DE102009056580A1 - Method for connecting thermoplastic fiber composite components by stick-shaped functional elements, involves positioning fiber composite components involved in connection and functional element in its initial position - Google Patents

Method for connecting thermoplastic fiber composite components by stick-shaped functional elements, involves positioning fiber composite components involved in connection and functional element in its initial position Download PDF

Info

Publication number
DE102009056580A1
DE102009056580A1 DE102009056580A DE102009056580A DE102009056580A1 DE 102009056580 A1 DE102009056580 A1 DE 102009056580A1 DE 102009056580 A DE102009056580 A DE 102009056580A DE 102009056580 A DE102009056580 A DE 102009056580A DE 102009056580 A1 DE102009056580 A1 DE 102009056580A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fiber composite
functional element
composite components
pin
thermoplastic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102009056580A
Other languages
German (de)
Inventor
Robert Kupfer
Andreas Hornig
Werner Hufenbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Dresden
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Dresden filed Critical Technische Universitaet Dresden
Priority to DE102009056580A priority Critical patent/DE102009056580A1/en
Publication of DE102009056580A1 publication Critical patent/DE102009056580A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B15/00Nails; Staples
    • F16B15/06Nails; Staples with barbs, e.g. for metal parts; Drive screws
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/56Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using mechanical means or mechanical connections, e.g. form-fits
    • B29C65/562Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using mechanical means or mechanical connections, e.g. form-fits using extra joining elements, i.e. which are not integral with the parts to be joined
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/74Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by welding and severing, or by joining and severing, the severing being performed in the area to be joined, next to the area to be joined, in the joint area or next to the joint area
    • B29C65/743Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by welding and severing, or by joining and severing, the severing being performed in the area to be joined, next to the area to be joined, in the joint area or next to the joint area using the same tool for both joining and severing, said tool being monobloc or formed by several parts mounted together and forming a monobloc
    • B29C65/7437Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by welding and severing, or by joining and severing, the severing being performed in the area to be joined, next to the area to be joined, in the joint area or next to the joint area using the same tool for both joining and severing, said tool being monobloc or formed by several parts mounted together and forming a monobloc the tool being a perforating tool
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/78Means for handling the parts to be joined, e.g. for making containers or hollow articles, e.g. means for handling sheets, plates, web-like materials, tubular articles, hollow articles or elements to be joined therewith; Means for discharging the joined articles from the joining apparatus
    • B29C65/7841Holding or clamping means for handling purposes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05Particular design of joint configurations
    • B29C66/10Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/112Single lapped joints
    • B29C66/1122Single lap to lap joints, i.e. overlap joints
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05Particular design of joint configurations
    • B29C66/20Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines
    • B29C66/21Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines said joint lines being formed by a single dot or dash or by several dots or dashes, i.e. spot joining or spot welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/349Cooling the welding zone on the welding spot
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/41Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
    • B29C66/43Joining a relatively small portion of the surface of said articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/50General aspects of joining tubular articles; General aspects of joining long products, i.e. bars or profiled elements; General aspects of joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; General aspects of joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/51Joining tubular articles, profiled elements or bars; Joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; Joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/54Joining several hollow-preforms, e.g. half-shells, to form hollow articles, e.g. for making balls, containers; Joining several hollow-preforms, e.g. half-cylinders, to form tubular articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721Fibre-reinforced materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/739General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/7392General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic
    • B29C66/73921General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic characterised by the materials of both parts being thermoplastics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/83General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
    • B29C66/832Reciprocating joining or pressing tools
    • B29C66/8322Joining or pressing tools reciprocating along one axis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2793/00Shaping techniques involving a cutting or machining operation
    • B29C2793/0045Perforating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/44Joining a heated non plastics element to a plastics element
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/44Joining a heated non plastics element to a plastics element
    • B29C65/46Joining a heated non plastics element to a plastics element heated by induction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721Fibre-reinforced materials
    • B29C66/7214Fibre-reinforced materials characterised by the length of the fibres
    • B29C66/72141Fibres of continuous length
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721Fibre-reinforced materials
    • B29C66/7214Fibre-reinforced materials characterised by the length of the fibres
    • B29C66/72143Fibres of discontinuous lengths

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

The method involves positioning the fiber composite components (4,6) involved in the connection and a functional element (2) in its initial position. The stick-shaped functional elements are warmed or heated before establishing the connection of the two fiber composite components in their initial position by an adjusted heater (3). Independent claims are also included for the following: (1) a device for connecting thermoplastic fiber composite components by stick-shaped functional elements; and (2) a functional element with a sensor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von thermoplastischen Faserverbundbauteilen mittels stiftförmiger Funktionselemente, wobei in den Faserverbundbauteilen sich herstellungstechnisch koordiniert ausgerichtete Fasern in einem thermoplastischen Werkstoff zu einem thermoplastischen Faserverbund ausgebildet befinden.The invention relates to a method and a device for connecting thermoplastic fiber composite components by means of pin-shaped functional elements, wherein in the fiber composite components manufacturing technology coordinated aligned fibers are formed in a thermoplastic material to form a thermoplastic fiber composite.

Mit der Erfindung wird eine werkstoffgerechte Möglichkeit geschaffen, faserverstärkte thermoplastische Bauteile unter Verwendung stiftartiger Funktionselemente ohne Vorbereitung der Fügestelle zu verbinden. Die Fasern können dabei als Kurz- oder Langfaser, vorzugsweise jedoch als textile Verstärkung des Kunststoffes vorliegen.With the invention, a material-appropriate possibility is created to connect fiber-reinforced thermoplastic components using pin-like functional elements without preparation of the joint. The fibers may be present as short or long fiber, but preferably as a textile reinforcement of the plastic.

Für die Verbindung von Faserverbundbauteilen steht eine Vielzahl herkömmlicher Verfahren zur Verfügung. Dabei kommt dem Fügen unter Verwendung eines oder mehrerer höherfester Verbindungselemente eine besondere Bedeutung zu, da auf diese Weise hohe Lasten übertragen werden können. Beispiele für solche Verbindungselemente sind Niete und Schrauben, aber auch Bolzen und Stifte.A variety of conventional methods are available for joining fiber composite components. In this case, the joining using one or more higher-strength fasteners is of particular importance, since in this way high loads can be transmitted. Examples of such fasteners are rivets and screws, but also bolts and pins.

Herkömmliche Fügeverfahren, bei denen solche Verbindungselemente eingesetzt werden, sind meist auf ein konstruktiv erforderliches Loch in den zu verbindenden Faserverbundbauteilen angewiesen. Nachteilig ist dabei, dass das Loch in der Regel in einem zusätzlichen Arbeitsschritt vor dem eigentlichen Fügeprozess eingebracht werden muss.Conventional joining methods, in which such fasteners are used, are usually dependent on a structurally required hole in the fiber composite components to be joined. The disadvantage here is that the hole must be introduced usually in an additional step before the actual joining process.

In der Druckschrift EP 0268957 A1 wird zwar ein Verfahren beschrieben, bei welchem kein Loch eingebracht werden muss. Allerdings müssen die thermoplastischen Bauteile vor dem eigentlichen Fügevorgang/Verbindungsvorgang in einem separaten Arbeitsschritt mittels Ultraschall auf Schmelztemperatur erwärmt werden.In the publication EP 0268957 A1 Although a method is described in which no hole must be introduced. However, the thermoplastic components must be heated by means of ultrasound to melting temperature before the actual joining / joining process in a separate step.

Gleiches gilt für das in der Druckschrift DE 10 2004 038 084 A1 beschriebene Verfahren zum Thermoplastnieten, wo die Fügepartner vor dem Nietprozess über angepasste Heizelemente plastifiziert werden müssen. Aufgrund der geringen Wärmeleiteigenschaften von Kunststoffen sind solche Erwärmungsprozesse jedoch zeitintensiv und beeinträchtigen somit die Wirtschaftlichkeit der Verfahren.The same applies to that in the document DE 10 2004 038 084 A1 described method for thermoplastic riveting, where the joining partners must be plasticized before the riveting process via adapted heating elements. However, due to the low thermal conductivity of plastics such heating processes are time consuming and thus affect the economics of the process.

Ein weiterer Nachteil resultiert aus dem Herstellungsprozess der erforderlichen Löcher, da der Herstellungsprozess zumeist trennend, zum Beispiel durch Bohren oder Stanzen erfolgt, wobei die Last tragenden Fasern im Lochbereich durchtrennt werden. Die Durchtrennung vermindert lokal das Tragverhalten des Faserverbundes und verursacht somit eine Schwachstelle im Bauteil.Another disadvantage results from the manufacturing process of the required holes, since the manufacturing process is usually separated, for example by drilling or punching, wherein the load-bearing fibers are severed in the hole area. The severing locally reduces the structural behavior of the fiber composite and thus causes a weak point in the component.

