DE102012015183A1 - Permanent and reliable joint formed between fiber-reinforced plastic components of motor vehicle, has rivet sleeve formed of fiber-reinforced plastic, and interlayer insulating layer bonded between components - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Fügeverbindung zwischen zwei Bauteilen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, von denen zumindest eines aus einem Laminat aus faserverstärktem Kunststoff besteht. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Blindniet für eine derartige Fügeverbindung sowie ein Verfahren zur Ausbildung einer derartigen Fügeverbindung.The invention relates to a joint connection between two components, in particular for a motor vehicle, of which at least one consists of a laminate of fiber-reinforced plastic. The invention further relates to a blind rivet for such a joint connection and a method for forming such a joint connection.
Aufgrund des angestrebten Leichtbaus, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich gehen die Bestrebungen dahin, im Kraftfahrzeug Faserverbundwerkstoffe einzusetzen, die bei geringem spezifischen Gewicht sehr gute mechanische Eigenschaften zeigen. Im Vergleich zu heute noch üblicherweise in der Großserie verwendeten Stahlblechen lassen sich derartige Faserverbundwerkstoffe, beispielsweise CFK-Bauteile, nur mit hohem Aufwand aneinander oder an weiteren Bauteilen befestigen. Aufgrund des hohen Automatisierungsgrades in der Automobilindustrie muss ein Fügeverfahren einen hohen Prozesstakt erlauben und darüber hinaus auch fehlertolerant im Hinblick auf Justierungenauigkeiten der zu fügenden Bauteile sein.Due to the aspired lightweight construction, especially in the automotive sector, efforts are being made to use fiber composite materials in the motor vehicle which exhibit very good mechanical properties with a low specific weight. In comparison to steel sheets still commonly used in mass production today, such fiber composite materials, for example CFRP components, can be fastened to one another or to other components only with great effort. Due to the high level of automation in the automotive industry, a joining process must allow a high process cycle and, moreover, be fault-tolerant with regard to alignment inaccuracies of the components to be joined.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Fügeverbindung zwischen zwei Bauteilen, insbesondere Bauteilen für den Kraftfahrzeugbereich zu ermöglichen, bei denen zumindest eines der Bauteile ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil ist.Proceeding from this, the object of the invention is to enable a joint connection between two components, in particular components for the motor vehicle sector, in which at least one of the components is a fiber composite component.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Fügeverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by a joint connection with the features of claim 1.
Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen niedergelegt. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch einen Blindniet sowie ein Verfahren zur Ausbildung einer solchen Fügeverbindung gemäß den Ansprüchen 10 und 11.Preferred developments are laid down in the subclaims. The object is further achieved by a blind rivet and a method for forming such a joint connection according to
Die Fügeverbindung ist ausgebildet zwischen einem ersten und einem zweiten Bauteil, wobei zumindest das erste Bauteil ein Laminat aus einem faserverstärkten Kunststoff ist. Bei diesem Bauteil handelt es sich insbesondere um ein Kohlenstoff-Faser-verstärktes-Bauteil (CFK-Bauteil). Die beiden Bauteile sind weiterhin mit Hilfe von Blindnieten miteinander verbunden, welche jeweils eine Niethülse sowie einen Nietdorn aufweisen. Die Niethülse ist hierbei aus einem vergleichsweise weichen, leicht verformbaren Kunststoff ausgebildet. Insbesondere weist der Kunststoff eine geringere Härte und damit eine leichtere Deformierbarkeit als das faserverstärkte Kunststoff-Bauteil auf. Der Kunststoff ist dabei derart gewählt, dass beim Blindniet-Setzvorgang keine Schädigung des Bauteils aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere keine sogenannte Delamination erfolgt.The joint connection is formed between a first and a second component, wherein at least the first component is a laminate of a fiber-reinforced plastic. This component is, in particular, a carbon-fiber-reinforced component (CFRP component). The two components are further connected to each other by means of blind rivets, which each have a rivet and a rivet mandrel. The rivet sleeve is formed from a comparatively soft, easily deformable plastic. In particular, the plastic has a lower hardness and thus easier deformation than the fiber-reinforced plastic component. The plastic is chosen such that the Blindniet-setting process no damage to the component made of fiber-reinforced plastic, in particular no so-called delamination occurs.
