用于在两个部件中制造共用的连接开口的方法，其中至少一个部件由可塑性变形的材料制成与流程

本发明涉及一种用于在两个部件中制造共用的连接开口的方法，所述部件中的至少一个部件由可塑性变形的材料制成。本发明还涉及一种用于制造这种连接开口的系统。

背景技术：

通过形状配合的连接器件(例如铆钉或螺栓)互相连接的部件需要适合用于引导连接器件穿过并且用于制造至少形状配合的连接的连接开口。这些连接开口可以通过不同的方法来制造。示例性地，可以将有待彼此连接的部件齐平地上下叠置，以便随后一起对两个部件进行钻孔，由此制造穿过两个部件的连续的孔。如果所述部件中的一个部件是纤维增强的，那么这种处理方式的缺点可能在于，在钻孔的过程中可能将部分地单独的纤维切断。此外，在这两个部件使用不同材料的情况下，也可能难以基于不同的材料要求用同一模具来对两个部件进行精确钻孔和/或完全移除材料余料(materialabtrag)。

还已知的是，在制造相关部件时已直接制造连接开口。如果所述部件中的一个部件是纤维增强的，那么可能可行的是，所述纤维对应地围绕所述连接开口来引导纤维。然而，由于由制造导致的尺寸公差而无法实现：当将所述部件上下叠置时，这两个部件的连接开口完全地彼此对准。

技术实现要素：

因此，目的在于提出一种替代性的并且经改进的用于在两个部件中制造共用的连接开口的方法，连接器件能够被引导穿过所述连接开口，其中所述部件具有单独制成的开口。

该目的通过一种具有权利要求1所述特征的用于在两个部件中制造共用的连接开口的方法来实现，所述部件中的至少一个部件由可塑性变形的材料制成。有利的实施方式和改进方案自从属权利要求和以下说明书中得出。

提出一种用于在两个部件中制造共用的连接开口的方法，所述部件中的至少一个部件由可塑性变形的材料制成，所述方法具有以下步骤：提供由能够塑性变形的材料制成的第一部件，所述第一部件具有第一开口；提供具有第二开口的第二部件；将所述第一部件和所述第二部件组合，使得所述第一开口和所述第二开口上下叠置；在两个限制体之间、在围绕相应的开口的边缘区域中包围所述第一部件和所述第二部件；使所述第一部件的至少所述边缘区域的材料软化；将销钉引入所述开口中，使得经软化的材料在所述两个边缘区域中移动并且包围用于创造共用的连接开口的所述销钉；并且进行硬化，其中所述销钉具有对应于所述连接开口的目标直径的外直径。

术语“共用的连接开口”应被理解为被引导穿过有待彼此连接的两个部件并且优选具有均匀地成形的内轮廓的开口。内直径优选在所述连接开口的轴向的整个延伸尺寸上保持不变，从而使得所插入的连接器件可以与内轮廓和径向的边缘区域建立限定的面接触。

首先提供由可塑性变形的材料制成的具有第一开口的第一部件。提供所述第一部件可以包括用于制造所述第一部件的制造方法。可以提出的是，所述第一部件由塑料材料(例如由热塑性的塑料)制成。然而可能也可设想的是，所述第一部件由金属材料制造，所述金属材料是能够通过加热而软化的。如上所述，所述塑料材料尤其可以是纤维增强的并且由多层增强纤维构造而成，所述增强纤维被嵌入由热塑性的塑料制成的基质中。

所述第一部件可能包括热塑性的塑料(pa、pe、pei、pps、pekk、peek、paek、lmpaek等)并且被实施为具有纤维增强部或不具有纤维增强部。此外，可以提出金属材料，例如al、mg、ti等。这些金属材料也可以被实施为具有纤维增强部或不具有纤维增强部。除以上所提及的热塑性塑料和金属性材料之外，所述第二部件还可能具有分别具有纤维增强部或不具有纤维增强部的热固体材质。

