DE202020000240U1 - Fastening device for joining a composite material with a metal material by resistance butt welding - Google Patents
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Abstract
Befestigungsvorrichtung (1) mit einer oberen Seite (A) und einer unteren Seite (B) und umfassend eine geprägte Metallplatte (1a) aus einem Stück, die definiert:
- einen zentralen Abschnitt (2) in Form eines Beckens mit einer flachen Basis (21) und wenigstens einer Seitenwand (22) ,
- einen umfangseitigen Abschnitt (3), umfassend einen flachen Rand und mehrere Klauen (31), wobei die Befestigungsvorrichtung (1) dazu bestimmt ist, einen ersten Teil (4) aus einem Verbundmaterial mit einem zweiten Teil (5) aus einem Metallmaterial zusammenzufügen, wenn:
- der flache Rand (21) und die Seitenwand (22) fester Bestandteil mit dem ersten Teil (4) auf der unteren Seite (B) der Befestigungsvorrichtung (1) sind;
- die Klauen (31) in den ersten Teil (4) eingebettet sind;
- die erste Basis (21) an dem zweiten Teil (5) auf der unteren Seite (B) der Befestigungsvorrichtung (1) verschweißt ist.
Fastening device (1) with an upper side (A) and a lower side (B) and comprising an embossed metal plate (1a) from one piece, which defines:
- a central section (2) in the form of a basin with a flat base (21) and at least one side wall (22),
a circumferential section (3) comprising a flat edge and a plurality of claws (31), the fastening device (1) being designed to join a first part (4) made of a composite material with a second part (5) made of a metal material, if:
- The flat edge (21) and the side wall (22) are an integral part with the first part (4) on the lower side (B) of the fastening device (1);
- The claws (31) are embedded in the first part (4);
- The first base (21) on the second part (5) on the lower side (B) of the fastening device (1) is welded.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungsvorrichtung zum Zusammenfügen eines Verbundmaterials und eines Metallmaterials durch Widerstandstumpfschweißen der Befestigungsvorrichtung mit dem Metallmaterial. Es bezieht sich ganz besonders auf den Automobilsektor.This invention relates to a fastener for joining a composite material and a metal material by butt welding the fastener to the metal material. It particularly relates to the automotive sector.
ALLGEMEINER TECHNOLOGISCHER STAND DER TECHNIKGENERAL TECHNOLOGICAL STATE OF TECHNOLOGY
Es ist ganz besonders im Bereich des Land- oder Lufttransports bekannt, Multimaterial-Anordnungen zu verwenden, die sowohl Metallbauteile als auch Stahl-, Aluminium-, Magnesium- und Verbundmaterial-Bauteile, wie z. B. als Matrix und Verstärkung, wie z. B. mit Carbonfasern oder Glasfasern verstärkte Polymere, enthalten. Diese Multimaterial-Anordnungen adressieren Probleme mit der Reduzierung des Fahrzeuggewichts durch den Ersatz von Metallteilen durch leichtere Verbundmaterialien, um den Energieverbrauch zu senken oder die Fahrzeugdynamik zu verbessern. Diese Anordnungen sind jedoch aufgrund der unterschiedlichen Art der zusammengesetzten Materialien vergleichsweise schwierig umzusetzen.It is particularly well known in the field of land or air transportation to use multi-material arrangements, which include metal components as well as steel, aluminum, magnesium and composite material components, such as. B. as a matrix and reinforcement such. B. reinforced with carbon fibers or glass fibers, polymers. These multi-material arrangements address vehicle weight reduction problems by replacing metal parts with lighter composite materials to reduce energy consumption or improve vehicle dynamics. However, these arrangements are comparatively difficult to implement due to the different types of materials used.