Untersuchungen haben nämlich gezeigt, dass bei der Blindniet-Verbindung eines Laminat-Bauteils aufgrund der beim Niet-Setzvorgang auftretenden hohen Kräfte am Lochrand des vorgelochten Bauteils sehr schnell Schädigungen auftreten, insbesondere ein Ablösen von äußeren Schichten des Laminats (Delamination), was insgesamt zu einer Beschädigung des Bauteils führt. Durch die. Wahl eines vergleichsweise weichen Kunststoffes sind zum einen die für den Setzvorgang erforderlichen Kräfte im Vergleich beispielsweise zu metallischen Blindnieten (Stahlniete) deutlich reduziert. Zudem treten aufgrund des weichen Materials am Lochrand keine Spannungsspitzen auf, die zu einer Delamination führen.Investigations have shown that in the blind rivet connection of a laminate component due to the high forces occurring at the rivet setting process at the hole edge of the pre-punched component damage occurs very quickly, in particular a detachment of outer layers of the laminate (delamination), resulting in a total of Damage to the component leads. By the. Choosing a comparatively soft plastic are on the one hand the forces required for the setting process compared to, for example, metallic blind rivets (steel rivets) significantly reduced. In addition, due to the soft material at the edge of the hole, no voltage peaks occur which lead to delamination.
Als Kunststoff wird hierbei vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere ein Polyamid eingesetzt. Als besonders zweckmäßig hat sich hierbei das Polyamid 46 (PA 46) erwiesen.The plastic used here is preferably a thermoplastic, in particular a polyamide. The polyamide 46 (PA 46) has proved to be particularly useful here.
Weiterhin erfolgt in vorteilhafter Weise über die weiche Hülse eine Abdichtung, so dass die Nietverbindung insgesamt die Bauteile dichtend verbindet. Die Abdichtwirkung wird durch die Hülse erzielt, indem diese sich beim Setzvorgang an die härteren Bauteile sowie auch an den härteren Restdorn dichtend anschmiegt. Der Blindniet ist weiterhin vorzugsweise korrosionsbeständig.Furthermore, in a favorable manner via the soft sleeve, a seal, so that the rivet joint sealingly connects the components. The sealing effect is achieved by the sleeve by this sealingly nestles during the setting process to the harder components as well as the harder residual mandrel. The blind rivet is also preferably resistant to corrosion.
Bei Kraftfahrzeugen werden bei Verwendung von CFK-Bauteilen üblicherweise auch weiterhin herkömmliche Metall-Blechbauteile beispielsweise aus Stahlblech oder auch andere metallische Trägerbauteile eingesetzt, die mechanisch mit den CFK-Bauteilen verbunden werden müssen. In zweckdienlicher Weiterbildung ist daher die Fügeverbindung als eine Hybridverbindung zwischen einem Metallbauteil, insbesondere Stahlbauteil, beispielsweise ein Stahlblech, sowie einem faserverstärkten Kunststoff-Bauteil (Laminat) ausgebildet.In the case of motor vehicles, when using CFRP components, conventional metal sheet metal components, for example made of sheet steel or other metallic carrier components, which must be mechanically connected to the CFRP components, are also usually used. In an expedient development, therefore, the joint connection as a hybrid connection between a metal component, in particular steel component, such as a steel sheet, and a fiber-reinforced plastic component (laminate) is formed.