Das in der Druckschrift DE 10 2004 038 084 A1 angegebene Verfahren weist ebenfalls auf diese Problematik hin und löst das Problem durch Verdrängung der Fasern mittels eines Domes an den Lochrand. Nachteilig ist hierbei jedoch wiederum die Notwendigkeit eines vorangehenden zusätzlichen Arbeitsschrittes.That in the publication DE 10 2004 038 084 A1 indicated method also points to this problem and solves the problem by displacing the fibers by means of a dome to the edge of the hole. The disadvantage here, however, again the need for a preceding additional step.

Da die meisten Fügetechnologien bei der Herstellung der Verbindung eine beidseitige Zugänglichkeit der Fügestelle erfordern, ist deren Einsatzspektrum auf vorgegebene Bauteilgeometrien oder speziell vorbereitete Fügezonen, wie etwa Flansche, beschränkt. Eine Sonderstellung nehmen Blindniete ein, welche jedoch ausnahmslos auf vorbereitete Fügestellen angewiesen sind.Since most joining technologies require a bilateral accessibility of the joint in the production of the compound, their range of application is limited to predetermined component geometries or specially prepared joining zones, such as flanges. Blind rivets occupy a special position, which, however, invariably depend on prepared joints.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von thermoplastischen Faserverbundbauteilen mittels stiftförmiger Funktionselemente anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass mindestens zwei thermoplastische Faserverbundbauteile unter Verwendung mindestens eines stiftförmigen Funktionselementes ohne signifikante Verminderung des Tragverhaltens im Bereich der Fügestelle verbunden werden können. Eine Vorbereitung der Fügestelle zwecks Einbringung eines Loches soll dabei entfallen. Des Weiteren soll eine einseitige Zugänglichkeit beim Verbindungsvorgang erreicht werden.The invention has for its object to provide a method and apparatus for connecting thermoplastic fiber composite components by means of pin-shaped functional elements, which are designed so suitable that at least two thermoplastic fiber composite components are connected using at least one pin-shaped functional element without significant reduction of the bearing behavior in the joint can. A preparation of the joint for the purpose of introducing a hole should be omitted. Furthermore, a one-sided accessibility is to be achieved during the connection process.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 3 und 9 gelöst. Das Verfahren zum Verbinden von thermoplastischen Faserverbundbauteilen mittels stiftförmiger Funktionselemente, wobei in den Faserverbundbauteilen sich herstellungstechnisch koordiniert ausgerichtete Fasern in einem thermoplastischen Werkstoff zu einem thermoplastischen Faserverbund ausgebildet befinden,
enthält
gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 folgende Schritte:

  • – Positionieren der an der Verbindung beteiligten Faserverbundbauteile und mindestens eines Funktionselementes an einer Seite des Bereichs der Fügestelle,
  • – Erwärmen des stiftförmigen Funktionselementes vor dem Herstellen der Verbindung der beiden Faserverbundbauteile in seiner Ausgangsposition mittels einer angepassten Heizung,
  • – Pressen des erwärmten Funktionselementes mittels einer Vorschubeinrichtung in die zu fügenden, miteinander kontaktierenden Faserverbundbauteile, wobei der jeweilige thermoplastische, der Fügestelle zugeordnete Werkstoff der zugehörigen Faserverbundbauteile durch Kontakt zum erwärmten Funktionselement und dem daraus folgendem Wärmeübergang lokal aufgeschmolzen wird und wobei das erwärmte Funktionselement die im lokal aufgeschmolzenen Werkstoff beweglichen Fasern verdrängt und in den thermoplastischen Werkstoff der beiden Faserverbundbauteile eindringt,
  • – Abkühlen und Erstarren des thermoplastischen Matrixwerkstoffes und Verbleib des Funktionselementes in der Fügestelle und
  • – Zurückführen der Vorschubeinrichtung an ihre Ausgangsposition.
These objects are achieved by the features of claims 1, 3 and 9. The method for joining thermoplastic fiber composite components by means of pin-shaped functional elements, wherein in the fiber composite components manufacturing technology coordinated fibers are formed in a thermoplastic material to form a thermoplastic fiber composite,
contains
according to the characterizing part of patent claim 1 the following steps:
  • Positioning the fiber composite components participating in the connection and at least one functional element on one side of the area of the joint,
  • Heating the pin-shaped functional element before establishing the connection of the two fiber composite components in its initial position by means of a matched heating,
  • - Pressing of the heated functional element by means of a feed device in the to be joined, mutually contacting fiber composite components, wherein the respective thermoplastic, the joint associated material of the associated fiber composite components by contact to the heated functional element and the thereof the following heat transfer is locally melted and wherein the heated functional element displaces the fibers which are movable in the locally molten material and penetrates into the thermoplastic material of the two fiber composite components,
  • - Cooling and solidification of the thermoplastic matrix material and whereabouts of the functional element in the joint and
  • - Returning the feed device to its starting position.

Das Erwärmen des stiftförmigen Funktionselements kann vor oder während der Positionierung des Funktionselements durchgeführt werden.The heating of the pin-shaped functional element can be carried out before or during the positioning of the functional element.

Die Vorrichtung zum Verbinden von thermoplastischen Faserverbundbauteilen mittels stiftförmiger Funktionselemente unter Verwendung des Verfahrens, wobei in den Faserverbundbauteilen sich herstellungstechnisch koordiniert ausgerichtete Fasern in einem thermoplastischen Werkstoff zu einem thermoplastischen Faserverbund ausgebildet befinden, besitzt
gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 3 zumindest

  • – eine Funktionselementhalterungseinrichtung zur Positionierung des Funktionselementes in seiner Ausgangsposition,
  • – eine Heizung zumindest zum Erwärmen der äußeren Oberfläche des zur Verbindung vorgesehenen und positionierten Funktionselementes,
  • – eine Vorschubeinrichtung zum Einpressen des erwärmten Funktionselementes in die zu verbindenden Faserverbundbauteile.
The device for connecting thermoplastic fiber composite components by means of pin-shaped functional elements using the method, wherein in the fiber composite components manufacturing technology coordinately oriented fibers are formed in a thermoplastic material to form a thermoplastic fiber composite possesses
according to the characterizing part of claim 3 at least
  • A functional element holding device for positioning the functional element in its starting position,
  • A heating at least for heating the outer surface of the functional element provided and positioned for connection,
  • - A feed device for pressing the heated functional element in the fiber composite components to be joined.

Die Vorrichtung kann darüber hinaus wahlweise:

  • – eine Positionier-/Halterungsanordnung für die mit dem Funktionselement zu verbindenden Faserverbundbauteile,
  • – eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Fügestelle im Anschluss an den Verbindungsvorgang,
  • – ein Funktionselementmagazin mit einem Funktionselementzuführungsmechanismus zur Funktionselementhalterungseinrichtung sowie
  • – zumindest eine zentrale Einheit zur Steuerung der Anordnung und/oder der Funktion der einzelnen Baugruppen und zur Steuerung des Verbindungsprozesses der Faserverbundbauteile mittels des Funktionselements
aufweisen.The device can also optionally:
  • A positioning / holding arrangement for the fiber composite components to be connected to the functional element,
  • A cooling device for cooling the joint following the bonding process,
  • - A functional element magazine with a functional element feed mechanism for functional element holding device as well
  • - At least one central unit for controlling the arrangement and / or the function of the individual modules and for controlling the connection process of the fiber composite components by means of the functional element
exhibit.

Die zentrale Einheit kann dabei über energieversorgungs-/signaltechnische Verbindungsleitungen mit der Vorschubeinrichtung, der Heizung, der Positionier-/Halterungsanordnung, einer Funktionselementzuführungseinrichtung und einer Funktionselementhalterungseinrichtung sowie der Kühleinrichtung verbunden sein.The central unit can be connected via energy supply / signal technical connection lines with the feed device, the heater, the positioning / support arrangement, a functional element supply means and a functional element holding device and the cooling device.

Weitere Baugruppen zur Durchführung des Verfahrens können in der Vorrichtung ausgebildet und vorgesehen sein, wobei die weiteren Baugruppen mit zugehörigen energieversorgungs-/signaltechnischen Verbindungsleitungen entweder mit der zentralen Einheit oder mit anderen z. B. dezentralen Steuereinheiten verbunden sein können.Other modules for performing the method can be formed and provided in the device, the other modules with associated energy / signal technical connection lines either with the central unit or with other z. B. decentralized control units can be connected.

Das Funktionselement kann
gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 9
ein vorzugsweise metallisches stiftartiges Element zum einfachen Verbinden der Faserverbundbauteile oder ein passives stiftartiges Element zur lokalen Anpassung der Struktureigenschaften der Fügestelle oder ein aktives und/oder adaptives stiftförmiges Funktionselement zur gezielten Beeinflussung des Strukturverhaltens oder ein mit einem in seinem Innern zumindest ein zusätzliches Element enthaltendes stiftförmiges Funktionselement, das mit einer starren wärmeaufnehmenden Metallhaut umgeben ist, darstellen. Das zusätzliche Element kann ein Sensor sein.
The functional element can
according to the characterizing part of patent claim 9
a preferably metallic pin-like element for easily connecting the fiber composite components or a passive pin-like element for local adaptation of the structural properties of the joint or an active and / or adaptive pin-shaped functional element for selectively influencing the structural behavior or with a containing in its interior at least one additional element pin-shaped functional element , which is surrounded by a rigid heat-absorbing metal skin pose. The additional element can be a sensor.

