用于焊接热塑性构件的方法和插入件技术

本发明专利技术涉及一种用于焊接热塑性构件、尤其焊接用于航空航天载具的热塑性纤维复合结构构件的方法，所述方法具有以下步骤：将插入件布置在第一热塑性构件与第二热塑性构件之间的接合区中，所述插入件具有导体结构，所述导体结构具有多个并行的电导体元件，使得所述并行的电导体元件至少部分地位于所述接合区中；通过对所述导体结构通电在所述接合区中局部熔化所述构件；将所述导体元件分离；以及通过抽出所分离的导体元件从所述接合区中移除所述插入件。此外，本发明专利技术还创造了一种用于尤其利用此类方法来电阻焊接热塑性构件的插入件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于焊接热塑性构件的方法和插入件
本专利技术涉及一种用于焊接热塑性构件、尤其焊接用于航空航天载具的热塑性纤维复合结构构件的方法，以及一种用于尤其利用此类方法来电阻焊接热塑性构件的插入件。
技术介绍
虽然在下文中参考对用于航空航天载具的热塑性纤维复合结构构件的平面焊接来详细说明本专利技术以及作为其基础的问题，但是本专利技术不应受限于此，而是可应用于各种热塑性构件。有时常常在利用加热元件的静态过程中焊接要平面焊接的热塑性构件。在此加热元件一般为插入到构件之间的导电格栅或织物，在焊接过程之后该格栅或织物保留在接合区中。例如DE102009047671A1描述了一种被引入到热塑性结构构件与热塑性纤维复合构件之间的设置有锚固段的金属箔以及在引入金属箔之后将纤维复合构件与结构构件焊接，其中锚固段延伸到相应所属的构件中。
技术实现思路
在此背景下，本专利技术的基本目的是给出一种用于焊接热塑性构件的改进的方法。根据本专利技术，这个目的通过具有权利要求1特征的一种用于焊接热塑性构件的方法以及具有权利要求14特征的一种用于焊接热塑性构件的插入件来实现。据此提出了一种用于焊接热塑性构件、尤其焊接用于航空航天载具的热塑性纤维复合结构构件的方法。该方法包括以下步骤：将插入件布置在第一热塑性构件与第二热塑性构件之间的接合区中，所述插入件具有导体结构，所述导体结构具有多个并行的电导体元件，使得所述并行的电导体元件至少部分地位于所述接合区中；通过对所述导体结构通电在所述接合区中局部熔化所述构件；将所述导体元件分离；以及通过抽出所分离的导体元件从所述接合区中移除所述插入件。此外，提出了一种用于尤其利用本专利技术方法来电阻焊接热塑性构件的插入件。该插入件包括：多个并行的电导体元件，所述电导体元件具有共同的纵向方向；在所述导体元件的第一纵向侧末端处的第一横向连接件和在第二纵向侧末端处的第二横向连接件；以及在每个导体元件处的预定分离位置，所述预定分离位置被形成为用于通过施加在所述横向连接件中的至少一个横向连接件处的拉力来分离所述导体元件。本专利技术的基本构思在于：在接合区中的材料熔融之后、尤其仍在材料的熔融状态下从接合区中移除被设置为用于将焊接所需的热量引入到接合区中的插入件(也被称为镶嵌体(Inlay))。根据本专利技术，为此设置有多个彼此并行延伸的导体元件，这些导体元件在熔融之后以预定方式分离。然后尤其可以将分离的导体元件侧向地从接合区中抽出。因此在焊接之后不再需要的插入材料有利地不保留在接合区中。以此方式改进了接合区的机械特性。另外，在此消除了腐蚀问题并且避免了由于热膨胀造成的内部应力还有对避雷特性的影响。导体元件的纵向和横截面尤其关于待接合的构架的几何形状是可变地适配的。例如可以通过对应地设计导体元件来控制所引入的焊接能量。导体元件优选具有绝缘涂层，从而避免了与任何嵌入到热塑性材料中的纤维的短路并且由此在纤维增强的热塑性构件的情况下、尤其还在导电纤维的情况下能够实现毫无问题的应用。此外，在一种改进方案中还存在以下可能性：在接合区的边缘区域中和/或在导体元件的任何穿过接合区伸出的区域中，将绝缘涂层局部地设置为比接合区的中心处更厚。以此方式避免或减小了所谓的“边缘效应”，它被理解为在接合区的边缘的局部过热。根据本专利技术，在此保留了用于热塑性构件的电阻焊接过程的典型优点，例如直接向接合区中进行高效且快速的热输入，这造成待接合构件的更少的热负载和变形。热塑性构件例如可以包含具有热塑性基质体系的热塑性纤维复合材料。例如在用于航空航天载具的结构构件中可以考虑应用耐高温塑料，如聚醚酮(PEK)、例如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮铜(PEKK)、聚芳基醚酮(PAEK)或还有聚苯硫醚(PPS)。根据本专利技术尤其可以实现焊接过程的自动过程控制，因为在分离导体元件的时间点还自动将电流中断并且接合区开始冷却。优选在热塑性材料仍熔融时，也就是说在温度降低到低于熔点之前，将分离的导体元件从接合区中抽出并且因此移除插入件。在从接合区中移除插入件之后，可以进行接合区的最终的凝固，尤其借助于使构件彼此压紧的压力。有利的设计方案和改进方案从其他从属权利要求以及从参考附图的说明得出。根据一个有利的改进方案，通过向所述导体元件施加拉力来将所述导体元件分离。由此可以在一个共同的步骤中进行导体元件的分离和抽出。替代于或附加于拉力，还可以以电气方式来进行或辅助分离，例如通过引导电涌以分离导体元件。根据一个有利的实施方式，所述导体元件分别形成为长形的并且沿着共同的纵向方向形成为直的。对应地在纵向方向上进行拉力施加和抽出。以此方式简化了抽出并且由此使得对接合区的影响最小化。根据一个实施方式，所述导体结构在所述导体元件的两个纵向侧末端处分别具有布置在所述接合区之外或所述接合区的边缘处的横向连接件。所述分离包括将所述导体元件中的每个导体元件的至少一个段与所述横向连接件中的一个横向连接件分离。导体结构因此应理解为在纵向方向上并行延伸的电导体元件和与之横向延伸的导电的横向连接件的组件。以此方式一方面可以以简单方式实现导体元件的共同通电，且另外可以将拉力共同施加到导体元件上以将其分离并抽出。如果导体元件在横向连接件处终止，则在分离之前导体结构可以以梯子形式或者梯子状地构成，其中以横向连接件为纵杆且导体元件为横杆。在横向连接件处导体元件之间的连接可以形成为固定的、尤其材料配合的，或者可以形成为可逆地可松脱的、例如力配合的。根据一个实施方式，在所述导体元件的中部区域中分离所述导体元件。为此尤其可以设置导体元件的中部变窄部。中部变窄部用作额定断裂位置，使得导体元件在变窄部区域中分离。变窄部例如可以为凹口。此类凹口可以环绕地设置或者仅在导体元件的一侧处设置。替代地或附加地，变窄部可以为连续变窄部，例如一维变窄部(如削平部)、二维变窄部(如削平且缩窄部)或者环绕的变窄部(例如锥形汇聚的变窄部)。除了作为额定断裂位置的功能之外，通过变窄部还可以控制沿着导体元件的热分布。通过中部的变窄部尤其可以实现尽可能均匀地设计所引入的欧姆热的特征曲线，因为随着横截面的变化欧姆电阻也发生改变。在此，中部变窄部由于局部减小的横截面而在接合区的中部区域中提供了更多的放热，否则由于在构件中的热传导该中部区域将会比接合区的边缘区域更冷，或者将会需要更长时间来加热到适合于焊接的温度。另外，尤其在凹口的情况下，变窄部还可以用于在焊接过程结束时利用电涌来引其局部的强烈加热，以便由此辅助分离。根据另一个实施方式，所述导体元件分别在抵接区域中与所述横向连接件中的一个横向连接件分离。这有利地允许在没有断裂的情况下分离，例如借助于基于力配合和/或形状配合的可逆的联接和分离。作为另外的优点，由此可以通过仅在一个共同的方向上在相反的横向连接件处施加拉力而将所有导体元件抽出。根据一个实施方式，所述导体元件与所述横向连接件中的一个横向连接件力配合地联接。在分离时克服力配合。尤其通过拉力克服力配合。力配合优选可以可逆地再次形成。以此方式可以有利地再次使用插入件。...

【技术保护点】
1.一种用于焊接热塑性构件(1，2)、尤其焊接用于航空航天载具的热塑性纤维复合结构构件的方法，所述方法具有以下步骤：/n将插入件(3)布置在第一热塑性构件(1)与第二热塑性构件(2)之间的接合区(6)中，所述插入件具有导体结构(4)，所述导体结构具有多个并行的电导体元件(5)，使得所述并行的电导体元件(5)至少部分地位于所述接合区(6)中；/n通过对所述导体结构(4)通电在所述接合区(6)中局部熔化所述构件(1，2)；/n将所述导体元件(5)分离；以及/n通过抽出所分离的导体元件(5)从所述接合区(6)中移除所述插入件(3)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181015 DE 102018217586.11.一种用于焊接热塑性构件(1，2)、尤其焊接用于航空航天载具的热塑性纤维复合结构构件的方法，所述方法具有以下步骤：
将插入件(3)布置在第一热塑性构件(1)与第二热塑性构件(2)之间的接合区(6)中，所述插入件具有导体结构(4)，所述导体结构具有多个并行的电导体元件(5)，使得所述并行的电导体元件(5)至少部分地位于所述接合区(6)中；
通过对所述导体结构(4)通电在所述接合区(6)中局部熔化所述构件(1，2)；
将所述导体元件(5)分离；以及
通过抽出所分离的导体元件(5)从所述接合区(6)中移除所述插入件(3)。


2.根据权利要求1所述的方法，其中通过向所述导体元件(5)施加拉力(7)来将所述导体元件(5)分离。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述导体元件(5)分别形成为长形的并且沿着共同的纵向方向(20)形成为直的，其中在所述纵向方向(20)上施加所述拉力(7)以及进行所述抽出。


4.根据以上权利要求之一所述的方法，其中所述导体结构(4)在所述导体元件(5)的两个纵向侧末端处分别具有布置在所述接合区(6)之外或所述接合区的边缘处的横向连接件(8，9)，其中所述分离包括将所述导体元件(5)中的每个导体元件的至少一个段与所述横向连接件(8，9)中的一个横向连接件分离。


5.根据以上权利要求之一所述的方法，其中在所述导体元件的中部区域(10)中、尤其在所述导体元件的中部变细部(11)的区域中分离所述导体元件(5)。


6.根据权利要求4或5所述的方法，其中所述导体元件(5)分别在抵接区域(12)中与所述横向连接件(8，9)中的一个横向连接件分离。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述导体元件(5)与所述横向连接件(8，9)中的一个横向连接件力配合地联接并且在所述分离时克服所述力配合。

【专利技术属性】
技术研发人员：阿列克谢·维奇尼亚科夫，亚历山大·凯克，伦纳特·芬格，雷莫·欣茨，菲利普·克勒，
申请(专利权)人：空中客车运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE