DE102017129200A1

DE102017129200A1 - Spin-befestigungselement aus ähnlichen und unterschiedlichen materialien

Info

Publication number: DE102017129200A1
Application number: DE102017129200.4A
Authority: DE
Inventors: Bradley J. Blaski; Steven Cipriano; Richard C. Janis; Pei-Chung Wang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2018-06-14
Also published as: CN108223517B; US20180162097A1; US10239285B2; CN108223517A

Abstract

Ein Spin-Befestigungssystem beinhaltet ein erstes Element und eine Klebeschicht, die auf das erste Element aufgebracht wird. Ein zweites Element ist in Kontakt mit der Klebeschicht positioniert. Mindestens ein Abschnitt der Klebeschicht wird ausgehärtet, nachdem das zweite Element in Kontakt mit der Klebeschicht positioniert wurde, um zumindest den Abschnitt der Klebeschicht im Wesentlichen zu versteifen. Mindestens ein Spin-Befestigungselement wird nacheinander durch jedes zweite Element, den ausgehärteten Abschnitt der Klebeschicht und das erste Element eingesetzt.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Materialverbindung unter Verwendung von Hochgeschwindigkeitsreibungsbefestigungselementen.
Materialien, wie Stahl, Aluminium und Verbundwerkstoffe, können miteinander oder mit einem der anderen durch die Verwendung von Hochgeschwindigkeits- oder Spin-Befestigungselementen verbunden werden, die Reibungswärme erzeugen, die Materialien lokal erweichen oder schmelzen und einen Materialfluss bereitstellen, während das Verbindungselement durchläuft. Spin-Befestigungselemente sind auch dann von Vorteil, wenn der Zugang nur zu einer Seite einer Platte oder einer Komponente möglich ist.
Spin-Befestigungselemente funktionieren durch lokales Erwärmen der zu verbindenden Materialien durch Reibung aus einer hohen Rotationsgeschwindigkeit und einem Einpressdruck, der die zu verbindenden Materialien lokal erweicht, schmilzt oder bündelt. Ein Abschnitt des erweichten Materials oder der Schmelze fließt normalerweise nach oben und unter den Kopf des Spin-Befestigungselements, während der größte Abschnitt des erweichten Materials oder der Schmelze aus einem Austrittsbereich fließt, um zusätzliches Material zu erzeugen, das durch die Gewinde des Spin-Befestigungselements in Eingriff gebracht wird. Es hat sich jedoch gezeigt, dass mit zunehmender Materialdicke und insbesondere mit zunehmender Dicke des Außenmaterials ein Abschnitt des Materialflusses zwischen den Materialplatten oder -komponenten eingeklemmt wird, wenn das Spin-Befestigungselement aus dem Außenmaterial austritt. Dieses Problem wird noch verschärft, wenn die Plattenelemente an Stellen, an denen Spin-Befestigungselemente angebracht werden sollen, nicht einfach zusammengeklemmt werden können. Das eingeschlossene Material kühlt oder verfestigt sich und erzeugt einen Abstand oder Spalt zwischen den beiden Komponenten und schwächt die resultierende Verbindung durch das Bilden von Spannungskonzentrationen, die an den Grenzflächen des Spin-Befestigungsmaterials entstehen.
Somit ist es erforderlich, ein neues und verbessertes System und Verfahren zum Verbinden von Materialien unter Verwendung von Spin-Befestigungselementen zu entwickeln.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß mehreren Aspekten beinhaltet ein Spin-Befestigungssystem ein erstes Element. Auf das erste Element wird eine Klebeschicht aufgetragen. Ein zweites Element ist in Kontakt mit der Klebeschicht positioniert. Mindestens ein Abschnitt der Klebeschicht wird ausgehärtet, nachdem das zweite Element in Kontakt mit der Klebeschicht positioniert wurde, um zumindest den Abschnitt der Klebeschicht im Wesentlichen zu versteifen. Mindestens ein Spin-Befestigungselement wird nacheinander durch jedes zweite Element, den ausgehärteten Abschnitt der Klebeschicht und das erste Element eingesetzt.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Spin-Befestigungselement ein Penetrationsende, wobei das Penetrationsende, wenn es in direktem Kontakt mit einer nach außen gerichteten Oberfläche des zweiten Elements eingebracht wird, Wärme und Druck erzeugt, wodurch ein Abschnitt des Materials des zweiten Elements verflüssigt oder plastifiziert wird.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung treffen ein erster nach außen gerichteter Strömungsabschnitt eines verflüssigten oder plastifizierten Materials der Klebeschicht und des ersten Elements zwischen der nach außen gerichteten Oberfläche des zweiten Elements und einem Kopf des Spin-Befestigungselements aufeinander.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Vielzahl von Kugeln in die Klebeschicht eingebettet, die als Unterlegscheibe oder Abstandshalter fungieren.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist jede der Kugeln einen gemeinsamen Durchmesser auf, der im Wesentlichen dem gewünschten Wert einer Dicke der Klebeschicht entspricht.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung definiert jede der Kugeln ein Polymermaterial.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung definiert jede der Kugeln ein Glasmaterial.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung, wenn das zweite Element in Kontakt mit der Klebeschicht positioniert wird, berühren die Kugeln direkt eine Oberfläche des ersten Elements und eine entgegengesetzt gerichtete Oberfläche des zweiten Elements.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung sind die Kugeln durch eine Kraft, die während der Montage des mindestens einen Spin-Befestigungselements auf die Klebeschicht ausgeübt wird, im Wesentlichen inkompressibel, so dass der Kontakt des zweiten Elements mit der Klebeschicht, die Klebeschicht nicht unter eine gewünschte Dicke der Klebeschicht komprimiert.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung, wenn ein Material der Kugeln nicht durch eine Temperatur verflüssigt werden kann, die während des Einfügens des mindestens einen Spin-Befestigungselements erzeugt wird, werden die Kugeln selektiv außerhalb einer vordefinierten Breite des ausgehärteten Abschnitts in die Klebeschicht eingefügt, um den Kontakt des mindestens einen Spin-Befestigungselements mit den Kugeln zu vermeiden.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird die Klebeschicht in einer im Wesentlichen viskosen flüssigen Form vor dem Positionieren des zweiten Elements auf eine Oberfläche des ersten Elements aufgetragen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung werden eine Breite und eine Position des ausgehärteten Abschnitts vorgegeben, um eine gewünschte Einbaulage eines der mindestens einen Spin-Befestigungselemente zu ermöglichen.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung, wird eine optimale Klebeschichtdicke für ein bestimmtes Material des ersten Elements und des zweiten Elements aus einer Vielzahl von Klebeschichtdicken ausgewählt.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Dicke der Klebeschicht nach dem Aushärten und vor der Montage des Spin-Befestigungselements im Wesentlichen fixiert und ist beim Einbringen des Spin-Befestigungselements nicht wesentlich komprimierbar.
Gemäß mehreren Aspekten beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung von Spin-Befestigungskomponenten: Aufbringen einer Klebeschicht auf ein erstes Element; Positionieren eines zweiten Elements in Kontakt mit der Klebeschicht; Aushärten mindestens eines Abschnitts der Klebeschicht, nachdem das zweite Element in Kontakt mit der Klebeschicht positioniert wurde, um mindestens den Abschnitt der Klebeschicht im Wesentlichen zu versteifen; und Einsetzen mindestens eines Spin-Befestigungselements nacheinander durch jedes der zweiten Elemente, den ausgehärteten Abschnitt der Klebeschicht und das erste Element, um das erste Element, die Klebeschicht und das zweite Element mechanisch zu verbinden.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren ferner das Drehen des Spin-Befestigungselements, so dass, wenn ein Penetrationsende des Spin-Befestigungselements in direktem Kontakt mit einer nach außen gerichteten Oberfläche des zweiten Elements eingebracht wird, Hitze und Druck, die durch das Penetrationsende an der nach außen gerichteten Oberfläche erzeugt werden, dazu führen, dass ein Abschnitt des Materials des zweiten Elements verflüssigt wird.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren ferner, das Forcieren eines ersten nach außen gerichteten Strömungsabschnitts aus einem verflüssigten Material der Klebeschicht und des ersten Elements, um sich zwischen der nach außen gerichteten Oberfläche des zweiten Elements und einem Kopf des Spin-Befestigungselements zu sammeln; und Schieben eines zweiten nach außen gerichteten Strömungsabschnitts aus einem verflüssigten Material des gehärteten Abschnitts der Klebeschicht und des ersten Abschnitts, das vom ersten Abschnitt nach außen gerichtet ist, um in Kontakt mit einer nach außen gerichteten Oberfläche des ersten Abschnitts zu treten, wobei der gehärtete Klebstoff verhindert, dass einer der ersten nach außen gerichteten Abschnitte oder der zweite nach außen gerichtete Strömungsabschnitt benachbart zur Klebeschicht verbleibt.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren ferner das Einbetten einer Vielzahl von Kugeln in die Klebeschicht, wobei jede der Kugeln einen gemeinsamen Durchmesser aufweist, der im Wesentlichen gleich einer gewünschten Dicke der Klebeschicht ist.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet der Aushärtungsschritt für den mindestens einen Abschnitt der Klebeschicht die vollständige Aushärtung der Klebeschicht, nachdem das zweite Element in Kontakt mit der Klebeschicht positioniert wurde.