Alternativ zu einer derartigen Hybridverbindung eignet sich die hier beschriebene Blindniet-Verbindung in zweckdienlicher Weise auch für eine Fügeverbindung, bei der beide Bauteile aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere aus dem identischen Material ausgebildet sind.Alternatively to such a hybrid compound, the blind rivet connection described here is expediently also suitable for a joint connection in which both components are made of a fiber-reinforced plastic, in particular of the identical material.
Speziell bei Hybridverbindungen treten zusätzliche Probleme aufgrund der verschiedenen Materialeigenschaften der beiden Bauteile auf. Unter anderem stellen für eine dauerfeste Verbindung die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten Probleme dar. Dies führt dazu, dass in Längsrichtung des Blindniets bei Temperaturveränderungen hohe Wechselkräfte auftreten, wodurch besondere Anforderungen an die Dauergebrauchsfähigkeit gestellt werden, um ein Lösen der Blindniet-Verbindung aufgrund dieser Wechselbeanspruchung im Laufe der Zeit zu vermeiden.Especially with hybrid compounds, additional problems arise due to the different material properties of the two components. Among other things, the different coefficients of thermal expansion represent problems for a permanent connection. As a result, high alternating forces occur in the longitudinal direction of the blind rivet in the event of temperature changes, which makes special Requirements on the continuous service capability to avoid a release of the blind rivet connection due to this cycling over time.
In bevorzugter Weiterbildung ist daher vorgesehen, dass die Niethülse aus einem faserverstärkten Kunststoff mit einem Faseranteil beispielsweise im Bereich von 30 bis 50% verwendet wird. Die Fasern sind dabei in bevorzugter Ausgestaltung in Längsrichtung orientiert. Durch diese Maßnahmen wird trotz der Verwendung des vergleichsweise weichen Kunststoffmaterials eine hohe Festigkeit in Längsrichtung erzielt, so dass die Wechselbeanspruchungen zuverlässig aufgenommen werden können.In a preferred embodiment, it is therefore provided that the rivet sleeve is used made of a fiber-reinforced plastic with a fiber content, for example in the range of 30 to 50%. The fibers are oriented in a preferred embodiment in the longitudinal direction. Through these measures, despite the use of the comparatively soft plastic material, a high strength is achieved in the longitudinal direction, so that the alternating stresses can be reliably absorbed.
Zweckdienlicherweise ist der Blindniet, insbesondere die Niethülse elektrisch isolierend ausgebildet. Dies ist insbesondere bei dem oben beschriebenen Hybridverbindungen zwischen Bauteilen aus verschiedenen Materialen, insbesondere bei einer Verbindung eines Metall-Bauteils mit einem CFK-Bauteil, von besonderer Bedeutung. Eine leitende Verbindung zwischen den beiden Bauteilen würde nämlich zu einer Korrosion des metallischen Bauteils führen, so dass die Fügeverbindung insgesamt im Laufe der Zeit geschädigt werden würde.Conveniently, the blind rivet, in particular the rivet sleeve is formed electrically insulating. This is of particular importance in particular in the above-described hybrid connections between components made of different materials, in particular when connecting a metal component to a CFRP component. A conductive connection between the two components would in fact lead to corrosion of the metallic component, so that the joint connection would be damaged overall over time.
Um die elektrische Trennung sicherzustellen sind daher in zweckdienlicher Ausgestaltung als Fasern nichtleitende Fasern, insbesondere Glasfasern vorgesehen. Denn aufgrund der üblichen Herstellungsweise der Niethülsen in einem thermoplastischen Spritzvorgang sind die Fasern im Kunststoff-Material im Wesentlichen gleich verteilt, liegen also insbesondere auch zumindest teilweise an der Außenoberfläche vor. Bei der Verwendung von beispielsweise Kohlenstoff-Fasern würden diese zu einer gewissen elektrischen leitfähigen Verbindung zwischen den beiden Bauteilen führen. Aufgrund des Herstellungsverfahrens mittels thermischen Spritzens erfolgt zugleich auch die bevorzugte Orientierung der Glasfasern in Längsrichtung der Niethülse.In order to ensure the electrical separation, non-conductive fibers, in particular glass fibers, are therefore provided in an expedient embodiment as fibers. Because of the usual production method of the rivet sleeves in a thermoplastic injection process, the fibers in the plastic material are distributed substantially the same, so in particular are also at least partially on the outer surface. When using, for example, carbon fibers, these would lead to a certain electrical conductive connection between the two components. Due to the manufacturing process by means of thermal spraying also takes place at the same time the preferred orientation of the glass fibers in the longitudinal direction of the rivet.