所述第一开口并非强制性地必须由切削的(钻孔)方法制成，而是也可以包含挖空所述开口区域。例如可以提出的是，尤其在使用纤维增强的塑料的情况下，在制造所述第一部件时将一种定位保持件(同样呈销钉或类似元件的形式)布置在所述第一开口的预先设定的位置处。随后，所述定位保持件被纤维包围并且被基质材料固定。在制造所述第一部件之后，再次取出所述定位保持件。由此可以确保所有增强纤维不受破坏地围绕所述第一开口被引导。如果所述第二部件也由纤维增强的塑料形成，那么可以以类似的方式来提供所述第二部件。由此，在根据本发明的方法开始时因此存在各自具有开口的两个部件。所述第二部件实际上可以由任何任意的材料形成，所述材料能够借助第二开口来接收来自所述第一开口的边缘区域的经软化的材料。

如果所述两个部件上下叠置，那么所述第一开口和所述第二开口也上下叠置。出于上述原因，由此可以估算所述两个开口之间存在偏置。

作为进一步的准备步骤，在两个限制体之间、在相应开口的边缘区域中包围所述第一部件和所述第二部件。因此，第一限制体位于所述第一部件和所述第二部件的组合的第一侧面上存，而第二限制体被布置在该组合的相反的侧面上。有待彼此连接的两个部件齐平地位于两个限制体之间。两个限制体被设计成并且被定向成使得仅边缘区域围绕相应的开口与相应的限制体处于面接触。通过所述面接触防止所述材料从连接区域中逸出并且例如形成凸起。

至少作用于所述第一部件的边缘区域，从而使得至少在所述第一部件的边缘区域中的材料软化。所述作用可以通过直接或间接地加热来进行并且包括热空气、感应或以可见光、红外线光或激光辐射照射、替代性地还有例如通过快速旋转适合的模具而引起的摩擦。这也可以为所述销钉或所述连接元件，所述连接元件承担所述销钉的功能并且保留在所述共用的连接开口中(参见更下文)。由此至少所述第一部件的材料是能够成形的。例如可以实施加热，其方式为使得达到预先确定的目标温度，在所述目标温度下所述材料至少短时间刚好还不改变其形状，即不流出。在没有来自外部作用的机械影响的情况下，所述第一部件在所述边缘区域中的位置和形状可以在很大程度上保持不变。通过将所述销钉引入所述开口中使位于所述限制体之间的材料被所述销钉挤出。如果所述材料充分地软化，那么可以非常容易地被所述销钉移动。

所述销钉可以使位于径向上内侧的材料在所述部件的开口的自由体积内均匀地移动。如果这两个开口没有完全对准，那么可以因此在可使用的空间内将所述经软化的材料挤出，其方式为使得所述材料齐平地贴合所述销钉的罩面。在这个位置中，所述材料可以得以冷却并且在此紧固，然后可以再次将所述销钉从所述开口中取出。由此得出所述共用的连接开口，所述连接开口均匀地穿过所述两个部件的两个开口延伸并且优选均匀地被至少所述第一部件的材料包围。

所述销钉可以具有细长的延伸部，所述延伸部示例性地在一侧逐渐变窄。所述销钉可以是在很大程度上实心地实施的并且优选具有至少区段式地呈圆柱形的罩面。为了实现所述共用的连接开口的下陷部，然而也可以提出的是，为所述销钉装配扩宽的端部，所述端部致使示例性地呈锥形的下陷部。

该处理方式的特别的优点在于，在确保良好适配的同时，所述部件中的至少一个部件的材料和谐地变形以补偿单独地制造的孔的由公差导致的尺寸偏差。如果使用纤维增强的、热塑性的塑料，那么还可以避免所述增强纤维受到机械影响。同时可以使用标准化的连接器件，所述连接器件不必考虑有待连接的两个部件的两个开口之间的可能的偏置。

此外，在实现根据本发明的方法时，实际上并不产生由碎屑、灰尘和润滑剂造成的污染，并且使用于清洁所述有待彼此连接的部件的耗费最小化。这在飞行器中安装系统和舱室部件的情况下是特别有意义的。因此可以利用根据本发明的方法有意义地使用预先制造的开口。

