des gefüllten Raumes aufgenommen wird. Außerdem ermöglicht das
erfindungsgemäße Verfahren,
die Vorbereitung, den Zusammenbau und die Aushärtung in nur einem Zyklus durchzuführen.
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Die
Benutzung des Dichtungskörpers
unterstützt
eine Halterung des Materials am Ort der Ränder des Raumes, aber der Dichtungskörper kann auch
das Profil des Materials an den Rändern bilden.
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Der
Dichtungskörper
kann als Gewebe ausgebildet sein, und es wird vorzugsweise in der Überbrückungsstellung
unter Benutzung von Fixierungsmitteln gehalten, beispielsweise eines
Kleberüberzugs
auf der Seite des Dichtungsgewebes. Das Gewebe kann stattdessen
dadurch an Ort und Stelle gehalten werden, dass es gegen die Bauteile
gefügt und
mit einem Dichtungsmittel, beispielsweise PR 1875 (Trademark), einem
Kleber oder einem Lack überzogen
wird. Bei dem vorliegenden Beispiel besteht das Dichtungsgewebe
aus einem Gewebeband, obgleich es auch aus anderem geeignetem Material
bestehen könnte.
Das Gewebeband kann aus Glasfasern oder Kohlenstofffasern bestehen.
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Die
Bauteile können
unter Benutzung einer Aufspannvorrichtung benachbart zueinander
positioniert werden.
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Es
ist zweckmäßig, Einlässe unten
und Auslässe
oben vorzusehen, um Hohlräume
im Kunststoff/Kleber und eine Porosität darin zu vermeiden.
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Pastenartige
Kleber werden häufig
dort benutzt, wo die Toleranzen der zu verbindenden Teile nicht
so kritisch sind, aber selbst dann wurden Kleberlinien (d. h. die
Dicke des Klebers oder der Klebeschicht zwischen den Bauteilen)
mit einer Größe von mehr
als 0,5 mm früher
nicht bei der Benutzung dieses Verfahrens empfohlen.
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Um
diesen Problemen zu begegnen, die bei Bauteilen mit geringer Toleranz
auftreten können, wird
ein Gewebe entsprechender Dicke in den Raum zwischen den Bauteilen
eingefügt,
bevor der Raum mit dem fließfähigen Material
ausgefüllt
wird. Diese Anordnung unterstützt
beträchtlich
die Schaffung einer festen Verbindungslinie, wo die Kleberlinie
eine beträchtliche
Dicke aufweist und die Notwendigkeit vermieden wird, ein als „Beilage" bezeichnetes Glied zwischen
die beiden Bauteile einzufügen.
Das eingeführte
fließfähige Material
imprägniert
das Gewebe. Bei der Benutzung des Gewebes wird der fertige Bauteil
analog zu einem kontinuierlich hergestellten Verbundkörper, wenn
auch zu verschiedenen Zeiten, ausgehärtet.
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Der
Faservolumenanteil für
die Verbindung kann etwa 2 bis 70% betragen, obgleich vorzugsweise
im Wesentlichen 30 bis 60% benutzt werden. Das Gewebe kann übereinandergefügte Lagen
aufweisen, derart, dass die Fasern einer Lage quer zu den Fasern
einer weiteren Lage verlaufen. Vorzugsweise haben die Fasern eine
Richtung in den übereinandergefügten Lagen
von +/– 45
Grad. Diese Orientierung ist federnd, und die Gewebestruktur ermöglicht eine einfache
Kunststoffinfusion durch diese Faserstruktur.
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Wenn
es notwendig ist, die Bauteile der Verbindung nach ihrer Herstellung
zu trennen, kann eine Freigabesubstanz auf eine Oberfläche des
Bauteils gefügt
werden, der den Raum definiert. Die Substanz kann ein herkömmliches
Dichtungsmittel oder eine Freigabeschicht sein. Diese Technik ermöglicht es, sehr
große
Flächen
wirksam gleichzeitig mit Beilagen zu versehen, während die Verbindung stattfindet,
wobei keine Beschränkungen
bezüglich
einer maximalen Dicke bestehen.
