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

Connecting element for fiber composite components, method for connecting fiber composite components, apparatus for connecting fiber composite components and fiber composite component assembly Download PDF

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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.

Figure DE102017125621A1_0000
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.
Figure DE102017125621A1_0000

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 „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 .In the article "STRENGTH OF SELF-PIERCING RIVETED JOINTS FOR CFRP / ALUMINUM SHEETS" by L. Kroll et al., 18th International Conference on Composite Materials describes bonding technologies for hybrid materials and structures ,

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 gemäß 2;
  • 4 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Verbindung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen;
  • 5 bis 7 verschiedene Verfahrensschritte zur Herstellung der Verbindung mit der Vorrichtung gemäß 4;
  • 8 schematisch eine hergestellte Verbindung (ähnlich zu 1);
  • 9 eine erste perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verbindungselements;
  • 10 eine zweite perspektivische Ansicht des Verbindungselements gemäß 9;
  • 11 eine erste perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verbindungselements;
  • 12 eine zweite perspektivische Ansicht des Verbindungselements gemäß 11;
  • 13 eine erste perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verbindungselements; und
  • 14 eine zweite perspektivische Ansicht des Verbindungselements gemäß 13.
The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawings for further explanation of the invention. Show it:
  • 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 to 2 ;
  • 4 a schematic view of an embodiment of an apparatus for connecting fiber composite components;
  • 5 to 7 various process steps for the preparation of the connection with the device according to 4 ;
  • 8th schematically a prepared compound (similar to 1 );
  • 9 a first perspective view of another embodiment of a connecting element;
  • 10 a second perspective view of the connecting element according to 9 ;
  • 11 a first perspective view of another embodiment of a connecting element;
  • 12 a second perspective view of the connecting element according to 11 ;
  • 13 a first perspective view of another embodiment of a connecting element; and
  • 14 a second perspective view of the connecting element according to 13 ,

Eine erfindungsgemäße Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung, welche in 1 schematisch gezeigt und mit 10 bezeichnet ist, umfasst (mindestens) ein erstes Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 und ein zweites Faserverbundwerkstoff-Bauteil 14.A fiber composite component assembly according to the invention, which in 1 shown schematically and with 10 is designated comprises (at least) a first fiber composite component 12 and a second fiber composite component 14 ,

Das erste Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 und das zweite Faserverbundwerkstoff-Bauteil 14 sind aus einem Faserverbundwerkstoff 16 hergestellt (vgl. 4), welcher ein Matrixmaterial 18 umfasst und über Fasern 20 faserverstärkt ist. Die Fasern 20 können beispielsweise Einzelfasern sein oder in einem Gewebe, Gewirke oder dergleichen vorliegen.The first fiber composite component 12 and the second fiber composite component 14 are made of a fiber composite material 16 prepared (cf. 4 ), which is a matrix material 18 includes and over fibers 20 fiber reinforced. The fibers 20 For example, they may be single fibers or may be in a woven, knitted or the like.

Das Matrixmaterial 18 ist insbesondere ein thermoplastisches Material wie beispielsweise PEEK (Polyetheretherketon).The matrix material 18 is in particular a thermoplastic material such as PEEK (polyetheretherketone).

Grundsätzlich können das erste Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 und das zweite Faserverbundwerkstoff-Bauteil 14 aus dem gleichen Material bezüglich Matrixmaterial 18 und Fasern 20 oder aus unterschiedlichen Materialien bezüglich Matrixmaterial 18 und/oder Fasern 20 hergestellt sein.In principle, the first fiber composite component 12 and the second fiber composite component 14 of the same material with respect to matrix material 18 and fibers 20 or of different materials with respect to matrix material 18 and / or fibers 20 be prepared.

Das erste Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 und das zweite Faserverbundwerkstoff-Bauteil 14 sind über ein und insbesondere mehrere Verbindungselemente 22 miteinander verbunden. Ein Verbindungselement 22 ist eine Art von Niet.The first fiber composite component 12 and the second fiber composite component 14 are about one and especially several fasteners 22 connected with each other. A connecting element 22 is a kind of rivet.

Ein Verbindungselement 22 (2 und 3) umfasst einen Teller 24. Der Teller 24 weist eine erste Seite 26 und eine gegenüberliegende zweite Seite 28 auf.A connecting element 22 ( 2 and 3 ) includes a plate 24 , The dish 24 has a first page 26 and an opposite second side 28 on.

Bei einer Ausführungsform ist die erste Seite 26 eben ausgebildet. Die zweite Seite 28 ist insbesondere eben ausgebildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegen die erste Seite 26 und die zweite Seite 28 parallel zueinander.In one embodiment, the first page is 26 just trained. The second page 28 is in particular just trained. In a preferred embodiment, the first page is located 26 and the second page 28 parallel to each other.

Der Teller 24 ist beispielsweise in Art einer Kreisscheibe ausgebildet.The dish 24 is formed for example in the manner of a circular disk.

Die erste Seite 26 bildet eine Anlagefläche an das erste Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12. Die zweite Seite 28 bildet bei der Herstellung der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10 mit Verbindung über das mindestens eine Verbindungselement 22 eine Druckfläche zum Pressen des Verbindungselements 22 in die Faserverbundwerkstoff-Bauteile 12 und 14.The first page 26 forms a contact surface with the first fiber composite component 12 , The second page 28 forms in the manufacture of the fiber composite component assembly 10 with connection via the at least one connecting element 22 a pressure surface for pressing the connecting element 22 in the fiber composite components 12 and 14 ,

Der Teller 24 kann insbesondere an der zweiten Seite 28 abgerundet ausgebildet sein, um scharfe Kanten oder dergleichen an der zweiten Seite 28 zu vermeiden.The dish 24 especially on the second page 28 rounded to be sharp edges or the like on the second side 28 to avoid.

An dem Teller 28 sitzen eine Mehrzahl von Stiften 30. Die Stifte 30 sind beabstandet zueinander.On the plate 28 sit a plurality of pins 30 , The pencils 30 are spaced from each other.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Stifte 30 beabstandet auf einer geschlossenen Linie 32 (3) sitzen. Diese Linie 32 ist bei einem Ausführungsbeispiel (2, 3) eine Kreislinie.It is specifically intended that the pins 30 spaced on a closed line 32 ( 3 ) sit. This line 32 is in one embodiment ( 2 . 3 ) a circle line.

Die geschlossene Linie 32 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 2 und 3 parallel beabstandet zu einem Rand 34 des Tellers 24.The closed line 32 is in the embodiment according to the 2 and 3 parallel spaced to an edge 34 of the plate 24 ,

Die Stifte 30 sind insbesondere gleichmäßig beabstandet an dem Teller 24 angeordnet, das heißt ein Abstand zwischen benachbarten Stiften 30 ist für alle Stifte gleich.The pencils 30 are particularly evenly spaced on the plate 24 arranged, that is, a distance between adjacent pins 30 is the same for all pens.

Ein Stift 30 ragt quer zu der ersten Seite 26 über den Teller 24 hinaus weg.A pen 30 juts across to the first page 26 over the plate 24 out there.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Stift 30 senkrecht zu der ersten Seite 26 des Tellers 24 orientiert.In the embodiment shown is a pin 30 perpendicular to the first page 26 of the plate 24 oriented.

