DE102017125621A1 - Connecting element for fiber composite components, method for connecting fiber composite components, apparatus for connecting fiber composite components and fiber composite component assembly - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verbindungselement für Faserverbundwerkstoff-Bauteile (12, 14) vorgeschlagen, welches einen Teller (24), und eine Mehrzahl von beabstandeten Stiften (30), welche an dem Teller (24) sitzen, umfasst, wobei die Stifte (30) zum Eindringen in ein Matrixmaterial (18) des Faserverbundwerkstoffs vorgesehen sind, wobei die Stifte (30) plastisch verformbar sind, und wobei in einer Fixierungsstellung des Verbindungselements ein Stift (30) durch plastische Verformung mindestens bereichsweise quer zu einer Eindringrichtung (44) des entsprechenden Stifts (30) in das Matrixmaterial (18) orientiert ist und/oder mindestens bereichsweise bezogen zu seiner Orientierung in einer Ausgangsstellung gebogen ist und/oder mindestens bereichsweise eine Querorientierung zu seiner Orientierung in der Ausgangsstellung aufweist. The invention relates to a fiber composite component connector (12,14) comprising a plate (24) and a plurality of spaced pins (30) seated on the plate (24), the pins (30) being connected to the plate Penetrating into a matrix material (18) of the fiber composite material, wherein the pins (30) are plastically deformable, and wherein in a fixing position of the connecting element, a pin (30) by plastic deformation at least partially transverse to a penetrating direction (44) of the corresponding pin (30) 30) is oriented in the matrix material (18) and / or bent at least in regions relative to its orientation in a starting position and / or at least partially has a transverse orientation to its orientation in the starting position.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement für Faserverbundwerkstoff-Bauteile.The invention relates to a connecting element for fiber composite components.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verbinden von Faserverbundwerkstoff- Bauteilen.The invention further relates to a method for joining fiber composite components.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Verbindung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen.Furthermore, the invention relates to a device for connecting fiber composite components.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung.Furthermore, the invention relates to a fiber composite component assembly.
In dem Artikel
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungselement der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem sich auf einfache Weise Faserverbundwerkstoff-Bauteile verbinden lassen.The invention has for its object to provide a connecting element of the type mentioned, with which can be easily connect fiber composite components.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verbindungselement erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Teller vorgesehen ist, und dass eine Mehrzahl von beabstandeten Stiften vorgesehen sind, welche an dem Teller sitzen, wobei die Stifte zum Eindringen in ein Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffs vorgesehen sind, wobei die Stifte plastisch verformbar sind, und wobei in einer Fixierungsstellung des Verbindungselements ein Stift durch plastische Verformung mindestens bereichsweise quer zu einer Eindringrichtung des entsprechenden Stifts in das Matrixmaterial orientiert ist und/oder mindestens bereichsweise bezogen auf seine Orientierung in einer Ausgangsstellung gebogen ist und/oder mindestens bereichsweise eine Querorientierung zu seiner Orientierung in der Ausgangsstellung aufweist.This object is achieved in the above-mentioned connecting element according to the invention in that a plate is provided, and that a plurality of spaced pins are provided, which sit on the plate, wherein the pins are provided for penetration into a matrix material of the fiber composite material, wherein the pins are plastically deformable, and wherein in a fixing position of the connecting element, a pin is oriented by plastic deformation at least partially transverse to a direction of penetration of the corresponding pin in the matrix material and / or at least partially bent relative to its orientation in a starting position and / or at least partially a Has transverse orientation to its orientation in the starting position.
Das Verbindungselement lässt sich über seine Stifte während der Herstellung der Verbindung in die Faserverbundwerkstoff-Bauteile einführen.The connecting element can be introduced into the fiber composite components via its pins during the production of the connection.
Durch die beabstandeten Stifte, welche nicht wie bei Halbhohlstanznieten umschlossene Bereiche bilden, erfolgt keine lokale Abtrennung von Material.Due to the spaced pins, which do not form areas enclosed by semi-hollow punch rivets, there is no local separation of material.
