DE102012017347A1

DE102012017347A1 - Korrosionsgeschützte Verbindungsvorrichtung für ein FVK-Bauteil mit zumindest einem anderen Bauteil

Info

Publication number: DE102012017347A1
Application number: DE102012017347A
Authority: DE
Inventors: Tobias Hiermer; Christian Mildner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2013-03-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine korrosionsgeschützte Verbindungsvorrichtung (1) für zumindest ein FVK-Bauteil (2) mit zumindest einem anderen Bauteil (2'). Dabei weist das FVK-Bauteil (2) eine Durchgangsbohrung (21) und das andere Bauteil (2') eine Bohrung (21') auf. In die Durchgangsbohrung (21) ist von einer Oberseite (22) des FVK-Bauteils (2) eine Spannhülse gesteckt, die zumindest ein zylindrisches Verbindungselement (3) aufnimmt und die als eine Spann-Bundhülse (5) ausgebildet ist. In der Durchgangsbohrung (21) ist eine Isolator-Bundhülse (4) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff angeordnet, deren Bund (41) sich an der Oberseite (22) des FVK-Bauteils (2) abstützt und in der die Spann-Bundhülse (5) aufgenommen ist. Das Verbindungselement (3) weist einen Kopf (31) auf, der an einem Bund (51) der Spann-Bundhülse (5) abgestützt ist, wobei die Spann-Bundhülse (5) ein Schaftende (52) hat, mit dem sie an einem Anschlag (52') des anderen Bauteils (2') abgestützt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine korrosionsgeschützte Verbindungsvorrichtung für ein FVK-Bauteil mit zumindest einem anderen Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Faserverbundwerkstoffe finden im Kraftfahrzeugbau aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer vorteilhaften mechanischen Eigenschaften zunehmend Anwendung. Generell kommt es beim Einsatz von faserverstärkten Kunststoffbauteilen häufig zu Fügeverbindungen mit anderen Werkstoffen, beispielsweise Metallen bzw. metallischen oder metallhaltigen Verbindungselementen. Derartige Fügeverbindungen gestalten sich in der Regel sehr aufwändig, wenn etwa Formschlussstrukturen für eine Steckverbindung geschaffen werden müssen. Häufig werden auch Klebstoffe eingesetzt, um hybride Fügeverbindungen zu schaffen; allerdings ist eine Klebeverbindung nicht in allen Anwendungsbereichen geeignet, da sie nur eine beschränkte Festigkeit bietet und im Hinblick auf die Korrosion der metallischen Komponenten keine vollständig zufrieden stellende Lösung bietet.
Eisenhaltige metallische Verbindungselemente wie Schrauben oder Nieten weisen zwar bei üblichen Fügeverbindungen die gewünschte Betriebssicherheit auf, jedoch unterliegen sie bei der Befestigung von kohlefaserverstärkten Kunststoff-Bauteilen (CFK-Bauteile) infolge eines Kontaktes mit frei liegenden Fasern oder Faserabschnitten und unter Einwirkung von Feuchtigkeit, einer verstärkten Korrosion, so dass die Dauerhaltbarkeit der Verbindungselemente und damit der Fügeverbindungen deutlich herabgesetzt ist.
Die CFK-Bauteile bestehen aus Kohlefasern und einer Kunststoffmatrix, die meist als Epoxidharzsystem ausgeführt ist. Epoxidharze nehmen bis zu 3% Feuchtigkeit (Wasser) auf, wenn sie in dauerfeuchten Bereichen liegen, wobei die Feuchtigkeit im Werkstoff entlang der Faser-Matrix-Grenzfläche sowie im Harzsystem selbst diffundiert. Liegen dann metallische Komponenten, beispielsweise Verbindungselemente wie Schrauben, Nieten, oder andere Bauteile aus einem metallischen Werkstoff im oder am CFK-Bauteil an, findet, wenn durch die eindringende Feuchtigkeit ein Korrosionselement geschaffen wird, an den metallischen Komponenten massive Korrosion statt, da die Verstärkungsfasern, meistens Kohlefasern, im Vergleich zu Metallen sehr edel sind.
