DE102010054094B3

DE102010054094B3 - Krafteinleitungselement sowie Verwendung desselben für ein Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil

Info

Publication number: DE102010054094B3
Application number: DE201010054094
Authority: DE
Inventors: Daniel Werum
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-05-03
Anticipated expiration: 2030-12-11
Also published as: CN102562724B; CN102562724A

Abstract

Krafteinleitungselement (1) zur Fixierung in oder an einem Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil (2, 2a, 2b), das als Hybrid-Bauteil mit einem Metalleinsatz (3) ausgebildet ist,
– welcher in einer Struktur (4) aus Kunststoff fixiert ist, wobei die Struktur (4) in einer Ebene senkrecht zur Krafteinleitungsrichtung (F) wenigstens eine Anlagefläche (5, 6) zur Anlage an das Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil (2, 2a, 2b) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– der Metalleinsatz (3) hohlzylindrisch ausgebildet ist und zwei Hinterschneidungen (7, 8) aufweist, die gegensinnig orientiert sind, wobei die Struktur (4) den Metalleinsatz (3) mantelförmig umschließt,
– in der Ebene der Krafteinleitungsrichtung die Struktur (4) doppelkegelförmig ist,
– wenigstens eine Basisfläche des Doppelkegels eine Anlagefläche (5, 6) bildet und,
– die Struktur (4) aus Bulk-Molding-Compound (BMC) besteht

Description

Die Erfindung betrifft ein Krafteinleitungselement zur Fixierung in oder an einem Faser-Kunststoff-Verbund(FKV)-Bauteil gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein FKV-Bauteil als Strukturteil einer Fahrzeugkarosserie mit einem unter Verwendung des erfindungsgemäßen Krafteinleitungselements realisierten Krafteinleitungspunktes.
Aus der DE 10 2008 061 463 A1 ist ein solches als Einlegeteil ausgebildetes Krafteinleitungselement für ein FKV-Bauteil als Strukturbauteil bekannt, welches die Bildung mindestens eines definierten Lastpfades in dem Strukturteil ermöglicht. Dieses Krafteinleitungselement ist als zylindrischer Metalleinsatz mit einem Gewindesackloch ausgebildet, wobei dieser Metalleinsatz bis auf die dessen Gewindebohrung tragende Seite in einen faserverstärkten Kunststoff derart eingebettet ist, dass ein tafelbergförmiger Querschnitt entsteht, dessen Grund- und Deckfläche jeweils an einem FKV-Bauteil anliegt. Zur sicheren Selbsthemmung des Metalleinsatzes in dem faserverstärkten Kunststoff sind an dessen Mantelfläche Hinterschneidungen angeformt, die als radial nach außen stehende Nasen ausgebildet sind. Dieses einen Metalleinsatz aufweisendes Einlegeteil besteht aus einem FKV-Werkstoff, nämlich einem SMC-Werkstoff. Das zur Herstellung dieses bekannten Einlegeteils verwendete Sheet Molding Compound(SMC)-Verfahren ist jedoch mit hohen Werkzeug- und Maschinenkosten verbunden.
Desweiteren ist aus der WO 2008/003426 A1 ein Kraftübertragungsteil bekannt, welches aus einer ein Innengewinde aufweisende Kunststoffhülse besteht, das von einem zylindrischen Kunststoffkörper aus Faserverbundwerkstoff ummantelt wird und als Mutter, Muffe oder Dehnmutter auf eine Gewindestange aufgeschraubt werden kann.
Der Vollständigkeit halber sei auch auf die EP 1 380 404 A2 verwiesen, die ein Kunststoffbauelement aus einem Kunststoffwerkstoff, bspw. aus Bulk-Transfer-Moulding-Compound (BMC) mit einem flächigen Einlegeteil offenbart, welches über einen Verbundabschnitt in dem Kunststoffbauelement verankert wird und hierzu der Verbundabschnitt des Einlegeteils kammartige, parallel liegende oder fächerförmige Streifen oder Finger oder fingerförmige Anformungen aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Krafteinleitungselement der eingangs genannten Art anzugeben, welches einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Krafteinleitungselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Dieses erfindungsgemäße Krafteinleitungselement zeichnet sich als Hybrid-Bauteil dadurch aus, dass der Metalleinsatz hohlzylindrisch ausgebildet ist und zwei Hinterschneidungen aufweist, die gegensinnig orientiert sind, wobei die Struktur den Metalleinsatz mantelförmig umschließt. Durch die Hinterschneidungen, die wie Widerhaken wirken, wird die Ausreißkraft des Metalleinsatzes erhöht.
Ferner weist die Struktur in der Ebene der Krafteinleitungsrichtung eine Doppelkegelform auf. Damit werden stirnseitig des Krafteinleitungselementes Anlageflächen zur Anlage an das FKV-Bauteil geschaffen, die zu einer sicheren Fixierung in demselben führen. Damit kann mit einem solchen in einem FKV-Bauteil fixierten Krafteinleitungselement eine einfache Verbindungsstruktur mit einem Bauteil realisiert werden, indem bspw. der Metalleinsatz mit einem Gewinde versehen wird, so dass damit eine Schraubverbindung realisierbar wird.
Über die Anlageflächen ergibt sich eine gute Verbindungsqualität mit dem FKV-Bauteil bei gleichzeitiger sicherer Krafteinleitung.
Zusätzlich gestattet das BMC-Verfahren eine kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Krafteinleitungselements.
Das erfindungsgemäße Krafteinleitungselement kann mit Vorteil als Krafteinleitungspunkt in Strukturbauteilen von Fahrzeugkarosserien, insbesondere von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Strukturbauteils mit einem erfindungsgemäßen Krafteinleitungselement zur Anbindung an ein Alu-Bauteil, und
2 eine schematische Darstellung einzelner Herstellungsschritte des Krafteinleitungselements nach 1 mit einem Presswerkzeug.
Das in 1 dargestellte Strukturbauteil 2 umfasst ein erstes FKV-Bauteil 2a und ein zweites FKV-Bauteil 2b, die bspw. aus CFK hergestellt sind. In diesem Strukturbauteil 2 ist ein Krafteinleitungspunkt mit einem Krafteinleitungselement 1 realisiert.
Dieses Krafteinleitungselement 1 ist als Hybrid-Bauteil ausgebildet und umfasst einen aus Stahl bestehenden Metalleinsatz 3, der hülsenförmig in Krafteinleitungsrichtung F unter Bildung einer Durchgangsbohrung 9 ausgestaltet ist. Dieser Metalleinsatz 3 wird mantelförmig von einer Struktur 4 aus BMC-Material umhüllt und weist einen im Wesentlichen doppelkegelförmigen Querschnitt auf.
Mit den Stirnseiten der Doppelkegelform wird jeweils eine Anlagefläche 5 bzw. 6 zur Anlage an das FKV-Bauteil 2a und das FKV-Bauteil 2b gebildet. Zusätzlich gehen diese Anlageflächen 5 und 6 jeweils in einen Bund 4a bzw. 4b über, der in jeweils eine Öffnung 10a und 10b in den beiden FKV-Bauteilen 2a und 2b eingreift, so dass der Bund 4a bzw. 4b flächenbündig mit den äußeren Flächen des FKV-Bauteils 2a bzw. 2b abschließt.
Das mit dem Krafteinleitungselement 1 versehene Strukturbauteil 2 liegt mit seiner Außenfläche des FKV-Bauteils 2a an einem Aluminium-Bauteil 11 an und wird über eine dort vorgesehene Öffnung 12 mit dem Krafteinleitungselement 1, bspw. mittels einer Schraubverbindung (nicht dargestellt) verbunden. Um eine Spaltkorrosion zwischen dem Alu-Bauteil 11 und dem FKV-Bauteil 2a zu verhindern, kann zwischen diesen beiden Bauteilen 11 und 2a eine Klebeschicht vorgesehen werden.
Der Metalleinsatz 3 des Krafteinleitungselements 1 weist zwei Hinterschneidungen 7 und 8 auf, die gegensinnig zueinander orientiert sind, so dass dadurch die Ausreißkraft des Metalleinsatzes 3 erhöht wird. Der Metalleinsatz 3 ist radialsymmetrisch bzgl. seiner Längsachse ausgebildet.
Die Herstellung des Krafteinleitungselement 1 gemäß 1 mittels eines Presswerkzeugs 20 wird anhand der 2a bis 2d schematisch und nur prinzipiell erläutert.
Dieses Presswerkzeug 20 besteht aus einem feststehenden Unterteil 21 und einem Oberteil 22, wobei das Unterteil 21 eine Unterform 23 und das Oberteil 22 eine Oberform 24 zur Bildung des Bundes 4a aufweist, so dass im geschlossenen Zustand des Presswerkzeugs 20, wie in 2d dargestellt, die Unterform 23 und die Oberform 24 die Negativform des Krafteinleitungselement 1 bilden.
Zu Beginn des Herstellungsprozesses wird der Metalleinsatz 3 gemäß 2a in das geöffnete Presswerkzeug 20 eingebracht und auf den Grund der Unterform 23 gesetzt, wie dies in 2b dargestellt ist. Anschließen wird gemäß 2c eine BMC-Formmasse 4' in den verbleibenden Raum zwischen dem Metalleinsatz 3 und der Wandung der Unterform 23 eingebracht und durch Schließen des Presswerkzeugs 20, d. h. durch Absenken des Oberteils 22 auf das Unterteil 21 die BMC-Formmasse 4' verpresst und unter hoher Temperatur ausgehärtet, so dass aus dieser BMC-Formmasse 4' die den Metalleinsatz 3 ummantelnde Struktur 4 entsteht. Das fertig hergestellte Krafteinleitungselement 1 braucht bei geöffnetem Werkzeug 20 lediglich noch entformt werden.
Es bietet sich an, das Presswerkzeug 20 so auszugestalten, dass die Unter- und Oberform 23 und 24 mehrfach vorhanden sind, so dass mit einem Pressvorgang gleichzeitig mehrere solcher Krafteinleitungselemente 1 hergestellt werden können, wodurch die Herstellkosten weiter reduziert werden.
Bezugszeichenliste

1: Krafteinleitungselement
2: Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil, Strukturbauteil
2a: Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil
2b: Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil
3: Metalleinsatz
4: Struktur
4': Formmasse aus BMC
4a: Bund der Struktur 4
4b: Bund der Struktur 4
5: Anlagefläche an der Struktur 4
6: Anlagefläche an der Struktur 4
7: Hinterschneidung an der Struktur 4
8: Hinterschneidung an der Struktur 4
9: Durchgangsbohrung im Metalleinsatz
10a: Öffnung im Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil 2a
10b: Öffnung im Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil 2b
11: Aluminium-Bauteil
12: Öffnung im Aluminium-Bauteil 11

Claims

Krafteinleitungselement (1) zur Fixierung in oder an einem Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil (2, 2a, 2b), das als Hybrid-Bauteil mit einem Metalleinsatz (3) ausgebildet ist, – welcher in einer Struktur (4) aus Kunststoff fixiert ist, wobei die Struktur (4) in einer Ebene senkrecht zur Krafteinleitungsrichtung (F) wenigstens eine Anlagefläche (5, 6) zur Anlage an das Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil (2, 2a, 2b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Metalleinsatz (3) hohlzylindrisch ausgebildet ist und zwei Hinterschneidungen (7, 8) aufweist, die gegensinnig orientiert sind, wobei die Struktur (4) den Metalleinsatz (3) mantelförmig umschließt, – in der Ebene der Krafteinleitungsrichtung die Struktur (4) doppelkegelförmig ist, – wenigstens eine Basisfläche des Doppelkegels eine Anlagefläche (5, 6) bildet und, – die Struktur (4) aus Bulk-Molding-Compound (BMC) besteht
Krafteinleitungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalleinsatz (3) aus Stahl besteht.
Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteil (2a, 2b) als Strukturteil einer Fahrzeugkarosserie mit mindestens einem Krafteinleitungspunkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Krafteinleitungspunkt mit mindestens einem Krafteinleitungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.