NL1023027C2

NL1023027C2 - Pen/gat-verbindingsconstructie, alsmede laminaat daarvoor.

Info

Publication number: NL1023027C2
Application number: NL1023027A
Authority: NL
Inventors: Maarten Labordus; Michael Johannes Leonar Tooren; Theodorus Jacobus Maria Graaff
Original assignee: Tno; Univ Delft Tech; Stork Fokker Aesp Bv
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-18
Also published as: WO2004085141A1

Description

4 I Pen/gat-verbindinesconstructie. alsmede laminaat daarvoor I De uitvinding betreft een pen/gat-verbindingsconstructie in een laminaat dat aan I elkaar gehechte lagen uit vezels en hars omvat, waarbij dwars op de lagen in het lami- I 5 naat zich ten minste een doorgaand gat uitstrekt waarin een pen is opgenomen die tegen I het inwendig oppervlak van het gat rust voor het overbrengen van krachten tussen het I laminaat en de pen, in welk laminaat een eerste gebied is bepaald waarin de lagen di- I reet op elkaar liggen, en een tweede gebied waarin ten minste een versterkingslaag is I voorzien die is gehecht aan de naburige lagen uit vezels en hars, in welke tweede ge- I , 10 bied zich het ten minste ene gat bevindt

Een dergelijke pen/gat-verbindingsconstructie is bekend uit WO-A-0056541. Het I kan daarbij bijvoorbeeld gaan om een boutveibinding, maar ook bij andere veibindin- I gen zoals met klinknagels komt een dergelijke constructie voor. Een belangrijke factor bij de bepaling van de sterkte van een dergelijke pen/gat-verbindingsconstructie vormt 15 de maximaal toelaatbare vlaktedruk. De vlaktedruk is gelijk aan de spanning die ge- I middeld op het inwendig oppervlak van het gat wordt uitgeoefend door de daar tegen- aan liggende pen, zoals de steel van de bout. De spanning moet natuurlijk beneden de waarde blijven waarbij hetzij het materiaal, hetzij de samenhang van het laminaat be- zwijkt.

20 Het versterkingsmateriaal kan bijvoorbeeld een metaal zijn. Aangezien metaal een hogere maximaal toelaatbare vlaktedruk heeft dan de materialen waaruit het lami- naat is opgebouwd, kan een vrij grote kracht worden overgebracht tussen de pen en het laminaat. De kracht wordt in eerste instantie derhalve opgenomen door het materiaal grenzend aan het gat in het versterkingsmateriaal. Via de hechtingsoppervlakken tussen H 25 de lagen uit versterkingsmateriaal en de laminaatlagen komt de krachtsoverdracht ver- volgens door schuifspanningen tot stand.

hl de bekende pen/gat-verbindingsconstructie is een laminaat toegepast waarbij de vezeloriëntatie van de lagen uit vezels en hars op gebruikelijke wijze onderling ver-schilt. Lagen met een bepaalde vezeloriëntatie zijn vanuit het eerste gebied doorgezet 30 tot in het tweede gebied waarin zich het gat bevindt. Andere lagen echter strekken zich niet tot dat tweede gebied uit. Ter plaatse van de onderbroken lagen uit vezels en hars zijn in het tweede gebied lagen uit versterkingsmateriaal opgenomen. Deze lagen uit versterkingsmateriaal liggen stomp aan tegen de onderbroken lagen uit vezels en hars.

H 1 Π O Q Π D 7

Een dergelijke pen/gat-constructie wordt toegepast bij het doorverbinden van de H langsverstijvers in een vleugelconstructie, die hoofdzakelijk in hun langsrichting belast worden. Om die reden zijn dan ook de lagen uit vezels en hars waarvan de vezeloriën-tatie samenvalt met de langsrichting van de verstijvers, doorgezet tot in het tweede ge-

Deze bekende pen/gat-constructie heeft verscheidene nadelen. Allereerst is het vervaardigen daarvan problematisch. Het laminaat wordt opgebouwd door de lagen op elkaar te stapelen in een mal. De onderbroken lagen uit vezels en hars moeten op de juiste maat worden afgekort, zodanig dat deze nauwkeurig aansluitend naast de lagen 10 uit versterkingsmateriaal kunnen worden opgenomen. Het gevaar bestaat dat deze lagen onderling verschuiven en elkaar gaan overlappen, hetgeen de kwaliteit van het gerede H laminaat ernstig aantast. Ook het vervaardigen van enkel of dubbel gekromde lamina- ten is niet eenvoudig, gezien de problemen die optreden bij het op juiste wijze op elkaar laten aansluiten van deze lagen.