Die Patentschrift
ZWECK DER ERFINDUNGPURPOSE OF THE INVENTION
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht in dem Bereitstellen einer alternativen Lösung zu den Lösungen des Standes der Technik. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung zum Befestigen eines Verbundmaterial-Teils an einem Metallmaterial-Teil, wobei das Befestigen durch Widerstandstumpfschweißen der Befestigungsvorrichtung an dem Metallmaterial-Teil durchgeführt ist. Diese Vorrichtung erlaubt ein vereinfachtes, wirtschaftliches und stabiles Befestigen der Teile miteinander.An object of this invention is to provide an alternative solution to the solutions of the prior art. The invention relates in particular to a device for fastening a composite material part to a metal material part, the fastening being carried out by butt welding the fastening device to the metal material part. This device allows a simplified, economical and stable fastening of the parts together.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Um dieses Ziel zu erreichen, schlägt der Gegenstand der Erfindung eine Befestigungsvorrichtung mit einer oberen Seite und einer unteren Seite und umfassend eine geprägte Metallplatte aus einem Stück vor, die definiert: einen zentralen, beckenförmigen Teil mit einer flachen Basis und wenigstens einer Seitenwand, einen umfangseitigen Teil mit einem flachen Rand und mehreren Klauen. Die Befestigungsvorrichtung soll einen ersten Verbundmaterial-Teil an einem zweiten Verbundmaterial-Teil befestigen, wenn:
- - der flache Rand und die Seitenwand an dem ersten Teil auf der unteren Seite der Befestigungsvorrichtung gesichert sind;
- - die Klauen in dem ersten Teil eingebettet sind;
- - die flache Basis an dem zweiten Teil auf der unteren Seite der Befestigungsvorrichtung verschweißt ist.
- - The flat edge and the side wall are secured to the first part on the lower side of the fastening device;
- - The claws are embedded in the first part;
- - The flat base is welded to the second part on the lower side of the fastening device.
Nach weiteren vorteilhaften und nicht einschränkenden Merkmalen der Erfindung entweder gesondert oder in jeder technisch durchführbaren Kombination:
- - umfasst der flache Rand des umfangseitigen Abschnitts wenigstens eine Abkantung auf der oberen Seite der Befestigungsvorrichtung;
- - weist der flache Rand des umfangseitigen Teils eine vieleckige Form auf;
- - weist der flache Rand des umfangseitigen Abschnitts wenigstens zwei flache Stellen auf seiner Kante auf, um die Handhabung der Vorrichtung zu erleichtern;
- - sind die Klauen durch Schneiden und Biegen des Teils aus einem Stück geformt;
- - formen die Klauen einen Winkel zwischen 45° und 90° in Bezug zu dem flachen Rand und erstrecken sich über die untere Seite der Befestigungsvorrichtung hinweg;
- - läuft die Seitenwand des zentralen Teils spitz zu;
- - weist der geprägte Metallteil aus einem Stück eine Dicke zwischen 0,5 mm und 2,5 mm auf;
- - umfasst die Befestigungsvorrichtung eine umspritzte Schicht, die gegen den umfangseitigen Abschnitt und die Seitenwand auf der unteren Seite der Befestigungsvorrichtung positioniert ist, wobei die umspritzte Schicht dazu bestimmt ist, ein fester Bestandteil mit dem ersten Teil zu sein.
- - setzt sich die umspritzte Schicht aus einem thermoplastischen Material, wie z. B. Polyamid, Polypropylen oder Polybutylen-Terephthalat, zusammen, sei es mit Glasfasern verstärkt oder nicht;
- - umfasst die Befestigungsvorrichtung eine umspritzte, kegelförmige Spitze, die mit der umspritzten Schicht einen festen Bestandteil bildet und gegenüber der flachen Basis auf der unteren flachen Seite der Befestigungsvorrichtung positioniert ist, wobei die umspritzte kegelförmige Spitze ausgestaltet ist, um derart abnehmbar zu sein, dass sie die flache Basis freilegt;
- - setzt sich die umspritzte kegelförmige Spitze aus einem thermoplastischen Material, wie z. B. Polyamid, Polypropylen oder Polybutylen-Terephthalat, zusammen, sei es mit Glasfasern verstärkt oder nicht.
- - The flat edge of the peripheral portion comprises at least one bend on the upper side of the fastening device;
- - The flat edge of the peripheral part has a polygonal shape;
- the flat edge of the peripheral portion has at least two flat spots on its edge to facilitate handling of the device;
- - The claws are formed in one piece by cutting and bending the part;
- - The claws form an angle between 45 ° and 90 ° with respect to the flat edge and extend over the lower side of the fastening device;
- - the side wall of the central part tapers;
- - The embossed metal part from one piece has a thickness between 0.5 mm and 2.5 mm;
- the fastening device comprises an overmolded layer which is positioned against the circumferential section and the side wall on the lower side of the fastening device, the overmolded layer being intended to be an integral part with the first part.
- - The overmolded layer is made of a thermoplastic material, such as. B. polyamide, polypropylene or polybutylene terephthalate, together, whether reinforced with glass fibers or not;
- - The fastening device comprises an overmolded, conical tip which forms an integral part with the overmolded layer and positioned opposite the flat base on the lower flat side of the fastener, the overmolded tapered tip being configured to be detachable to expose the flat base;
- - The molded conical tip is made of a thermoplastic material, such as. As polyamide, polypropylene or polybutylene terephthalate, together, whether reinforced with glass fibers or not.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung schlägt die Erfindung eine Anordnung vor, die aus einem ersten Teil aus Verbundmaterial, einem zweiten Teil aus Metallmaterial und einer Befestigungsvorrichtung wie oben gebildet ist, in der: der flache Rand und die Seitenwand der Befestigungsvorrichtung ein fester Bestandteil des ersten Teils auf der unteren Seite der Befestigungsvorrichtung sind; die Klauen in dem ersten Teil eingebettet sind; die flache Basis an dem zweiten Teil auf der unteren Seite der Befestigungsvorrichtung verschweißt ist.According to a further aspect of the invention, the invention proposes an arrangement which is formed from a first part made of composite material, a second part made of metal material and a fastening device as above, in which: the flat edge and the side wall of the fastening device are an integral part of the first Are partly on the lower side of the fastening device; the claws are embedded in the first part; the flat base is welded to the second part on the lower side of the fastening device.
Nach noch einem weiteren Aspekt schlägt der Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung vor, umfassend: einen ersten Schritt zum Sichern der Befestigungsvorrichtung an dem ersten Teil, dann einen zweiten Schritt zum Sichern der Befestigungsvorrichtung an dem zweiten Teil.According to a still further aspect, the subject of the invention proposes a method for manufacturing an arrangement, comprising: a first step for securing the fastening device to the first part, then a second step for securing the fastening device to the second part.
Nach weiteren vorteilhaften und nicht einschränkenden Merkmalen der Erfindung entweder gesondert oder in jeder technisch durchführbaren Kombination:
- - ist der erste Schritt unter Verwenden einer Einspritzabform-Technik ausgeführt und umfasst: einen ersten Teilschritt zum Liefern eines ersten einleitenden Teils, umfassend wenigstens Fasern und aufweisend wenigstens eine Öffnung durch den ersten einleitenden Teil; einen zweiten Teilschritt zum Positionieren des Beckens der Befestigungsvorrichtung in der Öffnung derart, dass die flache Basis mit einer unteren Oberfläche des ersten einleitenden Teils egalisiert ist oder leicht daraus hervorsteht, wobei die Klauen wenigstens teilweise durch den ersten einleitenden Teil hindurchtreten; einen dritten Teilschritt zum Einspritzen einer Matrix zum Formen des ersten Teils aus einem Verbundmaterial.
- - der erste Schritt das Erhitzen des ersten Teils und das Antreiben der Befestigungsvorrichtung in den ersten Teil derart umfasst, dass das Becken durch die Dicke des ersten Teils hindurchtritt und die flache Basis mit einer unteren Oberfläche des ersten Teils egalisiert ist oder leicht daraus hervorsteht;
- - die Befestigungsvorrichtung vor dem Antreiben an ihrer flachen Basis mit einer Spitze versehen ist, um ihr Antreiben zu erleichtern und die Oberfläche der flachen Basis zu schützen, wobei die Spitze bei Abschluss des ersten Schritts entfernt wird;
- - die Spitze eine abnehmbare Spitze ist, die an der flachen Basis durch Magnetisierung gekoppelt und mit einem Siegel bereitgestellt ist, das sich über den Umfang der flachen Basis am Übergang zwischen der Basis und der Spitze hinweg erstreckt.
- the first step is carried out using an injection molding technique and comprises: a first substep for delivering a first introductory part comprising at least fibers and having at least one opening through the first introductory part; a second substep of positioning the pelvis of the fastener in the opening such that the flat base is leveled with or slightly protrudes from a lower surface of the first introductory portion, the claws at least partially passing through the first introductory portion; a third substep for injecting a matrix for forming the first part from a composite material.
- the first step comprises heating the first part and driving the fastener into the first part such that the basin passes through the thickness of the first part and the flat base is leveled with or slightly protrudes from a lower surface of the first part;
- the fastener is tipped on its flat base prior to driving to facilitate driving and protect the surface of the flat base, the tip being removed upon completion of the first step;
- the tip is a detachable tip coupled to the flat base by magnetization and provided with a seal that extends around the circumference of the flat base at the transition between the base and the tip.
FigurenlisteFigure list
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren deutlich, in denen:
- [
1a ]1a eine Übersicht der oberen SeiteA der Befestigungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt; - [
1b ]1b eine Übersicht der unteren SeiteB einer Befestigungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt; - [
2 ]2 eine Querschnittsansicht, die nicht durch das Zentrum des Beckens hindurchführt, einer Anordnung zeigt, die eine Befestigungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt; - [
3 ]3 das erste Bildungsstadium der Anordnung der Erfindung darstellt; - [
4 ]4 eine Übersicht über die Anordnung gemäß der oberen Seite der Befestigungsvorrichtung nach dem zweiten Schritt des Formens der Anordnung der Erfindung zeigt; - [
5 ]5 den dritten Bildungsschritt der Anordnung der Erfindung darstellt; - [
6a ]6a eine Übersicht der oberen SeiteA der Befestigungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt; - [
6b ]6b eine Übersicht der unteren SeiteB einer Befestigungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist; - [
7 ]7 eine Querschnitts-Ansicht einer Anordnung ist, die eine Befestigungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet.
- [
1a ]1a an overview of the top pageA shows the fastening device according to a first embodiment; - [
1b ]1b an overview of the lower pageB shows a fastening device according to a first embodiment; - [
2nd ]2nd a cross-sectional view, which does not lead through the center of the pelvis, an arrangement showing a fastening device according to a first embodiment; - [
3rd ]3rd represents the first stage of formation of the arrangement of the invention; - [
4th ]4th Figure 4 shows an overview of the arrangement according to the upper side of the fastening device after the second step of forming the arrangement of the invention; - [
5 ]5 represents the third formation step of the arrangement of the invention; - [
6a ]6a an overview of the top pageA shows the fastening device according to a second embodiment; - [
6b ]6b an overview of the lower pageB a fastening device according to a second embodiment; - [
7 ]7 Figure 3 is a cross-sectional view of an assembly using a fastener according to a second embodiment of the invention.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Zwecks Vereinfachung der nachfolgenden Beschreibung werden für Elemente, die identisch sind oder dieselbe Funktion erfüllen, dieselben Bezugszeichen verwendet. Die Figuren sind schematische Darstellungen, die zur Übersichtlichkeit nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.In order to simplify the following description, elements that are identical or have the same function become the same Reference numerals used. The figures are schematic representations which are not necessarily to scale for clarity.
Allgemeine Darstellung der BefestigungsvorrichtungGeneral representation of the fastening device
Der Zweck der Befestigungsvorrichtung besteht im Zusammenfügen eines ersten Teils
Die Befestigungsvorrichtung
Der geprägte Metallteil aus einem Stück
Das für den Metallteil aus einem Stück gewählte Metall kann aus eisenhaltigen Metallen und Stählen gewählt sein.The metal selected for the metal part from one piece can be selected from ferrous metals and steels.
Beschreibung der Befestigungsvorrichtung gemäß einem ersten AusführungsbeispielDescription of the fastening device according to a first embodiment
Die
Der zentrale Teil
In der nachfolgenden Beschreibung können „zentraler Teil“ und „Becken“ auf äquivalente Weise gebraucht werden.In the following description, “central part” and “basin” can be used in an equivalent manner.
Die Befestigungsvorrichtung
Die Tiefe des Beckens
Die inneren Abmessungen des Beckens
Der umfangseitige Teil
Die Klauen
Die Klauen
Die Klauen
Die Länge der Klauen
Das Ende der Klauen
Der flache Rand
Optional umfasst der flache Rand
Als Option weist der flache Rand
Anordnung, die eine Befestigungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet.Arrangement using a fastening device according to the first embodiment.
Zum Herstellen dieser Anordnung sind mehrere Schritte notwendig. In einem ersten Schritt des Sicherns der Befestigungsvorrichtung
Es gibt mehrere Wege, den ersten Schritt auszuführen. Der erste Schritt kann nämlich durch das ursprüngliche Material des ersten Teils
Ein erster Fall entspricht dem Fall, in dem der erste Teil
Ein zweiter Fall entspricht dem Fall, in dem der erste Teil
In diesem ersten Fall ist der erste Schritt durch eine Einspritzabform-Technik ausgeführt.In this first case, the first step is carried out by an injection molding technique.
Sie enthält einen ersten Teilschritt zum Bereitstellen eines ersten einleitenden Teils. Dieser erste einleitende Teil ist hauptsächlich aus Fasern, wie z. B. Carbon- oder Glasfasern, hergestellt und weist eine Öffnung auf, die durch seine Dicke hindurchführt.It contains a first substep for providing a first introductory part. This first introductory part is mainly made of fibers such as. B. carbon or glass fibers, and has an opening that passes through its thickness.