Insbesondere werden in dem Faserverbundwerkstoff keine Fasern durchtrennt, sondern diese werden lediglich verdrängt; die Fasern können ausweichen und werden nicht beschädigt.In particular, no fibers are severed in the fiber composite, but these are merely displaced; the fibers can dodge and are not damaged.
Durch die plastische Deformierbarkeit der Stifte lässt sich eine Verankerung des Verbindungselements in den Faserverbundwerkstoff-Bauteilen erreichen und diese lassen sich dadurch relativ zueinander fixieren.Due to the plastic deformability of the pins, an anchoring of the connecting element in the fiber composite components can be achieved and these can be fixed relative to each other.
Zur Herstellung der Verbindung sind keine Vorbohrungen notwendig und es entstehen dadurch auch keine Spänekontaminationen in der Umgebung.To make the connection, no pilot holes are necessary and there are no chip contamination in the environment.
Über Verbindung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen mit erfindungsgemäßen Verbindungselementen ergeben sich vorteilhafte Rissstoppereigenschaften.By connecting fiber composite components with connecting elements according to the invention, advantageous crack stop properties result.
Weiterhin lassen sich Faserverbundwerkstoff-Bauteile mit größeren Toleranzen verbinden, da die entsprechenden Fügepartner nicht über große Abmessungen hinweg parallele Flächen aufweisen müssen.Furthermore, fiber composite components can be combined with greater tolerances, since the corresponding joining partners do not have to have parallel surfaces across large areas.
Ein entsprechendes Verbindungselement lässt sich auf einfache und kostengünstige Weise herstellen.A corresponding connecting element can be produced in a simple and cost-effective manner.
Ferner lässt sich eine Verbindung auf einfache und kostengünstige Weise herstellen.Furthermore, a connection can be produced in a simple and cost-effective manner.
Günstig ist es, wenn mindestens drei Stifte, vorzugsweise mindestens fünf Stifte und insbesondere mindestens sieben Stifte vorgesehen sind. Es ergibt sich dadurch eine gute Verbindbarkeit.It is favorable if at least three pins, preferably at least five pins and in particular at least seven pins are provided. This results in a good connectivity.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stifte beabstandet und insbesondere gleichmäßig beabstandet auf einer geschlossenen Linie angeordnet sind. Beispielsweise sind sie auf einer Kreislinie angeordnet. Ein entsprechendes Verbindungselement hat dann die ungefähre Struktur einer Halbhohlstanzniete, wobei aber kein Bereich umschlossen ist. Dies führt dazu, dass beim Eindringen in einen Fügepartner kein Material getrennt werden muss, das heißt es findet keine lokale Abtrennung von Material statt. Weiterhin können Fasern ausweichen und durch diese Faserverdrängung lässt sich eine Durchtrennung von Fasern vermeiden.It is particularly advantageous if the pins are spaced apart and in particular evenly spaced on a closed line. For example, they are arranged on a circle. A corresponding connecting element then has the approximate structure of a semi-hollow punch rivet, but no area is enclosed. This means that no material has to be separated when penetrating into a joining partner, that is, there is no local separation of material instead. Furthermore, fibers can escape and by this fiber displacement, a separation of fibers can be avoided.
Günstig ist es, wenn ein Stift einen Verjüngungsbereich an einem Ende, welcher zu dem Teller abgewandt ist, aufweist. Dieser Verjüngungsbereich kann beispielsweise durch eine oder mehrere Keilflächen, durch eine konische oder teilkonische Fläche usw. hergestellt sein. Der Verjüngungsbereich ermöglicht ein leichtes Eindringen in Matrixmaterial eines Faserverbundwerkstoffs (welches insbesondere erwärmt ist).It is favorable if a pin has a tapering area at one end, which faces away from the plate. This tapering region can be produced, for example, by one or more wedge surfaces, by a conical or partially conical surface, etc. The tapering region allows easy penetration into matrix material of a fiber composite material (which in particular is heated).