Gemäß mehreren Aspekten beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung von Spin-Befestigungskomponenten: Aufbringen einer Klebeschicht auf ein erstes Element; Positionieren eines zweiten Elements in Kontakt mit der Klebeschicht; Aushärten der Klebeschicht, nachdem das zweite Element in Kontakt mit der Klebeschicht positioniert wurde, um mindestens den Abschnitt der Klebeschicht im Wesentlichen zu versteifen; und Einsetzen mindestens eines Spin-Befestigungselements durch jedes der zweiten Elemente, den ausgehärteten Abschnitt, und des ersten Elements, um das erste Element mechanisch zu verbinden, wobei die Klebeschicht und das zweite Element, das Spin-Befestigungselement einen verflüssigten Abschnitt des zweiten Elements forciert, in unmittelbarer Nähe eines Kopfes des Spin-Befestigungselements zu akkumulieren und einen verflüssigten zweiten Abschnitt, der Material der Klebeschicht enthält, und das erste Element in der Nähe eines freiliegenden Abschnitts eines Schafts des Spin-Befestigungselements akkumuliert, wobei der ausgehärtete Klebstoff verhindert, dass einer der verflüssigten ersten Abschnitte oder der verflüssigte zweite Abschnitt in der Nähe der Klebeschicht verbleibt.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur dem Zweck der Veranschaulichung und sind nicht dazu beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise zu begrenzen.

1 ist ein Querschnitt durch die Vorderansicht eines Spin-Befestigungssystems gemäß einem exemplarischen Aspekt;
2 ist eine Seitenansicht des ersten Elements und der Klebeschicht des Spin-Befestigungssystems von 1;
3 ist eine von 2 abgewandelte Seitenansicht, um das zweite Element hinzuzufügen;
4 ist eine von 3 abgewandelte Seitenansicht, um einen ausgehärteten Abschnitt der Klebeschicht hinzuzufügen;
5 ist eine Seitenansicht ähnlich der von 4, die ein vor der Montage ausgerichtetes Spin-Befestigungselement darstellt;
6 ist eine Seitenansicht ähnlich der von 5, die das Spin-Befestigungselement in einer teilweise montierten Position darstellt;
7 ist eine Seitenansicht des ersten Elements und der Klebeschicht des Spin-Befestigungssystems von 1, die ferner mehrere Kugeln zeigt, die innerhalb der Klebeschicht positioniert sind;
8 ist eine Seitenansicht ähnlich der von 7, die das zweite Element darstellt, das mit der Klebeschicht verbunden ist; und
9 ist ein Diagramm, das die Fügekräfte für verschiedene Stärken der Klebeschicht darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung in keiner Weise einschränken.