Ein Stift 30 weist an einem Ende 36, welches abgewandt zu dem Teller 24 ist, einen Verjüngungsbereich 38 auf. Dieser Verjüngungsbereich 38 ist beispielsweise über eine Keilfläche (2, 3) gebildet. Er kann auch über mehrere Keilflächen gebildet sein oder beispielsweise über eine Kegelspitze (vgl. 9 bis 12).A pen 30 indicates at one end 36 which faces away from the plate 24 is, a rejuvenation area 38 on. This rejuvenation area 38 is for example a wedge surface ( 2 . 3 ) educated. It can also be formed over a plurality of wedge surfaces or, for example, via a conical tip (cf. 9 to 12 ).

Der Verjüngungsbereich 38 dient zum Erleichtern des Eindringens in die Faserverbundwerkstoff-Bauteile 12, 14. The rejuvenation area 38 serves to facilitate penetration into the fiber composite components 12 . 14 ,

Die Anzahl der Stifte 30 beträgt vorzugsweise mindestens drei und besonders bevorzugt mindestens fünf und insbesondere mindestens sieben.The number of pens 30 is preferably at least three and more preferably at least five and especially at least seven.

Bei dem in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zehn Stifte 30 vorhanden.In the in the 2 and 3 shown embodiment are ten pins 30 available.

Grundsätzlich richtet sich die Anzahl der Stifte 30 und ihre Abmessungen sowie die Abmessungen des Tellers 24 an die Anwendung, das heißt an die Faserverbundwerkstoff-Bauteile 12, 14, die miteinander zu verbinden sind.Basically, the number of pens depends 30 and their dimensions and the dimensions of the plate 24 to the application, that is to the fiber composite components 12 . 14 which are to be connected with each other.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform entspricht eine Höhe H der Stifte 30 einer Höhe D (Dicke D) der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10 (vgl. 1), oder diese Höhe H ist größer als die Dicke D.In a preferred embodiment, a height H corresponds to the pins 30 a height D (Thickness D ) of the fiber composite component assembly 10 (see. 1 ), or this height H is greater than the thickness D ,

Wenn die Höhe H der Stifte 30 größer ist als die Dicke D und insbesondere etwas größer ist als die Dicke D, dann kann auf einfache Weise eine Kontrolle erfolgen, ob Stifte 30 beim Herstellungsprozess der Verbindung abgebrochen sind.When the height H of the pens 30 is greater than the thickness D and especially slightly larger than the thickness D , then control can be done easily, whether pens 30 are broken off during the manufacturing process of the connection.

Es ist dabei möglich, dass alle Stifte 30 die gleiche Höhe H aufweisen, oder dass unterschiedliche Höhen H für unterschiedliche Stifte 30 vorgesehen sind.It is possible that all pins 30 the same height H have, or that different heights H for different pens 30 are provided.

Die Dicke D der hergestellten Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10 setzt sich zusammen als Summe der Dicken d1 des ersten Faserverbundwerkstoff-Bauteils 12 und d2 des zweiten Faserverbundwerkstoff-Bauteils 14. Eine typische Größenordnung für die Dicken d1 und d2 liegt bei 1 bis 3 mm.The fat D the produced fiber composite component assembly 10 is the sum of the thicknesses d 1 of the first fiber composite component 12 and d 2 of the second fiber composite component 14 , A typical order of magnitude for the thicknesses d 1 and d 2 is 1 to 3 mm.

Bei dem Verbindungselement 22 gemäß den 2, 3 ist eine gerade Anzahl von Stiften 30 vorgesehen. Diese sind auf der Linie 32 positioniert. Verbindungslinien 40 zwischen diametral gegenüberliegenden Stiften 30 schneiden sich in einem Punkt 42, welcher ein Mittelpunkt der Linie 32 ist. Es ergibt sich so eine gleichmäßige Kraftverteilung.At the connecting element 22 according to the 2 . 3 is an even number of pens 30 intended. These are on the line 32 positioned. connecting lines 40 between diametrically opposed pins 30 intersect at one point 42 which is a center of the line 32 is. This results in a uniform force distribution.

Das Verbindungselement 22 ist insbesondere aus einem metallischen Material hergestellt. Die Stifte 30 sind plastisch verformbar. In den 2, 3 ist ein Ausgangszustand des Verbindungselements 22 gezeigt. Durch die plastische Verformbarkeit können die Stifte 30 ihre Orientierung bezogen auf den Ausgangszustand ändern. Sie lassen sich insbesondere mindestens bereichsweise biegen (und dabei relativ zu dem Teller 24 biegen). Bezogen auf eine Eindringrichtung 44 des Verbindungselements 22 in ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 beziehungsweise 14 (angedeutet in 2) lassen sich die Stifte 30 mindestens bereichsweise quer orientieren. Bezogen auf die Ausgangsstellung, welche insbesondere senkrecht zu dem Teller 24 ist, lassen sich die Stifte 30 mindestens bereichsweise durch plastische Verformung mit einer Querorientierung versehen.The connecting element 22 is in particular made of a metallic material. The pencils 30 are plastically deformable. In the 2 . 3 is an initial state of the connecting element 22 shown. Due to the plastic deformability, the pins 30 change their orientation relative to the initial state. In particular, they can be bent at least in certain areas (and relative to the plate 24 to bend). Relative to a penetration direction 44 of the connecting element 22 in a fiber composite component 12 respectively 14 (indicated in 2 ) let the pins 30 at least partially cross-oriented. Relative to the starting position, which in particular perpendicular to the plate 24 is, let the pins 30 at least partially provided by plastic deformation with a transverse orientation.

In 1 ist eine Fixierungsstellung des Verbindungselements 22 gezeigt, bei welcher die Stifte 30 zu dem Teller 24 und bezogen auf die Ausgangsstellung gemäß den 2, 3 gebogen sind.In 1 is a fixing position of the connecting element 22 shown at which the pins 30 to the plate 24 and based on the starting position in accordance with 2 . 3 are bent.

Durch die plastische Verformbarkeit und Biegung der Stifte 30 können diese beim Eindringen in ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 beziehungsweise 14 an Fasern 20 vorbeigeführt werden und es kann eine Verankerung in den Faserverbundwerkstoff-Bauteilen 12, 14 erfolgen, wodurch eine Verbindung zwischen diesen möglich ist, um die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10 herzustellen.Due to the plastic deformability and bending of the pins 30 These can be when penetrating into a fiber composite component 12 respectively 14 on fibers 20 be passed and it can be an anchorage in the fiber composite components 12 . 14 take place, whereby a connection between these is possible to the fiber composite component assembly 10 manufacture.

Die Stifte 30 sind an dem Teller 24 insbesondere derart angeordnet und ausgebildet, dass eine plastische Verformbarkeit der Stifte 30 (eine Biegbarkeit) vorliegt, welche von der Linie 32 nach außen weg (in Richtung zu dem Rand 34 hin) erfolgt. Es liegt insbesondere eine Biegbarkeit in einer radialen Richtung 46 (3) weg von dem Punkt 42 vor.The pencils 30 are on the plate 24 in particular arranged and designed such that a plastic deformability of the pins 30 (a bendability) is present, which of the line 32 outward (towards the edge 34 out) takes place. In particular, there is a bendability in a radial direction 46 ( 3 ) away from the point 42 in front.

