DE102014102765A1

DE102014102765A1 - Klebefügeverbindungen zum Fügen von Platten

Info

Publication number: DE102014102765A1
Application number: DE102014102765.5A
Authority: DE
Inventors: Joseph M. Polewarczyk; Hesham A. Ezzat
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2014-09-18
Also published as: US20140272317A1; CN104044644A

Abstract

Eine erste Platte definiert eine erste Fläche, welche sich durch einen ersten Basisabschnitt und einen Vorsprung auszeichnet, der sich von dem ersten Basisabschnitt weg erstreckt. Eine zweite Platte definiert eine zweite Fläche, welche einen zweiten Basisabschnitt und eine Vertiefung aufweist. Der Vorsprung erstreckt sich in die Vertiefung hinein und ein Kleber ist auf dem ersten Basisabschnitt, dem Vorsprung, dem zweiten Basisabschnitt und in der Vertiefung angeordnet, um die erste Platte an die zweite Platte zu kleben. Der Vorsprung und die Fläche, welche die Vertiefung definiert, stellen Scherbereiche bereit, wenn die Basisabschnitte unter Schälung sind, um dadurch die Festigkeit der Klebefügeverbindung zwischen der ersten und der zweiten Platte zu erhöhen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft Klebefügeverbindungen, die Platten verbinden.
HINTERGRUND
Autokarosserieteile sind typischerweise aus Metallen gebildet und werden mittels Schweißen aneinander gefügt. Einige Karosserieteile sind aus nichtmetallischen Verbundwerkstoffmaterialien wie z. B. Fiberglas gebildet und können daher nicht geschweißt werden. Verbundwerkstoffplatten werden typischerweise mit einem auf zusammenpassenden Flanschen aufgetragenen Kleber aneinandergefügt.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine erste Platte definiert eine erste Fläche, welche sich durch einen ersten Basisabschnitt und einen Vorsprung auszeichnet, der sich von dem ersten Basisabschnitt weg erstreckt. Eine zweite Platte definiert eine zweite Fläche, welche einen zweiten Basisabschnitt und eine Vertiefung aufweist. Der Vorsprung erstreckt sich in die Vertiefung hinein und ein Kleber ist auf dem ersten Basisabschnitt, dem Vorsprung, dem zweiten Basisabschnitt und in der Vertiefung angeordnet, um die erste Platte an die zweite Platte zu kleben. Der Vorsprung und die Fläche, welche die Vertiefung definiert, stellen Scherbereiche bereit, wenn die Basisabschnitte unter Schälung sind, um dadurch die Festigkeit der Klebefügeverbindung zwischen der ersten und der zweiten Platte zu erhöhen.
Es wird auch ein entsprechendes Verfahren zum Fügen von zwei Platten vorgesehen.
Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten Platte und einer zweiten Platte, bevor sie gefügt werden;
2 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Vorsprunges, der auf einer Fläche der ersten Platte gebildet ist;
3 ist eine schematische Draufsicht des Vorsprunges von 2;
4 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Vertiefung, die in einer Fläche der zweiten Platte gebildet ist;
5 ist eine schematische seitliche Querschnittsansicht der ersten und der zweiten Platte, die mit einem Kleber aneinandergefügt sind, sodass der Vorsprung der 2 und 3 innerhalb der Vertiefung von 4 angeordnet ist; und
6 ist eine schematische seitliche Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform von Platten, die in Übereinstimmung mit der beanspruchten Erfindung mit einem Kleber aneinandergefügt sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf 1 sind ein erster Flansch 10 und ein zweiter Flansch 14 schematisch dargestellt. Der erste Flansch 10 ist Teil einer ersten Platte 18 und der zweite Flansch 14 ist Teil einer zweiten Platte 22. Die erste und die zweite Platte 18, 22 in der dargestellten Ausführungsform umfassen ein Verbundwerkstoffmaterial und können z. B. Fahrzeugkarosserieteile wie z. B. die innere und die äußere Verkleidung einer Fahrzeugtür, eines Kotflügels, einer Motorhaube, eines Kofferraumdeckels etc. sein. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass innerhalb des Schutzumfanges der beanspruchten Erfindung die Platten 18, 22 jedes beliebige Material umfassen können und für jeden beliebigen Zweck verwendet werden können.
