DE112017001652T5

DE112017001652T5 - Verfahren und Vorrichtung zum Einführen eines Einsatzes in eine Verbundplatte

Info

Publication number: DE112017001652T5
Application number: DE112017001652.5T
Authority: DE
Inventors: Clément CALLENS
Original assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Current assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2018-12-20
Also published as: WO2017168104A1; FR3049490B1; FR3049490A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einführen eines Einsatzes (40) in eine Verbundplatte. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) man stellt einen Einsatz (40) und eine ein thermoplastisches Polymermaterial und Verstärkungsfasern umfassende Verbundplatte (60) bereit, wobei die Platte zwei einander gegenüberliegende Seiten (59, 61) aufweist; und b) man bringt den Einsatz (40) an der Verbundplatte in Querrichtung in Eingriff. Zwischen der Stufe a) und der Stuffe b) sorgt man für eine Erweichung des thermoplastischen Polymermaterials der Verbundplatte (60), um den Einsatz ausgehend von einer der Seiten (59) in Eingriff durch die Platte (60) hindurch zu bringen, wobei die Fasern beiseite geschoben werden, während dabei erweichtes, eingepresstes Polymermaterial sich um den Einsatz (40) herum erstreckt und an der anderen Seite (61) vorsteht; und man verformt das erweichte, eingepresste Polymeraterial, das sich um den Einsatz herum erstreckt und an der anderen Seite (61) vorsteht,

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einführen eines Einsatzes in eine Verbundplatte und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Ein in Frage kommendes Anwendungsgebiet ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, der Zusammenbau von Verbundteilen, bei denen ein mit einem Gewinde versehener Metalleinsatz eingeführt wird, der mit einer Schraube in Eingriff gelangen kann. Bei den hier genannten Verbundwerkstoffen handelt es sich um Materialien, die eine thermoplastische Polymermatrix und in die Matrix eingebettete Verstärkungsfasern enthalten.
Es ist bekannt, Verbundplatten zu durchbohren, um sie beispielsweise mittels schraubbarer Elemente, Nieten oder Bolzen an einem anderen Element befestigen zu können.
Nachdem die Verbundplatte hergestellt worden ist, wird sie mit einem Schneidwerkzeug, beispielsweise einer Bohrmaschine, gelocht. Dabei unterliegen nicht nur das Polymermaterial, sondern auch die Verstärkungsfasern dem Schneidevorgang. Daher kommt es beim Bohrvorgang zu Faserbrüchen. Infolgedessen bewirken die gebildeten Aussparungen und die Faserbrüche, dass die Zerbrechlichkeit der Verbundplatte zunimmt, d.h. ihre mechanische Beständigkeit wird beeinträchtigt.
Um diesen Nachteil zu überwinden, ist es möglich, eine Tülle, beispielsweise aus Metall, in die Bohrung einzuführen. Die Tülle weist zwei zylindrische Rotationskörper auf, die jeweils einen Flansch und gegenüber ein kreisförmiges Befestigungsende aufweisen. Die zylindrischen Körper kommen innerhalb der Bohrung jeweils an den beiden gegenüberliegenden Seiten der Verbundplatte in Eingriff, so daß die beiden kreisförmigen Enden der zylindrischen Körper zwangsweise ineinander passen, während die Flansche jeweils an den Rändern der Öffnungen, die an den zwei gegenüberliegenden Seiten einmünden, anliegen. Auf diese Weise bewirkt die Metalltülle eine Verstärkung der Verbundplatte beim Durchbohren. Die Bohrung wird dann durch die innere zylindrische Rotationsfläche der beiden kreisförmigen Körper begrenzt, die dann einen Schraubeinsatz aufnehmen können. Diese Vorgehensweise ist jedoch relativ teuer.
Es ist auch bekannt, den Einsatz in die Platte einzuschrauben. Dazu wird der Einsatz nicht nur innen mit einem Gewinde versehen, sondern auch mit einem Außengewinde. Eine solche Vorgehensweise erfordert jedoch eine beträchtliche Dicke des Verbundmaterials, die mindestens der Länge des Einsatzes entspricht.
