DE102008034772B4 - Force application device - Google Patents
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Abstract
Krafteinleitungsvorrichtung mit einer Verbundmaterialeinheit (10) und einer in der Verbundmaterialeinheit (10) mindestens teilweise eingebrachten Krafteinleitungseinheit (12), die mindestens ein Krafteinleitungselement (14) und eine mit dem Krafteinleitungselement (14) verbundene Verbindungseinheit (16) umfasst, welche mindestens zwei Platten (18, 20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Platten (18, 20) mindestens teilweise in einem schichtweisen Aufbau in die mehrschichtige Verbundmaterialeinheit (10) eingebracht sind, wobei pro Schicht (26, 28) der Verbundmaterialeinheit (10) eine Platte (18, 20) eingebracht ist.A force introduction device comprising a composite material unit (10) and a force introduction unit (12) at least partially introduced in the composite material unit (10) and comprising at least one force introduction element (14) and a connection unit (16) connected to the force introduction element (14). 18, 20), characterized in that the at least two plates (18, 20) at least partially in a layered structure in the multilayer composite material unit (10) are incorporated, wherein per layer (26, 28) of the composite material unit (10) has a plate (18, 20) is introduced.
Description
Die Erfindung betrifft eine Krafteinleitungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a force introduction device according to the preamble of patent claim 1.
Aus dem Stand der Technik sind Krafteinleitungsvorrichtungen mit einer bevorzugt als Faserverbundstruktur ausgebildeten Verbundmaterialeinheit und einer in der Verbundmaterialeinheit mindestens teilweise eingebrachten Krafteinleitungseinheit bekannt. Üblicherweise umfasst die Krafteinleitungseinheit ein Krafteinleitungselement und eine mit dem Krafteinleitungselement verbundene Verbindungseinheit. Die Verbindung der Krafteinleitungseinheit mit der Verbundmaterialeinheit erfolgt in der Regel durch Adhäsion, wie beispielsweise Kleben, durch Kraftschluss, wie beispielsweise Verschrauben oder Nieten, durch Formschluss, wie beispielsweise als metallische, in die Verbundmaterialeinheit eingearbeitete Einleger ausgebildete Verbindungseinheiten, in welche Krafteinleitungselemente verschraubt werden, oder durch Kombinationen der einzelnen Prinzipien.From the prior art, force introduction devices are known with a composite material unit, preferably designed as a fiber composite structure, and a force introduction unit, which is at least partially introduced in the composite material unit. Usually, the force introduction unit comprises a force introduction element and a connection unit connected to the force introduction element. The connection of the force introduction unit with the composite material unit is usually carried out by adhesion, such as gluing, by adhesion, such as screwing or riveting, by form-fitting, such as metallic, formed in the composite unit insert inserts connecting units, in which force introduction elements are screwed, or through combinations of the individual principles.
Bei Klebungen wird jedoch nur die erste Faserschicht mit dem Fügepartner verbunden, der weitere Kraftfluss ist durch die Harzmatrix darzustellen. Dies führt dazu, dass bei großen Belastungen Delaminationen auftreten können und somit die Harzfestigkeit zur dimensionierenden Größe wird. Bei Verbindungen nach dem Kraftschlussprinzip, wie beispielsweise Verschraubungen, kommen polymertypische Kriecheffekte zum Tragen. So führt die Flächenpressung unter einem Schraubenkopf zu so genannten Relaxationsvorgängen, dem so genannten entspannenden Kriechen, in der Polymermatrix, was eine Reduzierung der Schraubenvorspannung und somit eine Verschlechterung der Verbindungsqualität zur Folge hat. Bei konventionellen Einlegerverbindungen wird ein metallisches Bauteil in die Faserverbundstruktur einlaminiert und nach dem Härtevorgang partiell frei gefräst. An dieser Oberfläche wird gebohrt und ein Gewinde in den Einleger geschnitten. Nachteilig ist hierbei jedoch die relativ geringe Oberfläche im Vergleich zur Masse des Einlegers. So kann es vorkommen, dass lokal Ablösungen auftreten und somit ein Losrütteln des Einlegers verursacht wird.For bonds, however, only the first fiber layer is joined to the joining partner, the further force flow is represented by the resin matrix. As a result, delamination may occur at high loads, thus making the resin strength a dimensioning size. For connections according to the traction principle, such as glands, polymer-typical creep effects come into play. Thus, the surface pressure under a screw head leads to so-called relaxation processes, the so-called relaxing creep, in the polymer matrix, which results in a reduction of the screw prestressing and thus a deterioration of the connection quality. In conventional insert joints, a metallic component is laminated into the fiber composite structure and partially free-milled after the hardening process. At this surface is drilled and a thread cut into the insert. The disadvantage here, however, the relatively small surface area compared to the mass of the insert. So it may happen that local detachment occur and thus a loose shaking of the insert is caused.