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet ein Spin-Befestigungssystem 10 ein erstes Element 12 in Verbindung mit einem zweiten Element 14, das mit dem ersten Element 12 unter Verwendung einer Klebeschicht 16 verbunden ist, die direkt zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 positioniert ist. Der Klebstoff wird ausgehärtet, nachdem das zweite Element 14 und das erste Element 12 mit der Klebeschicht 16 verbunden sind und vor der Montage eines Spin-Befestigungselements 18. Das Spin-Befestigungselement 18 wird nacheinander durch jedes zweite Element 14, die Klebeschicht 16 und das erste Element 12 eingesetzt. Wenn die gesamte Klebeschicht 16 nicht ausgehärtet ist, wird vor dem Einsetzen des Spin-Befestigungselements 18 mindestens ein Abschnitt 20 der Klebeschicht 16 so ausgehärtet, dass eine Dicke 22 der Klebeschicht 16 im Wesentlichen fixiert ist und beim Einsetzen des Spin-Befestigungselements 18 nicht wesentlich komprimierbar ist.
Das Spin-Befestigungselement 18 wird mit hoher Drehzahl (ca. 1000 bis 8000 U/min) so gedreht, dass, wenn ein Penetrationsende 24 des Spin-Befestigungselements 18 in direkten Kontakt mit einer nach außen gerichteten Oberfläche 26 des zweiten Elements 14 in Abwärtsrichtung 28 gebracht wird, Wärme und Druck, die durch das Penetrationsende 24 an der nach außen gerichteten Oberfläche 26 erzeugt werden, einen Abschnitt des Materials des zweiten Elements 14 verflüssigen. Während sich das Spin-Befestigungselement 18 weiterhin in Abwärtsrichtung 28 bewegt, zerfällt das Material der Klebeschicht 16 mindestens am Abschnitt 20, und dann verflüssigt sich das Material des ersten Elements 12, das von dem Spin-Befestigungselement 18 kontaktiert wird, um sich mit dem verflüssigten Abschnitt des Materials des zweiten Elements 14 zu verbinden. Wie hierin verwendet, können das „Spin-Befestigungselement“ oder die Spin-Befestigungselemente auch, aber nicht beschränkt auf Befestigungselemente, die Wärme aus Reibungsbewegungen erzeugen, die die zu kontaktierenden Materialien teilweise schmelzen oder verflüssigen, und dazu gehören Fließlochschrauben, Pop-Nieten, Blindnieten und Stanznieten, beinhalten.
Anfänglich steigt ein erster nach außen gerichteter Strömungsabschnitt 30 aus verflüssigtem Material aus dem zweiten Element 14 und der Klebeschicht 16 nach oben und sammelt sich zwischen der nach außen gerichteten Oberfläche 26 und einem Kopf 32 des Spin-Befestigungselements 18. Gemäß mehreren Aspekten ist der Kopf 32 des Spin-Befestigungselements 18 konkav geformt, um den ersten nach außen gerichteten Strömungsabschnitt 30 aufzunehmen, sodass ein äußerer Umfang des Kopfes 32 direkt mit der nach außen gerichteten Oberfläche 26 des zweiten Elements 14 in Kontakt kommt.
Anschließend wird, während sich das Spin-Befestigungselement 18 durch das erste Element 12 bewegt, ein zweiter nach außen gerichteter Strömungsabschnitt 34 aus verflüssigtem Material des gehärteten Abschnitts 20 der Klebeschicht 16 und vom ersten Element 12 forciert oder nach unten gedrückt (wie in 1 zu sehen) und nach außen vom ersten Element 12 und tritt in Kontakt mit einer nach außen gerichteten Oberfläche 36 des ersten Elements 12. Der zweite nach außen gerichtete Strömungsabschnitt 34 ist dann verfügbar, um direkt mit einem Schraubengewinde 38 in Kontakt zu treten, das auf einem Schaft 40 des Spin-Befestigungselements 18 erzeugt wurde und somit einen zusätzlichen Gewindeeingriff für das Schraubengewinde 38 vorsieht. Da die gesamte Klebeschicht 16 oder zumindest der Abschnitt 20 der Klebeschicht 16, der das Spin-Befestigungselement 18 aufnimmt, vor der Montage des Spin-Befestigungselements 18 ausgehärtet und daher im Wesentlichen starr ist, wird das Material der Klebeschicht 16, z.B. am Abschnitt 20, teilweise derart zerlegt, dass das Material des ersten Elements 12 und des zweiten Elements 14 Material zum zweiten nach außen gerichteten Strömungsabschnitt 34 beisteuert. Der im Wesentlichen starre Zustand der Klebeschicht 16 schließt ein Zurückhalten von verflüssigtem Material im Bereich der Klebeschicht 16 aus, wenn das Spin-Befestigungselement 18 die Klebeschicht 16 passiert.
