DE10134832A1

DE10134832A1 - Element for connecting two objects, in particular device parts

Info

Publication number: DE10134832A1
Application number: DE10134832A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kautz; Heinz Zeininger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2003-02-20
Also published as: WO2003008813A2; WO2003008813A3

Abstract

Mit dem Verbindungselement (2¶h¶) sind mechanisch zwei Gegenstände (8, 9) zu verbinden. Das Element besteht zumindest teilweise aus einem Memory-Metall und hat als eine erste Gestalt (2¶t¶) die einer offenen Klammer, welche zwei frei endende, über ein Zwischenstück (2a) miteinander verbundene Schenkelstücke (2b, 2c) besitzt, die im Montagezustand in entsprechende Öffnungen (10a, 10b) in den beiden Gegenständen (8, 9) einzuführen sind und die (2b', 2c') im montierten Zustand auf Grund einer Verformung unter Ausnutzung ihrer Memory-Eigenschaften mit einer zweiten Gestalt (2¶h¶) die Verbindung zwischen den beiden Gegenständen (8, 9) gewährleisten.Two objects (8, 9) are to be mechanically connected to the connecting element (2¶h¶). The element consists at least partially of a memory metal and has as a first shape (2¶t¶) that of an open clamp, which has two freely ending leg pieces (2b, 2c) connected to one another via an intermediate piece (2a), which Installed state in corresponding openings (10a, 10b) in the two objects (8, 9) and the (2b ', 2c') in the assembled state due to a deformation using their memory properties with a second shape (2¶h ¶) ensure the connection between the two objects (8, 9).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungselement zum mechanischen Verbinden zweier Gegenstände, insbesondere zweier Geräteteile. The invention relates to a connecting element for mechanical connection of two objects, in particular two Appliance parts.

In annähernd allen Bereichen der Technik ist es vielfach erforderlich, zwei Gegenstände mechanisch miteinander fest zu verbinden. Diese Gegenstände können aus gleichartigen Werkstoffen wie Metall oder Kunststoff sein; aber auch Verbindungen zwischen Gegenständen aus unterschiedlichen Materialien kommen häufig vor. Als Beispiel sei der Bereich elektronischer oder elektrotechnischer Geräte genannt, wo oft entweder in einem Gerät bzw. Gehäuse verschiedene Bauteile untereinander oder mit Gehäuseteilen verbunden werden müssen. Auch Geräte oder Gehäuseteile sind bisweilen miteinander mechanisch zu verbinden. Als Verbindungselemente sind untereinander Schrauben bekannt, die in die zu verbindenden Gegenstände eingeschraubt werden. Eine derartige Verbindungstechnik ist aber in mehrfacher Hinsicht aufwendig. Zum einen ist ein Einschrauben verhältnismäßig umständlich, zeit- und kostenintensiv. Weiterhin müssen für eine sichere Halterung der Schrauben in der Regel die zu verbindenden Gegenstände hinreichend dimensioniert sein, um so zu vermeiden, dass die Schraube bei zu geringer Wandstärke nicht greift oder ausreißt. Problematisch ist der in Folge der verwendeten Schrauben häufig benötigte erhebliche Platzbedarf, der insbesondere bei hochintegrierten elektrischen oder elektronischen Geräten nicht zur Verfügung steht oder gegebenenfalls nur dadurch geschaffen werden kann, dass die Geräte größer als erwünscht dimensioniert werden. Eine weitere Schwierigkeit liegt häufig in der verhältnismäßig aufwendigen Demontage, die durch ein umständliches Herausschrauben der Schrauben bedingt ist, sofern eine solche Demontage überhaupt möglich oder vom Aufwand her vertretbar ist. Eine Demontage wird jedoch im Falle einer Wartung oder Reparatur eines Gerätes oder auch im Rahmen des Recyclings häufig gefordert. It is common in almost all areas of technology required to fix two objects mechanically together connect. These items can be of the same kind Materials such as metal or plastic; but also Connections between objects made of different materials are common. The area is an example called electronic or electrotechnical devices, where often either Various components in one device or housing must be connected to each other or with housing parts. Also Devices or housing parts are sometimes mechanical with one another connect to. As connecting elements are among themselves Known screws in the objects to be connected be screwed in. Such a connection technology is but expensive in several ways. For one, there is one Screwing in relatively cumbersome, time and expensive. Furthermore, for a secure mounting of the As a rule, screw the objects to be connected sufficiently be dimensioned so as to avoid that the screw at insufficient wall thickness does not grip or tear out. The problem is often due to the screws used required considerable space, which in particular at highly integrated electrical or electronic devices not for Is available or possibly only created by it can be that the devices are larger than desired be dimensioned. Another difficulty often lies in the relatively expensive disassembly by a cumbersome unscrewing of the screws is necessary, if one such disassembly is possible at all or from the effort is justifiable. Disassembly is however in the case of a Maintenance or repair of a device or as part of the Recycling often required.