Kernpunkt der Erfindung ist die Erwärmung/Erhitzung des stiftförmigen Funktionselementes, wobei durch Kontakt des stiftartigen Funktionselementes die thermoplastische Matrix des Faserverbundwerkstoffes lokal aufgeschmolzen und somit dem Funktionselement das Eindringen in den Werkstoff ermöglicht wird.The core of the invention is the heating / heating of the pin-shaped functional element, wherein the thermoplastic matrix of the fiber composite material is locally melted by contact of the pin-like functional element and thus the functional element is allowed to penetrate into the material.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass für die Herstellung der Verbindung außer der präzisen Positionierung keine spezifische Vorbereitung der Fügestelle notwendig ist. Die stiftförmigen Funktionselemente verdrängen beim Eindringen in den aufgeschmolzenen thermoplastischen Werkstoff die Fasern, so dass nahezu keine lokale Faserschädigung hervorgerufen werden kann. Der Einsatz solcher erwärmter Funktionselemente dient also der faserschonenden Verbindung der Faserverbundbauteile und zur Verstärkung.The essential advantage of the invention is that no specific preparation of the joint is necessary for the preparation of the compound except the precise positioning. The pin-shaped functional elements displace the fibers during penetration into the molten thermoplastic material, so that almost no local fiber damage can be caused. The use of such heated functional elements thus serves the fiber-friendly connection of the fiber composite components and for reinforcement.

Aufgrund der Tatsache, dass das Verbindungselement in den Faserverbund eindringt, ist zudem der Erwärmungsprozess des Matrixmaterials nicht durch kunststofftypische langsame Wärmeleitvorgänge charakterisiert, sondern durch einen direkten Wärmeübergang vom erwärmten Funktionselement auf den zu erweichenden Matrixwerkstoff. Daraus resultiert eine deutlich höhere Fügegeschwindigkeit als bei separater Erwärmung der Fügezone in einem vorangehenden Arbeitsschritt und dem anschließenden Einbringen des verbindenden Funktionselementes.Due to the fact that the connecting element penetrates into the fiber composite, moreover, the heating process of the matrix material is not characterized by plastic-typical slow Wärmeleitvorgänge, but by a direct heat transfer from the heated functional element on the matrix material to be softened. This results in a significantly higher joining speed than with separate heating of the joining zone in a preceding step and the subsequent introduction of the connecting functional element.

Des Weiteren verlangt diese Fügetechnologie lediglich eine einseitige Zugänglichkeit, was sie besonders für einen Einsatz bei komplexen Geometrien der Fügepartner – der Faserverbundbauteile – prädestiniert. Aufgrund der daraus resultierenden hohen Flexibilität dieser Technologie ist sie besonders für den Einsatz in der industriellen Praxis geeignet. Furthermore, this joining technology requires only one-sided accessibility, which predestines it especially for use with complex geometries of the joining partners - the fiber composite components. Due to the resulting high flexibility of this technology, it is particularly suitable for use in industrial practice.

Aufgrund ihres einfachen Wirkprinzips lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung konstruktiv so ausführen, dass der Fügeprozess z. B. durch Montage an einem Roboter, automatisiert werden kann. Des Weiteren kann, beispielsweise für Reparaturvorgänge an beschädigten Bauteilen, die erfindungsgemäße Vorrichtung in ein ortsunabhängiges Handgerät integriert werden.Due to its simple principle of action, the device according to the invention can be designed so constructively that the joining process z. B. by mounting on a robot, can be automated. Furthermore, for example, for repair operations on damaged components, the device according to the invention can be integrated into a location-independent handset.

Neben der bereits ausgeführten Hauptanwendung der Verbindung mindestens zweier vor dem Fügeprozess getrennter Einzelstrukturen kann die Technologie des Weiteren zur gezielten Einstellung der lokalen Eigenschaften faserverstärkter Thermoplaste genutzt werden. Dies betrifft besonders die Festigkeits- bzw. Steifigkeitseigenschaften senkrecht zur Hauptverstärkungsebene, da das Funktionselement als Verstärkung der Laminatstruktur in Funktionselementrichtung wirkt.In addition to the already described main application of the connection of at least two individual structures separated before the joining process, the technology can furthermore be used for the targeted adjustment of the local properties of fiber-reinforced thermoplastics. This particularly relates to the strength or stiffness properties perpendicular to the main reinforcement plane, since the functional element acts as a reinforcement of the laminate structure in the functional element direction.

Außerdem besteht durch die Variation von Art und Anzahl der Funktionselemente die Möglichkeit zur Einstellung der thermischen Leiteigenschaften in Laminat-Dickenrichtung, zum Beispiel für einen verbesserten Wärmetransport.In addition, by varying the type and number of functional elements, it is possible to adjust the thermal conductivity properties in the laminate thickness direction, for example for improved heat transfer.

Weiterhin ermöglichen das Verfahren, die Vorrichtung und das Funktionselement spezielle funktionale Elemente in den Verbund der Faserverbundbauteile zu integrieren, wie zum Beispiel aktive und/oder adaptive Funktionselemente, um somit eine gezielte Beeinflussung des Strukturverhaltens zu erlauben oder das Strukturverhalten der Faserverbundbauteile zu überwachen.Furthermore, the method enable the device and the functional element to integrate special functional elements into the composite of the fiber composite components, such as active and / or adaptive functional elements, in order to allow targeted influencing of the structural behavior or to monitor the structural behavior of the fiber composite components.

Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.Further developments and special embodiments of the invention are specified in further subclaims.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert:
Es zeigen:
The invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment by means of several drawings:
Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Verbinden von thermoplastischen Faserverbundbauteilen mittels eines stiftförmigen Funktionselements, 1 a schematic representation of an apparatus for connecting thermoplastic fiber composite components by means of a pin-shaped functional element,

2 die wesentlichen Verfahrensschritte zum Verbinden von thermoplastischen Faserverbundbauteilen mittels eines stiftförmigen Funktionselements, wobei 2 the main process steps for connecting thermoplastic fiber composite components by means of a pin-shaped functional element, wherein

2a die Positionierung der zu verbindenden Faserverbundbauteile nach 1 und Heizung des Funktionselements vor dem Verbinden/Fügen mit einer Vorrichtung in abgerüsteter Form, 2a the positioning of the fiber composite components to be connected after 1 and heating the functional element before connecting / joining with a device in a disarmed form,

2b die Pressung des erwärmten Funktionselements zum Verbinden der thermoplastischen Faserverbundbauteile mittels des stiftförmigen Funktionselements und mittels der Vorschubeinrichtung gemäß der 2a während des Verbindens/Fügens und dem Abkühlen, 2 B the pressing of the heated functional element for connecting the thermoplastic fiber composite components by means of the pin-shaped functional element and by means of the feed device according to the 2a during joining / cooling and cooling,

2c die Zurückführung der Vorschubeinrichtung nach dem Verbinden von thermoplastischen Faserverbundbauteilen mittels des stiftförmigen Funktionselements gemäß der 2a und 2b nach dem Verbinden/Fügen und dem Abkühlen
zeigen,
2c the return of the feed device after the joining of thermoplastic fiber composite components by means of the pin-shaped functional element according to the 2a and 2 B after joining / joining and cooling
demonstrate,

3 eine im vergrößerten Detail angegebene Fügestelle, wobei 3 a joint specified in enlarged detail, wherein

3a eine vergrößerte Draufsicht vor dem Fügeprozess und 3a an enlarged plan view before the joining process and

3b eine vergrößerte Draufsicht nach dem Fügeprozess
zeigen,
3b an enlarged plan view of the joining process
demonstrate,

4 stiftförmige Funktionselemente, wobei 4 pin-shaped functional elements, wherein

4a ein einfaches metallisches stiftartiges Funktionselement zur Verbindung, 4a a simple metallic pin-like functional element for connection,

4b ein profiliertes Funktionselementelement ohne Kopf, 4b a profiled functional element element without head,

4c ein profiliertes Funktionselementelement mit Kopf, 4c a profiled functional element element with head,

4d ein Funktionselement mit einem inneren Hohlraum und einem darin befindlichen Sensor und mit einem den Sensor umgebenden Wärme aufnehmenden Mantel
zeigen und
4d a functional element having an inner cavity and a sensor therein and with a heat surrounding the sensor receiving jacket
show and

5 eine schematische erfindungsgemäße Vorrichtung mit weiteren Details im Aufbau. 5 a schematic device according to the invention with further details in construction.