Aufgrund der beispielsweise im Vergleich zu Stahlnieten weichen Niethülse ist die ausgebildete Blindnietverbindung zur Aufnahme nur von vergleichsweise geringen Scher- oder Querkräften, die senkrecht zur Längsrichtung wirken, ausgebildet. Dies ist jedoch insbesondere bei Kraftfahrzeugen beispielsweise im Hinblick auf eine geforderte Crash-Sicherheit kritisch. Von daher ist in bevorzugter Weiterbildung vorgesehen, dass die Blindnietverbindung der beiden Fügeteile durch eine Klebstoff-Verbindung ergänzt wird. Insbesondere sind die beiden Bauteile vollflächig miteinander verklebt. Zwischen den beiden Bauteilen ist daher zweckdienlicherweise vollflächig eine Zwischenschicht aus einem Klebstoff angeordnet.Due to the soft, for example, in comparison to steel rivet rivet, the trained Blindnietverbindung for receiving only relatively low shear or shear forces acting perpendicular to the longitudinal direction formed. However, this is particularly critical in motor vehicles, for example, in terms of a required crash safety. Therefore, it is provided in a preferred development that the Blindnietverbindung the two parts to be joined is supplemented by an adhesive compound. In particular, the two components are glued together over their entire surface. Therefore, an intermediate layer of an adhesive is expediently arranged over the entire surface between the two components.
Insgesamt ist daher allgemein vorgesehen, dass zwischen den Bauteilen eine Zwischenschicht ausgebildet ist, die insbesondere auch elektrisch isolierend ist. Wie bereits dargelegt ist eine unmittelbare Kontaktverbindung zwischen einem CFK-Bauteil und einem metallischen Bauteil aufgrund der damit einhergehenden Korrosionsprobleme kritisch. Diese Zwischenschicht ist bevorzugt als die Klebstoff-Schicht ausgebildet. Durch die Verwendung einer glasfaserverstärkten Kunststoff-Niethülse mit einer derartigen Klebstoffzwischenschicht ist daher insbesondere bei einer Hybridverbindung zwischen Bauteilen unterschiedlicher Materialien eine hochfeste und dauerhaft beständige Fügeverbindung ausgebildet, die sich zudem prozesstechnisch auch ohne Schädigung des sensiblen Laminat-Bauteils in einer Serienproduktion ausbilden lässt.Overall, therefore, it is generally provided that an intermediate layer is formed between the components, which is in particular also electrically insulating. As already stated, a direct contact connection between a CFRP component and a metallic component is critical due to the associated corrosion problems. This intermediate layer is preferably formed as the adhesive layer. By using a glass-fiber reinforced plastic rivet sleeve with such an adhesive interlayer, therefore, a high-strength and permanently resistant joint connection is formed, in particular in a hybrid connection between components of different materials, which can also be formed in a series production process without damaging the sensitive laminate component.
