DE102019104818A1 - Clamp for the production of a component composite and component composite - Google Patents

Clamp for the production of a component composite and component composite Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klammer zur Herstellung eines Bauteilverbundes und einen Bauteilverbund. Die Klammer beinhaltet einen metallischen Hauptkörper (12) mit einem ersten und zweiten Klammerschenkel (14, 16), die durch Zusammendrücken der Klammerschenkel (14, 16) lokal begrenzt in einem Kontaktbereich miteinander in Anlage bringbar sind. Die Klammer (10) weist weiterhin eine Isolationsschicht (19) auf der Innenseite der Klammerschenkel (14, 16) auf, die im Kontaktbereich ausgespart ist.The invention relates to a clamp for producing a composite component and a composite component. The clip contains a metallic main body (12) with a first and second clip legs (14, 16) which can be brought into contact with one another in a locally limited contact area by pressing the clip legs (14, 16) together. The clip (10) also has an insulation layer (19) on the inside of the clip legs (14, 16), which is cut out in the contact area.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klammer zur Herstellung eines Bauteilverbundes und einen Bauteilverbund.The invention relates to a clamp for producing a composite component and a composite component.

Aus dem Automobilbau ist es bekannt, Anbau- und Strukturteile der Karosserie aus Gewichtsgründen aus faserverstärktem Kunststoff herzustellen. Für die Verbindung derartiger Kunststoffbauteile mit herkömmlichen Metallbauteilen sind besondere Fügeverfahren notwendig. Ein direktes Schweißen ist aufgrund der nicht schweißbaren Materialkombination nicht möglich.From the automotive industry it is known to manufacture add-on and structural parts of the body from fiber-reinforced plastic for weight reasons. Special joining processes are necessary for the connection of such plastic components with conventional metal components. Direct welding is not possible due to the non-weldable material combination.

Eine bekannte Möglichkeit, um faserverstärkte Bauteile mit Metallbauteilen zu verbinden, sieht den Einsatz einer Klammer vor, welche auf das faserverstärkte Bauteil aufgeschoben wird. Die Klammer greift in ein Loch im faserverstärkten Bauteil ein und verrastet hierdurch mit diesem. Anschließend wird das faserverstärkte Bauteil mit einem Metallbauteil verbunden, z.B. durch Verschweißen der Klammer mit dem Metallbauteil. Derartige Klammern sind beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2007 040 014 A1 bekannt.One known way of connecting fiber-reinforced components to metal components is to use a clip which is pushed onto the fiber-reinforced component. The clip engages in a hole in the fiber-reinforced component and thereby engages with it. The fiber-reinforced component is then connected to a metal component, for example by welding the clamp to the metal component. Such brackets are for example from the publication DE 10 2007 040 014 A1 known.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Möglichkeit anzugeben, wie eine CFK-Metallverbindung realisiert werden kann. Insbesondere soll die Verbindung eine hohe Festigkeit und eine geringe Korrosionsneigung aufweisen und der Bauteilverbund soll gegen Klappern geschützt sein.Against this background, it is the object of the invention to provide an improved possibility of how a CFRP metal connection can be implemented. In particular, the connection should have high strength and a low tendency to corrosion and the component assembly should be protected against rattling.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Klammer nach Patentanspruch 1 und einen Bauteilverbund nach Patentanspruch 4. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.The object is achieved by a clamp according to patent claim 1 and a component assembly according to patent claim 4. Further advantageous configurations emerge from the dependent claims and the following description.

Es wird eine Klammer zur Herstellung eines Bauteilverbundes angegeben mit einem metallischen Hauptkörper mit einem ersten und zweiten Klammerschenkel, die durch Zusammendrücken der Schenkel in einem Kontaktbereich lokal begrenzt miteinander in Anlage bringbar sind. Außerhalb des Kontaktbereichs bleiben die Schenkel beabstandet zueinander, wodurch ein Raum zur Aufnahme eines Bauteils geschaffen ist.A clamp for producing a component assembly is specified with a metallic main body with a first and second clamp legs which can be brought into contact with one another in a locally limited manner by pressing the legs together in a contact area. Outside the contact area, the legs remain at a distance from one another, creating a space for receiving a component.

Erfindungsgemäß weist die Klammer weiterhin eine Isolationsschicht auf der Innenseite der Klammerschenkel auf, die im Kontaktbereich ausgespart ist.According to the invention, the clip also has an insulation layer on the inside of the clip legs, which is cut out in the contact area.

