DE102019201556B3 - Method and arrangement for connecting components - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Verbinden eines ersten Bauteils (3) mit mindestens einem zweiten Bauteil (5) mittels einer Schraubenverbindung (20), wobei eine erste Komponente (22) der Schraubenverbindung (20) an einem ersten Fügebereich (7) auf dem ersten Bauteil (3) aufliegt, wobei mindestens das erste Bauteil (3) aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildet wird, wobei die Schraubenverbindung (20) zuerst bis zu einem vorgegebenen Voranzugsmoment angezogen wird, wobei die Schraubenverbindung (20) mit einer vorgegebenen Frequenz gelöst und wieder angezogen wird, so dass die mit einer Vorspannkraft belastete erste Komponente (22) um einen vorgegebenen Drehwinkel bewegt wird und durch die resultierende Drehbewegung selektiv Reibungswärme am ersten Fügebereich (7) erzeugt, bis die vorgegebene Temperatur am Fügebereich (7) erreicht ist, wobei die Schraubenverbindung (20) nach Erreichen der vorgegebenen Temperatur am Fügebereich (7) bis zu einem vorgegebenen Montagedrehmoment angezogen wird.The invention relates to a method and an arrangement for connecting a first component (3) to at least one second component (5) by means of a screw connection (20), a first component (22) of the screw connection (20) being connected to a first joining area (7). rests on the first component (3), at least the first component (3) being formed from a fiber-reinforced plastic, the screw connection (20) first being tightened to a predetermined tightening torque, the screw connection (20) having a predetermined Frequency is released and tightened again, so that the first component (22) loaded with a prestressing force is moved by a predetermined angle of rotation and the resulting rotary movement selectively generates frictional heat at the first joining area (7) until the predetermined temperature at the joining area (7) is reached is, the screw connection (20) after reaching the predetermined temperature at the joining area (7) up to a predetermined one assembly torque is tightened.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zum Verbinden von Bauteilen.The invention relates to a method for connecting components. Furthermore, the invention relates to an arrangement for carrying out the method for connecting components.

Verfahren und Anordnungen zum Verbinden von Bauteilen, von denen mindestens ein Bauteil aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht, sind in zahlreichen Variationen bekannt. Faserverstärkte Kunststoffe bestehen aus einer organischen Matrix, in die Fasern, z. B. Kohlenstoff-, Aramid- oder Glasfasern, entweder sortenrein oder gemischt eingebettet sind. Als Matrixwerkstoffe kommen duroplastische Polymere, wie z. B. Epoxidharz oder Polyurethan, oder thermoplastische Polymere, wie z. B. Polyamid, zum Einsatz. Aus faserverstärkten Kunststoffen werden Bauteile in verschiedensten Industriezweigen hergestellt. Im Fahrzeugbau können dies ganze Karosserien, z. B. ein Monocoque, aber auch einzelne Karosseriebauteile, z.B. ein Boden, ein Dach, eine Rückwand, ein Kotflügel oder ein Sideblade, sein. Hierbei sind metallische und/oder nichtmetallische Bauteile aneinanderzufügen. Eine übliche Verbindungstechnik ist eine Schraubenverbindung, wobei mehrere Fügeteile aus faserverstärkten Kunststoffen als Klemmteil angeordnet werden. Beim Anziehen der Schraubenverbindung längt sich eine verwendete Schraube, wobei die Fügeteile unter einer Druckspannung stehen. Dieses Wirkprinzip der Schraubenverbindung ermöglicht eine Übertragung von Kräften bzw. Momenten und verhindert ein selbsttätiges Lösen der Fügeteile unter angreifenden äußeren Belastungen.Methods and arrangements for connecting components, of which at least one component consists of a fiber-reinforced plastic, are known in numerous variations. Fiber-reinforced plastics consist of an organic matrix into which fibers, e.g. B. carbon, aramid or glass fibers, either sorted or mixed embedded. As matrix materials come thermosetting polymers such. B. epoxy or polyurethane, or thermoplastic polymers such. B. polyamide used. Components made from fiber-reinforced plastics are manufactured in a wide variety of industries. In vehicle construction, this can entire bodies, z. B. a monocoque, but also individual body components, e.g. a floor, a roof, a rear wall, a fender or a sideblade. Metallic and / or non-metallic components are to be joined together. A common connection technique is a screw connection, with several joining parts made of fiber-reinforced plastics being arranged as a clamping part. When tightening the screw connection, a screw used lengthens, whereby the parts to be joined are under compressive stress. This principle of action of the screw connection enables forces or moments to be transmitted and prevents the parts to be loosened automatically under attacking external loads.

Faserverbundwerkstoffe bieten einem Konstrukteur die Möglichkeit, Werkstoffeigenschaften durch eine Faseranordnung an Bauteilbelastungen anzupassen. Üblich ist eine zweidimensionale Anordnung von Verstärkungsfasern. Im Fall einer Durchsteckverschraubung werden Bohrungen in einem Laminat erzeugt. Ein Montageprozess der Schraube erzeugt eine Vorspannkraft, die gleichermaßen auf das Laminat wirkt, das somit einer Querdruckbeanspruchung ausgesetzt wird.Fiber composite materials offer a designer the opportunity to adapt material properties to component loads through a fiber arrangement. A two-dimensional arrangement of reinforcing fibers is common. In the case of a push-through fitting, holes are made in a laminate. An assembly process of the screw generates a pre-tensioning force that also acts on the laminate, which is therefore exposed to a transverse pressure load.