Um ein prozesssicheres Fügen insbesondere in einer Serienproduktion mit hoher Taktgeschwindigkeit zu ermöglichen sind die Bauteile vor Ausbildung der Nietverbindung vorgelocht, wobei ein jeweiliges Lochpaar, also zwei einander zugeordnete Löcher in den beiden Bauteilen, fluchtend übereinander gebracht werden. Da auf alle Fälle ein Lochversatz zwischen diesen beiden Löchern des Lochpaares zu vermeiden ist, da andernfalls die Nietverbindung nicht zuverlässig qualitativ hochwertig ausgebildet werden kann, weist für einen prozesssicheren Setzvorgang das eine Loch einen größeren Lochdurchmesser als das zweite Loch des Lochpaars auf. Abweichungen von der achsparallelen Ausrichtung der beiden Löcher zueinander werden daher durch den vergrößerten Durchmesser kompensiert, ohne dass der Blindniet schräg und nicht achsparallel verläuft.In order to enable a reliable joining, especially in a series production with high cycle speed, the components are pre-punched before the formation of the rivet, wherein a respective pair of holes, so two associated holes in the two components, are aligned with each other. Since in any case a hole offset between these two holes of the hole pair is to be avoided, otherwise the rivet connection can not be reliably made of high quality, for a reliable setting process, the one hole has a larger hole diameter than the second hole of the hole pair. Deviations from the axis-parallel alignment of the two holes to each other are therefore compensated by the enlarged diameter, without the blind rivet runs obliquely and not parallel to the axis.
Ergänzend ist weiterhin vorgesehen, dass ein dadurch gebildeter radialer Freiraum zwischen einem Lochrand des größeren Lochs und der Niethülse mit Klebstoff angefüllt ist. Vorzugsweise überdeckt die Niethülse mit ihrem Setzkopf das größere Loch, so dass der Freiraum nach oben von diesem abgedeckt ist. Der Freiraum ist dabei vorzugsweise vollständig mit Klebstoff angefüllt. Ein überschüssiger Klebstoff dringt dabei vorzugsweise in einen evtl. vorhandenen Zwischenraum zwischen Niethülse und dem zweiten Bauteil ein, so dass ergänzend eine verbesserte Abdichtung erzielt wird. Ein derartiges, Klebstoff unterstütztes Blindnieten ist beispielsweise aus der
Bei der Fügeverbindung werden daher vorzugsweise die beiden Bauteile sowohl vollflächig miteinander verklebt und ergänzend wird der gebildete radiale Freiraum mit Klebstoff angefüllt.In the joint connection, therefore, the two components are preferably both bonded together over the entire surface and, in addition, the radial clearance formed is filled with adhesive.
Bei dem Klebstoff handelt es sich insbesondere um einen wärmeaushärtenden Klebstoff.The adhesive is in particular a thermosetting adhesive.
Bei der Herstellung von Kraftfahrzeug-Bauteilen wird heutzutage üblicherweise derart vorgegangen, dass die gesamte Karosserie in ein Bad zur Aufbringung eines Schutzlackes eingetaucht wird, nämlich in ein sogenanntes KTL-Bad (kathodische Tauch-Lackierung). In diesem Bad herrscht eine Temperatur im Bereich von etwa 180 bis 190°C. Die Karosserie wird darin etwa für eine halbe Stunde eingetaucht. Nowadays, in the production of motor vehicle components, the procedure is usually such that the entire body is immersed in a bath for applying a protective lacquer, namely in a so-called cathodic dip bath (cathodic dip coating). In this bath, a temperature in the range of about 180 to 190 ° C prevails. The body is immersed in it for about half an hour.
Der Blindniet muss entsprechend Temperaturbeständig sein, um dieser Belastung stand zu halten, d. h. der Blindniet ist temperaturfest und weist eine Wärmebeständigkeit von zumindest 190°C für zumindest 0,5 Stunden auf.The blind rivet must be suitably temperature resistant in order to withstand this load, d. H. the blind rivet is temperature resistant and has a heat resistance of at least 190 ° C for at least 0.5 hours.
