NL2000570C2 - Werkwijze voor het vervaardigen van een verbinding tussen composietdelen. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het vervaardigen van een verbinding tussen composietdelen

De uitvinding betreft een werkwijze voor het aan elkaar verbinden van delen uit een composietmateriaal. Dergelijke delen bestaan uit een of meerdere lagen vezels die 5 zijn gebed in een matrix van kunststof materiaal. De kunststof matrix kan een thermoplast of een thermoharder zijn; de keuze van de kunststof matrix wordt gewoonlijk bepaald door de eigenschappen die aan het gerede product worden gesteld.

Bij een gebruikelijke wijze van het onderling verbinden van twee delen uit composietmateriaal worden de delen plat tegen elkaar geplaatst. Vervolgens wordt de 10 thermoplastische matrix onder invloed van warmte gesmolten, waarna de delen onder druk aan elkaar bevestigd worden. Bij een dergelijke wijze van bevestigen wordt gewoonlijk aan een of beide delen een flens gevormd, ter plaatse welke flens of flenzen dan de verbinding tot stand komt. Als voorbeeld wordt genoemd het onderling bevestigen van een van flenzen voorziene lijfplaat aan twee bijbehorende gordingen ter 15 vorming van een I-balk.

Het aldus vervaardigen van een verbinding tussen twee composietdelen brengt echter nadelen mee. Allereerst kan de aanwezigheid van een of meer flenzen aan een der composietdelen, bedoeld om de verbinding tot stand te brengen, problemen opleveren. Zo is een dergelijke flensvorm weliswaar goed mogelijk bij een overigens 20 vlak composietdeel, doch bij niet-vlakke composietdelen, zoals een golfvormig lijf voor een I-balk, is het vormen van een flens lastig aangezien de buiglijn dan eveneens een niet-vlakke vorm zou verkrijgen. Het aanbrengen van een flens door buigen ten opzichte van een niet rechte buiglijn wordt echter bemoeilijkt doordat de daarmee samenhangende vervormingen aanleiding geven tot hoge spanningen in het vlak van de 25 flens en het lijf. Een verder nadeel is dat de flenzen in de gerede constructie niet altijd op efficiënte wijze bijdragen tot de totale sterkte- en stijfheidseigenschappen. Weliswaar verzorgen zij de noodzakelijke verbinding tussen lijf en gordingen, doch dat leidt niet altijd tot een effectieve bijdrage in genoemde eigenschappen.

In bepaalde gevallen kan het extra gewicht dat samenhangt met dergelijke 30 flensverbindingen een nadeel zijn. Dat speelt in het bijzonder een rol bij toepassingen in de luchtvaart en ruimtevaart. Vaak worden de flenzen gevormd door de lagen vezelmateriaal continu door te laten lopen in de flens of flenzen. Bij een bepaalde voorgeschreven minimum dikte van de flenzen, moet dan ook de rest van het 2 betreffende composietdeel een bepaalde laagdikte bezitten, wat om redenen van stijfheid en sterkte niet altijd nodig is.

Doel van de uitvinding is daarom een werkwijze voor het aan elkaar verbinden van composietdelen te verschaffen die deze nadelen mist. Dat doel wordt bereikt door 5 middel van een werkwijze voor het aan elkaar verbinden van zich dwars op elkaar uitstrekkende constructiedelen uit een composietmateriaal, zoals een flens en een lijf van een profiel, omvattende de stappen van: -het in de gewenste positie ten opzichte van elkaar plaatsen van de constructiedelen onder vorming van een verbindingsgebied waarin een der 10 constructiedelen stuik eindigt tegen of nabij het andere constructiedeel, -het doen uitvloeien van een thermoplastisch materiaal in het verbindingsgebied, -het onder invloed van warmte en druk aan elkaar smelten van de constructiedelen.

