CN211693079U - 紧固装置和组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种紧固装置(1)和组件。所述紧固装置(1)具有上表面(A)和下表面(B)，并且包括冲压金属板，该冲压金属板具有两个区域，即：第一区域(2)，其具有位于紧固装置(1)的上表面(A)侧和下表面(B)侧的多个爪(20)；以及第二区域(3)，其包括碗状部(30)，其中碗状部(30)具有平坦基部(31)和至少一个侧壁(32)，所述紧固装置(1)用于在所述第一区域(2)嵌入由复合材料制成的第一部件中并且所述碗状部(30)的所述平坦基部(31)在所述紧固装置(1)的所述下表面(B)侧焊接到由金属材料制成的第二部件时将所述第一部件组装到所述第二部件。

Description

紧固装置和组件

技术领域

本实用新型涉及一种紧固装置，该紧固装置用于通过将该紧固装置电阻焊接到金属材料而将复合材料与金属材料组装。更具体地说，本实用新型涉及汽车领域。

背景技术

特别是在陆地或空中运输的领域中，已知的是使用多材料组件，这种多材料组件集成了例如钢、铝、镁之类的金属部件和例如基体和加强件(例如碳纤维或玻璃纤维加强聚合物)之类的复合材料部件。这些多材料组件通过用较轻的复合材料代替金属部件来解决车辆重量减轻问题，以便降低能量消耗或改善车辆动态特性。然而，考虑到所组装材料的不同性质，这些组件相对难以实施。

文献FR3065895涉及一种用于通过电阻焊接将复合材料紧固到金属材料的装置。该紧固装置包括金属插入件，该金属插入件定位在预先形成在复合材料中的开口中，使得该金属插入件完全穿过该开口以与金属材料接触。然后将焊接电极施加到该金属插入件，以在该插入件和金属材料之间在它们的接触点处焊接。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供现有技术的解决方案的替代解决方案。本实用新型特别涉及一种用于将复合材料部件紧固到金属材料部件的装置，该紧固通过将紧固装置与金属材料部件电阻焊接而执行。该装置允许部件在这些部件之间实现简化、经济和牢固的紧固。

为了实现该目的，本实用新型的目的是提出一种紧固装置，该紧固装置具有上表面和下表面，并且该紧固装置包括冲压金属板，该冲压金属板具有两个区域，

即：第一区域，其具有位于紧固装置的上表面侧和下表面侧上的多个爪；以及第二区域，其包括碗状部，所述碗状部具有平坦基部和至少一个侧壁。

所述紧固装置用于在第一区域被包括在复合材料的第一部件中并且碗状部的平坦基部在紧固装置的下表面上焊接到金属材料的第二部件时将复合材料的第一部件与金属材料的第二部件组装。

根据本实用新型的其它有利和非限制性特征，单独地或以任何技术上可行的组合来考虑：

碗状部具有锥形形状；

第二区域位于冲压金属板的一端处；

板包括与第一区域和第二区域之间的边界叠置的至少一个加强肋；

第二区域的表面面积比第一区域的表面面积小；

爪是通过对该冲压金属板冲孔而形成的。

根据本实用新型的另一方面，本实用新型提出了一种组件，该组件包括复合材料的第一部件、金属材料的第二部件和如上所述的紧固装置，其中：第一区域被包括在第一部件中；平坦基部在紧固装置的下表面上焊接到第二部件。

附图说明

本实用新型的进一步的特征和优点将从下面参考附图对本实用新型进行的详细描述中显现，其中：

图1a是根据本实用新型的紧固装置的上表面A的概图；

图1b示出了根据本实用新型的另一紧固装置的上表面A的概图；

图2a表示在形成本实用新型的组件的第一步骤之后的根据本实用新型并根据紧固装置的上表面的组件的概图；

图2b示出了在形成本实用新型的组件的第一步骤之后的根据本实用新型的紧固装置的另一组件的横截面图；

图3是使用根据本实用新型的紧固装置的组件的横截面图；

图4表示本实用新型的组件的形成的第二阶段。

具体实施方式

为了简化以下描述，将使用相同的附图标记用于相同的或执行相同功能的元件。附图是示意性的表示，为了清楚起见，这些附图不一定按比例绘制。

紧固装置的一般表示

紧固装置1的目的是通过电阻焊接将由复合材料(例如用碳纤维或玻璃纤维加强的聚合物)制成的第一部件4与由金属材料制成的第二部件5组装。紧固装置1具有上表面A和下表面B。

紧固装置1由冲压的单件金属板形成。“冲压的单件金属板”是指已经经历一个或多个冲压步骤(即，冷成形金属板的步骤)的单件金属板。该金属板也可以已经经历一个或多个切割和/或弯曲步骤。

在以下描述中，可以以等同的方式使用“冲压的单件金属板”、“板”和“紧固装置”。

冲压的单件金属板具有0.5mm至2.5mm之间的厚度，优选地具有在1mm至2mm之间的厚度，并且在其整个表面上基本恒定。该厚度对应于冲压之前的初始金属板的厚度。在通过冲压而变形的区域中，冲压部分的厚度可以稍微减小。

可以从黑色金属和钢选择为单件金属板选择的金属。

图1a和图1b示出了根据本实用新型的两个示例性紧固装置1的概图。

紧固装置1具有两个区域。在图1a和图1b中用虚线示出了这两个区域之间的边界。第一区域2具有位于紧固装置1的上表面A侧和下表面B侧的多个爪20。第二区域3包括具有平坦基部31和侧壁32的碗状部30。有利的是，碗状部30的侧壁32是锥形的。

第一区域2用于确保紧固装置1借助于爪20附着到第一部件4。其意图是在紧固装置1的上表面A和下表面B上与第一部件4接触。为了实现这一点，第一部件4可由例如具有类似特性的层的叠层构成，并且紧固装置1布置在两层之间以将该紧固装置1包括在第一部件4中。这将在后面更详细地描述。

爪20的用途是将紧固装置1固定到第一部件4。爪20相对于形成紧固装置1的板形成20°到60°之间的角度，优选地形成45°的角度。在爪20当中，一些爪20延伸超过紧固装置1的下表面B，而其它爪20延伸超过紧固装置1的上表面A，以便它们可以至少部分地穿过包括紧固装置1的第一区域2的第一部件4。放置有爪20的表面、爪20的数量和定向根据所需的机械性能来优化。

有利的是，通过对形成紧固装置1的板进行冲孔而形成爪20。这样获得的爪20形成倾斜平面，优选地为三角形的形状，并且仅通过一侧连接到形成紧固装置1的板。通过冲孔形成爪20在爪20处产生了位于形成紧固装置1的板的平面中的开口21。这些开口21使得能够如下所述改进装置1到第一部件4的固定。

第二区域3旨在用于确保紧固装置1经由碗状部30固定到第二部件5。第二区域3至少包括碗状部30(图1b和图2b)。第二区域3旨在用于在碗状部30的平坦基部31的水平处在其下表面B侧焊接到第二部件5。第二区域3应当优选地在紧固装置1的下表面B侧和上表面A侧保持不与第一部件4接触，以便能够随后以平坦且清洁的焊接区域与第二部件5焊接。

有利地，第二区域3位于板的一端处，以例如使第二区域3延伸超过第一部件4的边缘，如图2a所示。将在以下描述中提供更多细节。

同样有利的是，第二区域3具有比第一区域2小的表面面积。其主要优点之一是将由碗状部30的平坦基部31构成的焊接点放置成尽可能靠近第一部件4的边缘，同时由于第一区域2而保持紧固装置1的良好机械强度。

碗状部30的深度以这样的方式确定，即当借助于紧固装置1将第一部件4和第二部件5组装时，平坦基部31可以与第二部件5接触。因此，碗状部30的深度优选地大于或等于第一部件4的位于装置1的下表面B和第二部件5之间的部分的厚度。

碗状部30的内部尺寸优选地选择成为将用于焊接的电极6a的横向尺寸或直径留有足够的间隙。这具有通过防止电极6a与侧壁32接触而减少可能的短路风险的效果，尤其是当将所述电极6a定位在碗状部30中时。

有利地，形成紧固装置1的板包括至少一个加强肋33，该加强肋33与第一区域2和第二区域3之间的边界叠置。该加强肋33的用途是改善紧固装置1在垂直于形成紧固装置1的板的表面的方向上的抗变形性，特别是抗弯曲性。这在图2a所示的情况(其中第二区域3从第一部件4突出)下特别有用，以便限制在第一区域2和第二区域3之间的边界处与第一部件4的接合处发生弯曲的风险。因此该加强肋33的存在使得能够考虑第二区域3的不同几何形状，特别是在其宽度和长度方面，同时防止变形的风险。

加强肋33有利地通过冲压形成。同样有利地，如图1a所示，加强肋33成对地布置在碗状部30的两侧。

使用根据本实用新型的紧固装置的组件

图3示出了包括根据本实用新型的紧固装置1并包括第一部件4和第二部件5的组件的横截面图。为了制造该组件，几个步骤是必需的。在第一步骤中，将紧固装置1固定到第一部件4，这可以根据所使用的技术在一个或多个子步骤中完成。在第二步骤中，然后将紧固装置1固定到第二部件5。

最初，第一部件4不是复合材料，它仅由纤维构成，更具体地说，由至少两层纤维例如碳纤维或玻璃纤维的叠层构成，并且将它称为第一初步部件。第一初步部件稍后将通过在第一步骤期间注射基体而变成复合材料的第一部件4。

第一步骤通过注射成型技术执行，例如，通过称为“RTM”(意为“树脂传递成型”)的低压树脂注射成型或称为“LCM”(意为“液体压缩成型”)的树脂注射和浸渍成型执行。