Zur Ausbildung der Fügeverbindung wird daher zunächst der Klebstoff insbesondere als Zwischenschicht zwischen die beiden Bauteile aufgetragen, die Bauteile werden übereinander gelegt und anschließend werden die Blindniete gesetzt. Im nächsten Verfahrensschritt wird die so vorbereitete Bauteilverbindung einer Temperaturbehandlung zur Aushärtung des Klebers unterzogen und insbesondere in das KTL-Bad eingetaucht. Die Aushärtung erfolgt also vorzugsweise im KTL-Bad. Die Blindniete, über die die beiden Bauteile miteinander verbunden sind, dienen daher insbesondere auch zur Fixierung der beiden Bauteile aneinander, bis der Kleber ausgehärtet ist.To form the joint connection, therefore, the adhesive is first applied in particular as an intermediate layer between the two components, the components are superimposed and then the blind rivets are set. In the next process step, the component compound prepared in this way is subjected to a temperature treatment to cure the adhesive and, in particular, immersed in the cathodic dip bath. Curing thus preferably takes place in the cathodic dip bath. The blind rivets, via which the two components are connected to each other, therefore serve in particular also for fixing the two components together until the adhesive has cured.
Ergänzend tragen die Blindniete darüber hinaus bei fertiggestellter Fügeverbindung zur Festigkeit der Fügeverbindung bei. Insbesondere gilt dies für die in Axialrichtung, also senkrecht zu den Bauteiloberflächen auftretenden Kräfte. Die Kräfte parallel zu der Verbindungsebene zwischen den beiden Bauteilen werden üblicherweise bereits sehr gut über die Klebeverbindung aufgenommen. Zumal da die CFK-Bauteile als laminierte Bauteile ein mit Kunststoffharz getränktes Gewebe aufweisen, welches vorzugsweise in alle Raumrichtungen in gleicher Weise belastbar ist.In addition, the blind rivets also contribute in finished joint connection to the strength of the joint connection. This applies in particular to the forces occurring in the axial direction, ie perpendicular to the component surfaces. The forces parallel to the connecting plane between the two components are usually already very well received via the adhesive bond. Especially since the CFRP components have as laminate components impregnated with plastic resin tissue, which is preferably in all directions in the same way resilient.
Der Nietdorn weist vorzugsweise im Vergleich zu der Niethülse eine erhöhte Festigkeit auf. Insbesondere besteht er aus Edelstahl. Grundsätzlich kann auch ein Nietdorn aus Stahl eingesetzt werden. Allerdings besteht hierbei unter Umständen das Problem der Korrosion, insbesondere an der Bruchstelle eines Restdorns nach dem Setzvorgang.The rivet mandrel preferably has increased strength compared to the rivet sleeve. In particular, it is made of stainless steel. Basically, a rivet mandrel made of steel can be used. However, under certain circumstances there is the problem of corrosion, especially at the breaking point of a residual mandrel after the setting process.
In bevorzugter Weiterbildung ist der Blindniet generell derart ausgebildet, dass eine möglichst große Auflagefläche sowohl auf Seiten des Setzkopfes als auch auf Seiten des Schließkopfes ausgebildet werden, um die Flächenpresskraft pro Flächeneinheit gering zu halten, um eine Beschädigung des CFK-Bauteils möglichst zu vermeiden.In a preferred development of the blind rivet is generally designed such that the largest possible contact surface are formed both on the sides of the setting head and on the sides of the closing head to keep the surface pressure per unit area low, to avoid damaging the CFRP component as possible.