In der 1 ist in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung 10 zum Verbinden von zwei thermoplastischen Faserverbundbauteilen 4, 6 mittels eines stiftförmigen Funktionselements 2 gezeigt, wobei in den Faserverbundbauteilen 4, 6 sich herstellungstechnisch koordiniert ausgerichtete Fasern 14 in einem thermoplastischen Werkstoff 15 zu einem thermoplastischen Verbund 26, wie in den 3a und 3b gezeigt ist, ausgebildet befinden.In the 1 is a schematic representation of a device 10 for joining two thermoplastic fiber composite components 4 . 6 by means of a pin-shaped functional element 2 shown, wherein in the fiber composite components 4 . 6 Coordinated production-oriented fibers 14 in a thermoplastic material 15 to a thermoplastic composite 26 as in the 3a and 3b is shown trained.

Die Vorrichtung 10 in 1 enthält zumindest eine Vorschubeinrichtung 1, eine Heizung 3 zum Erwärmen/Erhitzen zumindest der äußeren Oberfläche 24 des zur Verbindung vorgesehenen Funktionselements 2 und eine Positionier-/Halterungsanordnung 12 für die mit dem Funktionselement 2 zu verbindenden Faserverbundbauteile 4, 6.The device 10 in 1 contains at least one feed device 1 , a heater 3 for heating / heating at least the outer surface 24 of the functional element provided for the connection 2 and a positioning / support assembly 12 for those with the functional element 2 to be joined fiber composite components 4 . 6 ,

Außerdem können zur Vorrichtung 10 eine Funktionselementhalterungseinrichtung 7, eine Kühleinrichtung 8 sowie zumindest eine zentrale Einheit 9 zur Steuerung der Anordnung und/oder Funktion der einzelnen Baugruppen – der Vorschubeinrichtung 1, der Heizung 3, der Kühleinrichtung 8, der Positionier/Halterungsanordnung 12 – der Vorrichtung 10 und zur Steuerung des Verbindungsprozesses der Faserverbundbauteile 4, 6 mittels des Funktionselements 2 vorgesehen sein.In addition, the device can 10 a functional element holding device 7 , a cooling device 8th as well as at least one central unit 9 for controlling the arrangement and / or function of the individual modules - the feed device 1 , the heating 3 , the cooling device 8th , the positioning / mounting arrangement 12 - the device 10 and for controlling the bonding process of the fiber composite components 4 . 6 by means of the functional element 2 be provided.

Die zentrale Einheit 9 kann über energieversorgungs-/signaltechnische Verbindungsleitungen 11 mit der Vorschubeinrichtung 1, mit der Heizung 3, mit der Kühleinrichtung 8 und mit der Positionier-/Halterungsanordnung 12 verbunden sein.The central unit 9 can via power supply / signal connection lines 11 with the feed device 1 , with the heating 3 , with the cooling device 8th and with the positioning / support assembly 12 be connected.

Weitere Baugruppen zur einfachen und schnellen Durchführung der Verbindung können in der Vorrichtung 10 ausgebildet und vorgesehen sein, wobei die weiteren Baugruppen, insbesondere der Funktionselementhalterungseinrichtung 7 mit zugehörigen energieversorgungs-/signaltechnischen Verbindungsleitungen entweder mit der zentralen Einheit 9 oder mit anderen z. B. dezentralen Steuereinheiten verbunden sein können.Other assemblies for easy and quick implementation of the connection can in the device 10 be formed and provided, wherein the further modules, in particular the functional element holding device 7 with associated power / signal connection lines either with the central unit 9 or with other z. B. decentralized control units can be connected.

Die Heizung 3 kann, insbesondere für metallische Funktionselemente, eine elektrische Widerstandsheizung sein oder auf dem Prinzip des Induktionsheizens basieren. Die Funktionselemente 2 können aus metallischem und nichtmetallischem Material bestehen. Werden nichtmetallische Funktionselemente eingesetzt, können beispielsweise eine Ultraschall-Heizeinrichtung oder Kontaktheizelemente eingesetzt werden.The heating system 3 can, in particular for metallic functional elements, be an electrical resistance heating or based on the principle of induction heating. The functional elements 2 can be made of metallic and non-metallic material. If non-metallic functional elements are used, for example, an ultrasonic heating device or contact heating elements can be used.

Die Positionier-/Halterungseinrichtung 12 für die Faserverbundbauteile 4, 6 kann feststehend ausgebildet sein, wobei der Vorrichtungsteil 25 der Vorrichtung 10 mit der Vorschubeinrichtung 1, der Heizung 3, der Funktionselementhalterungseinrichtung 7 und der Kühleinrichtung 8 bewegbar angeordnet sein kann, so dass nicht nur ein Funktionselement 2, sondern auch mehrere Funktionselemente 2 für die Herstellung der Verbindung/Fügung eingesetzt werden können.The positioning / holding device 12 for the fiber composite components 4 . 6 may be fixed, wherein the device part 25 the device 10 with the feed device 1 , the heating 3 , the functional element holder device 7 and the cooling device 8th can be movably arranged so that not only a functional element 2 , but also several functional elements 2 can be used for the preparation of the compound / joining.

Der bewegbare Vorrichtungsteil 25 kann mit einer zugehörigen Positioniereinrichtung (nicht eingezeichnet) in Verbindung stehen, die die vorgegebenen Fügestellen 5 sucht, findet und danach das jeweilige Signal zur Erwärmung des Funktionselementes 2 und zur anschließenden Fügung bzw. Verbindung auslöst.The movable device part 25 can be associated with an associated positioning device (not shown) which are the predetermined joints 5 searches, finds and then the respective signal for heating the functional element 2 and triggers for the subsequent addition or connection.

Dabei kann in der zentralen Einheit 9 eine Steuereinheit 13 vorhanden sein, in der Parameter gespeichert sind, die den Eigenschaften bezüglich der Aufschmelzung des Matrixwerkstoffs 15 und der Verdrängung der Fasern 14 in der Matrix 15 und somit im Faserverbund 26 der Faserverbundbauteile 4, 6, wie in 1 und in 3a und 3b gezeigt ist, zugeordnet sind, und die dem Wärmeleitvermögen zumindest der Oberfläche 24 des Funktionselementes 2 angepasst werden können.It can be in the central unit 9 a control unit 13 be present, are stored in the parameters, the properties relating to the melting of the matrix material 15 and the displacement of the fibers 14 in the matrix 15 and thus in the fiber composite 26 the fiber composite components 4 . 6 , as in 1 and in 3a and 3b is shown, and the thermal conductivity of at least the surface 24 of the functional element 2 can be adjusted.

Der Durchmesser eines stiftförmigen Funktionselementes 2 kann abhängig von der Ausbildung des Faserverbunds 26 der Faserverbundbauteile 4, 6 ausgebildet sein. Das Funktionselement 2 kann im Durchmesser kreisförmig, aber auch eckig ausgebildet und in die Funktionselementhalterungseinrichtung 7 manuell oder automatisch einsetzbar sein. In Längsrichtung kann die Oberfläche 24 im Profil von glatt bis wellenartig und zackenartig oder mit regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Vorsprüngen 28, wie in den 4a, 4b, 4c und 4d gezeigt ist, ausgebildet sein.The diameter of a pin-shaped functional element 2 may depend on the formation of the fiber composite 26 the fiber composite components 4 . 6 be educated. The functional element 2 can be circular in diameter, but also angular and formed in the functional element holding device 7 be used manually or automatically. In the longitudinal direction, the surface 24 in profile from smooth to wavy and jagged or with regular and / or irregular protrusions 28 as in the 4a . 4b . 4c and 4d shown to be trained.

Das stiftförmige Funktionselement 2 kann vorzugsweise metallisch ausgebildet sein, jedoch nach Anforderung im Einsatz oder Ausprägung der thermoplastischen Faserverbundwerkstoffe 15 aus alternativen, beispielsweise keramischen Werkstoffen bestehen.The pin-shaped functional element 2 may preferably be metallic, but as required in use or expression of the thermoplastic fiber composites 15 consist of alternative, such as ceramic materials.

Die fügenden/verbindenden Funktionselemente 2 können demnach metallische Stifte zum einfachen Verbinden der Faserverbundbauteile 4 und 6 sein.The joining / connecting functional elements 2 Therefore, metallic pins for easy connection of the fiber composite components 4 and 6 be.

Die fügenden/verbindenden Funktionselemente 2 können aber auch aktive und/oder adaptive Funktionselemente sein, die eine gezielte Beeinflussung des Strukturverhaltens zu erlauben.The joining / connecting functional elements 2 However, they can also be active and / or adaptive functional elements that allow a targeted influencing of the structural behavior.

Die fügenden/verbindenden Funktionselemente 2 können des Weiteren in ihrem Innern einen Hohlraum und darin zumindest ein zusätzliches Element 16 enthalten, das z. B. Messfunktionen und auch Signalsende- und Signalempfangseinheiten aufweisen kann, wobei das zusätzliche Element 16 mit einem starren, Wärme aufnehmenden Mantel 17 umgeben sein kann.The joining / connecting functional elements 2 Furthermore, they can have a cavity in their interior and at least one additional element in it 16 included, the z. B. measuring functions and signal transmission and signal receiving units may have, wherein the additional element 16 with a rigid, heat-absorbing coat 17 can be surrounded.

