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Title:
JOINING ELEMENT FOR A JOINT WHICH IS GLUED BETWEEN TWO OR MORE BARS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/055771
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a joining element (10) produced with a sandwich-type construction, for a joint which is glued on a framework knot of a two- or three-dimensional framework used especially in the areas of air and space travel. The aim of the invention is to obtain a rigid joining element (10). To this end, the shell (12) of said joining element is configured as a U-shape, said shell being made especially from carbon fibre-reinforced plastic. A yoke wall which forms a support surface (16) extends from bar to bar in the intermediate space between two bars, said bars being arranged at an angle to each other. Two side walls (18) which form a single piece with the yoke wall and are at a distance from each other extend tangentially into cylindrical sections (20), said cylindrical sections forming a single piece with the side walls. The cylindrical sections clamp the bars between them with a prestress, acting similarly to a spring clip. Apart from being extremely rigid, the inventive joining element (10) is also characterised in that the shell (12) transmits forces to the bars predominantly in the form of shearing stresses which are advantageous for the adhesive bond, and fixes the bars to each other whilst the adhesive agent is setting.

Inventors:
RUEGER ULRICH (DE)
Application Number:
PCT/DE1998/001495
Publication Date:
December 10, 1998
Filing Date:
June 02, 1998
Export Citation:
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Assignee:
RUEGER ULRICH (DE)
International Classes:
B64G99/00; F16B11/00; F16B7/00; F16B7/04; (IPC1-7): F16B7/00; F16B11/00; B64G9/00
Foreign References:
GB799114A1958-07-30
US5058863A1991-10-22
FR2503288A11982-10-08
US5617692A1997-04-08
DE19538803A11996-04-25
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Claims:
GEÄNDERTE ANSPRÜCHE [beim Internationalen Büro am 30. November 1998 (30.11.98) eingegangen ; ursprüngliche Ansprüche 1, 14 und 16 geändert ; ursprüngliche Ansprüche 17 und 18 gestrichen ; alle weiteren Ansprüche unverändert (3 Seiten)]
1. Verbindungselement für eine geklebte Verbindung zwischen dem Verbindungselement und zwei oder mehr in einem Winkel zueinander angeordneten Stäben, wobei das Verbindungselement als im Querschnitt U förmig ausgebildete Schale ausgebildet ist, die sich in einem Zwi schenraum zwischen zwei Stäben von Stab zu Stab erstreckt und im wesentlichen tangential an die Stäbe heran verläuft und diese um einen Umschlingungswinkel umschlingt, wobei sich eine Jochwand (16) der Schale (12) in dem Zwischenraum zwischen zwei Stäben (24,32) von Stab zu Stab erstreckt, und wobei Schenkelwände (18) der Schale (12), die sich in dem Zwischenraum zwischen zwei Stäben (24,32) von Stab zu Stab erstrecken und im wesentlichen tangential an die Stäbe (24,32) heran verlaufen, sich mit Abstand gegenüberliegen und die Stäbe (24,32) auf zwei gegenüberliegenden Seiten über Stellen (22) der Oberfläche, die ein relatives Abstandsmaximum darstellen, hinweg anliegend zwischen sich halten, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (12) einstückig ist und daß die Schenkelwände (18) sich in Zylinderwände (20) fortsetzen, welche sich auf gegenüberliegenden Seiten eines gedachten Zylinders über Linien (22) hinweg erstrecken, so daß eine Schnappverbindung gebildet ist, die die darin eingesetzten Stäbe (24,32) bereits im ungeklebten Zustand hält.
2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkelwände (18) die Stäbe (24,32) nach Art einer Federklammer unter Vorspannung zwischen sich festklemmen.
3. Verbindungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Jochwand (16) mit Abstand von den Stäben (24,32) endet.
4. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (12) aus faserverstärktem Kunststoff besteht.
5. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Raum zwischen den Schenkelwänden (18) und den Stäben mit einem Kern (14), der die Schenkelwände (18) und die Stäbe (24, 32) miteinander verbindet, gefüllt ist.
6. Verbindungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (14) den Raum zwischen den Schenkelwänden (18) und den Stäben (24, 32) nur teilweise ausfüllt bzw. Aussparungen aufweist.
7. Verbindungselement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (14) nur teilweise mit den Schenkelwänden (18) oder den Stäben (24,32) verbunden ist.
8. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (14) diffusionsdurchlässig ist.
9. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (12) in einem oder mehreren Abschnitten ihres Randes eine Fase (28) aufweist.
10. Verbindungselement nach Ansprucn 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein MatrixWerkstoff der Schale (12) eine spitze Fuge (26) zwischen den Schenkelwänden (18) und den Stäben (24,32) in dem Bereich, in dem die Schenkelwände (18) im wesentlichen tangential an die Stäbe (24,32) heran verlaufen auf einem begrenzten Umfangsabschnitt der Stäbe (24,32) ausfüllt.
11. Verbindungselement nach Anspruch 4 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Faseranteil in einem oder mehreren Abschnitten des Randes der Schale (12) zu ihrem Rand hin abnimmt.
12. Verbindungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Vorspannung in Achsrichtung der Stäbe (24,32) von einer Mitte zu Enden der Schale (12) hin verringert.
13. Geklebte Verbindung zwischen zwei oder mehr Stäben mit einem Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mindestens eine Stütze (42) aufweist, die zwei in einem Winkel zueinander angeordnete Stäbe (32,36) außerhalb des Verbindungselements (38) miteinander verbindet.
14. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Klebstoff eine spitze Fuge (26) zwischen den Schenkelwänden (18) und den Stäben (24,32) in dem Bereich, in dem die Schenkelwände (18) im wesentlichen tangential an die Stäbe (24,32) heran verlaufen, auf einem begrenzten Umfangsabschnitt der Stäbe (24,32) ausfüllt.
15. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei konkav gewölbten Schenkelwänden (18) die Wölbung zu den Stäben (24,32) hin abnimmt.
16. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (12) Abschnitte größerer Dicke aufweist, die relative Abstandsmaxima der Oberfläche bilden oder vergrößern.
Description:
Beschreibung Verbindungselement für eine geklebte Verbindung zwischen zwei oder mehr Stäben Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement fur eine geklebte Verbindung zwischen zwei oder mehr Stäben mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das Verbindungselement ist für einen Fachwerksknoten eines Flächen- oder Raumfachwerks beispielsweise fur starre oder halbstarre Luftschiffe sowie fur weitere Gebiete der Luft- und Raumfahrt vorgesehen, wobei vorzugsweise mehrere Verbindungselemente gemeinsam an einem Fachwerksknoten Verwendung finden. Das Verbindungselement ist auch im Maschinen-, Anlagen- und Stahlbau, im Bauwesen oder beispielsweise im Möbelbau verwendbar. Als Stäube finden fur einen Leichtbau insbesondere Rohre aus kohlefaserverstarktem Kunststoff (CFK) Verwendung, die einen Hartschaumkern aufweisen konnten. Es lassen sich allerdings auch Stäbe und Rohre aus anderen Materialien, beispielsweise auch aus Aluminium oder Stahl, miteinander verbinden. Die Querschnitte der Stäube konnten beispielsweise rund, oval, elliptisch, polygonprofiliert oder mehrkantig sein, wobei die miteinander zu verbindenden Stäbe verschiedene Querschnitte und Qerschnittsabessugon haben können.

Aus der DE 34 47 990 C2 ist ein derartiges Verbindungselement zur Verbindung zweier in einem Winkel zueinander angeordneter Rundstäbe bekannt. Das Verbindungselement weist eine Schale aus faserverstärktem Kunststoff auf, die eine ebene Fläche hat. An ihren Rändern geht die ebene Fläche einstückig in zwei sich tangential ar.schlie ende Viertel- zylinder über. Gedachte Längsachsen der Viertelzylinder haben denselben Winkel zueinander wie die miteinander zu verbindenden Stäbe. Die Stäbe werden mit den Innenseiten der Viertelzylinder der Schale verklebt, die ebene Fläche der Schale verläuft tangential zu der. stäben. Zum Verbinden zweier V-förmig zueinander angeordneter Stäube werden zwei der bekannten Verbindungselemente von beiden Seiten mit den beiden Stäben verklebt.

