DE60101389T2

DE60101389T2 - Verbindungseinheit für strukturelemente

Info

Publication number: DE60101389T2
Application number: DE60101389T
Authority: DE
Inventors: Silvio Corrias; Giorgio Boero; Angela Falagario
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2021-07-05
Also published as: DE60101389D1; EP1301388A1; IT1320526B1; JP4064814B2; PT1301388E; US20040037625A1; ITTO20000684A1; JP2004502599A; ITTO20000684A0; ES2207620T3; TR200302166T4; US20060233598A1; WO2002004276A1; ATE255518T1; EP1301388B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbinder für Bauelemente zur Verwendung bei der Montage von Strukturen mit einem hohen Leistungs-/Gewichts-Verhältnis, wie beispielsweise Motorwagenkasten.
Ein Ziel der Erfindung ist es, eine Verbindungseinheit zur Verfügung zu stellen, die sowohl einfach als auch ökonomisch herzustellen ist und die eine hohe strukturelle Festigkeit bietet. Eine solche Verbindungseinheit gemäß den Oberbegriffen von Anspruch 1 ist im Dokument USA, 5 741 026 offenbart.
Dieses und andere Ziele gemäß der Erfindung werden durch Bereitstellen einer Verbindungseinheit erreicht, deren Hauptmerkmale im beigefügten Anspruch 1 definiert sind.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, die lediglich anhand eines nicht einschränkenden Beispiels gegeben wird, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen die:
1 und 2 perspektivische Ansichten einer Verbindungseinheit der Endung sind;
3 eine perspektivische Ansicht einer Verbindungseinheit der Erfindung während einer Stufe von deren Herstellung ist;
4 eine perspektivische Teilansicht eines Details der 3 ist;
5 ein Querschnitt, der auf der Linie V-V der 1 genommen wurde, ist; und
6 ein Querschnitt, der auf der Linie VI-VI der 1 genommen wurde, ist.
In den 1 und 2 ist eine Verbindungseinheit der Erfindung allgemein mit 1 gekennzeichnet.
In der Ausführung, die anhand eines Beispiels gezeigt wird, umfasst die Verbindungseinheit 1 ein im Wesentlichen T-geformtes Verbindungselement 2 aus Metall mit zwei im Wesentlichen ausgerichteten Armen 2a und einem Arm 2b, der von einem Zwischenabschnitt 2c (siehe insbesondere 2) absteht.
Die Arme 2a und Arm 2b des Verbindungselementes 2 aus Metall sind im Wesentlichen kanalförmig. Die oberen Kanten der Seiten dieser Arme des Verbindungselementes 2 bilden die jeweiligen nach außen weisenden Flansche, die als 2d in den 3, 4 und 6 gekennzeichnet sind. Im Zwischenabschnitt 2c ist eine Vertiefung 2e in der Grundfläche des Verbindungselements 2 ausgebildet, vorzugsweise so, um im Inneren des kanalförmigen Abschnitt hervorzustehen, wie aus den 2, 3 und 6 ersichtlich ist.
Die Vertiefung 2e ist verlängert und erstreckt sich zumindest teilweise in den Arm 2b des Verbindungselementes 2. Aus Gründen, die später erklärt werden, ist eine Vielzahl von Öffnungen 2f an der Oberseite der Vertiefung 2e (siehe 3, 5 und 6) günstigerweise ausgebildet.
Das Verbindungselement 2 besteht vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium oder einer Legierung davon oder aus Magnesium oder einer Legierung davon. Das Verbindungselement 2 kann mit jedem bekannten Verfahren geformt werden, z.B. durch Biegen, Walzen oder Hydroformen von Blech oder durch Ziehen oder Gießen in einer Form.
Das Verbindungselement 2 kann günstigerweise einstöckig hergestellt werden und entweder eine im Wesentlichen einheitliche oder variierende Stärke aufweisen. In diesem zweiten Fall kann das Verbindungselement 2 aus einem mehrschichtigen Blech und/oder aus Verbundwerkstoffen bestehen, die durch das so genannte Platinenzuschnittverfahren verbunden wurden. Alternativ kann das Verbindungselement 2 aus mehreren Bestandteilen zusammengebaut werden, die sich aus verschiedenen Materialien zusammensetzen und variierende Stärken aufweisen, wobei jeder Bestandteil durch ein Spritzverfahren, das per se bekannt ist, hergestellt wird und dann mit den anderen unter Verwendung von Verbindern, die mittels bekannter Verfahren hergestellt wurden, zusammengebaut werden.
