用于夹层构件的固定装置的制作方法

本发明涉及一种固定装置和一种用于借助这种固定装置在夹层构件上或中建立集成的固定可能性的方法。按照本发明的夹层构件是包括至少一个“软”芯层以及强度比芯层更高的上、下覆盖层，各覆盖层优选由纤维增强材料制成。本发明尤其是涉及一种用于插装到夹层构件、如CFK(碳纤维增强塑料)夹心构件的开口中的可插接的固定装置，其包括两个可插接的元件，其中，在一个元件上设有可从安装位置操作到固定位置中的固定臂，所述固定臂机械嵌入夹层构件的芯中，从而与夹层构件形成力锁合。

背景技术：

夹层构件、如CFK夹层板越多越多地用于创建结构或应用于汽车制造和类似领域中。借助夹层板可在实现最大弯曲强度的同时减轻重量。通过其结构方式一方面可实现高强度并且另一方面可实现相对低的重量。夹层板有各种不同的实施方案。通常，夹层板包括两个位于外侧的覆盖层和一个位于其间的芯。例如，碳纤维环氧树脂夹层板包括两个由含有环氧树脂的碳纤维织物制成的覆盖层和一个由PVC硬泡沫制成的芯。

原则上需要将夹层构件彼此连接或与其它构件连接或在其上固定部件和元件。但在实践中用于形成连接点的力导入引起很大问题。与其上可简单成形出螺纹的实心构件和板(如塑料板和金属板)不同，在发泡的夹层板中基于泡沫芯而不能简单地成形出螺纹。

现有技术公开了两种传统方法用于在夹层板上形成连接点。一种方法涉及以芯层材料、如夹层板泡沫注塑包封或者说泡沫包封连接元件(模内注塑工艺)。在此在制造期间就已经将例如金属螺纹嵌件集成到夹层构件中。但为此必须将所需嵌件、如所谓的螺纹嵌件手动或借助工业操纵技术放入覆盖层(CFK板)之间并且随后以泡沫材料注塑包封。通过这种方式建立的材料锁合连接可承受机械负荷。

在此特别不利的是，在制造时就已经必须确定连接点的位置。此外形状和位置公差和于此有关的公差补偿引起进一步的问题。如果后来还需要另外或其它类似的固定点，则不能再增加。此外嵌件和夹层构件之间的连接通过在泡沫时效硬化时与泡沫的材料锁合实现，因而也不能简单地更换或维修。

此外，现有技术还公开了异形条或连接条，它们通常借助贯穿各板的螺钉固定在夹层构件的外侧上。为此举例提出文献WO002010121830A3。在该文献中公开了一种长形的固定元件，其包括U形的条形件、分为两个子元件的异形条和连接装置，该连接装置能够在使用夹紧机构的情况下固定模块。但这种专用解决方案不适合为夹层板设置连接可能性。

另一种由现有技术公开的连接点建立方式是在夹层板上施加所谓的“衬垫(Onsert)”，“Onsert”是专门设计用于粘接的连接元件，其具有通常为盘状的底部。“Onsert”有不同的实施方案。该方法的优点在于可避免通过加工、如钻孔、铆接或类似方法削弱夹层构件。另一方面，这种连接具有粘合连接的常见缺点、如缺乏耐热性和与此有关的强度疲劳。在横向负荷下粘合连接趋向于所谓的剥离，这也是不利的并且伴随连接强度的减弱。此外，粘合过程复杂并且需要限定的过程和时效硬化时间直至可进行进一步的处理。

在制造轻质结构时，在各种位置上当构件、如Onsert以螺纹销或螺纹管突出于夹层复合件时也都是不利的。

技术实现要素：

因此，本发明的任务在于提供一种用于夹层构件的连接装置，其克服上述缺点。该装置还应可通用并且无胶粘剂地与夹层构件形成良好的机械连接。此外，本发明的任务在于提供一种用于建立固定可能性的方法，以及将这种装置能够以简单且低成本的方式集成到夹层构件上或中。