通过软化所述材料并且引入所述销钉，使材料在两个部件的边缘区域内移动，以便为其带来新的连接开口的由所述销钉预先设定的形状。由于所述材料被假定为不可压缩的，并且此外在引入所述销钉之后未改变的材料厚度应是所希望的，因此可以基于所要求的体积常量来计算所述开口的所需直径。为此例如可以将所述第一开口的体积表示为v1、将所述第二开口的体积表示为v2、并且将所述连接开口的体积表示为vf(“f”在这里代表术语“适配件(fitting)”)。于是这三个体积的关系如下：

vf＝v1+v2＝t1·π·r1²+t2·π·r2²

其中r1为所述第一连接开口的半径，r2为所述第二连接开口的半径，t1为第一边缘区域中所述第一部件的材料厚度，并且t2为第二边缘区域中所述第二部件的材料厚度。

所述连接开口的体积vf由所述销钉的半径rf确定。这个半径可以是为了考虑所希望的连接元件而预先确定的，所述连接元件尤其以一定的外直径为特征。于是所述第二开口的呈r2形式的所需尺寸由所述第一开口的所选择的尺寸和所述连接开口的所希望的尺寸来确定：

如果除纯圆柱形的连接开口之外希望有下陷部(所述下陷部例如被设计为所述连接开口的锥形的扩展部)，那么应考虑其附加的体积。这个体积可以根据可用的数学方法来计算。基于经验值还可以考虑到可能的蒸发效应、内部的变形以及剩余材料在有待移除的销钉上的粘附。

制造所述共用的连接开口可以针对多种材料来执行。然而，至少所述第一部件必须由可塑性变形的材料形成，所述材料是能够软化的并且是能够由所述销钉挤出的。而所述第二部件的材料在大的区域中是可变化的。针对所述第一部件的材料提供具有或不具有增强纤维的材料。所述增强纤维可以为短纤维或长纤维。嵌入有所述增强纤维的基质材料可以是热塑性或金属性的。也可以设想不具有增强纤维的热塑料或金属或金属合金。所述第二部件可以由这些材料并且由热固性塑料或弹性体形成。因此可以将金属性部件与金属性部件连接，例如将铝部件与钛部件连接。在热塑料与热塑料(例如pekk部件与pekk部件)之间的连接开口是可设想的。其他的热塑性的材质也非常适合，例如pa、pei、pps、paek、lmpaek等。此外，在热塑性部件与热固体部件之间也可设想连接件或任何其他组合。应注意的是，用于软化所述第一部件的材料的热作用并不影响所述第二部件的完整性。

通过能够在大的区域内使用的材料，根据本发明的方法能够用于多种用途。尤其在飞行器构造和汽车构造中，针对轨道载具和水上载具，可以在最终装配时可靠地对预先制造的构件进行加工而不改变用于补偿连接开口的由公差导致的尺寸偏差的机械特性。

在一个有利的实施方式中，使所述材料软化包括使所述第一部件和所述第二部件的边缘区域的材料软化。尤其当两个部件由可塑性变形的材料制成时，这是有意义的。在一个有利的实施方式中，提供所述第二部件因此包括提供由可塑性变形的材料制成的所述第二部件。

所述方法优选包括对所述销钉进行加热。在尤其所述销钉的罩面变热时促使所述销钉变热，从而使得在将所述销钉引入所述开口中时均匀地对所述材料进行热作用。均匀地加热促使均匀地软化所述材料并且改善所述变形。除此之外，可以防止硬化。如果所述部件由相同的材料或至少非常相似的材料制成，那么所述销钉的附加地被加热的接触面还可以促使在有待制造的连接开口的区域中对这两个部件进行焊接。可能可设想的是，为所述销钉提供比所述两个部件的边缘区域的温度更高的温度，从而使得实现经改善的材料配合。对所述销钉进行加热可以通过电阻加热、引入热空气、执行超声波振荡、在所述销钉内部或直接在外部产生照射热量、或者其他的尤其外部的热源的作用来进行。