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist ein Stift bezogen auf seinen Querschnitt parallel zu dem Teller einen Verjüngungsbereich auf, wobei insbesondere ein Bereich mit größerer Breite näher zu einem Rand des Tellers liegt als ein Bereich mit kleinerer Breite. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Richtung für die plastische Verformung und damit für eine Art von Biegung eines Stifts vorgeben. Insbesondere lässt sich dadurch auf einfache Weise erreichen, dass sich ein Stift bei entsprechender Kraftausübung von einem zentralen Bereich des Tellers weg nach außen biegt, um so eine effektive Verankerung zu erhalten und damit wiederum eine gute Verbindung zwischen Faserverbundwerkstoff-Bauteilen zu erreichen.In an advantageous embodiment, a pin has a tapering area parallel to the plate with respect to its cross section, in particular, a region of greater width is closer to an edge of the plate than a region of smaller width. As a result, it is easy to specify a direction for the plastic deformation and thus for a type of bending of a pin. In particular, this makes it possible in a simple manner to bend a pin away from a central region of the plate with appropriate exertion of force in order to obtain an effective anchoring and thus again to achieve a good connection between fiber composite components.
Günstig ist es, wenn die Stifte mit dem Teller verbunden sind und insbesondere einstückig verbunden sind. Dadurch ergibt sich ein Verbindungselement, welches auf einfache Weise nutzbar und herstellbar ist.It is advantageous if the pins are connected to the plate and in particular are integrally connected. This results in a connecting element which can be used and produced in a simple manner.
Bei einer Ausführungsform ist an einem Stift mindestens ein Widerhaken angeordnet. Diese Widerhaken bilden eine Art von Dorne. Über ihn lässt sich eine zusätzliche (formschlüssige) Verankerung erreichen. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Verbindung zwischen (mindestens) zwei Faserverbundwerkstoff-Bauteilen.In one embodiment, at least one barb is disposed on a pin. These barbs form a kind of spines. It can be used to achieve an additional (positive) anchoring. This results in an improved connection between (at least) two fiber composite components.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Verbinden von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen mit mindestens einem erfindungsgemäßen Verbindungselement bereitgestellt, bei dem das mindestens eine Verbindungselement von einer ersten Seite einer Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung her in einer Richtung von der ersten Seite zu einer zweiten Seite der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung gedrückt wird, und bei dem an der zweiten Seite ein Gegenelement positioniert ist oder wird.According to the invention, a method is provided for joining fiber composite components with at least one connecting element according to the invention, in which the at least one connecting element is moved from a first side of a fiber composite component assembly in a direction from the first side to a second side of the fiber composite component. Arrangement is pressed into the fiber composite component assembly, and in which on the second side, a counter-element is or is positioned.
Es wird zunächst ein Verbindungselement in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung eingeführt. Die Stifte können in den Faserverbundwerkstoff eindringen. Über das Gegenelement lässt sich eine plastische Verformung erreichen, um eine „Verhakung“ der Stifte in der Kombination von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen zu erreichen.It is first introduced a connecting element in the fiber composite component assembly. The pins can penetrate into the fiber composite material. A plastic deformation can be achieved via the counter element in order to achieve a "hooking" of the pins in the combination of fiber composite components.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass das Gegenelement in einer Richtung von der zweiten Seite zu der ersten Seite gedrückt wird. Dadurch lässt sich die plastische Verformung von Stiften erreichen. Ferner lässt sich ein Werkstück (die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung) einspannen.It may be provided that the counter element is pressed in a direction from the second side to the first side. This allows the plastic deformation of pins can be achieved. Furthermore, a workpiece (the fiber composite component assembly) can be clamped.