Der erste Flansch 10 der ersten Platte 18 definiert eine erste Fläche 26, die sich durch einen ersten Basisabschnitt 30 auszeichnet. Der erste Basisabschnitt 30 in der dargestellten Ausführungsform ist im Wesentlichen eben. Die erste Fläche 26 definiert auch eine Vielzahl von Vorsprüngen 34, die sich von dem ersten Basisabschnitt 30 weg erstrecken. Der zweite Flansch 14 der zweiten Platte 22 definiert eine zweite Fläche 38, die zu der ersten Fläche 26 weist.
Bezug nehmend auf die 2 und 3, in denen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten wie in 1 beziehen, ist einer der Vorsprünge 34 schematisch dargestellt. Der in den 2 und 3 gezeigte Vorsprung 34 steht für alle der in 1 gezeigten Vorsprünge 34. Der Vorsprung 34 weist eine pyramidenstumpfförmige Form auf, d. h., der Vorsprung 34 besitzt die Form oder das Aussehen einer Pyramide, die von einer Ebene geschnitten wird, welche parallel zu der Grundfläche der Pyramide steht. Somit umfasst jeder Vorsprung 34 vier ebene Flächenabschnitte 42, 44, 46, 48, die sich von dem Basisabschnitt 30 bis zu dem Anschlussende 50 des Vorsprunges 34 erstrecken. Das Anschlussende 50 ist ein quadratischer, ebener Flächenabschnitt 52, der parallel zu dem Basisabschnitt 30 der ersten Fläche 26 steht.
Bezug nehmend auf 4, in der sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten wie in den 1–3 beziehen, weist die zweite Fläche 38 einen ebenen zweiten Basisabschnitt 54 und ein Vielzahl von Vertiefungen 58 auf, von denen in 4 nur eine gezeigt ist. Die in 4 gezeigte Vertiefung 58 ist repräsentativ für alle Vertiefungen 58 in dem zweiten Flansch 14. Die Vertiefung 38 weist eine pyramidenstumpfförmige Form auf. Im Spezielleren ist die Vertiefung 58 durch vier ebene Flächenabschnitte 60, 62, 64, 66 gebildet, die sich von dem zweiten Basisabschnitt 54 bis zu einem quadratischen, ebenen Flächenabschnitt 68 erstrecken, der das Anschlussende der Vertiefung 58 bildet. Der quadratische, ebene Flächenabschnitt 68 steht parallel zu dem zweiten Basisabschnitt 54.
Der zweite Flansch 14 definiert eine dritte Fläche 72, die sich auf der entgegengesetzten Seite des zweiten Flansches 14 von der zweiten Fläche 38 befindet. In der dargestellten Ausführungsform ist die Tiefe der Vertiefungen 58 größer als die Dicke des Flansches 14 und es ist daher ein pyramidenstumpfförmiger Vorsprung (bei 74 in 1 gezeigt) auf der dritten Fläche 72 für jede Vertiefung 58 auf der zweiten Fläche 38 vorhanden.
Bezug nehmend auf 5, in der sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten wie in den 1–4 beziehen, wird eine Klebefügeverbindung 75, welche den ersten und den zweiten Flansch 10, 14 verbindet, gebildet, indem ein Kleber 76 auf eine von der ersten Fläche 26 und der zweiten Fläche 38 aufgetragen wird, und anschließend die erste Platte 18 so in Bezug auf die zweite Platte 22 positioniert wird, dass sich jeder der Vorsprünge 34 in eine jeweilige der Vertiefungen 58 hinein erstreckt, wie in 5 gezeigt. Wenn die Flansche 10, 14 zusammengebracht werden, ist der Kleber 76 auf der ersten Fläche 26 (mit dem ersten Basisabschnitt 30 und allen Flächenabschnitten 42, 44, 46, 48, 52 der Vorsprünge 34) und der zweiten Fläche 38 (mit dem zweiten Basisabschnitt 54 und allen Flächenabschnitten 60, 62, 64, 66, 68, welche die Vertiefungen 58 definieren) angeordnet, um dadurch die erste Platte 18 und die zweite Platte 22 aneinanderzukleben. Der erste Basisabschnitt 30 weist zu dem zweiten Basisabschnitt 54 und steht parallel dazu; der Kleber 76 erstreckt sich dazwischen, um die Basisabschnitte 30, 54 aneinanderzukleben.