Das Spin-Befestigungssystem 10 der vorliegenden Offenbarung verhindert das Zurückhalten von Material im Bereich der Klebeschicht 16. Der ausgehärtete Klebstoff verhindert, dass einer der verflüssigten ersten Abschnitte oder der verflüssigte zweite Abschnitt in der Nähe der Klebeschicht verbleibt. Das Zurückhalten von Material im Bereich der Klebeschicht 16 ist unerwünscht, da dies die Dicke 22 der Klebeschicht 16 erhöht und Taschen zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 bilden kann, da verflüssigtes Material sich anschließend zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 verfestigt. Derartige Taschen oder verfestigtes Material können die Festigkeit der Verbindung zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 beeinträchtigen. Durch Verkleben des ersten Elements 12 mit dem zweiten Element 14 mit einer gehärteten und im Wesentlichen inkompressiblen Klebeschicht 16, die die verklebte Verbindung beibehält, aber während der Installation des Spin-Befestigungselements 18 Abschnittweise verformt, verschieben sich die verflüssigten Abschnitte des ersten Elements 12 und des zweiten Elements 14 weiterhin als Abschnitt des zweiten nach außen gerichteten Strömungsabschnitts 34, wodurch die verflüssigten oder zersetzten Abschnitte eines der ersten Elemente 12, der Klebeschicht 16 oder des zweiten Elements 14 im Bereich der Klebeschicht 16 eingeschlossen ist.
Unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 und nochmals auf 1 sind die Schritte eines Verfahrens zur Verwendung des Spin-Befestigungssystems 10 vorgesehen. Speziell unter Bezugnahme auf 2 wird die Klebeschicht 16 zunächst auf das erste Element 12 aufgetragen. Das erste Element 12 kann aus einer Vielzahl von Materialien bestehen, einschließlich einem Metall, wie Stahl oder Aluminium, einem Polymermaterial oder einem Verbundmaterial, wie eines Kohlefaser-Polyamid-Verbundwerkstoffs. Die Klebeschicht 16 kann als Folie oder als Flüssigkeit, durch Streichen, Sprühen oder durch ein beliebiges geeignetes Montageverfahren aufgebracht werden. Ein Beispiel für ein geeignetes Klebematerial für die Klebeschicht 16 ist der Dow 1480 Klebstoff, hergestellt von der Dow Chemical Company of Midland, Michigan, USA.
Unter Bezugnahme auf 3 und nochmals auf 2 wird nach dem Auftragen der Klebeschicht 16 das zweite Element 14 mit der Klebeschicht 16 in Kontakt gebracht. Ähnlich wie das erste Element 12, kann das zweite Element 14 aus einer Vielzahl von Materialien bestehen, einschließlich einem Metall, wie Stahl oder Aluminium, einem Polymermaterial oder einem Material, wie ein Kohlefaser-Polyamid-Verbundwerkstoff. Das Material des ersten Elements 12 und des zweiten Elements 14 kann das gleiche Material sein oder sich voneinander unterscheiden.