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung beheizt wird und insbesondere bei thermoplastischem Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffs der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung eine Erwärmung in einem thermoplastischen Zustand oder fließfähigen Zustand des Matrixmaterials erfolgt. Insbesondere erfolgt eine Erhitzung über eine Konsolidierungstemperatur. Dadurch lassen sich auf einfache Weise die Stifte in den Faserverbundwerkstoff einführen. Fasern können ausweichen und werden nicht durchtrennt. Dies wird unterstützt durch die erhöhte Viskosität des Matrixmaterials. Nach anschließender Konsolidierung ergibt sich eine feste Verbindung mit ausgezeichneten Rissstoppereigenschaften. Darüber hinaus kann an einer Grenzfläche zwischen Faserverbundwerkstoff-Bauteilen auch noch eine zusätzliche stoffschlüssige Verbindung in Art eines thermoplastischen Verschweißens erreicht werden.It is particularly advantageous if the fiber composite component assembly is heated and, in particular in the case of thermoplastic matrix material of the fiber composite material of the fiber composite component assembly, heating takes place in a thermoplastic state or flowable state of the matrix material. In particular, heating takes place via a consolidation temperature. As a result, the pins can be easily inserted into the fiber composite material. Fibers can dodge and are not severed. This is supported by the increased viscosity of the matrix material. Subsequent consolidation gives a strong bond with excellent crack-stop properties. In addition, an additional cohesive connection in the manner of a thermoplastic welding can also be achieved at an interface between fiber composite components.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Gegenelement angepasst an das mindestens eine Verbindungselement eine Vertiefung zur Positionierung von Stiften auf. Durch eine entsprechende Vertiefung lässt sich gezielt eine Positionierung von Stiften steuern. Beispielsweise kann dadurch eine Richtung für die plastische Verformung wie beispielsweise durch Biegung erreicht werden. Ferner lässt sich auch eine Art von Umlenkung erreichen.In an advantageous embodiment, the counter element, adapted to the at least one connecting element, has a recess for positioning pins. By a corresponding depression can be targeted control a positioning of pins. For example, a direction for the plastic deformation, such as by bending, can be achieved thereby. Furthermore, a kind of diversion can be achieved.
Günstig ist es dann, wenn die Vertiefung ringförmig einen zentralen Bereich umgibt, wobei insbesondere der zentrale Bereich mit einer geschlossenen Linie korrespondiert, auf welcher die Stiftelemente an dem Teller des mindestens einen Verbindungselements angeordnet sind. Es lässt sich so gezielt die plastische Verformung der Stifte und damit deren Position innerhalb der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung steuern.It is favorable if the depression surrounds a central area in a ring-shaped manner, wherein in particular the central area corresponds to a closed line on which the pin elements are arranged on the plate of the at least one connecting element. It can be specifically controlled the plastic deformation of the pins and thus their position within the fiber composite component assembly.
Es ist dann insbesondere vorteilhaft, wenn die Vertiefung zu einem ersten Rand hin, welcher dem zentralen Bereich zugewandt ist, eine sich verringernde und insbesondere sich kontinuierlich verringernde Tiefe aufweist und/oder die Vertiefung zu einem zweiten Rand, welcher von dem zentralen Bereich abgewandt ist, eine sich verringernde und insbesondere sich kontinuierliche verringernde Tiefe aufweist. Es sind so Kanten und dergleichen vermieden. Es lässt sich so auf einfache Weise eine gezielte Verbiegung der Stifte erreichen.It is particularly advantageous if the depression has a decreasing and in particular continuously decreasing depth towards a first edge which faces the central region and / or the depression leads to a second edge which is remote from the central region, has a decreasing and in particular continuous decreasing depth. There are so edges and the like avoided. It can thus be achieved in a simple manner targeted bending of the pins.