Zusätzlich zu der Verbindung mit den Verbindungselementen 22 kann auch noch eine Verschweißung an einer Grenzfläche 48 zwischen den Faserverbundwerkstoff-Bauteilen 12 und 14 vorliegen.In addition to the connection with the connecting elements 22 can also be a weld at an interface 48 between the fiber composite components 12 and 14 available.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 50 (4 bis 7) zur Verbindung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen 12, 14 (wobei auch mehr als zwei Faserverbundwerkstoff-Bauteile miteinander verbunden werden können), umfasst einen Stempel 52 (6), über welchen ein Verbindungselement 22 mit seinen Stiften 30 in Faserverbundwerkstoff-Bauteile 12, 14 gedrückt werden kann unter Eindringen der Stifte 30 in der Eindringrichtung 44 in das entsprechende Matrixmaterial 18 und unter Verdrängung von Fasern 20, falls diese den Stiften 30 im Weg sein sollten.An embodiment of a device 50 ( 4 to 7 ) for connecting fiber composite components 12 . 14 (In which more than two fiber composite components can be connected to each other), includes a stamp 52 ( 6 ), via which a connecting element 22 with his pencils 30 in fiber composite components 12 . 14 can be pressed by penetrating the pins 30 in the direction of penetration 44 into the corresponding matrix material 18 and with displacement of fibers 20 if these are the pins 30 should be in the way.

Dem Stempel 52 ist ein Gegenelement 54 (Matrize) zugeordnet. Eine Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 vor der Verbindung hat eine erste Seite 58 und eine gegenüberliegende zweite Seite 60. Es ist vorgesehen, dass ein Verbindungselement 22 an der ersten Seite 58 positioniert wird und der Stempel 52 in einer Richtung 62 von der ersten Seite 58 zu der zweiten Seite 60 bewegt wird, um das Verbindungselement 22 mit der Eindringrichtung 44 der Stifte 30 in das Matrixmaterial 18 der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 zu bringen.The stamp 52 is a counter element 54 (Matrix) assigned. A fiber composite component assembly 56 before the connection has a first page 58 and an opposite second side 60 , It is envisaged that a connecting element 22 on the first page 58 is positioned and the stamp 52 in one direction 62 from the first page 58 to the second page 60 is moved to the connecting element 22 with the penetration direction 44 of the pens 30 into the matrix material 18 the fiber composite component assembly 56 bring to.

Das Gegenelement 54 wird an der zweiten Seite 60 positioniert, um eben als Gegenelement wirken zu können. The counter element 54 will be on the second page 60 positioned to act as a counter-element.

Es kann dabei insbesondere auch vorgesehen sein, dass das Gegenelement 54 in einer Richtung 64, welche eine Gegenrichtung zu der Richtung 62 ist, und einer Richtung von der zweiten Seite 60 zu der ersten Seite 58 entspricht, gegen die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 gepresst wird.It may also be provided in particular that the counter element 54 in one direction 64 which is an opposite direction to the direction 62 is, and a direction from the second page 60 to the first page 58 corresponds to, against the fiber composite component assembly 56 is pressed.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine erste Hülse 66 vorgesehen. Die erste Hülse 66 ist zur Positionierung an der zweiten Seite 60 bestimmt.In one embodiment, a first sleeve 66 intended. The first sleeve 66 is for positioning on the second side 60 certainly.

Die erste Hülse 66 weist eine Führungsausnehmung 68 auf, in welcher das Gegenelement 54 verschieblich geführt ist. Die erste Hülse 66 ist insbesondere ringförmig ausgestaltet beispielsweise in Form eines Kreisrings. Die Führungsausnehmung 68 ist insbesondere hohlzylindrisch ausgebildet. Das Gegenelement 54 ist dann insbesondere zylindrisch ausgebildet.The first sleeve 66 has a guide recess 68 on, in which the counter element 54 slidably guided. The first sleeve 66 is configured in particular ring-shaped, for example in the form of a circular ring. The guide recess 68 is in particular formed as a hollow cylinder. The counter element 54 is then formed in particular cylindrically.

Die erste Hülse 66 ist zur festen Positionierung an der zweiten Seite 60 vorgesehen. In der Führungsausnehmung 68 lässt sich dann das Gegenelement 54 in der Richtung 64 führen und dabei an die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 anpressen.The first sleeve 66 is for fixed positioning on the second side 60 intended. In the guide recess 68 can then be the counter element 54 in that direction 64 lead and thereby to the fiber composite component assembly 56 press it.

Bei einer Ausführungsform umfasst das Gegenelement 54 eine Heizeinrichtung 70. Über diese Heizeinrichtung 70 ist die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung derartig erwärmbar, dass insbesondere eine Konsolidierungstemperatur für das Matrixmaterial 18 erreicht werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Heizung über die Heizeinrichtung 70 derart, dass Matrixmaterial 18 in einen „weichen“ beziehungsweise fließfähigen Zustand gebracht werden kann.In one embodiment, the counter element comprises 54 a heating device 70 , About this heater 70 is the fiber composite component assembly such heated, that in particular a consolidation temperature for the matrix material 18 can be reached. The heating preferably takes place via the heating device 70 such that matrix material 18 can be brought into a "soft" or flowable state.

Es kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die erste Hülse 66 eine Heizeinrichtung 72 aufweist, um die gleiche Erwärmungswirkung zu erzielen.It may alternatively or additionally be provided that the first sleeve 66 a heating device 72 to achieve the same heating effect.

Bei einer Ausführungsform ist eine zweite Hülse 74 vorgesehen, welche zur Positionierung an der ersten Seite 58 dient. Die zweite Hülse 74 ist insbesondere in Form eines Zylinderrings ausgebildet.In one embodiment, a second sleeve 74 provided, which for positioning on the first page 58 serves. The second sleeve 74 is formed in particular in the form of a cylinder ring.

Ein Werkstück lässt sich zwischen der ersten Hülse 66 und der zweiten Hülse 74 einspannen.A workpiece can be placed between the first sleeve 66 and the second sleeve 74 Clamp.

Die zweite Hülse 74 weist eine Führungsausnehmung 76 auf. Die Führungsausnehmung 76 ist angepasst an die Abmessungen des Verbindungselements 22 und dabei des Tellers 24. Dieses lässt sich durch die Führungsausnehmung 66 hindurchführen, um die Stifte 30 in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 bringen zu können. Die zweite Hülse 74 bildet eine Positionierschablone für das Verbindungselement 22.The second sleeve 74 has a guide recess 76 on. The guide recess 76 is adapted to the dimensions of the connecting element 22 and at the same time the plate 24 , This can be through the guide recess 66 pass it to the pins 30 in the fiber composite component assembly 56 to be able to bring. The second sleeve 74 forms a positioning template for the connecting element 22 ,

Ferner dient die Führungsausnehmung 76 dazu, den Stempel 52 zu führen und mit dem Stempel 52 den Teller 24 (an der zweiten Seite 28) beaufschlagen zu können, um das Verbindungselement 22 mit seinen Stiften 30 in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 57 pressen zu können.Furthermore, the guide recess serves 76 to the stamp 52 to lead and with the stamp 52 the plate 24 (on the second page 28 ) to apply to the connecting element 22 with his pencils 30 in the fiber composite component assembly 57 to press.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass die zweite Hülse 74 eine Heizeinrichtung 78 aufweist, über welche die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 von der ersten Seite 58 her beheizbar ist.It is particularly provided that the second sleeve 74 a heating device 78 over which the fiber composite component assembly 56 from the first page 58 is heated ago.