Somit besteht eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, ein Verfahren zum Einführen eines Einsatzes bereitzustellen, das nicht nur kostengünstiger ist, sondern auch diesen Einführvorgang in das Verbundmaterial unabhängig von dessen Dicke ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsgegenstand ein Verfahren zum Einführen eines Einsatzes in eine Verbundplatte bereitgestellt, das die folgenden Stufen umfasst: a) man stellt einerseits einen Einsatz und andererseits eine Verbundplatte bereit, wobei die Verbundplatte ein thermoplastisches Polymermaterial und Verstärkungsfasern, die in das thermoplastische Polymermaterial eingebettet sind, umfasst, wobei die Platte eine Mittelebene definiert und zwei einander gegenüberliegende Seiten aufweist; und b) man bringt den Einsatz an der Verbundplatte in Querrichtung in Eingriff. Ferner sorgt man zwischen Stufe a) und Stufe b) für eine Erweichung des thermoplastischen Polymermaterials der Verbundplatte, um den Einsatz lokal ausgehend von einer der Seiten in Querrichtung in Eingriff an der Platte zu bringen, wobei die Fasern beiseite geschoben werden, während dabei erweichtes, eingepresstes Polymermaterial sich um den Einsatz herum erstreckt und an der anderen Seite vorsteht. Das erweichte, eingepresste Polymeraterial, das sich um den Einsatz herum erstreckt, wird dann verformt und steht an der anderen Seite vor.
Ein Merkmal der Erfindung liegt somit in der Umwandlung des Verbundstoffs, wobei das thermoplastische Polymer weich gemacht wird. In dieser Phase wird dem Polymer thermische Energie zugeführt, wodurch es eine Temperatur erreicht, die wesentlich über seiner Schmelztemperatur liegt. Dadurch wird das Durchführen des Einsatzes durch die Platte errleichtert, wobei die Fasern beiseite geschoben werden und ein Zerschneiden der Fasern vermieden wird. Während der Einsatz durch die Platte geführt wird, bilden die sich auseinander bewegenden Fasern Bündel um den Einsatz herum, wobei das erweichte Polymermaterial sich verformt und gelocht wird. Somit bildet die Platte örtlich eine Schicht aus erweichtem Polymermaterial, die im Wesentlichen eine hyperboloidale Form aufweist und den Einsatz umgibt und dabei an der anderen Seite vorsteht. Dann wird diese Schicht aus Polymermaterial, die immer noch weich ist, um den Einsatz herum verformt, wodurch der Sitz des Einsatzes verfestigt wird. Es lässt sich feststellen, dass die Abzugsfestigkeit des Einsatzes um mindestens 70% errhöht wird, verglichen mit den üblichen Lösungen, bei denen ein Bohrvorgang vorgenommen wird
Auf diese Weise werden die Fasern nicht oder nur sehr wenig zerschnitten, sondern für den Durchtritt des Einsatzes freigegeben. Daher behält der Verbundwerkstoff seine mechanische Festigkeit im Bereich um den Einsatz herum. Außerdem ist es nicht notwendig, den Verbundwerkstoff vorher zu durchbohren; vielmehr wird der Einsatz direkt in einem Schritt eingeführt. Dieser Schritt ist vorteilhafterweise mit der thermoplastischen Verformung des Verbundwerkstoffs gekoppelt, was die Produktivität erhöht. Außerdem gibt es keinen Materialverlust sowohl bei den Verstärkungsfasern als auch beim thermoplastischen Polymer, da sie während dieses Vorgangs um den Einsatz herum rekonditioniert und verformt werden.
Ferner ist der Einsatz vorzugsweise aus einem starren Material gefertig. Er ist somit gegenüber den Spannungen, denen er beim Einführen in die Verbundplatte ausgesetzt ist, nicht verformbar. Der Einsatz besteht beispielsweise aus Stahl.
Ferner wird gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ein weiteres erweichtes thermoplastisches Polymermaterial bereitgestellt, und das eingepresste, erweichte Polymermaterial, das sich um den Einsatz herum erstreckt, wird mit dem weiteren erweichten thermoplastischen Polymermaterial umspritzt. Auf diese Weise wird der Verbundwerkstoff dank der Umspritzung um den Einsatz herum verstärkt. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Verbundplatte relativ dünn ist und die um den Einsatz herum beiseite geschobenen und mitgenommenen Fasern nicht vollständig vom gesamten erweichten Polymermaterial, das eingepresst worden ist und sich um den Einsatz herum erstreckt, bedeckt werden können.