Bei einer Ausführungsform ist das Gegenelement beweglich an einer ersten Hülse geführt, welche insbesondere auf die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung an der zweiten Seite aufgesetzt ist, wobei insbesondere das Gegenelement und/oder die erste Hülse beheizbar ist und/oder beheizt wird. Über die erste Hülse (in Korrespondenz insbesondere mit einer zweiten Hülse) lässt sich ein Werkstück (die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung) auf definierte Weise einspannen und es lässt sich der entsprechende Verbindungsprozess durchführen. Ferner lässt sich durch die erste Hülse das Gegenelement definiert führen, um eine definierte, räumlich gesteuerte optimierte Positionierung eines Verbindungselements mit plastisch verformten Stiften zu erreichen. Weiterhin lässt sich eine gezielte Beheizung durchführen, um Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffs weich zu machen und beispielsweise über seine Konsolidierungstemperatur zu bringen.In one embodiment, the counter element is movably guided on a first sleeve, which is placed in particular on the fiber composite component assembly on the second side, in particular, the counter element and / or the first sleeve is heated and / or heated. By way of the first sleeve (in correspondence, in particular, with a second sleeve), a workpiece (the fiber composite component assembly) can be clamped in a defined manner and the corresponding connection process can be carried out. Furthermore, can be defined by the first sleeve, the counter element lead to a defined, spatially controlled optimized positioning of To reach connecting element with plastically deformed pins. Furthermore, a targeted heating can be carried out in order to soften the matrix material of the fiber composite material and bring it above its consolidation temperature, for example.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn das mindestens eine Verbindungselement über einen Stempel in der Richtung von der ersten Seite zu der zweiten Seite gedrückt wird, wobei insbesondere der Stempel an einer zweiten Hülse geführt wird, welche an der ersten Seite auf die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung aufgesetzt ist, wobei insbesondere der Stempel und/oder die zweite Hülse beheizbar ist und/oder beheizt wird. Zwischen der ersten Hülse und der zweiten Hülse lässt sich ein Werkstück einspannen. Die zweite Hülse kann ferner als Führung für den Stempel benutzt werden. Der Stempel übt die notwendige Druckkraft aus, um ein Verbindungselement in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung zu drücken.For the same reason, it is expedient for the at least one connecting element to be pressed via a punch in the direction from the first side to the second side, in particular the punch being guided on a second sleeve which, on the first side, is guided onto the fiber composite material. Component assembly is placed, in particular, the punch and / or the second sleeve is heated and / or heated. A workpiece can be clamped between the first sleeve and the second sleeve. The second sleeve can also be used as a guide for the stamp. The punch exerts the necessary compressive force to push a connector into the fiber composite component assembly.
Günstig ist es, wenn an der zweiten Hülse ein Heizelement führbar ist und/oder geführt wird. Dieses zweite Heizelement, welches auch der Stempel sein kann, wird insbesondere eingesetzt, um einen großen Oberflächenbereich aufzuheizen, und insbesondere einen Bereich aufzuheizen, in welchen dann anschließend ein Verbindungselement gedrückt wird.It is advantageous if a heating element can be guided and / or guided on the second sleeve. This second heating element, which may also be the stamp, is used in particular to heat a large surface area, and in particular to heat a region in which then subsequently a connecting element is pressed.
Bei einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass eine Höhe von Stiften des mindestens einen Verbindungselements über dem zugeordneten Teller höher oder gleich ist wie eine Höhe (Dicke) der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung. Dadurch wird eine gute Verbindung erreicht. Ferner lässt es sich auf einfache Weise erkennen, ob ein oder mehrere Stifte während des Verbindungsvorgangs abgebrochen sind.In one embodiment, it is provided that a height of pins of the at least one connecting element above the associated plate is higher than or equal to a height (thickness) of the fiber composite component assembly. This achieves a good connection. Furthermore, it can be easily recognized whether one or more pins are broken during the connection process.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass bei hergestellter Verbindung Stifte des mindestens einen Verbindungselements im Vergleich zu einem Ausgangszustand durch plastische Verformung gebogen sind und im Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffs der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung liegen. Insbesondere weisen sie eine derartige Umbiegung auf, dass ein Umlenkungsbereich vorhanden ist. Wenn beispielsweise zwei Faserverbundwerkstoff-Bauteile miteinander zu verbinden sind, dann ist es vorteilhaft, wenn Stifte sowohl in dem ersten Faserverbundwerkstoff-Bauteil als auch in dem zweiten Faserverbundwerkstoff-Bauteil liegen, um eine sichere Verbindung zu erreichen.In particular, it is provided that, when the connection is made, pins of the at least one connecting element are bent by plastic deformation in comparison to an initial state and lie in the matrix material of the fiber composite material of the fiber composite component arrangement. In particular, they have such a bend that a deflection region is present. For example, when two fiber composite components are to be interconnected, it is advantageous for pins to be in both the first fiber composite component and the second fiber composite component to achieve a secure connection.