Es kann ferner ein Heizelement 80 vorgesehen sein (4, 5), welches ebenfalls eine Heizeinrichtung 82 aufweist. Es ist insbesondere vorgesehen, dieses Heizelement 80 in die Führungsausnehmung 76 zu führen, um den Bereich an der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56, welcher nicht von der zweiten Hülse 74 berührt wird und damit nicht in thermischem Kontakt mit dieser steht, zu heizen. Dadurch wird das Heizelement 80 in der Führungsausnehmung 76 an die erste Seite 58 für einen thermischen Kontakt gedrückt.It can also be a heating element 80 be provided ( 4 . 5 ), which is also a heater 82 having. It is provided in particular, this heating element 80 in the guide recess 76 lead to the area at the fiber composite component assembly 56 which is not from the second sleeve 74 is touched and thus not in thermal contact with this, to heat. This will cause the heating element 80 in the guide recess 76 to the first page 58 pressed for a thermal contact.

Das Heizelement 80 wird benutzt, bevor das Verbindungselement 22 in die Führungsausnehmung 76 gebracht wird und mit dem Stempel 52 in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 gedrückt wird.The heating element 80 is used before the connecting element 22 in the guide recess 76 is brought and stamped 52 in the fiber composite component assembly 56 is pressed.

Das Heizelement 80 kann dabei durch den Stempel 52 gebildet sein oder von diesem getrennt sein.The heating element 80 can by the stamp 52 be formed or separated from this.

Grundsätzlich ist es möglich, dass der Stempel 52 selber eine Heizeinrichtung aufweist, und so insbesondere das Verbindungselement 22, welches dann vorzugsweise aus einem metallischen Material ist, heizt.Basically, it is possible that the stamp 52 itself has a heating device, and so in particular the connecting element 22 , which is then preferably made of a metallic material, heats.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10 mit verbundenem ersten Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 und zweiten Faserverbundwerkstoff-Bauteil 14 durch eine oder mehrere Verbindungselemente 22 aus der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 vor der Verbindung erfolgt wie folgt:The inventive method for producing the fiber composite component assembly 10 with connected first fiber composite component 12 and second fiber composite component 14 by one or more connecting elements 22 from the fiber composite component assembly 56 before the connection takes place as follows:

Das erste Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 und das zweite Faserverbundwerkstoff-Bauteil 14 werden aneinander gelegt.The first fiber composite component 12 and the second fiber composite component 14 are put together.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass, wie oben erwähnt, die Grenzfläche 48 zwischen dem ersten Faserverbundwerkstoff-Bauteil 12 und dem zweiten Faserverbundwerkstoff-Bauteil 14 erhitzt wird und insbesondere eine flächige Schweißverbindung durchgeführt wird.It may be provided that, as mentioned above, the interface 48 between the first fiber composite component 12 and the second fiber composite component 14 is heated and in particular a flat welded joint is performed.

Es wird dann an der Vorrichtung 50 die erste Hülse 66 an die zweite Seite 60 der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 (vor der Verbindung) angelegt. Ferner wird die zweite Hülse 74 angelegt und dabei das entsprechende Werkstück eingespannt.It will then be on the device 50 the first sleeve 66 to the second page 60 the fiber composite component assembly 56 created before the connection. Further, the second sleeve 74 created while the corresponding workpiece clamped.

Die erste Hülse 66 und die zweite Hülse 74 weisen insbesondere mindestens näherungsweise gleiche Quermessungen auf und sind fluchtend zueinander ausgerichtet.The first sleeve 66 and the second sleeve 74 in particular have at least approximately the same transverse measurements and are aligned with each other.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass diese aneinander gepresst werden.It can be provided that these are pressed together.

Es wird das Gegenelement 54 in die Führungsausnehmung 68 gebracht und an die zweite Seite 60 geführt. Das Heizelement 80 wird in die Führungsausnehmung 76 gebracht und an die erste Seite 58 geführt.It becomes the counter element 54 in the guide recess 68 brought and to the second page 60 guided. The heating element 80 gets into the guide recess 76 brought and to the first page 58 guided.

Es erfolgt eine Beheizung, um den entsprechenden Faserverbundwerkstoff zu erwärmen und dabei das Matrixmaterial 18 zu erwärmen, so dass dieses in einem thermoplastischen Zustand ist beziehungsweise fließfähig ist.There is a heating to heat the corresponding fiber composite and thereby the matrix material 18 to heat, so that it is in a thermoplastic state or is flowable.

Wenn beispielsweise PEEK als Matrixmaterial 18 verwendet wird, dann erfolgt eine Erhitzung auf circa 400°C, um entsprechend die Konsolidierungstemperatur des Matrixmaterials 18 zu erreichen. Parallel dazu wird das Verbindungselement 22 erhitzt.If, for example, PEEK as a matrix material 18 is used, then heating to about 400 ° C, according to the consolidation temperature of the matrix material 18 to reach. Parallel to this is the connecting element 22 heated.

Es wird dann durch die Führungsausnehmung 76 ein Verbindungselement 22 zu der ersten Seite 58 geführt und mit dem Stempel 52 in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 gedrückt. Die Stifte 30 dringen in der Eindringrichtung 44 in das Matrixmaterial 18 ein.It will then pass through the guide recess 76 a connecting element 22 to the first page 58 guided and stamped 52 in the fiber composite component assembly 56 pressed. The pencils 30 penetrate in the direction of penetration 44 into the matrix material 18 on.

Fasern 20 werden, wenn sie in den Bereich der Stifte 30 kommen, verdrängt, und dabei nicht durchtrennt. Durch die Erwärmung ist die Viskosität des Matrixmaterials 18 so verringert, dass eben dieses Ausweichen der Fasern 20 ermöglicht ist.fibers 20 when they are in the range of pens 30 come, repressed, and not severed. Heating causes the viscosity of the matrix material 18 so diminished that just this evasion of the fibers 20 is possible.

Das Gegenelement 54 ist bei diesem Verfahrensschritt fest positioniert, das heißt derart, dass es nicht in der Richtung 62 ausweichen kann.The counter element 54 is firmly positioned in this process step, that is such that it is not in the direction 62 can dodge.

Wenn die Stifte 30 das Gegenelement 54 beaufschlagen (direkt oder mit Matrixmaterial 18 dazwischen), werden diese plastisch verformt (7) und bezogen auf den Ausgangszustand werden die Stifte 30 umgebogen (7). Diese können sich dadurch im Matrixmaterial 18 sowohl des ersten Faserverbundwerkstoff-Bauteils 12 als auch des zweiten Faserverbundwerkstoff-Bauteils 14 verankern und es wird die Verbindung erreicht.If the pins 30 the counter element 54 apply (directly or with matrix material 18 in between), these are plastically deformed ( 7 ) and based on the initial state, the pins 30 bent over ( 7 ). These can thereby be in the matrix material 18 both of the first fiber composite component 12 as well as the second fiber composite component 14 anchored and the connection is reached.