Als nachteilig kann dabei angesehen werden, dass zeitlich verzögert nach dem Anziehen der Schraubenverbindung ein Fließen der Matrix aus Polymer erfolgt, da eine eingeleitete Last nur äußerst ineffizient in eine Faserspannung umgewandelt werden kann und ein Hauptkraftfluss über die Matrix wirkt. Unter der beschriebenen Druckbeanspruchung und den Fließprozessen wird die Vorspannkraft kontinuierlich verringert. Wird dabei eine mindestens nötige Schraubenvorspannkraft bzw. Mindestvorspannkraft unterschritten, so ist die Funktionalität der Schraubenverbindung nicht mehr gewährleistet.It can be regarded as disadvantageous that the polymer matrix flows with a time delay after the screw connection has been tightened, since an introduced load can only be converted into fiber tension extremely inefficiently and a main flow of force acts via the matrix. The prestressing force is continuously reduced under the described compressive stress and the flow processes. If the screw pretension or minimum pretension force falls below the minimum, the functionality of the screw connection is no longer guaranteed.

Aus der US 2003/0223841 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur lösbaren Befestigung von Verschleißteilen mittels Schraubenelementen mit mindestens einem Gewindeteil und mindestens einem Drehteil bekannt.From the US 2003/0223841 A1 A method and a device for the detachable fastening of wearing parts by means of screw elements with at least one threaded part and at least one turned part are known.

Aus der US 2011/0150602 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit einem rotationssymmetrischen oder zumindest teilweise ringförmigen Querschnitt, wie einer Mutter, einem Bund, einem Rohrverbinder, einer Rohrkupplung oder einem ähnlichen Teil bekannt.From the US 2011/0150602 A1 a method for producing a molded part with a rotationally symmetrical or at least partially annular cross section, such as a nut, a collar, a pipe connector, a pipe coupling or a similar part is known.

Aus der DE 10 2016 005 903 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils mit mindestens einem zweiten Bauteil mittels einer Schraube bekannt. Hierbei wird mindestens das erste Bauteil aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildet. Mindestens das erste Bauteil wird in einem Fügebereich, in dem das mindestens eine erste Bauteil mit dem mindestens einen zweiten Bauteil zu verbinden ist, auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt, die mindestens so groß wie eine Glasübergangstemperatur des mit Fasern verstärkten Kunststoffs ist. Bei Erreichen der vorgegebenen Temperatur wird die Schraube am Fügebereich bis zu einem vorgegebenen Montagedrehmoment eingedreht. Zum Erwärmen des Fügebereichs wird eine Wärmequelle, wie beispielsweise ein Wärmeofen, ein Laser, eine induktive Wärmequelle, ein IR-Strahler oder eine erwärmte, den Fügebereich berührende Vorrichtung unter Nutzung einer Wärmeleitung verwendet.From the DE 10 2016 005 903 A1 a method for connecting a first component to at least one second component by means of a screw is known. In this case, at least the first component is formed from a plastic reinforced with fibers. At least the first component is heated in a joining area in which the at least one first component is to be connected to the at least one second component to a predetermined temperature which is at least as high as a glass transition temperature of the plastic reinforced with fibers. When the specified temperature is reached, the screw is screwed in at the joining area up to a specified assembly torque. A heat source, such as, for example, a heating furnace, a laser, an inductive heat source, an IR radiator or a heated device which touches the joint region using heat conduction, is used to heat the joint region.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen, von welchen mindestens ein Bauteil aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht, sowie eine korrespondierende Anordnung zum Ausführen eines solchen Verfahrens bereitzustellen, welches mit weniger Prozessschritten bzw. weniger Ausrüstung ausgeführt werden kann.The invention is based on the object of providing a method for connecting components, of which at least one component consists of a fiber-reinforced plastic, and a corresponding arrangement for carrying out such a method, which can be carried out with fewer process steps or less equipment.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Anordnung zum Verbinden von Bauteilen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a method for connecting components with the features of patent claim 1 and by an arrangement for connecting components with the features of patent claim 7. Advantageous refinements with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird zum Verbinden eines ersten Bauteils, welches aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildet wird, mit mindestens einem zweiten Bauteil mittels einer Schraubenverbindung eingesetzt. Hierbei liegt eine erste Komponente der Schraubenverbindung an einem ersten Fügebereich auf dem ersten Bauteil auf, wobei die Schraubenverbindung zuerst bis zu einem vorgegebenen Voranzugsmoment angezogen wird. Die Schraubenverbindung wird dann mit einer vorgegebenen Frequenz gelöst und wieder angezogen, so dass die mit einer Vorspannkraft belastete erste Komponente um einen vorgegebenen Drehwinkel bewegt und durch die resultierende Drehbewegung selektiv Reibungswärme am ersten Fügebereich des ersten Bauteils erzeugt wird, bis die vorgegebene Temperatur am Fügebereich erreicht ist. Nach Erreichen der vorgegebenen Temperatur wird die Schraubenverbindung am Fügebereich bis zu einem vorgegebenen Montagedrehmoment angezogen. Hierbei wird die Temperatur mit etwa 110 bis 150% einer Glasübergangstemperatur des mit Fasern verstärkten Kunststoffs des korrespondierenden Bauteils vorgegeben. Dadurch liegt die Temperatur über der Glasübergangstemperatur einer verwendeten Kunststoffmatrix, aber sicher unterhalb einer Zersetzungstemperatur des mit Fasern verstärkten Kunststoffs.The method according to the invention is used to connect a first component, which is formed from a plastic reinforced with fibers, to at least one second component by means of a screw connection. Here, a first component of the screw connection rests on a first joining area on the first component, the screw connection first being tightened up to a predetermined pre-tightening torque. The screw connection is then with a predetermined frequency released and tightened again, so that the first component loaded with a biasing force is moved by a predetermined angle of rotation and the resulting rotational movement selectively generates frictional heat at the first joining area of the first component until the predetermined temperature at the joining area is reached. After reaching the specified temperature, the screw connection on the joining area is tightened to a specified assembly torque. Here, the temperature is predetermined to be about 110 to 150% of a glass transition temperature of the fiber-reinforced plastic of the corresponding component. As a result, the temperature is above the glass transition temperature of a plastic matrix used, but certainly below a decomposition temperature of the plastic reinforced with fibers.