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbindung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen ist eine Presseinrichtung zum Einpressen eines erfindungsgemäßen Verbindungselements vorgesehen, und es ist ein Gegenelement (Matrize) zur Verformung von Stiften des Verbindungselements vorgesehen.In a device according to the invention for connecting fiber composite components, a pressing device for pressing in a connecting element according to the invention is provided, and it is provided a counter element (die) for the deformation of pins of the connecting element.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich an der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführen.The method according to the invention can be carried out on the device according to the invention.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich verwenden, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.The device according to the invention can be used to carry out the method according to the invention.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Gegenelement in einer ersten Hülse geführt ist und/oder ein Stempel der Presseinrichtung in einer zweiten Hülse geführt ist, und insbesondere ist eine Heizeinrichtung an mindestens einer der folgenden Einrichtungen angeordnet: dem Gegenelement, dem Stempel, der ersten Hülse, der zweiten Hülse, einem Heizelement, welches an der zweiten Hülse geführt ist. Dadurch lässt sich insbesondere ein Werkstück zwischen der ersten Hülse und der zweiten Hülse einpressen. Ferner lässt sich über den Stempel und das Gegenelement ein Verbindungselement in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung einpressen und es lässt sich eine plastische Verformung von Stiften erreichen. Über die mindestens eine Heizeinrichtung lässt sich Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffs „weich“ machen. Dadurch wiederum lässt sich auf einfache Weise ein Einpressen des Verbindungselements erreichen. Fasern im Faserverbundwerkstoff können verdrängt werden und es wird eine Durchtrennung verhindert.In particular, it is provided that the counter element is guided in a first sleeve and / or a punch of the pressing device is guided in a second sleeve, and in particular a heating device is arranged on at least one of the following: the counter element, the punch, the first sleeve , the second sleeve, a heating element, which is guided on the second sleeve. As a result, in particular a workpiece between the first sleeve and the second sleeve can be pressed. Furthermore, a connecting element can be pressed into the fiber composite component assembly via the punch and the counter element, and a plastic deformation of pins can be achieved. Matrix material of the fiber composite material can be made "soft" via the at least one heating device. This in turn can be achieved in a simple manner, a pressing of the connecting element. Fibers in the fiber composite material can be displaced and it is a separation prevented.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung bereitgestellt, umfassend mindestens zwei Faserverbundwerkstoff-Bauteile, welche miteinander verbunden sind, wobei die Verbindung mit mindestens einem erfindungsgemäßen Verbindungselement erfolgt.According to the invention, a fiber composite component assembly is further provided, comprising at least two fiber composite components, which are interconnected, wherein the connection is made with at least one connecting element according to the invention.
Zusätzlich kann auch noch eine stoffschlüssige Verbindung an Grenzflächen zwischen zwei Faserverbundwerkstoff-Bauteilen vorliegen. Diese Verbindung wird insbesondere über thermoplastisches Schweißen erreicht.In addition, there may also be a cohesive connection at interfaces between two fiber composite components. This connection is achieved in particular via thermoplastic welding.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
-
1 Eine schematische (Teilschnitt-)Ansicht von zwei Faserverbundwerkstoff-Bauteilen, welche über ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbindungselements verbunden sind; -
2 eine erste perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verbindungselements; -
3 eine andere perspektivische Darstellung des Verbindungselements gemäß2 ; -
4 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Verbindung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen; -
5 bis7 verschiedene Verfahrensschritte zur Herstellung der Verbindung mit der Vorrichtung gemäß4 ; -
8 schematisch eine hergestellte Verbindung (ähnlich zu1 ); -
9 eine erste perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verbindungselements; -
10 eine zweite perspektivische Ansicht des Verbindungselements gemäß9 ; -
11 eine erste perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verbindungselements; -
12 eine zweite perspektivische Ansicht des Verbindungselements gemäß11 ; -
13 eine erste perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verbindungselements; und -
14 eine zweite perspektivische Ansicht des Verbindungselements gemäß13 .