Das mit der Vorrichtung 10 durchführbare Verfahren zum Verbinden von thermoplastischen Faserverbundbauteilen 4, 6 mittels stiftförmiger Funktionselemente 2, wobei in den Faserverbundbauteilen 4, 6 sich herstellungstechnisch koordiniert ausgerichtete Fasern 14 in einem thermoplastischen Werkstoff 15 zu einem thermoplastischen Faserverbund 26 ausgebildet befinden, weist folgende Schritte auf:

  • – Positionieren der an der Verbindung beteiligten Faserverbundbauteile 4, 6 und mindestens eines Funktionselementes 2 in seiner Ausgangsposition,
  • – Erwärmen/Erhitzen des stiftförmigen Funktionselementes 2 vor dem Herstellen der Verbindung der beiden Faserverbundbauteile 4, 6 in seiner Ausgangsposition mittels einer angepassten Heizung 3,
  • – Pressen des erwärmten Funktionselementes 2 mittels eines Vorschubmechanismus 1 in die zu fügenden, miteinander kontaktierenden Faserverbundbauteile 4, 6, wobei der jeweilige der Fügestelle 5 zugeordnete thermoplastische Werkstoff 15 der zugehörigen Faserverbundbauteile 4, 6 durch Kontakt zum erwärmten Funktionselement 2 und dem daraus folgendem Wärmeübergang auf die Faserverbundbauteile 4, 6 lokal aufgeschmolzen wird und wobei das erwärmte Funktionselement 2 die im aufgeschmolzenen Werkstoff 15 bewegbaren Fasern 14 verdrängt und in den thermoplastischen Werkstoff 15 der beiden Faserverbundbauteile 4, 6 eindringt,
  • – Abkühlen und Erstarren des thermoplastischen Werkstoffes 15 und Verbleib des Funktionselementes 2 in der Fügestelle 5 und
  • Zurückführen der Vorschubeinrichtung 1 an ihre Ausgangsposition.
That with the device 10 feasible methods for joining thermoplastic Fiber composite components 4 . 6 by means of pin-shaped functional elements 2 , wherein in the fiber composite components 4 . 6 Coordinated production-oriented fibers 14 in a thermoplastic material 15 to a thermoplastic fiber composite 26 trained, has the following steps:
  • - Positioning of the fiber composite components involved in the connection 4 . 6 and at least one functional element 2 in its starting position,
  • - Heating / heating of the pin-shaped functional element 2 before establishing the connection of the two fiber composite components 4 . 6 in its starting position by means of an adapted heater 3 .
  • - Pressing the heated functional element 2 by means of a feed mechanism 1 in the to be joined, contacting each other fiber composite components 4 . 6 , where the respective the joint 5 associated thermoplastic material 15 the associated fiber composite components 4 . 6 by contact to the heated functional element 2 and the consequent heat transfer to the fiber composite components 4 . 6 is locally melted and wherein the heated functional element 2 in the molten material 15 movable fibers 14 displaced and in the thermoplastic material 15 the two fiber composite components 4 . 6 penetrates,
  • - Cooling and solidification of the thermoplastic material 15 and whereabouts of the functional element 2 in the joint 5 and
  • - Returning the feed device 1 to their starting position.

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden von thermoplastischen Faserverbundbauteilen 4, 6 mittels stiftförmiger Funktionselemente 2 anhand der 2a, 2b und 2c mit einer auf die Baugruppen – Vorschubeinrichtung 1, Heizung 3, Funktionselementhalterungseinrichtung 7 – abgerüsteten Vorrichtung 10 anschaulich erläutert. In 2a wird das stiftförmige Funktionselement 2 vor dem Herstellen der Verbindung der beiden Faserverbundbauteile 4, 6 in seiner vorgegebenen Ausgangsposition mittels einer angepassten Heizung 3 erwärmt.In the following, the inventive method for joining thermoplastic fiber composite components 4 . 6 by means of pin-shaped functional elements 2 based on 2a . 2 B and 2c with an on the assemblies - feed device 1 , Heater 3 , Functional element holding device 7 - disarmed device 10 clearly explained. In 2a becomes the pin-shaped functional element 2 before establishing the connection of the two fiber composite components 4 . 6 in its predetermined starting position by means of an adapted heater 3 heated.

Das Erwärmen des stiftförmigen Funktionselements 2 kann vor oder während der Positionierung des Funktionselements 2 durchgeführt werden. Der Erwärmungsvorgang dauert einige Sekunden. In dieser Zeit braucht das Funktionselement nicht unbedingt vor der Fügestelle 5 positioniert sein, das Vorrichtungsteil 25 kann während dessen bereits die nächste Fügestelle 5 suchen. Dies beschleunigt den Vorgang insbesondere bei automatisierten Prozessen.The heating of the pin-shaped functional element 2 can be before or during the positioning of the functional element 2 be performed. The heating process takes a few seconds. During this time, the functional element does not necessarily need to be in front of the joint 5 be positioned, the device part 25 may already be the next joint 5 search. This speeds up the process, especially in automated processes.

Anschließend wird, wie in 2b gezeigt ist, das erwärmte Funktionselement 2 mittels der Vorschubeinrichtung 1 in die zu fügenden, miteinander kontaktierenden Faserverbundbauteile 4, 6 an der vorgegebenen Fügestelle 5 gepresst. Dabei wird die jeweilige thermoplastische, einer Fügestelle 5 zugeordnete Matrixwerkstoff 15 der Faserverbundbauteile 4 und 6 lokal aufgeschmolzen und es wird dem Funktionselement 2 ermöglicht, unter Verdrängung von Fasern 14 in den aufgeschmolzenen Matrixwerkstoff 15 der beiden Faserverbundbauteile 4, 6 einzudringen. Nach dem Abkühlen mittels der Kühleinrichtung 8 und nach dem Erstarren des thermoplastischen Werkstoffes 15 verbleibt das Funktionselement 2 in der Fügestelle 5. In 2c wird die Vorschubeinrichtung 1 an ihre Ausgangsposition zurückgeführt.Subsequently, as in 2 B is shown, the heated functional element 2 by means of the feed device 1 in the to be joined, contacting each other fiber composite components 4 . 6 at the specified joint 5 pressed. Here, the respective thermoplastic, a joint 5 assigned matrix material 15 the fiber composite components 4 and 6 locally melted and it becomes the functional element 2 allows, with displacement of fibers 14 in the molten matrix material 15 the two fiber composite components 4 . 6 penetrate. After cooling by means of the cooling device 8th and after solidification of the thermoplastic material 15 the functional element remains 2 in the joint 5 , In 2c becomes the feed device 1 returned to its original position.

Dem Vorrichtungsteil 25 kann ein Funktionselementmagazin (nicht eingezeichnet) mit einem Funktionselementführungsmechanismus (nicht eingezeichnet) zugeordnet sein, mit dem das Funktionselement 2 aus dem Funktionselementmagazin zur Funktionselementhalterungseinrichtung 7 der Vorschubeinrichtung 1 transportiert wird.The device part 25 For example, a functional element magazine (not shown) may be associated with a functional element guiding mechanism (not shown) with which the functional element 2 from the functional element magazine to the functional element holding device 7 the feed device 1 is transported.

In den 3a und 3b wird im vergrößerten Detail die ursprüngliche Fügestelle 5 und die veränderte Fügestelle 5 dargestellt. Dabei ist in 3a eine vergrößerte Draufsicht der ursprünglichen Fügestelle 5 vor nach dem Fügeprozess, in 3b die nach dem Fügeprozess veränderte Fügestelle dargestellt. Die Beweglichkeit der Fasern 14 im um den Bereich der Fügestelle 5 vorhandenen geschmolzenen thermoplastischen Werkstoff 15 ermöglicht den Fasern 14 ein seitliches Ausweichen beim Eindringen des Funktionselementes 2, wodurch eine sehr geringe Schädigung der Faserverbundstruktur 26 erreicht wird.In the 3a and 3b becomes in enlarged detail the original joint 5 and the modified joint 5 shown. It is in 3a an enlarged plan view of the original joint 5 before after the joining process, in 3b the joint changed after the joining process. The mobility of the fibers 14 around the area of the joint 5 existing molten thermoplastic material 15 allows the fibers 14 a lateral deflection during penetration of the functional element 2 , resulting in very little damage to the fiber composite structure 26 is reached.

In den 4a, 4b, 4c und 4d sind einsetzbare Funktionselemente 2 angegeben, wobei in 4a ein einfacher, beispielsweise metallischer Stift 2a, in 4b ein profiliertes stiftförmiges Funktionselement 2b, in 4c ein profiliertes stiftförmiges Funktionselement 2c mit Kopf und in 4d ein Stift 2d mit einem Hohlraum im Innern und einem darin befindlichen Sensor 16 als zusätzliches Element und mit einem den Sensor 16 umgebenden, Wärme aufnehmenden Mantel 17 gezeigt sind.In the 4a . 4b . 4c and 4d are usable functional elements 2 indicated, in 4a a simple, for example, metallic pin 2a , in 4b a profiled pin-shaped functional element 2 B , in 4c a profiled pin-shaped functional element 2c with head and in 4d a pen 2d with a cavity inside and a sensor inside 16 as an additional element and with a sensor 16 surrounding, heat-absorbing jacket 17 are shown.

