WO2003008813A2 - Element for connecting two objects, especially parts of appliances - Google Patents

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WO2003008813A2
WO2003008813A2 PCT/DE2002/002475 DE0202475W WO03008813A2 WO 2003008813 A2 WO2003008813 A2 WO 2003008813A2 DE 0202475 W DE0202475 W DE 0202475W WO 03008813 A2 WO03008813 A2 WO 03008813A2
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Stefan Kautz
Heinz Zeininger
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/0004Joining sheets, plates or panels in abutting relationship
    • F16B5/0056Joining sheets, plates or panels in abutting relationship by moving the sheets, plates or panels or the interlocking key perpendicular to the main plane
    • F16B5/0064Joining sheets, plates or panels in abutting relationship by moving the sheets, plates or panels or the interlocking key perpendicular to the main plane and using C-shaped clamps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B2200/00Constructional details of connections not covered for in other groups of this subclass
    • F16B2200/77Use of a shape-memory material

Definitions

  • the invention relates to a connecting element for mechanically connecting two objects, in particular two parts of the device.
  • the objects to be connected generally have to be dimensioned sufficiently for a secure mounting of the screws, so as to avoid that the screw does not grip or tear out if the wall thickness is too small.
  • the problem is the considerable space required as a result of the screws used, which is not available, in particular in the case of highly integrated electrical or electronic devices, or can only be created if the devices are dimensioned larger than desired.
  • Another difficulty often lies in the relatively complex disassembly, which is due to the laborious unscrewing of the screws, if such disassembly is possible at all or the effort involved is pedalable.
  • disassembly is often required in the event of maintenance or repair of a device or as part of recycling.
  • Snap closures which can also consist of plastic material, are also known as closure systems for the non-positive connection of housings, housing parts or plug-in parts of electronic assemblies.
  • Plastic lugs for example, are known as corresponding snap locks, which snap into recesses and, by pushing back or pulling out, enable the connected objects to be opened or dismantled.
  • connecting elements With frequent operation, however, such connecting elements are prone to breakage. Opening the connection, be it for repair or recycling reasons such as in the case of cell phones or corresponding combinations of housing and assemblies must generally be done by hand. Apart from the time involved, the connected housing parts are often damaged. There is also a risk of internal components being destroyed. Corresponding internal components such as electronic assemblies or shielding surfaces are generally connected to a housing via elaborately detachable connecting elements.
  • the object of the present invention is to provide a connecting element which, on the one hand, allows a simple mechanical connection to be created between two objects or device parts and, on the other hand, enables the connection to be opened or dismantled easily.
  • the connecting element should 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 prior to assembly using its memory properties.
  • the first shape is intended to be that of an open clamp, which has two freely ending leg pieces which are connected to one another by an intermediate piece and which are to be introduced into corresponding openings in the two objects in the assembled state and which are assembled in the assembled state due to their use Memory properties ensure the connection between the two objects.
  • the connecting element according to the invention advantageously consists at least partially of a memory metal known per se, which is also referred to as a shape memory alloy.
  • a memory metal known per se
  • Such a material has the property that it can change its shape depending on the temperature.
  • the clamp element is then heated. Above a phase transition temperature, the structure of the memory metal changes from one
  • the invention therefore allows a connection by simply inserting the connecting element into openings provided for this purpose in the two objects and a corresponding temperature increase.
  • This connection is done very quickly, easily and with little effort, since the parts to be connected only have to be heated. To heat these parts, this can be transported, for example, through a heating furnace; the heating can also be achieved by means of a heat finger or by energization.
  • This also means that assembly can be automated thanks to the self-adjusting properties of the memory metal clamp elements after the temperature has increased, e.g. around 50 ° C possible.
  • the connecting element according to the invention requires considerably less space than a connecting screw, which is often of considerable length. It can therefore be used in particular for objects that have small dimensions. Also, the requirements regarding the dimensioning of the connection areas are not the same as for a screw connection; rather, material can be saved in these areas for the connection technology. This is associated with a corresponding cost saving in terms of material costs, manufacturing and recycling costs.
  • martensite is about 5 times softer than austenite.