Als Verschlusssysteme zum kraftschlüssigen Verbinden von Gehäuse, Gehäuseteilen oder von Steckteilen elektronischer Baugruppen sind ferner auch Schnappverschlüsse bekannt, die auch aus Kunststoffmaterial bestehen können. Als entsprechende Schnappverschlüsse sind beispielsweise Kunststoffnasen bekannt, die in Aussparungen einrasten und durch ein Zurückdrücken oder Herausziehen ein Öffnen oder Demontieren der verbundenen Gegenstände ermöglichen. Bei einem häufigen Betätigen sind jedoch derartige Verbindungselemente bruchanfällig. Ein Öffnen der Verbindung, sei es aus Reparatur- oder. aus Recyclinggründen wie z. B. beim Handy, bzw. entsprechender Gehäuse-Baugruppen-Kombinationen muss im Allgemein per Hand erfolgen. Abgesehen von dem diesbezüglichen Zeitaufwand werden dabei oft die verbundenen Gehäuseteile beschädigt. Auch besteht die Gefahr einer Zerstörung von innen liegenden Bauteilen. So sind entsprechende innenliegende Bauteile wie z. B. elektronische Baugruppen oder Abschirmflächen im Allgemeinen über aufwendig lösbare Verbindungselemente mit einem Gehäuse verbunden. Durch eine solche Verbindungs-/Verschlusstechnik ist man aber im Design der Bauteile, der Gehäuse und/oder des entsprechenden Komplettsystems sehr eingeschränkt. In den kommenden Jahren treten außerdem Vorschriften in Kraft, die ein komplettes Zerlegen und Trennen solcher elektronischen Baugruppen und deren Gehäuse nach Werkstofftypen erforderlich machen. As locking systems for the positive connection of Housing, housing parts or plug-in parts electronic Assemblies are also known snap locks, too can consist of plastic material. As a corresponding Snap locks are, for example, plastic noses known that snap into recesses and through a Push back or pull out an opening or dismantling the enable connected objects. With a frequent Pressing such connecting elements are prone to breakage. An opening of the connection, be it from repair or. out Recycling reasons such. B. on the cell phone, or equivalent Housing-assembly combinations must generally be done by hand respectively. Apart from the time involved often the connected housing parts are damaged. Also there is a risk of internal destruction Components. Corresponding internal components such. B. electronic assemblies or shielding surfaces in general via elaborately detachable connecting elements with a housing connected. With such a connection / locking technology but one is in the design of the components, the housing and / or the corresponding complete system very limited. In the In the coming years, regulations will also come into force that a complete disassembly and disconnection of such electronic Assemblies and their housings required by material types do.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbindungselement anzugeben, das einerseits eine einfache mechanische Verbindung zwischen zwei Gegenständen oder Geräteteilen schaffen lässt und mit dem andererseits ein einfaches Öffnen der Verbindung oder eine Demontage dieser Gegenstände ermöglicht wird. The object of the present invention is a Specify connecting element, on the one hand, a simple mechanical Connection between two objects or device parts creates and with the other hand easy opening the connection or disassembly of these items is made possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Dementsprechend soll das Verbindungselement

- zumindest teilweise aus einem Memory-Metall bestehen,
- in einem Montagezustand eine erste Gestalt haben

und

- in einem montierten Zustand eine zweite Gestalt aufweisen, die dem Element vor einer Montage unter Ausnutzung seiner Memory-Eigenschaften eingeprägt wurde.

This object is achieved with the measures specified in claim 1. Accordingly, the connecting element

- at least partially consist of a memory metal,
- have a first shape in an assembled state

and

- Have a second shape in an assembled state, which was impressed on the element before assembly using its memory properties.

Dabei soll die erste Gestalt die einer offenen Klammer sein, welche zwei frei endende, über ein Zwischenstück miteinander verbundene Schenkelstücke besitzt, die im Montagezustand in entsprechende Öffnungen in den beiden Gegenständen einzuführen sind und die im montierten Zustand auf Grund einer Verformung unter Ausnutzung ihrer Memory-Eigenschaften die Verbindung zwischen den beiden Gegenständen gewährleisten. The first shape should be that of an open bracket, which two freely ending, via an intermediate piece with each other has connected leg pieces, which in the assembled state in corresponding openings in the two objects are to be introduced and in the assembled state on the basis of a Deformation taking advantage of its memory properties Ensure connection between the two objects.

Das erfindungsgemäße Verbindungselement besteht vorteilhaft zumindest teilweise aus einem an sich bekannten Memory- Metall, das auch als Formgedächtnis-Legierung bezeichnet wird. Ein derartiges Material hat die Eigenschaft, dass es temperaturabhängig seine Form wandeln kann. Für den erfindungsgemäßen Einsatzzweck bedeutet dies, dass das klammerförmige Verbindungselement, das im Montagezustand eine erste Gestalt mit offenen Schenkelstücken aufweist, mit diesen in diese aufnehmende Öffnungen oder sonstige Ausnehmungen wie Bohrungen der zu verbindenden Gegenstände, z. B. zweier Gehäuseschalen, eingefügt wird. Anschließend wird das Klammerelement erwärmt. Oberhalb einer Phasenumwandlungstemperatur wandelt sich nämlich das Gefüge des Memory-Metalls von einer Tieftemperaturphase in eine Hochtemperaturphase (von "Martensit" zu "Austenit") um. Der Hochtemperaturphase ist zuvor eine zweite Gestalt, die Memory-Eigenschaften ausnutzend, eingeprägt worden. Entsprechende Metalle und deren Memory- Eigenschaften sind bekannt (vgl. z. B. beispielsweise das Buch von D. Stöckel [Hrsg.]: "Legierungen mit Formgedächtnis", Expert-Verlag, Ehningen (DE), 1988, insbesondere die Seiten 64 bis 79), erläutert. Mit der Phasenumwandlung verändert sich zumindest die Form der Schenkelstücke des Klammerelementes derart, dass diese die beiden zu verbindenden Gegenstände hintergreifend oder umklammernd zusammenhalten. The connecting element according to the invention is advantageous at least in part from a known memory Metal, also known as a shape memory alloy becomes. Such a material has the property that it can change its shape depending on the temperature. For the Intended use according to the invention, this means that bracket-shaped connecting element, which is a first in the assembled state Has shape with open leg pieces, with these in these receiving openings or other recesses such as Drilling the objects to be connected, e.g. B. two Housing shells, is inserted. Then that will Clamp element heated. Above a phase transition temperature namely, the structure of the memory metal changes from one Low temperature phase in a high temperature phase (from "Martensite" to "austenite"). The high temperature phase is before a second figure, taking advantage of the memory properties, been impressed. Corresponding metals and their memory Properties are known (see e.g. the book by D. Stöckel [Ed.]: "Alloys with shape memory", Expert-Verlag, Ehningen (DE), 1988, especially pages 64 to 79). The phase change changes at least the shape of the leg pieces of the clamp element such that these are the two objects to be connected hold behind or clasp together.