Die Gestaltung der stiftförmigen Funktionselemente 2 wird durch die ihnen zugewiesene Funktion bestimmt, wobei die Funktionselemente 2a, 2b und 2c vornehmlich der Verbindung oder Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften der Faserverbundbauteile 4, 6 dienen. Dabei können die Funktionselemente 2 nach dem Einbringen in die thermoplastischen Faserverbundbauteile 4, 6 sowohl plan mit deren äußeren Oberflächen der Faserverbundbauteile 4, 6 abschließen, als auch darüber hinausragen. So kann beispielsweise beim Einsatz metallischer Funktionselemente 2 durch einen gezielten Überstand auf beiden Seiten der Fügestelle 5 ein erhöhter Wärmetransport durch die Faserverbundbauteile 4, 6 realisiert werden.The design of the pin-shaped functional elements 2 is determined by the function assigned to it, the functional elements 2a . 2 B and 2c primarily the connection or influencing the mechanical properties of the fiber composite components 4 . 6 serve. In this case, the functional elements 2 after incorporation into the thermoplastic fiber composite components 4 . 6 both plan with their outer surfaces of the Fiber composite components 4 . 6 conclude, as well as beyond. For example, when using metallic functional elements 2 through a targeted projection on both sides of the joint 5 an increased heat transport through the fiber composite components 4 . 6 will be realized.

5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Vorrichtungsteils 25 der Vorrichtung 10. Dargestellt sind dabei nur ausgewählte Komponenten der Vorrichtung 10. Die Funktionselementhalterungseinrichtung 7 kann als ein mittels einer elektrischen Spule ansteuerbarer Magnethalter 20 ausgeführt sein. Da das stiftförmige Funktionselement 2 im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem ferromagnetischen Werkstoff besteht, kann der Einsatz der Induktionstechnologie mittels einer Induktionsspule 19 als Heizung 3 gewählt werden. Die Vorschubeinrichtung 1 zum Einpressen des Funktionselementes 2 in die Faserverbundbauteile 4, 6 kann auf einem pneumatischen Linearantrieb basieren. Die Vorschubeinrichtung 1 befindet sich in einem Einrichtungsträger 18. Zwischen der Vorschubeinrichtung 1 und der Heizung 3 befindet sich ein Positionierring 21 mit einem Spulenhalter 23 und einer Spulenabdeckung 22. Über den eingebauten Kühlluftanschluss 27 kann z. B. durch gesteuerte Kühlluft oder durch Kühlluftimpulse die bearbeitete, noch erwärmte Fügestelle 5 mit hoher Geschwindigkeit gekühlt werden, so dass danach weitere Funktionselemente 2 automatisch in die beiden Faserverbundbauteile 4, 6 oder in andere nachfolgende und zu verbindende Faserverbundbauteile eingebracht werden können. Die Kühlung der Fügestelle 5 kann in der eben dargestellten Weise oder z. B. auch durch mindestens eine auf die Fügestelle 5 gerichtete Düse 29, wie in 1 gezeigt ist, durchgeführt werden. 5 shows an embodiment of the device part 25 the device 10 , Shown are only selected components of the device 10 , The functional element holding device 7 can as a controllable by means of an electric coil magnet holder 20 be executed. As the pin-shaped functional element 2 In the embodiment shown consists of a ferromagnetic material, the use of induction technology by means of an induction coil 19 as heating 3 to get voted. The feed device 1 for pressing the functional element 2 in the fiber composite components 4 . 6 can be based on a pneumatic linear actuator. The feed device 1 is located in a device carrier 18 , Between the feed device 1 and the heater 3 there is a positioning ring 21 with a coil holder 23 and a coil cover 22 , Via the built-in cooling air connection 27 can z. B. by controlled cooling air or by cooling air pulses the processed, still heated joint 5 be cooled at high speed, so that thereafter further functional elements 2 automatically in the two fiber composite components 4 . 6 or can be introduced into other subsequent fiber composite components to be joined. The cooling of the joint 5 can in the manner just described or z. B. also by at least one on the joint 5 directed nozzle 29 , as in 1 is shown to be performed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorschubeinrichtungfeeder
22
stiftförmiges Funktionselementpin-shaped functional element
33
Heizungheater
44
erstes Faserverbundbauteilfirst fiber composite component
55
Fügestellejoint
66
zweites Faserverbundbauteilsecond fiber composite component
77
FunktionselementhalterungseinrichtungFunctional element mounting device
88th
Kühleinrichtungcooling device
99
zentrale Einheitcentral unit
1010
Vorrichtungcontraption
1111
energieversorgungs-/signaltechnische VerbindungsleitungPower supply / signal connection line
1212
Positionier-/HalterungsanordnungPositioning / bracket assembly
1313
Steuereinheitcontrol unit
1414
Faserfiber
1515
thermoplastischer Werkstoff/Matrixwerkstoffthermoplastic material / matrix material
1616
Sensorsensor
1717
Wärme aufnehmender MantelHeat absorbing coat
1818
Einrichtungsträgerdevice carrier
1919
Induktionsspuleinduction coil
2020
Magnetspulesolenoid
2121
Positionierringpositioning
2222
Spulenabdeckungspool cover
2323
Spulenhalterspool holder
2424
Oberflächesurface
2525
Vorrichtungsteildevice part
2626
thermoplastischer Faserverbundthermoplastic fiber composite
2727
KühlluftanschlussCooling air connection
2828
Vorsprüngeprojections
2929
Düsejet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0268957 A1 [0005] EP 0268957 A1 [0005]
  • DE 102004038084 A1 [0006, 0008] DE 102004038084 A1 [0006, 0008]

Claims (11)