Unter nochmaliger Bezugnahme auf die 1 und 2 sind die Endabschnitte der beiden Verbinderelemente 3, welche mit anderen Bauelementen wie Trägern, Zugstangen, Sparren oder Ähnliches verbunden werden sollen (auf eine Weise, die nicht gezeigt wird), um komplexe Strukturen zu formen, an den Armen 2a des Verbindungselementes 2 angeordnet und befestigt.
In der Ausführung, die anhand eines Beispiels veranschaulicht ist, bilden diese Verbinderelemente einen geschlossenen Abschnitt. Jedoch können solche Verbinderelemente einen offenen Abschnitt aufweisen.
Wie das Verbindungselement 2 bestehen die Verbinderelemente 3 günstigerweise aus Metall: zum Beispiel aus Stahl, Aluminium oder einer Legierung davon, oder aus Magnesium oder einer Legierung davon.
In Abhängigkeit von Möglichkeit oder Erfordernis können die Verbinderelemente 3 aus einem anderen Material als jenes des Verbindungselementes 2 bestehen.
Unter Bezugnahme insbesondere auf die 3 und 4, steht ein Paar von im Wesentlichen C-förmigen Klammern 2g von der Grundfläche der Arme 2a des Verbindungselementes 2 ab. Günstigerweise sind diese Klammern mit dem Verbindungselement 2 einstöckig durch Verfahren, die Schneiden und Falten nach oben umfassen, gefertigt.
Die Klammern 2g des Armes 2a des Verbindungselementes 2 weisen eine Größe auf, die es ermöglicht, dass die Endabschnitte der Verbinderelemente 3 darin eingeführt werden, wie insbesondere in den 3 und 4 gezeigt wird.
In der Ausführung, die anhand eines Beispiels veranschaulicht wird, wird ein Bauelement 4, das aus demselben Material wie das Verbindungselement 2 besteht, am Arm 2b des Verbindungselementes 2 befestigt. Das Bauelement 4 ist ebenfalls kanalförmig im Querschnitt.
Der Arm 2b des Verbindungselementes 2 kann dicker sein, so dass er, auf diese Weise verstärkt, gewährleistet, dass die Belastung vom und zum Bauelement 4 graduell übertragen wird. Alternativ, wie in den 2 und 3 gezeigt wird, sind die Endabschnitte des Armes 2b des Verbindungselementes 2 bzw. des Bauelements 4 überlagert und mechanisch befestigt, zum Beispiel durch Punktschweißen. Eine Platte, wie jene die mit 5 in den 1, 2 und 3 gekennzeichnet ist, kann ebenfalls an das Bauelements befestigt werden, beispielsweise durch Schweißen.
Während der Montage können die Verbinderelemente 3, die in den Klammern 2g des Verbindungselementes 2 angeordnet sind, durch Schweißen oder mit einem Kleber besser befestigt werden.
Die Verbindungseinheit 1 umfasst auch eine verstärkende Gitterstruktur, die mit 6 in 1 gekennzeichnet ist. Diese Struktur besteht aus einem Kunststoffmaterial, vorzugsweise aus einem Thermoplastmaterial, welches in das Verbindungselement 2 aus Metall eingespritzt wird, nachdem die Verbinderelemente 3 positioniert wurden und das zusätzliche Bauelement 4 befestigt wurde.
Die verstärkende Gitterstruktur 6 wird sowohl am Verbindungselement 2 aus Metall und am Verbinderelement 3 sicher befestigt. In der gezeigten Ausführung umfasst sie eine Vielzahl von mehr oder weniger orthogonalen, sich schneidenden Wänden, die an den Seiten und am unteren Ende der Arme 2a, 2b des Verbindungselementes 2 befestigt sind.
Der Querschnitt der Grundfläche der Rippen oder Wände der Gitterstruktur 6 kann vergrößert werden, um ein Quadrat, ein Rechteck, ein Dreieck, ein Trapez, einen Halbkreis oder Ähnliches geeigneter Dimensionen zu bilden, um so einen bevorzugten Fließweg für das Kunststoffmaterial während des Formens zu bilden.
Viele Verfahren können angewandt werden, um die Gitterstruktur 6 am Verbindungselement 2 zu befestigen. Im veranschaulichten Beispiel (siehe insbesondere 5 und 6) ist es an der Grundwand des Verbindungselementes 2 an der Stelle der Öffnungen, wie jenen von 2f, die durch die Vertiefung 2e gebildet werden, befestigt. Während des Formens wird eine vergrößerte Formation 7 an beiden Seiten der Öffnung gebildet, auf der Grundfläche von einer der Wände oder Zwischenwände, welche die Gitterstruktur bilden oder an einer Schnittfläche davon.
Die Verbindungen oder Befestigungen zwischen der Gitterstruktur 6 und dem Verbindungselement 2 können verschieden Formen aufweisen: einen Kreis zum Beispiel oder eine Ellipse oder eine symmetrische oder asymmetrische kreuzförmige Form.
An den Seiten der Arme 2a, 2b des Verbindungselementes 2 ist die Gitterstruktur 6 beispielsweise befestigt, wie in 6 gezeigt wird. In dieser Anordnung wird eine Leiste 8 während des Formens entlang der Kanten des Flansches 2d dieser Seiten (siehe 2) gebildet.
Während des Formens der verstärkenden Gitterstruktur 6 werden die Verbinderelemente 3 teilweise umschlossen und mit Formationen aus geformten Kunststoffmaterial befestigt, das von selbst in die Aperturen 2h (siehe 4) in der Bodenwand der Arme 2a des Verbindungselementes 2 durch Formation der Klammern 2g eindringt. Diese Formationen aus Kunststoffmaterial sind mit 9 in den 2 und 5 gekennzeichnet.
Die Endabschnitte der Verbinderelemente 3 des Verbindungselementes 2 sind an der Oberseite durch eine weitere flache Formation aus Kunststoffmaterial, wie jene, die mit 10 in 5 gekennzeichnet ist, befestigt. Diese Formation ist in einem Stück mit querlaufenden Rippen 11 geformt, die vorteilshaft die Klammern 2g umhüllen können. Es ist insbesondere vorteilshaft die Klammern zu umhüllen, wenn die Verbinderelemente 3 aus einem anderen Material als jenes des Verbindungselementes 2 bestehen, da es durch Verhindern des Kontaktes dieser verschiedenen Materialien möglich ist, Galvanisierung zu verhindern, die bewirkt, dass diese korrodieren.
Bezugnehmend auf 1 können Stirnwände 12 einstöckig mit der Gitterstruktur 6 quer durch die Endabschnitte der Arme 2a des Verbindungselementes 2 geformt werden, um so die Verbinderelemente 3 dichtend zu umschließen.
Die Gitterstruktur kann sicherer an den Verbinderelementen 3 befestigt werden, durch Anordnungen, die jenen ähnlich sind, die in Bezug auf das Befestigen der netzartigen Struktur an das Verbindungselement 2 beschrieben wurden.
Es ist bezüglich der Gitterstruktur 6 günstig, obwohl nicht notwendig, geschwächte Abschnitte zu haben, die als Sollbruchstellen beispielsweise im Falle eines Zusammenbruchs der Struktur dienen, von der der Verbinder ein Teil ist. Diese geschwächten Abschnitte können aus Teilbereichen bestehen, in denen die Wände oder Trennwände, welche die Gitterstruktur bilden, im Querschnitt dünner sind oder in Abschnitten mit einer übermäßigen Krümmung, mit der Funktion, als Biegeinitiatoren zu dienen.
Selbstverständlich bleibt das Prinzip der Erfindung unverändert, wobei Ausführungen und Herstellungsdetails sehr unterschiedlich hinsichtlich jener sein können, die anhand eines lediglich nicht einschränkenden Beispiels beschrieben und veranschaulicht wurden, ohne dadurch vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen beansprucht wurde.
So kann beispielsweise das Verbindungselement 2 vorgestanzt und dann in einer Form positioniert werden, um dem vorgestanzten Element die gewünschte Form zu geben, wobei das Kunststoffmaterial zum Formen der Gitterstruktur und der anderen, oben beschriebenen Strukturen dann eingespritzt wird.

Claims

Verbindungseinheit (1) zum Verbinden von Bauelementen, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Verbindungselement (2) aus Metall mit zumindest einem kanalförmigen Arm (2a) und mit einem Endabschnitt von zumindest einem darin angeordneten Verbinderelement (3) zum Verbinden mit einem weiteren Bauelement; und eine verstärkende Gitterstruktur (6), bestehend aus Kunststoffmaterial, welches in das Verbindungselement (2) aus Metall gespritzt wird, nachdem das zumindest eine Verbinderelement (3) positioniert wurde, wobei die Gitterstruktur (6) sowohl am Verbindungselement (2) aus Metall als auch am zumindest einen Verbinderelement (3) befestigt ist, umfasst.
Verbindungseinheit nach Anspruch 1, wobei das Verbindungselement (2) aus Metall aus einem Material besteht, das aus Stahl oder Aluminium oder einer Legierung davon oder aus Magnesium oder einer Legierung davon ausgewählt wurde.
Verbindungseinheit nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei das Verbindungselement (2) aus Metall einstückig geformt ist.
Verbindungseinheit nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei das Verbindungselement (2) aus Metall aus Verbundschichten unter Verwendung von Metallblech, das verschweißt oder anderweitig verbunden ist, besteht.