Aus der Gebrauchsmusterschrift
Aus der
Aus der
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Krafteinleitungsvorrichtung zu schaffen, die bei sicherer Einbringung der Krafteinleitungseinheit in die Verbundmaterialeinheit eine gute Krafteinleitung in die Verbundmaterialeinheit ermöglicht.It is the object of the invention to provide a force introduction device which enables a good introduction of force into the composite material unit when the force introduction unit is safely introduced into the composite material unit.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung einer Krafteinleitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The invention achieves this object by providing a force introduction device having the features of patent claim 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.
Erfindungsgemäß weist die Verbindungseinheit mindestens zwei Platten auf, welche mindestens teilweise in einem schichtweisen Aufbau in die Verbundmaterialeinheit einbringbar sind. In vorteilhafter Weise führt dieser schichtweise Aufbau zu einer guten Krafteinleitung in die Verbundmaterialeinheit, da mehrere, vorzugsweise alle Schichten der Verbundmaterialeinheit mit der Krafteinleitungseinheit bzw. dem Krafteinleitungselement verbunden sind. Hierdurch erfolgt der Kraftfluss durch das Krafteinleitungselement in alle Schichten der Verbundmaterialeinheit, so dass bei großen Belastungen der Krafteinleitungsvorrichtung Delaminationen der Verbundmaterialeinheit sicher vermeidbar sind.According to the invention, the connection unit has at least two plates, which at least partially in a layered structure in the Composite material unit can be introduced. This layered structure advantageously leads to a good introduction of force into the composite material unit, since a plurality of, preferably all layers of the composite material unit are connected to the force introduction unit or the force introduction element. As a result, the force flow through the force introduction element takes place in all layers of the composite material unit, so that delamination of the composite material unit can be safely avoided at high loads on the force introduction device.
In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Krafteinleitungsvorrichtung ist mindestens eine Platte der Verbindungseinheit in mindestens einem Randbereich in die Verbundmaterialeinheit einbringbar. Hierdurch ergibt sich ein Bereich der Krafteinleitungseinheit, welcher sich bevorzugt zur Anordnung des Krafteinleitungselementes eignet. Durch besondere Auswahl des Werkstoffes der Verbindungseinheit, kann eine sichere Verbindung des Krafteinleitungselementes mit der Verbindungseinheit erfolgen.In an embodiment of the force introduction device according to the invention, at least one plate of the connection unit can be introduced into the composite material unit in at least one edge region. This results in a region of the force introduction unit, which is preferably suitable for the arrangement of the force introduction element. By special selection of the material of the connection unit, a secure connection of the force introduction element can be made with the connection unit.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Krafteinleitungsvorrichtung weisen die Platten der Verbindungseinheit in jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Schichten unterschiedliche Querschnitte bzw. Grundflächen auf. Idealerweise wird pro Schicht der Verbindungseinheit eine Platte eingelegt, wobei vorzugsweise von Schicht zu Schicht die Größe bzw. der Querschnitt dieser Platten variiert wird. In vorteilhafter Weise ergibt sich hierdurch eine mehrschnittige Verbindung. Durch die mehrschnittige Überlappung der Platten mit den Schichten der Verbundmaterialeinheit wird eine Oberflächenvergrößerung erreicht, die ein Losrütteln der Krafteinleitungseinheit aus der Verbundmaterialeinheit verhindert.In a further refinement of the force introduction device according to the invention, the plates of the connection unit have different cross sections or base surfaces in respectively directly successive layers. Ideally, a plate is inserted per layer of the connection unit, the size or the cross section of these plates preferably being varied from layer to layer. Advantageously, this results in a multi-section connection. The overlapping overlapping of the plates with the layers of the composite material unit achieves a surface enlargement which prevents the force introduction unit from shaking loose from the composite material unit.