Zudem wird eine Anordnung zur Ausführung des Verfahrens zum Verbinden eines ersten Bauteils, welches aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildet ist, mit mindestens einem zweiten Bauteil, mit einem Schraubwerkzeug vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist das Schraubwerkzeug ausgebildet, die Schraubenverbindung bis zu einem vorgegebenen Anzugsmoment anzuziehen und die Schraubenverbindung mit einer vorgegebenen Frequenz zu lösen und wieder anzuziehen, so dass die mit einer Vorspannkraft belastete erste Komponente um einen vorgegebenen Drehwinkel bewegt wird und durch die resultierende Drehbewegung selektiv Reibungswärme am ersten Fügebereich erzeugt, bis die vorgegebene Temperatur am ersten Fügebereich erreicht ist.In addition, an arrangement for carrying out the method for connecting a first component, which is formed from a fiber-reinforced plastic, with at least one second component, with a screwing tool, is proposed. According to the invention, the screwing tool is designed to tighten the screw connection up to a predetermined tightening torque and to loosen and tighten the screw connection at a predetermined frequency, so that the first component loaded with a prestressing force is moved by a predetermined angle of rotation and, due to the resulting rotary movement, selectively frictional heat on generated first joining area until the predetermined temperature is reached at the first joining area.

Bei der Schraubenverbindung kann es sich beispielsweise um eine Durchsteckverbindung handeln, bei welcher ein Gewindeschaft einer Schraube durch fluchtende Durchgangsöffnungen im ersten Bauteil und im zweiten Bauteil geführt wird und auf einer Seite der Durchsteckverbindung mit einem Schraubenkopf und auf einer anderen Seite der Durchsteckverbindung mit einer Mutter festgelegt wird. Hierbei kann dann der Schraubenkopf und/oder die Mutter der Schraubenverbindung als erste Komponente der Schraubenverbindung um einen vorgegebenen Drehwinkel bewegt werden, um die Reibungswärme am ersten Fügebereich des ersten Bauteils zu erzeugen. Alternativ kann die Schraubenverbindung als Aufschraubverbindung ausgeführt sein, bei welcher ein Gewindeschaft einer Schraube durch eine Durchgangsöffnung im ersten Bauteil geführt und in eine im zweiten Bauteil eingebrachte Bohrung mit Innengewinde eingeschraubt ist und ein Schraubenkopf der Schraube auf dem ersten Fügebereich des ersten Bauteils aufliegt. Die Bohrung im zweiten Bauteil kann beispielsweise als Durchgangbohrung mit Innengewinde oder als Sacklochbohrung mit Innengewinde ausgeführt werden. Hierbei kann dann der Schraubenkopf der Schraube als erste Komponente der Schraubenverbindung um einen vorgegebenen Drehwinkel bewegt werden, um die Reibungswärme am ersten Fügebereich des ersten Bauteils zu erzeugen.The screw connection can be, for example, a push-through connection in which a threaded shaft of a screw is guided through aligned through openings in the first component and in the second component and fixed on one side of the push-through connection with a screw head and on another side of the push-through connection with a nut becomes. The screw head and / or the nut of the screw connection as the first component of the screw connection can then be moved by a predetermined angle of rotation in order to generate the frictional heat at the first joining area of the first component. Alternatively, the screw connection can be designed as a screw connection, in which a threaded shaft of a screw is guided through a through opening in the first component and screwed into a bore with an internal thread in the second component and a screw head of the screw rests on the first joining area of the first component. The hole in the second component can be designed, for example, as a through hole with an internal thread or as a blind hole with an internal thread. The screw head of the screw as the first component of the screw connection can then be moved by a predetermined angle of rotation in order to generate the frictional heat at the first joining area of the first component.

Durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Vorspannkraftverhalten der Schraubenverbindung durch die Verschraubung bei einer vorgegebenen erhöhten Temperatur verbessert werden. Hierbei wird die erhöhte Temperatur am ersten Fügebereich des aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildeten ersten Bauteils nicht durch eine zusätzliche Wärmequelle, sondern durch ein vorhandenes Schraubwerkzeug mittels Reibungswärme zwischen der ersten Komponente der Schraubenverbindung und dem ersten Fügebereich des ersten Bauteils erzeugt. Da das Schraubwerkzeug ohnehin zum Herstellen der Schraubenverbindung verwendet wird, sind zur Durchführung des Verfahrens weniger Ausrüstungskomponenten erforderlich. Da auf eine Bereitstellung der Wärmequelle verzichtet werden kann, sind auch weniger Prozessschritte zum Verbinden von Bauteilen erforderlich.By means of embodiments of the present invention, the prestressing force behavior of the screw connection can be improved by the screw connection at a predetermined elevated temperature. The increased temperature at the first joining area of the first component formed from a fiber-reinforced plastic is not generated by an additional heat source, but by an existing screwing tool by means of frictional heat between the first component of the screw connection and the first joining area of the first component. Since the screwing tool is used anyway to produce the screw connection, fewer equipment components are required to carry out the method. Since there is no need to provide the heat source, fewer process steps are required to connect components.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann ein zweites Bauteil ebenfalls aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildet werden. Hierbei kann eine zweite Komponente an einem zweiten Fügebereich auf dem zweiten Bauteil aufliegen, wobei auch die mit der Vorspannkraft belastete zweite Komponente um den vorgegebenen Drehwinkel bewegt werden und durch die resultierende Drehbewegung selektiv Reibungswärme am zweiten Fügebereich erzeugen kann, bis die vorgegebene Temperatur am zweiten Fügebereich erreicht ist. Dadurch ist es möglich auch zwei aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildete Bauteile über eine Schraubenverbindung miteinander zu verbinden.In an advantageous embodiment of the method, a second component can also be formed from a plastic reinforced with fibers. Here, a second component can rest on a second joining area on the second component, the second component loaded with the pretensioning force also being moved by the predetermined rotation angle and being able to selectively generate frictional heat at the second joining area by the resulting rotary movement until the predetermined temperature at the second joining area is reached. This makes it possible to connect two components formed from a fiber-reinforced plastic by means of a screw connection.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann das Voranzugsmoment mit etwa 50% des Montagedrehmoments vorgegeben werden. Des Weiteren kann der Drehwinkel mit etwa 45° vorgegeben werden. Dadurch kann ein bestimmter Anteil der Belastung durch die Vorspannkraft auch während des Lösens der Schraubenverbindung aufrechterhalten werden, um die Reibungswärme zu erzeugen. Zudem kann die Belastung durch die Vorspannkraft während des Anziehens der Schraubenverbindung nicht über das Montagedrehmoment erhöht werden.In a further advantageous embodiment of the method, the pre-tightening torque can be predetermined at approximately 50% of the assembly torque. In addition, the angle of rotation can be specified at approximately 45 °. As a result, a certain proportion of the preload load can be maintained during the loosening of the screw connection in order to generate the frictional heat. In addition, the load caused by the preload force cannot be increased beyond the assembly torque while tightening the screw connection.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann die Temperatur am korrespondierenden Fügebereich mittels einer Temperaturmessvorrichtung gemessen werden. Alternativ kann die Temperatur am korrespondierenden Fügebereich über die Dauer der Reibungswärmeerzeugung abgeschätzt werden, wobei die Dauer der Reibungswärmeerzeugung durch einen Zeitgeber vorgegeben werden kann.In a further advantageous embodiment of the method, the temperature at the corresponding joining area can be measured using a temperature measuring device. Alternatively, the temperature at the corresponding joining area can be estimated over the duration of the frictional heat generation, wherein the duration of the frictional heat generation can be specified by a timer.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Anordnung kann die Schraubenverbindung eine Schraube mit einem Gewindeschaft umfassen, welcher eine Durchgangsöffnung im Bauteileverbund durchgreift, und an einem Ende der Durchgangsöffnung durch eine als Kopf ausgeführte erste Komponente am ersten Fügebereich und am anderen Ende der Durchgangsöffnung durch eine als Mutter ausgeführte zweite Komponente an einem zweiten Fügebereich des mindestens einen zweiten Bauteils festgelegt werden kann. In an advantageous embodiment of the arrangement, the screw connection can comprise a screw with a threaded shaft, which passes through a through opening in the component assembly, and at one end of the through opening by a first component designed as a head on the first joining area and at the other end of the through opening by a second designed as a nut Component can be fixed to a second joining area of the at least one second component.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Anordnung kann ein zweites Bauteil ebenfalls aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildet werden. Hierbei kann das Schraubwerkzeug ausgebildet werden, die zweite Komponente der Schraubenverbindung, welche am zweiten Fügebereich auf dem zweiten Bauteil aufliegt und mit der Vorspannkraft belastet ist, um den vorgegebenen Drehwinkel zu bewegen, so dass die zweite Komponente durch die resultierende Drehbewegung selektiv Reibungswärme am zweiten Fügebereich erzeugen kann, bis die vorgegebene Temperatur am zweiten Fügebereich erreicht ist.In a further advantageous embodiment of the arrangement, a second component can also be formed from a plastic reinforced with fibers. Here, the screwing tool can be designed, the second component of the screw connection, which rests on the second joining area on the second component and is loaded with the pretensioning force in order to move the predetermined rotation angle, so that the second component selectively generates frictional heat at the second joining area due to the resulting rotary movement can generate until the predetermined temperature is reached at the second joining area.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of Leaving invention. Embodiments are thus also to be regarded and encompassed by the invention, which are not explicitly shown or explained in the figures, but which emerge from the explanations explained and can be generated by separate combinations of features.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen. Hierbei zeigen:

  • 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden von Bauteilen;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden von Bauteilen aus 1,
  • 3 eine schematischen Schnittdarstellung einer mit dem Verfahren aus 1 hergestellten Schraubenverbindung zwischen zwei Bauteilen; und
  • 4 eine Darstellung eines Details IV aus 3.
Embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. In the drawing, the same reference numerals designate components or elements that perform the same or analog functions. Here show:
  • 1 a schematic flow diagram of an embodiment of a method according to the invention for connecting components;
  • 2nd is a schematic representation of an embodiment of an arrangement according to the invention for executing the method according to the invention for connecting components 1 ,
  • 3rd is a schematic sectional view of a using the method 1 produced screw connection between two components; and
  • 4th a representation of a detail IV out 3rd .

Wie aus 1 bis 4 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Verbinden eines ersten Bauteils 3, welches aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildet wird, mit mindestens einem zweiten Bauteil 5 mittels einer Schraubenverbindung 20, wobei eine erste Komponente 22 der Schraubenverbindung 20 an einem ersten Fügebereich 7 auf dem ersten Bauteil 3 aufliegt, einen ersten Schritt S100, in welchem die Schraubenverbindung 20 zuerst bis zu einem vorgegebenen Voranzugsmoment angezogen wird. In einem Schritt S110 wird die Schraubenverbindung 20 mit einer vorgegebenen Frequenz gelöst und wieder angezogen, so dass die mit einer Vorspannkraft belastete erste Komponente 22 um einen vorgegebenen Drehwinkel bewegt wird und durch die resultierende Drehbewegung selektiv Reibungswärme am ersten Fügebereich 7 erzeugt, bis die vorgegebene Temperatur am Fügebereich 7 erreicht ist. Im Schritt S120 wird die Schraubenverbindung 20 nach Erreichen der vorgegebenen Temperatur am Fügebereich 7 bis zu einem vorgegebenen Montagedrehmoment angezogen.How out 1 to 4th can be seen, the illustrated embodiment of the method according to the invention comprises 100 for connecting a first component 3rd , which is formed from a fiber-reinforced plastic, with at least one second component 5 by means of a screw connection 20th , being a first component 22 the screw connection 20th at a first joining area 7 on the first component 3rd a first step S100 in which the screw connection 20th is first tightened to a predetermined pre-tightening torque. In one step S110 becomes the screw connection 20th loosened with a predetermined frequency and tightened again, so that the first component loaded with a biasing force 22 is moved by a predetermined angle of rotation and by the resulting rotary movement selectively frictional heat at the first joining area 7 generated until the specified temperature at the joining area 7 is reached. In step S120 becomes the screw connection 20th after reaching the specified temperature at the joining area 7 tightened to a specified assembly torque.