Volgens de uitvinding wordt bij het vervaardigen van een verbinding tussen twee 15 composietdelen afgezien van het gebruik van verbindende flenzen. In plaats daarvan laat men tussen de stuikrand van een der composietdelen en het direct daar tegenover liggende vlak van het andere composietdeel een thermoplastisch materiaal uitvloeien dat, na smelten onder invloed van warmte en druk, de volledige verbinding vormt. Dit is mogelijk omdat in de eigenschappen van de verbinding gedicteerd worden door de 20 thermoplast, zonder dat de vezellagen daarbij doorslaggevend blijken te zijn. Op basis van dit inzicht kan derhalve met minder materiaal, namelijk zonder de tot nu gebruikelijke flenzen, een verbinding tot stand worden gebracht die voldoet aan de eisen van sterkte en stijfheid.

Het thermoplastische materiaal dat men laat uitvloeien kan bijvoorbeeld 25 afkomstig zijn van de aan elkaar te verbinden delen zelf. Onder invloed van warmte wordt het thermoplastische materiaal van de delen vloeibaar, zodanig dat dit onder druk in het verbindingsgebied uitvloeit. Aangezien de aldus verkregen hoeveelheid thermoplastisch materiaal in het verbindingsgebied beperkt is, is deze werkwijzevariant in het bijzonder geschikt voor relatief licht belaste constructies. Aanvullend, of in 30 plaats daarvan, kan men extra thermoplastisch materiaal toevoegen aan het verbindingsgebied. De verbinding komt dan tot stand met een relatief grote hoeveelheid thermoplastisch materiaal, zodat verbindingen die aldus met extra thermoplastisch materiaal zijn tot stand gekomen, geschikt zijn voor zwaarder belaste constructies.

3

De aldus verkregen verbindingen moeten aan verschillende eisen kunnen voldoen. Daarbij valt onderscheid te maken tussen de eis van sterkte en de eis van stijfheid. De eerste eis is kritiek indien de verbinding maximaal belast moet kunnen worden. Bij een conventionele verbinding wordt de schuifkracht uit de lijfplaat over 5 een grote breedte, zoals bepaald door de breedte van de flens of flenzen, overgedragen op het oppervlak van de gording (in het geval van een I-balk of T-balk). Bij een volgens de onderhavige werkwijze vervaardigd product is deze breedte aanzienlijk geringer, en beperkt tot de breedte van de rups uit thermoplastisch materiaal.

De werkwijze volgens de uitvinding kan in het bijzonder de stappen omvatten 10 van: -het vormen van een rups uit thermoplastisch materiaal, -het doen toenemen van de breedte van de rups gaande vanaf de stuik aanliggende kopkant van het ene constructiedeel naar het tegenoverliggende oppervlak van het andere constructiedeel.

15 Een dergelijke werkwijze is in het bijzonder geschikt voor verstijvers die zijn aangebracht op vloerbalken en voor ringvormige verstijvers op lijfplaten.

Voor relatief hoog belaste constructiedelen kan tevens de kopkant van het ene constructiedeel worden verwijd. Daardoor wordt een vergroting verkregen van het grensvlak tussen de lijfplaat en de gording. Het voordeel daarvan is dat, bij overigens 20 gelijke schuifkrachten, de schuifspanning in het grensvlak lager kan blijven.

In het bijzonder kunnen daarbij de stappen worden uitgevoerd van: -het splitsen van de kopkant van het ene constructiedeel onder vorming van twee een langsholte insluitende benen, -het vullen van de langsholte met thermoplastisch materiaal.

25 Het thermoplastische materiaal in de langsholte wordt bij voorkeur gevuld met vezels, bij voorbeeld tot een hoeveelheid van 60%. Daardoor wordt de stabiliteit van het vulmateriaal in de langsholte verbeterd, hetgeen een meer stabiele constructie op levert.