Vorzugsweise weist der Einsatz eine zylindrische Symmetrie auf. Es handelt sich vorteilhafterweise um eine zylindersymmetrische kreisförmige Leitkurve, die den Eingriff durch den Verbundwerkstoff hindurch erheblich erleichtert. Tatsächlich werden die Verstärkungsfasern symmetrisch um den Einsatz herum beiseite geschoben, und gleichzeitig verformt sich das erweichte Polymermaterial ebenfalls in symmetrischer Weise. Bei bestimmten Anwendungen kann jedoch das Einführen eines zylindersymmetrischen Einsatzes mit einer nicht kreisförmigen Leitkurve in Betracht gezogen werden.
Vorzugsweise ist der Einsatz mit einem Gewinde versehen. Ferner ist er vorteilhafterweise an beiden Enden offen. Somit kann er eine Gewindestange aufnehmen, die im Inneren durch Verschrauben eingreift.
Ferner wird vorteilhafterweise ein Einsatz bereitgestellt, der eine Basis aufweist, die von einem Körper überragt wird. Die Basis kann, wenn sie durchlöchert wird, einen Flansch bilden, der eine Schulter um den Körper definiert. Vorzugsweise (ohne Beschränkung hierauf) wird der Einsatz durch die Platte gedrückt, um die Basis im Wesentlichen in die Mittelebene der Platte zu bringen, während der Körper von der anderen Seite vorsteht. Wie nachstehend erläutert, wird durch dieses Merkmal die Möglichkeit eröffnet, die Reißfestigkeit des Einsatzes weiter zu erhöhen.
Vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, greift der Einsatz in Stufe b) in axialer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Mittelebene der Platte ein. Auf diese Weise ergibt sich eine verbesserte mechanische Festigkeit des Einsatzes im Verbundwerkstoff. Ferner werden die Fasern vorteilhafterweise in radialer Richtung auseinander geschoben. Dadurch entstehen Faserbündel um den Einsatz herum, ohne dass die Fasern brechen. Die Faserbündel können auch an der vorgenannten Schulter des Einsatzes anliegen, wodurch die Reißfestigkeit weiter erhöht werden kann.
Zudem wird ein Teil der Fasern in den Bündeln entlang einer axialen Komponente um den Einsatz herum mitgenommen und sodann mit dem erweichten Polymermaterial bedeckt, das gepresst und verformt wird. Ferner werden sie durch den Umspritzvorgang abgedeckt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird in Stufe b) die Verbundplatte gelocht, bevor der Einsatz durch die Platte hindurch in Eingriff gebracht wird. Man bedient sich dabei stromaufwärts vom Einsatz eines spitzen Werkzeugs, wie nachstehend erläutert, um die Fasern vor dem Eingriff mit dem Einsatz allmählich beiseite zu schieben, um ihren Bruch zu vermeiden.
Ferner wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Einbringen eines Einsatzes in eine zwei einander gegenüberliegende Seiten aufweisende Verbundplatte bereitgestellt, wobei die Verbundplatte ein thermoplastisches Polymermaterial und Verstärkungsfasern, die in das thermoplastische Polymermaterial eingebettet sind, aufweist. Diese Vorrichtung umfasst Folgendes: Heizelemente, mit denen das Erweichen des thermoplastischen Polymermaterials der Verbundplatte bewirkt werden kann; ein Lochwerkzeug, das einen Arbeitskopf aufweist, der den Einsatz aufnehmen kann, so dass er in der Lage ist, den Einsatz ausgehend von einer Seite durch die Platte hindurch lokal in Eingriff zu bringen, wobei die Fasern beiseite geschoben werden, während sich das eingepresste erweichte Polymermaterial um den Einsatz herum erstreckt und an der anderen Seite vorsteht; und ein Formwerkzeug zum Formen des eingepressten, erweichten Polymermaterials, das sich um den Einsatz herum erstreckt und von der anderen Seite vorsteht.
Somit ermöglicht es diese Einführvorrichtung, das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren mit den entsprechenden Vorteilen auszuführen.
