DE102009048157B4 - Vorrichtung zur Anbringung eines Anbauteils an einem aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteil - Google Patents

Vorrichtung zur Anbringung eines Anbauteils an einem aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteil Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (3) zur Anbringung eines aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Anbauteils (2) an einem aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteil (1), insbesondere einem Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs, mit einem in das aus dem Faserverbundwerkstoff bestehende Bauteil (1) integrierten Einsatzteil (4) aus einem metallischen Werkstoff, welches eine Gewindebohrung (7) zur Aufnahme einer Verbindungsschraube (12) aufweist, und mit einer in die Gewindebohrung (7) eingesetzten Gewindebuchse (8), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gewindebuchse (8) und dem Einsatzteil (4) ein Dichtmaterial (9) vorgesehen ist, dass an der dem Anbauteil (2) zugewandten Seite des aus dem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteils (1) ein Anlageteil (10) zum Anlegen des Anbauteils (2) vorgesehen ist, wobei das Anlageteil (10) eine Durchgangsbohrung (11) für die Gewindebuchse (8) und die Verbindungsschraube (12) aufweist, wobei die Gewindebuchse (8) eine an eine Schrägfläche (13) der Durchgangsbohrung (11) des Anlageteils (10) angepasste Schrägfläche (14) aufweist, und wobei das Dichtmaterial (9) auch zwischen den beiden Schrägflächen (13,14) vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anbringung eines aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Anbauteils an einem aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteil, insbesondere einem Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs.
  • Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen bzw. Faserverbundwerkstoffen bestehende Bauteile mit Einsatzteilen zu versehen, die beispielsweise aus Aluminium bestehen können, um Anschraubstellen zu erzeugen, die in dem Faserverbundwerkstoff ansonsten nicht realisiert werden können. Das Einsatzteil kann dabei mit einem Klebstofffilm ummantelt und im Fertigungsprozess unter Druck und Wärme in das aus dem Faserverbundwerkstoff bestehende Bauteil einlaminiert werden. Anschließend wird in das Einsatzteil eine Gewindebohrung eingebracht und eine Gewindebuchse eingesetzt, um die Tragfähigkeit des Gewindes zu erhöhen. Das an dem aus dem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteil anzubringende Anbauteil wird dann mittels einer Verbindungsschraube an der auf diese Weise erzeugten Anschraubstelle verschraubt.
  • Einen gattungsgemäßen Stand der Technik zeigt die GB 612 506 A .
  • Da Faserverbundwerkstoffe, insbesondere im Fall von kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffen, ein sehr hohes positives Potenzial und Metalle, insbesondere Aluminium, ein sehr hohes negatives Potenzial aufweisen, ergibt sich im Fall des Eindringens von Flüssigkeiten, insbesondere von Elektrolyten, also Mischungen aus Wasser und Salz, in den Bereich, in dem sich diese beiden Materialien berühren, eine sehr hohe Gefahr von Kontaktkorrosion. Eine solche Korrosion kann zu einer Unterwanderung des Bereichs zwischen dem aus dem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteil und dem Anbauteil und in der Folge zu einer kompletten Ablösung dieser beiden Teile voneinander führen was schon nach relativ kurzer Zeit zu einem Versagen des Bauteils führen kann.
  • Aus der DE 10 2005 026 059 A1 ist ein aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial hergestelltes Bauteil bekannt, das mittels mehrerer Schrauben an einem Gehäuse angeschraubt ist. Zur Durchführung der Schraube befindet sich in dem Bauteil eine Bohrung, in welcher eine Buchse, eine Kunststoffzwischenschicht und ein Verstärkungsring eingesetzt sind.
  • Eine Ölwanne aus Kunststoff ist in der DE 38 31 308 C1 beschrieben. Diese Ölwanne weist eine Ölablassschraube auf, die über einen Gewindeeinsatz an einer Wand der Ölwanne befestigt ist. Zwischen dem Gewindeeinsatz und der Wand der Ölwanne befindet sich ein aus Polyester- oder Epoxidharz bestehender Klebefilm.
  • Aus der DE 100 06 400 A1 ist ein Scheibenrad und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt. Das Scheibenrad weist eine zumindest abschnittsweise aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Radscheibe auf, deren zur Durchführung der Radschrauben dienenden Bohrungen mit metallischen Buchsen versehen sind.
  • Die DE 10 2007 003 276 A1 beschreibt ein Verbindungselement zum Befestigen von Flugzeugbauteilen bei einer CFK-Metall-Hybridkonstruktion. Dabei werden ein CFK-Bauteil und ein Metallbauteil mittels mehrerer als Nieten ausgeführter Verbindungselemente verbunden. Die hierfür in das CFK-Bauteil und das Metallbauteil eingebrachten Bohrungen sind mit Hülsen aus einem elektrisch nicht-leitenden Material versehen.
  • Des Weiteren ist von der Firma Kerb Konus ein Gewindeeinsatz für Metalle mit der Bezeichnung „Mubux®“ bekannt. Dieser ist zur Verdrehsicherung und Abdichtung außen beschichtet.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Anbringung eines Anbauteils an einem aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteil zu schaffen, welche eine korrosionssichere Verbindung der beiden Bauteile gewährleistet.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Durch das erfindungsgemäß zwischen der Gewindebuchse und dem Einsatzteil vorgesehene Dichtmaterial wird ein Eindringen von Flüssigkeiten in den Bereich zwischen dem Einsatzteil und dem aus dem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteil verhindert, was zu einem Schutz der beteiligten Bauteile vor Korrosion führt. Dadurch kann eine hohe Festigkeit und eine lange Lebensdauer der hochfesten Verbindung zwischen dem Anschraubteil und dem aus dem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteil erreicht werden.
  • Um eine ebene Anlage für das Anbauteil an dem aus dem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteil zu erreichen, ist des weiteren vorgesehen, dass an der dem Anbauteil zugewandten Seite des aus dem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteils ein Anlageteil zum Anlegen des Anbauteils vorgesehen ist, wobei das Anlageteil eine Durchgangsbohrung für die Gewindebuchse und die Verbindungsschraube aufweist. In diesem Zusammenhang ist des weiteren vorgesehen, dass die Gewindebuchse eine an eine Schrägfläche der Durchgangsbohrung des Anlageteils angepasste Schrägfläche aufweist, wobei das Dichtmaterial auch zwischen den beiden Schrägflächen vorgesehen ist. Eine derartige Kombination zweier Schrägflächen führt in Verbindung mit dem sich zwischen denselben befindlichen Dichtmaterial zu einer noch besseren Abdichtung des Bereichs zwischen dem aus dem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteil und den weiteren an der erfindungsgemäßen Vorrichtung beteiligten, aus metallischen Werkstoffen bestehenden Bauteilen.
  • Eine besonders einfache Aufbringung des Dichtmaterials und eine gleichermaßen einfache anschließende Montage der Gewindebuchse ergibt sich, wenn das Dichtmaterial in Form einer Vorbeschichtung auf die Gewindebuchse aufgebracht ist.
  • Eine weitere Verbesserung der Abdichtung kann außerdem dadurch erreicht werden, dass das Anlageteil mittels eines Dichtmaterials an seiner Außenseite umlaufend abgedichtet ist.
  • Des weiteren kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Anbauteil und der Verbindungsschraube ein Dichtelement vorgesehen ist. Ein solches zusätzliches Dichtelement verhindert ein Eindringen von Flüssigkeit in den Bereich zwischen dem Einbauteil und dem aus dem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteil von der Verbindungsschraube her.
  • Hierbei kann außerdem vorgesehen sein, dass das Dichtelement einen äußeren, metallischen Ring und eine innerhalb des metallischen Rings angeordnete Elastomerdichtung aufweist. Der Einsatz eines metallischen Rings verhindert Vorspannungsverluste, welche auftreten könnten, wenn eine reine Elastomerdichtung zum Einsatz käme.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
  • Es zeigt:
    • 1 eine Draufsicht auf ein aus einem Faserverbundwerkstoff bestehendes Bauteil und ein mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung an demselben angebrachtes Anbauteil; und
    • 2 einen Schnitt nach der Linie II-II aus 1.
  • 1 zeigt eine Draufsicht auf ein aus einem Faserverbundwerkstoff bestehendes Bauteil 1, an welchem ein Anbauteil 2 mittels einer nachfolgend näher beschriebenen Vorrichtung 3 angebracht ist. Bei dem aus dem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteil 1 handelt es sich insbesondere um ein Karosseriebauteil eines in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Bei dem Anbauteil 2 kann es sich um ein beliebiges Bauteil handeln, welches strukturell mit dem Bauteil 1 verschraubt werden muss, zum Beispiel auch um ein gefrästes Bauteil, welches auch eine verhältnismäßig komplizierte Struktur aufweisen kann. Als Faserverbundwerkstoff für das Bauteil 1 wird insbesondere CFK, also kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff verwendet, prinzipiell können jedoch auch andere Faserverbundwerkstoffe eingesetzt werden.
  • Die Vorrichtung 3 weist ein in das aus dem Faserverbundwerkstoff bestehende Bauteil 1 integriertes Einsatzteil 4 auf, welches aus einem metallischen Werkstoff wie beispielsweise Aluminium, besteht. Das Einsatzteil 4 kann in an sich bekannter Weise zwischen zwei tragende Deckschichten 5 und 6 des aus dem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteils 1 einlaminiert sein. Dieses Einlaminieren des Einsatzteiles 4 in das Bauteil 1 kann auf an sich bekannte Weise unter Druck und Wärme erfolgen, weshalb auf diesen Verfahrensschritt hierin nicht mehr eingegangen wird. An das Einsatzteil 4 können sich beispielsweise Schaumelemente anschließen, welche die beiden Deckschichten 5 und 6 des aus dem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteils 1 voneinander beabstandet halten und welche über die Fläche des Bauteils 1 an den Stellen vorgesehen sein können, an denen keine Schraubverbindung erforderlich ist.
  • Das Einsatzteil 4 weist eine Gewindebohrung 7 auf, welche ebenfalls in an sich bekannter Weise in dasselbe eingebracht werden kann. In der Gewindebohrung 7 ist eine Gewindebuchse 8 eingesetzt, welche zur Erhöhung der Festigkeit bzw. Tragfähigkeit der mittels der Gewindebohrung 7 hergestellten Schraubverbindung dient. Um zu verhindern, dass Feuchtigkeit, insbesondere Elektrolyte, zwischen das aus dem Faserverbundwerkstoff bestehende Bauteil 1 und das Einsatzteil 4 gelangen können, ist zwischen der Gewindebuchse 8 und dem Einsatzteil 4 ein Dichtmaterial 9 vorgesehen, welches beispielsweise in Form einer Vorbeschichtung auf den äußeren Umfang der Gewindebuchse 8 aufgebracht sein kann. Hierbei kann die Vorbeschichtung in Form einer Mikroverkapselung, eines Polymers, einer einen Film bildenden Dispersion oder als flüssiges Material vorliegen und vor der Montage auf die Gewindebuchse 8 aufgebracht werden.
  • Des Weiteren ist in 2 zu erkennen, dass auf der Oberseite des Bauteils 1, also auf der dem Anbauteil 2 zugewandten Seite desselben, ein Anlageteil 10 vorgesehen ist, welches eine Durchgangsbohrung 11 für eine in die Gewindebuchse 8 eingeschraubte Verbindungsschraube 12 aufweist. Auf diese Weise kann die Verbindungsschraube 12 problemlos in die Gewindebuchse 8 und somit in das Einsatzteil 4 eingeschraubt werden. Selbstverständlich müssen hierzu auch die anderen sich zwischen der Verbindungsschraube 12 und dem Einsatzteil 4 befindlichen Bauteile jeweilige Durchgangsbohrungen aufweisen, diese sind jedoch nicht näher beschrieben. Das Anlageteil 10 dient zum Anlegen des Anbauteils 2, um demselben eine ebene Anlagefläche zu bieten.
  • Um die mit der Gewindebuchse 8 erzielte Dichtwirkung zu erhöhen, weist die Durchgangsbohrung 11 des Anlageteils 10 eine Schrägfläche 13 auf, an welche eine Schrägfläche 14 der Gewindebuchse 8 angepasst ist. Im eingeschraubten Zustand der Gewindebuchse 8 liegt die Schrägfläche 14 derselben also an der Schrägfläche 13 des Anlageteils 10 an. Zusätzlich ist zwischen den beiden Schrägflächen 13 und 14 auch das Dichtmaterial 9 vorgesehen. Die beiden Schrägflächen 13 und 14 verhindern außerdem bei einem möglichen Sitzen bzw. Kriechen des Werkstoffs einen Verlust der durch die Verbindungsschraube 12 aufgebrachten Vorspannkraft.
  • Ein noch besseres Anliegen der Gewindebuchse 8 an dem Anlageteil 10 ergibt sich dadurch, dass in der dargestellten Ausführungsform das Anlageteil 10 im Bereich der Durchgangsbohrung eine sich an die Schrägfläche 13 anschließende Planfläche 15 aufweist, an welcher eine Planfläche 16 der Gewindebuchse 8 im montierten Zustand der Vorrichtung 3 anliegt.
  • Eine weitere Abdichtung der durch die Verbindungsschraube 12 und die Gewindebuchse 8 sowie die Gewindebohrung 7 erzeugten Schraubverbindung ergibt sich durch ein an der Außenseite des Anlageteils 10 angeordnetes, das Anlageteil 10 umlaufend abdichtendes Dichtmaterial 17. Das Dichtmaterial 17 kann dabei ähnlich einer Silikonfuge aufgebracht werden.
  • Schließlich ist noch zwischen dem Anbauteil 2 und der Verbindungsschraube 12 ein Dichtelement 18 vorgesehen, welches für eine Abdichtung der Schraubverbindung von der Außenseite her sorgt. Im vorliegenden Fall weist das Dichtelement 18 einen äußeren, metallischen Ring 19 sowie eine innerhalb des metallischen Rings 19 angeordnete Elastomerdichtung 20 auf, welche bündig an der Verbindungsschraube 12 anliegt.
  • Zusätzlich können die beiden einlaminierten Aluminiumbauteile, nämlich das Einsatzteil 4 und das Anlageteil 10, mit einer korrosionshemmenden chemischen Oberflächenbehandlung versehen sein, wie z.B. einer Ti-Zn-Passivierung.
  • Im beschriebenen Ausführungsbeispiel bestehen das Anbauteil 2, das Einsatzteil 4 und das Anlageteil 10 aus Aluminium, es wäre jedoch auch möglich, hierfür andere Metalle, wie beispielsweise Stahl, einzusetzen.

Claims (7)

  1. Vorrichtung (3) zur Anbringung eines aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Anbauteils (2) an einem aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteil (1), insbesondere einem Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs, mit einem in das aus dem Faserverbundwerkstoff bestehende Bauteil (1) integrierten Einsatzteil (4) aus einem metallischen Werkstoff, welches eine Gewindebohrung (7) zur Aufnahme einer Verbindungsschraube (12) aufweist, und mit einer in die Gewindebohrung (7) eingesetzten Gewindebuchse (8), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gewindebuchse (8) und dem Einsatzteil (4) ein Dichtmaterial (9) vorgesehen ist, dass an der dem Anbauteil (2) zugewandten Seite des aus dem Faserverbundwerkstoff bestehenden Bauteils (1) ein Anlageteil (10) zum Anlegen des Anbauteils (2) vorgesehen ist, wobei das Anlageteil (10) eine Durchgangsbohrung (11) für die Gewindebuchse (8) und die Verbindungsschraube (12) aufweist, wobei die Gewindebuchse (8) eine an eine Schrägfläche (13) der Durchgangsbohrung (11) des Anlageteils (10) angepasste Schrägfläche (14) aufweist, und wobei das Dichtmaterial (9) auch zwischen den beiden Schrägflächen (13,14) vorgesehen ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmaterial (9) in Form einer Vorbeschichtung auf die Gewindebuchse (8) aufgebracht ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbeschichtung in Form einer Mikroverkapselung, eines Polymers, einer filmbildenden Dispersion oder als flüssiges Material vorliegt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlageteil (10) im Bereich der Durchgangsbohrung (11) eine Planfläche (15) aufweist, wobei die Gewindebuchse (8) eine im montierten Zustand der Vorrichtung (3) an der Planfläche (15) des Anlageteils (10) anliegende Planfläche (16) aufweist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlageteil (10) mittels eines Dichtmaterials (17) an seiner Außenseite umlaufend abgedichtet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anbauteil (2) und der Verbindungsschraube (12) ein Dichtelement (18) vorgesehen ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (18) einen äußeren, metallischen Ring (19) und eine innerhalb des metallischen Rings (19) angeordnete Elastomerdichtung (20) aufweist.
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