JP2014503764A - 接続構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、第一および第二コンポーネント（１、２）の間の接続構造（９）に関し、第二コンポーネント（２）は鋼材から形成される。接続構造（９）を製造するために、最小限の重量の軽量構造材料からなり同時に高い剛性を持つ第一コンポーネント（１）が、安全な処理および操作で第二コンポーネント（２）に接続されることがそれによって達成可能である。第一コンポーネント（１）は繊維強化プラスチックから作られ、両方のコンポーネント（１、２）が金属製中間コンポーネント（３）を用いて接続されることが提案され、中間コンポーネント（３）は第一コンポーネント（１）とプラグイン接続の手段によって取り外し不可能に接続される。

Description

本発明は、請求項１の前文に従った接続構造に関する。

そのような接続構造の一般的形態は、特許文献１によって知られている。自動車の下部車体構造がここには記載され、それは補剛のための斜め支柱を持つ。この支柱は、両端部にねじ穴を持ち、従って車体の下部にねじで止められる。

軽量構造コンセプトの検討の過程で、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の使用が考慮される。しかし、プラスチックの設定動作に関してねじ込み接続の使用でまず第一の問題が発生する。予圧の損失をもたらすからである。さらに、ねじ穴に起因して繊維の配向が乱れて壊れ、ゆえに支柱が弱められる。

ＤＥ１０２００４０１８９７７Ａ１

本発明の課題は接続構造を製造することにあり、それによって最小限の重量で同時に高い剛性を有する軽量構造材料からなる第一コンポーネントが、鉄鋼材料から作られた第二コンポーネントと安全な方法および操作で接続可能となる目的が達成できる。

本発明によりこの課題は請求項１の特徴によって解決される。

２つのコンポーネントの接続を容易にする中間コンポーネントを設けることにより、その第一コンポーネントはＦＲＰ製で中間コンポーネントとの取り外し不可能なプラグインコネクションを形成しているが、第一コンポーネントと第二コンポーネントとの直接のねじ接続は回避される。これにより、ＦＲＰの設定動作は、一方では懸念がなくなり、他方では、開口部を設けることが必要な穿孔、切断等の処理オペレーションによって、繊維の配向が中断または完全に破壊されることはない。さらに、ＦＲＰの剥離によって生じる他の潜在的関連損害が回避される。中間コンポーネント用には鉄系材料が望ましいが、金属材料の選択に基づき、鉄鋼材料からなる第二コンポーネントとの接続は比較的簡単に実行される。第一コンポーネントへのＦＲＰ材料の使用は、最適の方法で、良好な剛性を備えた可能な限り最小の重量の望ましい軽量構築に続く。プラグ接続は、高速で軽く、信頼性の高い処理が達成され、高い機械的ストレス下であっても高い信頼性がある。全体の観点から、本発明は、ＦＲＰコンポーネントの接続構造をもたらし、それは実行および構築が容易で手頃な価格の材料から構成され、従って量産でのＦＲＰコンポーネントの設置においてその利用を決定することは好ましい。さらに、接続構造の材料は、ＦＲＰコンポーネントが事前組立モジュール、すなわち、第二コンポーネントに固定される取り外し不可能な接続で中間コンポーネントに設置することが可能であるため、組立を考慮すると非常に良好なものである。

中間コンポーネントは、一つの端部に取付フランジを有して形成されることが好ましく、それによって中間コンポーネントがシンプルかつ簡単に第二コンポーネントに結合できる。この目的を達成するために、全ての慣例的結合技術は、有利に用いることが可能である。例えば、接着剤／ボンドの使用、溶接、はんだ付け、クリンチ、クリッピングでさえ考慮される。フランジは、開口部を備えてシンプルに形成され、そのような中間コンポーネントおよび、間接的には、第一コンポーネントは、第二コンポーネントにねじで止めることが可能である。具体的には、フランジの形状は、第二コンポーネントの外形に適合可能であり、従ってより複雑な外形の場合でも中間コンポーネントおよび第一コンポーネントの第二コンポーネントへの安全な固定は問題なく可能である。

中間コンポーネントは、ぎざぎざのまたは回転された、鍛造、鋳造、機械加工されたコンポーネントであることができる。しかし、好ましくは中間コンポーネントは平らな端部を持つスリーブとして形成される。スリーブは、管の断面の形を取ることが可能であり、その断面図は、固定フランジを形成する前記の端部で平らに圧迫される。その製造のために、内部高圧形成プロセスを用いて管の断面を処理することが検討され、それによってまず、第一コンポーネントのためのプラグイン接続への最適な断面適用が達成される。次に、内部高圧形成プロセスに使用したものと同じツールによる絞り工程を続けることが可能である。この目的のためには、ツールの適切なスタンプを統合することのみが必要である。また、ツールのクロージングオペレーションの過程でツールそれ自体を通して絞りを実行することが可能である。さらに、同じツールでねじ穴を形成することが可能であり、そこではスタンプパンチが使用され、これらは同様にツール内に配置されている。