第一子步骤是将紧固装置1的第一区域2集成到第一部件4中。这种集成在紧固装置1的下表面B和上表面A上进行。

紧固装置1布置在形成第一初步部件的至少两层纤维之间，以便仅覆盖第一区域2。存在多种方式来做到这点。

例如，紧固装置1的第二区域3可通过以下方式布置成延伸超过第一部件4，即：通过修改(如果必要的话通过切割)复合材料的第一部件的边缘的形状以避免包括与第二区域3对应的区域，如图2a所示。

还可以考虑，第二区域3将位于第一部件4的边缘上，并且将不会延伸超出该边缘，如图2b所示。在该实施例中，第二区域3仅由碗状部30构成，并且在将紧固装置1放置在纤维层之间之前，必须在第一初步部件的纤维层中形成开口，以便在紧固装置1的下表面B和上表面A处暴露第二区域3。由于紧固装置1没有延伸超过第一初步部件，因此没有易于弯曲的区域，所以加强肋33的存在是不必要的。

这些措施具有改善组件的整体紧凑性以及特别地通过减少所需的复合材料的量而减少所使用的材料的量的优点，这减少了组件的重量。

在第一子步骤中，可以施加压缩力以使紧固装置1的第一区域2和第一部件的纤维层彼此靠近，以便使爪20穿透到纤维层中以开始集成。

在第二子步骤中，优选地由热固性材料例如环氧树脂构成的基体被注射到第一初步部件的纤维层中，以通过填充纤维之间的间隙以确保其凝聚来形成复合材料的第一部件4。它也将填充位于爪20的水平处的开口21，从而允许将紧固装置1固定到第一部件4。第二区域3在紧固装置1的上表面A和下表面B上保持没有任何基体。这例如通过将密封元件(密封件)放置在用于注射基体的模具中来实现，以防止基体渗透到要保持自由的区域中。

在图4所示的第二步骤中，将紧固装置1的第二区域3在碗状部30的平坦基部31处焊接到第二部件5。

为此，将设有紧固装置1的第一部件4放置在第二部件5上，使得平坦基部与紧固装置1的下表面B上的第二部件5接触。然后，在装置1的上表面A侧，将第一电极6a放置在碗状部30中，并与平坦基部31接触。第二电极6b放置成与第一电极6a相对地抵靠第二部件5，使得平坦基部31和第二部件5在两个电极6a和6b之间。在第一电极6a和第二电极6b之间施加电流，以将平坦基部31电阻地熔合到第二部件5。还施加力以使两个电极彼此靠近，并因此使平坦基部31压靠第二部件5，以促进熔合。

在该第二步骤结束时，第一部件4夹在紧固装置1和第二部件5之间，这确保了组件的良好机械阻力。爪20用于将第一部件4夹在紧固装置1和第二部件5之间。

当然，本实用新型不限于所描述的实施方式，并且可以使用替代的解决方案而不偏离如权利要求中所限定的本实用新型的范围。

Claims (7)

1.一种紧固装置(1)，所述紧固装置(1)具有上表面(A)和下表面(B)，并且所述紧固装置(1)包括冲压金属板，所述冲压金属板具有两个区域，即：

第一区域(2)，所述第一区域(2)具有位于所述紧固装置(1)的上表面(A)侧和下表面(B)侧的多个爪(20)；以及

第二区域(3)，所述第二区域(3)包括碗状部(30)，其中所述碗状部(30)具有平坦基部(31)和至少一个侧壁(32)，

其特征在于，所述紧固装置(1)用于在所述第一区域(2)嵌入由复合材料制成的第一部件(4)中并且所述碗状部(30)的所述平坦基部(31)在所述紧固装置(1)的所述下表面(B)侧焊接到由金属材料制成的第二部件(5)时将所述第一部件(4)组装到所述第二部件(5)。

2.根据权利要求1所述的紧固装置(1)，其特征在于，所述碗状部(30)具有锥形形状。

3.根据权利要求1或2所述的紧固装置(1)，其特征在于，所述第二区域(3)位于所述冲压金属板的一端处。

4.根据权利要求1或2所述的紧固装置(1)，其特征在于，所述冲压金属板包括与所述第一区域(2)和所述第二区域(3)之间的边界叠置的至少一个加强肋(33)。

5.根据权利要求1或2所述的紧固装置(1)，其特征在于，所述第二区域(3)的表面面积比所述第一区域(2)的表面面积小。

6.根据权利要求1或2所述的紧固装置(1)，其特征在于，所述爪(20)是通过对所述冲压金属板进行冲孔而形成的。

7.一种组件，所述组件包括由复合材料制成的第一部件(4)、由金属材料制成的第二部件(5)和根据权利要求1至6中的任一项所述的紧固装置(1)，

其特征在于，

所述紧固装置(1)的所述第一区域(2)嵌入所述第一部件(4)中；并且

所述紧固装置(1)的所述平坦基部(31)在所述紧固装置(1)的所述下表面(B)侧焊接到所述第二部件(5)。

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