Außerdem wird das Formwerkzeug in besonders vorteilhafter Weise mit einem weiteren erweichten, thermoplastischen Polymermaterial versorgt, um das erweichte, eingepresste, um den Einsatz herum verteilte Polymermaterial mit dem weiteren erweichten thermoplastischen Polymermaterial zu umhüllen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich beim Studium der folgenden Beschreibung einer speziellen Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es handelt sich hierbei aber um ein nicht beschränkendes Beispiel. Es zeigen:

1 eine schematische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einführen eines Einsatzes in einer ersten Position;
2 eine schematische Teilansicht der in 1 gezeigten Einführvorrichtung in einer zweiten Position, die sich an die erste Position anschließt;
3 eine schematische Teilansicht der in 1 gezeigten Einführvorrichtung in einer dritten Position, die sich an die zweite Position anschließt;
4 eine schematische Teilansicht der in 1 gezeigten Einführvorrichtung in einer vierten Position, die sich an die dritte Position anschließt;
5 eine schematische Teilansicht, die einen erfindungsgemäß eingeführten Einsatz zeigt; und,
6 ein Ablaufdiagramm, das das erfindungsgemäße Verfahren zum Einführen eines Einsatzes wiedergibt..

1 zeigt in schematischer Weise eine Teilansicht einer Einsatz-Einführvorrichtung 10 mit einer Matrize 12 und einem gegenüberliegenden Lochstempel 14. Die Matrize 12 ist in einer festen Position montiert, während der Stempel 14 relativ zu der Matrize 12 in einer vertikalen Richtung V translatorisch bewegbar ist. In 1 befindet sich der Stempel 14 in einer von der Matrize 12 beabstandeten Position.
Der Stempel 14 weist einen zylindrischen Führungskanal 16 auf, der gleitend ein rohrförmiges Halteelement 18 aufnimmt. Der zylindrische Führungskanal 16 tritt aus dem Stempel 14 an einer Verbindungsebene Pj aus. Das Halteelement 18 weist ein Ende 20 mit engem Durchmesser und einen mittleren Abschnitt 22 mit großem Durchmesser auf. Ferner weist das rohrförmige Halteelement 18 eine Anschlagschulter 24 auf, die zwischen dem Ende 20 und dem mittleren Abschnitt 22 angeordnet ist.
Das rohrförmige Halteelement 18 nimmt im Innern ein Lochwerkzeug 26 auf. Das Lochwerkzeug 26 umfasst einen Körper 28, der so angebracht ist, dass er selbst im Inneren des Endes 20 des Halteelements 18 gleiten kann, und eine Betätigungsstange 30, die von dem festen Körper 28 mittels eines Flansches 32 getrennt ist. Der Flansch 32 liegt dabei auf der Anschlagschulter 24 des rohrförmigen Halteelements 18 auf.
Auf der dem Flansch 32 gegenüberliegenden Seite weist die Betätigungsstange 30 einen Arbeitskopf 34 auf, der sich außerhalb des Endes 20 des Halteelements 18 erstreckt, und zwar gegenüber dem mitttleren Abschnitt 22. Der Arbeitskopf 34 ist mit einer koaxial in der Verlängerung des festen Körpers 28 verlaufenden Nadel 36 versehen, wobei eine Halteschulter 38 vorgesehen ist. Der Arbeitskopf 34 weist einen mit einem Gewinde versehenen Einsatz 40 auf, der auf die Nadel 36 aufgesetzt ist. Der Einsatz umfasst eine Basis 42, die an der Halteschulter 38 anliegt, und einen rohrförmigen Körper 44, der über der Basis liegt. Obgleich der Einsatz 40 mit einem Gewinde versehen ist, ist er gleitbar um die Nadel 36 herum ohne seitliches Spiel eingepasst. Die Nadel 36 hat jedoch ein spitzes freies Ende 46, das vom Einsatz 40 vorsteht.
Der Gewindeeinsatz 40 besteht aus einem starren Material, das in Bezug auf die Belastungen, denen es ausgesetzt ist, nicht verformbar ist. Es besteht gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform aus Metall, beispielsweise Stahl.
In 1, die einer ersten Position entspricht, befinden sich der Arbeitskopf 34 und der Einsatz 40 innerhalb des zylindrischen Führungskanals 16. Mit anderen Worten, der Arbeitskopf 34 und der Einsatz 40 befinden sich in einer in Bezug zur Verbindungsebene Pj zurückgesetzten Position.
Gegenüber dem Stempel 14 weist die Matrize 12 einen zylindrischen Freiraum 48 auf, der durch einen koaxialen Tunnel 50 mit dem gleichen Querschnitt verlängert wird. Im Inneren des koaxialen Tunnels 50 ist ein Kolben 52 verschiebbar angeordnet, der an seinem oberen Ende 53 ein zylindrisches Gehäuse 54 mit koaxialer Drehung aufweist. Außerdem weist der Kolben 52 eine axiale Freigabeöffnung 56 auf, die sich am Boden des zylindrischen Gehäuses 54 mit koaxialer Drehung öffnet und deren Durchmesser gleich dem Durchmesser der Nadel 36 ist. Ferner verlaufen die Nadel 36 und die axiale Freigabeöffnung 56 koaxial. Es ist ersichtlich, dass das zylindrische Gehäuse 54 mit koaxialer Drehung einen Durchmesser aufweist, der wesentlich größer ist als der Durchmesser des rohrförmigen Körpers 44 des Einsatzes 40. Außerdem weist das obere Ende 53 des Kolbens 32 eine Anschlagschulter 58 auf, die sich um das zylindrische Gehäuse 54 mit koaxialer Drehung herum erstreckt. Es ist ersichtlich, dass sich die Anschlagschulter 58 in einer bestimmten Position erstreckt, die zur Verbindungsebene der Matrix 12 zurückgesetzt ist. Außerdem weist das zylindrische Gehäuse 54 mit koaxialer Drehung eine Erweiterung 57 auf, die an der Anschlagschulter 58 angeordnet ist.
Ferner ist festzustellen, dass der Durchmesser des koaxialen Tunnels 50, der sich durch den zylindrischen Freiraum 48 erstreckt, größer ist als der Durchmesser des zylindrischen Führungskanals 16 des Stempels 14. Zum Beispiel ist der Durchmesser des koaxialen Tunnels 50 um 30% größer als der Durchmesser des zylindrischen Führungskanals 16. Auf der anderen Seite ist der Durchmesser des zylindrischen Gehäuses 54 mit koaxialer Drehung kleiner als der Durchmesser des zylindrischen Führungskanals 16.
Nachstehend werden die aufeinanderfolgenden, in den 2 bis 4 dargestellten Stufen des erfindungsgemäßen Einführverfahrens unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von 6 beschrieben.
In einer ersten Stufe 100 des Einführverfahrens wird einem Vorformling aus thermoplastischem Verbundmaterial, durch den hindurch ein Einsatz eingeführt werden soll, Wärmeenergie zugeführt. Der Verbundwerkstoff weist eine Matrix aus einem thermoplastischen Polymer auf, zum Beispiel aus Polypropylen, Polyethylen, Polyamid, Polyphthalamid, Phenylenpolysulfid oder Polyetheretherketon. Bei den Verstärkungsfasern kann es sich beispielsweise um Kohlefasern, Glasfasern oder Pflanzenfasern handeln, die gewebt oder gestrickt sind, oder auch strähnenartig vorliegen.
Die dem Vorformling zugeführte Wärmeenergie bewirkt, dass die Temperatur der Polymermatrix auf eine Temperatur nahe ihrer Schmelztemperatur gebracht wird. Vorteilhafterweise ist diese Temperatur höher als die Schmelztemperatur des Polymers.
Parallel wird in einer weiteren ersten Stufe 102 der Gewindeeinsatz 40 auf den Arbeitskopf 34 gesetzt, wie in 1 dargestellt ist. Es ist ersichtlich, dass der Stempel 14 dabei noch weiter von der Form 12 entfernt ist, als es in in 1 gezeigt wird, um auf den Bearbeitungskopf 34 zugreifen zu können. Der Gewindeeinsatz 40 wird dort reversibel gehalten, beispielsweise mittels eines magnetisierten Kopfes, wenn der Gewindeeinsatz 40 ferromagnetisch ist. Sofern dies nicht der Fall ist, kann ein elastisch verformbares Element, das an der Nadel 36 angebracht ist, es ermöglichen, den Einsatz in einer festen Position relativ zum Arbeitskopf 34 zu halten. Es ist ersichtlich, dass aufgrund der Abmessungen des Gewindeeinsatzes 40 einerseits die Abmessungen des Arbeitskopfes 34 und andererseits die Abmessungen des Kolbens 52, insbesondere seines zylindrischen Gehäuses 54 mit koaxialer Drehung festgelegt werden. Daher werden die letztgenannten Elemente an den Typ des Einsatzes angepasst. Außerdem ist der Einsatz hier mit einem Gewinde versehen, um anschließend ein Schraubelement aufnehmen zu können. Die Innenseite des Einsatzes kann jedoch auch glatt sein, um beispielsweise ein Podest zu bilden.
