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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung eines Bauteils mit einem faserverstärkten Kunststoffteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine solche Verbindungsanordnung ist der
DE 10 2008 060 355 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei der Verbindungsanordnung ist ein Faserverbund-Kunststoff-Profil als faserverstärktes Kunststoffteil unter Vermittlung eines Verbindungsmittels als Anbindungselement mit einer Leichtmetallstruktur als Bauteil verbunden. Das Anbindungselement ist dabei außenumfangsseitig des Kunststoffteils angeordnet.
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Dabei liegt das Anbindungselement über jeweilige, erste Flächen am Kunststoffteil und über jeweilige, zweite Flächen am Bauteil an und ist über die jeweiligen Flächen mit dem Kunststoffteil und mit dem Bauteil verklebt.
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Kommt es nun zu einer Zugkraftbelastung des Kunststoffteils, so führt dies in den Verklebungen an den ersten und/oder zweiten Flächen zu Schubspannungen und die Verklebungen werden auf Schalung belastet. Dies stellt für Verklebungen eine sehr ungünstige Beanspruchung dar, infolge derer die Verbindungen des Anbindungselements mit dem Kunststoffteil und mit dem Bauteil versagen kann. In der Folge kann sich das Kunststoffteil vom Bauteil lösen.
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Die
DE 10 2007 014 116 A1 offenbart eine Säule als Teil einer Karosseriestruktur eines Kraftwagens, wobei die Säule ein Hohlprofil mit einem geschlossenen Querschnitt aufweist. Das Hohlprofil ist zum Anschluss an die Karosseriestruktur endabschnittsseitig jeweils mit einem vorgesehenen Anschlussblechteil verbunden, wobei das Anschlussblechteil mit der Karosseriestruktur verbindbar ist. Das Hohlprofil kann aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet und in das jeweilige Anschlussblechteil eingesteckt sein. Auch hierbei kommt es bei einer Zugbelastung des Hohlprofils zu einer ungünstigen Belastung der Verbindung des Hohlprofils mit dem Anschlussblechteil, so dass sich die entsprechende Verbindung lösen kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass das faserverstärkte Kunststoffteil besonders fest mit dem Bauteil verbunden ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Verbindungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei welcher das Bauteil besonders fest mit dem Kunststoffteil verbunden ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Anbindungselement wenigstens ein Anlageteil aufweist, welches eine Wandung des Kunststoffteils auf einer dem Bauteil abgewandten Seite des Kunststoffteils hintergreift. Hierdurch ist das Anbindungselement über sein Anlageteil gegenüber Zugkraftbelastungen, welche über das Bauteil in das Anbindungselement eingeleitet werden, formschlüssig mit dem Kunststoffteil verbunden. Mit anderen Worten können Zugkraftbelastungen über die Hintergreifung formschlüssig am Kunststoffteil abgestützt werden, so dass das Anbindungselement und über dieses das Bauteil besonders fest mit dem Kunststoffteil verbunden ist. Diese formschlüssige Verbindung kann auch sehr hohe Belastungen, insbesondere Zugkraftbelastungen, schadfrei ertragen. Die Beanspruchung der Verbindung des Anbindungselements mit dem Kunststoffteil auf Schälung und/oder auf Kopfzug ist vermieden oder kann zumindest gering gehalten werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umgreift das Anlageteil das Kunststoffteil zumindest über einen überwiegenden Teil eines Außenumfangs des Kunststoffteils. Dadurch können vom Bauteil in das Anbindungselement eingeleitete Belastungen, insbesondere Kräfte und/oder Momente, sehr gut und über relativ große Flächen in das Kunststoffteil eingeleitet werden. Lokale Belastungsspitzen können vermieden oder zumindest sehr gering gehalten werden.
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Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Anlageteil mit dem Kunststoffteil mittels eines Klebstoffs verklebt ist. Das Anbindungselement ist somit zusätzlich zur formschlüssigen Verbindung auch stoffschlüssig fest mit dem Kunststoffteil verbunden. Mittels des Klebstoffs kann das Anbindungselement beispielsweise in Längserstreckungsrichtung des Kunststoffteils lagegesichert sein. Darüber hinaus ermöglicht der Klebstoff eine besonders flächige Anbindung des Anbindungselements an das Kunststoffteil, so dass Belastungen sehr gut vom Anbindungselement in das Kunststoffteil eingeleitet werden können.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in wenigstens einem Randbereich des Anlageteils ein Dichtmaterial vorgesehen, mittels welchem das Anlageteil gegen das Kunststoffteil zumindest teilweise abgedichtet ist. Dadurch ist eine korrosionsbeständige, mechanische Verbindung des Bauteils mit dem Kunststoffteil geschaffen. Infolge der Abdichtung ist die formschlüssige, mechanische Verbindung gegen Korrosion geschützt, so dass das Bauteil auch über eine hohe Lebensdauer fest mit dem Kunststoffteil unter Vermittlung des Anbindungselements verbunden ist.