Verfahren zum Verbinden von thermoplastischen Faserverbundbauteilen (4, 6) mittels stiftförmiger Funktionselemente (2), wobei in den Faserverbundbauteilen (4, 6) sich herstellungstechnisch koordiniert ausgerichtete Fasern (14) in einem thermoplastischen Werkstoff (15) zu einem thermoplastischen Faserverbund (26) ausgebildet befinden, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Positionieren der an der Verbindung beteiligten Faserverbundbauteile (4, 6) und mindestens eines Funktionselementes (2) in seiner Ausgangsposition, – Erwärmen/Erhitzen des stiftförmigen Funktionselementes (2) vor dem Herstellen der Verbindung der beiden Faserverbundbauteile (4, 6) in seiner Ausgangsposition mittels einer angepassten Heizung (3), – Pressen des erwärmten Funktionselementes (2) mittels einer Vorschubeinrichtung (1) in die zu fügenden, miteinander kontaktierenden Faserverbundbauteile (4, 6), wobei der jeweilige der Fügestelle (5) zugeordnete thermoplastische Werkstoff (15) der zugehörigen Faserverbundbauteile (4, 6) durch Kontakt zum erwärmten Funktionselement (2) und denn daraus folgendem Wärmeübergang auf die Faserverbundbauteile (4, 6) lokal aufgeschmolzen wird und wobei das erwärmte Funktionselement (2) die im aufgeschmolzenen Werkstoff (15) bewegbaren Fasern (14) verdrängt und in den thermoplastischen Werkstoff (15) der beiden Faserverbundbauteile (4, 6) eindringt, – Abkühlen und Erstarren des thermoplastischen Werkstoffes (15) und Verbleib des Funktionselementes (2) in der Fügestelle (5) der kontaktierenden Faserverbundbauteile (4, 6) und – Zurückführen der Vorschubeinrichtung (1) an ihre Ausgangsposition.Method for joining thermoplastic fiber composite components ( 4 . 6 ) by means of pin-shaped functional elements ( 2 ), wherein in the fiber composite components ( 4 . 6 ) production-oriented coordinated fibers ( 14 ) in a thermoplastic material ( 15 ) to a thermoplastic fiber composite ( 26 ), characterized by the following steps: - positioning the fiber composite components involved in the connection ( 4 . 6 ) and at least one functional element ( 2 ) in its initial position, - heating / heating of the pin-shaped functional element ( 2 ) prior to establishing the connection of the two fiber composite components ( 4 . 6 ) in its initial position by means of an adapted heating ( 3 ), - pressing the heated functional element ( 2 ) by means of a feed device ( 1 ) into the fiber composite components to be joined (FIG. 4 . 6 ), whereby the respective one of the joint ( 5 ) associated thermoplastic material ( 15 ) of the associated fiber composite components ( 4 . 6 ) by contact to the heated functional element ( 2 ) and because of the following heat transfer to the fiber composite components ( 4 . 6 ) is locally melted and wherein the heated functional element ( 2 ) in the molten material ( 15 ) movable fibers ( 14 ) and in the thermoplastic material ( 15 ) of the two fiber composite components ( 4 . 6 ), - cooling and solidification of the thermoplastic material ( 15 ) and whereabouts of the functional element ( 2 ) in the joint ( 5 ) of the contacting fiber composite components ( 4 . 6 ) and - returning the feed device ( 1 ) to its starting position. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen des stiftförmigen Funktionselements (2; 2a, 2b, 2c, 2d) vor oder während der Positionierung des Funktionselements (2; 2a, 2b, 2c, 2d) durchgeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the heating of the pin-shaped functional element ( 2 ; 2a . 2 B . 2c . 2d ) before or during the positioning of the functional element ( 2 ; 2a . 2 B . 2c . 2d ) is carried out. Vorrichtung (10) zum Verbinden von thermoplastischen Faserverbundbauteilen (4, 6) mittels stiftförmiger Funktionselemente (2), wobei in den Faserverbundbauteilen (4, 6) sich herstellungstechnisch koordiniert ausgerichtete Fasern (14) in einem thermoplastischen Werkstoff (15) zu einem thermoplastischen Faserverbund (26) ausgebildet befinden, unter Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest enthält – eine Funktionselementhalterungseinrichtung (7) zur Positionierung des Funktionselementes (2) in seiner Ausgangsposition, – eine Heizung (3) zumindest zum Erwärmen der äußeren Oberfläche (24) des zur Verbindung vorgesehenen und positionierten Funktionselementes (2) und – eine Vorschubeinrichtung (1) zum Einpressen des erwärmten Funktionselementes (2) in die zu verbindenden Faserverbundbauteile (4, 6).Contraption ( 10 ) for joining thermoplastic fiber composite components ( 4 . 6 ) by means of pin-shaped functional elements ( 2 ), wherein in the fiber composite components ( 4 . 6 ) production-oriented coordinated fibers ( 14 ) in a thermoplastic material ( 15 ) to a thermoplastic fiber composite ( 26 ), using the method according to claim 1, characterized in that it contains at least - a functional element holding device ( 7 ) for positioning the functional element ( 2 ) in its initial position, - a heater ( 3 ) at least for heating the outer surface ( 24 ) of the provided and positioned for connection function element ( 2 ) and - a feed device ( 1 ) for pressing in the heated functional element ( 2 ) in the fiber composite components to be joined ( 4 . 6 ). Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass des Weiteren – eine Positionier-/Halterungsanordnung (12) für die mit dem Funktionselement (2) zu verbindenden Faserverbundbauteile (4, 6), – eine Kühleinrichtung (8) sowie – zumindest eine zentrale Einheit (9) zur Steuerung der einzelnen Baugruppen (1, 3, 8, 12) und zur Steuerung des Verbindungsprozesses der Faserverbundbauteile (4, 6) mittels des Funktionselements (2) vorgesehen sind.Apparatus according to claim 3, characterized in that further - a positioning / support arrangement ( 12 ) for those with the functional element ( 2 ) to be joined fiber composite components ( 4 . 6 ), - a cooling device ( 8th ) and - at least one central unit ( 9 ) for controlling the individual assemblies ( 1 . 3 . 8th . 12 ) and for controlling the connection process of the fiber composite components ( 4 . 6 ) by means of the functional element ( 2 ) are provided. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Funktionselementmagazin mit einem Funktionselementführungsmechanismus enthält, mit dem das Funktionselement (2) aus dem Funktionselementemagazin zur Funktionselementhalterungseinrichtung (7) der Vorschubeinrichtung (1) transportiert wird.Device according to claims 3 or 4, characterized in that it comprises a functional element magazine with a functional element guiding mechanism with which the functional element ( 2 ) from the functional element magazine to the functional element holding device ( 7 ) of the feed device ( 1 ) is transported. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Einheit (9) über energieversorgungs-/signaltechnische Verbindungsleitungen (11) mit der Vorschubeinrichtung (1), mit der Heizung (3) und/oder mit der Positionier-/Halterungsanordnung (14) verbunden ist.Device according to claims 3 to 5, characterized in that the central unit ( 9 ) via power supply / signaling connection lines ( 11 ) with the feed device ( 1 ), with the heater ( 3 ) and / or with the positioning / support arrangement ( 14 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Einheit (9) des Weiteren mit der Funktionselementhalterungseinrichtung (7) und/oder der Kühleinrichtung (8) über energieversorgungs-/signaltechnische Verbindungsleitungen (11) verbunden ist.Device according to claim 6, characterized in that the central unit ( 9 ) further with the functional element holding device ( 7 ) and / or the cooling device ( 8th ) via power supply / signaling connection lines ( 11 ) connected is. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Baugruppen zur Durchführung des Verfahrens in der Vorrichtung (10) ausgebildet und vorgesehen sind, wobei die weiteren Baugruppen mit zugehörigen energieversorgungs-/signaltechnischen Verbindungsleitungen entweder mit der zentralen Einheit (9) oder mit dezentralen Steuereinheiten verbunden sind.Device according to claims 3 to 7, characterized in that further components for carrying out the method in the device ( 10 ) are formed and provided, wherein the further modules with associated energy / signal technical connection lines either with the central unit ( 9 ) or are connected to decentralized control units. Funktionselement (2; 2a, 2b, 2c, 2d) für den Einsatz in einer Vorrichtung (10) zum Verbinden von thermoplastischen Faserverbundbauteilen (4, 6) nach den Ansprüchen 1 bis 8, wobei in den Faserverbundbauteilen (4, 6) sich herstellungstechnisch koordiniert ausgerichtete Fasern (14) in einem thermoplastischen Werkstoff (15) zu einem thermoplastischen Faserverbund (26) ausgebildet befinden, dadurch gekennzeichnet, dass es – ein stiftartiges Element zum Verbinden der Faserverbundbauteile (4, 6) oder – ein passives stiftartiges Element zur lokalen Anpassung des Strukturverhaltens der Fügestelle (5) oder – ein aktives und/oder adaptives stiftförmiges Funktionselement zur gezielten Beeinflussung des Strukturverhaltens oder – ein stiftförmiges Funktionselement (2d), das in seinem Innern zumindest ein zusätzliches Element (16) enthält und mit einem starren, Wärme aufnehmenden Mantel (17) umgeben ist, darstellt.Functional element ( 2 ; 2a . 2 B . 2c . 2d ) for use in a device ( 10 ) for joining thermoplastic fiber composite components ( 4 . 6 ) according to claims 1 to 8, wherein in the fiber composite components ( 4 . 6 ) production-oriented coordinated fibers ( 14 ) in a thermoplastic material ( 15 ) to a thermoplastic fiber composite ( 26 ), characterized in that - a pin-like element for connecting the fiber composite components ( 4 . 6 ) or A passive pin-like element for local adaptation of the structural behavior of the joint ( 5 ) or - an active and / or adaptive pin-shaped functional element for the targeted influencing of the structural behavior or - a pin-shaped functional element ( 2d ), which in its interior at least one additional element ( 16 ) and with a rigid, heat-absorbing jacket ( 17 ) is surrounded. Funktionselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es aus metallischem Material besteht.Functional element according to claim 9, characterized in that it consists of metallic material. Funktionselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Element (16) im Innern des Mantels (17) ein Sensor ist.Functional element according to claim 9, characterized in that the additional element ( 16 ) inside the mantle ( 17 ) is a sensor.
DE102009056580A 2009-11-23 2009-11-23 Method for connecting thermoplastic fiber composite components by stick-shaped functional elements, involves positioning fiber composite components involved in connection and functional element in its initial position Withdrawn DE102009056580A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009056580A DE102009056580A1 (en) 2009-11-23 2009-11-23 Method for connecting thermoplastic fiber composite components by stick-shaped functional elements, involves positioning fiber composite components involved in connection and functional element in its initial position

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009056580A DE102009056580A1 (en) 2009-11-23 2009-11-23 Method for connecting thermoplastic fiber composite components by stick-shaped functional elements, involves positioning fiber composite components involved in connection and functional element in its initial position

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009056580A1 true DE102009056580A1 (en) 2011-05-26

Family

ID=43902176

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009056580A Withdrawn DE102009056580A1 (en) 2009-11-23 2009-11-23 Method for connecting thermoplastic fiber composite components by stick-shaped functional elements, involves positioning fiber composite components involved in connection and functional element in its initial position

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009056580A1 (en)