15 Een verder nadeel is dat de sterkte en vermoeiingseigenschappen van deze be- kende pen/gat-constructie beperkt zijn. Dat wordt voor een belangrijk deel veroorzaakt door het feit dat slechts lagen met een bepaalde vezeloriëntatie doorgezet zijn tot in het I tweede gebied waarin zich de pen uitstrekt.

Doel van de uitvinding is daarom een pen/gat-constructie van het hiervoor ge- 20 noemde type te verschaffen dat deze nadelen mist. Dat doel wordt bereikt doordat alle I lagen uit vezels en hars zijn doorgezet in het tweede gebied.

I Doordat bij de pen/gat-constructie volgens de uitvinding de lagen uit vezels en hars niet worden ingekort, maar uniform zijn doorgezet tot in het tweede gebied, kan I het vervaardigingsproces veel eenvoudiger en zonder risico van overlappingen worden I 25 uitgevoerd. Bovendien zijn de sterkte- en vermoeiingseigenschappen van de pen/gat- I constructie volgens de uitvinding uitstekend omdat ook lagen met verschillende vezelo- riëntaties nu direct deelnemen aan de krachtsoverdracht.

De pen/gat-constructie volgens de uitvinding kan op verschillende manieren zijn uitgevoerd. Bij voorkeur bevindt zich tussen elk tweetal lagen uit vezels en hars een 30 versterkingslaag en is elke versterkingslaag aan zijn beide oppervlakken gehecht aan een naburige laag van het laminaat.

i ft -5 * i Volgens een verdere voordelige uitvoeringsvorm is voorzien dat aan ten minste een der oppervlakken van het laminaat zich een versterkingslaag bevindt die is gehecht aan dat oppervlak van het laminaat.

De versterkingslaag, zoals een metaallaag, zorgt ervoor dat de buitenkant van het 5 laminaat in het tweede gebied vlak is. Bij het vormen, in het bijzonder vacuümvormen uit laminaten uit kunststofvezels is namelijk de van de mal afgekeerde zijde relatief ruw en oneffen. Door toepassing van een metalen versterkingslaag aan die zijde wordt dat probleem ondervangen.

De uitvinding betreft verder een laminaat voor gebruik bij de pen/gat-constructie 10 zoals hiervoor beschreven, omvattende aan elkaar gehechte lagen uit vezels en hars, waarbij dwars op de lagen in het laminaat zich ten minste een doorgaand gat uitstrekt waarin een pen opneembaar is, in welk laminaat een eerste gebied is bepaald waarin de lagen direct op elkaar liggen, en een tweede gebied waarin ten minste een versterkingslaag is voorzien die is gehecht aan de naburige lagen uit vezels en hars, in welk 15 tweede gebied zich het ten minste ene gat bevindt.

Vervolgens zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van een in de figuur weergegeven uitvoeringsvoorbeeld.

De in de figuur weergegeven pen/gat-verbindingsconstructie volgens de uitvinding omvat een op zich bekend laminaat 1. In het laminaat 1 is een eerste gebied 13 te 20 onderscheiden waarin de lagen 9 uit vezels en hars direct aan elkaar zijn gehecht en een tweede gebied 14 waarin een gat 2 is aangebracht. In het gat 2 bevindt zich een pen 3, bijvoorbeeld de steel van een verbindingsbout. Tussen de steel en het inwendig oppervlak 4 van het gat 2 vindt krachtsoverdracht plaats. De pen 3 wordt tegen dat oppervlak 4 aangedrukt, waardoor een bepaalde zogenaamde vlaktedruk optreedt. De beperkende 25 factor in de sterkte van de verbindingsconstructie wordt derhalve gevormd door het laminaat 1.

Volgens de uitvinding kan de sterkte van het laminaat aanzienlijk worden verhoogd door daarin meerdere versterkingslagen 5 op te nemen. Deze versterkingslagen 5 bestaan uit dunne metaallagen. De versterkingslagen 5, die elk een gat 6 bezitten dat 30 tegen de pen 3 aanligt, nemen een gedeelte over van de kracht die door de pen 2 op het laminaat 1 wordt overgebracht. De zich in het laminaat bevindende versterkingsmetaal-lagen 5 bezitten twee oppervlakken 7,8, die elk zijn gehecht aan een oppervlak van een laag uit het laminaat 1.