Darüber hinaus weisen Schraub- oder Nietverbindungen in oder an FVK-Bauteilen oft nachteilig ein zeit- und lastabhängiges Setzverhalten auf, das, wenn keine aktive Kompensation erfolgt, die Vorspannkraft der Schraub- bzw. Nietverbindung stark mindern kann, wodurch die dimensionierte Betriebskraft nicht mehr übertragbar sein kann. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten müssen daher Maßnahmen zum Vermeiden von Setzerscheinungen ergriffen werden.
Die DE 2004 045 845 B3 beschreibt eine Faserverbundstruktur mit einer Bolzenverbindung, die aus einem Faserverbundbauteil, das mit einem anderen Bauteil verbunden ist, besteht. In den Bauteilen liegen Durchgangsbohrungen vor, durch die jeweils ein Befestigungsbolzen gesteckt ist, wobei der Durchmesser der Durchgangsbohrungen größer ist als der Durchmesser der Befestigungsbolzen. Die Zwischenräume sind mit einem Futter, das auch aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, gefüllt, wobei der Faserverbundwerkstoff des Futters ein anisotroper Faserverbundwerkstoff ist, der in Belastungsrichtung ein geringes Elastizitätsmodul aufweist als das Faserverbundbauteil. Dabei ist die Herstellung des Futters aus einem Faserverbundwerkstoff sehr aufwändig und zudem muss beim Einpassen der Futter in die Durchgangsbohrungen aufgrund der Anisotropie des Faserverbundwerkstoffs auf die Orientierung geachtet werden. Zudem liegen an den Innenseiten der Durchgangsbohrungen Fasern frei, wodurch eine erhöhte Gefahr für Kontaktkorrosion besteht.
Ferner beschreibt die Offenlegungsschrift DE 10 2008 061 463 A1 eine Lasteinleitungseinrichtung für ein Strukturbauteil, das aus zwei Faserverbundbauteilen besteht. Dort ist an einen Faserverbundbauteil eine Lasteinleitungseinrichtung angebracht und zwischen den beiden Faserverbundbauteilen ein Einlegeteil aus einem anderen nicht metallischen Werkstoff, das die beiden Faserverbundbauteile verbindet und die die Lasteinleitung bzw. die Spannungsverteilung homogenisieren soll. Die Lasteinleitungseinrichtung ist dort in das Einlegeteil eingebettet und kann mit Hinterschnitten zur besseren Übertragung von Zugkräften ausgestattet sein. Ein derartiges Einlegeteil lässt sich aber nur bei bestimmten Strukturbauteilen, die zumindest einen offenen Hohlraum aufweisen, realisieren, wohingegen Strukturbauteile mit abgeschlossenen Hohlräumen und/oder plattenförmige Strukturbauteile nicht mit einer dort beschriebenen Lasteinrichtungseinrichtung ausgestattet werden können. Darüber hinaus offenbart die Offenlegungsschrift DE 195 06 933 A1 eine Hülse zum Einsetzen in ein Kunststoffbauteil, wobei durch die Hülse eine Schraube durchgesteckt werden kann und die Hülse als Lasteinleitungselement fungiert. Die Hülse weist einen höheren Elastizitätsmodul als der Kunststoff, in den sie eingesteckt ist, auf und kann vorteilhaft aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen, dessen Fasern entlang der Längsachse der Hülse orientiert sind. Alternativ kann die Hülse auch ein Gewinde aufweisen. Die Hülse als ein Lasteinleitungselement aus einem festen aber spröden Faserverbundwerkstoff weist ein wenig vorhersagbares Verhalten bei einer Überlastung auf, da ein Bruch spontan und ohne größere elastische Verformungen stattfindet. Ferner werden dort gegen ein Setzen, dem die Kunststoffmatrix unter der Schraubenkraft zwangsläufig unterliegt, keine Maßnahmen ergriffen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte korrosionsgeschützte Verbindungsvorrichtung für ein FVK-Bauteil mit zumindest einem anderen Bauteil bereitzustellen, die auch für plattenförmige Bauteile geeignet ist, keine Gefahr von Kontaktkorrosion birgt, ein