该任务借助一种具有权利要求1所述特征的连接系统和一种具有权利要求10所述特征的、用于建立固定可能性的方法来解决。

本发明的基本构思在于提供一种包括两个共同作用的元件的夹紧装置，在此将第一元件(保持元件)装入夹层构件中并且通过操作第二元件(操作元件)使保持元件进入与夹层构件的“夹紧”状态中。保持元件的设置用于夹紧的固定臂的自由端部在拉力下压到夹层构件的覆盖层上，因此通过形锁合出现的拉力经由上覆盖层被导入成形件中。“夹紧”在本发明的意义中理解为这样的状态，在其中第一构件的限定区段力锁合和/或形锁合地被压到或部分压入芯材料中。作为芯材料可使用任意适合的结构或任意适合的材料、如泡沫、基于纺织无纺布的金属泡沫、可挤出的材料、腹板、肋结构、蜂窝结构和类似物。例如可通过固定元件上的钩状物、突出部或肋条嵌入或压入覆盖层之间的区域(芯区)中，所述钩状物、突出部或肋条在夹紧位置中被压入芯材料、如泡沫中或简单地被压入芯区区域中的空腔中。根据本发明，为此保持元件设有至少一个可从安装位置操作到固定位置中的固定臂。固定臂可通过将操作元件推入保持元件中而从其静止位置(安装位置)操作到与芯的嵌入位置(固定位置)中。本发明的另一方面涉及所述元件之间的几何形状匹配。在一种有利情况下，固定臂的用于力锁合的上端部与上覆盖层的距离为“零”并且因此接触贴靠在该覆盖层上，从而在拉力下拉力直接经由上覆盖层被导入成形件中。固定臂的作用端部和上覆盖层之间的距离至少应适当选择得如此之小，以致其它在保持元件和操作元件共同作用时应遵循的距离尺寸不变大，从而整体上可实现稳定的紧配合。

在本发明最概括的实施方式中，提供一种用于插装到夹层构件的开口中的可插接的两件式固定装置，该固定装置包括具有一个或多个可从安装位置操作到固定位置中的固定臂的保持元件以及可插入保持元件的开口中的操作元件，并且所述操作元件在其插入保持元件中的位置中使至少一个固定臂偏转到其固定位置中。“两件式”在本发明的意义中不一定指两个元件的完全分离，而也指功能分离。一个部件(保持元件)用于保持功能并且另一部件(操作元件)用于使第一部件从安装位置进入保持位置中。

在本发明的一种有利实施方式中，两个可插接的元件(保持元件和操作元件)具有大致圆柱形(罐状)或矩形的包络形状，在此也可使用具有椭圆形基面的柱形形状。

根据本发明还提出一种固定装置，其中，多个可操作的固定臂径向环绕地设置在优选圆柱形的保持元件上。“可操作”在本发明的意义中理解为固定臂从安装位置到固定位置的优选弹性的运动，其中从安装位置到固定位置的运动通过借助操作元件的主动偏转实现。

在本发明的另一种优选实施方式中，固定臂在其从固定装置的中心大致向外定向的侧面上具有嵌入元件，所述嵌入元件构造用于在操作元件将固定臂操作到其固定位置中时机械嵌入夹层构件中。在该位置中固定臂的嵌入元件抓入泡沫中，使得固定装置在夹层构件中获得紧配合。

本发明的另一方方面涉及保持元件的设计。由于本发明的目标是在复合构件上设置适合的固定可能性，因此保持元件具有希望的联接形式、如内螺纹、螺纹销、卡锁机构或类似物。优选保持元件具有用于与外部固定元件连接的中心固定元件。

有利的是，可动的、优选弹性的固定臂以其一个端部固定在保持元件上，而另一端部构造为自由端部。因此固定臂的连接点可用作弹性铰链。

在本发明的一种特别优选的实施方式中，在操作元件上设置至少一个操作臂，所述操作臂在操作元件插入保持元件中的相应腔或开口中时以控制面沿固定臂这样被引导，使得固定臂远离操作臂朝向复合构件移动或者说弹性偏转。操作元件在其完全进入的位置中锁止固定臂，使得固定臂不能返回其最初的安装位置(初始位置)中。

优选地，操作臂分别具有楔形形状。借助如上所描述的结构设计，固定臂可在插接过程中连续进入其固定位置中。

在固定装置的一种根据本发明的实施方式中进一步规定，在操作元件与保持元件的插接状态中，操作臂以其朝向中心(Z)的侧面贴靠在中心固定元件上并且以背离中心(Z)的侧面贴靠在相应的对应设置的固定臂上。通过为固定保持元件设置的功能构件的相互贴靠，可在复合构件中实现特别有效的紧配合。

在本发明的一种特别有利的实施方式中，固定装置由塑料制成。可替代地，固定元件也可由金属制成、例如构造为压铸件，或由金属和塑料的组合制成。

此外，优选在保持元件和操作元件上分别设置对应设置的卡锁元件，以便将操作元件在其插入保持元件中的位置中与保持元件卡锁在一起。

本发明的另一方面涉及一种用于借助如上所述的固定装置在夹层构件上或中建立集成的固定可能性的方法，其包括至少一个下述步骤：

－将上述固定装置的保持元件放入夹层构件中的为此设置的开口中或直接放入夹层构件中；

－通过操作元件操作保持元件，使得保持元件的固定臂从其安装位置被操作到其固定位置中，以致固定臂以至少一个设置用于固定的区段嵌入夹层构件的芯区中。

该方法的特征可在于下述进一步的步骤：

－制造单侧敞开的开口、如在夹层构件中制造盲孔，用于放入保持元件；

－可通过使用适合的方法、如挤压芯材料且必要时结合借助摩擦或超声波的熔化来放入固定装置，因此必要时也可按规定在一部分固定装置和夹层构件之间形成焊接连接；

－施加胶粘剂用于形成粘合连接、尤其是用于改善从固定装置到夹层构件的力传递。

本发明的其它有利扩展方案在从属权利要求中给出或在下面参考附图结合优选实施例说明详细阐述。

因此，在适合的、用于防止一方面在夹层构件与固定装置之间并且另一方面在保持元件与操作元件之间的旋转运动的几何条件下在到达固定位置之前就已经可以确保：通过例如用螺丝刀将螺钉拧紧，预装的固定元件在一个步骤中通过保持元件和操作元件之间的平移运动被“插入”和“固定”。

此外，可通过环状的材料缺口实现端部位置中的夹紧，由此实现一种简单且稳定的实施方式。

附图说明

在附图中：

图1为CFK夹层构件的示意性剖面图；

图2为处于插接位置和处于分离位置中的两件式固定装置的一种实施方式的示意性透视图；

图3为根据图1的CFK夹层构件的示意性剖面图，其中，固定装置的保持元件插入该CFK夹层构件中；

图4为根据图3的示意性剖面图，其中，操作元件插入固定装置的保持元件中；并且

图5为类似于图4的处于最终安装状态中的视图。

具体实施方式

图1示出CFK夹层构件30的示意性剖面图。所示出的夹层板30包括CFK上层32和CFK下层33。在CFK夹层构件30中设有开口31，其构造为盲孔，从而在该区域中CFK下层33未被贯穿。CFK上层32和CFK下层33之间是芯区34。在本实施例中，芯区34构造为泡沫填充区。此外，盲孔并非必须如图所示延伸至下层33，而是也可以其底部区段终止于另一平面中。

图2示出处于插接位置(图2的左图)和处于分离位置(图2的中图和右图)的两件式固定装置1的一种实施方式的示意性透视图。两件式固定装置1构造成用于插装到CFK夹层构件30的开口31中的可插接的固定装置1。固定装置1包括由塑料材料制成的操作元件20和保持元件10。保持元件10设有四个可从安装位置操作到固定位置中的固定臂11，所述固定臂11模制在下部底板15上。