De stabiliteit kan verder worden verbeterd door de stap van: 30 -het doen toenemen van de breedte van de rups vanaf ongeveer de breedte van de kopkant van het ene constructiedeel tot maximaal vijf maal die breedte op het oppervlak van het andere constructiedeel. In het bijzonder kan men de breedte van de 4 rups tot maximaal drie maal de breedte van de kopkant van het ene constructiedeel doen toenemen.

Een andere mogelijke uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding omvat de stappen van: 5 -het doen aanliggen van de kopkant van het ene constructiedeel tegen het andere constructiedeel, -het in het verbindingsgebied aanbrengen van thermoplastisch materiaal tegen de buitenzijde van beide constructiedelen.

Bij deze werkwijze is het derhalve niet nodig de kopkant van het betreffende 10 constructiedeel te verwijden. De oorspronkelijke kopkant wordt direct tegen of vrijwel tegen het andere constructiedeel geplaatst. De rupsen thermoplastisch materiaal ter weerszijden van de kopkant zorgen in deze uitvoering voor een goede krachtsdoorleiding.

Als thermoplastisch materiaal in het verbindingsgebied wordt bij voorkeur PEI, 15 PEKK of PEEK toegepast.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding kan een vezelversterkt composietmateriaal worden toegepast. Als versterking kunnen verschillende materialen worden toegepast; voorbeelden zijn metaal versterkt composietmateriaal, of met PEI, PEKK of PEEK geïmpregneerd composietmateriaal.

20 Het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding kan op verschillende wijze gescheiden. Volgens een de voorkeur genietende mogelijkheid omvat de werkwijze volgens de uitvinding de stappen van: -het plaatsen van de constructiedelen in een mal, -het onder druk en warmte doen smelten van het thermoplastische materiaal in de 25 mal.

Een dergelijke mal heeft de contouren van de te vervaardigen producten.

De uitvinding betreft verder een constructie vervaardigd volgens de werkwijze zoals hiervoor beschreven. Deze constructie omvat tenminste twee constructiedelen die dwars op elkaar zijn gericht zodanig dat de kopkant van een der constructiedelen stuik 30 eindigt tegen of nabij een oppervlak van het andere constructiedeel, alsmede een zich tussen die kopkant en dat oppervlak bevindende verbinding uit thermoplastisch materiaal. Het kan daarbij gaan om een T-profiel, een I-profiel en dergelijke.

5

Vervolgens zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van enkele in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeelden.

Figuur 1 toont een zijaanzicht van een I-balk volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont de doorsnede volgens II-II van figuur 1.

5 Figuur 3 toont een variant van de kopse verbinding tussen de constructiedelen.

Figuur 4-7b tonen verdere varianten.

De in figuur 1 getoonde I-balk volgens de uitvinding bestaat uit een lijfplaat 1, een bovengording 2 en een ondergording 3. Deze gordingen 2, 3 zijn door middel van de lasrupsen 4 aan elkaar bevestigd. Deze lasrupsen 4 strekken zich in het getoonde 10 uitvoeringsvoorbeeld uit van de kopkant 5 van de lijfplaat 1 tot aan het daar naar toe gekeerde oppervlak 6 van de gordingen 2, 3. In het aldus bepaalde verbindingsgebied 10 neemt de breedte van de lasrupsen neemt toe van de dikte van de lijfplaat 1 tot drie tot vijf maal die dikte ter plaatse van het oppervlak 6 van de gordingen 2, 3. Daardoor wordt een goede aanhechting met relatief lage schuifspanningen verkregen met de 15 gordingen 2, 3. Deze variant is typisch voor die uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding waarbij een relatief geringe hoeveelheid thermoplastisch materiaal in de lasrups is verkregen door uitvloeien van thermoplastisch materiaal uit de lijfplaat en gordingen. Gezien de daarbij verkregen smalle verbindingsgebieden is een dergelijke, constructie in het bijzonder geschikt voor relatief lichte belastingen.

20 Dat geldt eveneens voor de variant van figuur 3. Daarbij is de kopkant 5 van de lijfplaat 1 verwijd onder vorming van twee benen 7 die een langsholte 8 insluiten. Deze langsholte is gevuld met uitvloeiend thermoplastisch materiaal. Ook op deze wijze kan in het verbindingsgebied 10 een relatief groot hechtingsoppervlak tussen de kopkant 5 van de lijfplaat 1 en het oppervlak 6 van de gording 2 worden verkregen. De 25 ongestoorde voortzetting van de lijfplaat 1, via de gesplitste benen 7 daarvan, tot aan de gording 2 verzekert dat een sterke, stijve verbinding is verkregen. De als gevolg van het brede karakter van de kopkant 5 optredende lage schuifspanningen ter plaatse van de aanhechting aan de gording maken dat ook het thermoplastisch materiaal niet te hoog belast wordt.

30 In de variant van figuur 4 is de kopkant 5 van de lijfplaat 1 niet verwijd, De lijfplaat 1 loopt geheel door tot aan de gording, zodanig dat de kopkant 5 daarvan vrijwel of geheel aanligt tegen het oppervlak 6 van de gording 2. Ter weerszijden van het aldus gevormde verbindingsgebied 10 zijn lasrupsen 9 aangebracht, die zijn 6 verkregen door het toevoegen van extra thermoplastisch materiaal. Daardoor zijn lasrupsen met een relatief grote doorsnede verkregen, zodat een dergelijke verbinding in net bijzonder geschikt is voor relatief zwaar belaste constructies.

In figuur 5 is een verbinding getoond overeenkomstig die van figuur 4, waarbij 5 echter geen aanvullend thermoplastisch materiaal is toegevoegd. Daardoor zijn de lasrupsen 11 aanzienlijk kleiner dan die is volgens de variant van Figuur 4. De lasrupsen 11 zijn immers verkregen door het uitvloeien van het thermoplastisch materiaal van de gording 1 en de flens 2 zelf, zodat deze constructie in het bijzonder geschikt is voor relatief lichte belastingen.

10 De variant van de figuren 6a en 6b betreft een ligger waarvan de lijfplaat 1 openingen 13 bezit die versterkt zijn door middel van cilindrische flenzen 12. De cilindrische flenzen 12 zijn in de lijfplaat 1 bevestigd door middel van de lasrupsen 11, die eveneens verkregen kan zijn door slechts uitvloeien van het thermoplastisch materiaal van de lijfplaat 1 en van de cilindrische flens 12. Aanvullend kan evenwel 15 ook extra thermoplastisch materiaal worden toegevoegd, ter verkrijging van een dikkere lasrups en daarmee van een zwaarder te belasten verbinding.

De variant van de figuren 7a en 7b betreft een verstijfd paneel met een huidplaat 14 waarop verstijvers 15 zijn bevestigd. De lasrupsen 9 zijn verkregen door toevoegen van extra thermoplastisch materiaal, omdat het bij een dergelijke huidplaat om een 20 relatief hoog belast constructieonderdeel kan gaan.

De hiervoor beschreven verbindingen kunnen worden toegepast bij allerlei constructies, en in het bijzonder bij liggers voortoepassing in de luchtvaart en in de ruimtevaart. Voorbeelden van dergelijke toepassingen zijn de draagbalken zoals toegepast in de vloer van een vliegtuigcabine 25

Claims (20)

1. Werkwijze voor het aan elkaar verbinden van zich dwars op elkaar uitstrekkende constructiedelen (1, 2, 3) uit een composietmateriaal, zoals een flens (2, 5 3) en een lijf (1) van een profiel, omvattende de stappen van: -het in de gewenste positie ten opzichte van elkaar plaatsen van de constructiedelen (1, 2, 3) onder vorming van een verbindingsgebied (10) waarin een der constructiedelen (1) stuik eindigt tegen of nabij het andere constructiedeel (2, 3), -het doen uitvloeien van een thermoplastisch materiaal in het verbindingsgebied 10 (10), -het onder invloed van warmte en druk aan elkaar smelten van de constructiedelen (1,2, 3).