  • a clip element made of a memory metal with a two-way effect can be self-disassembling without mechanical intervention, for example at temperatures below -40 ° C., so that connected objects, such as housing parts, can be disassembled without damage.
  • the connected objects can thus be easily dismantled by cooling, since this makes the mechanical connections easily detachable.
  • valuable components and unloaded components such as plastic housings, yokes, anchors, components of semiconductor technology or precious metal contacts can be easily removed and used again for the same or different purposes. Correspondingly, defective components can also be replaced.
  • a connection created according to the invention can hardly loosen due to vibrations or other handling-related forces. Rather, the clamp elements can be used to achieve a non-positive connection that is under tension. In addition, in contrast to pre-stressed plastics, such a connection shows good aging resistance even at elevated temperatures.
  • the connecting element can at least partially consist of a memory metal which has a first transition temperature at which a high temperature phase forms due to a temperature increase and the second shape takes on, and one of at least 30 ° C, in particular at least 50 ° C below the first transition temperature, further transition temperature, at which the transformation into the low-temperature phase takes place when cooling.
  • the first conversion temperature for the transition to the high-temperature phase above 40 ° C, in particular above 50 ° C, and the further transition temperature for the transition to the low-temperature phase is below 0 ° C, in particular below -40 ° C.
  • the different transition temperatures are therefore as far apart as possible. This should prevent any temperature fluctuations from affecting the strength of the connection in any way.
  • the memory metal can also show a one-way effect (see e.g. the book by D. Stöckel, pages 64 to 71).
  • the clamp element takes on the second shape when the temperature rises.
  • the temperature drops below the second phase formation temperature, only a phase change occurs in the low-temperature phase; however, the second form remains.
  • the material therefore only becomes soft, but retains its shape-related shape. An easy disassembly is still possible due to the softness of the material.
  • a memory metal with a two-way effect can be provided, so that the embossed first shape takes on when it is converted into a low-temperature phase.
  • the clip element changes between the two embossed shapes. In other words, in the event of cooling for dismantling, the clamp element returns to its original open form of assembly. The mechanical connection can then be released very easily.
  • Suitable memory metals are preferably TiNi or TiPd or NiMn or NiAl or CuAl or CuZn or FeNi or FeMn alloys, which may also contain at least one further alloy partner.
  • FIG. 1 shows in diagrams temperature-dependent properties of a memory metal
  • FIGS. 2 and 3 show a low-temperature form and a high-temperature form of a clip element
  • FIGS. 4 to 6 show further embodiments of clip elements
  • FIG. 7 shows a clip element according to FIG
  • a connecting element With a connecting element according to the invention, two objects or device parts, for example two housing halves, can be mechanically connected.
  • the connecting elements should have a first shape in the unassembled state, the so-called assembly state.
  • a memory metal alloy known per se In order for these elements to be recyclable, self-adjusting, self-dismantling, easy to assemble, wear-resistant, corrosion-resistant, a memory metal alloy known per se must be provided for this purpose. Alloys suitable for this purpose are in particular TiNi, TiPd, NiMn, NiAl, CuAl, or CuZn, FeNi or FeMn alloys, which may also contain at least one further alloy partner (see also the book by D. Stöckel, pages 15 and 75).
  • the alloy NiTiNbl3 is selected as a concrete exemplary embodiment.
  • a corresponding hysteresis curve is shown in the diagram by the upper curve of the martensite component A.
  • the connecting element is used at room temperature and then heated above 50 ° C, a strong formation of austenite is evident, the martensite component decreasing accordingly.
  • This hard state and thus the high austenite content with a minimum martensite content is retained 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.
  • Hysteresis Depending on the manufacturing process, other hysteresis ranges can be made possible, for example between -150 ° C and + 150 ° C.
  • FIG. 2 shows a low-temperature form of a clamp element 2t — index “t” indicates the low-temperature form — made of a corresponding material.
  • the element is shown in its open, first form. It has two free-ended legs or sides that are connected to one another by an intermediate piece 2a - Tent parts 2b and 2c If the temperature T M falls below -40 ° C for a short time, a martensite transformation occurs and the open brackets shown result, which then remains intact up to + 50 ° C If this temperature T a is exceeded, at least one of the leg pieces 2b and 2c is curved, assuming the high-temperature shape shown in Figure 3 (somewhat schematically), namely if the temperature T A is briefly exceeded, the austenite transformation occurs.
  • the memory metal clamp element with the above properties is heated above 50 ° C, it will forth imprinted high temperature shape, preferably the bracket shape. If the material has the so-called two-way effect (cf. the book by D. Stöckel, pages 64 to 71), the clip will bend again if the temperature falls below -40 ° C, because at these temperatures it has another low-temperature shape that is imprinted on it 2 with the elongated shape of its leg pieces 2b and 2c. If the memory metal has only a one-way effect, the material will only take on the shape of the clip 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 essential special feature.
  • 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 greater blackening — and thus essentially shows no temperature-dependent deformation.
  • Its two side parts 3b and 3c are made of memory metal and, depending on the temperature application, show an austenite or martensite transformation.
  • FIG. 5 there is of course also an opening shape of a clamp element 4 h opening outwards possible.
  • the shape shown is again the embossed high-temperature form, which is taken after the austenite transition temperature has been exceeded for a short time.
  • the clamp element 5 h shown in FIG. 6 is composed of a plurality of limbs and intermediate pieces which, in their high-temperature form, can also include angles other than 90 °.
  • FIGS. 2 and 3 A corresponding embodiment is shown in Figure 7.
  • 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.
  • the corresponding form of assembly is indicated by dashed lines in the figure.
  • FIGS. 2 to 7 The illustration of the clamp elements according to FIGS. 2 to 7 is greatly simplified or idealized in the drawing.
  • the free leg pieces 2b and 2c 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.

Abstract

The invention relates to a connection element (2h) for mechanically connecting two objects (8, 9). Said element consists at least partially of a memory metal and has, as a first form of embodiment (2t), an open clamp comprising two limbs (2b, 2c) having free ends and being interconnected by means of an intermediate part (2a). In the assembled state, said limbs are introduced into corresponding openings (10a, 10b) in the two objects (8, 9). In the mounted state, said limbs (2b', 2c') ensure the connection between the two objects (8, 9) with a second embodiment (2h), due to a deformation, using the memory properties thereof.

Description

Beschreibungdescription
Element zum Verbinden zweier Gegenstände, insbesondere GeräteteileElement for connecting two objects, in particular device parts
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungselement zum mechanischen Verbinden zweier Gegenstände, insbesondere zweier Geräteteile.The invention relates to a connecting element for mechanically connecting two objects, in particular two parts of the device.
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 kosteninten- siv. 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 benö- tigte 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 ver- tretbar ist. Eine Demontage wird jedoch im Falle einer Wartung oder Reparatur eines Gerätes oder auch im Rahmen des Recyclings häufig gefordert.In almost all areas of technology, it is often necessary to mechanically firmly connect two objects. These objects can be made of similar materials such as metal or plastic; but connections between objects made of different materials are also common. An example is the area of electronic or electrotechnical devices, where different components often have to be connected to one another or to housing parts either in a device or housing. Devices or housing parts can sometimes also be mechanically connected to one another. Screws are known as connecting elements, which are screwed into the objects to be connected. Such a connection technology is complex in several respects. On the one hand, screwing in is relatively cumbersome, time and cost intensive. Furthermore, the objects to be connected generally have to be dimensioned sufficiently for a secure mounting of the screws, so as to avoid that the screw does not grip or tear out if the wall thickness is too small. The problem is the considerable space required as a result of the screws used, which is not available, in particular in the case of highly integrated electrical or electronic devices, or can only be created if the devices are dimensioned larger than desired. Another difficulty often lies in the relatively complex disassembly, which is due to the laborious unscrewing of the screws, if such disassembly is possible at all or the effort involved is pedalable. However, disassembly is often required in the event of maintenance or repair of a device or as part of recycling.