Die erste Seite 26 des Tellers 24 liegt dabei an der ersten Seite 58 des ersten Faserverbundwerkstoff-Bauteils 12 an und es wird ein weiteres Eindringen verhindert.The first page 26 of the plate 24 lies on the first page 58 of the first fiber composite component 12 and it is prevented further penetration.

In einer Fixierungsstellung 84 (vgl. 8) sind die Stifte 30 im Vergleich zu der Ausgangsstellung (vgl. 6) gebogen. Sie weisen bereichsweise eine Querorientierung zu der Eindringrichtung 44 auf und sind bereichsweise eben quer orientiert zu dieser Ausgangsstellung.In a fixation position 84 (see. 8th ) are the pins 30 in comparison to the starting position (cf. 6 ) bent. They have regionally a transverse orientation to the penetration direction 44 on and are regionally oriented transversely to this starting position.

Durch die Erhitzung der Faserverbundwerkstoff-Bauteile 12, 14 kann auch, wenn zuvor keine Schweißverbindung erfolgt ist, eine stoffschlüssige Verbindung an der Grenzfläche 48 erfolgen.By heating the fiber composite components 12 . 14 can, if previously no welded connection is made, a material connection at the interface 48 respectively.

Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Gegenelement 54 an einer Seite 86, welche der zweiten Seite 60 der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 46 bei der Herstellung der Verbindung zugewandt ist, eine Vertiefung 88 auf, welche ringförmig einen zentralen Bereich 90 umgibt. Diese Vertiefung 88 ist durch einen ersten Rand 92 zu dem zentralen Bereich 90 hin begrenzt, und durch einen zweiten Rand 94 zu einer Außenseite des Gegenelements 54 hin begrenzt.In one embodiment, the counter element 54 on one side 86 , which is the second page 60 the fiber composite component assembly 46 faces in the preparation of the compound, a depression 88 on which ring a central area 90 surrounds. This depression 88 is through a first edge 92 to the central area 90 limited to, and by a second edge 94 to an outside of the counter element 54 limited.

Der zentrale Bereich 90 ist in seinen Querabmessungen an den Teller 24 angepasst (und dadurch an die Führungsausnehmung 76 beziehungsweise den Stempel 52). Der zentrale Bereich 90 weist insbesondere bei einer kreisscheibenförmigen Ausbildung des Tellers 24 einen etwas kleineren Durchmesser auf als der Teller 24.The central area 90 is in its transverse dimensions to the plate 24 adapted (and thereby to the Führungsausnehmung 76 or the stamp 52 ). The central area 90 has in particular in a circular disk-shaped design of the plate 24 a slightly smaller diameter than the plate 24 ,

Eine Tiefe T der Vertiefung 88 verkleinert sich zu dem ersten Rand 92 hin kontinuierlich und verkleinert sich zu dem zweiten Rand 94 hin kontinuierlich. Zwischen dem ersten Rand 92 und dem zweiten Rand 94 weist die Vertiefung 88 ihre größte Tiefe auf. Es sind insbesondere Kanten und dergleichen an der Vertiefung 88 vermieden.A depth T of the depression 88 shrinks to the first edge 92 down continuously and shrinks to the second edge 94 continuous. Between the first edge 92 and the second edge 94 indicates the depression 88 their greatest depth. There are in particular edges and the like on the recess 88 avoided.

Die Vertiefung 88 ist ausgerichtet auf die Position der Stifte 30 an einem Verbindungselement 22.The depression 88 is aligned with the position of the pins 30 on a connecting element 22 ,

Wenn ein Verbindungselement 22 in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 gedrückt wird (6), dann können die Stifte 30 in die Vertiefung 88 ausweichen und dort eine Art von Umlenkung erfahren (7). Es lässt sich so eine Art von Widerhakenpositionierung in der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56 erreichen, um eben in der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10 die Faserverbundwerkstoff-Bauteile 12, 14 miteinander zu verbinden.If a connecting element 22 in the fiber composite component assembly 56 is pressed ( 6 ), then the pins can 30 into the depression 88 dodge and experience a kind of diversion there ( 7 ). It can be a kind of barb positioning in the fiber composite component assembly 56 reach just in the fiber composite component assembly 10 the fiber composite components 12 . 14 to connect with each other.

Die Vertiefung 88 sorgt über entsprechende Anpassung an das Verbindungselement 22 mit der Anordnung seiner Stifte 30 für eine gezielte Führung der plastischen Verformung der Stifte 30 und insbesondere für eine Umlenkung für eine gezielte Verbiegung.The depression 88 ensures appropriate adaptation to the connecting element 22 with the arrangement of his pins 30 for a targeted guidance of the plastic deformation of the pins 30 and in particular for a deflection for a purposeful bending.

Vorzugsweise korrespondiert der zentrale Bereich 90 mit der Linie 32 und insbesondere sind diese bezogen auf die Richtung 62 fluchtend zueinander ausgerichtet.Preferably, the central area corresponds 90 with the line 32 and especially these are in terms of direction 62 aligned with each other.

Es kann vorgesehen sein, dass nach Positionierung des Verbindungselements 22 mit seinen Stiften 30 zur Abkühlung des Werkstücks eine definierte Abkühlung des Gegenelements 54 beziehungsweise der ersten Hülse 66 beziehungsweise der zweiten Hülse 74 mit dem Heizelement 80, welches jetzt als Kühlelement wirkt, erfolgt, um eine Konsolidierung der Fügepartner 12 und 14 zu erreichen.It can be provided that after positioning of the connecting element 22 with his pencils 30 for cooling the workpiece a defined cooling of the counter element 54 or the first sleeve 66 or the second sleeve 74 with the heating element 80 , which now acts as a cooling element, takes place in order to consolidate the joining partners 12 and 14 to reach.

Das Ergebnis ist dann die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10 ( 1 beziehungsweise 8).The result is then the fiber composite component assembly 10 ( 1 respectively 8th ).

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt sich zusammen aus einem Stanznieten des Verbindungselements 22 mit Elementen eines Thermoplastschweißverfahrens, in dem das Matrixmaterial 18 über seine Konsolidierungstemperatur gebracht wird, um eben thermoplastisch zu sein beziehungsweise fließfähig zu sein. Dadurch, dass mehrere beabstandete Stifte 30 an dem Teller 24 angeordnet sind, findet keine lokale Abtrennung an den Faserverbundwerkstoff-Bauteilen 12, 14 statt; es ist ein vollständig umschlossener Bereich wie beim Halbhohlstanznieten vermieden.The method according to the invention is composed of a punched rivet of the connecting element 22 with elements of a thermoplastic welding process in which the matrix material 18 is brought over its consolidation temperature, just to be thermoplastic or to be flowable. Thereby, that several spaced pins 30 on the plate 24 are arranged, finds no local separation on the fiber composite components 12 . 14 instead of; it is a completely enclosed area as avoided in semi-hollow punching.