Bei dem in 3 und 4 dargestellten Schraubenverbindung 20 besteht nur das erste Bauteil 3 aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff. Das dargestellte zweite Bauteil 5 besteht aus einem anderen Material, wie beispielsweise aus einem Metall. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein zweites Bauteil 5 ebenfalls aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildet wird. Hierbei liegt eine zweite Komponente 26 an einem zweiten Fügebereich 8 auf dem zweiten Bauteil 5 auf. Daher wird bei diesem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel auch die mit der Vorspannkraft belastete zweite Komponente 22 um den vorgegebenen Drehwinkel bewegt und erzeugt durch die resultierende Drehbewegung selektiv Reibungswärme am zweiten Fügebereich 8, bis die vorgegebene Temperatur am zweiten Fügebereich 8 erreicht ist.At the in 3rd and 4th illustrated screw connection 20th there is only the first component 3rd made of a fiber-reinforced plastic. The second component shown 5 consists of another material, such as a metal. In an alternative embodiment, not shown, a second component 5 is also formed from a fiber reinforced plastic. Here is a second component 26 at a second joining area 8th on the second component 5 on. Therefore, in this exemplary embodiment, which is not shown, the second component loaded with the prestressing force also becomes 22 moved by the predetermined angle of rotation and selectively generates frictional heat at the second joining area by the resulting rotary movement 8th until the specified temperature at the second joining area 8th is reached.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel des Verfahrens 100 wird das Voranzugsmoment mit etwa 50% des Montagedrehmoments vorgegeben. Zudem wird der Drehwinkel mit etwa 45° vorgegeben. Selbstverständlich können auch andere Wert verwendet werden. So kann das Montagedrehmoment in einem Bereich von 40% bis 60% und der Drehwinkel im Bereich von 30° bis 60° vorgegeben werden. Des Weiteren wird die Temperatur im dargestellten Ausführungsbeispiel mit etwa 110 bis 150% einer Glasübergangstemperatur des mit Fasern verstärkten Kunststoffs des korrespondierenden Bauteils 3, 5 vorgegeben. Die Glasübergangstemperatur von bekannten mit Fasern verstärkten Kunststoffen liegt beispielsweise im Bereich von 120°C bis 180°C.In the illustrated embodiment of the method 100 the pre-tightening torque is specified with approximately 50% of the assembly torque. In addition, the angle of rotation is set at approximately 45 °. Of course, other values can also be used. The assembly torque can be specified in a range from 40% to 60% and the angle of rotation in the range from 30 ° to 60 °. Furthermore, the temperature in the exemplary embodiment shown is approximately 110 to 150% of a glass transition temperature of the fiber-reinforced plastic of the corresponding component 3rd , 5 given. The glass transition temperature of known fiber-reinforced plastics is, for example, in the range from 120 ° C to 180 ° C.

Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, kann die Temperatur am dargestellten ersten Fügebereich 7 mittels einer Temperaturmessvorrichtung 12 gemessen werden. Alternativ kann die Temperatur am ersten Fügebereich 7 über die Dauer der Reibungswärmeerzeugung abgeschätzt werden. Dauer der Reibungswärmeerzeugung kann durch einen dargestellten Zeitgeber 14 vorgegeben werden. Das bedeutet, dass entweder die Temperaturmessvorrichtung 12 zur direkten Temperaturmessung, oder der Zeitgeber 14 zur Vorgabe der Dauer der Reibungswärmeerzeugung verwendet wird.How out 2nd it can also be seen, the temperature at the first joining area shown 7 by means of a temperature measuring device 12 be measured. Alternatively, the temperature at the first joint area 7 can be estimated over the duration of the frictional heat generation. Duration of the frictional heat generation can be represented by a timer 14 be specified. That means either the temperature measuring device 12 for direct temperature measurement, or the timer 14 is used to specify the duration of the frictional heat generation.

Wie aus 2 bis 4 weiter ersichtlich ist, umfasst die Anordnung 1 zur Ausführung des Verfahrens 100 zum Verbinden eines ersten Bauteils 3, welches aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildet ist, mit mindestens einem zweiten Bauteil 5 ein Schraubwerkzeug 10.How out 2nd to 4th the arrangement also includes 1 to carry out the procedure 100 for connecting a first component 3rd , which is formed from a fiber-reinforced plastic, with at least one second component 5 a screwdriver 10th .

Erfindungsgemäß ist das Schraubwerkzeug 10 ausgebildet, die Schraubenverbindung 20 bis zu einem vorgegebenen Anzugsmoment anzuziehen und die Schraubenverbindung 20 mit einer vorgegebenen Frequenz zu lösen und wieder anzuziehen, so dass die mit einer Vorspannkraft belastete erste Komponente 22 um einen vorgegebenen Drehwinkel bewegt wird und durch die resultierende Drehbewegung selektiv Reibungswärme am ersten Fügebereich 7 erzeugt, bis die vorgegebene Temperatur am ersten Fügebereich 7 erreicht ist.According to the screwing tool 10th trained the screw connection 20th to a specified torque and the screw connection 20th loosen with a predetermined frequency and tighten again, so that the first component loaded with a biasing force 22 is moved by a predetermined angle of rotation and by the resulting rotary movement selectively frictional heat at the first joining area 7 generated until the specified temperature at the first joining area 7 is reached.

Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, umfasst die Schraubenverbindung 20 eine Schraube 21 mit einem Gewindeschaft 24, welcher eine Durchgangsöffnung 9 im Bauteileverbund aus dem ersten Bauteil 3 und dem zweiten Bauteil 5 durchgreift. Der Gewindeschaft 24 ist an einem Ende der Durchgangsöffnung 9 durch eine als Kopf ausgeführte erste Komponente 22 am ersten Fügebereich 7 und am anderen Ende der Durchgangsöffnung 9 durch eine als Mutter ausgeführte zweite Komponente 26 an einem zweiten Fügebereich 8 des mindestens einen zweiten Bauteils 5 festgelegt. Aufgrund einer durch mehrere Pfeile dargestellte Unterkopfreibung zwischen der als Kopf ausgeführten ersten Komponente 22 der Schraubenverbindung 20 und dem Fügebereich 7 des eingeklemmten ersten Bauteils 3 Klemmteil entsteht Verlustenergie in Form von Wärme.How out 3rd and 4th can be seen further includes the screw connection 20th a screw 21st with a threaded shaft 24th , which has a through opening 9 in the component assembly from the first component 3rd and the second component 5 reaches through. The threaded shaft 24th is at one end of the through hole 9 by a first component designed as a head 22 at the first joining area 7 and at the other end of the through hole 9 by a second component designed as a nut 26 at a second joining area 8th of the at least one second component 5 fixed. Due to an under-head friction, represented by several arrows, between the first component designed as a head 22 the screw connection 20th and the joining area 7 of the jammed first component 3rd Clamping part creates loss of energy in the form of heat.

