DE102011089237A1

DE102011089237A1 - Fügeverbindung

Info

Publication number: DE102011089237A1
Application number: DE102011089237A
Authority: DE
Inventors: Norbert Kulzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: DE102011089237B4

Abstract

Es wird eine Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen beschrieben, wobei die Bauteile mit Hilfe zumindest eines Verbindungselements miteinander verbunden sind, und die Bauteile dazu ausgestaltet sind in verbundenem Zustand im Bereich des zumindest einen Verbindungselements einen Hohlraum zu definieren und der Hohlraum Klebstoff zum Verbinden des Verbindungselements mit zumindest einem der Bauteile umfasst. Außerdem wird eine Bauteilanordnung mit mindestens zwei mittels einer derartigen Fügeverbindung verbundene Bauteile sowie ein Verfahren zur Bereitstellung der Bauteilanordnung vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Bauteilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7 sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben.
Das Thema Leichtbau gewinnt bei der Herstellung und Entwicklung von Fahrzeugen zunehmend an Bedeutung. Vereinfacht gesprochen, kann mittels einer gezielten Reduzierung von Gewicht ein Verbrauch von Antriebsenergie gesenkt und somit ein verminderter Schadstoffausstoß und/oder eine größere Reichweite des Fahrzeugs erzielt werden. Zusätzlich wird wertvolles Material eingespart.
Eine entscheidende Bedeutung kommt hierbei Bauteilverbindungen zum Zusammenfügen mehrerer Bauteile zu. Die üblicherweise eingesetzten Verbindungsmittel, wie Schrauben, Bolzen oder Nieten, leisten einen erheblichen Gewichtsbeitrag zum Gesamtgewicht des Fahrzeugs. Es besteht daher das Bestreben eine Anzahl von Verbindungselemente weitestmöglich zu reduzieren und ausgleichend hierzu eine Festigkeit der eingesetzten Verbindungen zu erhöhen.
Um eine Festigkeit derartiger Verbindungen zu erhöhen, ist es bekannt, die Verbindungselemente mit einem Klebstoff zu beaufschlagen und anschließend in die Ausnehmungen einzusetzen. Es wird hierzu im Kopfbereich eines Niets oder einer Schraube auf seiner dem Bauteil zugewandten Unterseite und/oder im Bereich seines Schaftes Klebstoff aufgetragen, um eine Verklebung mit einer zugehörigen Bauteiloberfläche zu erzielen bzw. Klebstoff zwischen die Bauteile beim Einsetzen des Verbindungselements einzubringen.
Während des Einsetzens wird jedoch in nachteiliger Art und Weise der Klebstoff unterschiedlich stark zwischen die Bauteile eingebracht, so dass das Verbindungselement lokal unterschiedlich stark mit den Bauteilen verklebt wird und somit lokal stark unterschiedliche Festigkeitswerte entstehen. Dies führt dazu, dass eine Gesamt-Verbindung des Verbindungselements mit den entsprechenden Bauteilen geschwächt ist. Außerdem können hierdurch keine reproduzierbaren Verbindungen mit definierten Festigkeitswerten erzielt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Fügeverbindung bereitzustellen, welche eine sichere Verbindung mit hoher und reproduzierbarer Festigkeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst mittels einer Fügeverbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einer Bauteilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 und einem Verfahren zum Herstellen desselben nach Patentanspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen.
Demnach wird eine Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen vorgeschlagen, wobei die Bauteile mit Hilfe zumindest eines Verbindungselements miteinander verbunden sind. Die Bauteile sind dazu ausgestaltet in verbundenem Zustand im Bereich des zumindest einen Verbindungselements einen Hohlraum zu definieren. Zusätzlich umfasst der Hohlraum Klebstoff zum Verbinden des Verbindungselements mit zumindest einem der Bauteile. Auf diese Weise kann eine besonders vorteilhafte und feste Verbindung bereitgestellt werden.
Mittels des Hohlraums ist es außerdem möglich, eine definierte Menge Klebstoff bereits zwischen den Bauteilen vorzusehen, die das Verbindungselement mit dem einen oder mit den anderen Bauteilen verbindet. Zusätzlich wird eine bessere und gleichmäßigere Verteilung des Klebstoffs zwischen dem Verbindungselement und dem jeweiligen Bauteil erzielt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst mindestens eines der Bauteile eine Aufnahmeöffnung zum Aufnehmen des Verbindungselements. Vorzugsweise weisen beide Bauteile jeweils eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme des Verbindungselements auf, so dass sich das Verbindungselement in einem verbauten Zustand durch die beiden Aufnahmeöffnungen hindurch erstreckt und somit die beiden Bauteile miteinander verbindet.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform umfasst mindestens eines der Bauteile im Bereich der Aufnahmeöffnung eine Kavität zum Bereitstellen des Hohlraums in dem verbundenen Zustand. Dies bedeutet, dass beispielsweise ein erstes Bauteil eine Auswölbung aufweist, um die beschriebene Kavität bereitzustellen. Im verbundenen Zustand wird die Kavität zusätzlich durch das zweite Bauteil derart begrenzt, dass innerhalb der Kavität der beschriebene Hohlraum definiert wird. In diesen kann zum Beispiel der voranstehend beschriebene Klebstoff eingebracht sein. Die Kavität kann beispielsweise durch eine Prägung in dem jeweiligen Bauteil erzeugt sein. Selbstverständlich können aber auch beide Bauteile jeweils eine eigene derartige Kavität aufweisen, die derart ausgestaltet sind, dass diese im verbauten Zustand zusammen den Hohlraum definieren.
Wie beschrieben, ist die jeweilige Kavität im Bereich der Aufnahmeöffnung angeordnet. Dies bedeutet, dass die Aufnahmeöffnung in einem die Kavität definierenden Abschnitt des Bauteils oder benachbart dazu angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Aufnahmeöffnung derart angeordnet, dass ein im verbundenen Zustand in die Aufnahmeöffnung eingesetztes Verbindungselement zumindest teilweise an den definierten Hohlraum angrenzt und diesen in diesem Bereich begrenzt oder sich sogar durch diesen Holraum hindurch erstreckt.
Beispielsweise kann mindestens eines der Bauteile Faserverbundmaterial umfassen. Es ist jedoch auch möglich, dass eines oder mehrere Bauteile Kunststoff oder Metall umfassen. Ebenso sind Materialkombinationen innerhalb des jeweiligen Bauteils oder Kombinationen von verschiedenen Bauteilen aus unterschiedlichen Materialen möglich.
Das zumindest eine Verbindungselement kann insbesondere eine Schraube, ein Bolzen, ein Clip oder ein Niet, insbesondere ein Blindniet, sein. Diese Aufzählung ist als nicht abschließend zu verstehen. Es können daher auch andere geeignete Verbindungselemente zum Einsatz kommen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Hohlraum eine in einer Längsrichtung des Verbindungselements ausgerichtete Höhe h mit 0,1 ≤ h ≤ 0,3 mm. Dies bietet beispielsweise die Möglichkeit eine ausreichende Menge Klebstoff innerhalb des Hohlraums aufzunehmen und somit für eine ausreichend feste Verbindung mit dem Verbindungselement zu sorgen.
Außerdem wird eine Bauteilanordnung mit mindestens zwei mittels einer Fügeverbindung verbundenen Bauteilen bereitgestellt, wobei die Fügeverbindung gemäß der gegebenen Beschreibung ausgestaltet ist.
Fernern wird ein Verfahren zum Bereitstellen der Bauteilanordnung mit den folgenden Schritten vorgeschlagen:

– Bereitstellen mindestens zweier Bauteile mit jeweils mindestens einer Aufnahmeöffnung für ein Verbindungselement, wobei die Bauteile dazu ausgestaltet sind in verbundenem Zustand im Bereich des Verbindungselements einen Hohlraum zu definieren,
– Einbringen von Klebstoff in den Hohlraum zwischen den Bauteilen,
– Einsetzen des Verbindungselements in die jeweilige Aufnahmeöffnung des jeweiligen Bauteils.

Im Rahmen des Verfahrens kann der Klebstoff beispielsweise vorab in die Kavität eines der Bauteile eingebracht und das Bauteil anschließend mit dem anderen Bauteil verbunden werden. Alternativ können die Bauteile bereits vorab zusammengefügt und anschließend in den hierdurch definierten Hohlraum Klebstoff eingebracht werden.
Zusätzlich kann der Schritt des Bereitstellens der mindestens zwei Bauteile einen Schritt des Prägens mindestens einer Kavität in mindestens eines der Bauteile im Bereich der mindestens einen Aufnahmeöffnung umfassen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Es wird darin eine Bauteilanordnung 10 in verbundenem Zustand mit zwei mittels einer Fügeverbindung 11 verbundenen Bauteilen 12, 13 beschrieben. Die Fügeverbindung 11 ist also als Bindeglied zwischen den beiden Bauteilen 12, 13 angeordnet und umfasst außerdem ein Verbindungselement 14, welches die beiden Bauteile 12, 13 miteinander verbindet. Die Bauteile 12, 13 sind in der dargestellten Ausführungsform als plattenförmige Bauteile mit einer im Wesentlichen flächigen Erstreckung ausgebildet und können beispielsweise aus Metall, insbesondere Blech, Kunststoff oder Faserverbundmaterial gefertigt sein oder zumindest eines dieser Materialen umfassen.
Die beiden Bauteile 12, 13 sind derart ausgestaltet, dass diese in dem verbundenen Zustand im Bereich des Verbindungselements 14 einen Hohlraum 16 definieren. Der verbaute Zustand ergibt sich vorliegend insbesondere dadurch, dass die Bauteile 12, 13 mit ihren vordefinierten Aufnahmeöffnungen 18, 19 fluchtend zueinander ausgerichtet sind, um diese mittels des sich hierdurch erstreckenden Verbindungselements 14 zu verbinden. Der Hohlraum 16 wird einerseits durch eine Kavität 15 in dem ersten Bauteil 12 sowie anderseits durch eine im Wesentlichen ebene Oberfläche des anderen Bauteils 13 begrenzt. Es versteht sich, dass jedoch auch andere Ausgestaltungen möglich sind, beispielsweise jeweils eine Kavität in beiden Bauteilen, welche analog zu der dargestellten Kavität 15 ausgebildet sind und gemeinsam den Hohlraum zwischen den Bauteilen 12, 13 definieren (nicht dargestellt).
Zusätzlich kann der Hohlraum 16 Klebstoff 17 zum Verbinden des Verbindungselements 14 mit einem der Bauteile 12, 13 oder beiden Bauteilen 12, 13 umfassen.
Das Verbindungselement 14 ist in der dargestellten Ausführungsform als Blindniet dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass das Verbindungselement 14 ebenso eine Schraube, ein Bolzen oder ein Niet sein kann. Außerdem können mehr als ein Verbindungselement 14 pro Hohlraum 16 oder mehrere getrennt voneinander ausgeführte Hohlräume mit jeweils einem oder mehreren Verbindungselement vorgesehen werden (nicht dargestellt). Der Hohlraum 16 weist außerdem eine Höhe h auf, die in Längsrichtung L des Verbindungselements 14 ausgerichtet ist und lediglich beispielsweise einen Wert von 0,1 ≤ h ≤ 0,3 mm aufweisen kann.

Claims

Fügeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, wobei die Bauteile (12, 13) mit Hilfe zumindest eines Verbindungselements (14) miteinander verbunden sind und die Bauteile (12, 13) dazu ausgestaltet sind in verbundenem Zustand im Bereich des zumindest einen Verbindungselements (14) einen Hohlraum (16) zu definieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (16) Klebstoff (17) zum Verbinden des Verbindungselements (14) mit zumindest einem der Bauteile (12, 13) umfasst.
Fügeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Bauteile (12, 13) eine Aufnahmeöffnung (18, 19) zum Aufnehmen des Verbindungselements (14) umfasst.
Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Bauteile (12, 13) im Bereich der Aufnahmeöffnung (18, 19) eine Kavität (15) zum Bereitstellen des Hohlraums (16) in dem verbundenen Zustand umfasst.
Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Bauteile (12, 13) Faserverbundmaterial umfasst.
Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungselement (14) eine Schraube, ein Bolzen oder ein Niet, insbesondere ein Blindniet ist.
Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (16) eine in Längsrichtung (L) des Verbindungselements (14) ausgerichtete Höhe (h) von 0,1 ≤ h ≤ 0,3 mm umfasst.
Bauteilanordnung mit mindestens zwei mittels einer Fügeverbindung (11) verbundenen Bauteilen (12, 13), dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeverbindung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgestaltet ist.
Verfahren zum Bereitstellen einer Bauteilanordnung nach Anspruch 7, mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen mindestens zweier Bauteile mit jeweils mindestens einer Aufnahmeöffnung für ein Verbindungselement, wobei die Bauteile dazu ausgestaltet sind in verbundenem Zustand im Bereich des Verbindungselements einen Hohlraum zu definieren, – Einbringen von Klebstoff in den Hohlraum zwischen den Bauteilen, – Einsetzen des Verbindungselements in die jeweilige Aufnahmeöffnung des jeweiligen Bauteils.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Bereitstellens der mindestens zwei Bauteile einen Schritt des Prägens mindestens einer Kavität in mindestens eines der Bauteile im Bereich der mindestens einen Aufnahmeöffnung umfasst.