gutartiges Verhalten bei einer Überlastung aufweist, für die Verbindung von Bauteilen mit abgeschlossenen Hohlräumen tauglich ist, Setzerscheinungen vermeidet und einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine korrosionsgeschützte Verbindungsvorrichtung für ein FVK-Bauteil mit zumindest einem anderen Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Eine erste Ausführungsform bezieht sich auf eine korrosionsgeschützte Verbindungsvorrichtung für zumindest ein FVK-Bauteil mit zumindest einem anderen Bauteil, wobei das FVK-Bauteil eine Durchgangsbohrung und das andere Bauteil eine Bohrung aufweist. Von einer Oberseite des FVK-Bauteils ist eine Spannhülse in die Durchgangsbohrung gesteckt, wobei die Spannhülse ein zylindrisches Verbindungselement aufnimmt. In der Durchgangsbohrung ist ferner eine Isolator-Bundhülse aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, die sich mit einem Bund an einer Oberseite des FVK-Bauteils abstützt, angeordnet, die die Spannhülse aufnimmt. Die Spannhülse ist erfindungsgemäß als eine Spann-Bundhülse ausgebildet. Das Verbindungselement stützt sich mit seinem Kopf am Bund der Spann-Bundhülse ab, während sich die Spann-Bundhülse an ihrem Schaftende an einem Anschlag des anderen Bauteils abstützt, wodurch die von der Spann-Bundhülse aufgenommene und vom Verbindungselement eingeleitete (Klemm-)Kraft auf das andere Bauteil übertragen werden kann. Mittels der Klemmkraft kann über den Fügespalt eine Querkraft übertragen werden Es können mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung aber auch mehr als zwei Bauteile verbunden werden, beispielsweise drei oder noch mehr übereinanderliegende plattenförmige FVK- oder andere Bauteile.
Die Spann-Bundhülse schützt das FVK-Bauteil vor Beschädigungen, die sonst durch eine zu hoch eingestellte Klemmkraft entstehen könnten, da ein FVK-Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff mit gerichteten Verstärkungsfasern nur in Faserrichtung eine erhöhte Festigkeit bzw. einen erhöhten integralen Elastizitätsmodul aufweist, während andere Richtungen nur eine geringfügig höhere Festigkeit als die Matrix aufweisen. Die Isolator-Bundhülse schützt die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung vor Korrosion, indem ein direkter Kontakt von in der Durchgangsbohrung offenliegenden Verstärkungsfasern und dem, in der Regel metallischen, Verbindungselement entgegengewirkt wird. Auf diese Weise kann kein korrosionsförderndes Lokalelement entstehen.
Bei dem anderen Bauteil kann es sich beispielsweise um ein metallisches Bauteil oder ein Kunststoffbauteil handeln; das weitere Bauteil kann ferner ebenfalls ein FVK-Bauteil sein.
Die Isolator-Bundhülse muss nicht als ein „massives” Bauteil ausgebildet sein, sondern kann auch als eine Isolierschicht auf die Mantelfläche der Durchgangsbohrung des FVK-Bauteils aufgebracht oder als eine Isolierfolie darin eingelegt sein. Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Isolier-Bundhülse zur Erfüllung ihrer Aufgabe aus einem Werkstoff besteht, der ein höheres Elastizitätsmodul als die Matrix des FVK-Bauteils hat, wobei das Elastizitätsmodul nicht so hoch sein soll, wie das des FVK-Bauteils in Faserrichtung. Dadurch kann ein gutmütiges Verhalten bei der Krafteinleitung und vor Allem bei einer Überlastung erreicht werden, da sich in diesem Fall zunächst die Isolier-Bundhülse elastisch verformen kann, d. h., die Verbindungsvorrichtung als Ganzes in gewissen Grenzen eine elastische Verbindung bildet. Außerdem sollte der Werkstoff so beschaffen sein, dass er möglichst wenig Wasser aufnimmt. Hierzu bieten sich beispielsweise PP, PE oder PTFE an.