Wie oben bereits ausgeführt ist, ist bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ein zweites Bauteil 5 ebenfalls aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildet, wobei die zweite Komponente 26 am zweiten Fügebereich 8 auf dem zweiten Bauteil 5 aufliegt. Bei diesem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Schraubwerkzeug 10 so ausgebildet, dass auch die mit der Vorspannkraft belastete zweite Komponente 22 um den vorgegebenen Drehwinkel bewegt wird und durch die resultierende Drehbewegung selektiv Reibungswärme am zweiten Fügebereich 8 erzeugt, bis die vorgegebene Temperatur am zweiten Fügebereich 8 erreicht ist.As already stated above, in an alternative embodiment, not shown, there is a second component 5 also formed from a fiber reinforced plastic, the second component 26 at the second joining area 8th on the second component 5 lies on. In this embodiment, not shown, the screwing tool 10th designed in such a way that the second component loaded with the preload force 22 is moved by the predetermined angle of rotation and by the resulting rotary movement selectively frictional heat at the second joining area 8th generated until the specified temperature at the second joining area 8th is reached.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Anordnung zum Verbinden eines ersten Bauteils mit mindestens einem zweiten BauteilArrangement for connecting a first component to at least one second component
33rd
erstes Bauteilfirst component
55
zweites Bauteilsecond component
77
erster Fügebereichfirst joining area
88th
zweiter Fügebereichsecond joining area
99
DurchgangsöffnungThrough opening
1010th
SchraubwerkzeugScrewdriver
1212
TemperaturmessvorrichtungTemperature measuring device
1414
ZeitgeberTimer
2020th
SchraubenverbindungScrew connection
2121st
Schraubescrew
2222
erste Komponente (Kopf)first component (head)
2424th
GewindeschaftThreaded shaft
2626
zweite Komponente (Mutter)second component (mother)
100100
Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils mit mindestens einem zweiten BauteilMethod for connecting a first component to at least one second component
S100 bis S120S100 to S120
VerfahrensschrittProcedural step

Claims (9)

