DE102010009253A1

DE102010009253A1 - Fügeverbindung

Info

Publication number: DE102010009253A1
Application number: DE102010009253A
Authority: DE
Inventors: Maik 84174 Hammer; Helmut 83416 Wolf
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2011-08-25

Abstract

Bei einer Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bau- und insbesondere zwischen einem Kraftfahrzeug- und einem Anbauteil (1, 2), welche unter Zwischenlage einer Faserverbundschicht miteinander verbunden sind, wird erfindungsgemäß selbst bei einem korrosionsmäßig stark gefährdeten Bauteilverbund auf fertigungstechnisch einfache Weise eine hohe Korrosionssicherheit dadurch erzielt, dass die Bauteile (1, 2) ohne umständliche Vorbehandlung ihrer aus in der elektrochemischen Spannungsreihe unterschiedlichen Materialien bestehenden Fügeflächen (4, 5) unter Zwischenlage einer galvanischen Trennschicht aus Basaltfaserverbundwerkstoff (3) miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bau- und insbesondere zwischen einem Kraftfahrzeug- und einem Anbauteil, welche unter Zwischenlage einer Faserverbundschicht miteinander verbunden sind, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist bekannt, materialgleiche Faserverbund- oder Blechteile durch eine faserverstärkte Klebeschicht etwa aus Glas-, Aramid- oder auch Basaltfaserverbundstoff miteinander hochfest zu verbinden ( DE 10 2007 037 649 A1 , DE 103 30 341 B4 ).
Bestehen die Bauteile jedoch aus in der elektrochemischen Spannungsreihe unterschiedlichen Materialien, z. B. aus Aluminium und Titan, so werden die daraus resultierenden Korrosionsprobleme nach der DE 10 2006 026 538 A1 dadurch vermieden, dass eines der Bauteile zuvor mit einer Beschichtung aus dem Material des anderen Bauteils versehen wird, um so materialgleiche Fügeflächen zu erhalten, an denen die Bauteile dann durch eine Faserverbundschicht aus aus einem mit Aramid-, Glas-, Basalt- oder auch Metallfasern oder dergleichen verstärkten Kunststoff miteinander verklebt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbindung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass selbst bei einem materialmäßig stark unterschiedlichen Bauteilverbund eine hohe Korrosionssicherheit auf fertigungstechnisch einfache Weise erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Fügeverbindung gelöst.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass ein Basaltfaserverbundmaterial nicht nur selbst hochgradig korrosionsbeständig ist, sondern sich auch – anders als sonstige Faserverbundschichten – als galvanisch hochwirksame Trennschicht mit überlegenen mechanischen Eigenschaften einsetzen lässt. Hierauf aufbauend werden erfindungsgemäß Bauteile mit in der elektrochemischen Spannungsreihe unterschiedlichen Fügeflächen ohne umständliche Vorbehandlung unter Zwischenlage einer hochfesten Basaltfaserverbundschicht dauerhaft korrosionssicher miteinander verbunden.
Vorzugsweise ist die Basaltfaserverbundschicht gemäß Anspruch 2 lastübertragend mit den Fügeflächen der Bauteile verbunden, und zwar in der Weise, dass das Basaltfaserverbundmaterial, wie nach Anspruch 3 bevorzugt, im Fügeflächenbereich unmittelbar auf das Bauteil auflaminiert wird und dann beim Konsolidieren der Faserverbundmatrix eine lastfeste Verklebung mit dem Bauteil entsteht. Alternativ lässt sich die Basaltfaserverbundschicht nach Anspruch 4 jedoch auch separat vorfertigen und dann über eine gesonderte Klebstoffschicht dauerhaft lastfest zwischen die Bauteile einfügen.
Besteht eines der Bauteile ebenfalls aus einem faser- z. B. carbon- oder metallfaserverstärkten Verbundwerkstoff, so wird das Basaltfaserverbundlaminat in besonders bevorzugter Weise nach Anspruch 5 auf das Bauteillaminat im Fügeflächenbereich mitauflaminiert und gleichzeitig mit diesem zu einem integralen Hybridfaserverbundteil konsolidiert.
Nach einer weiteren, gemäß Anspruch 6 besonders bevorzugten Variante der Erfindung kann die Basaltfaserverbundschicht auch als Teil eines getrennt vorgefertigten Bauelements, beispielsweise eines Kraftfahrzeugspoilers, ausgebildet und dann nach Art eines Abstandhalters entweder durch eine Verklebung lastfest oder aber im Kontaktbereich mit den Fügeflächen vorzugsweise ohne stoffschlüssige Bindung zwischen die Bauteile eingesetzt werden.
Als besonders vorteilhaft hat sich die galvanische Trennung mittels einer Basaltfaserverbundschicht nach Anspruch 7 in dem korrosionsmäßig problematischen Anwendungsfall einer Aluminium-/Titan- oder Magnesium-Werkstoffpaarung erwiesen.
Die Erfindung wird nunmehr an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen mit einer teilweise stark übertriebenen Schichtdicke der Basaltfaserverbundschicht
1 einen aus einem Titanträger, einer Basaltfaserverbundschicht und einem Aluminiumblech bestehenden Bauteilverbund nach der Erfindung,
2 einen Verbund eines Magnesiumträgers mit einem hybridfaserverstärkten Faserverbundbauteil, und
3 einen Dreierverbund, bestehend aus einem Stahlträger, einem Basaltfaserverbund- und einem Aluminiumbauteil.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Aluminiumblechteil 1 an einem Titanträger 2 in der Weise befestigt, dass zwischen die Bauteile 1 und 2 ein Basaltfaserverbundlaminat 3 eingelegt und in diesem Zustand konsolidiert wird, so dass sich die als galvanische Trennschicht wirkende Basaltfaserverbundschicht 3 an ihrer z. B. epoxidbasierten Matrix lastfest mit den einander zugekehrten Fügeflächen 4 und 5 der Bauteile 1, 2 verklebt.
Das Mischbauteil nach 2, wo die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Komponenten durch das gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind, enthält einen Magnesiumträger 2, der wiederum unter Zwischenlage einer Basaltfaserverbundschoicht 3 mit einem ebenfalls faserverstärkten, jedoch im Kontakt mit Magnesium korrosionsbildenden Verbundbauteil 1 verbunden ist. In diesem Fall wird das Basaltfaserverbundlaminat im noch ungehärteten Zustand auf das z. B. carbon- oder metallfaserverstärkte Verbundlaminat des Bauteils 1 auflaminiert und gleichzeitig mit diesem konsolidiert, so dass eine integrale, hybridfaserverstärkte Faserverbundeinheit mit einer – in 2 gestrichelt dargestellten – virtuellen Fügefläche 4 ensteht, an der die Basaltfaserverbundschicht 3 einstückig angeformt ist. Durch eine dünne Klebeschicht 6 wird diese mit dem Magnesiumträger 2 lastübertragend verbunden.
Der Bauteilverbund nach 3, wo die den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen entsprechenden Komponenten wiederum durch das gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind, unterscheidet sich diesen von in erster Linie dadurch, dass die zwischen ein Aluminiumbauteil 1 und einem – hier aus Stahl bestehenden – Träger 2 eingefügte Basaltfaserverbundschicht 3 integraler Bestandteil eines eigenen Struktur- oder Anbauelements 7, z. B. eines basaltfaserverstärkten Kraftfahrzeugspoilers, ist. Das Basaltfaserverbundelement 7 ist entweder lastfest mit den Fügeflächen 4, 5 der Bauteile 1, 2 verbunden, kann aber im Rahmen der Erfindung auch im reinen Flächenkontakt ohne stoffschlüssige Verbindung zwischen die Fügeflächen 4, 5 eingesetzt und dann – ebenso wie die Bauteile 1, 2 – an externen Befestigungsstellen außerhalb der gezeigten Fügeverbindung fixiert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007037649 A1 [0002]
DE 10330341 B4 [0002]
DE 102006026538 A1 [0003]

Claims

Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bau- und insbesondere zwischen einem Kraftfahrzeug- und einem Anbauteil, welche unter Zwischenlage einer Faserverbundschicht miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (1, 2) an ihren einander zugekehrten Fügeflächen (4, 5) aus in der elektrochemischen Spannungsreihe unterschiedlichen Materialien bestehen und unter Zwischenlage einer galvanischen Trennschicht aus Basaltfaserverbundwerkstoff (3) miteinander verbunden sind.
Fügeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basaltfaserverbundschicht (3) dauerhaft fest mit den Fügeflächen (4, 5) der Bauteile (1, 2) verbunden ist.
Fügeverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basaltfaserverbundschicht (3) über die Faserverbundmatrix unmittelbar mit den Bauteilen (1, 2) verklebt ist.
Fügeverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basaltfaserverbundschicht (3) mit zumindest einer der Fügeflächen (4, 5) über eine separate Klebstoffschicht (6) verbunden ist.
Fügeverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bauteile (1) ebenfalls aus Faserverbundwerkstoff besteht und die Basaltfaserverbundschicht (3) als integraler Bestandteil des Faserverbundbauteils (1) gefertigt ist.
Fügeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basaltfaserverbundschicht (3) an einer getrennt vorgefertigten, im Bereich der Fügeflächen (4, 5) nach Art eines Abstandhalters zwischen die Bauteile (1, 2) eingelegten Baueinheit (7) ausgebildet ist.
Fügeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basaltfaserverbundschicht (3) zwischen einem Aluminium- und einem Stahl- oder Magnesiumbauteil (1, 2) angeordnet ist.