Durch den Einsatz einer Spann-Bundhülse, deren Bund sich auf der Oberseite des FVK-Bauteils abstützt kann die von dem Verbindungselement ausgeübte Klemmkraft, die in Richtung seiner Längsachse wirkt, auf eine Fläche, die größer als der eigentliche Kopf des Verbindungselements ist verteilt werden, wodurch Setzerscheinungen vermindert oder ganz beseitigt werden. Unter zu starker Druckbelastung neigt die Kunststoff-Matrix des FVK-Bauteils sonst zum Kriechen. Ferner eignen sich sowohl die Isolier-Bundhülse als auch die Spann-Bundhülse für die automatisierte Massenproduktion, wodurch diese sehr kostengünstig herstellbar sind und nicht aus einem Faserverbundwerkstoff mit einer anderen Faserausrichtung händisch hergestellt und, aufgrund der Anisotropie des Werkstoffs, fehleranfällig positioniert werden müssen. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung auch für plattenförmige Bauteile und sogar für Bauteile mit geschlossenen Hohlräumen verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Bohrung im anderen Bauteil eine Durchgangsbohrung, ein Durchgangsgewinde oder ein Gewindesackloch sein, die bzw. das konzentrisch zur Durchgangsbohrung im FVK-Bauteil ausgerichtet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Isolator-Bundhülse in die Durchgangsbohrung des FVK-Bauteils eingepresst sein.
Die Ausführungsform mit einer Durchgangsbohrung im anderen Bauteil ist vorteilhaft, wenn das andere Bauteil auch ein FVK-Bauteil ist, in das kein Gewinde geschnitten werden kann, während eine Ausführungsform mit Durchgangsgewinde oder Gewindesackloch sich für ein anderes Bauteil aus Metall eignet, da dann auf einfache Art und kostengünstig ein Gewinde hergestellt werden kann. Ist die Isolator-Bundhülse in der Durchgangsbohrung des FVK-Bauteils verpresst, so ergibt sich der Vorteil, dass zwischen der Mantelfläche der Durchgangsbohrung und der Isolier-Bundhülse zusätzliche Kräfte mittels Kraftschluss übertragbar sind, während zwischen dem Bund der Isolator-Bundhülse und der Oberseite ein Formschluss vorliegt.
Ferner kann die Spann-Bundhülse aus einem metallischen Werkstoff bestehen und alternativ oder zusätzlich das Verbindungselement aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sein, vorteilhafterweise einem korrosionsresistenten metallischen Werkstoff, noch vorteilhafterweise aus Titan oder einem Chrom-Nickel Stahl. Die Isolator-Bundhülse kann darüber hinaus aus einem Kunststoff, der einen geringeren Elastizitätsmodul als das FVK-Bauteil aufweist, besonders bevorzugt aus Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) oder Polytetrafluorethylen (PTFE) oder – weniger bevorzugt – auch aus Polyoxymethylen (POM), bestehen.
Mit einem geringeren Elastizitäsmodul als das FVK-Bauteil ist hier das Elastizitätsmodul des FVK-Bauteils in Faserrichtung gemeint. Eine Isolator-Bundhülse aus einem solchen Werkstoff kann vorteilhaft dafür sorgen, dass die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung ein gutmütiges Verhalten bei einer Überlastung aufweist, da zunächst die Isolator-Bundhülse elastisch verformt wird und dadurch auch stoßartig auftretende Belastungen gedämpft werden können. Die Verwendung eines korrosionsresistenten Werkstoffs für die Schraube und/oder für die Spann-Bundhülse kann vorteilhaft sein, wenn die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung im Freien oder unter korrosionsbegünstigenden Bedingungen eingesetzt werden soll. Polyoxymethylen (POM) weist ferner eine hohe Temperaturbeständigkeit bis 130°C auf, wodurch die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung auch in thermisch hochbelasteten Umgebungen, wie einem Kraftfahrzeug-Motorraum, verwendet werden kann, und hat in Verbindung mit einer Vielzahl von Reibpartnern einen vergleichsweise geringen Reibungskoeffizient, was bei dem Einpressen der Hülse in das FVK-Bauteil oder beim Einführen der Spann-Bundhülse vorteilhaft sein kann.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform ragt das Verbindungselement durch die Durchgangsbohrungen des FVK-Bauteils und des anderen Bauteils und ist mit einem Gegen-Verbindungselement verbunden, das an einer dem FVK-Bauteil abgewandten Oberfläche des anderen Bauteils anliegt, was vorteilhaft ist, wenn es sich bei dem anderen Bauteil um ein Bauteil aus einem Werkstoff handelt, in den nur mit erhöhtem Aufwand ein Gewinde eingebracht werden kann, oder es konstruktive bzw. bauraummäßige Randbedingungen erfordern. Ferner können so auch dünne Bauteile mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung verbunden werden, was z. B. mit einem geschnittenen Gewinde nicht möglich wäre.
Alternativ kann das Verbindungselement auch zumindest mit einem endseitigen Abschnitt seines Schafts in die Durchgangsbohrung des anderen Bauteils eingesteckt sein, wobei das Verbindungselement in der Durchgangsbohrung des anderen Bauteils mit dem anderen Bauteil verbunden ist.
Hierbei ist es erfindungsgemäß nicht nur möglich, dass es sich bei der Verbindung des Verbindungselements in dem anderen Bauteil um ein Gewindesackloch handelt, sondern es ist auch denkbar, dass die Verbindung eine Pressverbindung, eine Klemmverbindung oder eine formschlüssige Verbindung ist. Zur Realisierung dieser Ausführungsform ist zu beachten, dass das andere Bauteil eine von seinem Elastizitäsmodul und seinem Haftreibungskoeffizient in Reibpaarung und eventuell anderen Parametern abhänge Mindestdicke aufweisen sollte.
Alternativ oder zusätzlich kann der Anschlag ein dem Schaftende der Spann-Bundhülse gegenüberliegendes Schaftende einer anderen Spann-Bundhülse, die von einer dem FVK-Bauteil abgewandten Oberfläche des anderen Bauteils in die Durchgangsbohrung des anderen Bauteils gesteckt ist, gebildet sein, wodurch die beiden Spann-Bundhülsen Schaftende an Schaftende vorliegen. Darüber hinaus kann in der Durchgangsbohrung des anderen Bauteils eine andere Isolator-Bundhülse vorliegen, die die andere Spann-Bundhülse aufnimmt und die vorteilhaft in die Durchgangsbohrung des anderen Bauteils eingepresst sein kann. Die beiden Isolator-Bundhülsen können auch an ihren schaftseitigen Enden aneinander stoßen.
Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Länge der Isolier-Bundhülse größer als die eigentliche Länge der Durchgangsbohrungen, die sich aus der Dicke der Bauteile ergibt, ist, da somit beim Aufbringen der Klemmkraft durch das Verbindungselement die Isolier-Bundhülse verquetscht werden kann, wodurch sich resultierend aus einer Querdehnung eine Klemmung an der Mantelfläche der Durchgangsbohrungen ergibt. Ferner können Spann-Bundhülsen in beliebigen Durchmessern hergestellt werden oder während der Fertigung auf eine geeignete Länge gebracht werden, wodurch sich Bauteile nahezu beliebiger Dicke verbinden lassen und die Spann-Bundhülsen kostengünstig herstellbar sind. Der Einsatz von Durchgangsbohrungen anstelle von Sacklöchern trägt ferner dazu bei, Kosten zu reduzieren.
Des Weiteren kann der Anschlag durch einen dem FVK-Bauteil zugewandten Oberflächenabschnitt des anderen Bauteils, der radial in die Durchgangsbohrung des FVK-Bauteils einsteht, gebildet sein oder durch eine dem anderen Bauteil zugewandte Fläche des Gegen-Verbindungselements gebildet sein, wobei sich die Spann-Bundhülse über die komplette Länge der Durchgangsbohrungen des FVK-Bauteils und des anderen Bauteils erstreckt.
Der entsprechende Oberflächenabschnitt befindet sich hierbei in dem Fügespalt zwischen dem FVK-Bauteil und dem anderen Bauteil. Da die Durchgangsbohrungen in der Regel einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen werden, kann die Durchgangsbohrung des anderen Bauteils einfach mit einem kleineren Durchmesser als die Durchgangsbohrung des FVK-Bauteils, bevorzugt um einen Betrag kleiner der der doppelten Wandstärke der Spann-Bundhülse entspricht, ausgeführt werden, wodurch sich ein geeigneter Anschlag für die Spann-Bundhülse ergibt. Diese Ausführungsform ist gut geeignet für ein anderes Bauteil, das aus Metall besteht, wobei hier grundsätzlich auch wieder eine Durchgangsbohrung oder ein Gewindesackloch im anderen Bauteil zum Einsatz kommen können. Handelt es sich bei dem anderen Bauteil um ein Bauteil aus FVK, so ist zu beachten, dass die Fasern im Bereich der Verbindung idealerweise in Richtung der Klemmkraft, d. h. parallel zur Längsachse des Verbindungselements, ausgerichtet sein sollten. Zusätzlich kann auch eine Unterlegscheibe aus einem metallischen Werkstoff in dem Bereich um die Durchgangbohrung des anderen Bauteils eingelassen sein um Setzerscheinungen, die ansonsten auftreten können, zu vermeiden.