Für jeden Vorsprung 34 ist jeder der Flächenabschnitte 42, 44, 46, 48, 52 parallel mit einem entsprechenden Flächenabschnitt 60, 62, 64, 66, 68, welcher eine der Vertiefungen 58 definiert, und mithilfe des Klebers 76 direkt daran geklebt. Im Spezielleren, wie in 5 gezeigt, weist jeder Flächenabschnitt 42 zu einem jeweiligen Flächenabschnitt 60 und steht parallel dazu; der Kleber 76 erstreckt sich dazwischen, um den Abschnitt 42 direkt an den Abschnitt 60 zu kleben. Jeder Flächenabschnitt 46 weist zu einem entsprechenden Flächenabschnitt 64 und steht parallel dazu; der Kleber 76 erstreckt sich dazwischen, um den Abschnitt 46 direkt an den Abschnitt 64 zu kleben. Jeder Flächenabschnitt 52 weist zu einem entsprechenden Flächenabschnitt 68 und steht parallel dazu; der Kleber 76 erstreckt sich dazwischen, um den Abschnitt 52 direkt an den Abschnitt 68 zu kleben. Wenngleich in 5 nicht gezeigt, weist jeder Flächenabschnitt 44 zu einem entsprechenden Flächenabschnitt 62 und steht parallel dazu; der Kleber 76 erstreckt sich dazwischen, um den Abschnitt 44 direkt an den Abschnitt 62 zu kleben. In gleicher Weise weist jeder Flächenabschnitt 48 zu einem entsprechenden Flächenabschnitt 66 und steht parallel dazu; der Kleber 76 erstreckt sich dazwischen, um den Abschnitt 44 direkt an den Abschnitt 66 zu kleben.
Die Flächenabschnitte 42, 44, 46, 48, 52 liegen alle in unterschiedlichen Ebenen voneinander und von dem ersten Basisabschnitt 30, und keiner der Flächenabschnitte 42, 44, 46, 48 steht parallel zu den anderen oder zu dem Basisabschnitt 30. In ähnlicher Weise liegen die Flächenabschnitte 60, 62, 64, 66, 68 alle in unterschiedlichen Ebenen voneinander und von dem zweiten Basisabschnitt 54, und keiner der Flächenabschnitte 60, 62, 64, 66, steht parallel zu den anderen oder zu dem Basisabschnitt 54.
Demzufolge fügen die Vorsprünge 34 und die Vertiefungen 58 mehrere Flächenabschnitte in verschiedenen Ebenen hinzu, die Kleber 76 darauf aufweisen, und fügen so etwas scherbeanspruchten Kleber in Richtungen hinzu, die normalerweise nur unter Schälung sind, wenn eine Belastung auf die Platten 18, 22 angewendet wird. Der Kleber 76 kann unter Scherung deutlich stärker sein als unter Schälung, und somit festigen die Vorsprünge 34 und die Vertiefungen 58 die Bindung zwischen der ersten und der zweiten Platte 18, 22 durch Schaffen von Bereichen unter Scherbelastung, die andernfalls unter Schälung wären. Wenn der Kleber 76 zwischen den Basisabschnitten 30, 54 unter Schälung ist, kann der Kleber 76 zwischen den Vorsprüngen 34 und den Vertiefungen 58 unter Scherung sein. Somit kann die Klebefügeverbindung 75 die Notwendigkeit von mechanischen Verbindungselementen (z. B. Muttern und Bolzen), um Schälkräften standzuhalten, eliminieren. Die Vorsprünge 34 und die Vertiefungen 58 sorgen auch für eine mechanische Verblockung zwischen den Flanschen 10, 14 entlang der Ebene der Fügeverbindung 75.