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Es
werden Kunstharze bevorzugt, die eine geringe Schrumpfung aufweisen
und einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) aufweisen
und hoch beanspruchbar sind, um Spannungen zu vermindern. Wenn ein
Gewebe benutzt wird, so wird dieses vorzugsweise den thermischen
Wärme-Ausdehnungskoeffizienten
(CTE) der Bauteile angepasst und unterstützt dadurch die Steuerung des
Gesamt-CTE, wodurch Spannungen vermindert werden. Bei durch Kohlenstofffasern
verstärkten Plastikmaterialien
(CFRP) besteht das Gewebe normalerweise aus der gleichen Kohlenstofftype,
während
bei Hybriden oder metallischen Konstruktionen Glas bevorzugt werden
kann, und zwar insbesondere, um irgendwelche galvanischen Korrosionsprobleme
zu vermeiden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel besitzt
wenigstens einer der Bauteile Vorsprünge, und das Verfahren besteht
darin, die Bauteile so aneinander zu fügen, dass ein Raum dazwischen
gebildet wird, wobei sich die Vorsprünge in den Raum hinein erstrecken
und das fließfähige Material
die Vorsprünge
umschließt,
wenn dieses in den Raum eingeführt
wird.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zur
Herstellung einer Verbindung, wobei das Verfahren erste und zweite Bauteile
vorsieht, von denen wenigstens eines mit Vorsprüngen versehen ist, wobei diese
Bauteile so benachbart zueinander angeordnet werden, dass ein Raum
dazwischen gebildet wird, in den sich die Vorsprünge hinein erstrecken, wobei
ein fließfähiges Material,
beispielsweise ein Kunststoffkleber, in den Raum eingeführt wird,
um die Vorsprünge
zu umschließen.
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Eines
der Bauteile kann die Vorsprünge
aufweisen, jedoch können
auch beide Bauteile Vorsprünge
besitzen. Wenn beide Bauteile Vorsprünge haben, ist es zweckmäßig, dass
die Vorsprünge
des einen Bauteils zwischen die Vorsprünge des anderen Bauteils eingreifen.
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Ein
gemäß der Erfindung
ausgebildetes Verfahren wird im Folgenden im Einzelnen anhand eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung beschrieben. In der
Zeichnung zeigen:
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1 ist eine schematische
Schnittansicht von zwei Flugzeugbauteilen, die durch ein erfindungsgemäßes Verfahren
verbunden werden sollen;
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2 zeigt die Bauteile nach 1 während der Ausfüllung des
Raumes mit einem Kunstharzkleber durch Ansaugen;
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3 zeigt die Bauteile gemäß 1, nachdem der Raum dazwischen
durch Saugwirkung mit einem Kunstharzkleber ausgefüllt ist;
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4 ist eine schematische
Schnittansicht von zwei anderen Flugzeugbauteilen, die durch ein erfindungsgemäßes Verfahren
verbunden werden sollen;
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5 zeigt die Bauteile nach 1, die gemäß einem
Verfahren nach der Erfindung verbunden werden sollen, wobei ein
Gewebe in den Raum dazwischen eingefügt ist;
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6 zeigt die Bauteile nach 4, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren
zu verbinden sind, wobei ein Gewebe in den Raum dazwischen eingefügt ist;
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7 ist eine schematische
Schnittansicht von zwei Bauteilen mit daran angeordneten Vorsprüngen, die
durch ein Verfahren nach der Erfindung verbunden werden sollen;
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8 ist eine schematische
Schnittansicht von zwei Bauteilen mit anders angeordneten Vorsprüngen, die
durch ein erfindungsgemäßes Verfahren
verbunden werden sollen; und
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9 zeigt die Bauteile gemäß 7, die gemäß einem
Verfahren nach der Erfindung verbunden werden sollen, wobei ein
Gewebe in den Raum dazwischen eingefügt ist.