Die Erfindung lässt also ein Verbinden durch einfaches Einführen des Verbindungselementes in dafür vorgesehene Öffnungen in den beiden Gegenständen und entsprechende Temperaturerhöhung zu. Dieses Verbinden erfolgt dabei sehr schnell, einfach und mit nur geringem Aufwand, da hierfür die zu verbindenden Teile lediglich erwärmt werden müssen. Zur Erwärmung dieser Teile können dies beispielsweise durch einen Wärmeofen transportiert werden; auch kann die Erwärmung mittels eines Wärmefingers oder durch Bestromung erreicht werden. Damit ist auch eine automatisierbare Montage durch die selbstjustierende Eigenschaft der Memory-Metall-Klammerelemente nach der Temperaturerhöhung z. B. um 50°C möglich. Weiterhin benötigt das erfindungsgemäße Verbindungselement wesentlich weniger Platz als eine häufig beachtlich lange Verbindungsschraube. Es kann deshalb insbesondere bei Gegenständen eingesetzt werden kann, bei denen es um geringe Abmessungen geht. Auch sind die Anforderungen hinsichtlich der Dimensionierung der Verbindungsbereiche nicht wie bei einer Schraubverbindung; vielmehr kann in diesen Bereichen für die Verbindungstechnik Material eingespart werden. Damit verbunden ist eine entsprechende Kosteneinsparung hinsichtlich des Materialaufwands, der Fertigungs- und Recyclingkosten. The invention thus allows simple connection Inserting the connecting element into the intended one Openings in the two objects and corresponding Temperature increase too. This connection takes place very quickly, simple and with little effort, because the connecting parts only need to be heated. to These parts can be heated, for example, by a Heat furnace to be transported; heating can also be done by means of a warm finger or by energizing. This also means that assembly can be automated self-adjusting property of the memory metal clamp elements after the temperature increase z. B. possible by 50 ° C. Farther the connecting element according to the invention requires significantly less space than an often remarkably long one Connecting screw. It can therefore be particularly so with objects can be used where there are small dimensions goes. Also the requirements regarding Dimensioning of the connection areas is not as with a screw; rather, in these areas for Connection technology material can be saved. Connected with it a corresponding cost saving in terms of Material costs, manufacturing and recycling costs.

Schließlich ist auch ein einfaches Öffnen der Verbindung oder eine einfache Demontage möglich, da das Memory-Metall bei einer hinreichenden Abkühlung eine erneute Phasenänderung zeigt und von der Hochtemperaturphase in die Tieftemperaturphase übergeht. Dabei ist auszunutzen, dass die Hochtemperaturphase deutlich härter als die Niedertemperaturphase ist. Finally, a simple opening of the connection or easy disassembly possible because the memory metal is included sufficient cooling shows another phase change and from the high temperature phase to the low temperature phase transforms. It should be exploited that the high temperature phase is significantly harder than the low temperature phase.

So ist Martensit beispielsweise um etwa einen Faktor 5 weicher als Austenit. Dies ermöglicht, die Klammerelemente im weichen Zustand auf einfache Weise zu entfernen. So kann beispielsweise ein Klammerelement aus einem Memory-Metall mit Zweiweg-Effekt selbstzerlegend ohne mechanische Eingriffe z. B. bei Temperaturen unter -40°C eine beschädigungsfreie Zerlegung verbundener Gegenstände wie z. B. von Gehäuseteilen ermöglichen. Die verbundenen Gegenstände lassen sich also mühelos mittels Abkühlens demontieren, da die mechanischen Verbindungen hierdurch leicht lösbar werden. So können neben den Klammerelementen wertvolle Bauelemente und unbelastete Komponenten wie Kunststoffgehäuse, Joche, Anker, Bauelemente der Halbleitertechnik oder Edelmetallkontakte sehr leicht ausgebaut und für gleiche oder andere Zwecke wieder verwendet werden. Entsprechend ist auch ein Austausch defekter Komponenten möglich. For example, martensite is about a factor of 5 softer than austenite. This allows the bracket elements in the easy to remove soft condition. So can for example with a clip element made of a memory metal Self-dismantling two-way effect without mechanical intervention z. B. at temperatures below -40 ° C a damage-free Disassembling connected items such as B. of housing parts enable. So the connected objects can be disassemble effortlessly by cooling, as the mechanical This makes connections easily detachable. So besides the Bracket elements valuable components and unloaded Components such as plastic housings, yokes, anchors, components of the Semiconductor technology or precious metal contacts very easily removed and used again for the same or different purposes become. The replacement of defective components is also appropriate possible.

Ein weiterer Vorteil ist ferner die erhöhte Sicherheit im Betrieb der verbundenen Gegenstände. Eine erfindungsgemäß erzeugte Verbindung kann sich nämlich kaum durch Vibrationen oder andere handhabungsbedingte Krafteinwirkungen lockern. Vielmehr ist mit den Klammerelementen eine kraftschlüssige, unter Vorspannung stehende Verbindung zu realisieren. Zudem zeigt eine solche Verbindung im Gegensatz zu vorgespannten Kunststoffen auch bei erhöhter Temperatur eine gute Alterungsbeständigkeit. Another advantage is the increased security in the Operation of related items. One according to the invention The connection created can hardly be caused by vibrations or loosen other handling-related forces. Rather, the clamp elements are a non-positive, to realize a tensioned connection. moreover shows such a connection in contrast to prestressed A good plastic even at elevated temperatures Aging resistance.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verbindungselementes gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor. Advantageous embodiments of the invention Connecting element emerge from the dependent claims.