Auch ein T-Sto lä t sich mit zwei der bekannten Verbindungselemente verkleben, wobei die beiden Verbindungselemente zur selben oder zu verschiedenen Seiten vom gesto enen zum durchlaufenden Stab angeordnet werden können. Das bekannte Verbindungselement hat den Nachteil, da sich

an einem Fachwerksknoten, an dem mehr als zwei Stäbe aneinander sto en, jeweils zwei Stäbe nur mit einem Verbindungselement auf einer Seite der Stäbe miteinander verbinden lassen. Die Stäbe sind infolge dessen unsymmetrisch miteinander verbunden, weswegen die Belastbarkeit der hergestellten Verbindung und ihre Steifigkeit begrenzt sind. Weiterer Nachteil ist, da die Herstellung der Verbindung aufwendig und kostenintensiv ist, da die Stäbe zum Verkleben mit den Verbindungselementen in ihrer gegenseitigen Ausrichtung fixiert und die Verbindungselemente bis zum Aushärten des Klebstoffs an den Stäben festgespannt werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbindungselement der eingangs genannten Art so auszubilden, da sich unter seiner Verwendung eine geklebte Verbindung von Stäben herstellen lä t, die hinsichtlich Belastbarkeit, Steifigkeit, einfacher Montage und kostengünstiger Fertigung sowie hinsichtlich des Gewichts optimiert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemä durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Schale des erfindungsgemä en Verbindungselements ist U-förmig ausgebildet. Schenkelwände der U-förmigen Schale haben den gleichen oder etwas weniger Abstand voneinander als die miteinander zu verbindenden Stäbe dick sind. Bei Stäben unterschiedlicher Querschnittsabmessungen ändert sich der Abstand der Schenkelwände voneinander. Die Schenkelwände verlaufen eben oder ganz bzw. teilweise konkav gewölbt von Stab zu Stab, und sie verlaufen im wesentlichen tangential an die Stäbe heran. Durch die tangentiale Ausrichtung der Schenkelwände werden Kräfte von den Stäben auf die Schale des Verbindungselements als Schubspannungen über eine Verklebung der Stäbe mit der Schale übertragen, so da die Klebung und damit die Verbindung zwischen den Stäben und dem Verbindungselement hoch belastbar ist. Schälspannungen bei in den Schenkelwänden wirkenden Zugkräften, die die Schenkelwände am Übergang zu den Stäben mit einer Normalkraft von diesen Abheben und dadurch die Klebung an deren Rand ungünstig belasten würde, werden durch das erfindungsgemä e Verbindungselement vollständig oder zumindest weitestgehend vermieden.

Eine Jochwand der U-förmigen Schale erstreckt sich im Zwischenraum zwischen den miteinander zu verbindenden Stäben. Sie bildet einen Zylinderflächen- oder Sattelflächenabschnitt. Bei in einem stumpfen Winkel zueinander angeordneten Stäben kann die Jochwand auch an den Stäben anliegen.

Die beiden Schenkelwände umfassen die Stäbe nach Art eines Mauls, dessen Backen auf einem Umschlingungswinkel an den Stäben anliegen und die Stäbe auf zwei gegenüberliegenden Seiten zwischen sich halten, indem sie über Stellen der Oberfläche, die ein relatives Abstandsmaximum in einer

Schnittebene normal zu einer Stabachse darstellen, hinweg anliegen.

Dadurch wird zum einen eine ausreichend gro e Klebefläche erzielt. Das Verbindungselement hält die Stäbe bereits bei ungeklebter Verbindung formschlüssig zwischen seinen Schenkelwänden. Die Stäbe lassen sich zwischen die die Backen des Mauls bildenden Schenkelwände nach Art einer Schnappverbindung drücken und werden in ihrer Stellung zueinander fixiert. Separate Fixiermittel zum Halten der Stäbe in ihrer räumlichen Anordnung während des Verklebens sind daher ebenso entbehrlich wie Spannmittel zum Spannen der Schale gegen die Stäbe während des Aushärtens des Klebstoffs.

Das erfindungsgemä e Verbindungselement stellt eine kraftflu gerechte Konstruktion dar. Eine Kraftübertragung zwischen den Stäben und den Verbindungselementen findet unter weitestgehender Vermeidung von Schälspannungen oder Kerbwirkungen statt. Deshalb können hohe Zug- und Druckkräfte sowie Biege- und Torsionsmomente von Stab zu Stab über das Verbindungselement übertragen werden. Durch den räumlichen Abstand der Schenkelwände weist das Verbindungselement eine hohe Steifigkeit auch senkrecht zur Ebene seiner Schenkelwände auf. Eine Knicktendenz der Stäbe eines Fachwerks wird dadurch erheblich reduziert. Mit dem Verbindungs- element lassen sich auch in mehreren Ebenen angeordnete Stäbe an einem Fachwerksknoten eines Raumfachwerks miteinander verbinden. Das erfindungsgemä e Verbindungselement weist keine Trennebene in einer von den zu verbindenden Stäben aufgespannten Ebene auf.

Bei bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung liegen die Schenkelwände nach Art einer Federklammer unter Vorspannung an den Stäben an und klemmen die Stäbe zwischen sich fest. Dadurch werden sowohl die Fixierung der Stäbe aneinander als auch das Spannen der Schenkelwände gegen die Stäbe zum Verkleben verbessert.

Zur Erhöhung der Belastbarkeit der Verbindung endet die Jochwand der Schale mit Abstand von den miteinander verbundenen Stäben, um zu vermeiden, da die Schale in einem stumpfen Winkel auf die Stäbe stö t, was bei gro er Belastung der Verbindung zu Schälspannungen und eventuell einen Ri zur Folge hätte.

Vorzugsweise ist der Raum zwischen der Schale und den Stäben mit einem Kern, insbesondere aus Hartschaum, ausgefüllt, der mit der Schale und den Stäben verbunden ist.Er behindert gro e Verformungen der Schale und wirkt so einem Beulen der Schale bei gro en Lasten entgegen. Zur Vermeidung von ungünstigen Belastungen des Kerns oder zur Gewichtsreduktion kann der Kern auch Aussparungen bzw. Höhlräume aufweisen, sowie nur teilweise mit der Schale und den Stäben verbunden sein. Durch diese spezielle Ausgestaltung wird die versteifende Wirkung des Kerns gezielt reduziert,

um den Kraftflu im Verbindungselement von weniger tragfähigen zu tragfähigeren Bereichen hin zu verlagern.

Bei der Verwendung eines Kerns läuft bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Wölbung der Schenkelwände vor dem Bereich in dem sie die Stäbe umschlingen aus. Hierdurch verlaufen die Schenkelwände tangential und eben an die Stäbe heran. Normalkräfte, die zu Schälspannungen in der Verklebung zwischen den Schenkelwänden und den Stäben führen würden, werden so weitestgehend vermieden.

Die Schale des erfindungsgemä en Verbindungselements besteht vorzugsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise aus CFK, das eine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht aufweist. Es sind jedoch auch Glas-, Metall-, Aramid- oder andere Chemiefaserverstärkungen sowie hybride- Faserverstärkungen denkbar. Bei Anwendungen, bei denen eine einheitliche Materialwahl im Vordergrund steht oder das Gewicht eine weniger entscheidende Rolle spielt, kann das Verbindungselement beispielsweise auch aus nicht faserverstärktem Kunststoff, Aluminium- oder Stahlblech hergestellt sein. Bei der Verwendung des gleichen Materials für die Stäbe und die Schale der Verbindungselemente werden Spannungen infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnungen vermieden.