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Insbesondere sind jeweilige Anlageflächen des Anlageteils und des Kunststoffteils, über die das Anlageteil am Kunststoffteil anliegt, abgedichtet, so dass kein Wasser, Feuchtigkeit, Schmutz und/oder dergleichen zwischen das Anlageteil und das Kunststoffteil eindringen und eine Korrosion bewirken kann.
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Um den Materialaufwand und die Kosten der Verbindungsanordnung gering zu halten, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass als das Dichtmaterial der Klebstoff vorgesehen ist. Mit anderen Worten wird der Klebstoff zum Verbinden des Anlageteils mit dem Kunststoffteil auch zum Abdichten des Anlageteils gegen das Kunststoffteil verwendet.
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Eine besonders steife Anbindung des Bauteils an dem Kunststoffteil ist realisiert, wenn das Anbindungselement ein mit dem Anlageteil verbundenes Anbindungsteil aufweist, über welches das Bauteil mit dem Anbindungselement verbunden ist, wobei wenigstens eine Versteifungsrippe vorgesehen ist, welche sich in einem durch das Anbindungsteil und das Anlageteil begrenzten Eckbereich über Eck erstreckt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Versteifungsrippe gegenüber dem Anlageteil zurückversetzt. Durch diese Zurückversetzung ist Bauraum in einem Randbereich des Anlageteils geschaffen, in welchem Dichtmaterial und/oder Klebstoff angeordnet werden kann, um das Anlageteil gegen das Kunststoffteil abzudichten. Dadurch ist eine besonders feste, mechanische und korrosionsbeständige Verbindung geschaffen.
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Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist das Anbindungselement zweiteilig ausgebildet und umfasst zwei miteinander verbundene Elementteile. Dadurch ist eine besonders einfache Montage des Anbindungselements ermöglicht. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das Anlageteil das Kunststoffteil zumindest über den überwiegenden Teil des Außenumfangs des Kunststoffteils umgreift. Infolge der Zweiteiligkeit des Anbindungselements ist es dabei möglich, das Anbindungselement direkt in einem entsprechenden Montagebereich am Kunststoffteil zu montieren. Das Anbindungselement muss somit nicht in Längserstreckungsrichtung auf das Kunststoffteil aufgesteckt und entlang des Kunststoffteils verschoben werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Bauteil ein Strebenelement des Kraftwagens. Ein solches Strebenelement dient insbesondere zur Aussteifung der Karosserie des als Personenkraftwagens ausgebildeten Kraftwagens. Über das Strebenelement werden Druckkräfte und insbesondere Zugkräfte übertragen, wobei das Strebenelement über das Anbindungselement besonders fest und stabil am Kunststoffteil angebunden ist.
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Zur Realisierung einer sehr hohen Steifigkeit sowie eines geringen Gewichts des Kunststoffteils ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Kunststoffteil zumindest in einem Teilbereich einen geschlossenen Hohlquerschnitt und eine Längserstreckungsrichtung aufweist, wobei das Anbindungselement in diesem Teilbereich angeordnet ist. Das Kunststoffteil ist somit zumindest in dem Teilbereich als Profilteil ausgebildet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Fig. alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Perspektivansicht einer Verbindungsanordnung eines Bauteils mit einem faserverstärkten Kunststoffteil für einen Kraftwagen, bei welcher das Bauteil mit dem Kunststoffteil unter Vermittlung eines Anbindungselements verbunden ist, welches außenumfangsseitig des Kunststoffteils angeordnet ist, wobei das Anbindungselement ein Anlageteil aufweist, welches eine Wandung des Kunststoffteils auf dessen dem Bauteil abgewandten Seite hintergreift;
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2 eine schematische Seitenansicht der Verbindungsanordnung gemäß 1;
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3 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht der Verbindungsanordnung gemäß 1 und 2;
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4 eine weitere schematische Draufsicht der Verbindungsanordnung gemäß 1 bis 3; und
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5 eine schematische Unteransicht der Verbindungsanordnung gemäß 1 bis 4.