Ist der Anschlag durch eine dem anderen Bauteil zugewandte Fläche des Gegen-Verbindungselements gebildet, so kann die Spann-Bundhülse ganz durch die Durchgangsbohrungen in dem FVK-Bauteil und dem anderen Bauteil gesteckt werden. Es ist somit vorteilhaft möglich beide Bohrungen mit dem gleichen Durchmesser auszuführen und es können auf diese Weise auch andere Bauteile, die dünne Platten sind, verbunden werden.
Das Verbindungselement kann ferner eine Schraube sein bzw. das Gegen-Verbindungselement eine Mutter, oder es handelt sich um Niete und Nietkopf oder etwa um Zugfeder und Kopf. Durch die Verwendung einer Schraube als Verbindungselement ist die Verbindungsvorrichtung lösbar, wodurch beispielsweise einfach Wartungsarbeiten am Fügespalt ausgeführt werden können, und die Klemmkraft sehr genau eingestellt bzw. nachgestellt werden kann. Darüber hinaus können als Schrauben standardisierte Schraubentypen eingesetzt werden, wodurch eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung kostengünstig herzustellen ist.
Des Weiteren kann der Durchmesser des Bundes der Spann-Bundhülse größer sein als der Durchmesser des Kopfes des Verbindungselements und/oder der Durchmesser des Bundes der Isolator-Bundhülse kleiner sein als der Durchmesser des Bundes der Spann-Bundhülse.
Durch die „Abstufung” der Durchmesser der Bunde von Isolator-Bundhülse, Spann-Bundhülse und Kopf des Verbindungselements ergibt sich die bereits beschriebene vorteilhafte Wirkung, die dem Setzen entgegen wirkt. Hierbei wird die Kraft vom Schraubenkopf zunächst in den Bund der Spann-Bundhülse geleitet und von dort in den Bund der Isolator-Bundhülse, die wiederum auf der Oberfläche des FVK-Bauteils anliegt. Es ist, um das Setzen effektiv zu vermeiden lediglich darauf zu achten, dass die Isolator-Bundhülse aus einem Werkstoff besteht, der nicht über eine Kriechneigung verfügt und dessen Elastizität und Festigkeit zur Einstellung der vorbestimmten Klemmkraft geeignet ist.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitende Figur dargelegt. Der Bezug auf die Figur in der Beschreibung dient dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figur ist lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Dabei zeigen:
1 Ein Längsschnitt durch eine Verbindungsvorrichtung.
Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung 1 weist ein plattenförmiges FVK-Bauteil 2 auf, das an einem Fügespalt mit einem anderen ebenfalls plattenförmigen Bauteil 2' verbunden ist. Das andere Bauteil 2' kann auch ein FVK-Bauteil sein, was nicht figurativ dargestellt ist. In dem FVK-Bauteil 2 und dem anderen Bauteil 2' liegen jeweils Durchgangsbohrungen 21, 21' vor, wobei in die Durchgangsbohrungen 21, 21' jeweils von den Außenflächen der Bauteile 2, 2' her eine Isolator-Bundhülse 4, 4' eingeführt ist, die sich mit ihrem Bund 41 auf der Oberfläche des FVK-Bauteils 2 bzw. des anderen Bauteils 2' abstützt. Von der Isolator-Bundhülse 4, 4' ist jeweils eine Spann-Bundhülse 5, 5' aufgenommen, wobei sich die Spann-Bundhülse 5, 5' mit ihrem Bund 51 jeweils auf dem Bund 41 der Isolator-Bundhülse 4, 4' abstützt. Die Spann-Bundhülse 4, die von der Oberseite 22 des FVK-Bauteils 2 in die Durchgangsbohrung 21 eingeführt ist, nimmt ihrerseits eine Schraube 3 auf, die komplett durch die Durchgangsbohrungen 21, 21' gesteckt ist und auf deren Ende eine Mutter 3' aufgeschraubt ist, die an der dem FVK-Bauteil 2 abgewandten Oberfläche 22' des anderen Bauteils 2' anliegt, während der Schraubenkopf 31 auf dem Bund 51 der Spann-Bundhülse 5 anliegt. Die von der Schraube 3 und der Mutter 3' ausgeübte Klemmkraft wird hierbei indirekt über die Spann-Bundhülsen 5, 5' und die Isolator-Bundhülsen 4, 4' in das FVK-Bauteil 2 und das andere Bauteil 2' eingeleitet, wobei die Auflagefläche der Isolator-Bundhülsen 4, 4' auf den Oberflächen 22, 22' der Bauteile 2, 2' im Vergleich mit der Unterkopffläche des Schraubenkopfs 31 groß ist, wodurch Setzerscheinungen infolge der Kriechtendenz der Kunststoff-Matrix des FVK-Bauteils 2 weitgehend vermieden werden können.