Ein faserverstärkter Kunststoff der Schale kann eine oder mehrere gleiche oder verschiedene Gewebelagen, sog. Rowings oder unidirektionale Fasergelege aufweisen, die in einen Kunstharz-Matrixwerkstoff eingebettet sind. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung nimmt der Faseranteil, d.h.

Gewicht der Fasern im Verhältnis zum Gewicht der Fasern und des Matrix- Werkstoffs, zum Rand der Schale hin ab. Dadurch wird eine gewollte Steifigkeitsänderung der Schale in ihrem Randbereich erzielt.

Spannungsspitzen in der Klebeschicht werden vermindert und die Belastbarkeit der Klebeverbindung wird erhöht. Zum gleichen Zweck kann der Schalenrand eine schräge oder gerundete Fase aufweisen.

Ebenso trägt es zur Verbesserung der Klebeverbindung bei, wenn der Matrix-Werkstoff der Schale gemä einer Ausgestaltung der Erfindung eine spitz zulaufende Fuge zwischen den Schenkelwänden und den Stäben ein Stück weit ausfüllt. Auch dadurch werden Spannungsspitzen in der Klebeschicht und insbesondere normal zu den Stäben gerichtete Spannungen auf den Bereich der Schenkelwände der Schale, in dem sie sich von den Stäben entfernen, vermindert und die Festigkeit der Verbindung erhöht.

Der gleiche positive Effekt wird erzielt, wenn nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung, ein Klebstoff, der die Schenkelwände und die Stäbe miteinander verbindet, durch ein entsprechendes Klebeverfahren die oben genannten Fugen ein Stück weit ausfüllt.

Insbesondere für Weltraumanwendungen wird für den Kern vorzugsweise ein diffusionsdurchlässiger Werkstoff verwendet, um einen Überdruck in den Poren des Kerns zu vermeiden. Zum gleichen Zweck kann ein gut durch den Kern und ggf. durch die Schale diffundierendes Treibgas wie Helium oder Wasserstoff zum Aufschäumen des Kerns verwendet werden.

Die Vorspannung, mit der die Schenkelwände der als eine Art Federklammer ausgebildeten Schale an den Stäben anliegen, ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in Achsrichtung der Stäbe gesehen in der Mitte der Schale höher als zu ihren Enden hin, um überschüssigen Klebstoff und damit eventuell im Klebespalt vorhandene Gasbläschen aus dem Klebespalt heraus zu verdrängen.

Bei Verbindungselementen, deren Schenkelwände keine oder eine zu geringe Wölbung für die Befestigung weiterer Verbindungselemente besitzen, können die Schenkelwände zur Ausbildung oder Vergrö erung relativer Abstandsmaxima der Oberfläche Abschnitte grö erer Dicke aufweisen.

Dadurch erhalten die Verbindungselemente nach au en abstehende Verdickungen, die von einem weiteren Verbindungselement wie ein Stab formschlüssig nach einer Art Schnappverbindung übergriffen werden können.

Zur zusätzlichen Versteifung kann eine mittels erfindungsgemä er Verbindungselemente hergestellte Verbindung eine Stütze aufweisen, die in einem Winkel zueinander angeordnete Stäbe au erhalb des jeweiligen Verbindungselements verbindet.

Für die Verbindung zweier miteinander fluchtender oder nicht-fluchtender Stäbe gleichen oder verschiedenen Querschnitts sieht die Erfindung ein Verbindungselement vor, dessen Schale die Stäbe auf einem Umschlingungs- winkel umfa t, wobei sie mindestens ein relatives Abstandmaximum der Oberfläche übergreift. Vorzugsweise finden zwei derartige Verbindungs- elemente Verwendung, die von zwei gegenüberliegenden Seiten nach Art einer Schnappverbindung auf die beiden Stäbe aufgeklippst werden und die sich an ihren Rändern überlappen.