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1 zeigt eine Verbindungsanordnung 10 eines Bauteils in Form einer Strebe 12 mit einem faserverstärkten Kunststoffteil 14 für einen Personenkraftwagen. Die Strebe 12 ist beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet und dient zur Aussteifung der Karosserie des Personenkraftwagens, wobei über die Strebe 12 insbesondere Zugkräfte und Druckkräfte übertragen werden. Bei Fasern, mit denen das Kunststoffteil 14 verstärkt ist, kann es sich um Kohlefasern, Glasfasern, Aramidfasern und/oder um anderweitige Fasern handeln.
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Das faserverstärkte Kunststoffteil 14 ist als Profilteil ausgebildet und weist eine Längserstreckungsrichtung sowie einen Hohlquerschnitt 16 auf, welcher von Wandungen 18a–d des faserverstärkten Kunststoffteils 14 begrenzt ist. Dabei sind die Wandungen 18b und 18d quer zur Längserstreckungsrichtung voneinander beabstandet und über die Wandungen 18a und 18c miteinander verbunden.
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Die Strebe 12 ist an dem faserverstärkten Kunststoffteil 14 unter Vermittlung eines vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildeten Anbindungselements 20 angebunden. Das Anbindungselement 20 umfasst dabei ein Anbindungsteil 22, über welches die Strebe 12 mit dem Anbindungselement 20 verbunden ist. Das Anbindungselement 20 umfasst auch ein Anlageteil 24, welches mit dem Anbindungsteil 22 verbunden ist und über welches das Anbindungsteil 22 mit dem faserverstärkten Kunststoffteil 14 verbunden ist. Dazu umgreift das Anlageteil 24 das faserverstärkte Kunststoffteil 14 über einen überwiegenden Teil eines Außenumfangs des faserverstärkten Kunststoffteil 14 und hintergreift die Wandung 18d auf einer der Strebe 12 abgewandten Seite 26 des Kunststoffteils 14.
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Dadurch ist das Anbindungselement 20 bezogen auf Zugkräfte, welche über die Strebe 12 auf das Anbindungselement 20 in Längserstreckungsrichtung der Strebe 12 von dem Kunststoffteil 14 weg wirken, formschlüssig mit dem Kunststoffteil 14 verbunden. Somit ist eine besonders feste, stabile, mechanische Verbindung der Strebe 12 mit einer Faserverbundkunststoff-Hohlprofil-Struktur in Form des faserverstärkten Kunststoffteils 14 geschaffen. Im Gegensatz zu einem einfach an einer der Wandungen 18a–d aufgeklebten Winkel kommt es bei Zugkraftbeanspruchung nicht zu einer Schäl- und/oder Kopfzugbelastung, infolge derer sich der Winkel von dem Kunststoffteil 14 lösen könnte.
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Das Anbindungsteil 22 weist eine Abstützfläche 28 auf, welche zumindest im Wesentlichen parallel zu den Wandungen 18a und 18c verläuft und über welche die Strebe 12 an dem Anbindungselement 20 abstützbar und mit diesem verbindbar ist.
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Zur Verbindung der Strebe 12 mit dem Anbindungselement 20 umfasst das Anbindungsteil 22 eine Durchgangsöffnung 30, über welche die Strebe 12 mit dem Anbindungselement 20 verschraubt werden kann. Zum Verschrauben ist beispielsweise eine Mutter 32 mit einem Innengewinde vorgesehen, welches mit einem korrespondierenden Außengewinde einer Schraube verschraubt werden kann. Die Mutter 32 kann auch fest mit dem Anbindungsteil 22 verbunden sein, so dass zum Anbinden der Strebe 12 lediglich die Schraube in das korrespondierende Innengewinde einzuschrauben ist.
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Das Anlageteil 24 umfasst eine Wandung 34, mit welcher das Anbindungsteil 22 verbunden und insbesondere einstückig ausgebildet ist und welche quer oder schräg zum Anbindungsteil 22 verläuft. Wie insbesondere 2 zu entnehmen ist, begrenzen das Anbindungsteil 22 und die Wandung 34 einen Eckbereich 36, in welchem Versteifungsrippen 38 vorgesehen sind, die sich über Eck erstrecken. Durch das Anbindungselement 20 ist somit eine Konsole geschaffen, über die die Strebe 12 am Kunststoffteil 14 anbindbar ist.