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 be- kannt, 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 Bautei- len. 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.Snap closures, which can also consist of plastic material, are also known as closure systems for the non-positive connection of housings, housing parts or plug-in parts of electronic assemblies. Plastic lugs, for example, are known as corresponding snap locks, which snap into recesses and, by pushing back or pulling out, enable the connected objects to be opened or dismantled. With frequent operation, however, such connecting elements are prone to breakage. Opening the connection, be it for repair or recycling reasons such as in the case of cell phones or corresponding combinations of housing and assemblies must generally be done by hand. Apart from the time involved, the connected housing parts are often damaged. There is also a risk of internal components being destroyed. Corresponding internal components such as electronic assemblies or shielding surfaces are generally connected to a housing via elaborately detachable connecting elements. Such a connection / locking technique, however, limits the design of the components, the housing and / or the corresponding complete system. In the coming years, regulations will also come into force that require the complete disassembly and separation of such electronic assemblies and their housings according to material types.
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. 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. 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 Ver- formung unter Ausnutzung ihrer Memory-Eigenschaften die Verbindung zwischen den beiden Gegenständen gewährleisten.The object of the present invention is to provide a connecting element which, on the one hand, allows a simple mechanical connection to be created between two objects or device parts and, on the other hand, enables the connection to be opened or dismantled easily. This object is achieved with the measures specified in claim 1. Accordingly, the connecting element should 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 prior to assembly using its memory properties. The first shape is intended to be that of an open clamp, which has two freely ending leg pieces which are connected to one another by an intermediate piece and which are to be introduced into corresponding openings in the two objects in the assembled state and which are assembled in the assembled state due to their use Memory properties ensure the 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 klammerför- ige 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 wan- delt sich nämlich das Gefüge des Memory-Metalls von einerThe connecting element according to the invention advantageously consists at least partially of a memory metal known per se, which is also referred to as a shape memory alloy. 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 the clamp-shaped connecting element, which in the assembled state has a first shape with open leg pieces, with these openings or other recesses such as bores in the objects to be connected, e.g. two housing shells is inserted. The clamp element is then heated. Above a phase transition temperature, the structure of the memory metal changes from one
Tieftemperaturphase in eine Hochtemperaturphase (von „Marten- sitΛ 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", Ex- pert-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.Low-temperature phase in a high-temperature phase (of "Marten- sit Λ to" austenite ") around. The high temperature phase is above a second figure, the memory properties exploiting been impressed. Appropriate metals and their memory properties are known (see. Eg, for example, Book by D. Stöckel [Ed.]: "Alloys with shape memory", Expert-Verlag, Ehningen (DE), 1988, especially pages 64 to 79). With the phase change, at least the shape of the leg pieces of the clamp element changes in such a way that they hold the two objects to be connected behind or clasped 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. Da- mit 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 Verbindungs- schraube. 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 Verbin- dungstechnik Material eingespart werden. Damit verbunden ist eine entsprechende Kosteneinsparung hinsichtlich des Materialaufwands, der Fertigungs- und Recyclingkosten.The invention therefore allows a connection by simply inserting the connecting element into openings provided for this purpose in the two objects and a corresponding temperature increase. This connection is done very quickly, easily and with little effort, since the parts to be connected only have to be heated. To heat these parts, this can be transported, for example, through a heating furnace; the heating can also be achieved by means of a heat finger or by energization. This also means that assembly can be automated thanks to the self-adjusting properties of the memory metal clamp elements after the temperature has increased, e.g. around 50 ° C possible. Furthermore, the connecting element according to the invention requires considerably less space than a connecting screw, which is often of considerable length. It can therefore be used in particular for objects that have small dimensions. Also, the requirements regarding the dimensioning of the connection areas are not the same as for a screw connection; rather, material can be saved in these areas for the connection technology. This is associated with 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 a simple disassembly is possible, since the memory metal shows a renewed phase change when it cools sufficiently and changes from the high-temperature phase to the low-temperature phase. 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 Kompo- nenten 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 5 times softer than austenite. This enables the clamp elements in the easy to remove soft condition. For example, a clip element made of a memory metal with a two-way effect can be self-disassembling without mechanical intervention, for example at temperatures below -40 ° C., so that connected objects, such as housing parts, can be disassembled without damage. The connected objects can thus be easily dismantled by cooling, since this makes the mechanical connections easily detachable. In addition to the clamp elements, valuable components and unloaded components such as plastic housings, yokes, anchors, components of semiconductor technology or precious metal contacts can be easily removed and used again for the same or different purposes. Correspondingly, defective components can also be replaced.
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 the connected objects. A connection created according to the invention can hardly loosen due to vibrations or other handling-related forces. Rather, the clamp elements can be used to achieve a non-positive connection that is under tension. In addition, in contrast to pre-stressed plastics, such a connection shows good aging resistance even at elevated temperatures.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verbindungselementes gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.Advantageous embodiments of the connecting element according to the invention emerge from the dependent claims.
So kann insbesondere das Verbindungselement zumindest teil- weise 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 Umwand- lungstemperatur liegende weitere ümwandlungstemperatur, bei welcher bei einer Abkühlung die Umwandlung in die Tieftemperaturphase erfolgt. Vorzugsweise liegt die erste Umwandlungs- temperatur 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 Umwandlungs- temperaturen liegen also möglichst weit auseinander. Damit ist zu vermeiden, dass etwaige Temperaturschwankungen sich in irgendeiner Form auf die Festigkeit der Verbindung auswirken können.Thus, in particular, the connecting element can at least partially consist of a memory metal which has a first transition temperature at which a high temperature phase forms due to a temperature increase and the second shape takes on, and one of at least 30 ° C, in particular at least 50 ° C below the first transition temperature, further transition temperature, at which the transformation into the low-temperature phase takes place when cooling. Preferably the first conversion temperature for the transition to the high-temperature phase above 40 ° C, in particular above 50 ° C, and the further transition temperature for the transition to the low-temperature phase is below 0 ° C, in particular below -40 ° C. The different transition temperatures are therefore as far apart as possible. This should prevent any temperature fluctuations from affecting the strength of the connection in any way.
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 Phasenbildungstempe- ratur 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 show a one-way effect (see e.g. the book by D. Stöckel, pages 64 to 71). In this embodiment, the clamp element takes on the second shape when the temperature rises. When the temperature drops below the second phase formation temperature, only a phase change occurs in the low-temperature phase; however, the second form remains. The material therefore only becomes soft, but retains its shape-related shape. An easy disassembly is still possible due to the softness of the material.
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 with a two-way effect can be provided, so that the embossed first shape takes on when it is converted into a low-temperature phase. In this alternative, the clip element changes between the two embossed shapes. In other words, in the event of cooling for dismantling, the clamp element returns to its original open form of assembly. 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.Suitable memory metals are preferably TiNi or TiPd or NiMn or NiAl or CuAl or CuZn or FeNi or FeMn alloys, which may also contain at least one further alloy partner.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßenFurther advantageous embodiments of the invention
Verbindungselementes gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Unteransprüchen hervor. Einzelheiten erfindungsgemäßer Verbindungselemente ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Dabei zeigen deren Figur 1 in Diagrammen temperaturabhängige Eigenschaften eines Memory-Metalls, deren Figuren 2 und 3 eine Tieftemperaturform bzw. eine Hochtemperaturform eines Klammerelementes, deren Figuren 4 bis 6 weitere Ausführungsformen von Klammer- elementen und deren Figur 7 ein Klammerelement gemäß Figur 3 im montiertenConnecting element emerge from the subclaims not mentioned above. Details of connecting elements according to the invention result from the exemplary embodiments described below with reference to the drawing. 1 shows in diagrams temperature-dependent properties of a memory metal, FIGS. 2 and 3 show a low-temperature form and a high-temperature form of a clip element, FIGS. 4 to 6 show further embodiments of clip elements and FIG. 7 shows a clip element according to FIG
Zustand zum Verbinden zweier Gehäusehälften. Dabei sind in den Figuren sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.Condition for connecting two housing halves. Corresponding parts are provided with the same reference symbols in the figures.
Mit einem erfindungsgemäßen Verbindungselement lassen sich zwei Gegenstände oder Geräteteile, beispielsweise zwei Gehäusehälften mechanisch verbinden. Die Verbindungselemente sollen dabei in unmontiertem Zustand, dem sogenannten Montagezu- stand, eine erste Gestalt haben . Damit diese Elemente wieder verwertbar, selbst j ustierend, 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 NiTiNbl3 ausge- wählt .With a connecting element according to the invention, two objects or device parts, for example two housing halves, can be mechanically connected. The connecting elements should have a first shape in the unassembled state, the so-called assembly state. In order for these elements to be recyclable, self-adjusting, self-dismantling, easy to assemble, wear-resistant, corrosion-resistant, a memory metal alloy known per se must be provided for this purpose. Alloys suitable for this purpose are in particular TiNi, TiPd, NiMn, NiAl, CuAl, or CuZn, FeNi or FeMn alloys, which may also contain at least one further alloy partner (see also the book by D. Stöckel, pages 15 and 75). The alloy NiTiNbl3 is selected as a concrete exemplary embodiment.
Eigenschaften dieser Legierung bzw. eines mit dieser Legierung erstellten Verbindungselementes lassen sich den Diagrammen der Figur 1 entnehmen. Dabei sind in den Diagrammen in Ordinatenrichtung jeweils in willkürlichen Einheiten die mechanische Spannung σ, die mechanische Dehnung ε und der Mar- tensit-Anteil A in Abhängigkeit von der angelegten, in Ab- szissenrichtung 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 TA von 50°C besitzt, bei der die Bildung der Austenit-Phase (Hochtemperaturphase) bei einer Temperaturerhöhung einsetzt, und einer zweiten Umwandlungstemperatur (TM) 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 TM von etwa -40°C weitgehend erhalten und bricht erst danach verhältnismäßig rasch ab, da dann in verstärktem Maß die Mar- tensit-Bildung einsetzt und das Material weicher wird, wobei Spannungen abgebaut werden.Properties of this alloy or of a connecting element made with this alloy can be seen from the diagrams in FIG. In the diagrams in the ordinate direction, the mechanical stress σ, the mechanical elongation ε and the martensite component A in dependence on the applied Temperature T plotted 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 when the temperature rises, 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. Is now cooled. the tension remains largely unchanged up to the second transition temperature T M of approximately -40 ° C. and only then breaks off relatively quickly, since then the formation of martensite sets in to an increased extent 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 Austenit- bildung 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 TM von -40 °C erreicht bzw. unterschritten wird. Der Martensit-Anteil steigt dann auf Grund eines Absin- kens 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 component 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 component 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 is retained 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 tempe- raturabhängige Dehnungsverhalten ε des Verbindungselementes wieder.The middle curve between that of the inherent stresses σ and that of the martensite component A gives the corresponding temperature rature-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 durch- fahren werden kann. Das Material hat also eine sehr breiteAs can be seen from the course of the three curves shown, there is a hysteresis-like behavior which enables a connecting element according to the invention to be used as often as desired, since the hysteresis is carried out as often as required by means of temperature changes without any adverse effects on the mechanical connection can be. So the material is very wide
Hysterese. Je nach Herstellungsprozess lassen sich auch andere Hysteresebreiten, beispielsweise zwischen -150 °C und +150°C, ermöglichen.Hysteresis. Depending on the manufacturing process, other hysteresis ranges can be made possible, for example between -150 ° C and + 150 ° C.
Figur 2 zeigt eine Tieftemperaturform eines Klammerelementes 2t - 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 Sei- tenteile 2b und 2c auf. Bei einer kurzzeitigen Unterschreitung einer Temperatur TM 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 Ta tritt eine Krümmung zumindest der Schenkelstücke 2b und 2c ein, wobei die in Figur 3 (etwas schematisiert) gezeigte Hochtemperaturform angenommen wird. Bei einer kurzen Überschreitung dieser Temperatur TA tritt nämlich die Austenit-Wandlung ein. Diese Form bleibt dann bis -40 °C, der Temperatur TM 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 2h - Index „hλ weist auf die Hochtemperaturform - und dessen gekrümmte Schenkelstücke mit 2b λ bzw. 2c Λ bezeichnet.FIG. 2 shows a low-temperature form of a clamp element 2t — index “t” indicates the low-temperature form — made of a corresponding material. The element is shown in its open, first form. It has two free-ended legs or sides that are connected to one another by an intermediate piece 2a - Tent parts 2b and 2c If the temperature T M falls below -40 ° C for a short time, a martensite transformation occurs and the open brackets shown result, which then remains intact up to + 50 ° C If this temperature T a is exceeded, at least one of the leg pieces 2b and 2c is curved, assuming the high-temperature shape shown in Figure 3 (somewhat schematically), namely if the temperature T A is briefly exceeded, the austenite transformation occurs. This shape then remains the temperature T M of the martensite transformation is obtained, and the maximum temperature to which the element can be exposed is eg at about 350 ° C. In the figure, the clamp element in its high-temperature form is denoted by 2 h - index “h λ indicates the high-temperature form - and its curved leg pieces are denoted by 2b λ or 2c Λ .