1 Π 9 3 Π V ; H De aanvullende versterkingslagen 5 zorgen ervoor dat de krachten uit de pen 3 H over een relatief groot oppervlak door afschuifkrachten worden overgebracht in het H laminaat 1. Omdat de dikte van de extra versterkingslagen beperkt is, blijft ook de dikte in het gebied van het gat 2 beperkt, en is deze in ieder geval niet groter dan de dikte van S de traditionele verbindingsconstructie met een enkel, relatief dik metalen inzetstuk.

De extra versterkingslagen 5 kunnen zich zowel in het laminaat bevinden, d.w.z.

aan beide oppervlakken zijn gehecht aan het laminaat. Ook aan de buitenoppervlakken van het laminaat 1 kunnen zich echter versterkingslagen 5 bevinden, die dan aan een van hun oppervlakken zijn gehecht aan het laminaat.

10 De aanvullende versterkingslagen 5 kunnen op bekende wijze worden aange- H bracht, bijvoorbeeld door handlamineren, vacuüminjectie, drukinjectie, pre-preggen, H wikkelen en dergelijke.

Als gevolg van de verbeterde krachtsoverdracht tussen de pen 3 en het laminaat 1 kan ook de afstand 11 van het gat 2 tot de rand 12 van het laminaat kleiner worden, en 15 bijvoorbeeld 2,5 maal de diameter van het gat 2 bedragen.

Aanvullend voordeel van de verbindingsconstructie volgens de uitvinding is dat kruipeffecten in de verbindingsconstructie achterwege blijken te blijven. Dit heeft het voordeel dat een als boutverbinding uitgevoerde verbindingsconstructie niet na enige tijd behoeft te worden aangedraaid, doordat de vezellagen opgesloten zitten tussen de I 20 lagen 5.

10230-

Claims

1. Pen/gat-verbindingsconstructie in een laminaat (1) dat aan elkaar gehechte 5 lagen (9) uit vezels en hars omvat, waarbij dwars op de lagen (9) in het laminaat (1) zich ten minste een doorgaand gat (2) uitstrekt waarin een pen (3) is opgenomen die tegen het inwendig oppervlak (4) van het gat (2) rust voor het oveibrengen van krachten tussen het laminaat (1) en de pen (3), in welk laminaat (1) een eerste gebied (13) is bepaald waarin de lagen (9) direct op elkaar liggen, en een tweede gebied (14) waarin 10 ten minste een versterkingslaag (5) is voorzien die is gehecht aan de naburige lagen (9) uit vezels en hars, in welke tweede gebied (14) zich het ten minste ene gat (2) bevindt, met het kenmerk, dat alle lagen (9) uit vezels en hars zijn doorgezet in het tweede gebied (14).

2. Verbindingsconstructie volgens conclusie 1, waarbij tussen elk tweetal lagen 15 (9) uit vezels en hars zich een versterkingslaag (5) bevindt.

3. Verbindingsconstructie volgens conclusie 1 of 2, waarbij elke versterkingslaag (5) uit metaal bestaat.

4. Verbindingsconstructie volgens een der voorgaande conclusies, waarbij elke versterkingslaag (5) aan zijn beide oppervlakken is gehecht aan een naburige laag (9) 20 van het laminaat.

5. Verbindingsconstructie volgens een der voorgaande conclusies, waarbij aan ten minste een der oppervlakken van het laminaat (1) zich een versterkingslaag (5) bevindt I die is gehecht aan dat oppervlak van het laminaat (1).

6. Laminaat (1) voor gebruik bij een pen/gat-verbindingsconstructie volgens een 25 der voorgaande conclusies, omvattende aan elkaar gehechte lagen (9) uit vezels en hars, waarbij dwars op de lagen (9) in het laminaat (1) zich ten minste een doorgaand gat (2) uitstrekt waarin een pen (3) opneembaar is, in welk laminaat een eerste gebied (13) is bepaald waarin de lagen (9) direct op elkaar liggen, en een tweede gebied waarin ten minste een versterkingslaag (5) is voorzien die is gehecht aan de naburige lagen (9) uit 30 vezels en hars, in welk tweede gebied (14) zich het ten minste ene gat (2) bevindt, met het kenmerk, dat alle lagen (9) uit vezels en hars zijn doorgezet in het tweede gebied I 1023027

7. Samenstel omvattende ten minste twee laminaten (1) met een doorgaand gat (2) volgens conclusie 9, alsmede een pen (3) die is opgenomen in de gaten (2) van de laminaten (1)., I s

3 Lu 'J / /