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Um das Anbindungselement 20 gegen das Kunststoffteil 14 abzudichten, ist in jeweiligen Randbereichen 40 des Anbindungselements 20 jeweiliges Dichtmaterial 42 vorgesehen, das jeweilige Spalte oder Fugen oder kleine Abstände zwischen dem Anbindungselement 20 und dem Kunststoffteil 14 dicht verschließt. So kann keine Feuchtigkeit, Wasser, Schmutz und/oder dergleichen zwischen das Anbindungselement 20 und das Kunststoffteil 14 eindringen und Korrosion verursachen.
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Bei dem Dichtmaterial handelt es sich beispielsweise um Polysulfid. Als Dichtmaterial kann auch ein Klebstoff verwendet werden, mittels welchem das Anbindungselement 20 mit dem Kunststoffteil 14 verklebt und somit stoffschlüssig verbunden ist. Dem Klebstoff kommt somit eine Doppelfunktion zu, da er sowohl das Anbindungselement 20 stoffschlüssig mit dem Kunststoffteil 14 verbindet als auch für eine Abdichtung des Anbindungselements 20 gegen das Kunststoffteil 14 gewährleistet. Dadurch ist eine korrosionsbeständige, mechanische und stabile Verbindung der Strebe 12 mit dem Kunststoffteil 14 unter Vermittlung des Anbindungselements 20 geschaffen. Dadurch, dass das Anlageteil 24 über seine Wandungen 34, 40, 43, 44, 46 am Kunststoffteil 14 abstützbar ist und somit flächig anliegen kann, ist eine sehr flächige und vorteilhafte Krafteinleitung vom Anbindungselement 20 in das Kunststoffteil 14 realisiert, welche auch hohe Belastungen schadfrei ertragen kann.
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Wie in Zusammenschau mit 4 und 5 erkennbar ist, ist das Dichtmaterial 42 vorzugsweise allumfangsseitig in Randbereichen 40 des Anbindungselements 20 vorgesehen, so dass das Anbindungselement 20 allumfangsseitig gegen das Kunststoffteil 14 abgedichtet ist.
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Die Versteifungsrippen 38 sind dabei gegenüber dem Anlageteil 24 zurückversetzt, um Bauraum zur Anordnung von Dichtmaterial 42 auch im Bereich der Versteifungsrippen 38 zu schaffen. Wie 3 zu entnehmen ist, kann das Anlageteil 24 das Anbindungsteil 22 und die Versteifungsrippe 38 in Längserstreckungsrichtung des Kunststoffteils 14 überragen, so dass sich das Anlageteil 24 in Längserstreckungsrichtung an das Anbindungsteil 22 und die Versteifungsrippe 38 anschließt. Dadurch kann das Anbindungselement 20 auch im Bereich der Versteifungsrippen 38 großflächig mit Dichtmaterial 42 versehen werden.
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Wie insbesondere anhand von 2 erkennbar ist, kann das Anbindungselement 20 zweiteilig ausgebildet sein und ein erstes Elementteil 48 und ein zweites Elementteil 50 umfassen, welche miteinander verbunden sind. Durch diese Zweiteiligkeit ist es möglich, dass das Anlageteil 24 das Kunststoffteil 14 über den überwiegenden Teil des Außenumfangs umgreift und dennoch besonders einfach montierbar ist, ohne das Anbindungselement 20 in Längserstreckungsrichtung des Kunststoffteils 14 auf dieses aufzustecken und entlang der Längserstreckung verschieben zu müssen. Vielmehr können die zunächst voneinander separaten Elementteile 48, 50 direkt in dem Bereich, in welchem das Anbindungselement 20 zu montieren ist, angeordnet und unter Ausbildung der Umgreifung miteinander verbunden werden. Die Elementteile 48, 50 bilden dabei jeweils teilweise das Anlageteil 24 und das Anbindungsteil 22. Im Gegensatz dazu kann das Anbindungselement 20 auch einstückig ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbindungsanordnung
- 12
- Strebe
- 14
- Kunststoffteil
- 16
- Hohlquerschnitt
- 18a–d
- Wandung
- 20
- Anbindungselement
- 22
- Anbindungsteil
- 24
- Anlageteil
- 26
- Seite
- 28
- Abstützfläche
- 30
- Durchgangsöffnung
- 32
- Mutter
- 34
- Wandung
- 36
- Eckbereich
- 38
- Versteifungsrippe
- 40
- Randbereich
- 42
- Dichtmaterial
- 43
- Wandung
- 44
- Wandung
- 46
- Wandung
- 48
- Elementteil
- 50
- Elementteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008060355 A1 [0002]
- DE 102007014116 A1 [0005]