Verbindungseinheit nach jedem vorherigen Anspruch, wobei zumindest eine Klammer (2g) von einer Fläche von zumindest einem Arm (2a) des Verbindungselementes (2) zum Umschließen des Endabschnittes von zumindest einem Verbinderelement (3) absteht.
Verbindungseinheit nach Anspruch 5, wobei zumindest eine Klammer (2g) einstückig mit dem Verbindungselement (2) durch Biege- und Schneideverfahren geformt ist. '
Verbindungseinheit nach den Ansprüchen 5 oder 6, wobei zumindest eine Klammer (2g) von der Grundfläche eines Armes (2a) des Verbindungselements (2) absteht.
Verbindungseinheit nach jedem vorherigen Anspruch, wobei zumindest ein Verbinderelement (3) aus Metall besteht.
Verbindungseinheit nach Anspruch 8, wobei zumindest ein Verbinderelement (3) aus einem Material besteht, das aus Stahl oder Aluminium oder einer Legierung davon oder aus Magnesium oder einer Legierung davon ausgewählt wurde.
Verbindungseinheit nach jedem vorherigen Anspruch, wobei zumindest ein Verbinderelement (3) aus einem anderen Metall besteht als jenes des Verbindungselements (2), mit Trennformationen, die aus Kunststoffmaterial (11) bestehen, das zwischen ihnen eingefügt wurde.
Verbindungseinheit nach den Ansprüchen 5 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Klammer (2g) mit Kunststoffmaterial bedeckt ist, welches die Gitterstruktur (6) bildet.
Verbindungseinheit nach jedem vorherigen Anspruch, wobei Mittel zum Befestigen der oben erwähnten verstärkenden Gitterstruktur (6), wie Nuten und Öffnungen, im Verbindungselement (2) und in zumindest einem Verbinderelement (3) ausgebildet sind.
Verbindungseinheit nach Anspruch 12, wobei die Gitterstruktur (6) am Verbindungselement und am zumindest einen Verbinderelement (3) mittels vergrößerter Formationen (7) aus Kunststoffmaterial, die bei den Sicherungsmitteln (2f) fixiert sind, befestigt ist.
Verbindungseinheit nach jedem vorherigen Anspruch, wobei das Verbindungselement (2) zumindest einen weiteren kanalförmigen Arm (2b) zum Verbinden eines Bauelements (4) aufweist, das aus dem selben Metall wie das Verbindungselement (2) besteht.
Verbindungseinheit nach Anspruch 14, wobei die Gitterstruktur (6) zumindest teilweise auch in den weiteren Arm (2b) des Verbindungselementes (2) hineinreicht.
Verbindungsbauteil nach jedem vorherigen Anspruch, wobei die Gitterstruktur (6) geschwächte Abschnitte in bestimmten vorgegebenen Bereichen mit der Funktion als Sollbruchstellen aufweist.
Verbindungseinheit nach Anspruch 16, wobei zumindest ein geschwächter Abschnitt im Querschnitt dünner ist.
Verbindungseinheit nach den Ansprüchen 16 oder 17, wobei zumindest ein geschwächter Abschnitt lokal stärker gekrümmt ist als ein vorgegebener Wert.
Verbindungseinheit nach jedem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur (6) eine Vielzahl an Rippen oder Wänden mit einem vergrößerten Querschnitt jeglicher Ausgestaltung auf der Grundfläche umfasst.
Verbindungseinheit nach Anspruch 19, wobei die Gitterstruktur (6) Mittel zu deren Befestigung am Verbindungselement (2) einer vorgegebenen Form aufweist, die rund, elliptisch, nutartig ist oder die Form eines symmetrischen oder asymmetrischen Kreuzes hat.
Verbindungseinheit nach jedem vorherigen Anspruch, wobei Stirnwände (12) einstöckig mit der Gitterstruktur (6) geformt sind, die sich quer durch den Endabschnitt der oben erwähnten Arme (2a) des Verbindungselements (2) erstreckt und dichtend die Verbinderelemente (3) umschließt.
Verbindungseinheit nach jedem vorherigen Anspruch, wobei zumindest eine Vertiefung (2e) in der Grundfläche des Verbindungselements (2) ausgebildet ist, im Abschnitt des Letzteren zwischen dessen Armen (2a, 2b), vorzugsweise so, dass sie nach innen des kanalförmigen Abschnittes des Verbindungselements (2) hervorsteht.
Verbindungseinheit nach Anspruch 22, wobei zumindest eine Öffnung (2f) durch die Vertiefung (2e) zum lokalen Befestigen der verstärkenden Gitterstruktur (6) geformt ist.
Verbindungseinheit nach jedem vorherigen Anspruch, wobei das Verbindungselement (2) aus Metall als ein vorgestanztes Element gefertigt ist, das in einer Form geformt wird, in der auch die Gitterstruktur spritzgeformt wird..