CN108688730A - 连接纤维增强塑料部件至连接部件的连接结构及相应组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将纤维增强塑料部件(2)连接至连接部件的连接结构(1)，该连接结构包括主体(3)，该主体由纤维复合材料制造并且具有连接部分(4)，该连接部分被配置和成形使得紧固螺钉能够穿过该连接部分(4)，所述紧固螺钉能够螺钉装配到连接零件，其中该连接部分(4)具有两个相互对置的端侧，并且其中纤维增强交叉铺置结构(7)被配置在该连接部分(4)的两个端侧之间。

Description

连接纤维增强塑料部件至连接部件的连接结构及相应组件
技术领域
本发明涉及一种用于将纤维增强塑料部件连接至连接部件的连接结构，该连接结构包括主体，该主体由纤维复合材料制造并且具有连接部分，该连接部分被配置和成形使得紧固螺钉能够穿过该连接部分，所述紧固螺钉能够螺钉装配到连接零件，其中连接部分具有两个相互对置的端侧。此外，本发明涉及纤维增强塑料部件在至少一个连接部件上的组件，其中纤维增强塑料部件借助于具有连接部分的至少一个连接结构以及借助于穿过连接部分的紧固螺钉被紧固到连接部件。
背景技术
用于减少机动车辆的整体质量的建设性措施在机动车辆的发展中起着重要作用。例如，因此从现有技术中已知车身的零件由纤维复合材料制造。从DE 10 2010 053 850 A1已知用于由纤维复合材料制造的加强支柱的连接结构，其中整个连接部分或至少接头具有增强结构。此增强结构可以由例如接头或连接部分的嵌入的金属芯、金属嵌件或金属包层形成。
已证明，在将纤维增强塑料部件连接至连接部件上时，在同样由纤维复合材料制造的连接结构中提供一个或多个金属嵌件并不足以在将连接结构螺钉装配到连接部件上时获得足够高的抗压强度和抗压刚度。
发明内容
本发明是基于以下目标：将开篇处提及类型的连接结构提供用于将纤维增强塑料部件连接至连接部件，以及提供本类型的组件，借助于该组件可以提高螺钉装配的区域中的抗压强度和抗压刚度。
这个目标是通过开篇处提及类型的连接结构实现的，该连接结构具有权利要求1的特征化部分的特征。就组件而言，这个目标是通过开篇处提及类型的组件来实现的，该组件具有权利要求8的特征化部分的特征。从属权利要求涉及本发明的有利改进。
根据本发明的连接结构的突出之处在于，纤维增强交叉铺置结构(Gelege)被配置在连接部分的两个端侧之间。由于纤维增强交叉铺置结构(其被配置成与主体是一体的)被整合到连接结构中并且被提供在两个端侧之间，所以连接结构的螺钉连接区域可以有利地承受更高的压力负荷。本文中的连接结构的整体质量并未增加，或者就算真有增加，也并没有因为提供了纤维增强交叉铺置结构而显著增加。
在一个有利的实施例中，可以提供的是：在连接部分的两个相互对置的端侧中的每个端侧上分别布置有一个金属嵌件。这些提供在端侧上的金属嵌件(所述金属嵌件与纤维增强交叉铺置结构一样也被配置成与主体是一体的)尤其基于每单位面积最大可准许的接触压力而被采用，以便有利地在端侧在纤维增强塑料部件中不可见由于螺钉装配造成的标记。
在一个优选的实施例中，提出的是：纤维增强交叉铺置结构的横截面形状与连接部分的横截面形状相对应。例如，纤维增强交叉铺置结构和连接部分可以具有基本上U状横截面。原则上，纤维增强交叉铺置结构和连接部分的彼此不对应或仅在有限的程度上彼此对应的其他横截面形状同样是有可能的。
在一个特别优选的实施例中，金属嵌件可以具有的横截面形状对应于连接部分的横截面形状。例如，金属嵌件和连接部分可以具有基本上U状横截面。然而，原则上，两个金属嵌件和连接部分的其他横截面形状同样是有可能的。
在一个优选的实施例中，可以提供的是：交叉铺置结构被配置成是单向纤维增强的。由于这项措施，可以进一步提高螺钉装配的抗压强度和抗压刚度。