Ein zweiter Teilschritt besteht aus dem Platzieren des Beckens
In einem dritten Teilschritt wird eine Matrix, die sich bevorzugt aus einem wärmehärtenden Material, wie z. B. Epoxid, zusammensetzt, auf und in den ersten einleitenden Teil eingespritzt, um den ersten Verbundmaterial-Teil
Durch Ausfüllen der Lücken zwischen dem Becken
In dem zweiten Fall, in dem der erste Teil
Um das Sichern der Befestigungsvorrichtung
Die Befestigungsvorrichtung ist in den ersten Teil
Während dieses Absinkens dringen die Klauen
Um dieses Ziel zu erreichen, und zwar auf eine kosteneffektive Weise, ist die Befestigungsvorrichtung
Die Spitze
Nach dem ersten Schritt ist die Befestigungsvorrichtung
In einem in
Der erste Teil
Am Ende dieses zweiten Schritts ist der erste Teil
Beschreibung der Befestigungsvorrichtung gemäß einem zweiten AusführungsbeispielDescription of the fastening device according to a second embodiment
Die
Die Befestigungsvorrichtung
In diesem zweiten Ausführungsbeispiel enthält die Befestigungsvorrichtung
Diese umspritzte Schicht
Ihr Zweck besteht in dem Schutz der Vorrichtung
Die umspritzte Schicht
Die umspritzte Schicht
Die Befestigungsvorrichtung
Ebenfalls vorteilhaft sind die umspritzte kegelförmige Spitze
Die konische Spitze
Die kegelförmige Spitze
Die rillenförmige Schwächung
Anordnung, die eine Befestigungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet.Arrangement using a fastening device according to the second embodiment.
Wie zuvor unter Bezugnahme auf die Anordnung dargelegt, die die Befestigungsvorrichtung
Für den ersten Schritt sind dieselben Fälle wie für das erste Ausführungsbeispiel zu finden, und zwar den ersten Fall, in dem der erste Teil
In diesem ersten Fall ist der erste Schritt durch eine Einspritzabform-Technik ausgeführt.In this first case, the first step is carried out by an injection molding technique.
Sie enthält einen ersten Teilschritt zum Bereitstellen eines ersten einleitenden Teils. Dieser erste einleitende Teil ist hauptsächlich aus Fasern, wie z. B. Carbon- oder Glasfasern, hergestellt und weist eine Öffnung durch den ersten einleitenden Teil auf. In diesem ersten Fall enthält die Befestigungsvorrichtung
Ein zweiter Teilschritt besteht aus dem Platzieren des Beckens
In einem dritten Teilschritt wird eine Matrix, bevorzugt aus einem wärmehärtenden Material, wie z. B. Epoxid, auf und in den ersten einleitenden Teil eingespritzt, um den ersten Verbundmaterial-Teil
In dem zweiten Fall, in dem der erste Teil
Um das Sichern der Befestigungsvorrichtung
Die Befestigungsvorrichtung
Während dieses Absinkens kreuzt die umspritzte Spitze
Die Klauen
Nach dem ersten Schritt ist die Befestigungsvorrichtung
In einem zweiten Schritt ist die Befestigungsvorrichtung
Zu diesem Zweck ist der erste Teil
Am Ende dieses zweiten Schritts wird der erste Teil
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und alternative Lösungen können verwendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung gemäß Definition in den Ansprüchen zu sprengen.Of course, the invention is not limited to the exemplary embodiments described, and alternative solutions can be used without going beyond the scope of the invention as defined in the claims.
Wir erwähnten z. B. zwei Szenarien, die unterschiedliche Techniken verwenden, doch könnten auch andere Szenarien oder Techniken ebenfalls für jedes Szenario in Betracht gezogen werden, ohne den Umfang der Erfindung zu sprengen.We mentioned e.g. For example, two scenarios using different techniques, other scenarios or techniques could also be considered for each scenario without departing from the scope of the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- FR 3065895 [0003]FR 3065895 [0003]
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FR19/00855 | 2019-01-30 |
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DE202020000240.2U Active DE202020000240U1 (en) | 2019-01-30 | 2020-01-22 | Fastening device for joining a composite material with a metal material by resistance butt welding |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR3065895A1 (en) | 2017-05-04 | 2018-11-09 | Maxime Grojean | INSERT FOR ASSEMBLING A FIRST PART AND A SECOND PART BY RESISTOR ELECTRICAL WELDING, AND ASSEMBLY METHOD USING THE SAME |
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