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013110630A1 (en) * 2012-01-25 2013-08-01 Johnson Controls Gmbh Fastening element and method for mounting same
DE102013201963A1 (en) 2013-02-07 2014-08-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Process for producing a fiber-reinforced plastic component
DE102013109000A1 (en) 2013-08-20 2015-02-26 Ejot Gmbh & Co. Kg Method for connecting a component composite of at least two fiber composite components
DE102013109995A1 (en) 2013-09-11 2015-03-12 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for producing a component from a fiber composite material with a hole
DE102014102024A1 (en) * 2014-02-18 2015-08-20 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method and tool for producing an opening in a fiber composite component
DE102014203761A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for mounting a component made of a fiber composite material in the power flow of a clamping connection
KR101663142B1 (en) * 2015-04-30 2016-10-07 주식회사 에스컴텍 fastening method of layered plate using Z-pin
DE102016215695A1 (en) * 2016-08-22 2018-02-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for connecting at least two components by means of a screw connection
DE102016218896A1 (en) * 2016-09-29 2018-03-29 Technische Universität Dresden Method and device for pre-hole insertion for the connection of fiber-plastic composites with each other and with other materials
GB2558270A (en) * 2016-12-23 2018-07-11 Airbus Group Ltd Joining method and apparatus
DE102017125621A1 (en) * 2017-11-02 2019-05-02 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Connecting element for fiber composite components, method for connecting fiber composite components, apparatus for connecting fiber composite components and fiber composite component assembly
DE102013022429B3 (en) 2013-09-11 2019-07-04 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for producing a component from a fiber composite material with a hole
WO2020109610A1 (en) * 2018-11-30 2020-06-04 Airbus Operations Gmbh Method for connecting thermoplastic composite material parts
DE102020201609A1 (en) 2020-02-10 2021-08-12 Elringklinger Ag Method for functionalizing a fiber-reinforced plastic component, functional element for functionalizing a fiber-reinforced plastic component, component composite and device for functionalizing a fiber-reinforced plastic component
DE102014211796B4 (en) 2014-06-19 2022-11-03 Volkswagen Aktiengesellschaft joining process
DE102015106563B4 (en) 2015-04-28 2024-03-21 Airbus Operations Gmbh Method for connecting fiber-reinforced structural components
US20240100793A1 (en) * 2022-09-28 2024-03-28 The Boeing Company Countersinks in thin gauge thermoplastic skins

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0268957A1 (en) 1986-11-21 1988-06-01 Phillips Petroleum Company Method for joining thermoplastic articles as well as structures of such articles
GB2249814A (en) * 1990-08-16 1992-05-20 Frr Ultrasonics Securement to a plastic body using ultrasonics
WO1996015899A1 (en) * 1994-11-23 1996-05-30 Henkel Teroson Gmbh Process for joining plastic moulded parts
DE19718676A1 (en) * 1997-05-02 1998-11-05 Bayerische Motoren Werke Ag Procedure for joining two components by rivet
DE102004038084A1 (en) 2004-07-28 2006-03-23 Technische Universität Dresden Assembly to bond reinforced thermoplastic sheets, with a reinforced thermoplastic rivet, has a mandrel to pierce the heated materials and carry the rivet blank through for the head to be shaped by a heated tool

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0268957A1 (en) 1986-11-21 1988-06-01 Phillips Petroleum Company Method for joining thermoplastic articles as well as structures of such articles
GB2249814A (en) * 1990-08-16 1992-05-20 Frr Ultrasonics Securement to a plastic body using ultrasonics
WO1996015899A1 (en) * 1994-11-23 1996-05-30 Henkel Teroson Gmbh Process for joining plastic moulded parts
DE19718676A1 (en) * 1997-05-02 1998-11-05 Bayerische Motoren Werke Ag Procedure for joining two components by rivet
DE102004038084A1 (en) 2004-07-28 2006-03-23 Technische Universität Dresden Assembly to bond reinforced thermoplastic sheets, with a reinforced thermoplastic rivet, has a mandrel to pierce the heated materials and carry the rivet blank through for the head to be shaped by a heated tool

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9541114B2 (en) 2012-01-25 2017-01-10 Johnson Controls Technology Company Fastening element and method for mounting same
CN104067006A (en) * 2012-01-25 2014-09-24 约翰逊控股公司 Fastening element and method for mounting same
WO2013110630A1 (en) * 2012-01-25 2013-08-01 Johnson Controls Gmbh Fastening element and method for mounting same
CN104067006B (en) * 2012-01-25 2017-04-19 约翰逊控股公司 Fastening element and method for mounting same
KR101670648B1 (en) 2012-01-25 2016-10-31 존슨 컨트롤스 게엠베하 Fastening element and method for mounting same
DE102013201963A1 (en) 2013-02-07 2014-08-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Process for producing a fiber-reinforced plastic component
DE102013109000A1 (en) 2013-08-20 2015-02-26 Ejot Gmbh & Co. Kg Method for connecting a component composite of at least two fiber composite components
DE102013109995A1 (en) 2013-09-11 2015-03-12 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for producing a component from a fiber composite material with a hole
DE102013022429B3 (en) 2013-09-11 2019-07-04 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for producing a component from a fiber composite material with a hole
DE102013109995B4 (en) * 2013-09-11 2016-12-29 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for producing a component from a fiber composite material with a hole
US9884454B2 (en) 2014-02-18 2018-02-06 Dr. Ing. H.C.F. Porsche Aktiengesellschaft Method for producing an opening in a fiber composite component
DE102014102024A1 (en) * 2014-02-18 2015-08-20 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method and tool for producing an opening in a fiber composite component
DE102014203761A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for mounting a component made of a fiber composite material in the power flow of a clamping connection
US10471664B2 (en) 2014-02-28 2019-11-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for mounting a fiber composite component in the flow of force of a clamp connection
DE102014211796B4 (en) 2014-06-19 2022-11-03 Volkswagen Aktiengesellschaft joining process
DE102015106563B4 (en) 2015-04-28 2024-03-21 Airbus Operations Gmbh Method for connecting fiber-reinforced structural components
KR101663142B1 (en) * 2015-04-30 2016-10-07 주식회사 에스컴텍 fastening method of layered plate using Z-pin
DE102016215695A1 (en) * 2016-08-22 2018-02-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for connecting at least two components by means of a screw connection
DE102016218896A1 (en) * 2016-09-29 2018-03-29 Technische Universität Dresden Method and device for pre-hole insertion for the connection of fiber-plastic composites with each other and with other materials
US10744721B2 (en) 2016-12-23 2020-08-18 Airbus Operations Limited Joining method and apparatus
GB2558270A (en) * 2016-12-23 2018-07-11 Airbus Group Ltd Joining method and apparatus
WO2019086263A1 (en) 2017-11-02 2019-05-09 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Connection element for fiber composite material components, method for connecting fiber composite material components, device for connecting fiber composite material components, and fiber composite material component assembly
DE102017125621A1 (en) * 2017-11-02 2019-05-02 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Connecting element for fiber composite components, method for connecting fiber composite components, apparatus for connecting fiber composite components and fiber composite component assembly
WO2020109610A1 (en) * 2018-11-30 2020-06-04 Airbus Operations Gmbh Method for connecting thermoplastic composite material parts
DE102020201609A1 (en) 2020-02-10 2021-08-12 Elringklinger Ag Method for functionalizing a fiber-reinforced plastic component, functional element for functionalizing a fiber-reinforced plastic component, component composite and device for functionalizing a fiber-reinforced plastic component
US20240100793A1 (en) * 2022-09-28 2024-03-28 The Boeing Company Countersinks in thin gauge thermoplastic skins

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009056580A1 (en) Method for connecting thermoplastic fiber composite components by stick-shaped functional elements, involves positioning fiber composite components involved in connection and functional element in its initial position
DE102013107103B4 (en) Semi-finished fiber laying head and fiber laying device
DE102013021642B4 (en) Method for the automated production of a structure made of fiber-reinforced plastic and apparatus for carrying out such a method
EP3676075B1 (en) Bending method and bending device for bending a composite rod
DE102012206122A1 (en) Multiple coil arrangement for a device for the generative production of components and corresponding manufacturing method
WO2011095399A1 (en) Method for producing a component from an organic sheet
DE102011109708A1 (en) Joining of sheet-like components with intermediate layer of thermoplastic material
DE102015106563B4 (en) Method for connecting fiber-reinforced structural components
EP3710234B1 (en) Device for thermally welding plastic parts, and assembly containing a device of this kind
DE102015005407A1 (en) Friction stir welding of thermoplastics
DE102015118058A1 (en) New joining technology for mixed connections
EP2878431B1 (en) Method for producing a fibre arrangement comprising several layers, and gripping device for performing the method
EP2586595A1 (en) Process for connecting a plastic workpiece with another workpiece
EP2821201A1 (en) Tempering device for semi-finished fibre products
EP2859987A1 (en) Component assembly
DE102015010000B4 (en) Tool device for manufacturing components and method for manufacturing the tool device
EP1777062B1 (en) Process and device for welding plastic hollow bodies
WO2016096008A1 (en) Semi-finished fiber product lay-up head
EP3575066B1 (en) Method for producing a component made of fibre composite material
EP3501801B1 (en) Method for producing a vehicle component from a fibre-reinforced plastic
DE202014003925U1 (en) Thermoplastic planar body composite and device for joining flat bodies
EP2821200A1 (en) Fibre preform tempering device
DE102014203559A1 (en) Method and device for producing a material connection
DE102014017922B4 (en) Method for the component connection of a plastic component with a joining partner
DE102013107106B4 (en) Semifinished fiber conveying device and method for conveying semifinished fiber products in a conveying direction

Legal Events

Date Code Title Description
R016 Response to examination communication
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee