„Lijmen levert veiligste verbinding"

Het verlijmen van constructies lijkt een nieuwe en nog weinig toegepaste verbindingstechniek te zijn. Er bestaat echter een afbeelding uit de Egyptische oudheid waarin de verlijming van houtblokken afgebeeld wordt. „Wereldwijd gezien wordt een kwart van alle verbindingen op dit moment al tot stand gebracht met behulp van lijm. Dit aandeel groeit nog steeds", aldus prof. ir. Boud Vogelesang, werkzaam bij de faculteit Lucht- & Ruimtevaart van de Technische Universiteit Delft (TUD).

Met name bij dunwandige vliegtuigconstructies biedt een lijmverbinding aanzienlijke voordelen. Vliegtuigbouwers lijmen graag huidvelden. Dat zijn de platen aan de boven- en onderkant van de vleugel of op de buitenkant van de sigaarvormige romp.

„Wanneer je een klink-, bout- of lasverbinding aanbrengt, introduceer je in de constructie, hoe je het ook wendt of keert, zwakke plekken", legt Vogelesang uit. „Belast je bijvoorbeeld een onderdeel waarin klinknagels de krachten over moeten brengen, dan zullen direct rond de nagels hoge spanningen ontstaan. Bij een lijmverbinding ontstaat echter een nette gelijkmatige spanningsverdeling".

Een van de belangrijkste eigenschappen van een vliegtuig is dat het bestand moet zijn tegen vermoeiing. De eerste tekenen van vermoeiing zijn scheurtjes rond bijvoorbeeld klinknagels die in het ongunstigste geval uit kunnen groeien tot catastrofale scheuren.

Een goed voorbeeld is de paperclip die spontaan breekt wanneer iemand die een aantal keren heeft dubbel gebogen. Met zo'n soort wisselende belasting krijgen vliegtuigen ook te maken. Uit gebruikservaringen blijkt dat scheurtjes stoppen bij een lijmverbinding. Ze zijn kennelijk niet in staat om de taaie overgang te overwinnen.

Jeugdpuistjes

Dankzij een gelijkmatige spanningsoverdracht in combinatie met betere vermoeiingseigenschappen kunnen gelijmde onderdelen een stuk lichter zijn dan niet-gelijmde. In de luchtvaartwereld is gewicht een belangrijk aspect. „Ik stond laatst bij de C-17, het nieuwe militaire transportvliegtuig van de Verenigde Staten, dat gebouwd wordt door McDonnell Douglas. De staart daarvan is bijzonder zwaar uitgevoerd, puur en alleen omdat het een geklonken constructie is. En dan te bedenken dat ze al een enorm gewichtsprobleem in het achterste deel van het toestel hebben. Door gebruik te maken van lijmtechnieken zou je zonder al te veel moeite zeker 100 kilo uit de staart kunnen sleutelen", aldus de enthousiaste TUD-hoogleraar. „Maar ja, McDonnell Douglas mist de ervaring op lijmgebied. Dus klinken ze".

Nood

Een bijkomend voordeel van een lijmverbinding is de mooie strakke romp die daardoor ontstaat. Vogelesang: „Vergelijk eens een Fokker 100, die voornamelijk gelijmd is, met een Boeing 737, waarin veel klinkwerk zit. Je ziet dan een bijna spiegelglad toestel en een kist met jeugdpuistjes". Een strakke romp werkt volgens ing. Rudi den Hertog, hoofdconstructeur van de Fokker 100 en de Fokker 70, kostenbesparend: „Ik denk dat dit 1 tot 2 procent scheelt op de brandstofkosten".

Lijmverbindingen kunnen ook uitstekende diensten bewijzen wanneer ergens in de constructie een grotere plaatdikte nodig is vanwege het daar heersende krachtenspel. Zo zijn op de positie waar de vleugels vastzitten aan de romp, huidvelden nodig die langzaam in dikte afnemen. Vogelesang: „Op deze plaatsen kun je uitstekend gebruik maken van een huid van normale dikte, waarop extra aluminium platen zijn gelijmd". De Nederlandse vliegtuigbouwer Fokker is één van de weinige producenten die veel gebruik maakt van dergelijke lijmverbindingen.

Volgens Den Hertog is het eigenlijk een techniek die uit nood geboren is. „Toen Fokker na de Tweede Wereldoorlog begon met de ontwikkeling van nieuwe vliegtuigen, moest men vanaf de grond alles opbouwen. De grote jongens in de Verenigde Staten hadden dankzij de vraag naar oorlogsvliegtuigen een uitgebreid machinepark opgebouwd. Voor Fokker was het financieel niet haalbaar om de apparatuur aan te schaffen die nodig was om dikkere aluminium platen op de juiste plaatsen dunner te maken. Op dat moment zag een aantal mensen de voordelen van het lijmproces in. En omdat hiervoor alleen kennis nodig was en nauwelijks geld, ging Fokker dunne platen op elkaar lijmen".

Verankering

De vliegtuigbouwers gebruiken voor het verlijmen van platen meestal een soort lijmfolie die bij een hoge druk en een hoge temperatuur uitgehard moet worden in een aangepaste oven. De temperaturen lopen daarbij op tot boven de 150 graden en de druk in zo'n oven is ongeveer gelijk aan die in een fietsband.

Een minder gunstige eigenschap van het lijmproces is dat het metaal goed voorbehandeld moeten worden. Het vervuilde oppervlak moet eerst gereinigd worden. Vervolgens wordt er langs chemische weg een poreuze oxidelaag op aangebracht. De laatste stap is het aanbrengen van een dunne laag die bescherming biedt tegen aantasting van buitenaf. De poreuze laag zorgt voor een goede verankering van de lijm in het aluminium; de lijm dringt in het sponsachtige materiaal, zoals een boomwortel in de grond, en hardt vervolgens uit.

Enorme fout
Hoe komt het dat ondanks de betere vermoeiingseigenschappen, de gewichtsbesparingen en het daardoor lagere brandstofgebruik, toch maar weinig vliegtuigbouwers lijmen? Vogelesang: „Vliegtuigfabrikanten lijmen wel, maar niet in die extreme mate waarin Fokker dat doet. Daarnaast kun je ook niet zeggen dat niet-gelijmde vliegtuigen onveilig zijn. Vanwege alle veiligheidseisen en strenge inspecties durf ik te stellen dat geen enkele vliegtuigontwerper een onveilig toestel aflevert"

„Het klinkt misschien vreemd", zegt Vogelesang, „maar in elk vliegtuig dat op dit moment rondvliegt, zitten scheurtjes. Dat is geen probleem, omdat elk type zodanig ontworpen is dat die kleine defecten geen enkel gevaar opleveren voor de veiligheid. Dankzij allerlei constructieve voorzorgsmaatregelen kunnen kleine scheurtjes niet ongecontroleerd uitgroeien. Uiteraard worden de beschadigingen wel continu gecontroleerd. Het voordeel van een lijmverbinding is dat je zeker weet dat een scheurtje stopt bij een lijmlaag".

Niet massaal

Een andere reden waarom fabrikanten niet massaal gebruik maken van lijmtechnieken is dat men veel geïnvesteerd heeft in volautomatische boor- en klinkinstallaties. „Wat dat betreft is het vliegtuigwereldje behoorlijk conservatief, in tegenstelling tot het vooruitstrevende imago dat men heeft", vindt Vogelesang.

Negatieve ervaringen werken volgens de Delftse hoogleraar nog steeds door: „Een grote vliegtuigbouwer uit de VS heeft jaren geleden een enorme fout gemaakt in het voorbehandelingsproces. Het heeft hen veel moeite en geld gekost om dit weer recht te zetten. Sindsdien lijmt men daar nauwelijks meer". Een laatste reden om niet te lijmen is dat het gewoonweg onmogelijk is om alle onderdelen in een vliegtuig op deze manier te verbinden.

Waarschuwend

Ondanks het feit dat Fokker op dit moment wereldwijd gezien nog voorop loopt met de lijmtechnologie, acht Vogelesang het raadzaam om een waarschuwende vinger op te heffen. „Het is algemeen bekend dat , Fokker een vooraanstaande positie inneemt op lijmgebied. Ik denk dat de kwaliteit en het succes van de huidige Fokker-vliegmigen voor een groot deel hierop gebaseerd zijn. Op dit moment doen zich zowel op constructief als materiaalkundig gebied verschillende nieuwe ontwikkelingen voor. Ik krijg de laatste tijd steeds meer de indruk dat Fokker niet in staat is o'm in die voorhoede actief te blijven. Als ze echter de grip op de nieuwe ontwikkelingen kwijtraken, zullen ze hun expertise verliezen en zichzelf daarmee uit de markt prijzen. Ik vind dat Fokker op lijmgebied een voorbeeldfunctie heeft voor Nederland. Veel van de kennis die bij Fokker ontwikkeld wordt, komt op de een of andere manier ten goede aan de industrie en dus ook aan de Nederlandse economie".

Deze tekst is geautomatiseerd gemaakt en kan nog fouten bevatten. Digibron werkt voortdurend aan correctie. Klik voor het origineel door naar de pdf. Voor opmerkingen, vragen, informatie: contact.

Op Digibron -en alle daarin opgenomen content- is het databankrecht van toepassing. Gebruiksvoorwaarden. Data protection law applies to Digibron and the content of this database. Terms of use.

Printen