Bei einer zweiten Stufe 104 wird der Vorformling 60 zwischen die Matrize 12 und den Stempel 14 Bereich direkt unter den Arbeitskopf 34 gebracht, wie in 1 dargestellt ist. Der Vorformling 60 weist eine obereSeite 59 gegenüber einer unteren Seite 61 auf.
Bei einer dritten Stufe 106 wird der Stempel 14 in Translsationsbewegung in Richtung zur Matrize 12 versetzt, so dass der Vorformling 60 sandwichartig eingeschlossen ist. Er wird dann in eine feste Position gebracht und innerhalb des Zwischenraums zwischen dem Stempel 14 und der Matrize 12 gehalten, wie in 2 dargestellt ist. Bezugszeichen der in 1 gezeigten Elemente werden aus Gründen der Klarheit in 2 nicht wiederholt. Dies gilt auch für die Beschreibung der 3 und 4; man kann sich also jeweils auf die Angaben zu 1 beziehen.
Es ist ersichtlich, dass der Stempel 14 und die Matrize 12 in 2 ebenso wie der Vorformling 60 nur teilweise dargestellt sind. Der Vorformling und die Verbindungsebene Pj sind zur Beschreibung des Einführverfahrens als Ebenen dargestellt. Hier wird nicht dargestellt, dass sich der Vorformling 60 vorzugsweise, über die Bereiche des Stempels 14 und der Matize 12 hinaus erstreckt .Diese Bereiche sind nicht notwendigerweise eben, so dass auch eine Anpassung an einen dreidimensionalen Vorformling 60 möglich ist.
Bei einer vierten Stufe 108 tritt ausgehend von der in 2 gezeigten relativen Position der Elemente die Betätigungsstange 30 in Aktion, wodurch eine Bewegung des Arbeitskopfes 34 durch den Vorformling 60 hindurch hervorgerufen wird, und zwar soweit bis der Gewindeeinsatz 40 am Boden des zylindrischen Gehäuses 54 mit koaxialer Drehung anliegt, während das spitze freie Ende 46 der Nadel 36 in das Innere der axialen Freigabeöffnung 56 eintritt.
Es ist ersichtlich, dass das spitze freie Ende 46, das sich vor dem Gewindeeinsatz 40 befindet, zuerst den Vorformling 60 locht und somit dazu beiträgt, die darin enthaltenen Fasern in radialer Richtung beiseite zu schieben. Auf diese Weise hält das Beiseiteschieben der Fasern solange an, wie der Gewindeeinsatz 40 den Vorformling 60 durchdringt. Darüber hinaus verformt sich die durch den Vorformling 60 gebildete Schicht zu einer kronenartigen oder hyperboloidartigen Oberfläche, und zwar um den Gewindeeinsatz 40 herum, der die Schicht durchdringt. Die so verformte Schicht wird in das zylindrische Gehäuse 54 mit koaxialer Drehung getrieben.
Die beiseite geschobenen Fasern erstrecken sich in Form eines Bündels um den Gewindeeinsatz 40 herum.
Während das rohrförmige Halteelement 18 in einer festen Position relativ zum Stempel 14 gehalten wird, wird bei einer fünften Stufe 110 der Kolben 52 in eine Translationsbewegung in Richtung zum Stempel 14 versetzt, was bewirkt, daß der Einsatz 40 und das Lochwerkzeug 26 angehoben werden, wie in 4 gezeigt wird. In der Tat stößt der Gewindeeinsatz 40 auf der Seite seines rohrförmigen Körpers 44 am Boden des zylindrischen Gehäuses 54 mit koaxialer Drehung und gegenüber auf der Seite seiner Basis 42 an der Halteschulter 38 des Arbeitskopfes 34 an. Es ist festzustellen, dass der mit einem Gewinde versehene Einsatz 40 und genauer sein rohrförmiger Körper 44, der seiner Basis 42 gegenüberliegt, gegen den Boden des zylindrischen Gehäuses 54 mit koaxialer Drehung drückt. Auch der Gewindeeinsatz 40 wird angehoben, so dass seine Basis 42 an der Verbindungsebene Pj gut in den Vorformling 60 paßt.