Verfahren (100) zum Verbinden eines ersten Bauteils (3) mit mindestens einem zweiten Bauteil (5) mittels einer Schraubenverbindung (20), wobei eine erste Komponente (22) der Schraubenverbindung (20) an einem ersten Fügebereich (7) auf dem ersten Bauteil (3) aufliegt, wobei mindestens das erste Bauteil (3) aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildet wird, wobei die Schraubenverbindung (20) zuerst bis zu einem vorgegebenen Voranzugsmoment angezogen wird, wobei die Schraubenverbindung (20) mit einer vorgegebenen Frequenz gelöst und wieder angezogen wird, so dass die mit einer Vorspannkraft belastete erste Komponente (22) um einen vorgegebenen Drehwinkel bewegt wird und durch die resultierende Drehbewegung selektiv Reibungswärme am ersten Fügebereich (7) erzeugt, bis eine vorgegebene Temperatur am Fügebereich (7) erreicht ist, wobei die Temperatur mit etwa 110 bis 150% einer Glasübergangstemperatur des mit Fasern verstärkten Kunststoffs des korrespondierenden Bauteils (3, 5) vorgegeben wird, wobei die Schraubenverbindung (20) nach Erreichen der vorgegebenen Temperatur am Fügebereich (7) bis zu einem vorgegebenen Montagedrehmoment angezogen wird.Method (100) for connecting a first component (3) to at least one second component (5) by means of a screw connection (20), wherein a first component (22) of the screw connection (20) at a first joining area (7) on the first component (3) rests, at least the first component (3) being formed from a fiber-reinforced plastic, the screw connection (20) first being tightened to a predetermined tightening torque, the screw connection (20) being loosened at a predetermined frequency and again is tightened so that the first component (22) loaded with a prestressing force is moved by a predetermined angle of rotation and the resulting rotary movement selectively causes frictional heat at the first joining area (7) generated until a predetermined temperature at the joining area (7) is reached, the temperature being predetermined at about 110 to 150% of a glass transition temperature of the fiber-reinforced plastic of the corresponding component (3, 5), the screw connection (20) after reaching the specified temperature at the joining area (7) is tightened to a specified assembly torque. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Bauteil (5) ebenfalls aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildet wird, wobei eine zweite Komponente (26) an einem zweiten Fügebereich (8) auf dem zweiten Bauteil (5) aufliegt, wobei auch die mit der Vorspannkraft belastete zweite Komponente (22) um den vorgegebenen Drehwinkel bewegt wird und durch die resultierende Drehbewegung selektiv Reibungswärme am zweiten Fügebereich (8) erzeugt, bis die vorgegebene Temperatur am zweiten Fügebereich (8) erreicht ist.Method (100) according to Claim 1 , characterized in that a second component (5) is likewise formed from a plastic reinforced with fibers, a second component (26) resting on a second joining area (8) on the second component (5), the one with the pretensioning force also loaded second component (22) is moved by the predetermined angle of rotation and the resulting rotational movement selectively generates frictional heat at the second joining area (8) until the predetermined temperature at the second joining area (8) is reached. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Voranzugsmoment mit etwa 50% des Montagedrehmoments vorgegeben wird.Method (100) according to Claim 1 or 2nd , characterized in that the pre-tightening torque is specified with approximately 50% of the assembly torque. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel mit etwa 45° vorgegeben wird.Method (100) according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the angle of rotation is predetermined at about 45 °. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur am korrespondierenden Fügebereich (7, 8) mittels einer Temperaturmessvorrichtung (12) gemessen wird.Method (100) according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the temperature at the corresponding joining area (7, 8) is measured by means of a temperature measuring device (12). Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur am korrespondierenden Fügebereich (7, 8) über die Dauer der Reibungswärmeerzeugung abgeschätzt wird, wobei die Dauer der Reibungswärmeerzeugung durch einen Zeitgeber (14) vorgegeben wird.Method (100) according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the temperature at the corresponding joining area (7, 8) is estimated over the duration of the frictional heat generation, the duration of the frictional heat generation being predetermined by a timer (14). Anordnung (1) zur Ausführung des Verfahrens (100) zum Verbinden eines ersten Bauteils (3) mit mindestens einem zweiten Bauteil (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Schraubwerkzeug (10), wobei mindestens das erste Bauteil (3) aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubwerkzeug (10) ausgebildet ist, die Schraubenverbindung (20) bis zu einem vorgegebenen Anzugsmoment anzuziehen und die Schraubenverbindung (20) mit einer vorgegebenen Frequenz zu lösen und wieder anzuziehen, so dass die mit einer Vorspannkraft belastete erste Komponente (22) um einen vorgegebenen Drehwinkel bewegt wird und durch die resultierende Drehbewegung selektiv Reibungswärme am ersten Fügebereich (7) erzeugt, bis die vorgegebene Temperatur am ersten Fügebereich (7) erreicht ist.Arrangement (1) for executing the method (100) for connecting a first component (3) to at least one second component (5) according to one of the Claims 1 to 6 , with a screwing tool (10), at least the first component (3) being formed from a fiber-reinforced plastic, characterized in that the screwing tool (10) is designed to tighten the screw connection (20) to a predetermined tightening torque and the Loosen screw connection (20) with a predetermined frequency and tighten again, so that the first component (22) loaded with a prestressing force is moved by a predetermined angle of rotation and generates selective frictional heat at the first joining area (7) by the resulting rotary movement until the predetermined one Temperature at the first joining area (7) is reached. Anordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenverbindung (20) eine Schraube (21) mit einem Gewindeschaft (24) umfasst, welcher eine Durchgangsöffnung (9) im Bauteileverbund durchgreift, und an einem Ende der Durchgangsöffnung (9) durch eine als Kopf ausgeführte erste Komponente (22) am ersten Fügebereich (7) und am anderen Ende der Durchgangsöffnung (9) durch eine als Mutter ausgeführte zweite Komponente (26) an einem zweiten Fügebereich (8) des mindestens einen zweiten Bauteils (5) festgelegt ist.Arrangement (1) after Claim 7 , characterized in that the screw connection (20) comprises a screw (21) with a threaded shaft (24) which passes through a through opening (9) in the component assembly, and at one end of the through opening (9) by a first component (head) 22) on the first joining area (7) and on the other end of the through opening (9) by a second component (26) designed as a nut on a second joining area (8) of the at least one second component (5). Anordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Bauteil (5) ebenfalls aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff gebildet ist, wobei das Schraubwerkzeug (10) ausgebildet ist, die zweite Komponente (26) der Schraubenverbindung (20), welche am zweiten Fügebereich (8) auf dem zweiten Bauteil (5) aufliegt und mit der Vorspannkraft belastet ist, um den vorgegebenen Drehwinkel zu bewegen, so dass die zweite Komponente (26) durch die resultierende Drehbewegung selektiv Reibungswärme am zweiten Fügebereich (8) erzeugt, bis die vorgegebene Temperatur am zweiten Fügebereich (8) erreicht ist.Arrangement (1) after Claim 8 , characterized in that a second component (5) is also formed from a plastic reinforced with fibers, the screwing tool (10) being formed, the second component (26) of the screw connection (20), which is on the second joining area (8) rests on the second component (5) and is loaded with the prestressing force in order to move the predetermined angle of rotation, so that the second component (26) selectively generates frictional heat at the second joining area (8) through the resulting rotary movement until the predetermined temperature at the second joining area (8) is reached.
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