Über die Stifte 30 können Fasern 20 verdrängt werden; eine Durchtrennung von Fasern 20 wird dadurch vermieden. Die Erwärmung des Matrixmaterials 18 unterstützt diesen Verdrängungsprozess über Erniedrigung der Viskosität des Matrixmaterials 18.About the pins 30 can fibers 20 be displaced; a transection of fibers 20 is avoided. The heating of the matrix material 18 supports this displacement process by lowering the viscosity of the matrix material 18 ,

Die plastische Verformung der Stifte 30 ermöglicht eine optimierte Positionierung der Stifte 30 in dem Faserverbundwerkstoff 16 der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10. Die Stifte 30 können sich gewissermaßen darin verfangen und so für die Verbindung sorgen.The plastic deformation of the pins 30 enables optimized positioning of the pins 30 in the fiber composite 16 the fiber composite component assembly 10 , The pencils 30 can, so to speak, get caught up in it and thus make the connection.

Zusätzlich zur mechanischen Verbindung über ein Verbindungselement 22 kann auch noch eine stoffschlüssige Verbindung an der Grenzfläche 58 durch vorher durchgeführtes thermoplastisches Schweißverfahren, oder durch entsprechende Erhitzung während des „Vernietungsprozesses“ durch Verbindungselemente 22 erfolgen.In addition to the mechanical connection via a connecting element 22 can also have a cohesive connection at the interface 58 by a previously performed thermoplastic welding process, or by appropriate heating during the "riveting process" by fasteners 22 respectively.

Die Verbindung über ein Verbindungselement 22 lässt sich herstellen, ohne dass eine Vorbohrung erfolgen muss. Dadurch entstehen auch keine Späne, welche eine Kontamination der Umgebung verursachen.The connection via a connecting element 22 can be produced without having to pre-drill. As a result, no chips are created which cause contamination of the environment.

Durch vorhandene Verbindungselemente 22 erhält man für eine hergestellte Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 10 sehr gute Rissstoppereigenschaften, das heißt die Ausbreitung von Rissen lässt sich begrenzen. Through existing fasteners 22 obtained for a manufactured fiber composite component assembly 10 Very good crack-stop properties, ie the propagation of cracks can be limited.

Weiterhin lassen sich Faserverbundwerkstoff-Bauteile 12, 14 mit relativ hohen Toleranzen bei den Fügepartnern herstellen, da nicht unbedingt parallele beziehungsweise exakt parallele Flächen vorhanden sein müssen.Furthermore, fiber composite components can be 12 . 14 produce with relatively high tolerances in the joining partners, as not necessarily parallel or exactly parallel surfaces must be present.

Ein Verbindungselement 22 lässt sich auf einfache Weise herstellen. Es kann beispielsweise aus einem Tiefziehstahl oder aus einer Legierung wie Ti-6Al-4V hergestellt sein.A connecting element 22 can be produced easily. It may be made, for example, from a deep-drawing steel or from an alloy such as Ti-6Al-4V.

Eine Vorrichtung 50 zur Herstellung einer Verbindung lässt sich auf konstruktiv einfache Weise ausbilden und universell einsetzen.A device 50 for the preparation of a compound can be formed in a structurally simple way and use universally.

Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnungen 10, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise mit Hilfe von erfindungsgemäßen Verbindungselementen 22 hergestellt worden sind, lassen sich in vielen Gebieten wie Flugzeugbau, Automobilbau, Sportgerätebau usw. einsetzen. Grundsätzlich lassen sich alle Faserverbundwerkstoff-Bauteile mit thermoplastischem Matrixmaterial 18 verbinden.Fiber composite material component assemblies 10 which by the method according to the invention or by means of connecting elements according to the invention 22 can be used in many areas such as aircraft, automotive, sports equipment, etc. use. In principle, all fiber composite components with thermoplastic matrix material can be 18 connect.

Wie oben erwähnt, hängt die Anordnung und Ausbildung der Stifte 30 an dem Teller 24 sowie die Anzahl der Stifte 30 von der jeweiligen Anwendung ab.As mentioned above, the arrangement and design of the pins depends 30 on the plate 24 as well as the number of pens 30 from the respective application.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements 96 (9, 10) sind an einem Teller 98 Stifte 100 angeordnet. In ihrer Ausgangsstellung ragen diese Stifte 100 senkrecht von dem Teller 98 weg. Ein Stift 100 weist bezogen auf einen Querschnitt 102 parallel zu dem Teller 98 einen Verjüngungsbereich 104 auf. An diesem Verjüngungsbereich 104 ist eine Breite 106 zu einem Rand 108 des Tellers 98 größer als eine Breite 110 zu einem Zentrum.In a further embodiment of a connecting element 96 ( 9 . 10 ) are on a plate 98 pencils 100 arranged. In their initial position, these pins protrude 100 vertically from the plate 98 path. A pen 100 refers to a cross section 102 parallel to the plate 98 a rejuvenation area 104 on. At this rejuvenation area 104 is a width 106 to an edge 108 of the plate 98 larger than a width 110 to a center.

Im Querschnitt 102 ist ein Steg 100 beispielsweise mindestens näherungsweise dreieckförmig.In cross section 102 is a jetty 100 For example, at least approximately triangular.

Insbesondere erstreckt sich ein solcher Verjüngungsbereich 104 über eine gesamte Höhe eines Stifts 100 bis in einen Verjüngungsbereich an einem Ende. In particular, such a rejuvenation area extends 104 over an entire height of a pen 100 into a rejuvenation area at one end.

Der Verjüngungsbereich 104 im Querschnitt 102 dient dazu, bei der plastischen Verformung ein Biegen nach außen (von einem Zentrum 112 weg) zu erreichen.The rejuvenation area 104 in cross section 102 is used in the plastic deformation bending outwards (from a center 112 away).

Durch den Verjüngungsbereich 104 lässt sich eine Biegerichtung vorgeben.Through the rejuvenation area 104 can specify a bending direction.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements 114 (11, 12) ist ein Teller 116 vorgesehen, an welchem Stifte 118 in einer Ausgangsstellung senkrecht nach oben weg ragen. Ein Stift 108 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist an einem Ende 120 mit einer Spitze 122 versehen; an dem Ende 120 ist ein Verjüngungsbereich 124 gebildet, welcher zu der Spitze 122 führt.In a further embodiment of a connecting element 114 ( 11 . 12 ) is a plate 116 provided on which pins 118 project vertically upwards in a starting position. A pen 108 has a circular cross-section and is at one end 120 with a tip 122 Provided; at the end 120 is a rejuvenation area 124 formed, which to the top 122 leads.

Die Stifte 118 sind insbesondere auf einer Kreislinie beabstandet angeordnet.The pencils 118 are arranged in particular spaced on a circular line.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements 126 (13, 14) ist ein Teller 128 vorgesehen, an welchem ein Ausgangszustand Stifte 130 senkrecht nach oben ragen.In a further embodiment of a connecting element 126 ( 13 . 14 ) is a plate 128 provided at which an initial state pins 130 project vertically upwards.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Stifte 130 einen kreisrunden Querschnitt auf und einen Verjüngungsbereich 132 im Bereich eines zu dem Teller 128 abgewandten Endes.In the embodiment shown, the pins 130 a circular cross-section on and a rejuvenation area 132 in the area of one to the plate 128 opposite end.