Dementsprechend wird, wie in 4 dargestellt, die Schicht aus dem erweichten thermoplastischen Polymer und den Fasern im Innern des zylindrischen Gehäuses 54 mit koaxialer Drehung und rund um den Gewindeeinsatz 40 herum verformt.
Ferner wird der Vorformling 60 um die Basis 42 des Gewindeeinsatzes 40 herum sandwichartig zwischen der kreisförmigen Anschlagschulter 58 und dem Ende des ebenfalls kreisförmigen Halteelements 18 gehalten. Er erstreckt sich auf der Höhe der Verbindungsebene Pj. Tatsächlich kann die Basis 42 dann in die Erweiterung 57 aufgenommen werden, die sich an der Anschlagschulter 58 befindet, so dass die Anschlagschulter 58 dicht an der unteren Seite 61 des Vorformlings 60 anliegt.
Da der rohrförmige Körper 44 dicht am Boden des zylindrischen Gehäuses 54 mit koaxialer Drehung anliegt und da ferner das spitz zulaufende freie Ende 46 im Innern der axialen Abstandsöffnung 56 in Eingriff steht und diese blockiert, kann das zylindrische Gehäuse 54 mit koaxialer Drehung einen abgedichteten Ringraum um den Gewindeeinsatz 40 herum begrenzen.
Soweit das Volumen dieses zylindrischen Gehäuses 54 mit koaxialer Drehung gleich dem Volumen ist, das durch die Ummantelung des Gewindeeinsatzes 40 und die Menge an thermoplastischem Polymer und Fasern der Schicht, die verformt und ins Innere des zylindrischen Gehäuses 54 mit koaxialer Drehung gebracht worden ist, definiert wird, werden bei dieser fünften Stufe 110 in einfacher Weise das noch erweichte thermoplastische Polymer und die darin enthaltenen Fasern um den Gewindeeinsatz 40 herum verformt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch das Volumen dieses zylindrischen Gehäuses 54 mit koaxialer Drehung größer als das Volumen, das durch die Ummantelung des Gewindeeinsatzes 40 und die Menge an thermoplastischem Polymer und Fasern der verformten Schicht definiert wird. Ferner wird das zylindrische Gehäuse 54 mit koaxialer Drehung mit einem erweichten thermoplastischen Polymer versorgt, und zwar mittels eines nicht dargestellten Injektors, der in dieses Gehäuse mündet. Auf diese Weise wird während einer sechsten Stufe 112 in das Gehäuse um den Gewindeeinsatz 40 und das noch erweichte thermoplastische Polymer und die darin enthaltenen Fasern herum ein weiteres erweichtes thermoplastisches Polymer eingespritzt, das das gesamte Gebilde einbettet. Das erweichte thermoplastische Polymer ist im abgedichteten Ringraum eingeschlossen und tritt nicht aus. Somit wird der Gewindeeinsatz 40 umspritzt. Auf diese Weise wird dadurch, dass ein thermoplastisches Material um den Gewindeeinsatz 40 herum und gegen die untere Oberfläche 61 gebracht wird, seine Verbindung mit dem Vorformling 60 verfestigt.
Vorzugsweise entscheidet man sich dafür, in das zylindrischen Gehäuse 54 mit koaxialer Drehung ein erweichtes polymeres Material von einer Art zu injizieren, die zum gleichen Typ wie das thermoplastische Polymer des Verbundmaterials gehört. Insbesondere wird ein identisches Polymer verwendet. Dieses Polymer kann ebenfalls mit kurzen Fasern oder „klassischen“ Verstärkungen, die auf dem Gebiet des thermoplastischen Spritzgießens bekannt sind, beladen sein.
Nach der sechsten Einspritzstufe 12 wird die thermische Energie von den thermoplastischen Polymeren beispielsweise durch Wärmeleitung abgeführt. Anschließend wird in einer siebten Ausstoßstufe 114 ein starres Werkstück, das aus dem Vorformling 60 und dem Gewindeeinsatz 40 erhalten worden ist, entnommen.