特に好ましいのは、締り嵌めおよび／または接着剤の層を使用した取り外し不可能なプラグイン接続である。締り嵌めは、１つのコンポーネントの圧入部分を他のコンポーネントのレセプタクルに押圧するか、または１つのプラグインパートナーが、初期隙間嵌めでその他のものに嵌合された後、縮小することによって達成可能である。後者の技術では、ジョイントの２つのコンポーネントの一緒のスライドがその後に続く少なくともプラグイン接続を提供するその端部において、金属の中間コンポーネントは非常に大幅に冷却され、その後接続は過熱され、締り嵌めは中間コンポーネントの材料の膨張の結果、獲得される。

代替的または追加的に、取り外し不可能な接続は、接着層によって形成することも可能である。この場合、受入側の端部および／または受け入れられるプラグインパートナーの端部は、接着剤の層でコーティングされる。接着剤は湿っており、層と共にスライディング上で硬化する。しかし、接着層は最初に乾燥され非アクティブ化され、その後継ぎ合わされる表面と共にスライディング上でアクティブ化することが可能であり、輻射の付与、接着剤特性のトリガーで最終的に硬化が得られる。接着剤の潜在的なオーバーフローが可能な排出チャンネルは、中間コンポーネント内に設けられる。

特に好ましくは、第一コンポーネントと中間コンポーネントのプラグイン接続された両端部は、プラグイン接続の長さにわたって及ぶ電気絶縁要素によって両者間が広範囲に分離されている。この方法により、第二コンポーネントおよび、必要に応じて、金属の中間コンポーネントの鋼材の接触腐食は回避される。この腐食は、第一コンポーネントと第二コンポーネントの電気化学的電位の比較的大きな差、および接続構造の中間コンポーネントのそれによって生じる。電気絶縁要素は、接着層および／または、ガラス若しくはアラミド繊維強化プラスチック、すなわち比較的劣位のＦＲＰの巻線体であることが好ましい。接着層の使用は、一方ではシンプルな構造方法による取り外し不可能な接続を、他方では接触腐食の防止を同時に提供する。

接触腐食の回避は、好ましい実施形態において第一コンポーネントが炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、具体的には貴重な材料から作られている場合特に重要である。さらに、本発明によれば接続構造はこの材料にとって重要である。なぜなら製造された第一コンポーネントは高い機械負荷に耐える必要があり、この目的のために単一方向の繊維配向で設置されるからである。ＣＦＲＰ材料では、繊維配向は接続開口によって深刻に劣化し、コンポーネントは意図された用途に使用できない。接続構造はまた、塩化カルシウムと石のチッピングへの腐食耐性を示す。

本発明のフレームワークを通して、接続構造の用途範囲は非常に幅広く、航空機の構造にも関係するものであるが、第一コンポーネントが自動車のフレームワーク構造コンポーネント、支柱またはサポートコンポーネントを形成し、一方第二コンポーネントが第一コンポーネントに隣接または近接した車体コンポーネントを形成することは特に好ましい。この点において、ＦＲＰの用途、好ましくは自動車の軽量構造コンセプトのためのＣＦＲＰおよび関連する排出量及び燃料消費量の低減は、考慮されなければならない。

以下では本発明のさらなる詳細を図で示した実施形態の例に基づき説明する。

図は、一方の端部が輪郭を押圧および平坦化することで形成されるスリーブタイプの中間コンポーネントに係る本発明による接続構造の分解図を概略的に示す。

図１は、自動車の車体コンポーネントを形成する第二コンポーネント２に結合される第一支柱タイプコンポーネント１の特別な接続に関する。支柱タイプコンポーネント１はＣＦＲＰで作られ、引き出し成形を使用して製造される。第二コンポーネント２は鋼板シートまたはシートから構成された中空プロファイルで構成される。これは描かれた管も含まれる。

アクセス口の設置による第一コンポーネント１の弱さを回避するために、スリーブタイプの金属中間コンポーネント３が提供され、コンポーネント１に面した端部４の上に一緒に押圧される。一緒に押圧された端部４が第二コンポーネント２の突き出た固定フランジを形成する一方で、中間コンポーネント３の反対の開口端部１１は第一コンポーネント１の端部６に面したレセプタクル５を有する。第一コンポーネント１は、管の形状を取ることができることが当然考えられ、一方で中間コンポーネント３は支柱または支柱の形状で形成され、第一コンポーネント１の空洞は中間コンポーネント３の対応する端部のレセプタクルを形成する。中間コンポーネント３の端部４は、第一コンポーネント１の場所に前述のアクセス口７を持ち、それを介して中間コンポーネント３は第二コンポーネント２とねじ８を用いて接続することが可能である。

本発明による、接続構造９の第一コンポーネント１、第二コンポーネント２、および中間コンポーネント３の本質的な製造のため、まず第一コンポーネント１の端部６が接着層１０でコーティングされる。そして、端部６を持つ第一コンポーネント１が中間コンポーネント３のレセプタクル５に挿入され、そのところで接着層１０はレセプタクルの壁に接触しその機能が有効化する。接着剤の硬化後、高負荷耐性接続が第一コンポーネント１と中間コンポーネント３との間で保証され、それによりプラグ接続は高い機械的負荷の下でももはや切り離されない。

中間コンポーネント３のレセプタクル５での第一コンポーネント１の端部６の等距離の位置合わせのために、同径の好ましくはガラス製の複数の小さな球が接着層１０に配置され得る。また、一つ以上のチャネルがレセプタクル５の領域の中間コンポーネント３で形成され得ると考えられ、それはこの外側を通る。この方法により過剰な接着剤は定められた仕方で外側に放散することができる。また、これらのチャンネルを介して、接着剤を最初に２つの接続パートナー、中間コンポーネント３と第一コンポーネント１に付与することも可能である。

接着処理後、第一コンポーネント１は中間コンポーネント３と共に第二コンポーネント２へ導かれ、第二コンポーネントは中間コンポーネントの端部４に固くねじ止めされる。必要に応じてネジ止めはブッシュを介して行われるが、これは例えば押し付けて、アクセス口７に固定されなければならない。

フランジ４の代わりに、中間コンポーネント３に回転対称の接続部品を形成することも可能であり、これにより外部ねじが運ばれ、第一コンポーネント１は中間コンポーネントに沿って第二コンポーネント２の開口部にねじ止めされる。さらに、本文脈では、バヨネット接続の設置を提供する対策が検討される。

接着剤接続および／または圧入接続に加えて、中間コンポーネント３と第一コンポーネント１の端部６との間で、ラッチまたはスナップオン接続が達成されると考えられる。この目的を達成するために、レセプタクル５の壁はある程度伸縮可能でくぼみを持っているべきであり、その中に第一コンポーネント１の端部６の対応する形状の領域がラッチされ、さもなければ噛み合わされる。この方法により、圧入の強度を低減することが可能であり、その点で、形状固定接続はプラグイン接続の取り外し不可能性の一部を引き継ぐ。中間コンポーネント３の材料は、圧入強度の低下に起因して、引張応力の観点からその領域内で保護される。接着接続の文脈で、残りの２つのプラグインパートナーの形状繋止式接続は、互いの軸方向のプラグイン配置を保証するものであり、接着剤がまだ硬化していないがしかしプラグインフィッティングが第二コンポーネント２に導入されなければならないとき、第一コンポーネント１と第二コンポーネント２との接続の処理の信頼性においてそれは有益である。

Claims (8)

1. 第一および第二コンポーネント（１，２）の間の接続構造（９）であって、前記第二コンポーネント（２）は鋼材から形成されるものであり、
   前記第一コンポーネント（１）が繊維強化プラスチックから作られ、前記２つのコンポーネント（１，２）が金属製の中間コンポーネント（３）を用いて接続され、前記中間コンポーネント（３）が前記第一コンポーネント（１）と取り外し不可能なプラグイン接続を用いて接続されていることを特徴とする接続構造。
2. 前記中間コンポーネント（３）が１つの端部（４）に取付フランジを有し、それを用いて前記中間コンポーネント（３）が前記第二コンポーネント（２）に結合されることを特徴とする、請求項１に記載の接続構造。
3. 前記中間コンポーネント（３）がスリーブとして形成され、取付フランジの前記構成の１つの端部（４）で平らにプレスされることを特徴とする、請求項２に記載の接続構造。
4. 前記取り外し不可能なプラグイン接続が、締り嵌めを用いておよび／または接着層（１０）を用いて形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の接続構造。
5. 前記第一コンポーネント（１）および前記中間コンポーネント（３）の前記プラグイン接続の両端部（６、１１）が、前記プラグイン接続の長さにわたって電気絶縁要素によって広範囲に分離されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の接続構造。
6. 前記電気絶縁要素が、接着層（１０）および／またはガラス若しくはアラミド繊維強化プラスチックの巻線体であることを特徴とする、請求項５に記載の接続構造。
7. 前記第一コンポーネント（１）が、単一方向の繊維配向を持つ炭素繊維強化プラスチックからなることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１つに記載の接続構造。
8. 前記第一コンポーネント（１）が、自動車のフレームワーク構造コンポーネント、支柱、またはサポートコンポーネントを形成し、前記第二コンポーネント（２）が前記第一コンポーネント（１）に隣接する車体コンポーネントを形成することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１つに記載の接続構造。

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