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Gemäß 1 werden ein erstes und
ein zweites Flugzeugbauteil 10 bzw. 12 benachbart
zueinander derart angeordnet, dass ein Raum 14 dazwischen
verbleibt. Vorzugsweise werden die beiden Bauteile durch eine nicht
dargestellte Haltevorrichtung in ihrer Lage gehalten. Die Ränder 16 des
Raumes 14 werden durch Dichtungsbänder 18, 20 überbrückt. Die
Dichtungsbänder
sind auf einer Seite vorzugsweise selbstklebend, um an den Rändern des ersten
und zweiten Bauteils 10, 12 zu haften. Das Band 18 besitzt
einen Auslass 22, durch den eine Saugwirkung an den Raum 14 angelegt
werden kann, während
das Band 20 einen Einlass 24 besitzt, durch den
der Kleber einströmen
kann.
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Wie
aus 2 ersichtlich, wird
eine Düse 26 an
eine Kunststoffkleberquelle (nicht dargestellt) dichtend im Einlass 24 angeordnet.
Eine Düse 28,
an die der Unterdruck angelegt werden kann, ist dichtend im Auslass 22 vorgesehen.
Der an die Düse 28 angelegte
Unterdruck zieht den Kunststoff 30 durch die Düse 26 und
in den Raum 14, bis der Raum 14 mit Kunststoff
angefüllt
ist, wie dies 3 zeigt.
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Nachdem
der Zustand gemäß 3 erreicht ist, lässt man
das Kunstharz 30 setzen, oder es wird in geeigneter Weise
ausgehärtet.
Die Bänder 18, 20 bestehen
aus einem Gewebeband, beispielsweise aus Glasfasern oder Kohlenstofffasern.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass durch die Einführung des Kunststoffklebers
durch Einsaugen und durch Benutzung der Bänder 18, 20 eine
Verbindung in einfacher und wirksamer Weise geschaffen wird, bei
der sich kein Verlust an Kunststoff 30 an den Rändern ergibt.
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Es
ist zweckmäßig, während des
Verfahrens den Einlass 24 an einer niedrigeren Stelle gegenüber dem
Auslass 22 anzuordnen. Hierdurch wird gewährleistet,
dass der Kunststoff 30 in den Raum 14 mit einer
stetigen Rate eintritt und die Gefahr von Hohlräumen oder Poren in der Verbindung
vermindert wird. Außerdem
wird durch die Bänder 18, 20 das
Profil des Kunststoffes 30 an den Rändern eingestellt. In jedem
Fall wird eine wirksame und betriebssichere Verbindung erreicht.
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Als
Nächstes
wird auf 4 Bezug genommen.
Jene Teile, die den in 1 bis 3 dargestellten Teilen entsprechen,
tragen die gleichen Bezugszeichen. Der Bauteil 12 erstreckt
sich über
die Ränder des
Bauteils 10 und der Raum 14 zwischen den Bauteilen 10, 12 wird
dadurch überbrückt, dass
Bänder 40, 42 an
einer oberen Oberfläche 44 und
an den Rändern 45 des
Bauteils 10 festgelegt werden und dass die Bänder 40, 42 an
einer oberen Oberfläche 46 des
Bauteils 12 festgelegt werden, wie dies in 4 dargestellt ist. Die Bänder 40, 42 sind
in der gleichen Weise ausgebildet wie die oben beschriebenen Bänder 18, 20.
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Eines
der Bauteile 10, 12 und die Bänder 40, 42 werden
wie in 4 dargestellt
angeordnet und es wird eine Düse 26 in
den Einlass 24 und eine Düse 28 in den Auslass 22 gesteckt
und der Kunststoff 30 wird in den Raum 14, wie
in den 2 und 3 dargestellt, eingesaugt.
Es ist ersichtlich, dass die Bänder 40, 42 das
Profil des Kunststoffes 30 an den Rändern bestimmen. Wiederum können, wie
in 1 bis 3, die Bauteile 10, 12 relativ
zueinander durch eine Spannvorrichtung gehalten werden. Bei diesem
Beispiel ist eine Schicht 47 aus einer Trennsubstanz auf die obere
Oberfläche 46 des
Bauteils 12 gefügt.