An den Stiften 130 sitzen eine Mehrzahl von Widerhaken 134.At the pins 130 sit a plurality of barbs 134 ,

Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Widerhaken in Art einer Dorne gebildet, welche quer von dem Stift 130 ab ragt.In one embodiment, a barb is formed in the manner of a pin which extends transversely from the pin 130 protrudes.

Ein solcher Widerhaken 134 weist beispielsweise eine dreieckförmige Gestalt auf.Such a barb 134 has, for example, a triangular shape.

Die Widerhaken 134 bewirken eine Oberflächenvergrößerung der Kombination aus Stift 130 mit Widerhaken 134.The barbs 134 cause a surface enlargement of the combination of pen 130 with barbs 134 ,

Die Widerhaken 134 sorgen für eine zusätzliche formschlüssige Fixierung in konsolidiertem Matrixmaterial 18.The barbs 134 provide additional positive fixation in consolidated matrix material 18 ,

Insbesondere sind umfänglich um den Stift 130 verteilt Widerhaken 134 angeordnet. Diese können dabei auf unterschiedlichen Höhen bezogen auf den Abstand zu dem Teller 128 angeordnet sein.In particular, are circumferentially around the pin 130 distributes barbs 134 arranged. These can be at different heights relative to the distance to the plate 128 be arranged.

Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Widerhaken 134 bezogen auf einen Mantel 136 eines Stifts 130 eine erste Flanke 138 und eine zweite Flanke 140 auf. Die erste Flanke 138 ist dabei so angeordnet und ausgebildet, dass sie in einem stumpfen Winkel 142 (größer als 180°) zu dem Mantel 136 liegt. Die erste Flanke 138 ist dabei abgewandt zu dem Teller 128.In one embodiment, a barb 134 based on a coat 136 of a pen 130 a first flank 138 and a second flank 140 on. The first flank 138 is arranged and designed so that they are at an obtuse angle 142 (greater than 180 °) to the coat 136 lies. The first flank 138 is facing away from the plate 128 ,

Die zweite Flanke 140 ist zugewandt zu dem Teller 128. Sie liegt insbesondere in einem spitzen Winkel 144 zu dem Mantel 136.The second flank 140 is facing the plate 128 , It is especially at an acute angle 144 to the coat 136 ,

Die Anordnung der ersten Flanke 138 in dem stumpfen Winkel 142 erleichtert das Eindringen eines Stifts 130 beim Einführen in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung 56.The arrangement of the first flank 138 in the obtuse angle 142 facilitates the penetration of a pen 130 during insertion into the fiber composite component assembly 56 ,

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)

Verbindungselement für Faserverbundwerkstoff-Bauteile (12, 14), umfassend einen Teller (24; 98; 116; 128), und eine Mehrzahl von beabstandeten Stiften (30; 100; 118; 130), welche an dem Teller (24; 98; 116; 128) sitzen, wobei die Stifte (30; 100; 118; 130) zum Eindringen in ein Matrixmaterial (18) des Faserverbundwerkstoffs vorgesehen sind, wobei die Stifte (30; 100; 118; 130) plastisch verformbar sind, und wobei in einer Fixierungsstellung des Verbindungselements ein Stift (30; 100; 118; 130) durch plastische Verformung mindestens bereichsweise quer zu einer Eindringrichtung (44) des entsprechenden Stifts (30; 100; 118; 130) 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.A fiber composite component connector (12, 14) comprising a plate (24; 98; 116; 128) and a plurality of spaced apart pins (30; 100; 118; 130) attached to the plate (24; 98; 116) 128), wherein the pins (30; 100; 118; 130) are provided for penetration into a matrix material (18) of the fiber composite material, wherein the pins (30; 100; 118; 130) are plastically deformable, and wherein in one Fixing position of the connecting element is a pin (30; 100; 118; 130) by plastic deformation at least partially transverse to a penetration direction (44) of the corresponding pin (30; 100; 118; 130) oriented in the matrix material (18) and / or at least is partially bent in relation to its orientation in a starting position and / or at least partially has a transverse orientation to its orientation in the starting position. Verbindungselement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens drei Stifte (30; 100; 118; 130), vorzugsweise mindestens fünf Stifte (30; 100; 118; 130) und insbesondere durch mindestens sieben Stifte (30; 100; 118; 130).Connecting element after Claim 1 characterized by at least three pins (30; 100; 118; 130), preferably at least five pins (30; 100; 118; 130) and in particular by at least seven pins (30; 100; 118; 130). Verbindungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (30; 100; 118; 130) beabstandet und insbesondere gleichmäßig beabstandet auf einer geschlossenen Linie (32) angeordnet sind.Connecting element after Claim 1 or 2 , characterized in that the pins (30; 100; 118; 130) are spaced and in particular evenly spaced on a closed line (32). Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stift (30; 100; 118; 130) einen Verjüngungsbereich (38; 104; 124; 132) an einem Ende (36), welcher zu dem Teller (24; 98; 116; 128) abgewandt ist, aufweist.A connector according to any one of the preceding claims, characterized in that a pin (30; 100; 118; 130) has a tapered portion (38; 104; 124; 132) at one end (36) which faces the plate (24; 98; 116) 128) faces away from. Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stift (100) bezogen auf seinen Querschnitt (102) parallel zu dem Teller (98) einen Verjüngungsbereich (104) aufweist, wobei insbesondere ein Bereich mit größerer Breite (106) näher zu einem Rand (108) des Tellers (98) liegt als ein Bereich mit kleinerer Breite (110).Connecting element according to one of the preceding claims, characterized in that a pin (100) with respect to its cross section (102) parallel to the plate (98) has a tapering region (104), wherein in particular a region of greater width (106) closer to one Edge (108) of the plate (98) lies as a smaller width region (110). Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (30; 100; 118; 130) mit dem Teller (24; 98; 116; 128) verbunden sind und insbesondere einstückig verbunden sind.Connecting element according to one of the preceding claims, characterized in that the pins (30; 100; 118; 130) are connected to the plate (24; 98; 116; 128) and in particular are integrally connected. Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Stift (130) mindestens ein Widerhaken (134) angeordnet ist.Connecting element according to one of the preceding claims, characterized in that at least one barb (134) is arranged on a pin (130). Verfahren zum Verbinden von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen (12; 14) mit mindestens einem Verbindungselement (22; 96; 114; 126) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das mindestens eine Verbindungselement (22; 96; 114; 126) von einer ersten Seite (58) einer Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung (56) her in einer Richtung (60) von der ersten Seite (58) zu einer zweiten Seite (60) der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung (56) in die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung (56) gedrückt wird, und an der zweiten Seite (60) ein Gegenelement (54) positioniert ist oder wird.A method of joining fiber composite components (12; 14) to at least one connecting element (22; 96; 114; 126) according to one of the preceding claims, wherein said at least one connecting element (22; 96; 114; 126) is from a first side (58) a fiber composite component assembly (56) in a direction (60) from the first side (58) to a second side (60) of the fiber composite component assembly (56) in the fiber composite component assembly (56). 56) is pressed, and on the second side (60) a counter-element (54) is or is positioned. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (54) in einer Richtung von der zweiten Seite (60) zu der ersten Seite (58) gedrückt wird.Method according to Claim 8 characterized in that the mating member (54) is urged in a direction from the second side (60) to the first side (58). Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung (56) beheizt wird und insbesondere bei thermoplastischem Matrixmaterial (18) des Faserverbundwerkstoffs der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung eine Erwärmung in einen thermoplastischen Zustand oder fließfähigen Zustand des Matrixmaterials (18) erfolgt.Method according to Claim 8 or 9 , characterized in that the fiber composite component assembly (56) is heated and in particular in thermoplastic matrix material (18) of the fiber composite material of the fiber composite component assembly, a heating in a thermoplastic state or flowable state of the matrix material (18). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (54) angepasst an das mindestens eine Verbindungselement (22; 96; 114; 126) eine Vertiefung (98) zur Positionierung von Stiften (30; 100; 118; 130) aufweist.Method according to one of Claims 8 to 10 , characterized in that the counter element (54) adapted to the at least one connecting element (22; 96; 114; 126) has a recess (98) for positioning pins (30; 100; 118; 130). Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (88) ringförmig einen zentralen Bereich (90) umgibt, wobei insbesondere der zentrale Bereich (90) mit einer geschlossenen Linie (32) korrespondiert, auf welcher die Stifte (30; 100; 118; 130) an dem Teller (24; 98; 116; 128) des mindestens einen Verbindungselements (22; 96; 114; 126) angeordnet sind.Method according to Claim 11 , characterized in that the recess (88) annularly surrounds a central region (90), wherein in particular the central region (90) corresponds to a closed line (32) on which the pins (30; 100; 118; 130) abut the plate (24; 98; 116; 128) of the at least one connecting element (22; 96; 114; 126) are arranged. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (88) zu einem ersten Rand (92) hin, welcher dem zentralen Bereich (90) zugewandt ist, eine sich verringernde und insbesondere sich kontinuierlich verringernde Tiefe aufweist und/oder dass die Vertiefung (88) zu einem zweiten Rand (94) hin, welcher von dem zentralen Bereich (90) abgewandt ist, eine sich verringernde und insbesondere sich kontinuierlich verringernde Tiefe aufweist.Method according to Claim 12 , characterized in that the depression (88) towards a first edge (92) which faces the central region (90) has a decreasing and in particular continuously decreasing depth and / or that the depression (88) becomes a second edge (94) facing away from the central region (90) has a decreasing and in particular continuously decreasing depth. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (54) beweglich an einer ersten Hülse (66) geführt wird, welche insbesondere auf die Faserverbundwerksoff-Bauteil-Anordnung (56) an der zweiten Seite (60) aufgesetzt ist, wobei insbesondere das Gegenelement (54) und/oder die erste Hülse (66) beheizbar ist und/oder beheizt wird.Method according to one of Claims 8 to 13 , characterized in that the counter element (54) is movably guided on a first sleeve (66) which is placed in particular on the Faserverbundwerksoff-component arrangement (56) on the second side (60), wherein in particular the Counter-element (54) and / or the first sleeve (66) is heated and / or heated. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement (22; 96; 114; 126) über einen Stempel (52) in der Richtung (62) von der ersten Seite (58) zu der zweiten Seite (60) gedrückt wird, wobei insbesondere der Stempel (52) an einer zweiten Hülse (74) geführt wird, welche an der ersten Seite (58) auf die Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung (56) aufgesetzt ist, wobei insbesondere der Stempel (52) und/oder die zweite Hülse (74) beheizbar ist und/oder beheizt wird.Method according to one of Claims 8 to 14 characterized in that the at least one connecting element (22; 96; 114; 126) is pressed via a punch (52) in the direction (62) from the first side (58) to the second side (60), wherein in particular Stamp (52) on a second sleeve (74) is guided, which is placed on the first side (58) on the fiber composite component assembly (56), wherein in particular the punch (52) and / or the second sleeve (74 ) is heated and / or heated. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Hülse (74) ein Heizelement (80) führbar ist und/oder geführt wird.Method according to Claim 15 , characterized in that on the second sleeve (74), a heating element (80) can be guided and / or guided. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe (H) von Stiften (30; 100; 118; 130) des mindestens einen Verbindungselements (22; 96; 114; 126) über dem zugeordneten Teller (24; 98; 116; 128) höher oder gleich ist wie eine Höhe (D) der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung (56; 10).Method according to one of Claims 8 to 16 characterized in that a height (H) of pins (30; 100; 118; 130) of the at least one connecting element (22; 96; 114; 126) above the associated plate (24; 98; 116; 128) is higher than or equal to is like a height (D) of the fiber composite component assembly (56; 10). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei hergestellter Verbindung Stifte (30; 100; 118; 130) des mindestens einen Verbindungselements (22; 96; 114; 126) im Vergleich zu ihrem Ausgangszustand gebogen sind und im Matrixmaterial (18) des Faserverbundwerkstoffs der Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung (10) liegen.Method according to one of Claims 8 to 17 characterized in that, when the connection is made, pins (30; 100; 118; 130) of the at least one connecting element (22; 96; 114; 126) are bent relative to their initial state and in the matrix material (18) of the fiber composite material is the fiber composite component Arrangement (10) lie. Vorrichtung zur Verbindung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen, umfassend eine Presseinrichtung (52) zum Einpressen eines Verbindungselements (22; 96; 114; 126) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in eine Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung (56), und ein Gegenelement (54) zur Verformung von Stiften (30; 100; 118; 130) des Verbindungselements (22; 96; 114; 126).Device for connecting fiber composite components, comprising a pressing device (52) for pressing in a connecting element (22; 96; 114; 126) according to one of Claims 1 to 7 in a fiber composite component assembly (56), and a counter element (54) for deforming pins (30; 100; 118; 130) of the connecting element (22; 96; 114; 126). Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (54) in einer ersten Hülse (66) geführt ist und/oder ein Stempel (52) der Presseinrichtung in einer zweiten Hülse (74) geführt ist, und insbesondere eine Heizeinrichtung (70; 72; 78; 82) an mindestens einer der folgenden Einrichtungen angeordnet ist: dem Gegenelement (54), dem Stempel (52), der ersten Hülse (66), der zweiten Hülse (74), einem Heizelement (80), welches in der zweiten Hülse (74) geführt ist.Device after Claim 19 , characterized in that the counter element (54) in a first sleeve (66) is guided and / or a punch (52) of the pressing device in a second sleeve (74) is guided, and in particular a heating device (70, 72, 78; 82) is arranged on at least one of the following: the counter element (54), the punch (52), the first sleeve (66), the second sleeve (74), a heating element (80) mounted in the second sleeve (74 ) is guided. Faserverbundwerkstoff-Bauteil-Anordnung, umfassend mindestsens zwei Faserverbundwerkstoff-Bauteile (12, 14), welche mit mindestens einem Verbindungselement (22; 96; 114; 126) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 verbunden sind.A fiber composite component assembly comprising at least two fiber composite components (12, 14) connected to at least one connecting element (22; 96; 114; 126) according to any one of Claims 1 to 7 are connected.
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„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

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