-
1 A schematic (partial sectional) view of two fiber composite components, which are connected via an embodiment of a connecting element according to the invention; -
2 a first perspective view of an embodiment of a connecting element; -
3 another perspective view of the connecting element according to2 ; -
4 a schematic view of an embodiment of an apparatus for connecting fiber composite components; -
5 to7 various process steps for the preparation of the connection with the device according to4 ; -
8th schematically a prepared compound (similar to1 ); -
9 a first perspective view of another embodiment of a connecting element; -
10 a second perspective view of the connecting element according to9 ; -
11 a first perspective view of another embodiment of a connecting element; -
12 a second perspective view of the connecting element according to11 ; -
13 a first perspective view of another embodiment of a connecting element; and -
14 a second perspective view of the connecting element according to13 ,
Eine erfindungsgemäße Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung, welche in
Das erste Faserverbundwerkstoff-Bauteil
Das Matrixmaterial
Grundsätzlich können das erste Faserverbundwerkstoff-Bauteil
Das erste Faserverbundwerkstoff-Bauteil
Ein Verbindungselement
Bei einer Ausführungsform ist die erste Seite
Der Teller
Die erste Seite
Der Teller
An dem Teller
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Stifte
Die geschlossene Linie
Die Stifte
Ein Stift
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Stift
Ein Stift
Der Verjüngungsbereich
Die Anzahl der Stifte
Bei dem in den
Grundsätzlich richtet sich die Anzahl der Stifte
Bei einer bevorzugten Ausführungsform entspricht eine Höhe H der Stifte
Wenn die Höhe
Es ist dabei möglich, dass alle Stifte
Die Dicke
Bei dem Verbindungselement
Das Verbindungselement
In
Durch die plastische Verformbarkeit und Biegung der Stifte
Die Stifte
Zusätzlich zu der Verbindung mit den Verbindungselementen
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
Dem Stempel
Das Gegenelement
Es kann dabei insbesondere auch vorgesehen sein, dass das Gegenelement
Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine erste Hülse
Die erste Hülse
Die erste Hülse
Bei einer Ausführungsform umfasst das Gegenelement
Es kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die erste Hülse
Bei einer Ausführungsform ist eine zweite Hülse
Ein Werkstück lässt sich zwischen der ersten Hülse
Die zweite Hülse
Ferner dient die Führungsausnehmung
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die zweite Hülse
Es kann ferner ein Heizelement
Das Heizelement
Das Heizelement
Grundsätzlich ist es möglich, dass der Stempel
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung
Das erste Faserverbundwerkstoff-Bauteil
Es kann dabei vorgesehen sein, dass, wie oben erwähnt, die Grenzfläche
Es wird dann an der Vorrichtung
Die erste Hülse
Es kann dabei vorgesehen sein, dass diese aneinander gepresst werden.It can be provided that these are pressed together.
Es wird das Gegenelement
Es erfolgt eine Beheizung, um den entsprechenden Faserverbundwerkstoff zu erwärmen und dabei das Matrixmaterial
Wenn beispielsweise PEEK als Matrixmaterial
Es wird dann durch die Führungsausnehmung
Fasern
Das Gegenelement
Wenn die Stifte
Die erste Seite
In einer Fixierungsstellung
Durch die Erhitzung der Faserverbundwerkstoff-Bauteile
Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Gegenelement
Der zentrale Bereich
Eine Tiefe T der Vertiefung
Die Vertiefung
Wenn ein Verbindungselement
Die Vertiefung
Vorzugsweise korrespondiert der zentrale Bereich
Es kann vorgesehen sein, dass nach Positionierung des Verbindungselements
Das Ergebnis ist dann die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt sich zusammen aus einem Stanznieten des Verbindungselements
Über die Stifte
Die plastische Verformung der Stifte
Zusätzlich zur mechanischen Verbindung über ein Verbindungselement
Die Verbindung über ein Verbindungselement