Die Klammer wird auf ein Kunststoffbauteil, vorzugsweise ein faserverstärktes Kunststoffbauteil aufgeschoben, so dass sie das Bauteil von der Seite umgreift. Das Kunststoffbauteil weist eine Durchgangsöffnung auf an einer Stelle, an der das Kunststoffbauteil mit einem Metallbauteil verbunden werden soll. Die Klammer wird nun so positioniert, dass der Kontaktbereich an der Durchgangsöffnung anliegt. Werden nun die Schenkel der Klammer zusammengedrückt, so kommen sie im Bereich der Durchgangsöffnung in Kontakt miteinander. Die Klammer kann auch derart geformt sein, dass die Schenkel im Kontaktbereich bereits in Kontakt sind ohne hierzu zusammengedrückt werden zu müssen.The clip is pushed onto a plastic component, preferably a fiber-reinforced plastic component, so that it engages around the component from the side. The plastic component has a through opening at a point at which the plastic component is to be connected to a metal component. The clamp is now positioned so that the contact area rests against the through opening. If the legs of the clamp are now pressed together, they come into contact with one another in the area of the through opening. The clip can also be shaped in such a way that the legs are already in contact in the contact area without having to be pressed together for this purpose.

Die Isolationsschicht ist auf der Innenseite der Schenkel angeordnet, d.h. der Seite der Klammerschenkel, die einander zugewandt sind. Die Isolationsschicht ist jedoch nicht im Kontaktbereich ausgebildet. Dieser ist frei von der Isolationsschicht. Werden die Klammerschenkel zusammengedrückt, so liegt im Kontaktbereich das Metall des einen Schenkels auf dem Metall des anderen Klammerschenkels auf. Hierdurch wird ein elektrischer Kontakt realisiert, der für das spätere Verschweißen wichtig ist. Gleichzeitig stellt die Isolationsschicht eine galvanische Trennung von Metallklammer und einzuklemmendem Kunststoffbauteil bereit. Hierdurch können auch faserverstärkte Kunststoffbauteile, wie z.B. kohlenstofffaserverstärkte Bauteile (CFK-Bauteile) mit Metallbauteilen verschweißt werden, wobei eine Kontaktkorrosion verhindert wird.The insulation layer is arranged on the inside of the legs, i. the side of the clamp legs that are facing each other. However, the insulation layer is not formed in the contact area. This is free of the insulation layer. If the clip legs are pressed together, the metal of one leg rests on the metal of the other clip leg in the contact area. This creates an electrical contact that is important for later welding. At the same time, the insulation layer provides galvanic separation of the metal clip and the plastic component to be clamped. This means that fiber-reinforced plastic components such as Carbon fiber reinforced components (CFRP components) are welded to metal components, whereby contact corrosion is prevented.

Weiterhin wird ein Bauteilverbund angegeben mit einem Metallbauteil, einem Kunststoffbauteil und einer Klammer, wobei das Kunststoffbauteil mit einer Durchgangsöffnung versehen ist, die Klammer das Kunststoffbauteil umgreift, und beide Klammerschenkel im Bereich der Durchgangsöffnung mit dem Metallbauteil verschweißt sind. Die Klammer ist wie voranstehend bzw. nachfolgend beschrieben ausgebildet, wobei im Bauteilverbund dieselben technischen Vorteile und Wirkungen erzielt werden, wie sie für die Klammer beschrieben wurden. Der metallische Hauptkörper der Klammer ist vorzugsweise aus einem Metall ausgebildet, das mit dem Metall des Metallbauteils verschweißbar ist. Bei dem Metallbauteil kann es sich z.B. um ein Stahlbauteil oder ein Leichtmetallbauteil wie z.B. ein Aluminium oder Magnesiumbauteil handeln.Furthermore, a composite component is specified with a metal component, a plastic component and a clamp, the plastic component being provided with a through opening, the clamp encompassing the plastic component, and both clamp legs being welded to the metal component in the area of the through opening. The clip is designed as described above or below, the same technical advantages and effects being achieved in the component assembly as were described for the clip. The metallic main body of the clamp is preferably formed from a metal which can be welded to the metal of the metal component. The metal component can e.g. around a steel component or a light metal component such as be an aluminum or magnesium component.

