DE102010055949A1 - Verbindungsanordnung - Google Patents

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Dr. Hiermer Tobias
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung (10', 10'') von wenigstens zwei Bauteilen (40, 42, 56, 66, 80), von welchem wenigstens ein Bauteil (42, 80) aus einem Metall, insbesondere einer Aluminiumbasislegierung, und wenigstens ein Bauteil (40, 66) aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere einem kohlefaserverstärkten Kunststoff, besteht, welche über wenigstens eine Klebverbindung (48, 76) miteinander verbunden sind, wobei ein randständiger Verbindungsbereich eines der Bauteile (40, 42, 56, 66, 80) an seinen zwei Breitseiten (50, 52, 70, 72) und seiner Stirnseite (54, 74) von dem wenigstens einen anderen Bauteil (40, 42, 56, 66, 80) umgeben ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung von wenigstens zwei Bauteilen, von welchen wenigstens eines aus einem Metall und wenigstens ein weiteres aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
  • Im Zuge moderner Leichtbaubestrebungen werden im Kraftwagenbau zunehmend Leichtmetalle, insbesondere Aluminiumbasislegierungen, sowie Faserverbundwerststoffe eingesetzt. Insbesondere bei Kraftwagen, in denen Bauteile aus den beiden genannten Materialklassen gemeinsam eingesetzt werden sollen, ergeben sich hierdurch neue Anforderungen an zu verbindende Füge- und Abdichtverfahren. Besonders problematisch ist die Nahtabdichtung an aneinandergrenzenden Bauteilen aus Aluminium und kohlefaserverstärkten Kunststoff. Die üblichen Nahtabdichtverfahren, die auf der Verwendung von Polyvinylchlorid-basierten Dichtmaterialien beruhen, können hierbei oft auf Grund der geringen Haftung zwischen PVC und kohlefaserverstärkten Kunststoffen keine Anwendung finden. Auch andere Dichtmaterialien, wie beispielsweise Polyurethan oder Kautschuk haben bzgl. des kohlefaserverstärkten Kunststoffs Haftungsprobleme.
  • Zudem kann es beim unmittelbaren Kontakt zwischen kohlefaserverstärkten Kunststoffen und Aluminium auf Grund der unterschiedlichen elektrochemischen Potentiale zu elektrochemischer Kontaktkorrosion kommen. Dies wird durch Probleme bei der Nahtabdichtung noch verschärft, da für den Korrosionsprozess eindringende Feuchtigkeit notwendig ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, eine Verbindungsanordnung der eingangs genannten Art zu bereitzustellen, welche ein zuverlässiges und hochqualitatives Verbinden von Bauteilen aus Aluminium und kohlefaserverstärkten Kunststoffen erlaubt und die Applikation von Nahtabdichtungen erleichtert.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Eine derartige Verbindungsanordnung von wenigstens zwei Bauteilen, von welchen wenigstens ein Bauteil aus einem Metall, insbesondere einer Aluminiumbasislegierung, und wenigstens ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere eine kohlefaserverstärkten Kunststoff besteht, zeichnet sich dadurch aus, dass die Bauteile über wenigstens eine Klebverbindung miteinander verbunden sind. Hierbei ist ein randständiger Verbindungsbereich eines der Bauteile an seinen zwei Breitseiten und seiner Stirnseite von dem wenigstens einen anderen Bauteil umgeben. Die Klebverbindung selbst, die vorzugsweise in dem umschlossenen Bereich angebracht ist, übt eine weitere Dichtungswirkung aus, so dass das Eindringen von Feuchtigkeit und damit einhergehende Kontaktkorrosion zuverlässig vermieden werden kann. Durch die Aufnahme des randständigen Verbindungsbereichs in der beschriebenen Art, ergibt sich eine Verbindung nach Art einer Spundung bzw. einer Nut-Feder-Verbindung.
  • Vorzugsweise umfasst die Klebeverbindung einen Epoxidklebstoff. Dies ermöglicht eine besonders gute Haftung zwischen kohlefaserverstärkten Kunststoffen auf Basis einer Epoxidmatrix und Aluminiumbauteilen, so dass der notwendige Halt gewährleistet ist und gleichzeitig eine elektrochemische Isolierung der Bauteile gegeneinander sichergestellt ist.
  • Vorzugsweise ist im Bereich der Klebeverbindung eine Zwischenlage aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff zwischen den Bauteilen vorgesehen. Eine solche Zwischenlage kann die galvanische Trennung der Bauteile sicherstellen und insgesamt die Dichtwirkung der Verbindungsanordnung verbessern.
  • Der randständige Verbindungsbereich eines der Bauteile ist vorzugsweise in einer Nut des wenigstens einen anderen Bauteils aufgenommen. Mit anderen Worten wird in dieser Ausführungsform der Erfindung die vollständige Umschließung des randständigen Verbindungsbereich von einem einzigen weiteren Bauteil dargestellt. Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Dichtwirkung.
  • Vorzugsweise ist das wenigstens eine andere Bauteil als Verbindungselement ausgebildet, welches über einen Fügeflansch mit einem weiteren Bauteil verbunden ist. Mit anderen Worten ist in dieser Ausführungsform ein erstes Bauteil in einer Nut dieses Verbindungselements aufgenommen, wobei das Verbindungselement mit seinem Fügeflansch ein weiteres Bauteil kontaktiert und an dieses gehalten ist. Ein solcher Fügeflansch kann als Ansatzpunkt für verschiedene an sich bekannte Fügeverfahren dienen, so kann das weitere Bauteil beispielsweise durch Schrauben, Nieten, Clinchen, Schweißen, Kleben oder Kombinationen daraus mit dem Fügeflansch verbunden werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Bauteile zusätzlich zu der wenigstens einen Klebeverbindung mit wenigstens einer Schraubverbindung verbunden. Die Klebeverbindung sorgt hierbei für die notwendige galvanische Trennung und Dichtwirkung, während die gewünschte Festigkeit der Verbindungsanordnung durch die wenigstens eine Schraubverbindung zuverlässig gewährleistet wird.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist im Verbindungsbereich zumindest zweiter Bauteile eine Nahtabdichtung vorgesehen. Das Nahtabdichtmaterial kann dabei an dem aus Aluminium gefertigten Bauteil haften, so dass zusätzlich zu der Dichtwirkung der Klebeverbindung bzw. der geschilderten labyrinthdichtungsartigen Anordnung eine zusätzliche Dichtwirkung erzielt wird. Eine solche Verbindungsanordnung ist daher besonders gut vor dem Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz und damit vor Korrosion geschützt.
  • Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung;
  • 2 ein Verbindungselement zur Verwendung in einem weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung; und
  • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung unter Verwendung eines Verbindungselements gemäß 2 in Schnittdarstellung.
  • 1 zeigt eine Verbindungsanordnung 10' zwischen einem Kohlefaserbauteil 40 und einem Aluminiumbauteil 42. Die Verbindungsanordnung 10' ist nach Art einer Spundung gestaltet, bei welcher ein randständiger Verbindungsbereich 44 des Aluminiumbauteils 42 in einer Nut 46 des Kohlfaserbauteils 40 aufgenommen ist. Die Bauteile 40, 42 sind ferner durch eine Klebeverbindung 48 verbunden. Hier sind sowohl die Breitseiten 50, 52, als auch die Stirnseite 54 des Verbindungsbereichs 44 allseitig vom Bauteil 40 umgeben. Durch die labyrinthartige Dichtung sowie den überschüssigen, austretenden Klebstoff 48 wird eine besonders gute Dichtung und gleichzeitig eine galvanische Isolierung zwischen den Bauteilen 40 und 42 erzielt.
  • Neben der in 1 gezeigten Verbindungsanordnung 10', in welcher die jeweiligen Bauteile 40 aus kohlefaserverstärkten Kunststoff sowie 42 aus Aluminium unmittelbar miteinander verbunden sind, sind auch weitere Verbindungsanordnungen denkbar, in denen Zwischenelemente verwendet werden. Ein solches Zwischenelement 56 ist in 2 dargestellt. Das Zwischenelement 56 weist eine Nut 58 auf, die von drei Schenkeln 60, 62, 64 des Zwischenelements 56 gebildet wird. In der Nut 58 ist ein Bauteil 66 aus kohlefaserverstärkten Kunststoff mit seinem Endbereich 68 aufgenommen, so dass es ebenfalls an seinen Breitseiten 70, 72 sowie an seiner Stirnseite 74 vom Verbindungselement 56 umgeben wird. Über eine Klebeverbindung 76 und eine zwischengelagerte Schicht 78 aus glasfaserverstärkten Kunststoff ist das Bauteil 66 mit dem Verbindungselement 56 verbunden. Der glasfaserverstärkte Kunststoff 78 verbessert die galvanische Trennung und Haftung zwischen den Bauteilen 56, 66.
  • 3 zeigt eine im Ganzen mit 10'' bezeichnete Verbindungsanordnung zwischen einem kohlefaserverstärkten Kunststoffbauteil 66 und einem Aluminiumbauteil 80 unter Verwendung des in 3 dargestellten Verbindungselements 56. Wie geschildert, ist das kohlefaserverstärkte Bauteil 66 mit seinem Endbereich 68 in der Nut 58 des Verbindungselements 56 aufgenommen und über eine Klebeverbindung 76 und eine Zwischenschicht 78 aus glasfaserverstärktem Kunststoff mit diesem verbunden. Ein vom Schenkel 64 des Verbindungselements 56 senkrecht abragender Flansch 82 dient zum Anbinden des Aluminiumbauteils 80. Dieses ist über eine Schraubverbindung 84 mit dem Flansch 82 verbunden, wobei zwischen den Seitenwänden 86, 88 der beiden Bauteile eine Flüssigdichtung 90 vorgesehen ist. Durch eine PVC-Nahtabdichtung 92 werden die Bauteile zusätzlich gegeneinander abgedichtet. Neben der Schraubverbindung können selbstverständlich auch andere Verbindungsverfahren Anwendung finden, um das Aluminiumbauteil 80 am Flansch 82 zu befestigen. Hier herrscht völlige gestalterische Freiheit. Insgesamt ergibt sich auch hier eine galvanisch getrennte und besonders gut abgedichtete Verbindung zwischen dem kohlefaserverstärkten Kunststoffbauteil 66 und dem Aluminiumbauteil 80, wobei hier der zusätzliche Vorteil zu tragen kommt, dass die Nahtabdichtung 92 lediglich an Aluminiumbauteilen anliegt und daher besonders gut haftet.

Claims (8)

  1. Verbindungsanordnung (10', 10'') von wenigstens zwei Bauteilen (40, 42, 56, 66, 80), von welchem wenigstens ein Bauteil (42, 80) aus einem Metall, insbesondere einer Aluminiumbasislegierung, und wenigstens ein Bauteil (40, 66) aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere einem kohlefaserverstärkten Kunststoff, besteht, welche über wenigstens eine Klebeverbindung (48, 76) miteinander verbunden sind, wobei ein randständiger Verbindungsbereich eines der Bauteile (40, 42, 56, 66, 80) an seinen zwei Breitseiten (50, 52, 70, 72) und seiner Stirnseite (54, 74) von dem wenigstens einen anderen Bauteil (40, 42, 56, 66, 80) umgeben ist.
  2. Verbindungsanordnung (10', 10'') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindung (48, 76) einen Epoxidklebstoff umfasst.
  3. Verbindungsanordnung (10', 10'') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Klebeverbindung (48, 76) eine Zwischenlage (78) aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff zwischen den Bauteilen (40, 42, 56, 66, 80) vorgesehen ist.
  4. Verbindungsanordnung (10', 10'') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der randständige Verbindungsbereich (44, 68) in einer Nut (46, 58) des wenigstens einen anderen Bauteils (40, 42, 56, 66, 80) aufgenommen ist.
  5. Verbindungsanordnung (10', 10'') nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine andere Bauteil (40, 42, 56, 66, 80) als Verbindungselement (56) ausgebildet ist, welches über einen Fügeflansch (82) mit einem weiteren Bauteil (40, 42, 56, 66, 80) verbunden ist.
  6. Verbindungsanordnung (10', 10'') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Bauteil (40, 42, 56, 66, 80) mittels einer Schraub- (84) und/oder Klebeverbindung mit dem Fügeflansch (82) verbunden ist.
  7. Verbindungsanordnung (10', 10'') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (40, 42, 56, 66, 80) zusätzlich zu der wenigstens einen Klebeverbindung (48, 76) mit wenigstens einer Schraubverbindung verbunden sind.
  8. Verbindungsanordnung (10', 10'') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungsbereich zumindest zweier der Bauteile (40, 42, 56, 66, 80) eine Nahtabdichtung (92) vorgesehen ist.
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