DE102008060355B4 - Verbindungsanordnung zum adhäsiven Anbinden eines Faserverbundkunststoff-Profils an eine Leichtmetallstruktur - Google Patents
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Abstract
Anordnung zum adhäsiven Anbinden eines Faserverbundkunststoff-Profils (1) an eine Leichtmetallstruktur (3) mittels eines Verbindungsmittels (2) aus Metall, wobei- das Faserverbundkunststoff-Profil (1) einen hohlförmigen Querschnitt mit einer Deck- und Bodenfläche (4, 6) sowie mit wenigstens einer Zwischenfläche (5) zur Bildung von wenigstens zwei Kammern aufweist,- das Verbindungsmittel (2) mit der Leichtmetallstruktur (3) unmittelbar verbunden ist und zur Verbindung mit einem Ende des Faserverbundkunststoff-Profils (1) mit einem Auflageteil (2a) und einem Halteteil (2b) ausgebildet ist,- das Verbindungsmittel (2) als Hohlprofil mit einer Deck- und Bodenfläche (7, 9) sowie mit wenigstens einer Zwischenfläche (8) zur Bildung von wenigstens zwei Kammern ausgebildet ist,- das Auflageteil (2a) als zungenartige Verlängerung der Bodenfläche (9) ausgebildet ist,- die Deckfläche (7) des Hohlprofils als Halteteil (2b) ausgebildet ist, wobei die Außenfläche des Halteteils (2b) als Anlagefläche (11) flächenbündig an der Innenfläche der Deckfläche (4) des Faserverbundkunststoff-Profils (1) anliegt,- das Faserverbundkunststoff-Profil (1) die Seitenwände und die Deckfläche (7) des Verbindungsmittels (2) teilweise umschließt,- zur Bildung einer ersten adhäsiven Verbindung (12) zwischen dem Ende des Faserverbundkunststoff-Profils (1) und dem Verbindungsmittel (2) die Außenfläche der Bodenfläche (6) des Faserverbundkunststoff-Profils (1) und das Auflageteil (2a) flächenbündig aneinander liegen, und- zur Bildung einer zweiten adhäsiven Verbindung (14) zwischen dem Ende des Faserverbundkunststoff-Profils (1) und dem Verbindungsmittel (2) die Anlagefläche (11) des Halteteils (2b) an der Innenfläche der Deckfläche (4) des Faserverbundkunststoff-Profils (1)flächenbündig anliegt, und- das Verbindungsmittel (2) mit dessen Auflageteil (2a), dessen Zwischenfläche (8) und dessen Halteteil (2b) ein stufenartiges Ende derart bildet, dass zur Bildung einer dritten adhäsiven Verbindung (13) die Zwischenfläche (8) des Verbindungsmittels (2) und die Zwischenfläche (5) des Faserverbundkunststoff-Profils (1) flächenbündig aneinander liegen.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum adhäsiven Anbinden eines Faserverbundkunststoff-Profils an eine Leichtmetallstruktur mittels eines Verbindungsmittels aus Metall.
- Im Kraftfahrzeugbau, insbesondere für die Herstellung von Rahmenstrukturen für Karosserien wird als Leichtbauwerkstoff unter dem Aspekt von Gewichtseinsparungen vorwiegenden Aluminium eingesetzt. Im Rahmen der Verbundbauweise werden ferner im Leichtbau aus Gewichtsgründen auch Faserverbundkunststoffe, wie beispielsweise Kohlefaserverbundkunststoffe (CFK) verwendet. Bei einer Anbindung solcher CFK-Bauteile an eine Aluminiumstruktur, bspw. einer Rahmenstruktur für eine Karosserie sind die Verbindungsstellen bzw. die Krafteinleitungsstellen besonders kritisch. Dabei ist es bekannt, eine Verbindungsanordnung so zu konstruieren, dass die Kräfte nicht punktuell sondern flächiger in die Strukturen eingeleitet werden.
- Aus der
US 6 835 022 B2 ist eine Anordnung zum Verbinden einer Fußleiste eines Schranks mit dessen Außenwand bekannt, deren struktureller Aufbau anhand der1 und2 als Stand der Technik beschrieben wird. - Die
1 zeigt eine Anordnung zur Anbindung eines Kohlefaserverbundkunststoff(CFK)-Profils 1 mit rechteckförmigem Querschnitt an eine nur andeutungsweise dargestellte Aluminiumstruktur3 mit einer Verbindungsfläche15 . Diese Anbindung erfolgt mittels eines Verbindungsmittels2 , das aus einem Auflageteil2a und einem Halteteil2b besteht. Das Auflageteil2a steht annähernd senkrecht auf der Verbindungsfläche15 der Aluminiumstruktur3 , während das Halteteil2b als Winkelprofil mit einer Anlagefläche10 und einer flächenbündig an der Verbindungsfläche15 anliegenden weiteren Anlagefläche20 ausgebildet ist. - Das CFK-Profil
1 mit einer Bodenfläche6 und einer Deckfläche4 liegt nun flächenbündig unter Ausbildung von Überlappungszonen12 und14 an dem Auflageteil2a und der Anlagefläche10 des Halteteils2b an. Sowohl der Überlappungsbereich12 , gebildet von dem Auflageteils2a und der Außenfläche der Bodenfläche6 des CFK-Profils1 als auch der Überlappungsbereich14 der Anlagefläche10 des Halteteils2b mit der Außenfläche der Deckfläche4 des CFK-Profils1 sind als adhäsive Verbindungen ausgeführt. - Die Anbindung eines CFK-Profils
1 gemäß2 unterscheidet sich von derjenigen nach1 nur dadurch, dass der Überlappungsbereich14 mit einer Anlagefläche11 und der Innenfläche der Deckfläche4 des CFK-Profils1 gebildet wird. - Das in den
1 und2 gezeigte Auflageteil2a kann entweder als stoff-, form- oder kraftschlüssige stumpfe Verbindung mit der Verbindungsfläche15 der Aluminiumstruktur3 realisiert werden oder alternativ, wie in den1 und2 dargestellt, in die Aluminiumstruktur3 fortgeführt und dort fixiert werden. - Des Weiteren ist aus der
DE 196 45 467 A1 eine Anordnung zum Anbinden eines rohrförmigen Faserverbundkunststoff-Profils an ein ein Innengewinde aufweisendes zylinderförmiges Leichtmetallelement mittels eines aus einem Faserverbundkunststoff hergestellten Verbindungsmittels bekannt. In das Innengewinde des Leichtmetallelementes können Einrichtungen eingreifen und entsprechende Kräfte eingeleitet werden, die dann über das Verbindungsmittel an das Faserverbundkunststoff-Profil weitergeleitet werden. Das Leichtmetallelement wird konzentrisch von einer Faserverbundhülse und einer weiteren Hülse, die ebenso aus einem Faserverbundkunststoff besteht konzentrisch umschlossen und vom freien Ende des rohrförmigen Faserverbundkunststoff-Profils in dasselbe eingeführt, wobei diese Faserverbundhülsen als Verbindungsmittel über die Umfangsflächen zum einen miteinander verklebt und zum anderen auch mit dem Leichtmetallelement und mit der Innenfläche des Faserverbundkunststoff-Profils verklebt werden. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine adhäsive Anbindung eines Faserbundwerkstoff-Profils an eine Leichtmetallstruktur anzugeben, die bezüglich der Krafteinleitung optimiert ist.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
- Durch eine derartige Anordnung wird das Verbindungsmittel, das mit einem Auflageteil und einem Halteteil ausgebildet ist, so ausgeführt, dass das Auflageteil und die Anlageflächen des Halteteils mit der Deckfläche sowie mit der Bodenfläche des Faserverbundkunststoff-Profils flächenschlüssige Überlappungsbereiche bilden, über die eine erste und zweite adhäsive Verbindung des Faserverbundkunststoff-Profils mit dem Verbindungsmittel erfolgt. Somit können Lasten über den gesamten Querschnitt des Faserverbundkunststoff-Profils eingeleitet werden.
- Des Weiteren ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung einen beliebig großen Toleranzausgleich im Überlappungsbereich, da die zur Überlappung dienenden Flächen in Längsrichtung des Faserverbundkunststoff-Profils in der Größenordnung der auftretenden Toleranzen keine Begrenzungen aufweisen.
- Die Verwendung eines Hohlprofils mit einer Deck- und Bodenfläche für das Verbindungsteil wird die Krafteinleitung in das Verbindungsmittel weiter optimiert und somit die Stabilität der Verbindung erhöht.
- Auch die Zwischenflächen des Faserverbundkunststoff-Profils und des Verbindungsmittels bilden einen Überlappungsbereich, wodurch eine weitere Fügefläche für eine dritte adhäsive Verbindung zur Verfügung steht. Damit werden nicht nur die Boden- und Deckflächen in die Fügung eingebunden, sondern auch die Zwischenflächen, bzw. ggf. auch weitere Zwischenflächen, womit auftretenden Kräfte optimal in den Querschnitt des Faserverbundkunststoff-Profils eingeleitet werden können.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zusätzlich zu dem als Hohlprofil ausgeführten Verbindungsmittel ein Profilteil mit zwei Anlageflächen vorgesehen, die mit der Verbindungsfläche der Leichtbaustruktur und der Außenfläche der Deckfläche des Faserverbundkunststoff-Profils jeweils eine Verbindung eingehen. Durch ein solches Profilteil wird im Falle des Versagens der Verbindung zwischen dem Faserverbundkunststoff-Profil und dem Verbindungsmittel das Faserverbundkunststoff-Profil so geführt, dass ein Ausreißen möglichst verhindert wird. Zusätzlich wird durch dieses Profilteil die Verbindung zwischen dem Faserverbundkunststoff-Profil und dem Verbindungsmittel unterstützt.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine Schnittdarstellung einer Anordnung zum Anbindung eines Faserverbundkunststoff-Profils an eine Aluminiumstruktur entsprechend einer in derUS 6 835 022 B2 beschriebenen Verbindungsstruktur als Stand der Technik, -
2 eine Schnittdarstellung einer zur Anordnung nach1 alternativen Anordnung zum Anbindung eines Faserverbundkunststoff-Profils an eine Aluminiumstruktur als Stand der Technik, -
3 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anbindung eines Faserverbundkunststoff-Profils an eine Aluminiumstruktur, -
4 eine Schnittdarstellung gemäß SchnittS1 -S1 nach3 , -
5 eine Schnittdarstellung gemäß SchnittS2 -S2 nach3 , -
6 eine Schnittdarstellung in Längsrichtung einer weiteren erfindungsgemäßen Anbindung eines Faserverbundkunststoff-Profils an eine Aluminiumstruktur, und -
7 eine Schnittdarstellung in Querrichtung der erfindungsgemäßen Anbindung eines Faserverbundkunststoff-Profils an eine Aluminiumstruktur nach6 . - Das Ausführungsbeispiel nach
3 zeigt in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Anbindung eines Kohlefaserverbundkunststoff(CFK)-Profils 1 mit rechteckförmigem Querschnitt an eine nur andeutungsweise dargestellte Aluminiumstruktur3 . Diese Anbindung erfolgt mittels eines hinsichtlich des Querschnittes an das CFK-Profil1 angepassten Verbindungsmittels2 . Den zugehörigen SchnittS1 -S1 in Längsrichtung bzw. S2-S2 in Querrichtung der Profile zeigt4 bzw.5 . - Sowohl das CFK-Profil
1 als auch das Verbindungsmittel2 sind als Hohlprofil mit zwei Kammern dargestellt, d. h. eine Deckfläche4 bzw. eine Bodenfläche6 bilden zusammen mit einer Zwischenfläche5 in Verbindung mit Seitenflächen die beiden Kammern des CFK-Profils; entsprechend werden die beiden Kammern des Verbindungsmittels2 aus einer Deckfläche7 bzw. einer Bodenfläche9 zusammen mit einer Zwischenfläche8 und entsprechenden Seitenwänden gebildet. - Ein Ende des Verbindungsmittels
2 ist form-, kraft- oder stoffschlüssig mit einer Verbindungsfläche15 der Aluminiumstruktur3 unmittelbar verbunden. Das andere Ende des Verbindungsmittels2 ist über mehrere Anlageflächen unter Ausbildung eines Verbindungsbereichs16 mit dem CFK-Profil1 verbunden. - Das Verbindungsmittel
2 weist in diesem Verbindungsbereich16 einen solchen an den Querschnitt des CFK-Profils1 angepassten Querschnitt auf, dass es teilweise teleskopartig in das CFK-Profil1 geschoben werden kann. Hierzu bildet eine zungenartige Verlängerung der Bodenfläche9 ein Auflageteil2a derart aus, dass diese eine erste Anlagefläche für eine Außenfläche der Bodenfläche6 des CFK-Profils bildet. Ferner ist die Zwischenfläche8 des Verbindungsmittels2 zur Bildung eines Halteteils2b von der Deckfläche7 her derart freigeschnitten, dass die Zwischenfläche8 eine zweite Anlagefläche für die Zwischenfläche5 des CFK-Profils1 bildet und das Halteteil2b eine dritte Anlagefläche11 für eine Innenfläche der Deckfläche4 des CFK-Profils1 darstellt. Somit bildet das Auflageteil2a des Verbindungsmittels2 einen Überlappungsbereich11 mit der Bodenfläche6 des CFK-Profils1 , die Zwischenflächen8 und5 sowie die Anlagefläche11 des Halteteils2b und die Deckfläche4 des CFK-Profils1 führen jeweils im Verbindungsbereich16 zu entsprechenden weiteren Überlappungsbereichen13 und14 . Wesentlich bei der Anpassung des Verbindungsmittels2 an das CFK-Profil1 ist die Einhaltung des vertikalen Abstandes der die Kammern bildenden Flächen, so dass die die Überlappungsbereiche12 ,13 und14 bildenden Flächen flächenbündig aneinander liegen. Gemäß4 gilt damit für die entsprechenden Höhen h21 und h22 des Verbindungsmittels2 :2 das Innenmaß des CFK-Profils1 nicht übersteigen, wie in der SchnittdarstellungS2 -S2 nach5 gezeigt ist, bei der die Außenbreite des Verbindungsmittels2 der lichten Breite des CFK-Profils im Wesentlichen entspricht. - Damit ergibt sich für das Ende des Verbindungsmittels
2 im Verbindungsbereich16 eine stufenförmige Struktur, wobei die zungenartige Verlängerung der Bodenfläche9 zur Ausbildung des Auflageteils2a eine erste Stufe bildet, die von der Deckfläche7 ausgehend freigeschnittene Zwischenfläche8 eine zweite Stufe und schließlich das Halteteil2b eine dritte Stufe formt. An die Steigung dieser stufenförmigen Struktur ist gegengleich die Stirnfläche des CFK-Profils1 angepasst und verläuft daher vom Überlappungsbereich12 ausgehend in Richtung des Überlappungsbereiches14 entsprechend der Steigung des stufenförmigen Endes des Verbindungsmittels2 geneigt, wie dies deutlich aus der SchnittdarstellungS1 -S1 nach4 ersichtlich ist. - Dadurch, dass die Deck- und Bodenflächen sowie die Zwischenfläche des CFK-Profils
1 an das Verbindungsmittel2 angebunden sind, können auftretende Lasten über den gesamten Querschnitt des CFK-Profils1 eingeleitet werden. Mit der erfindungsgemäßen Anbindung können auch CFK-Profile mit nur einer Kammer oder mit mehr als zwei Kammern angebunden werden. - Ein weiterer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Anbindung ist der sich daraus ergebende große Toleranzausgleich in den Überlappungsbereichen
12 ,13 und14 , da bei genügend großer Längserstreckung der diese Überlappungsbereiche bildenden Anlageflächen durch teleskopartiges Verschieben des CFK-Profils1 die Längserstreckung des Verbindungsbereichs16 verkürzt oder verlängert werden kann. - Die Verbindung des CFK-Profils und des Verbindungsmittels
2 an den Überlappungsbereichen12 ,13 und14 erfolgt mittels adhäsiven Verfahren (beispielsweise mit Kleben). - Das Ausführungsbeispiel gemäß den
6 und7 unterscheidet sich von dem in den3 bis5 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Verbindungsanordnung ein Zusatzteil, das als Profilteil17 ausgeführt ist, vorsieht. In den6 und7 ist dieses Profilteil17 als Winkelprofil in Blech mit zwei Anlageflächen18 und19 ausgeführt und verbindet das CFK-Profils1 mit der Aluminiumstruktur3 in der Art eines Niederhalters. Hierzu liegt eine Anlagefläche18 des Profilteils17 flächig auf der Verbindungfläche15 der Aluminiumstruktur3 und die andere Anlagefläche19 auf der Außenfläche der Deckfläche4 des CFK-Profils1 . Dabei ist der Abstand des CFK-Profils1 von der Aluminiumstruktur3 so gewählt, dass ein genügend großer Überlappungsbereich des Profilteils17 mit der Deckfläche4 des CFK-Profils1 entsteht. Nach7 ist dabei das Profilteil17 in Querrichtung auch teilweise auf die Seitenflächen des Verbindungsmittels2 geführt. - Mit diesem Profilteil
17 wird die Verbindung des CFK-Profils1 mit dem Verbindungsmittel2 zusätzlich unterstützt. Ferner wird im Falle des Versagens der Verbindung von CFK-Profil1 und Verbindungsmittel2 das CFK-Profil1 so geführt, dass ein Ausreißen möglichst unterbleibt. - Die Verbindung dieses Profilteils
17 mit der Aluminiumstruktur3 und dem CFK-Profil1 erfolgt mit mechanischen Fügemitteln (beispielsweise mit Nieten oder Schrauben), mit adhäsiven Verfahren (beispielsweise mit Kleben) oder mit einer Kombination dieser genannten Möglichkeiten. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Faserverbundkunststoff-Profil
- 2
- Verbindungsmittel
- 2a
- Auflageteil
- 2b
- Halteteil
- 3
- Aluminiumstruktur
- 4
- Deckfläche des Faserverbundkunststoff-Profils 1
- 5
- Zwischenfläche des Faserverbundkunststoff-Profils 1
- 6
- Bodenfläche des Faserverbundkunststoff-Profils 1
- 7
- Deckfläche des Verbindungsmittels 2
- 8
- Zwischenfläche des Verbindungsmittels 2
- 9
- Bodenfläche des Verbindungsmittels 2
- 10
- Anlagefläche
- 11
- Anlagefläche
- 12
- Überlappungsbereich von Auflageteil
2a und Bodenfläche 6 - 13
- Überlappungsbereich von Zwischenfläche
8 und Zwischenfläche 5 - 14
- Überlappungsbereich von Anlagefläche
11 und Deckfläche 4 - 15
- Verbindungsfläche der Aluminiumstruktur 3
- 16
- Verbindungsbereich
- 17
- Profilteil
- 18
- Anlagefläche des Profilteils 17
- 19
- Anlagefläche des Profilteils 17
- 20
- Anlagefläche des Halteteils 2
Claims (10)
- Anordnung zum adhäsiven Anbinden eines Faserverbundkunststoff-Profils (1) an eine Leichtmetallstruktur (3) mittels eines Verbindungsmittels (2) aus Metall, wobei - das Faserverbundkunststoff-Profil (1) einen hohlförmigen Querschnitt mit einer Deck- und Bodenfläche (4, 6) sowie mit wenigstens einer Zwischenfläche (5) zur Bildung von wenigstens zwei Kammern aufweist, - das Verbindungsmittel (2) mit der Leichtmetallstruktur (3) unmittelbar verbunden ist und zur Verbindung mit einem Ende des Faserverbundkunststoff-Profils (1) mit einem Auflageteil (2a) und einem Halteteil (2b) ausgebildet ist, - das Verbindungsmittel (2) als Hohlprofil mit einer Deck- und Bodenfläche (7, 9) sowie mit wenigstens einer Zwischenfläche (8) zur Bildung von wenigstens zwei Kammern ausgebildet ist, - das Auflageteil (2a) als zungenartige Verlängerung der Bodenfläche (9) ausgebildet ist, - die Deckfläche (7) des Hohlprofils als Halteteil (2b) ausgebildet ist, wobei die Außenfläche des Halteteils (2b) als Anlagefläche (11) flächenbündig an der Innenfläche der Deckfläche (4) des Faserverbundkunststoff-Profils (1) anliegt, - das Faserverbundkunststoff-Profil (1) die Seitenwände und die Deckfläche (7) des Verbindungsmittels (2) teilweise umschließt, - zur Bildung einer ersten adhäsiven Verbindung (12) zwischen dem Ende des Faserverbundkunststoff-Profils (1) und dem Verbindungsmittel (2) die Außenfläche der Bodenfläche (6) des Faserverbundkunststoff-Profils (1) und das Auflageteil (2a) flächenbündig aneinander liegen, und - zur Bildung einer zweiten adhäsiven Verbindung (14) zwischen dem Ende des Faserverbundkunststoff-Profils (1) und dem Verbindungsmittel (2) die Anlagefläche (11) des Halteteils (2b) an der Innenfläche der Deckfläche (4) des Faserverbundkunststoff-Profils (1)flächenbündig anliegt, und - das Verbindungsmittel (2) mit dessen Auflageteil (2a), dessen Zwischenfläche (8) und dessen Halteteil (2b) ein stufenartiges Ende derart bildet, dass zur Bildung einer dritten adhäsiven Verbindung (13) die Zwischenfläche (8) des Verbindungsmittels (2) und die Zwischenfläche (5) des Faserverbundkunststoff-Profils (1) flächenbündig aneinander liegen.
- Anordnung nach
Anspruch 1 , bei welcher die Stirnfläche des Faserverbundkunststoff-Profils (1) in Anpassung an die stufenförmige Ausbildung des Endes des Verbindungsmittels (2) geneigt ausgebildet ist. - Anordnung nach
Anspruch 1 oder2 , bei welcher ein Profilteil (17) mit zwei Anlageflächen (18, 19) vorgesehen ist, die mit einer Verbindungsfläche (15) der Leichtmetallstruktur (3) und der Außenfläche der Deckfläche (4) des Faserverbundkunststoff-Profils (1) verbunden sind. - Anordnung nach
Anspruch 3 , bei welcher das Profilteil(17) winkelförmig ausgebildet ist. - Anordnung nach
Anspruch 3 oder4 , bei welcher das Profilteil (17) als Blechteil ausgebildet ist. - Anordnung nach
Anspruch 3 ,4 oder5 , dadurch gekennzeichnet, dass das Profilteil (17) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem Faserverbundkunststoff-Profil (1) und der Verbindungfläche (15) der Leichtmetallstruktur (3) verbunden ist. - Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Verbindungsmittel (2) mit der Leichtmetallstruktur (3) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Faserverbundkunststoff-Profil (1) aus einem Kohlenfaserverbundkunststoff (CFK) hergestellt ist.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Verbindungsmittel (2) aus Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, gefertigt ist.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Leichtmetallstruktur (3) aus Aluminium aufgebaut ist.
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