Bei dem Kunststoffbauteil handelt es sich vorzugsweise um ein faserverstärktes Kunststoffbauteil und insbesondere um ein kohlenstofffaserverstärktes Kunststoffbauteil, bei dem Kohlenstofffasern in eine Kunststoffmatrix eingebunden sind.The plastic component is preferably a fiber-reinforced plastic component and, in particular, a carbon fiber-reinforced plastic component in which carbon fibers are incorporated into a plastic matrix.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Isolationsschicht der Klammer eine elastomere Schicht ist. Beispielsweise kann die Isolationsschicht aus einem Kautschukmaterial gebildet sein. Das elastomere Material hat aufgrund seiner Elastizität dämpfende Eigenschaften und beugt somit dem Klappern der anliegenden Bauteile vor. Ein weiterer positiver Effekt ist, dass die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien durch das elastische Material der Isolationsschicht aufgefangen werden. Thermisch induzierte Spannungen im Bauteilverbund können reduziert werden.It is particularly advantageous if the insulating layer of the clip is an elastomeric layer. For example, the insulation layer can be formed from a rubber material. Due to its elasticity, the elastomeric material has damping properties and thus prevents the adjacent components from rattling. Another positive effect is that the different expansion coefficients of the materials are absorbed by the elastic material of the insulation layer. Thermally induced stresses in the component can be reduced.

Ein weiterer Vorteil einer elastomeren Isolationsschicht besteht darin, dass diese mit dem Metallbauteil und dem Kunststoffbauteil vulkanisiert sein kann. Hierdurch wird eine zusätzliche stoffschlüssige Verbindung zwischen Klammer und Kunststoffbauteil ausgebildet, wodurch auch die Festigkeit der gesamten Bauteilverbindung gegenüber einer Verbindung ohne die elastische Isolationsschicht gesteigert wird. Zudem steigt die Energieaufnahme der Bauteilverbindung im Crashfall.Another advantage of an elastomeric insulation layer is that it can be vulcanized with the metal component and the plastic component. As a result, an additional material connection is formed between the clip and the plastic component, which also increases the strength of the entire component connection compared to a connection without the elastic insulation layer. In addition, the energy consumption of the component connection increases in the event of a crash.

Vorzugsweise ist die Klammer derart ausgebildet, dass der zweite Klammerschenkel eine Vertiefung aufweist, die in Richtung auf den ersten Klammerschenkel vorsteht. Durch die vorstehende Vertiefung kann eine einfache Kontaktierung der Klammerschenkel erreicht werden. Die Materialdicke der Klammerschenkel kann gleichbleibend sein, was sich vorteilhaft auf den Schweißprozess auswirkt.The clip is preferably designed in such a way that the second clip leg has a recess which protrudes in the direction of the first clip leg. The protruding depression enables simple contacting of the clamp legs. The material thickness of the clamp legs can be constant, which has an advantageous effect on the welding process.

Zudem ermöglicht die vorstehende Vertiefung, die Klammer bereits vor dem Verschweißen formschlüssig am Kunststoffbauteil festzulegen, indem die Vertiefung in ein korrespondierendes Loch im Kunststoffbauteil eingreift. Für die Festigkeit des Bauteilverbundes ist es von Vorteil, wenn die Klammer mit einer wie voranstehend beschriebene Vertiefung ausgebildet ist, die in Richtung auf den ersten Klammerschenkel vorsteht und die Vertiefung in die Durchgangsöffnung im Kunststoffbauteil eingreift. Die zusätzliche formschlüssige Fixierung der Klammer am Kunststoffbauteil erleichtert nicht nur die Montage sondern erhöht auch die Festigkeit der Verbindung.In addition, the protruding recess makes it possible to fix the clip in a form-fitting manner on the plastic component before welding, in that the recess engages in a corresponding hole in the plastic component. For the strength of the composite component, it is advantageous if the clamp is designed with a recess as described above, which protrudes in the direction of the first clamp leg and the recess engages in the through opening in the plastic component. The additional form-fitting fixation of the clip on the plastic component not only facilitates assembly but also increases the strength of the connection.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination. If the term “can” is used in this application, it concerns both the technical possibility and the actual technical implementation.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

  • 1 eine Schnittansicht einer beispielhaften Klammer,
  • 2 eine Draufsicht auf eine derartige Klammer und
  • 3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Bauteilverbindung.
In the following, exemplary embodiments are explained using the accompanying drawings. Show in it:
  • 1 a sectional view of an exemplary bracket,
  • 2 a plan view of such a bracket and
  • 3 a schematic representation of an exemplary component connection.