Erneut Bezug nehmend auf 2 bildet der Flächenabschnitt 42 einen Winkel 78 mit dem Basisabschnitt 30. In der dargestellten Ausführungsform beträgt der Winkel 78 ungefähr 135 Grad. Der Winkel 78 liegt zwischen 90 und 135 Grad, um die Scherung zwischen dem Vorsprung 34 und der Vertiefung 58 zu erhöhen, wenn die Basisabschnitte 30, 54 unter Schälung sind. Die Flächenabschnitte 44, 46, 48 bilden auch Winkel mit dem Basisabschnitt 30, die zwischen 90 und 135 Grad liegen.
Bezug nehmend auf 6 sind ein erster Flansch 110 und ein zweiter Flansch 114 schematisch dargestellt. Der erste Flansch 110 ist Teil einer ersten Platte 118 und der zweite Flansch 114 ist Teil einer zweiten Platte 122. Die erste und die zweite Platte 118, 122 in der dargestellten Ausführungsform umfassen ein Verbundwerkstoffmaterial und können z. B. Fahrzeugkarosserieteile wie z. B. die innere und die äußere Verkleidung einer Fahrzeugtür, eines Kotflügels, einer Motorhaube, eines Kofferraumdeckels etc. sein. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass innerhalb des Schutzumfanges der beanspruchten Erfindung die Platten 118, 122 jedes beliebige Material umfassen können und für jeden beliebigen Zweck verwendet werden können.
Der erste Flansch 110 der ersten Platte 118 definiert eine erste Fläche 126, die sich durch einen ersten Basisabschnitt 130 auszeichnet. Der erste Basisabschnitt 130 in der dargestellten Ausführungsform ist im Wesentlichen eben. Der zweite Flansch 114 der zweiten Platte 122 definiert eine zweite Fläche 134, die zu der ersten Fläche 126 weist. Die zweite Fläche 134 zeichnet sich durch einen zweiten Basisabschnitt 136 aus, der im Wesentlichen eben ist.
Die erste Fläche 126 definiert auch eine Vielzahl von Vorsprüngen 138, die sich von dem ersten Basisabschnitt 130 weg erstrecken. Die Vorsprünge 138 weisen kugelförmige Kappen auf, d. h., die Vorsprünge bilden Kugeln, die durch eine Ebene geschnitten werden. In der dargestellten Ausführungsform sind die Vorsprünge 138 Halbkugeln. Die zweite Fläche 134 umfasst auch Flächenabschnitte 140, die eine Vielzahl von Vertiefungen 142 definieren, welche in der Ausführungsform von 6 halbkugelförmige Kappen sind.
Es wird eine Klebefügeverbindung 174, welche den ersten und den zweiten Flansch 110, 114 verbindet, gebildet, indem ein Kleber 176 auf eine von der ersten Fläche 126 und der zweiten Fläche 134 aufgetragen wird, und anschließend die erste Platte 118 so in Bezug auf die zweite Platte 122 positioniert wird, dass sich jeder der Vorsprünge 138 in eine jeweilige der Vertiefungen 142 hinein erstreckt, wie in 6 gezeigt. Wenn die Flansche 110, 114 zusammengebracht werden, ist der Kleber 176 auf der ersten Fläche 126 (mit dem ersten Basisabschnitt 130 und allen Flächenabschnitten, welche die Vorsprünge 138 bilden) und der zweiten Fläche 134 (mit dem zweiten Basisabschnitt 136 und allen Flächenabschnitten 140, welche die Vertiefungen 142 definieren) angeordnet, um dadurch die erste Platte 118 und die zweite Platte 122 aneinanderzukleben. Der erste Basisabschnitt 120 weist zu dem zweiten Basisabschnitt 136 und steht parallel dazu; der Kleber 176 erstreckt sich dazwischen, um die Basisabschnitte 130, 136 aneinanderzukleben.