In zweckdienlicher Ausgestaltung ist hierzu vorgesehen, dass die Wandung der über den Dornkopf zu verformenden Niethülse vergleichsweise groß ist. Es wird also eine vergleichsweise dickwandige Niethülse eingesetzt um einen möglichst breiten Schließkopf auszubilden. Der Vergleich bezieht sich hierbei auf herkömmliche Stahlnieten. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Wandstärke der Niethülse im Vergleich zu dem Durchmesser des Nietdorns sehr groß ist und beispielsweise zumindest 70% des Durchmessers des Restdorns und darüber hinausgehend beispielsweise größer als der Durchmesser des Restdorns ist.In an expedient embodiment, it is provided for this purpose that the wall of the rivet sleeve to be deformed via the mandrel head is comparatively large. Thus, a comparatively thick-walled rivet sleeve is used to form the widest possible closing head. The comparison refers here to conventional steel rivets. In particular, it is provided that the wall thickness of the rivet sleeve in comparison to the diameter of the mandrel is very large and, for example, at least 70% of the diameter of the mandrel and beyond, for example, greater than the diameter of the residual mandrel.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch einen Blindniet für eine solche Fügeverbindung. Der Blindniet umfasst hierzu vorzugsweise eine Niethülse aus einem mit nicht leitenden Fasern verstärkten Kunststoff sowie einen Nietdorn aus Edelstahl, wobei die Wandstärke der Niethülse zumindest dem 0,7-fachen und vorzugsweise zumindest dem 1-fachen des Durchmessers des Nietdorns entspricht. Ein derartig ausgebildeter Blindniet eignet sich in besonderer Weise für die Verbindung von Bauteilen, bei denen zumindest das eine Bauteil aus einem faserverstärktem Kunststoff besteht, um zum Einen eine Beschädigung (Delamination) dieses Bauteils zu vermeiden und zum Anderen eine dauerhaft zuverlässige Fügeverbindung auszubilden. Dies gilt insbesondere bei einer Hybridverbindung zwischen Bauteilen unterschiedlicher Materialien (Metall/CFK-Bauteil).The object is further achieved by a blind rivet for such a joint connection. For this purpose, the blind rivet preferably comprises a rivet sleeve made of a plastic reinforced with non-conductive fibers and a stainless steel rivet mandrel, wherein the wall thickness of the rivet sleeve corresponds to at least 0.7 times and preferably at least 1 times the diameter of the rivet mandrel. Such a trained blind rivet is particularly suitable for the connection of components in which at least one component consists of a fiber-reinforced plastic, on the one hand to avoid damage (delamination) of this component and on the other hand form a permanently reliable joint connection. This applies in particular to a hybrid connection between components of different materials (metal / CFRP component).
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Ausbildung einer derartigen Fügeverbindung. Grundsätzlich werden zur Ausbildung der Fügeverbindung die vorgelochten Bauteilen übereinander gebracht, so dass die Löcher eines jeweiligen Lochpaars miteinender fluchten. Anschließend werden die Blindniete in ein jeweiliges Lochpaar gesetzt. Vorzugsweise erfolgt hierbei das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11.The object is further achieved by a method for forming such a joint connection. In principle, the pre-punched components are brought one above the other to form the joint connection, so that the holes of a respective hole pair are aligned with one another. Subsequently, the blind rivets are placed in a respective pair of holes. In this case, the method preferably has the features of claim 11.
Zur Ausbildung der Fügeverbindung nach Anspruch 11 wird derart vorgegangen, dass der aushärtbare Klebstoff auf zumindest eines der Bauteile vollflächig auf dessen gesamte Oberfläche aufgebracht wird. Anschließend wird das zweite Bauteil möglichst lagegenau zum ersten Bauteil positioniert, so dass die Löcher für die Blindniete möglichst miteinander fluchten. Anschließend werden die Blindniete in die jeweiligen Durchgangslöcher eingesteckt und gesetzt. Hierzu wird mit Hilfe eines Setzwerkzeuges am Nietdorn in Längsrichtung gezogen, so dass der Dornkopf in die Niethülse hineingezogen wird und diese dabei zur Ausbildung des Schließkopfes umgeformt wird. Der Nietdorn reist bei Erreichen einer vorgegebenen Setzkraft an einer Sollbruchstelle ab, die üblicherweise im Inneren der Niethülse angeordnet ist, so dass ein Restdorn in der Niethülse verbleibt. Anschließend werden die zusammengefügten Bauteile, die insbesondere auch Gegenstand eines komplexen Bauteils, beispielsweise einer gesamten Karosserie sein können, in ein heißes KTL-Bad eingetaucht und dort einer Lackierung unterzogen. Bei dieser Behandlung härtet der wärmehärtbare Kleber zwischen den zu verbindenden Bauteilen fertig aus.To form the joint connection according to claim 11, the procedure is such that the curable adhesive is applied to at least one of the components over its entire surface over its entire surface. Subsequently, the second component is positioned as accurately positioned as possible to the first component, so that the holes for the blind rivets are aligned as possible. Then the blind rivets are inserted into the respective through holes and set. For this purpose, it is pulled with the aid of a setting tool on the rivet mandrel in the longitudinal direction, so that the mandrel head is pulled into the rivet sleeve and this is thereby formed to form the closing head. The rivet mandrel travels on reaching a predetermined setting force at a predetermined breaking point, which is usually arranged in the interior of the rivet, so that a residual mandrel in the rivet remains. Subsequently, the assembled components, which may in particular also be the subject of a complex component, for example an entire body, immersed in a hot cathodic dip bath and subjected there to a paint job. In this treatment, the thermosetting adhesive cures completely between the components to be joined.
