(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆（１５）が外側に適用された接続要素（１０）を導入することにより少なくとも２つの被加工層（１、２）を接合し、接合装置（２１、２４、２６）により前記被加工層（１、２）の接合部に前記接続要素（１０）を導入して前記少なくとも２つの被加工層（１、２）を相互接続する方法であって、
ａ．前記接続要素（１０）は、スタンプ（２６）により第１被加工層（１）の方向からスタンプ力が及ぼされる中、第１被加工層（１）に切断面を形成し又は第１被加工層（１）の切断面に沿って通過する一方、少なくとも第１被加工層（１）を穿孔により貫通するように案内され、さらには第２被加工層に少なくとも部分的に入り込み、
ｂ．前記接続要素（１０）は、前記接続要素（１０）に前記スタンプ力が及ぼされる中、第２被加工層（２）を支承するダイプレート（２１）により変形され、その結果前記接続要素（１０）により前記少なくとも２つの被加工層（１、２）が形状嵌めの態様で相互接続され、
ｃ．前記ダイプレート（２１）による前記接続要素（１０）の変形の後に、前記接続要素（１０）の外側の、前記ダイプレート（２１）により変形される部分に適用された前記被覆（１５）が溶融して前記第１被加工層（１）の切断面を濡らす程度にまで前記接続要素（１０）が加熱され、
ｄ．冷却工程後に再凝固した前記被覆（１５）が前記第１被加工層（１）の切断面に接着される方法。
【請求項２】
前記被覆（１５）が溶融して前記第１被加工層（１）の切断面を完全に密封する程度にまで前記接続要素（１０）が加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記方法を開始する前において、前記少なくとも２つの被加工層（１、２）の少なくとも一方は、前記接合部の領域が、予備穿孔のない連続的に閉じた表面である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記接続要素（１０）は貫通穿孔接続要素である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記貫通穿孔接続要素（１０）は穿孔リベットである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記貫通穿孔接続要素（１０）は半中空穿孔リベット又は中実穿孔リベットである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記接続要素（１０）は貫通孔又はねじ孔を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも２つの被加工層（１、２）の一方が、繊維強化プラスチックからなる、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも２つの被加工層（１、２）の一方が、鉄系合金、アルミニウム合金又はマグネシウム合金を含む金属材料からなる、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記被覆（１５）は、接着剤又はプラスチックを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記被覆（１５）は熱可塑性プラスチックからなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法に使用される被覆（１５）を有する接続要素（１０）。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法に使用される接合装置（２１、２４、２６）であって、
ツール要素としてダイプレート（２１）、押さえ装置（２４）及びスタンプ（２６）を含み、
前記ツール要素（２１、２４、２６）の一つは加熱可能である接合装置（２１、２４、２６）。
【請求項１４】
前記スタンプ（２６）は加熱可能である、請求項１３に記載の接合装置（２１、２４、２６）。
【請求項１５】
前記接合装置（２１、２４、２６）は、前記ツール要素（２１、２４、２６）の温度を一定レベルに調節かつ維持することができる温度制御装置を含む、請求項１３又は１４に記載の接合装置（２１、２４、２６）。
【請求項１６】
前記接着剤又は前記プラスチックは重合体材料を含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆が外側に適用された接続要素を導入することにより少なくとも２つの被加工層を接合し、接合装置により接合部に接続要素を導入して少なくとも２つの被加工層を相互接続する方法に関する。すなわち、接続要素は、スタンプにより第１被加工層の方向からスタンプ力が及ぼされる中、第１被加工層（１）に切断面を形成し又は第１被加工層（１）の切断面に沿って通過する一方、少なくとも第１被加工層を貫通するように、特に穿孔により貫通するように案内され、さらには第２被加工層に少なくとも部分的に入り込み、当該接続要素は、当該接続要素にスタンプ力が及ぼされる中、第２被加工層を支承するダイプレートにより変形され、その結果、当該接続要素により少なくとも２つの被加工層が形状嵌めの態様で相互接続される。
【０００２】
本発明はさらに、接続要素及び接合装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
少なくとも２つの被加工層を接合する場面では、例えば、穿孔リベット法が一般に知られている。この方法は、被加工層の取り外し不可能な圧力嵌め及び形状嵌め接合のために機能する。これは、特別な穿孔リベットを接続要素として使用する。接続要素により被加工層は、予備的に穿孔されることなく、穿孔及び変形の組み合わせ操作において貫通穿孔かつ接合される。ここで、穿孔リベットは、一回的使用の切断スタンプとして機能し、かつ、この場合は変形もされる。被加工層は最初に、押さえ装置によってダイプレート上に位置決めされる。引き続き、穿孔リベットが、スタンプによる力の作用を受けて接合部品の中に押し出される。リベット法によれば、リベットシャンクは、当該工程において少なくとも最上層の被加工層を切り抜き、その後ダイプレートに広がる。これは、中空リベットを使用する場合に、特に最下層の被加工層を完全には穿孔せずに生じる。例えばガラス繊維強化プラスチック又は炭素繊維強化プラスチックのような繊維強化材料をリベットで穿孔する場合、繊維が穿孔リベットによって切り抜かれるので、切断面の外周領域において繊維とマトリクス材料との剥離が生じる。これにより、被加工物に破片がもたらされて接続箇所が完全に台無しとなる。
【０００４】
特許文献１は、同じ材料又は異なる材料から作られた少なくとも２つの板状被加工物を接合する一般的なタイプの方法を開示する。この方法では、穿孔リベット接続が接着剤接続と組み合わされる。実際の接合操作前に、被加工層同士の接着結合を追加する接着剤が、被加工層同士の間の接合領域に導入される。実際の穿孔リベット工程の間、接着剤は、接合領域から径方向外側に流れるが、切断面には到達しないので剥離を防ぐ作用がない。
【０００５】
特許文献２は、リベットシャンク内に接着剤を有する接続要素を開示する。この接着剤は、接合工程が開始された直後に、特に穿孔操作の間に、リベットシャンクの通路を貫通して当該リベットシャンクの外表面まで押し出される。接合方法の開始前は、接続要素の外側は被覆されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０  ２００５  ０３１  ９１７（Ａ１）号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／００８８８８０（Ａ１）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、冒頭で述べたタイプの接合方法を、特に繊維強化被加工層の切断面領域における剥離を大幅に又は完全に回避する観点から、改善することを課題とする。さらに、本発明に係る方法を実装するための接続要素及び接合装置も与えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本課題は、本発明によれば、請求項１に記載の方法ステップを有する方法、請求項１２に係る接続要素、及び請求項１３に係る接合装置によって解決される。別個又は互いの組み合わせにより用いることができる有利な実施形態が、従属項の主題である。
【０００９】
接続要素の被覆が溶融して第１被加工層の切断面を濡らし、特に完全に密封する程度にまで接続要素が加熱されることにより、かつ、冷却工程後に再凝固した被覆が第１被加工層の切断面に接着されることにより、その被覆が当該切断面を特に完全に密封するので、被加工層が繊維強化プラスチック製の場合の剥離が防止される。
【００１０】
予備穿孔されて作られた切断面が被覆によって覆われるように、被加工層の一以上が予備穿孔されてもよい。しかしながら、切断面はまた、本発明に係る方法の間に接続要素自体によって作られてもよい。この目的のためには、貫通穿孔接続要素が特に適切である。
【００１１】
貫通穿孔接続要素とは、例えば穿孔リベットのような、接合操作中に一以上の被加工層を貫通して穿孔することができる接続要素のことであると理解されたい。しかしながら、貫通穿孔接続要素はまた、何も問題なく一以上の被加工層の中に前もって導入されている予備穿孔を通るように案内されてよい。その結果、接続要素自体は被加工層の中に穿孔することはないが、実質的に被加工層の接続のみを目的として機能する。有利には、本方法を開始する前において、少なくとも２つの被加工層の少なくとも一方は、特に第１被加工層は、接合部の領域が、予備穿孔のない連続的に閉じた表面である。このようにして、工程のコストが低減される。
【００１２】
穿孔リベット、特に半中空穿孔リベットは、貫通穿孔接続要素として特に適切である。最下層の被加工層（すなわち２つの被加工層の場合の第２被加工層）は、緊密な接合部をもたらすべく、穿孔リベットによって貫通穿孔されないか又は完全には貫通穿孔されないこと好ましい。したがって、一般的な用語「貫通穿孔接続要素」はまた、すべての被加工層を完全には貫通穿孔しない周知の接続要素をも意味するが、一つの被加工層は、特に２つの被加工層の第２の方は、貫通穿孔されないか又は部分的にのみ貫通穿孔される。本方法は、中実穿孔リベットが使用される場合にも、特に、すべての被加工層が完全に貫通穿孔される場合にも有利である。
【００１３】
貫通孔又はねじ孔を有する接続要素により、さらなる機能を接合部に一体化し又は接合部に関連付けることができる。
【００１４】
本方法は、第１被加工層が繊維強化プラスチックからなり、かつ、第２被加工層が金属材料、特に鉄系合金、アルミニウム合金又はマグネシウム合金からなる複合材料を製造するのに特に有利である。
【００１５】
接続要素の被覆は、接着剤又はプラスチック、特に重合体材料を有するのが好ましい。穿孔リベットに対しては、そのリベットシャンクが被覆されていれば十分である。
【００１６】
接合される被加工層の形状及び材料に応じて、一つ若しくはすべての被加工層又は穿孔リベット若しくは接合装置を、上流の方法ステップにおいて加熱することが有利である。
【００１７】
ツール要素としてダイプレート、押さえ装置及びスタンプを含む接合装置であって、当該ツール要素の少なくとも一つが加熱可能である接合装置が特に適切である。スタンプは加熱可能であることが好ましい。
【００１８】
接合装置が、ツール要素の、特にスタンプの温度を一定レベルに調節かつ維持することができる温度制御装置を含むことで、過剰な温度による被加工層の熱損傷が回避される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
図面に例示される有利な例示的実施形態によって、本発明が以下に詳細に説明される。しかしながら、本発明はこの例示的実施形態に限られない。
【００２０】
【図１】穿孔リベットが導入される前の、押さえ装置とダイプレートとの間に位置決めされた２つの被加工層を示す。
【図２】穿孔リベットが接合部に導入された直後の接合部を示す。
【図３】穿孔リベットが引き続き加熱されてリベット被覆が溶融されることを示す。
【図４】切断面に接着される被覆との接合部が引き続き冷却されることを示す。
【図５】接合装置から取り外す直前の完成した接合部を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、第１被加工層１と、第１被加工層１に接合された第２被加工層２とを示す。これらの層は双方とも、接合装置に導入されかつ位置決めされる。接合装置は公知であって、ダイプレート２１、押さえ装置２４及びスタンプ２６を含む。
【００２２】
第１被加工層１は繊維強化材料からなる。そのマトリクス１ａには、マトリクス材料１ａを強化する目的で多数の繊維１ｂが導入されている。この繊維強化材料は、配向された長い繊維を有するガラス繊維強化プラスチック又は炭素繊維強化プラスチックである。しかしながら、原理上、周知の繊維強化材料すべてを第１被加工層１のために用いることができる。この第２被加工層２は、金属材料、特に鉄系合金、アルミニウム合金又はマグネシウム合金からなる。しかしながら、原理上、他の周知の非繊維強化又は繊維強化材料を第２被加工層２のために用いることができる。
【００２３】
第２被加工層２はダイプレート２１に支承される。第１被加工層１は、第２被加工層２上に二次元的に支承される。２つの被加工層１、２は、接合装置において、押さえ装置２４により互いに固定し合う。
【００２４】
穿孔リベット１０の形態の接続要素が、接合装置において、接合部の上方に位置決めされる。穿孔リベット１０は、半中空穿孔リベットとして実装されるが、一修正実施形態では中実リベットでもよい。穿孔リベット１０はリベットヘッド１１及びリベットシャンク１２を含む。リベットシャンク１２には被覆１５が設けられる。被覆１５は、リベットシャンク１２に接着剤又はプラスチックとして適用される重合体からなるのが好ましい。
【００２５】
図２では、穿孔及び変形の組み合わせ操作直後の接合部が例示される。ここで、穿孔リベット１０は、スタンプ２６による力の作用を受けて第１被加工層１を貫通穿孔し、第２被加工層２の中に導入される。穿孔リベット１０はここで、一回的使用の切断スタンプとして機能し、この場合、それ自体も変形される。すなわち、ダイプレート２１から受ける抗力によりダイプレート２１の鋳型上に広がる。これは、この場合、特に第２被加工層２を完全に穿孔することなく生じる。貫通穿孔により、輪状かつ円筒状の切断面が第１被加工層１にもたらされる。切断面の領域では、マトリクス１ａのマトリクス材料及び繊維１ｂが切り抜かれる。切断面の外周領域では、繊維１ｂの繊維端同士が開き、マトリクス１ａのマトリクス材料による被覆及び保護が存在しない。そのため、切断面において繊維１ｂとマトリクス材料１ａとの剥離が生じる。
【００２６】
この例示的実施形態の変形例では、第１被加工層１は、当該第１被加工層の切断面が、穿孔リベット１０によってはもたらされないか又は部分的にしかもたらされないように、発明に係る方法を開始する前にすでに予備穿孔されている。
【００２７】
次の図３に示される方法ステップにおいて、接合部は、スタンプ２６によって加熱される。スタンプ２６は加熱可能であって、特に電力又は電気誘導によって加熱される。一代替接合装置では、ダイプレート２１及び／又は押さえ装置２４も加熱可能である。導入された熱により、穿孔リベット１０のリベットシャンク１２の被覆１５が溶融して、第１被加工層１の切断面を濡らす。その結果、当該被覆は特に、切断面を完全に密封する。
【００２８】
図４に示される引き続いてのステップにおいて、接合部は冷却される。すなわち、スタンプ２６への熱供給がオフに切り換えられ、かつ、動的な冷却が追加的にもたらされる。そのため、スタンプ２６はすでに接合部から離隔されている。被覆１５はこのとき、第１被加工層１の切断面で凝固し、ひいては繊維１ｂの繊維端を被覆する。これにより当該繊維端は、剥離から保護される。
【００２９】
最終的な方法ステップにおいて、一緒に接合された被加工層１及び２が、接合装置から取り外される（図５）。
【００３０】
上述の記載、特許請求の範囲及び図面に開示された特徴は、本発明を様々な実施形態で実装するに当たり、別個及び組み合わせの双方で重要となる。
【符号の説明】
【００３１】
１  第１被加工層
１ａ  マトリクス
１ｂ  繊維
２  第２被加工層
１０  接続要素、穿孔リベット
１１  リベットヘッド
１２  リベットシャンク
１５  被覆
２１  ダイプレート
２４  押さえ装置
２６  スタンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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