Unter Bezugnahme auf 4 und nochmals auf 3 wird nach dem Montieren des zweiten Elements 14 auf die Klebeschicht 16 entweder die gesamte Klebeschicht 16 oder nur der Abschnitt 20 der Klebeschicht 16 ausgehärtet, wobei jede nachfolgende Montage eines Spin-Befestigungselements 18 montiert wird. Die Aushärtung kann auf jede bekannte Art und Weise durchgeführt werden, einschließlich (UV-)Licht, Hitze, Induktionsofen, Härter oder ähnliches. Wenn nur der ausgehärtete Abschnitt 20 der Klebeschicht 16 ausgehärtet werden soll, wird eine Breite 42 und die Position des ausgehärteten Abschnitts 20 so vorgegeben, dass sie einer gewünschten Einbaulage jedes einzelnen der Spin-Befestigungselemente 18 entsprechen. Gemäß weiterer Aspekte wird davon ausgegangen, dass mehrere Spin-Befestigungselemente 18 verwendet werden, um das erste Element 12 mit dem zweiten Element 14 zu verbinden, daher können mehrere ausgehärtete Abschnitte 20, wie vorstehend beschrieben, erstellt und an vorbestimmten Stellen angeordnet werden, um die spätere Montage der Spin-Befestigungselemente 18 zu ermöglichen. Wenn die gesamte Klebeschicht 16 nach der Montage des zweiten Elements 14 ausgehärtet ist, können mehrere Spin-Befestigungselemente 18 an beliebigen Stellen angebracht werden. Gemäß weiterer Aspekte werden bei dicken Werkstücken nach der Montage mehrerer Spin-Befestigungselemente 18 die Abmessungen der gewünschten Struktur festgelegt, sodass das Aushärten der Klebeschicht 16 an jeder Stelle eines Spin-Befestigungselements 18 entfällt. Bei dünnen Werkstücken kann die Klebeschicht 16 an jeder Stelle eines Spin-Befestigungselements 18 ausgehärtet werden.
Unter Bezugnahme auf 5 und wiederum auf 4 wird ein exemplarisches der Spin-Befestigungselemente 18 an einer im Wesentlichen zentrierten Stelle eines der ausgehärteten Abschnitte 20 positioniert und axial in Drehrichtung 44 gedreht. Die zentrierten Stellen der ausgehärteten Abschnitte 20 können auf der nach außen gerichteten Oberfläche 26 des zweiten Elements 14 vorab markiert oder anderweitig bemaßt werden, beispielsweise durch Programmierung der Stellen in einen Computerspeicher einer (CNC)-Maschine oder eines Roboters.
Unter Bezugnahme auf 6 und wiederum auf 5 wird das Spin-Befestigungselement 18 dargestellt, wie es mit hoher Geschwindigkeit gedreht und in die Richtung 28 durch jedes der beiden zweiten Elemente 14 und den ausgehärteten Abschnitt 20 der Klebeschicht 16 gezwungen wird, und wie es in das erste Element 12 eintritt. Während dieser Zeit steigt der erste nach außen gerichtete Strömungsabschnitt 30 aus verflüssigtem Material nach oben und sammelt sich zwischen der nach außen gerichteten Oberfläche 26 und dem Kopf 32 des Spin-Befestigungselements 18.
Unter Bezugnahme auf 7 und wiederum auf 1 wird die Klebeschicht 16 gemäß mehreren Aspekten auf eine Oberfläche 46 des ersten Elements 12 aufgetragen. Um die Dicke 22 der Klebeschicht 16 vorzudefinieren, werden in das Material der Klebeschicht 16, z.B. vor dem Auftragen der Klebeschicht 16, eine Vielzahl von Kugeln 48 aus beispielsweise einem Material, wie einem Polymermaterial oder Glas, eingebettet. Jede der Kugeln 48 weist einen gemeinsamen Durchmesser auf, der im Wesentlichen gleich einem gewünschten Wert der Dicke 22 ist.
Unter Bezugnahme auf 8 und wiederum auf die 1, 4 und 7, wobei das zweite Element 14 in Kontakt mit der Klebeschicht 16 so positioniert ist, dass die Kugeln 48 direkt die Oberfläche 46 des ersten Elements 12 und einer entgegengesetzt gerichteten Oberfläche 50 des zweiten Elements 14 kontaktieren. Die Kugeln 48 sind durch eine auf die Klebeschicht 16 ausgeübte Kraft bei der Montage der Spin-Befestigungselemente 18 im Wesentlichen inkompressibel, sodass ein späterer Kontakt des zweiten Elements 14 mit der Klebeschicht 16 die Klebeschicht 16 nicht unter die gewünschte Dicke 22 komprimiert. Wenn ein Material, das für die Kugeln 48 ausgewählt wurde, nicht durch die Temperatur verflüssigt werden kann, die beim späteren Einsetzen des Spin-Befestigungselements 18 erzeugt wird, können die Kugeln 48 selektiv in die Klebeschicht 16 außerhalb der vorgegebenen Breite 42 des ausgehärteten Abschnitts 20 eingesetzt werden, um den Kontakt zwischen dem Spin-Befestigungselement 18 und einer der Kugeln 48 zu vermeiden. Die Kugeln 48 verbleiben nach dem Aushärten in der Klebeschicht 16.