So kann insbesondere das Verbindungselement zumindest teilweise aus einem Memory-Metall bestehen, das eine erste Umwandlungstemperatur aufweist, bei der sich auf Grund einer Temperaturerhöhung eine Hochtemperaturphase bildet und die zweite Gestalt angenommen wird, und eine um wenigstens 30°C, insbesondere um wenigstens 50°C unterhalb der ersten Umwandlungstemperatur liegende weitere Umwandlungstemperatur, bei welcher bei einer Abkühlung die Umwandlung in die Tieftemperaturphase erfolgt. Vorzugsweise liegt die erste Umwandlungstemperatur zum Übergang in die Hochtemperaturphase über 40°C, insbesondere über 50°C, und liegt die weitere Umwandlungstemperatur zum Übergang in die Tieftemperaturphase unter 0°C, insbesondere unter -40°C. Die unterschiedlichen Umwandlungstemperaturen liegen also möglichst weit auseinander. Damit ist zu vermeiden, dass etwaige Temperaturschwankungen sich in irgendeiner Form auf die Festigkeit der Verbindung auswirken können. In particular, the connecting element can at least partially made of a memory metal, the first one Has transition temperature at which due to a Temperature increase forms a high temperature phase and the second shape is assumed, and one at least 30 ° C, in particular by at least 50 ° C below the first Transition temperature further transformation temperature, at which, when cooling, transforms into Low-temperature phase takes place. The first is preferably located Transition temperature for the transition to the high temperature phase above 40 ° C, especially above 50 ° C, and lies the further Transition temperature for transition to the low temperature phase below 0 ° C, especially below -40 ° C. The different The transition temperatures are as far apart as possible. In order to it is to be avoided that any temperature fluctuations become apparent affect the strength of the connection can.

Das Memory-Metall kann dabei auch einen Einweg-Effekt (vgl. z. B. das genannte Buch von D. Stöckel, Seiten 64 bis 71) zeigen. Bei dieser Ausführungsform nimmt das Klammerelement bei einer Temperaturerhöhung die zweite Gestalt an. Bei einer Temperaturerniedrigung unter die zweite Phasenbildungstemperatur tritt lediglich eine Phasenumwandlung in die Tieftemperaturphase ein; die zweite Gestalt bleibt jedoch hierbei erhalten. Das Material wird also lediglich weich, behält aber seine formwandlungsbedingte Form. Eine einfache Demontage ist auf Grund der Weichheit des Materials trotz allem möglich. The memory metal can also have a one-way effect (cf. z. B. the book by D. Stöckel, pages 64 to 71) demonstrate. In this embodiment, the clip element increases a second increase in temperature. At a Lowering the temperature below the second Phase formation temperature only occurs in a phase transition Cryogenic phase on; however, the second form remains receive. The material only becomes soft, but retains its shape-related shape. An easy disassembly is possible because of the softness of the material despite everything.

Gemäß einer Alternative kann ein Memory-Metall mit einem Zweiweg-Effekt vorgesehen sein, so dass bei einer Umwandlung in eine Tieftemperaturphase die eingeprägte erste Gestalt eingenommen wird. Bei dieser Alternative wandelt sich das Klammerelement zwischen den beiden eingeprägten Formen. D. h., im Falle einer Abkühlung zur Demontage nimmt das Klammerelement wieder seine ursprüngliche offene Montageform ein. Die mechanische Verbindung kann dann sehr einfach gelöst werden. According to an alternative, a memory metal can be used with a Two-way effect can be provided so that when converting the embossed first shape in a low-temperature phase is taken. With this alternative, that changes Clamp element between the two embossed shapes. That is, in the case of cooling for dismantling, this takes Clamp element back to its original open assembly form. The mechanical connection can then be released very easily.

Als Memory-Metalle kommen vorzugsweise TiNi- oder TiPd- oder NiMn- oder NiAl- oder CuAl- oder CuZn- oder FeNi- oder FeMn- Legierungen in Frage, die gegebenenfalls noch mindestens einen weiteren Legierungspartner enthalten können. TiNi or TiPd or come preferably as memory metals NiMn or NiAl or CuAl or CuZn or FeNi or FeMn Alloys in question, if any, at least can contain another alloy partner.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verbindungselementes gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Unteransprüchen hervor. Further advantageous embodiments of the invention Connecting element do not go from the above mentioned subclaims.

Einzelheiten erfindungsgemäßer Verbindungselemente ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Dabei zeigen Details of connecting elements according to the invention result itself from the exemplary embodiments described below with reference to the drawing. Show

deren Fig. 1 in Diagrammen temperaturabhängige Eigenschaften eines Memory-Metalls, the Fig. 1 temperature-dependent properties in diagrams of a memory metal,

deren Fig. 2 und 3 eine Tieftemperaturform bzw. eine Hochtemperaturform eines Klammerelementes, their Fig. 2 and 3, a low-temperature form and a high temperature form of a clamp element,

deren Fig. 4 bis 6 weitere Ausführungsformen von Klammerelementen und the Fig. 4 to 6 further embodiments of clamp elements and

deren Fig. 7 ein Klammerelement gemäß Fig. 3 im montierten Zustand zum Verbinden zweier Gehäusehälften. the Fig. 7, a clamp element according to Fig. 3 of two in the mounted state for connecting the housing halves.

Dabei sind in den Figuren sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are shown in the figures provided the same reference numerals.

Mit einem erfindungsgemäßen Verbindungselement lassen sich zwei Gegenstände oder Geräteteile, beispielsweise zwei Gehäusehälften mechanisch verbinden. Die Verbindungselemente sollen dabei in unmontiertem Zustand, dem sogenannten Montagezustand, eine erste Gestalt haben. Damit diese Elemente wieder verwertbar, selbstjustierend, selbstdemontierend, montagefreundlich, verschleißarm, korrosionsbeständig sind, muss hierzu eine an sich bekannte Memory-Metalllegierung vorgesehen werden. Hierfür geeignete Legierungen sind insbesondere TiNi-, TiPd-, NiMn-, NiAl-, CuAl-, oder CuZn-, FeNi- oder FeMn-Legierungen, die gegebenenfalls noch mindestens einen weiteren Legierungspartner enthalten können (vgl. auch das genannte Buch von D. Stöckel, Seiten 15 und 75). Als ein konkretes Ausführungsbeispiel sei die Legierung NiTiNb13 ausgewählt. With a connecting element according to the invention two objects or device parts, for example two Mechanically connect the housing halves. The fasteners should be in the unmounted state, the so-called Assembly condition, have a first shape. So these elements again usable, self-adjusting, self-dismantling, Easy to install, low wear, corrosion resistant, must a memory metal alloy known per se be provided. Alloys suitable for this are in particular TiNi, TiPd, NiMn, NiAl, CuAl, or CuZn, FeNi or FeMn alloys, if necessary, at least one may contain further alloy partners (cf. also the book by D. Stöckel, pages 15 and 75). As a The concrete embodiment is the NiTiNb13 alloy selected.

Eigenschaften dieser Legierung bzw. eines mit dieser Legierung erstellten Verbindungselementes lassen sich den Diagrammen der Fig. 1 entnehmen. Dabei sind in den Diagrammen in Ordinatenrichtung jeweils in willkürlichen Einheiten die mechanische Spannung σ, die mechanische Dehnung ε und der Martensit-Anteil A in Abhängigkeit von der angelegten, in Abszissenrichtung aufgetragenen Temperatur T angegeben. Der untere Teil des Diagramms zeigt den Verlauf der inneren mechanischen Spannungen in einem erfindungsgemäßen Verbindungselement über die Temperatur. Dargestellt ist der Verlauf für ein Verbindungselement mit einem Memory-Metall, das eine erste Umwandlungstemperatur T_A von 50°C besitzt, bei der die Bildung der Austenit-Phase (Hochtemperaturphase) bei einer Temperaturerhöhung einsetzt, und einer zweiten Umwandlungstemperatur (T_M) von ca. -40°C, bei der bei einer Abkühlung die Bildung der Martensit-Phase (= Tieftemperaturphase) einsetzt. Ersichtlich nimmt die inhärente Spannung mit Einsetzen der Austenit-Phasenbildung deutlich zu. Wird nun abgekühlt, so bleibt die Spannung bis zur zweiten Umwandlungstemperatur T_M von etwa -40°C weitgehend erhalten und bricht erst danach verhältnismäßig rasch ab, da dann in verstärktem Maß die Martensit-Bildung einsetzt und das Material weicher wird, wobei Spannungen abgebaut werden. Properties of this alloy or of a connecting element produced with this alloy can be seen from the diagrams in FIG. 1. In the diagrams in the ordinate direction, the mechanical stress σ, the mechanical elongation ε and the martensite component A are given in arbitrary units as a function of the temperature T applied in the abscissa direction. The lower part of the diagram shows the course of the internal mechanical stresses in a connecting element according to the invention over the temperature. The course is shown for a connecting element with a memory metal, which has a first transition temperature T _A of 50 ° C, at which the formation of the austenite phase (high temperature phase) begins with an increase in temperature, and a second transition temperature (T _M ) of approx. -40 ° C, at which the formation of the martensite phase (= low-temperature phase) begins. The inherent stress clearly increases with the onset of austenite phase formation. If cooling is now carried out, the tension is largely retained up to the second transformation temperature T _M of approximately -40 ° C. and only then breaks off relatively quickly, since then the formation of martensite sets in and the material becomes softer, whereby tension is reduced ,

Einen entsprechenden Hystereseverlauf zeigt in dem Diagramm die obere Kurve des Martensit-Anteils A. Wird das Verbindungselement bei Raumtemperatur eingesetzt und anschließend über 50°C erwärmt, so setzt ersichtlich eine starke Austenitbildung ein, wobei der Martensit-Anteil entsprechend abnimmt. Das Material wird insgesamt sehr hart und der Übergang in die zweite gekrümmte Gestalt (= Hochtemperaturform) beginnt. Dieser harte Zustand und damit der hohe Austenit-Anteil bei gleichzeitig minimalem Martensit-Anteil bleibt einer nachfolgenden Abkühlung solange erhalten, bis die zweite Phasenbildungstemperatur T_M von -40°C erreicht bzw. unterschritten wird. Der Martensit-Anteil steigt dann auf Grund eines Absinkens des Austenit-Anteils, d. h., das Material wird weich. Wird eine Legierung mit einem Zweiweg-Effekt verwendet, so setzt gleichzeitig eine erneute Formwandlung ein. A corresponding hysteresis curve is shown in the diagram by the upper curve of the martensite fraction A. If the connecting element is used at room temperature and then heated above 50 ° C., a strong formation of austenite is evident, the martensite fraction decreasing accordingly. The material becomes very hard overall and the transition to the second curved shape (= high temperature shape) begins. This hard state and thus the high austenite content with a minimum martensite content remains in a subsequent cooling until the second phase formation temperature T _M of -40 ° C. is reached or fallen below. The martensite component then increases due to a decrease in the austenite component, ie the material becomes soft. If an alloy with a two-way effect is used, a new shape change begins at the same time.

Die mittlere Kurve zwischen der der inhärenten Spannungen σ und der des Martensit-Anteils A gibt das entsprechende temperaturabhängige Dehnungsverhalten ε des Verbindungselementes wieder. The middle curve between that of the inherent stresses σ and that of the martensite portion A gives the corresponding temperature-dependent expansion behavior ε of the connecting element again.

Wie aus dem Verlauf der gezeigten drei Kurven ersichtlich ist, ergibt sich ein hystereseartiges Verhalten, welches es ermöglicht, dass ein erfindungsgemäßes Verbindungselement beliebig oft verwendet werden kann, da die Hysterese ohne sich auf die mechanische Verbindung nachteilig auswirkende Alterungseffekte beliebig oft mittels Temperaturänderungen durchfahren werden kann. Das Material hat also eine sehr breite Hysterese. Je nach Herstellungsprozess lassen sich auch andere Hysteresebreiten, beispielsweise zwischen -150°C und +150°C, ermöglichen. As can be seen from the course of the three curves shown there is a hysteresis-like behavior which it enables a connecting element according to the invention can be used as often as required, as the hysteresis is without itself adversely affecting the mechanical connection Aging effects as often as required by means of temperature changes can be driven through. So the material is very wide Hysteresis. Depending on the manufacturing process, you can also other hysteresis ranges, for example between -150 ° C and + 150 ° C.

Fig. 2 zeigt eine Tieftemperaturform eines Klammerelementes 2 _t - Index "t" weist auf die Tieftemperaturform - aus einem entsprechenden Material. Gezeigt ist das Element in seiner offenen, ersten Gestalt. Es weist zwei frei endende, über ein Zwischenstück 2a miteinander verbundene Schenkel- oder Seitenteile 2b und 2c auf. Bei einer kurzzeitigen Unterschreitung einer Temperatur T_M von -40°C tritt eine Martensit- Umwandlung auf, und es ergibt sich die gezeigte offene Klammerform. Diese Form bleibt dann bis +50°C erhalten. Erst bei einem Überschreiten dieser Temperatur T_A tritt eine Krümmung zumindest der Schenkelstücke 2b und 2c ein, wobei die in Fig. 3 (etwas schematisiert) gezeigte Hochtemperaturform angenommen wird. Bei einer kurzen Überschreitung dieser Temperatur T_A tritt nämlich die Austenit-Wandlung ein. Diese Form bleibt dann bis -40°C, der Temperatur T_M der Martensit- Umwandlung erhalten. Die maximale Temperatur, der das Element ausgesetzt werden kann, liegt z. B. bei etwa 350°C. In der Figur sind das Klammerelement in seiner Hochtemperaturform mit 2_h - Index "h" weist auf die Hochtemperaturform - und dessen gekrümmte Schenkelstücke mit 2b' bzw. 2c' bezeichnet. FIG. 2 shows a low-temperature shape of a clamp element 2 _t - index "t" indicates the low-temperature shape - made of a corresponding material. The element is shown in its open, first form. It has two freely ending, via an intermediate piece 2 a thigh connected to each other or side portions 2 b and 2 c on. If the temperature T _M falls below -40 ° C. for a short time, a martensite transformation occurs, and the open bracket form shown results. This shape is then maintained up to + 50 ° C. Only when this temperature T _{A is} exceeded does a curvature of at least the leg pieces 2 b and 2 c occur, the high-temperature shape shown in FIG. 3 (somewhat schematically) being adopted. If this temperature T _{A is} briefly exceeded, the austenite transformation occurs. This shape then remains until -40 ° C, the temperature T _{M of} the martensite transformation. The maximum temperature to which the element can be exposed is e.g. B. at about 350 ° C. In the figure, the clamp element in its high-temperature shape is labeled with 2 _h - index "h" indicates the high-temperature shape - and its curved leg pieces are labeled 2b 'and 2c'.

Wird das Memory-Metall-Klammerelement mit den obengenannten Eigenschaften also über 50°C erhitzt, nimmt es eine ihm vorher aufgeprägte Hochtemperaturform, vorzugsweise die Klammerform ein. Besitzt das Material den sogenannten Zweiweg-Effekt (vgl. das genannte Buch von D. Stöckel, Seiten 64 bis 71), wird sich die Klammer bei Unterschreiten von -40°C wieder aufbiegen, da sie bei diesen Temperaturen eine weitere, ihr aufgeprägte Tieftemperaturform 2 _t mit der beispielsweise gestreckten Form ihrer Schenkelstücke 2b und 2c einnimmt. Besitzt das Memory-Metall nur einen Einweg-Effekt, so wird das Material nur bei Überschreiten der oberen Temperaturmarke die ihr aufgeprägte Klammerform annehmen, nicht jedoch eine weitere Form bei Unterschreiten der Martensit-Starttemperatur. Eine wesentliche Besonderheit stellt dabei jedoch das mechanische Verhalten des Memory-Metall-Klammerelementes bei unterschiedlichen Temperaturen dar. Während nach Überschreiten der Austenit-Temperatur ein sehr fester Zustand eingenommen wird, die sogenannte Austenit-Phase, wird nach Unterschreiten der Martensit-Bildungstemperatur T_M von -40° mit der Martensit-Phase ein mechanischer Zustand eingestellt, der deutlich weicher, beispielsweise um einen Faktor 3 bis 5, weicher als die Hochtemperaturphase ist. Dadurch ist das Klammerelement, welches nicht dem Zweiweg-Effekt gehorcht, trotzdem im Martensit-Zustand sehr leicht zu entfernen und durch Temperaturerhöhung wieder in den sehr festen Zustand überführbar. Dabei behält die Hochtemperaturform ihre mechanischen Eigenschaften bis zu sehr hohen Temperaturen von beispielsweise 350°C bei. Daraus ergibt sich beispielsweise die Möglichkeit einer dezentralen Montage in sogenannten aktiven Zonen hoher Temperaturen, ohne das Kriechverformungen von Sicherheitsverschlüssen der zu verbindenden Teile zu befürchten sind. Entsprechende Klammerelemente ermöglichen eine sehr hohe Anzahl von alterungsfreien Verformungszyklen in der Größenordnung von beispielsweise 10000. If the memory metal clip element with the above-mentioned properties is heated above 50 ° C., it takes on a high-temperature shape previously impressed on it, preferably the clip shape. If the material has the so-called two-way effect (see the mentioned book by D. Stöckel, pages 64 to 71), the clip will bend again when the temperature falls below -40 ° C, because at these temperatures it has another low-temperature shape that is imprinted on it 2 _t with the stretched shape of their leg pieces 2 b and 2 c. If the memory metal has only a one-way effect, the material will only take on the shape of the clamp that is stamped on it when the upper temperature mark is exceeded, but not another shape if the martensite start temperature is undershot. However, the mechanical behavior of the memory metal clamp element at different temperatures represents an important special feature. While a very solid state is assumed after the austenite temperature is exceeded, the so-called austenite phase, T _M falls below the martensite formation temperature -40 ° with the martensite phase a mechanical state is set which is significantly softer, for example by a factor of 3 to 5, softer than the high-temperature phase. As a result, the clamp element, which does not obey the two-way effect, is nevertheless very easy to remove in the martensite state and can be converted back to the very solid state by increasing the temperature. The high-temperature mold maintains its mechanical properties up to very high temperatures of, for example, 350 ° C. This results, for example, in the possibility of decentralized assembly in so-called active zones at high temperatures, without the fear of creep deformations of safety locks on the parts to be connected. Corresponding clamp elements enable a very high number of aging-free deformation cycles in the order of magnitude of, for example, 10,000.

Entsprechende Klammerelemente unter Verwendung von Memory- Metall zeigen hervorragende Korrosionsbeständigkeit und sind deshalb z. B. auch für die Automobilindustrie interessant. Darüber hinaus ist für sie die Möglichkeit gegeben, den Aufbau und die Form der Klammer in Abhängigkeit für den Verwendungszweck zu variieren. Die Fig. 4 bis 6 zeigen solche Variationsmöglichkeiten. So zeigt Fig. 4 einen Verbundaufbau eines Klammerelementes 3 _h in seiner Hochtemperaturform. Sein Zwischenstück 3a besteht dabei aus kostengünstigem Stahl - in der Figur durch stärkere Schwärzung angedeutet - und zeigt somit im Wesentlichen keine temperaturabhängige Verformung. Seine beiden Seitenteile 3b und 3c hingegen sind aus Memory- Metall und zeigen je nach Temperaturanwendung eine Austenit- oder Martensit-Umwandlung. Corresponding clamp elements using memory metal show excellent corrosion resistance and are therefore z. B. also interesting for the automotive industry. In addition, they are given the opportunity to vary the structure and shape of the clip depending on the intended use. FIGS. 4 to 6 show such a variation. Thus, FIG. 4 shows a composite structure of a clamp element 3 _h in its high temperature form. Its intermediate piece 3a consists of inexpensive steel - indicated in the figure by a greater degree of blackening - and thus essentially shows no temperature-dependent deformation. Its two side parts 3 b and 3 c, on the other hand, are made of memory metal and, depending on the temperature application, show an austenite or martensite transformation.

Im Gegensatz zu den Ausführungsformen von Klammerelementen 2 _t bzw. 2 _h oder 3 _h nach den Fig. 2 bis 4, bei denen eine sich schließende Hochtemperaturform angenommen wurde, ist gemäß Fig. 5 selbstverständlich auch eine sich öffnende, nach außen aufbiegende Gestalt eines Klammerelementes 4 _h möglich. Die gezeigte Gestalt ist wiederum die eingeprägte Hochtemperaturform, die nach einem kurzzeitigen Überschreiten der Austenit-Umwandlungstemperatur eingenommen wird. In contrast to the embodiments of clamp elements 2 _t or 2 _h or 3 _h according to FIGS. 2 to 4, in which a closing high-temperature shape has been assumed, according to FIG. 5 there is of course also an opening, outwardly bending shape of a clamp element 4 _h possible. The shape shown is again the impressed high-temperature form, which is taken after the austenite transition temperature has been exceeded for a short time.

Das in Fig. 6 dargestellte Klammerelement 5 _h setzt sich aus mehreren Schenkel- und Zwischenstücken zusammen, die in ihrer Hochtemperaturform untereinander auch von 90° verschiedene Winkel einschließen können. The clamp element 5 _h shown in FIG. 6 is composed of several limbs and intermediate pieces, which in their high-temperature form can also include angles other than 90 °.

Wesentlich bei allen diesen Elementen ist, dass sie in einem montierten Zustand eine vor der Montage unter Ausnutzung ihrer Memory-Eigenschaften eingeprägte zweite Gestalt (= Hochtemperaturform) einnehmen, die eine Klammerfunktion zwischen zwei zu verbindenden Gegenständen und so einen Kraftschluss zwischen den beiden Gegenständen gewährleisten. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel geht aus Fig. 7 hervor. Hier dient das Klammerelement 2 _t bzw. 2 _h nach den Fig. 2 und 3 zum Verbinden bzw. Verklammern von zwei Gehäusehälften 8 und 9 oder auch anderen Geräteteilen. In diesen Gehäusehälften ist jeweils eine Öffnung 10a bzw. 10b vorgesehen, in welche die freien Schenkelstücke 2b bzw. 2c in der ersten, offenen Gestalt (= Tieftemperaturform 2 _t) eingesteckt werden. Die entsprechende Montageform ist in der Figur gestrichelt angedeutet. Nach dem durch einen Doppelpfeil 11 angedeuteten Einführen dieser Schenkelstücke erfolgt eine kurze Erhitzung über die Temperatur T_A der Austenit-Umwandlung, beispielsweise über 50°C, wobei sich die Schenkelstücke 2b und 2c beispielsweise nach innen krümmen, indem sie ihre vorher bei wesentlich höherer Temperatur eingeprägte Hochtemperaturform 2b' bzw. 2c' gemäß Fig. 3 einnehmen. Durch diese Krümmung wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Gehäusehälften 8 und 9 geschaffen. Vorteilhaft kann durch ein kurzes Unterschreiten der Martensit-Umwandlungstemperatur T_M von beispielsweise -40°C die erste Gestalt 2 _t des Montagezustandes wieder hergestellt werden, so dass eine leichte Demontagemöglichkeit geschaffen ist. Die Demontage- bzw. Montagerichtung ist in der Figur durch den Doppelpfeil 11 veranschaulicht. It is essential for all of these elements that, in an assembled state, they take on a second shape (= high-temperature shape), which is embossed prior to assembly, using their memory properties, which ensure a clamp function between two objects to be connected and thus a non-positive connection between the two objects. A corresponding embodiment is shown in FIG. 7. Here, the clamp element 2 _t or 2 _h according to FIGS . 2 and 3 serves to connect or clamp two housing halves 8 and 9 or other device parts. An opening 10 a or 10 b is provided in each of these housing halves, into which the free leg pieces 2 b or 2 c in the first, open configuration (= low-temperature shape 2 _t ) are inserted. The corresponding form of assembly is indicated by dashed lines in the figure. After the insertion of these leg pieces, indicated by a double arrow 11, there is a brief heating above the temperature T _{A of} the austenite transformation, for example above 50 ° C., the leg pieces 2 b and 2 c, for example, curving inwards by previously pressing them at substantially higher temperature impressed high temperature form 2 b 'or 2 c' according to FIG. 3. This curvature creates the positive connection between the housing halves 8 and 9 . By briefly falling below the martensite transformation temperature T _M of, for example, -40 ° C., the first shape 2 _{t of} the assembly state can advantageously be restored, so that an easy disassembly option is created. The disassembly or assembly direction is illustrated in the figure by the double arrow 11 .

Die Darstellung der Klammerelemente gemäß den Fig. 2 bis 7 ist in der Zeichnung stark vereinfacht bzw. idealisiert. Im Allgemeinen werden die in die Öffnungen einzuführenden freien Schenkelstücke 2b und 2c bzw. ihre entsprechenden Schenkelstücke gemäß den Ausführungsformen nach den Fig. 5 und 6 nicht exakt Winkel von 90° bezüglich eines sie verbindenden Zwischenstücks einschließen. Wesentlich dabei ist lediglich, dass durch eine Krümmung dieser Schenkelstücke in der Hochtemperaturform dem Klammerelement eine kraftschlüssige Verklammerung zwischen den zu verbindenden Gegenständen gewährleistet ist. The illustration of the clamp elements according to FIGS . 2 to 7 is greatly simplified or idealized in the drawing. In general, the free leg pieces 2 b and 2 c to be inserted into the openings or their corresponding leg pieces according to the embodiments according to FIGS. 5 and 6 will not exactly enclose angles of 90 ° with respect to an intermediate piece connecting them. It is only essential that a curvature of these leg pieces in the high-temperature form ensures that the clamp element is non-positively clamped between the objects to be connected.

Claims

1. connecting element ( 2 _h to 5 _h ) for mechanically connecting two objects, in particular two device parts ( 8 , 9 ), the
consists at least partially of a memory metal,
has a first shape ( 2 _t ) in an assembled state
and
has a second shape ( 2 _h ) in an assembled state, which was impressed on the element before assembly using its memory properties,
wherein the first shape ( 2 _t ) is that of an open clamp, which has two freely ending leg pieces ( 2 b, 2 c) connected to one another via an intermediate piece ( 2 a), which in the assembled state fit into corresponding openings ( 10 a, 10 b ) are to be inserted into the two objects ( 8 , 9 ) and the ( 2 b ', 2 c') in the assembled state guarantee the connection between the two objects ( 8 , 9 ) due to a deformation using their memory properties.

2. Connecting element according to claim 1, characterized by a memory metal which has a first transition temperature (T _A ) at which a high temperature phase forms due to a temperature increase and the second shape ( 2 _h ) is taken, and one by at least 30 ° C, in particular by at least 50 ° C, below the first transition temperature (T _A ), further transition temperature (T _M ), at which the conversion into the low-temperature phase takes place during cooling.

3. Connecting element according to claim 2, characterized in that the first transition temperature (T _A ) for the transition to the high temperature phase is above 40 ° C, preferably above 50 ° C, and the further transition temperature (T _M ) for the transition to the low temperature phase is below 0 ° C, preferably below -40 ° C.

4. Connecting element according to one of the preceding claims, characterized in that the memory metal shows a one-way effect or a two-way effect, so that when converted into a low-temperature phase in the impressed first shape ( 2 _t ) is assumed.

5. Connecting element according to one of the preceding claims, characterized by a memory metal a TiNi or TiPd or NiMn or NiMn or NiAl or CuAl or CuZn or FeNi or FeMn alloy, the if necessary, at least one further alloy partner contains.

6. Connecting element according to one of the preceding claims, characterized in that the leg pieces ( 2 b ', 2 c'; 3 b, 3 c) in the second configuration ( 2 _h ; 3 _h ) extend with their free ends towards one another ( FIGS. 3 and 4).

7. Connecting element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the leg pieces in the second shape ( 4 _h ) extend away from each other with their free ends ( Fig. 5).

8. Connecting element according to one of the preceding claims, characterized by a partial education from a non-memory metal.

9. Connecting element according to claim 8, characterized in that at least the intermediate piece ( 3 a) consists of the non-memory metal, in particular steel ( Fig. 4).