在一个有利的实施方式中，所述第一开口比所述第二开口具有更小的直径。如上所述，所述销钉被引入通过所述第一开口并且随后到达所述第二开口。当所述销钉缩回到所述第一开口中时，所述销钉很可能没有与所述第一开口直接对准。因此，所述第一部件的经软化的材料必须侧向地并且沿所述第二部件的方向被挤出，从而使得所述材料在所述第二开口的区域中且围绕所述销钉而积聚。于是所述第一开口占据对应于所述销钉的外直径的内直径。由于与所述部件的边缘区域处于面接触的所述限制体，所述材料仅能够在所述第二开口的区域中被挤出。

在另一个有利的实施方式中，所述销钉外直径大于所述第一开口的直径并且小于所述第二开口的直径。由此，所述第一开口扩展到所述销钉的外直径并且在此与所述销钉对准。通过所述第一开口与所述销钉的直径之差，还可以确定所述材料的被挤出至所述第二开口的量。因此可以以较小的第一直径和较大的第二直径来补偿所述开口之间的较大的位置公差。此外，在所述第二开口的径向内部由所述第一部件的材料形成套筒状的区段。

根据一个优选实施方式，所述第一开口具有第一开口半径，所述第二开口具有第二开口半径，并且所述销钉具有销钉外半径，其中所述第一开口半径、所述第二开口半径和所述销钉外半径被确定尺寸成使得所述第一部件、所述第二部件和所述销钉在引入了销钉的情况下、在所述部件的材料厚度不变的情况下彼此处于齐平的面接触。然后，在材料厚度保持不变的情况下，由所述开口限定的整个空间由经软化的材料填充，从而使得最后得出具有预先设定的内直径的共用的连接开口。

所述销钉优选从布置在所述第一限制体中的空腔向所述第二限制体的第二空腔中移动。由此可以在所希望的路径上精确地引导所述销钉。被所述销钉侧向地移动的增强纤维在此并不影响所述销钉的移动方向。所述第二空腔在此被设计成使得仅所述销钉可以进入所述第二空腔。然而，应通过所述限制体与相应邻接的部件之间的面接触来阻止由所述销钉侧向挤出的材料，从而使得不形成凸起。

在一个特别有利的实施方式中，所述方法还包括使用连接元件作为销钉，所述连接元件在所述材料硬化之后保留在所述共用的连接开口中。由此例如可以使用直接用于创造所述共用的连接开口的铆钉或螺栓，以便随后保留在那里并且随后进行紧固。

类似于此，本发明还涉及一种用于在两个部件中制造共用的连接开口的系统，所述部件中的至少一个部件由热塑性的材料制成，所述系统具有第一限制体、第二限制体和销钉，其中所述第一限制体具有第一限制面和第一空腔，在所述第一空腔中所述销钉以能够垂直于所述第一限制面移动的方式被引导，并且其中至少所述第一限制体被设计成用于使所述开口周围的至少一个邻接的部件的边缘区域中的所述材料软化。

在一个有利的实施方式中，所述第二限制体具有第二空腔，所述第二空腔被设计成用于接收所述销钉。所述销钉因此在通过所述开口之后被引导到所述第二空腔中。这个第二空腔优选适配于所述销钉的形状，使得进一步引导所述销钉。

在一个同样有利的实施方式中，所述销钉是能够被加热的。由此尤其可以实现在所述连接开口的区域中对所述两个部件进行焊接。

可以有意义的是，所述第一限制体和所述第二限制体被布置在模具接收部中，其中所述模具接收部被设计成用于使所述限制体以能够松脱的方式保持在夹紧位置，在所述夹紧位置所述两个部件齐平地彼此上下压靠。所述限制体因此可以钳状地包围所述部件并且保持这个包围位置。这可以通过电气、液压或气动式的器件和/或通过夹紧来进行。在这个位置使对所述材料进行加热并且随后使所述销钉移动变得容易。

附图说明

本发明的其他特征、优点和应用可能性从对实施例的以下描述和附图中得出。在此，所有所描述的和/或图示的特征自身和以任意组合构成本发明的主题，而与其在各个权利要求中或其所引用的权利要求中的关系无关。此外，在附图中相同的附图标记代表相同或相似的物体。