Die Fläche jedes Vorsprunges 138 ist parallel mit einem entsprechenden Flächenabschnitt 140, welcher eine entsprechende Vertiefung 142 definiert; der Kleber 176 erstreckt sich auch dazwischen, um die Vorsprünge 138 an die Flächenabschnitte 140 zu kleben. Demzufolge fügen die Vorsprünge 138 und die Vertiefungen 142 mehrere Flächenabschnitte in verschiedenen Ebenen hinzu, die Kleber 176 darauf aufweisen, und fügen so etwas scherbeanspruchten Kleber in Richtungen hinzu, die normalerweise nur unter Schälung sind, wenn eine Belastung auf die Platten 118, 122 angewendet wird.
Es sollte angemerkt werden, dass der Sitz zwischen den Vorsprüngen 34 und den Vertiefungen 58 und der Sitz zwischen den Vorsprüngen 138 und den Vertiefungen 142 eher ein Laufsitz als ein Festsitz ist. In den dargestellten Ausführungsformen sind die Vorsprünge und Vertiefungen entweder als Stümpfe von Pyramiden oder kugelförmige Kappen gezeigt; allerdings können die Vorsprünge und Vertiefungen innerhalb des Schutzumfanges der beanspruchten Erfindung andere Formen aufweisen. Es sollte auch angemerkt werden, dass der Ausdruck „Vertiefung” wie in den Ansprüchen verwendet, ein Loch umfassen kann, das sich durch eine Platte hindurch von einer Seite zu der anderen erstreckt. In einer Ausführungsform (nicht gezeigt) und innerhalb des Schutzumfanges der beanspruchten Erfindung sind die Vertiefungen zylindrische Löcher und die Vorsprünge sind zylindrische Höcker.
Während die besten Arten, die Erfindung auszuführen, im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung innerhalb des Schutzumfanges der beiliegenden Ansprüche praktisch umzusetzen.

Claims

Vorrichtung, umfassend: eine erste Platte, die eine erste Fläche definiert, welche sich durch einen ersten Basisabschnitt und einen Vorsprung auszeichnet, der sich von dem ersten Basisabschnitt weg erstreckt; eine zweite Platte, die eine zweite Fläche definiert, welche einen zweiten Basisabschnitt und eine Vertiefung aufweist; einen Kleber; wobei sich der Vorsprung in die Vertiefung hinein erstreckt; und wobei der Kleber auf dem ersten Basisabschnitt, dem Vorsprung, dem zweiten Basisabschnitt und in der Vertiefung angeordnet ist, um die erste Platte an die zweite Platte zu kleben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Platte und die zweite Platte zumindest ein Verbundwerkstoffmaterial umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vorsprung eine Fläche umfasst, die einen Winkel mit dem ersten Basisabschnitt bildet, welcher zwischen neunzig und einhundertfünfunddreißig Grad liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vorsprung und die Vertiefung pyramidenstumpfförmig sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vorsprung und die Vertiefung kugelförmige Kappen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sitz zwischen dem Vorsprung und der Vertiefung ein Laufsitz ist.
Vorrichtung, umfassend: eine erste Platte, die eine erste Fläche definiert, welche sich durch einen ersten Basisabschnitt und eine Vielzahl von Vorsprüngen auszeichnet, die sich von dem ersten Basisabschnitt weg erstrecken; eine zweite Platte, die eine zweite Fläche definiert, welche einen zweiten Basisabschnitt und eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist; einen Kleber; wobei sich jeder der Vorsprünge in eine jeweilige der Vertiefungen hinein erstreckt; und wobei der Kleber auf dem ersten Basisabschnitt, den Vorsprüngen, dem zweiten Basisabschnitt und in den Vertiefungen angeordnet ist, um die erste Platte an die zweite Platte zu kleben.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die erste Platte und die zweite Platte zumindest ein Verbundwerkstoffmaterial umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei jeder der Vorsprünge eine jeweilige Fläche umfasst, die einen Winkel mit der ersten Fläche bildet, welcher zwischen neunzig und einhundertfünfunddreißig Grad liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vorsprünge und die Vertiefungen pyramidenstumpfförmig sind.