2. Werkwijze volgens conclusie 1, omvattende de stappen van: 15 -het vormen van een rups (4, 9, 11) uit thermoplastisch materiaal, -het doen toenemen van de breedte van de rups (4, 9, 11) gaande vanaf de stuik op enige afstand nabij het tegenoverliggende constructiedeel eindigende kopkant (5) van het ene constructiedeel (1) naar het tegenoverliggende oppervlak (6) van dat tegenoverliggende constructiedeel (2, 3). 20

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, omvattende de stap van: -het verwijden van de kopkant (5) van het ene constructiedeel (1).

4. Werkwijze volgens conclusie 3, omvattende de stap van: 25 -het splitsen van de kopkant (5) van het ene constructiedeel (1) onder vorming van twee een langsholte (8) insluitende benen (7), -het vullen van de langsholte (8) met thermoplastisch materiaal (4).

5. Werkwijze volgens conclusie 4, omvattende de stap van: 30 -het vullen van het thermoplastische materiaal (4) met vezels.

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, omvattende de stap van: -het doen aanliggen van beide benen (7) van het ene constructiedeel (1) tegen het andere constructiedeel (2, 3).

7. Werkwijze volgens een der conclusies 2-6, omvattende de stappen van: 5 -het doen toenemen van de breedte van de rups (4, 7) vanaf ongeveer de breedte van de kopkant (5) van het ene constructiedeel (1) tot maximaal vijf maal die breedte op het oppervlak (6) van het andere constructiedeel (2, 3).

8. Werkwijze volgens conclusie 7, omvattende de stap van: 10 -het doen toenemen van de breedte van de rups (4, 7) tot maximaal drie maal de breedte van de kopkant (5) van het ene constructiedeel (1).

9. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende de stappen van: 15 -het doen aanliggen van de kopkant (5) van het ene constructiedeel (1) tegen het andere constructiedeel (2, 3) -het in het verbindingsgebied (10) aanbrengen van thermoplastisch materiaal (7) tegen de buitenzijde van beide constructiedelen (1, 2, 3).

10. Werkwijze volgens conclusie 9, omvattende de stappen van; -het aanbrengen van thermoplastisch materiaal ter weerszijden van de kopkant van het ene constructiedeel.

11. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende het toepassen 25 van PEI, PEKK of PEEK als thermoplastisch materiaal in het verbindingsgebied (10).

12. Werkwijze volgens conclusie 11, omvattende het toepassen van een thermoplastisch materiaal gevuld met vezels zoals koolstofvezels of glasvezels.

13. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende het toepassen van een vezelversterkt composietmateriaal.

14. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende het toepassen van een met metaal versterkt composietmateriaal.

15. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende het toepassen 5 van een met PEI, PEKK of PEEK geïmpregneerd composietmateriaal.

16. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende de stappen van: -het plaatsen van de constructiedelen in een mal, 10 -het onder druk en warmte doen smelten van het thermoplastische materiaal in de mal.

17. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende de stap van: -het aanbrengen van aanvullend thermoplastisch materiaal in het 15 verbindingsgebied (10).

18. Constructie vervaardigd volgens de werkwijze volgens een der conclusies 1-17, omvattende tenminste twee constructiedelen (1, 2, 3) die dwars op elkaar zijn gericht zodanig dat de kopkant (5) van een der constructiedelen (1) stuik eindigt tegen 20 of nabij een oppervlak (6) van het andere constructiedeel (2, 3), alsmede een zich tussen die kopkant (5) en dat oppervlak (6) bevindende verbinding uit thermoplastisch materiaal.

19. Constructie volgens conclusie 18 uitgevoerd als T-profiel. 25

20. Constructie volgens conclusie 18, uitgevoerd als I-profiel.