5 zeigt in einer teilweisen Darstellung ein Werkstück 62 aus dem Vorformling 60, durch den hindurch der Gewindeeinsatz 40 eingeführt worden ist. Seine Basis 42 ist dann auf der Oberfläche des Verbundwerkstoffs eingebettet und schließt bündig ab. Außerdem umgibt das thermoplastische Polymer den rohrförmigen Körper 44 des Gewindeeinsatzes 40, während die Fasern des Verbundwerkstoffs größtenteils unversehrt bleiben und auch den rohrförmigen Körper des Gewindeeinsatzes 40 umgeben. Somit weist der Gewindeeinsatz 40 eine hohe Reißfestigkeit auf.

Claims

Verfahren zum Einführen eines Einsatzes (40) in eine Verbundplatte, das die folgenden Stufen umfasst: a) man stellt einerseits einen Einsatz (40) und andererseits eine Verbundplatte (60) bereit, wobei die Verbundplatte ein thermoplastisches Polymermaterial und Verstärkungsfasern, die in das thermoplastische Polymermaterial eingebettet sind, umfasst, wobei die Platte eine Mittelebene definiert und zwei einander gegenüberliegende Seiten (59, 61) aufweist; und b) man bringt den Einsatz (40) an der Verbundplatte (60) in Querrichtung in Eingriff, dadurch gekennzeichnet, dass man zwischen Stufe a) und Stufe b) für eine Erweichung des thermoplastischen Polymermaterials der Verbundplatte (60) sorgt, um den Einsatz lokal ausgehend von einer der Seiten (59) in Querrichtung in Eingriff an der Platte zu bringen, wobei die Fasern beiseite geschoben werden, während dabei erweichtes, eingepresstes Polymermaterial sich um den Einsatz (40) herum erstreckt und an der anderen Seite (61) vorsteht, und dass man das erweichte, eingepresste Polymeraterial, das sich um den Einsatz (40) herum erstreckt und an an der anderen Seite (61) vorsteht, verformt.
Einführverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in Stufe a) einen Einsatz aus einem starren Material bereitstellt.
Einführverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man ein weiteres erweichtes thermoplastisches Polymermaterial bereitstellt und das erweichte, eingepresste Polymermaterial, das sich um den Einsatz (40) herum erstreckt, mit dem weiteren erweichten thermoplastischen Polymermaterial umspritzt.
Einführverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (40) zylindersymmetrisch ist.
Einführverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (40) ein Gewinde aufweist.
Einführverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einsatz (40) bereitgestellt wird, der eine Basis (42) aufweist, die von einem Körper (44) überragt wird.
Einführverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man den Einsatz (40) so durch die Platte (60) drückt, dass die Basis (42) im Wesentlichen in der Mittelebene der Platte getragen wird, während der Körper (44) von der anderen Seite (61) vorsteht.
Einführverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe b) der Einsatz (40) in einer axialen Richtung in Eingriff steht, die im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelebene der Platte (60) verläuft.
Einführverfahren nach Ansprch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe b) die Fasern in radialer Richtung beiseite geschoben werden.
Einführverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man in Schritt b) die Verbundplatte (60) vor dem Einführen des Einsatzes (40) durch die Platte locht.
Vorrichtung zum Einführen eines Einsatzes (40) in eine Verbundplatte (60) mit zwei einander gegenüberliegenden Seiten (59, 61), wobei die Verbundplatte (60) ein thermoplastisches Polymermaterial und Verstärkungsfasern, die in das thermoplastische Polymermaterial eingebettet sind, aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes umfasst: - Heizelemente, mit denen das Erweichen des thermoplastischen Polymermaterials der Verbundplatte (60) bewirkt werden kann; - ein Lochwerkzeug (26), das einen Arbeitskopf (34) aufweist, der den Einsatz (40) aufnehmen kann, so dass er in der Lage ist, den Einsatz (40) ausgehend von einer Seite (59) durch die Platte hindurch lokal in Eingriff zu bringen, wobei die Fasern beiseite geschoben werden, während sich das erweichte, eingepresste Polymermaterial um den Einsatz (40) herum erstreckt und an der anderen Seite (61) vorsteht; und - ein Formwerkezug (53, 54) zum Verformen des erweichten, eingepressten Polymermaterials, das sich um den Einsatz herum erstreckt und von der anderen Seite vorsteht.
Einführvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass man das Formwerkzeug (53, 54) mit einem weiteren erweichten thermoplastischen Polymermaterial versorgt, um das erweichte, eingepresste Polymermaterial, das sich um den Einsatz (40) herum erstreckt, mit dem weiteren erweichten thermoplastische Polymermaterial zu umspritzen.