Unter Bezugnahme auf 9 ist es wünschenswert, für jeden verwendeten Klebstoff und für jedes Material oder jede Materialkombination des ersten Elements 12 und des zweiten Elements 14 eine optimale Klebelinie oder Klebeschichtdicke 22 vorzugeben, um die Fügefestigkeit zu maximieren. Diese Daten werden von Fall zu Fall abgeleitet, und ein Beispiel ist in der Grafik 52 dargestellt. Die Grafik 52 vermittelt auf einer Ordinate 54 eine Reihe von gemessenen Fügefestigkeiten eines geklebten 2,5 mm dicken Kohlefaser-Verbundwerkstoffs, der eine Kraft zum Brechen einer mit 38 mm x 125 mm mit einer Überlappung von 38 mm x 38 mm, gekennzeichnet in Pfund, hergestellten Verbindung und auf einer Abszisse 56 mehrere Klebe- oder Klebeschichtdicken, die in Schritten von 0,25 mm vorgesehen sind, definiert. In dem in der Grafik 52 dargestellten Beispiel ist eine maximale oder optimale Fügefestigkeit von ca. 2950 lb. vorgesehen, unter Verwendung einer Klebeschichtdicke von 0,5 mm für ein Sandwich des ersten Elements 12, der Klebeschicht 16 und des zweiten Elements 14 aus einer 30%-igen Masse Kohlenstofffaser auftritt. Mithilfe der Grafik 52 kann der Anwender daher die optimale Klebeschichtdicke von 0,5 mm für nachfolgende Einbauten mit diesen Materialien wählen. Es können mehrere ähnliche Grafiken erstellt werden, die bei der Auswahl verschiedener Materialkombinationen für verschiedene Aspekte des Spin-Befestigungssystems 10 verwendet werden können. Mehrere verschiedene der optimalen Klebeschichtdicke 22 für verschiedene Materialien und verschiedene Klebstoffe können so zum Beispiel in einem Speicher eines Computersystems gespeichert werden.
Ein Spin-Befestigungssystem 10 und das Verfahren zur Montage der vorliegenden Offenbarung bringen mehrere Vorteile mit sich. Dies beinhaltet die Verwendung eines ausgehärteten Klebstoffs, der zwischen Elementen, wie Karosserieblechen oder Strukturelementen eines Fahrzeugs, positioniert ist. Mindestens ein Spin-Befestigungselement wird durch das erste und zweite Element sowie die ausgehärtete Klebeschicht hindurch eingesetzt. Die ausgehärtete Klebeschicht verflüssigt sich ähnlich wie die Materialien der ersten und zweiten Elemente während der Montage des Spin-Befestigungselements. Die ausgehärtete Klebeschicht verhindert, dass sich die Ansammlung von verflüssigtem Material, das während der Montage des Spin-Befestigungselements entsteht, zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ansammelt, was eine Verbindung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element schwächen könnte. Weitere Verfahren zum Vermeiden der Ansammlung von verflüssigtem Material können die Voreinstellung der Werkstückpositionen beinhalten, z. B. durch Widerstandsschweißen, Clinchen u. ä. vor der Befestigung. Das System und die Verfahren der vorliegenden Offenbarung können zumindest für Materialkombinationen des ersten Elements 12 und des zweiten Elements 14 verwendet werden, einschließlich Metall-Metall, Metall-Polymer-Verbundwerkstoff und Polymer-Verbundwerkstoff-zu-Polymer-Verbundwerkstoff.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist nur als Beispiel zu verstehen und Variationen, die sich nicht vom Kern der Erfindung entfernen, werden als im Rahmen der Erfindung befindlich vorausgesetzt. Solche Variationen sollen nicht als eine Abweichung vom Sinn und Umfang der Erfindung betrachtet werden.