1 zeigt eine beispielhafte Klammer 10, die auf ein Kunststoffbauteil 20 in Form eines kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffbauteils (CFK-Bauteil) aufgeschoben ist. Die Klammer 10 weist einen metallischen Hauptkörper 12, z.B. aus einem Stahlblech, auf mit einem ersten und zweiten Klammerschenkel 14, 16, welche das Bauteil 20 umgreifen, so dass das Bauteil 20 zwischen den Schenkeln 14, 16 angeordnet ist. Im Bauteil 20 ist eine Durchgangsöffnung 22 ausgebildet. Der zweite Schenkel der Klammer weist eine Vertiefung 18 auf, welche in Richtung auf den ersten Schenkel 14 vorsteht. 1 shows an exemplary bracket 10 on a plastic component 20th is pushed in the form of a carbon fiber reinforced plastic component (CFRP component). The clip 10 has a metallic main body 12 , for example from a sheet steel, with a first and second clamp leg 14th , 16 which the component 20th reach around so that the component 20th between the thighs 14th , 16 is arranged. In the component 20th is a through opening 22nd educated. The second leg of the clip has a recess 18th on which towards the first leg 14th protrudes.

2 zeigt eine Draufsicht auf die Klammer 10 aus 1 mit der kreisförmigen Vertiefung 18. Die Vertiefung 18 dient der Fixierung der Klammer am faserverstärkten Bauteil 10, wozu die Vertiefung in die entsprechend geformte Durchgangsöffnung 22 eingreift. Im Bereich der Durchgangsöffnung sind die beiden Schenkel der Klammer in Kontakt miteinander bzw. können durch Zusammendrücken der Schenkel in Kontakt miteinander gebracht werden. Hierdurch wird eine direkte elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Klammerschenkeln erzeugt. 2 Figure 3 shows a top view of the bracket 10 out 1 with the circular recess 18th . The depression 18th serves to fix the clamp on the fiber-reinforced component 10 , including the recess in the correspondingly shaped through opening 22nd intervenes. In the area of the through-opening, the two legs of the clip are in contact with one another or can be brought into contact with one another by pressing the legs together. This creates a direct, electrically conductive connection between the clamp legs.

Weiterhin weist die Klammer 10 eine elastomere Isolationsschicht 19 auf, welche auf der Innenseite der Klammerschenkel angeordnet ist. Diese Isolationsschicht 19 isoliert das faserverstärkte Bauteil 20 von dem metallischen Hauptkörper 12 der Klammer. Die Isolationsschicht 19 weist im Kontaktbereich eine Aussparung auf, so dass dort die metallischen Schenkel direkt aufeinander aufliegen (können).Furthermore, the bracket 10 an elastomeric insulation layer 19th on, which is arranged on the inside of the clamp legs. This insulation layer 19th insulates the fiber-reinforced component 20th from the metallic main body 12 the bracket. The insulation layer 19th has a recess in the contact area so that the metallic legs (can) lie directly on one another there.

3 zeigt einen beispielhaften Bauteilverbund 1. Zur Herstellung des Bauteilverbundes 1 wird das Kunststoffbauteil 20 mit daran fixierter Klammer 10 mit einem Metallbauteil 30, z.B. einem Stahlbauteil, verschweißt, z.B. durch Widerstandsschweißen. Hierzu werden beispielsweise die Elektroden einer nicht dargestellten Widerstandsschweißanlage auf die Vertiefung der Klammer und die entgegengesetzte Seite des Metallbauteils gedrückt und es wird ein Strom hindurch geleitet. Die entstehende Schweißverbindung 40 verbindet beide Schenkel 14, 16 der Klammer 10 mit dem Metallbauteil 30. Das Kunststoffbauteil 20 ist durch die umgreifende Klammer 10 formschlüssig am Metallbauteil 30 fixiert. Ist die Isolationsschicht 19 der Klammer 10 auf den metallischen Grundkörper 12 und auf das Kunststoffbauteil 20 aufvulkanisiert, so ist das Kunststoffbauteil 20 zusätzlich stoffschlüssig angebunden, wodurch die Festigkeit der Verbindung weiter gesteigert wird. 3 shows an exemplary component assembly 1 . For the production of the component composite 1 becomes the plastic component 20th with clamp attached to it 10 with a metal component 30th , for example a steel component, welded, for example by resistance welding. For this purpose, for example, the electrodes of a resistance welding system (not shown) are pressed onto the recess of the clamp and the opposite side of the metal component and a current is passed through. The resulting weld joint 40 connects both legs 14th , 16 the bracket 10 with the metal component 30th . The plastic component 20th is through the encompassing bracket 10 form-fitting on the metal component 30th fixed. Is the isolation layer 19th the bracket 10 on the metallic body 12 and on the plastic component 20th vulcanized, so is the plastic component 20th in addition, firmly connected, which further increases the strength of the connection.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
BauteilanordnungComponent arrangement
1010
KlammerBracket
1212
metallischer Hauptkörpermetallic main body
1414th
erster Schenkelfirst leg
1616
zweiter Schenkelsecond leg
1818th
Vertiefungdeepening
1919th
IsolationsschichtInsulation layer
2020th
KunststoffbauteilPlastic component
2222nd
DurchgangsöffnungThrough opening
3030th
MetallbauteilMetal component
4040
SchweißpunktWelding point