在保持元件10的中心Z中设有一个用于与外部固定元件40连接的中心固定元件17，如图3所示。可动的固定臂11以其一个(下)端部11u固定在保持元件10上，而另一(上)端部11o构造为自由端部。通过这种方式固定臂构造为弹簧臂，其可弹性偏转。自由的上端部11o因此可远离中心向外操作。四个固定臂11径向环绕地设置在保持元件10上，每两个相邻的固定臂分别通过一个间隙16彼此分开。

由图2还可见，四个固定臂11在其从中心Z基本上向外定向的侧面11a上具有用于嵌入泡沫区34中的嵌入元件12。在本实施例中，为此在弹性固定臂11的自由端部上模制有突出部。如下面还将在图4中更详细解释的那样，所述突出部在操作元件20将固定臂11操作到其固定位置中时用于机械嵌入到CFK夹层构件30的泡沫区34中。

此外如在图2的等轴图中可见，在保持元件10和操作元件20上分别设有对应设置的卡锁元件14、24，以便将操作元件20在其于图4中所示的插入保持元件10中的位置中与保持元件卡锁在一起。由此确保操作元件20不会意外地从其夹紧位置脱开，以致也不能再可靠确保保持元件10的紧配合。在操作元件20上设有四个操作臂35，所述操作臂在操作元件20插入保持元件10时以控制面25沿固定臂11这样被引导，使得各个相配的固定臂11朝远离操作臂35的方向移动。操作臂35具有沿环形元件36的插入方向外延的楔形形状。在当前，操作臂35和固定臂11以均匀的90度角度间隔设置，这也在图4中示出。

在图3中示出根据图1的CFK夹层构件30的示意性剖面图，在其中首先仅固定装置1的保持元件10插入开口31中。保持元件10以其底板15支撑在CFK下层33的上侧上。图3和4的剖面图对应于图2的中图。可以看出，弹性固定臂11以其下端部11u毗邻地贴靠在开口31的内侧上。固定臂11在其于图3中所示的安装位置中略微朝向中心倾斜地延伸、优选以10－30度角相对于穿过中心Z的竖直中轴线M延伸。模制在固定臂11的上端部11o上的嵌入元件12以其端面伸至泡沫区34中的开口31的内侧壁上。其它未在剖面图中示出的固定臂以相同方式定向并且贴靠于内侧壁上。因此各两个固定臂沿直径相对。

中心固定元件17设有内螺纹19，用于拧入外部固定元件40。

在图4中示出根据图3的示意性剖面图，在此在固定装置1的保持元件10中插入操作元件20。在保持元件10中的开口18中插入与之对应成形的操作元件20，操作元件20以其四个操作臂35分别使各一个相配的固定臂11偏转到其固定位置中。

此外由图4可见，在操作元件20与保持元件10的插接状态中，操作臂31以其朝向中心Z的侧面31i贴靠在中心固定元件17上并且以背离中心Z的侧面31a贴靠在对应设置的固定臂11上。

图1、3和4示出如下的根据本发明的用于通过使用如图2所示的固定装置1在夹层构件30中建立集成的固定可能性的方法的重要步骤：

首先在夹层构件30中制造单侧敞开的开口31。之后将固定装置1的保持元件10安装到开口31中。接着将操作元件20插入保持元件10中，使得固定臂11从其安装位置被操作到其固定位置中，以致固定臂以其设置用于固定的区段(嵌入元件12)机械嵌入夹层构件30中。在此在足够高的压紧下，一部分臂也可压入泡沫中并且引起泡沫的局部压缩。

本发明的实施不局限于上面所给出的优选实施例。而是可想到多种变型方案，其即使在完全不同方式的实施中依然利用所显示的解决方案。