Wird das Memory-Metall-Klammerelement mit den obengenannten Eigenschaften also über 50°C erhitzt, nimmt es eine ihm vor- her 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 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 TM von -40° mit der Marten- sit-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 Mar- tensit-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. Entspre- chende Klammerelemente ermöglichen eine sehr hohe Anzahl von alterungsfreien Verformungszyklen in der Größenordnung von beispielsweise 10000.If the memory metal clamp element with the above properties is heated above 50 ° C, it will forth imprinted high temperature shape, preferably the bracket shape. If the material has the so-called two-way effect (cf. the book by D. Stöckel, pages 64 to 71), the clip will bend again if the temperature falls below -40 ° C, because at these temperatures it has another low-temperature shape that is imprinted on it 2 with the elongated shape of its leg pieces 2b and 2c. If the memory metal has only a one-way effect, the material will only take on the shape of the clip 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 essential special feature. While a very solid state is assumed after the austenite temperature is exceeded, the so-called austenite phase, T M of -40 ° with the martensite phase, a mechanical state is set that is significantly softer, for example by a factor of 3 to 5, softer than the high-temperature phase. As a result, the clip 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 the safety locks of 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 Auf- bau und die Form der Klammer in Abhängigkeit für den Verwendungszweck zu variieren. Die Figuren 4 bis 6 zeigen solche Variationsmöglichkeiten. So zeigt Figur 4 einen Verbundaufbau eines Klammerelementes 3h 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 also of interest to the automotive industry, for example. In addition, they are given the opportunity to construction and the shape of the bracket vary depending on the intended use. Figures 4 to 6 show such possible variations. Figure 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 greater blackening — and thus essentially shows no temperature-dependent deformation. Its two side parts 3b and 3c, 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 2t bzw. 2h oder 3h nach den Figuren 2 bis 4, bei denen eine sich schließende Hochtemperaturform angenommen wurde, ist gemäß Figur 5 selbstverständlich auch eine sich öffnende, nach außen aufbiegende Gestalt eines Klammerelementes 4h 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 shape of a clamp element 4 h opening outwards possible. The shape shown is again the embossed high-temperature form, which is taken after the austenite transition temperature has been exceeded for a short time.
Das in Figur 6 dargestellte Klammerelement 5h 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 a plurality of 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 Figur 7 hervor. Hier dient das Klammerelement 2t bzw. 2h nach den Figuren 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 2t) 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 ü- ber die Temperatur TA 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 Λ bzw. 2c Λ gemäß Figur 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 TM von beispielsweise -40 °C die erste Gestalt 2t des Montagezustandes wieder hergestellt werden, so dass eine leichte Demontagemög- lichkeit 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) embossed prior to assembly, using their memory properties, which ensure a clamp function between two objects to be connected and thus ensure a non-positive connection between the two objects. A corresponding embodiment is shown in Figure 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 10a or 10b is provided in each of these housing halves, into which the free leg pieces 2b or 2c in the first, open Shape (= low-temperature mold 2 t ) can be 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 2b and 2c, for example, bending inwards by previously pressing them at substantially Take higher temperature impressed high temperature form 2b Λ or 2c Λ according to Figure 3. This curvature creates the positive connection between the housing halves 8 and 9. By briefly dropping below the martensite transformation temperature T M of, for example, -40 ° C., the first shape 2 t of the assembly state can be restored, so that an easy disassembly possibility is created. The disassembly or assembly direction is illustrated in the figure by the double arrow 11.