Das Verbindungselement lä t sich in einem automatisierten Proze herstellen. Bei der Verwendung von homogenen Werkstoffen für die Schale lä t sich diese durch Gu - oder Umformverfahren herstellen. Eine faserverstärkte Schale kann mit einem Resin-Transfer-Molding, Reaction- Injection-Molding-, Compression-Molding- oder ein Injection-Molding- Verfahrengefertigt werden. Die Fasern können zur besseren Verarbeitung vorgeformt werden. Auch ein Handlaminieren der Schale ist möglich, ebenso ein Herstellen der Schale mit kurzen, ungerichteten Fasern im Spritzgu verfahren. Bei Verbindungselementen mit einem Kern, kann dieser in einer Form aufgeschäumt oder spanend hergestellt werden. Die Schale

kann anschlie end auf den Kern aufgebracht werden. Der Kern kann jedoch auch durch Auffüllen des Kernraums in der Schale hergestellt werden. Auch im Zweistoffspritzverfahren lä t sich das erfindungsgemä e Verbindungselement herstellen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein erfindungsgemä es Verbindungselement in perspektivischer Darstellung; Figur la eine Vergrö erung einer Einzelheit gemä Pfeil Ia in Figur 1; Figur 1b eine Vergrö erung einer Einzelheit gemä Pfeil Ib in Figur 1; Figur 2 einen Fachwerks knoten mit erfindungsgemä en Verbindungselementen in Seitenansicht; Figur 3 einen Schnitt entlang einer geknickten Schnittlinie III - III in Figur 2; Figur 4 einen Fachwerks knoten eines Raumfachwerks mit erfindungsgemä en Verbindungselementen mit Blickrichtung axial zu einem durchgehenden Hauptstab; und Figur 5 eine perspektivische Darstellung der Verbindung zweier fluchtender Stäbe mittels zweier erfindungsgemä er Verbindungselemente.

Das in Figur 1 dargestellte, erfindungsgemä e Verbindungselement 10 ist ein Sandwichbauteil mit einer Schale 12 aus einem Gewebelaminat, beispielsweise aus CFK, und einem Kern 14 aus Hartschaum. In Seiten- ansicht betrachtet hat das Verbindungselement 10 in etwa die Form eines Dreiecks. Die Schale 12 ist U-förmig, sie weist als Jochwand des "U" eine Sattelfläche 16 auf, die eine konkave Seite des gedachten Dreiecks bildet. Die Sattelfläche 16 geht einstückig in zwei dreiecksförmige Schenkelwände 18 über, die Abstand voneinander aufweisen. Ein Zwischenraum zwischen den Schenkelwänden 18 wird vom Kern 14 ausgefüllt, der stoffschlüssig mit den Schenkelwänden 18 und der Jochwand 16 der Schale 12 verbunden ist. Diese Bauweise ergibt ein sehr steifes Verbindungselement 10 mit geringem Gewicht.

An den beiden übrigen Seiten der Schenkelwände 18, die nicht an die Sattel fläche 16 angrenzen, setzen sich diese einstückig in Zylinderabschnitte 20 fort. Jeweils zwei Zylinderabschnitte 20 erstrecken sich auf gegenüberliegenden Seiten eines gedachten Zylinders über Linien 22 hinweg, die in einer Zylindermantelfläche ein relatives Abstands- maximum darstellen (vgl. die Schnittdarstellung in Figur 3). Diese Zylinderabschnitte 20 bilden so eine Art Federklammer, die einen in sie eingelegten Stab 24 formschlüssig nach Art einer Schnappverbindung halten.