Hierdurch wird eine Trennung zwischen den Bauteilen 10, 12 möglich, nachdem
die Verbindung hergestellt wurde. Die Trennschicht 47 kann
aus einem Dichtungsmaterial bestehen. Falls erforderlich, können die
beiden Bauteile 10, 12 auch miteinander verbolzt oder
auf andere Weise mechanisch miteinander verbunden werden.
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In 5 tragen die den Teilen
nach 1 bis 4 entsprechenden Teile die
gleichen Bezugszeichen. Erste und zweite Flugzeugbauteile 10, 12 werden
benachbart zueinander derart angeordnet, dass ein Raum 14 geschaffen
wird. Dann wird ein Gewebe 50 in den Raum 14 eingefügt und die
Ränder
des Raumes 14 werden durch Dichtungsbänder 18, 20 überbrückt. Die
Dichtungsbänder 18, 20 sind
selbstklebend auf einer Seite. Der Kunststoff wird in den Raum 14 wie
oben beschrieben eingesaugt, wodurch das Gewebe 50 imprägniert wird.
Wie bei 1 bis 3 können die Bauteile 10, 12 durch
eine Spannvorrichtung in ihrer gegenseitigen relativen Lage gehalten werden.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht
das Gewebe 50 aus Faserstofflagen derart, dass die Fasern
der einen Schicht quer zu den Fasern der anderen Schicht liegen.
Beispielsweise können
die Fasern unter einem Winkel von +/– 45 Grad aufgelegt sein.
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Durch
die Benutzung des Gewebes 50 in dem Raum 14 ergeben
sich mehrere Vorteile. Erstens reicht die Klebelinie nunmehr leicht
von 0,2 bis 3,0 mm, da größere Räume ausgefüllt werden
können
als dies unter Benutzung bekannter Verfahren möglich war. Hierdurch wird es
auch möglich,
die Bauteile mit einer geringeren Toleranz herzustellen, wodurch
wiederum Kosten gespart werden. Zweitens können die Gewebe eine Trennung
von Oberflächenteilen
großer
Bauteile ermöglichen,
die sonst aneinander drücken,
so dass die Gefahr vermindert wird, dass diese Oberflächenteile
vom Kunststoff 30 unbenetzt bleiben. Drittens unterstützt das
Gewebe die Einstellung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten
(CTE) über
der Verbindung. Indem der CTE von der Kombination aus Kunststoff 30 und
Gewebe 50 dem CTE der Bauteile 10, 12 angepasst
wird, ergibt sich eine Verminderung der thermischen Beanspruchung,
der die Gesamtverbindung ausgesetzt ist. Schließlich erhöht das Gewebe 50 innerhalb
der Verbindung die Scherfestigkeit und die Ablösfestigkeit. Für Klebelinien
mit mehr als 1 mm Dicke ist eine Scherfestigkeit von etwa 25 MPa
oder mehr möglich.
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Die 6 zeigt eine der 4 entsprechende Schnittansicht,
wobei jedoch ein Gewebe 50 in den Raum 14 eingefügt ist und
eine Schicht 51 des Gewebes 50 über jeden
Rand des Gewebes 50 umgefaltet ist. Falls erforderlich,
können
die Ränder
des Bauteils 10 abgeschrägt sein, wie dies durch die strichlierten
Linien bei 10a angedeutet ist. In diesem Falle können sich
die Schichten 51 in die Abschrägungen 10a hinein
erstrecken.
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Wie
bei 4 hat das Band 42 einen
darin ausgebildeten Auslass 22 und das Band 40 hat
einen darin ausgebildeten Einlass 24 und der Kunststoff 30 wird
in den Raum 14 eingesaugt, wie dies in Verbindung mit 4 beschrieben wurde. Wenn
die Abschrägungen 10a gebildet
sind, strömt
der Kleber in den Raum 14 und in den Raum, der durch die
Abschrägungen
gebildet ist. Wiederum können,
wie bei 4, die Bauteile 10, 12 relativ
zueinander durch eine Spannvorrichtung gehalten werden. Die Umfaltung
der Schicht 51 ergibt einen glatten Rand am mit Kleber
ausgefüllten
Raum 14.
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Falls
erforderlich, kann eine Trennschicht 47, wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach 4, eingefügt werden.
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Nunmehr
wird auf 7 Bezug genommen. Die
den Teilen nach 1 bis 3 entsprechenden Teile tragen
die gleichen Bezugszeichen.
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Die
ersten und zweiten Bauteile 10, 12 gemäß 7 besitzen darin angeordnete
Vorsprünge 60.
Die Bauteile 10, 12 sind so benachbart zueinander
angeordnet, dass ein Raum 14 dazwischen gebildet wird,
wobei sich die Vorsprünge 60 in
diesen Raum 14 derart erstrecken, dass die Vorsprünge des ersten
Bauteils 10 zwischen den Vorsprüngen des zweiten Bauteils 12 liegen.
Die beiden Bauteile 10, 12 werden dann unter Benutzung
des Verfahrens gemäß 1 bis 3 verbunden, wobei der Kunststoff 30 die
Vorsprünge 60 umgibt,
und es sind Dichtungsbänder 18, 20 vorgesehen,
die jedoch in 7 nicht dargestellt
sind.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
sind die Vorsprünge 60 im
Wesentlichen gerade ausgebildet, jedoch können diese Vorsprünge, wie
in 8 dargestellt, auch
als geneigte Vorsprünge 62 ausgebildet sein.
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Die
Vorsprünge
werden vorzugsweise dann benutzt, wenn die Klebelinie 0,5 mm überschreitet, und
sie sind im typischen Fall 1 bis 3 mm lang. Die Vorsprünge ergeben
eine Erhöhung
der Scherfestigkeit an der Verbindung.
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Nunmehr
wird auf 9 Bezug genommen. Die
ersten und zweiten Flugzeugbauteile 10, 12 mit darin
befindlichen Vorsprüngen 60 sind
benachbart zueinander angeordnet, um einen Raum 14 dazwischen
auszubilden, wobei sich die Vorsprünge 60 derart in den
Raum hinein erstrecken, dass die Vorsprünge interdigital verlaufen.
Ein Gewebe 50 wird in dem Raum 14 angeordnet und
die beiden Bauteile werden gemäß dem Verfahren
verbunden, welches anhand der 1 bis 3 beschrieben wurde.
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Die
in 9 ausgebildete Verbindung
mit erhöhter
Festigkeit hat sowohl die Vorteile der Vorsprünge 60 als auch die
des Gewebes 50.
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Die
durch das erfindungsgemäße Verfahren gebildete
Verbindung kann eine Rippen-Haut-Verbindung, eine Längsschwellen-Verbindung,
eine Außenhaut-Sparren-Verbindung,
eine Hybrid-Verbindung oder es können
Verbindungen sein, die Beilagen aufweisen.
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Im
Vorstehenden wurde insbesondere Bezug genommen auf einen Kunststoffkleber 30,
wobei jedoch ein Dichtungsmittel oder ein Füllstoff benutzt werden kann,
wo es lediglich erforderlich ist, den Raum 14 abzudichten
oder auszufüllen.
Wenn ein Dichtungsmittel oder ein Füllstoff benutzt wird, kann es
erwünscht
sein, die Bauteile mechanisch, beispielsweise durch Bolzen, Nieten
oder andere Befestigungsmittel, miteinander zu verbinden.
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Der
benutzte Kleber oder das benutzte Dichtungsmittel basiert vorzugsweise
auf einem Kunststoff mit einer Viskosität von < 200 cPs für mehrere Stunden bei einer
Verarbeitungstemperatur in einer Umgebung von 100°C.
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Kunststoffsysteme,
die bei „niedrigen" Temperaturen gelieren,
im typischen Fall bei etwa 80°C, sind
bevorzugt, um die Erfordernisse der Spannvorrichtungen zu vermindern.
Möglichst
freistehende nachgehärtete
Systeme können
benutzt werden.