Die Darstellung der Klammerelemente gemäß den Figuren 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 Figuren 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 2b and 2c 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

Patentansprüche claims
1. Verbindungselement (2h bis 5h) zum mechanischen Verbinden zweier Gegenstände, insbesondere zweier Geräteteile (8, 9), das zumindest teilweise aus einem Memory-Metall besteht, in einem Montagezustand eine erste Gestalt (2t) hat und in einem montierten Zustand eine zweite Gestalt (2h) auf- weist, die dem Element vor einer Montage unter Ausnutzung seiner Memory-Eigenschaften eingeprägt wurde, wobei die erste Gestalt (2t) die einer offenen Klammer ist, welche zwei frei endende, über ein Zwischenstück (2a) miteinander verbundene Schenkelstücke (2b, 2c) besitzt, die im Mon- tagezustand 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 die Verbindung zwischen den beiden Gegenständen (8, 9) gewährleisten.1. connecting element (2 h to 5 h ) for mechanically connecting two objects, in particular two device parts (8, 9), which at least partially consists of a memory metal, has a first shape (2t) in an assembled state and in an assembled state has a second shape (2 h ), which was impressed on the element prior to assembly using its memory properties, the first shape (2 t ) being that of an open clamp, which has two free ends, via an intermediate piece (2a ) has interconnected leg pieces (2b, 2c) which are to be inserted into corresponding openings (10a, 10b) in the two objects (8, 9) in the assembled state and (2b, 2c) in the assembled state due to a deformation under Utilize their memory properties to ensure the connection between the two objects (8, 9).
2. Verbindungselement nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch ein Memory-Metall, das eine erste Umwandlungstemperatur (TA) aufweist, bei der sich auf Grund einer Temperaturerhöhung eine Hochtemperaturphase bildet und die zweite Gestalt (2h) eingenommen wird, und eine um wenigstens 30 °C, insbesondere um wenigstens 50 °C, unterhalb der ersten Umwandlungstemperatur (TA) liegende weitere Umwandlungstemperatur (TM) besitzt, bei welcher bei einer Abkühlung die Umwandlung in die Tieftemperaturphase erfolgt.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 ) is a further transition temperature (T M ), at which the conversion into the low-temperature phase takes place during cooling.
3. Verbindungselement nach Anspruch 2, d a d u r c h g e e n n z e i c h n e t , dass die erste Umwandlungstemperatur (TA) zum Übergang in die Hochtemperaturphase über 40 °C, vorzugsweise über 50 °C liegt, und die weitere Umwand- lungstemperatur (TM) zum Übergang in die Tieftemperaturphase unter 0°C, vorzugsweise unter -40°C liegt. 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. Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Memory-Metall einen Einweg-Effekt oder einen Zweiweg-Effekt zeigt, so dass bei einer Umwandlung in eine Tieftemperatur- phase in die eingeprägte erste Gestalt (2t) angenommen wird.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. Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch ein Memory-Metall aus einer TiNi- oder TiPd- oder NiMn- oder NiMn- oder NiAl- oder CuAl- oder CuZn- oder FeNi- oder FeMn-Legierung, die gegebenenfalls noch mindestens einen weiteren Legierungspartner enthält.5. Connecting element according to one of the preceding claims, characterized by a memory metal made of a TiNi or TiPd or NiMn or NiMn or NiAl or CuAl or CuZn or FeNi or FeMn alloy, which optionally also has at least one contains another alloy partner.
6. Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die6. Connecting element according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the
Schenkelstücke (2b 2c λ; 3b, 3c) in der zweiten Gestalt (2h; 3h) sich mit ihren freien Enden aufeinander zu erstrecken (Figuren 3 und 4) .Leg pieces (2b 2c λ ; 3b, 3c) in the second shape (2 h ; 3h) with their free ends extending towards one another (FIGS. 3 and 4).
7. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sich die Schenkelstücke in der zweiten Gestalt (4h) sich mit ihren freien Enden voneinander weg erstrecken (Figur 5) .7. Connecting element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the leg pieces in the second shape (4 h ) extend with their free ends away from each other (Figure 5).
8. Verbindungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch eine teilweise Ausbildung aus einem Nicht-Memory-Metall.8. Connecting element according to one of the preceding claims, g e k e n n z e i c h n e t by a partial formation of a non-memory metal.
9. Verbindungselement nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest das Zwischenstück (3a) aus dem Nicht-Memory-Metall, insbesondere aus Stahl, besteht (Figur 4) . 9. Connecting element according to claim 8, so that at least the intermediate piece (3a) consists of the non-memory metal, in particular steel, (FIG. 4).
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