Die Zylinderabschnitte 20 der Schenkelwände 18 sind in Längsrichtung nicht exakt zylindrisch, ihr Durchmesser ist in axialer Richtung des gedachten Zylinders in der Mitte der Zylinderabschnitte 20 kleiner als an ihren Rändern. Dadurch ist eine Klemmkraft, mit der die Zylinderabschnitte 20 auf dem Stab 24 halten, in der Längsmitte der Zylinderabschnitte 20 grö er als an ihren Enden. Dies hat den Zweck überschüssig aufgetragenen Klebstoff samt ggf. in dem Klebespalt vorhandene Gasbläschen zum Rand des Klebespaltes hin zu verdrängen, bevor der Klebstoff aushärtet.

Die Schenkelwände 18 sind konkav gewölbt, sie gehen tangential in die Zylinderabschnitte 20 über (siehe Figur 3). Dies hat den Zweck, Kräfte im wesentlichen als Schubspannungen vom Verbindungselement 10 auf mit ihm zu verklebende Stäbe zu übertragen und so die Belastbarkeit einer mit dem erfindungsgemä en Verbindungselement 10 hergestellten Stabverbindung zu erhöhen. Um bei einer gewölbten Schale 12 den Rest an Normalkräften geeignet aufzunehmen füllt ein Matrix-Werkstoff eine spitze Fuge zwischen der eigentlichen Schenkelwand 18 und dem jeweiligen Stab aus (vgl. die Vergrö erungsdarstellung in Figur la). Somit wird der ansonsten abrupte Steifigkeitsübergang von der Verbindung Schale/Kern (12/14) auf die Verbindung Schale/Stab (12/24 bzw. 12/32) abgemindert und Schälspannungen werden vermindert. Zum Ausfüllen der Fuge bildet der Matrix-Werkstoff an dieser Stelle einen leistenförmigen, nach innen stehenden Wulst 26 mit nahezu dreiecksförmigem Querschnitt, der die Zylinderwölbung des Zylinderabschnitts 20 ein kurzes Stück fortsetzt.

Die Zylinderflächenabschnitte 20 des Verbindungselements 10 können verschiedene Durchmesser bzw. Abstände voneinander aufweisen, wie in Figur 1 dargestellt. Auch können die beiden zum Halten eines Stabes vorgesehnen Zylinderflächenabschnitte 20 verschieden gro ausgebildet und/oder in Längsrichtung des Stabes versetzt zueinander angeordnet sein (nicht dargestellt).

Die Sattelfläche 16 endet mit Abstand von dem gedachten Zylinder, dessen Bestandteil die Zylinderabschnitte 20 der Schale 12 sind, um an dieser

Stelle Spannungsspitzen des zwischen die Zylinderabschnitte 20 einzulegenden und mit ihnen zu verklebenden Stabes zu vermeiden (vgl.

Figur 2). Ebenso dienen der Verminderung von Spannungsspitzen die Aus- bildung einer Fase 28 entlang der Ränder der Schale 12 und/oder eine Abnahme des Faseranteils zum Rand der Schale 12 hin, wie in der Vergrö erungsdarstellung von Figur 1b anhand des dort angedeuteten Gewebes 30 dargestellt.

Das erfindungsgemä e Verbindungselement 10 ist zur Herstellung einer geklebten Verbindung zwischen Stäben gleichen oder unterschiedlichen Querschnitts und Querabmessung an Fachwerks knoten, insbesondere für Luft- und Raumfahrt vorgesehen. Die Herstellung eines Fachwerksknotens ist in Figuren 2 und 3 dargestellt. Die dargestellte Verbindung weist zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Stäbe 32 kleineren Durchmessers, die miteinander und mit einem durchgehenden Stab 24 grö eren Durchmessers verbunden sind, gegen den sie unter einem Winkel von 45° sto en, auf.

Alle drei Stäbe 24, 32 befinden sich in einer Ebene. Die Stäbe 24, 32 sind an sich bekannte Rohre aus kohlefaserverstärktem Kunststoff mit einem Hartschaumkern.

Zur Herstellung der geklebten Verbindung des in Figuren 2 und 3 dargestellten Fachwerksknotens werden zunächst die Innenseiten der Zylinderabschnitte 20 und des Kerns 14 der Verbindungselemente 10 mit Klebstoff bestrichen und auf den durchgehenden Stab 24 aufgeklippst sowie die beiden dünneren Stäbe 32 in die Verbindungselemente 10 eingeklippst.