Claims

Verfahren für Spin-Befestigungskomponenten, umfassend: das Aufbringen einer Klebeschicht auf ein erstes Element; das Positionieren eines zweiten Elements in Kontakt mit der Klebeschicht; mindestens einen Abschnitt der Klebeschicht nach dem das zweite Element in Kontakt mit der Klebeschicht positioniert ist, um zumindest den Abschnitt der Klebeschicht im Wesentlichen zu versteifen; und das Einsetzen von mindestens einem Spin-Befestigungselement nacheinander durch jedes der zweiten Elemente, den ausgehärteten Abschnitt der Klebeschicht und das erste Element, um das erste Element, die Klebeschicht und das zweite Element mechanisch zu verbinden.
Verfahren für Spin-Befestigungskomponenten nach Anspruch 1, ferner beinhaltend das Drehen des Spin-Befestigungselements, so dass, wenn ein Penetrationsende des Spin-Befestigungselements in direkten Kontakt mit einer nach außen gerichteten Oberfläche des zweiten Elements gebracht wird, Hitze und Druck, die durch das Penetrationsende an der nach außen gerichteten Oberfläche erzeugt werden, einen Abschnitt des Materials des zweiten Elements zur Verflüssigung veranlasst.
Verfahren für Spin-Befestigungskomponenten nach Anspruch 1, ferner beinhaltend: das Forcieren eines ersten nach außen gerichteten Strömungsabschnitts eines verflüssigten Materials der Klebeschicht und des ersten Elements, um sich zwischen der nach außen gerichteten Oberfläche des zweiten Elements und einem Kopf des Spin-Befestigungselements zu sammeln; und das Drücken eines zweiten nach außen gerichteten Strömungsabschnitts eines verflüssigten Materials des gehärteten Abschnitts der Klebeschicht und des ersten Elements nach außen vom ersten Element, um mit einer nach außen gerichteten Oberfläche des ersten Elements in Kontakt zu treten, wobei der gehärtete Klebstoff verhindert, dass einer der ersten nach außen gerichteten Abschnitte oder der zweite nach außen gerichtete Abschnitt in der Nähe der Klebeschicht verbleibt.
Verfahren für Spin-Befestigungskomponenten nach Anspruch 2, ferner beinhaltend das Einbetten einer Vielzahl von Kugeln in die Klebeschicht, wobei jede der Kugeln einen gemeinsamen Durchmesser aufweist, der im Wesentlichen gleich einer gewünschten Dicke der Klebeschicht ist.
Verfahren für Spin-Befestigungskomponenten nach Anspruch 2, worin der Härtungsschritt für den wenigstens einen Abschnitt der Klebeschicht das vollständige Aushärten der Klebeschicht beinhaltet, nachdem das zweite Element in Kontakt mit der Klebeschicht positioniert wurde.
Verfahren für Spin-Befestigungskomponenten, umfassend: das Aufbringen einer Klebeschicht auf ein erstes Element; das Positionieren eines zweiten Elements in Kontakt mit der Klebeschicht; das Aushärten der Klebeschicht nach dem Positionieren des zweiten Elements das Kontaktieren der Klebeschicht, um die Klebeschicht im Wesentlichen zu versteifen; und das Einsetzen von mindestens einem Spin-Befestigungselement nacheinander durch jedes der zweiten Elemente, die ausgehärtete Klebeschicht und das erste Element, um das erste Element, die Klebeschicht und das zweite Element mechanisch zu verbinden, wobei das Spin-Befestigungselement einen verflüssigten Abschnitt des zweiten Elements zwingt, sich in der Nähe eines Kopfes des Spin-Befestigungselements zu akkumulieren, und einen verflüssigten zweiten Abschnitt, der Material der Klebeschicht enthält, zwingt, und das erste Element in der Nähe eines freiliegenden Abschnitts eines Schaftes des Spin-Befestigungselements akkumuliert, wobei der ausgehärtete Klebstoff verhindert, dass einer der verflüssigten ersten Abschnitte oder der verflüssigte zweite Abschnitt in der Nähe der Klebeschicht verbleibt.