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102007040014 A1 [0003]DE 102007040014 A1 [0003]

Claims (8)

Klammer zur Herstellung eines Bauteilverbundes mit: einem metallischen Hauptkörper (12) mit einem ersten und zweiten Klammerschenkel (14, 16), die durch Zusammendrücken der Klammerschenkel (14, 16) lokal begrenzt in einem Kontaktbereich miteinander in Anlage bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Klammer (10) weiterhin eine Isolationsschicht (19) auf der Innenseite der Klammerschenkel (14, 16) aufweist, die im Kontaktbereich ausgespart ist.Clamp for producing a composite component with: a metallic main body (12) with a first and second clamp legs (14, 16) which can be brought into contact with one another in a locally limited manner in a contact area by pressing the clamp legs (14, 16) together, characterized in that the clip (10) furthermore has an insulation layer (19) on the inside of the clip legs (14, 16) which is cut out in the contact area. Klammer nach Patentanspruch 1, wobei die Isolationsschicht (19) eine elastomere Schicht ist.Bracket after Claim 1 wherein the insulating layer (19) is an elastomeric layer. Klammer nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, wobei der zweite Klammerschenkel (16) eine Vertiefung (18) aufweist, die in Richtung auf den ersten Klammerschenkel (14) vorsteht.Bracket after one of the Claims 1 or 2 wherein the second clamp leg (16) has a recess (18) which protrudes in the direction of the first clamp leg (14). Bauteilverbund mit einem Metallbauteil (30), einem Kunststoffbauteil (20) und einer Klammer (10) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei das Kunststoffbauteil (20) mit einer Durchgangsöffnung (22) versehen ist, die Klammer (10) das faserverstärkte Kunststoffbauteil (20) umgreift, und beide Klammerschenkel (14, 16) im Bereich der Durchgangsöffnung (22) mit dem Metallbauteil (30) verschweißt sind.Component composite with a metal component (30), a plastic component (20) and a clamp (10) according to one of the Claims 1 to 3 , wherein the plastic component (20) is provided with a through opening (22), the clamp (10) engages around the fiber-reinforced plastic component (20), and both clamp legs (14, 16) with the metal component (30) in the area of the through opening (22) are welded. Bauteilverbund nach Patentanspruch 4 mit einer Klammer nach Anspruch 3, bei dem die Vertiefung (18) in die Durchgangsöffnung (22) im Kunststoffbauteil (20) eingreift.Component composite according to Claim 4 with a bracket Claim 3 , in which the recess (18) engages in the through opening (22) in the plastic component (20). Bauteilverbund nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei die Isolationsschicht (19) mit dem Metallbauteil (30) und dem Kunststoffbauteil (20) vulkanisiert ist.Component composite according to Claim 4 or 5 , wherein the insulation layer (19) is vulcanized with the metal component (30) and the plastic component (20). Bauteilverbund nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, wobei das Kunststoffbauteil (20) ein faserverstärktes Kunststoffbauteil ist.Component composite according to one of the Claims 4 to 6th , wherein the plastic component (20) is a fiber-reinforced plastic component. Bauteilverbund nach Patentanspruch 7, wobei das Kunststoffbauteil (20) ein kohlenstofffaserverstärktes Kunststoffbauteil ist.Component composite according to Claim 7 wherein the plastic component (20) is a carbon fiber reinforced plastic component.
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