Die drei Stäbe 24, 32 sind dadurch bereits in ihrer Stellung zueinander fixiert. Anschlie end werden die Innenseiten der Zylinderabschnitte 20 und des Kerns 14 eines dritten Verbindungselements 34 mit Klebstoff bestrichen und dieses Verbindungselement 34 auf die beiden dünneren Stäbe 32 aufgeklippst, wobei dessen Zylinderabschnitte 20 die Zylinderabschnitte 20 der beiden anderen Verbindungselemente 10 überlappen. Auf diese Weise wird ein sehr steifer und stabiler Fachwerks knoten geschaffen.

Figur 4 zeigt eine geklebte Verbindung eines Fachwerksknotens eines räumlichen Fachwerks unter Verwendung erfindungsgemä er Verbindungselemente. Dieser Fachwerksknoten weist, verglichen mit dem in Figuren 2 und 3 dargestellten Fachwerksknoten, au er dem durchgehenden Stab 24 grö eren Durchmessers und den beiden Stäben 32 kleineren Durchmessers zwei weitere Stäbe 36 kleineren Durchmessers auf, die ebenfalls unter einem Winkel von 90" zueinander und von 450 zum durchgehenden Stab 24 angeordnet sind und sich in einer gedachten Ebene befinden, welche in einem Winkel zu der von beiden anderen Stäben 32 kleineren Durchmessers aufgespannten, gedachten Ebene steht. Zur

Herstellung dieses räumlichen Fachwerks dient ein Verbindungselement 38, das zwei Verbindungselemente 10 umfa t, die in ihrem Fu bereich 40 einstückig miteinander sind. Hierbei kann der Fu bereich 40 am durchgehenden Stab anliegen oder auch in einem Abstand davon vorbeilaufen. Im übrigen ist das Verbindungselement 38 ebenso aufgebaut wie das in Figur 1 dargestellte Verbindungselement 10 und der Fachwerks knoten ist ebenso ausgebildet wie der in Figuren 2 und 3 darge- stellte Fachwerksknoten. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden die vorstehenden Ausführungen in Bezug genommen.

Zur Aussteifung, insbesondere von räumlichen Fachwerks knoten unter der Verwendung von Verbindungselementen 38, können ein oder mehrere Stützen 42 vorgesehen werden. Diese Stütze 42 verbindet jeweils einen Stab 32 und einem Stab 36 mit Abstand vom jeweiligen Verbindungselement 38 mit- einander. Die Stütze 42 kann an ihren Enden mit den Stäben 32 bzw. 36 verklebt sein, wozu die Stirnseiten der Stütze 42 dem Winkel, mit dem Stütze 42 gegen die Stäbe 32 bzw. 36 stö t, entsprechend abgeschnitten und der Rundung der Stäbe 32 bzw. 36 entsprechend hohlrund geformt werden. Die Verbindung zwischen Stütze 42 und den Stäben 32 bzw. 36 kann auch mit ein oder zwei erfindungsgemä en Verbindungselementen 10 hergestellt werden (nicht dargestellt).

Zur Herstellung einer geklebten Verbindung zweier miteinander fluchtender Stäbe 44 sind die erfindungsgemä en Verbindungselemente 46 hohlzylindrisch mit einem Umschlingungswinkel von über 1800 ausgebildet.

Sie werden, nachdem ihre Innenseiten mit Klebstoff bestrichen worden sind, einander gegenüber auf die gesto enen Enden der Stäbe 44 aufgeklippst, wobei sich die Verbindungselemente 46 überlappen (Figur 5).

Mit einer derartigen Verbindung lassen sich Stäbe unterschiedlichen Durchmessers und Querschnitts und auch nicht fluchtende Stäbe miteinander verbinden (nicht dargestellt).




 
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