单向纤维增强交叉铺置结构可以优选地具有在连接部分的轴向方向上延伸的纤维方向。纤维方向因此有利地对应于紧固螺钉的螺钉装配方向，该紧固螺钉在组装时穿过连接部分。这同样对螺钉装配的抗压强度和抗压刚度具有积极作用。
在一个特别优选的实施例中，提出的是：主体由C型片状模塑料(缩写：C-SMC)制造。所述C型片状模塑料是来自于作为基体的反应性树脂以及来自于被提供用于增强作用的切碳纤维的平面半制成品。C型片状模塑料的突出之处尤其在于相对较大的纤维长度，使得可以获得具有高的机械刚度和强度的主体。
根据本发明的组件的突出之处在于，连接结构是根据权利要求1至7之一进行实施的。由于具有在两个端侧之间的纤维增强交叉铺置结构的连接结构的特定设计实施例，可以显著提高螺钉装配的区域中的抗压强度和抗压刚度。
在一个优选的实施例中，提出的是：纤维增强塑料部件是机动车辆的支柱撑杆，该支柱撑杆借助于两个连接结构和分别穿过这两个连接结构中的一个连接结构的连接部分的两个紧固螺钉而被紧固到在机动车辆的发动机舱中的两个悬架支柱接收座上，所述悬架支柱接收座形成连接零件，其中连接结构中的至少一个连接结构是按照权利要求1到7之一进行配置的。这种类型的支柱撑杆由纤维增强塑料(优选地由碳纤维增强塑料)制造，形成从现有技术已知并且由金属材料、尤其是钢材料制造的常规支柱撑杆的有利的轻型构造变体。
有利地，两个连接结构可以按照权利要求1至7之一进行配置。由于此，可以显著提高两个螺钉装配的区域中的抗压强度和抗压刚度。
附图说明
借助于优选示例性实施例参照附图的下述描述来对本发明的进一步的特征和优点加以说明，在附图中：
图1示出了用于将纤维增强塑料部件连接至连接部件的连接结构的透视图，其中仅部分地展示了纤维增强塑料部件；
图2示出了根据图1的连接结构的侧视图；并且
图3示出了沿图2中的线III-III穿过连接结构的截面。
具体实施方式
参照图1至图3，用于将纤维增强塑料部件2连接至此处未明确示出的连接零件的连接结构1包括主体3，该主体由纤维复合材料制造。主体3优选地由C型片状模塑料(缩写：C-SMC)制造。所述C型片状模塑料是来自作为基体的反应性树脂和来自被提供用于增强作用的切碳纤维的平面半制成品。C型片状模塑料具有的优点是具有相对较大的纤维长度。由于此，实现了主体3获得高的刚度和强度。纤维增强塑料部件2尤其可以由碳纤维增强塑料(缩写：CFK)制造。如在图3中可以看到，主体3具有空心接收座部分30，纤维增强塑料部件2的自由端20以形状配合的方式被接收在该空心接收座部分中。由于在制造中目前也使用C型片状模塑料来嵌压纤维增强塑料部件2，所以在这个区域中此外建立了纤维增强塑料部件2的自由端20与主体3的材料锁合的接合连接。
此外，主体3包括连接部分4，在此处示出的示例性实施例中，该连接部分具有基本上U状横截面。连接部分4的形状和尺寸被确定为使得在组装时紧固螺钉可以穿过该连接部分以便连接结构1与纤维增强塑料部件2共同地被螺钉装配到连接零件。连接部分4在其相互对置的端侧上分别具有金属嵌件5、6，该金属嵌件与连接部分4的横截面形状相适配并且因此在这个示例性实施例中被同样配置成基本上U状。这两个金属嵌件5、6基于每单位面积最大可准许的接触压力而被采用，以便在端侧在纤维增强塑料部件2中不可见由于螺钉装配造成的标记。
两个相互对置的金属嵌件5、6的外面形成两个承载面，连接结构1通过这两个承载面承载在连接零件上。在此背景下，有必要使连接部分4具有高的抗压强度和抗压刚度以及小的收缩性，以便获得连接结构1与连接零件的稳定的螺钉连接。已证明，制造连接结构1的主体3的纤维复合材料C-SMC在连接部分4的区域中无法提供具有足够高的强度和刚度的螺钉连接。