图1以三维视图示出两个部件、一个第二限制体和一个销钉。

图2以附加的标记示出图1的视图以用于展示位置偏移。

图3示出处于上下叠置的位置中的、具有靠近第一开口的销钉的这两个部件。

图4以侧向截面图示出这两个部件。

图5至图8以侧向截面图示出这两个部件、两个限制体和处于不同的位置的销钉。

图9示出具有置入其中的连接元件的连接开口。

图10和图11以侧截面图示出具有一个下陷部或两个下陷部的连接开口。

图12a至图12c以侧向截面图示出两个开口以及连接开口。

图13a和图13b以侧向截面图示出具有下陷部的连接开口。

图14a至图14d示出具有布置在其中的连接元件的不同的连接开口。

具体实施方式

图1示出第一部件2和第二部件4，所述第一部件和所述第二部件在这里示例性地由纤维增强的热塑性塑料制成。因此，部件2和4可以具有呈短纤维或长纤维(例如碳纤维)形式的增强纤维，所述增强纤维被嵌入由热塑性塑料制成的基质中。该热塑性的塑料可能包括诸如聚酰胺、聚醚酰亚胺、pekk、peek、paek、pps或其他适合的材料。

图1还示出销钉6，所述销钉在此处未示出的第一限制体中在其中形成的第一空腔中被引导，从而使得所述销钉能够在轴向方向上移动。销钉6示例性地被设计为具有锥形地被削尖的端部的圆柱体。在第二部件4的相反的侧面上布置有第二限制体8。

第一部件2具有第一开口10，而在第二部件4中设有第二开口12。开口10和12被示出为正圆形的开口，这可能被提供用于制造连接开口，但是并非强制必需的，如在更下文中提到的。第二限制体8具有第二空腔14，所述第二空腔被第二限制面16包围。示例性地，两个部件2和4分别被平面式地展示。当然，每个部件2、4也可以具有明显更复杂地成形的结构。

示例性地，第一开口10小于第二开口12。此外，两个开口10和12不是以同中心的方式彼此上下叠置的，而是形成侧向的偏置。这可以归因于由制造而导致的尺寸公差。提出的是，将开口10和12在制造部件2和4时直接集成到这些部件中。刚好在部件2和4的尺寸较大的情况下可设想的是，无法完全避免偏置。在图2中借助标记线更详细地标示出所述偏置。第一开口10和第二开口12相对于销钉6偏心地布置。

如图3所示，作为预先准备的步骤将两个部件2和4上下叠置，从而使得开口10和12上下叠置。此外，将第二限制体8安置在第二开口12的正下方，从而使得第二开口12位于第二空腔14的上方。处于初始位置的销钉6位于第一开口10的正上方。

图4示出截面图示，其中两个开口10和12彼此叠置。两个开口10、12的直径之差在此变得清楚。然而，示例性地，很大程度上相同地选择两个部件2和4的材料厚度。目的在于，借助于两个开口10和12创造共用的、均匀地成形并且非阶梯式的连接开口，通过所述连接开口可以引导并且紧固连接器件。

图5示出带有第二限制体8的经扩展的截面图示，所述第二限制体以与第二开口12邻接的方式齐平地被布置在第二部件4处。由此在第二限制面16与第二部件4之间获得面接触。在相反的侧面上还布置有第一限制体18，所述第一限制体与第二限制体8类似地具有第一空腔20，在所述第一空腔中引导销钉6。第二限制体8和第一限制体18优选彼此定向成使得空腔14和20彼此对准。如借助移动箭头所示的，第一限制体18在第一开口10的区域中被移动到第一部件2上。

由此得出的布置在图6中得以展示。在此，销钉6仍完全位于第一空腔20中，并且开口10和12被包围在空腔14与20之间。两个限制体8和18可以在必要时向部件2和4施加机械压力，从而使得在这些部件之间存在齐平的面接触。至少对第二限制面16和第一限制体18上的第一限制面22进行加热，从而使得两个部件2和4的热塑性基质材料至少在部件2、4的边缘区域26和28中被软化。可以通过超声波作用、电阻加热、通过旋转模具和/或销钉6引起的摩擦或通过其他也被布置在外部的设备来施加用于进行软化的加热功率。目的在于，使边缘区域26和28软化，其方式为使得销钉6能够不受阻碍地移动通过开口10和12并且在此可以挤出经软化的材料24。由此影响开口10和12的形状，并且最后产生所希望的共用的连接开口。

因此在加热之后，首先使销钉6移动进入并且穿过第一开口10，以便随后移动进入第二开口12，从而使得随后到达第二空腔14。由于使材料软化，将材料从第一部件2的边缘区域26中沿第二部件4的方向挤出。这在此仅意味着，图示不是按比例的。由于与部件2和4邻接的限制体8和18，不能任意地通过销钉6将材料挤出，而是受限于此：在限制面16与22之间的可供使用的空腔中或者通过挤出存在于其他的位置的、经软化的材料24而在边缘区域26和28上展开。销钉6的引入因此促使所述材料的分布改变。

在销钉6完全移动之后得到共用的连接开口30，其中第一部件2的经软化的材料示例性地环状或套筒状地被挤入第二开口12中。在部件2和4的材料的温度以及相容性足够的情况下，两个部件2和4的经软化的材料可以材料配合地彼此相连，从而使得两个部件2和4在边缘区域26和28中彼此焊接。

如图9所示，在连接开口30制成之后，可以利用螺母34和垫片36将呈螺栓32形式的连接器件安置在连接开口30处。当然也可设想例如具有螺纹铆钉或盲铆钉的铆钉连接件。如上所述，也可以使用连接元件作为销钉。此外，也可以通过旋转连接元件通过摩擦促使边缘区域26和28变热并且由此促使所述材料软化。所述连接元件(如果所述连接元件在所述方法的意义上用作销钉)可以在制造共用的连接开口30之后保留在这个连接开口中。

为了选择性地使连接开口30的至少一个轴向的端部成形，可以使用销钉38，所述销钉在图10中示例性地示出。这个销钉具有扩宽的罩面40而非连续的圆柱形的形状，所述罩面通过在第一部件2上进行压入或压紧而促使出现下陷部42。因此提供凹模，所述凹模附加地预先设定共用的连接开口的轴向端面的形状。仅示意性地示出的第二限制体8可以按照上述附图实施。

还如图11所示，也可以使用第二限制体(在此未示出)，所述第二限制体具有用于在所述连接开口的相反的轴向端部上形成另一下陷部44的类似的轮廓。

原则上，在根据本发明的处理方式中，第一开口10、第二开口12和销钉6的尺寸的选择并不是完全独立且能够自由选择的，而是必须在引入销钉6时考虑到材料的体积常量。如图12a和图12b所示，第一开口10具有第一半径r1，第二开口具有第二半径r2。销钉6具有销钉外半径rf。半径r1、r2和rf彼此适配成使得在材料厚度t1、t2保持相等时促使在完全被引入的销钉6与开口10和12的内边缘之间产生齐平的面接触。于是由开口10和12限定的体积v1和v2对应于根据图12c的两个部件2和4内由所述销钉占据的体积vf。

如在图13a和图13b中应注意的是，当例如使用销钉38时，当然也考虑用于可选的下陷部的附加的体积vc。

如图14a至图14d所示，可以使用如此设计的连接开口30，以接收各不相同的连接元件46、48、50和52。

补充性地可以指出，“具有”并不排除其他的元件或步骤，并且“一个”或“一种”不排除多数。此外还可以指出，可以使用已经参照上述实施例之一描述的特征还有与上文描述的另外实施例的其他特征的组合。权利要求书中的附图标记不应视为限制。

附图标记清单

2第一部件

4第二部件

6销钉

8第二限制体

10第一开口

12第二开口

14第二空腔

16第二限制面

18第一限制体

20第一空腔

22第一限制面

24经软化的材料

26第一边缘区域

28第二边缘区域

30共用的连接开口

32螺栓，连接元件

34螺母

36垫片

38销钉

40罩面

42下陷部

44下陷部

46连接元件

48连接元件

50连接元件

52连接元件

r1第一开口的半径

r2第二开口的半径

rf销钉的半径

v1第一开口的体积

v2第二开口的体积

vf连接开口的体积

vc附加的体积