Es wird vorgeschlagen, dass die Krafteinleitungsvorrichtung mindestens einen mit Verbundmaterialschichten aufgebauten Bereich der Verbundmaterialeinheit, mindestens einen wechselweise mit Verbundmaterialschichten und Platten aufgebauten Zwischenbereich und mindestens einen mit Platten schichtweise aufgebauten Bereich der Krafteinleitungseinheit umfasst. Bevorzugt ist das Krafteinleitungselement in dem mindestens einen mit Platten schichtweise aufgebauten Bereich der Krafteinleitungseinheit angeordnet. Hierdurch kann auf ein nach einem Härtevorgang erfolgendes Freifräsen der Krafteinleitungseinheit verzichtet werden, da die Krafteinleitungseinheit nach dem Einbringen in die Verbundmaterialeinheit und dem Härtevorgang bereits ohne Freifräsen zugänglich ist. Somit wird eine mechanische Schwächung der Krafteinleitungsvorrichtung sicher vermieden.It is proposed that the force introduction device comprises at least one region of the composite material unit constructed with composite material layers, at least one intermediate region constructed alternately with composite material layers and plates, and at least one region of the force introduction unit constructed in layers with plates. The force introduction element is preferably arranged in the at least one region of the force introduction unit constructed in layers with plates. As a result, it is possible to dispense with free-milling of the force introduction unit after a hardening process, since the force introduction unit is already accessible without free milling after introduction into the composite material unit and the hardening process. Thus, a mechanical weakening of the force introduction device is reliably avoided.
Es wird vorgeschlagen, dass das Krafteinleitungselement über eine Klemmverbindung mit der Verbindungseinheit verbunden ist. In vorteilhafter Weise ergibt sich hierdurch eine einfache und bauraumsparende Möglichkeit zur sicheren Verbindung der Krafteinleitungseinheit mit der Verbundmaterialeinheit.It is proposed that the force introduction element is connected via a clamping connection with the connection unit. Advantageously, this results in a simple and space-saving possibility for secure connection of the force introduction unit with the composite material unit.
Bevorzugt ist das Krafteinleitungselement von einer Schraube und einer mit der Schraube zusammenwirkenden Mutter gebildet. In vorteilhafter Weise ergibt sich hierdurch die Verwendung handelsüblicher und/oder normierter Bauteile.The force introduction element is preferably formed by a screw and a nut cooperating with the screw. Advantageously, this results in the use of commercially available and / or normalized components.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindungseinheit zwischen einem Schraubenkopf der Schraube und der Mutter einklemmbar. Es ergibt sich in vorteilhafter Weise auf einfache und kostengünstige Art eine genaue Einstellbarkeit der Klemmkraft der Klemmverbindung.In one embodiment of the invention, the connection unit between a screw head of the screw and the nut can be clamped. It results in an advantageous manner in a simple and inexpensive way accurate adjustability of the clamping force of the clamping connection.
Ferner sind die mindestens zwei Platten der Verbindungseinheit massiv ausgeführt. Vorzugsweise ergibt sich hierdurch eine große Oberfläche der in die Verbundmaterialeinheit einzubringenden Platten, wodurch ein Losrütteln der Krafteinleitungseinheit aus der Verbundmaterialeinheit vermeidbar ist.Furthermore, the at least two plates of the connection unit are solid. Preferably, this results in a large surface area of the plates to be introduced into the composite material unit, as a result of which shaking loose of the force introduction unit from the composite material unit can be avoided.
In vorteilhafter Weise bestehen die mindestens zwei Platten der Verbindungseinheit aus mindestens einem metallischen Werkstoff. Die Ausführung der Platten als metallische Bauteile verhindert in vorteilhafter Weise ein Kriechen der Platten infolge der Klemmverbindung. Die metallischen Platten ertragen die von der Klemmverbindung erzeugte Flächenpressung ohne Verformung, so dass beispielsweise eine Reduzierung der Schraubenvorspannung und somit eine Verschlechterung der Verbindungsqualität zwischen Krafteinleitungseinheit und Verbundmaterialeinheit vermieden wird.In an advantageous manner, the at least two plates of the connection unit consist of at least one metallic material. The design of the plates as metallic components advantageously prevents creeping of the plates due to the clamping connection. The metallic plates endure the surface pressure generated by the clamp connection without deformation, so that, for example, a reduction of the screw bias and thus a deterioration of the connection quality between the force introduction unit and the composite unit is avoided.
Es wird vorgeschlagen, dass die Verbundmaterialeinheit aus einem Faserverbund besteht. Dieses Material ermöglicht eine gute Einarbeitung der Krafteinleitungseinheit in die Verbundmaterialeinheit. Die Krafteinleitungseinheit wird umfassend von den Fasern des Verbundes umschlossen, so dass eine sichere Aufnahme der Krafteinleitungseinheit in der Verbundmaterialeinheit gegeben ist.It is proposed that the composite material unit consists of a fiber composite. This material allows a good incorporation of the force introduction unit in the composite material unit. The force introduction unit is comprehensively enclosed by the fibers of the composite, so that there is a secure reception of the force introduction unit in the composite material unit.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass es sich bei der Verbundmaterialeinheit um mindestens ein Bauteil eines Kraftfahrzeugs handelt.Furthermore, it is proposed that the composite material unit is at least one component of a motor vehicle.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der einzigen Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.An advantageous embodiment of the invention is shown in the single drawing and will be described below.
Die einzeige Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Krafteinleitungsvorrichtung in einer schematischen Darstellung.The single-figure FIGURE shows a longitudinal section through a force introduction device according to the invention in a schematic representation.
Die Krafteinleitungsvorrichtung umfasst eine Verbundmaterialeinheit
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Verbundmaterialeinheit
Um eine Krafteinleitungsvorrichtung zu schaffen, die bei sicherer Einbringung der Krafteinleitungseinheit
Die Platten
Der schichtweise Aufbau der Krafteinleitungsvorrichtung ergibt mindestens einen mit Verbundmaterialschichten
Das Krafteinleitungselement
Vorzugsweise sind die mindestens zwei Platten
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- VerbundmaterialeinheitComposite unit
- 1212
- KrafteinleitungseinheitForce transmission unit
- 1414
- KrafteinleitungselementForce application element
- 1616
- Verbindungseinheitconnecting unit
- 1818
- Platteplate
- 2020
- Platteplate
- 2222
- Randbereichborder area
- 2424
- Randbereichborder area
- 2626
- VerbundmaterialschichtComposite material layer
- 2828
- VerbundmaterialschichtComposite material layer
- 3030
- Bereich (Verbundmaterialeinheit)Area (composite unit)
- 3232
- Zwischenbereichintermediate area
- 3434
- Bereich (Krafteinleitungseinheit)Range (force introduction unit)
- 3636
- Schraubescrew
- 3838
- Muttermother
- 4040
- Unterlegscheibewasher
- 4242
- Unterlegscheibewasher
- 4444
- Schraubenkopfscrew head
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