Durch vorhandene Verbindungselemente
Weiterhin lassen sich Faserverbundwerkstoff-Bauteile
Ein Verbindungselement
Eine Vorrichtung
Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnungen
Wie oben erwähnt, hängt die Anordnung und Ausbildung der Stifte
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements
Im Querschnitt
Insbesondere erstreckt sich ein solcher Verjüngungsbereich
Der Verjüngungsbereich
Durch den Verjüngungsbereich
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements
Die Stifte
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Stifte
An den Stiften
Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Widerhaken in Art einer Dorne gebildet, welche quer von dem Stift
Ein solcher Widerhaken
Die Widerhaken
Die Widerhaken
Insbesondere sind umfänglich um den Stift
Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Widerhaken
Die zweite Flanke
Die Anordnung der ersten Flanke
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Faserverbundwerkstoff-Bauteil-AnordnungFiber composite material component assembly
- 1212
- Erstes Faserverbundwerkstoff-BauteilFirst fiber composite component
- 1414
- Zweites Faserverbundwerkstoff-BauteilSecond fiber composite component
- 1616
- FaserverbundwerkstoffFiber composite material
- 1818
- Matrixmaterialmatrix material
- 2020
- Fasernfibers
- 2222
- Verbindungselementconnecting element
- 2424
- TellerPlate
- 2626
- Erste SeiteFirst page
- 2828
- Zweite SeiteSecond page
- 3030
- Stiftepencils
- 3232
- Linieline
- 3434
- Randedge
- 3636
- EndeThe End
- 3838
- Verjüngungsbereichtapering region
- 4040
- Verbindungslinieconnecting line
- 4242
- PunktPoint
- 4444
- Eindringeinrichtungpenetration device
- 4646
- Radialer BereichRadial area
- 4848
- Grenzflächeinterface
- 5050
- Vorrichtungdevice
- 5252
- Stempelstamp
- 5454
- Gegenelementcounter-element
- 5656
- Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung vor/bei VerbindungFiber composite component arrangement before / at connection
- 5858
- Erste SeiteFirst page
- 6060
- Zweite SeiteSecond page
- 6262
- Richtungdirection
- 64 64
- Richtungdirection
- 6666
- Erste HülseFirst sleeve
- 6868
- Führungsausnehmungguide recess
- 7070
- Heizeinrichtungheater
- 7272
- Heizeinrichtungheater
- 7474
- Zweite HülseSecond sleeve
- 7676
- Führungsausnehmungguide recess
- 7878
- Heizeinrichtungheater
- 8080
- Heizelementheating element
- 8282
- Heizeinrichtungheater
- 8484
- Fixierungsstellungfixation position
- 8686
- Seitepage
- 8888
- Vertiefungdeepening
- 9090
- Zentraler BereichCentral area
- 9292
- Erster RandFirst edge
- 9494
- Zweiter RandSecond edge
- 9696
- Verbindungselementconnecting element
- 9898
- TellerPlate
- 100100
- Stiftepencils
- 102102
- Querschnittcross-section
- 104104
- Verjüngungsbereichtapering region
- 106106
- Breitewidth
- 108108
- Randedge
- 110110
- Breitewidth
- 112112
- Zentrumcenter
- 114114
- Verbindungselementconnecting element
- 116116
- TellerPlate
- 118118
- Stiftpen
- 120120
- EndeThe End
- 122122
- Spitzetop
- 124124
- Verjüngungsbereichtapering region
- 126126
- Verbindungselementconnecting element
- 128128
- TellerPlate
- 130130
- Stiftpen
- 132132
- Verjüngungsbereichtapering region
- 134134
- Widerhakenbarb
- 136136
- Mantelcoat
- 138138
- Erste FlankeFirst flank
- 140140
- Zweite FlankeSecond flank
- 142142
- Stumpfer WinkelDull angle
- 144144
- Spitzer Winkelacute angle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- „STRENGTH OF SELF-PIERCING RIVETED JOINTS FOR CFRP/ALUMINIUM SHEETS“ von L. Kroll et al., 18th International Conference on Composite Materials sind Verbindungstechnologien für Hybridmaterialien und Strukturen beschrieben [0005]"STRENGTH OF SELF-PIERCING RIVETED JOINTS FOR CFRP / ALUMINUM SHEETS" by L. Kroll et al., 18 th International Conference on Composite Materials are interconnect technologies for hybrid materials and structures described [0005]
Claims (21)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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