为了解决此上述问题，一种方法(其乍一看似乎是相近的)是完全由金属材料来制造连接部分4。然而，这种方法将不利地与使纤维增强塑料部件2连接到其上的连接结构1的目前构造的轻型构造方法背道而驰。
为了在连接部分4的区域中提供具有高的机械强度和刚度的螺钉连接，因此在主体3的制造中提出：在连接部分4的端侧上配置的两个金属嵌件5、6之间提供单向纤维增强交叉铺置结构7。由于此，以有利的方式提高了连接结构1的连接部分4的区域中的抗压强度和抗压刚度，而连接结构1的整体质量(就算真有增加)也并未由此显著增加。纤维方向8(其在图2中由双箭头符号表示)在连接部分4的轴向方向上延伸，并且因此沿紧固螺钉的螺钉装配方向延伸。选择此纤维方向对螺钉装配的抗压强度和抗压刚度具有积极作用。
可以在纤维增强塑料部件2的完全不同的连接区域中采用本文中所描述的连接结构1。由于内置的单向纤维增强交叉铺置结构7，螺钉装配区域可以有利地暴露于更高的压力负荷下，而不增加连接结构1的整体质量。
纤维增强塑料部件2(其在图1中仅部分地展示)可以是例如机动车辆的支柱撑杆，且优选地由碳纤维增强塑料制造。借助于以上所述类型的两个连接结构1，得以将支柱撑杆紧固到两个相互对置的悬架支柱接收座，这些悬架支柱接收座被布置在机动车辆的发动机舱中并且形成就上述意义而言的连接零件。由碳纤维增强塑料制造的支柱撑杆有利地具有低于以常规方式由金属材料(尤其，钢材料)制造的支柱撑杆的质量。

Claims (10)

1.一种用于将纤维增强塑料部件(2)连接至连接部件的连接结构(1)，该连接结构包括主体(3)，该主体由纤维复合材料制造并且具有连接部分(4)，该连接部分被配置和成形使得紧固螺钉能够穿过该连接部分(4)，所述紧固螺钉能够螺钉装配到连接零件，其中该连接部分(4)具有两个相互对置的端侧，
其特征在于，纤维增强交叉铺置结构(7)被配置在该连接部分(4)的这两个端侧之间。
2.如权利要求1所述的连接结构(1)，其特征在于，所述纤维增强交叉铺置结构(7)具有的横截面形状对应于所述连接部分(4)的横截面形状。
3.如权利要求1或2中任一项所述的连接结构(1)，其特征在于，在所述连接部分(4)的两个相互对置的端侧中的每个端侧上分别布置一个金属嵌件(5，6)。
4.如权利要求3所述的连接结构(1)，其特征在于，这些金属嵌件(5，6)具有的横截面形状对应于所述连接部分(4)的横截面形状。
5.如权利要求1至4之一所述的连接结构(1)，其特征在于，所述交叉铺置结构(7)被配置成是单向纤维增强的。
6.如权利要求5所述的连接结构(1)，其特征在于，所述单向纤维增强交叉铺置结构(7)具有在所述连接部分(4)的轴向方向上延伸的纤维方向(8)。
7.如权利要求1至6之一所述的连接结构(1)，其特征在于，所述主体(3)由C型片状模塑料制造。
8.一种在至少一个连接部件上的纤维增强塑料部件(2)的组件，其中该纤维增强塑料部件(2)借助于具有连接部分(4)的至少一个连接结构(1)以及借助于穿过该连接部分(4)的紧固螺钉被紧固到该连接部件上，该组件的特征在于，所述连接结构(1)是按照权利要求1至7之一进行实施的。
9.如权利要求8所述的组件，其特征在于，所述纤维增强塑料部件(2)是机动车辆的支柱撑杆，该支柱撑杆借助于两个连接结构(1)和两个紧固螺钉被紧固至在机动车辆的发动机舱中的两个悬架支柱接收座，所述两个紧固螺钉分别穿过两个连接结构(1)中的一个连接结构的连接部分(4)，所述悬架支柱接收座形成所述连接零件，其中这些连接结构(1)中的至少一个连接结构是按照权利要求1至7之一进行配置的。
10.如权利要求9所述的组件，其特征在于，所述两个连接结构(1)是按照权利要求1至7之一进行配置的。
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