Der Setzvorgang erfolgt automatisiert, insbesondere vollautomatisch, beispielsweise innerhalb einer Fertigungsstraße und mit einem Blindnietroboter (wie er beispielsweise in
Die Fügeverbindung weist jeweils zumindest zwei miteinander dauerhaft verbundene Bauteile auf, nämlich ein erstes Bauteil
Die Niethülse
In der Niethülse
Der Nietdorn
Insgesamt sind die Setzkräfte durch die Verwendung der Kunststoff-Niethülse
Bei der hier dargestellten Hybridverbindung zwischen dem CFK-Bauteil
Alternativ zu der dargestellten Hybridverbindung bestehen beide Bauteile
Von besonderer Bedeutung hierfür ist eine möglichst geringe Flächenpresskraft. Um diese auch auf Seiten des Schließkopfes
Um die Widerstandsfähigkeit gegen Scherbelastungen zu verbessern sind die beiden Bauteile
Beim Ausführungsbeispiel der
Im Unterschied hierzu weist beim Ausführungsbeispiel der
Bei den Bauteilen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- CFK-BauteilCFRP component
- 44
- Stahl-BauteilSteel member
- 66
- BlindnietRivet
- 88th
- Niethülserivet sleeve
- 1010
- NietdornMandrel
- 1212
- Setzkopfsetting head
- 1414
- Längsrichtunglongitudinal direction
- 1616
- Hülsenschaftsleeve shank
- 1818
- Glasfasernglass fibers
- 2222
- Dornkopfmandrel head
- 2424
- Dornschaftspike shaft
- 2626
- Schließkopfclosing head
- 2828
- SollbruchstelleBreaking point
- 3030
- Zwischenschichtinterlayer
- 32A, 32B32A, 32B
- Setzlochinsertion hole
- 3434
- radialer Freiraumradial clearance
- d1d1
- Durchmesser SetzkopfDiameter setting head
- d2d2
- Durchmesser HülsenschaftDiameter sleeve shaft
- ww
- Wandstärke/HülseWall thickness / sleeve
- d3d3
- Durchmesser DornschaftDiameter of mandrel shaft
- l1l1
- Lochdurchmesser CFK-BauteilHole diameter CFK component
- l2l2
- Lochdurchmesser Stahl-BauteilHole diameter steel component
- KK
- Klebstoffadhesive
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008026356 A1 [0019] DE 102008026356 A1 [0019]
- WO 2006/056255 A1 [0032] WO 2006/056255 A1 [0032]
Claims (11)
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DE201210015183 DE102012015183A1 (en) | 2011-08-05 | 2012-08-02 | Permanent and reliable joint formed between fiber-reinforced plastic components of motor vehicle, has rivet sleeve formed of fiber-reinforced plastic, and interlayer insulating layer bonded between components |
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-
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- 2012-08-02 DE DE201210015183 patent/DE102012015183A1/en active Pending
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