Die Isolator-Bundhülsen 4,4, die aus einem Werkstoff, der ein elektrischer Isolator ist, bestehen, sorgen dafür, dass in den Durchgangsbohrungen 21, 21' freiliegende Verstärkungsfasern, die elektrisch leitend und edel sind, nicht in Kontakt mit der metallischen Schraube 3 kommen und so Kontaktkorrosion auslösen können. Ferner dichten die Isolator-Bundhülsen 4, 4' die Verbindungsvorrichtung 1 auch effektiv gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen, die Korrosionsprozesse begünstigen, ab. Hierbei sind Isolator-Bundhülsen 4, 4' aus einem Werkstoff mit einem kleineren Elastizitätsmodul als das FVK-Bauteil 2 vorteilhaft, da sich diese dann leicht verquetschen lassen um eine Abdichtung herzustellen. Ferner erlauben es Isolator-Bundhülsen 4, 4' aus einem solchen Werkstoff die Elastizität der Verbindungsvorrichtung 1 einzustellen und somit für ein gutmütiges Verhalten bei einer stoßartigen Belastung bzw. kurzzeitigen Überlastung zu sorgen.
Von der Oberfläche des FVK-Bauteils 2 her ist die Spann-Bundhülse 5 in die Isolator-Bundhülse 4 eingeführt, wobei die Spann-Bundhülse 5 vorteilhaft aus einem korrosionsresistenten metallischen Werkstoff wie einem Chrom-Nickel Stahl oder Titan besteht. An einem Anschlag 52', der hier durch das Schaftende 42' einer anderen Spann-Bundhülse 4', die von der dem FVK-Bauteil 2 abgewandten Oberfläche 22' des anderen Bauteils 2' in die Durchgangsbohrung 21' eingeführt ist, gebildet ist, liegt das Schaftende 53 der Spann-Bundhülse 5 an. Da die Spann-Bundhülsen 5, 5' aus einem metallischen Werkstoff bestehen, verhindern sie das Aufbringen einer zu hohen Klemmkraft durch die Schraube 3 durch eine „Klemmwegbegrenzung”, wodurch eine Schwächung des FVK-Bauteils 2 durch eine zu hohe Klemmkraft vermieden werden kann. Ferner können die Isolator-Bundhülsen 4, 4' so konstruiert sein, dass sie in einem nicht mit der Klemmkraft beaufschlagten Zustand leicht über die Außenflächen der Bauteile 2, 2' ragen und sich erst unter Klemmkrafteinwirkung an die Oberflächen 22, 22' anlegen. Dadurch findet eine Querdehnung statt, die die Isolator-Bundhülsen 4, 4' in den Durchgangsbohrungen 21, 21' verklemmt, wodurch eine zusätzliche Abdichtung und Kraftübertragung ermöglicht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2004045845 B3 [0006]
DE 102008061463 A1 [0007]
DE 19506933 A1 [0007]

Claims

Korrosionsgeschützte Verbindungsvorrichtung (1) für zumindest ein FVK-Bauteil (2) mit zumindest einem anderen Bauteil (2'), wobei das FVK-Bauteil (2) eine Durchgangsbohrung (21) und das andere Bauteil (2') eine Bohrung (21') aufweist, wobei in die Durchgangsbohrung (21) von einer Oberseite (22) des FVK-Bauteils (2) eine Spannhülse gesteckt ist, die zumindest ein zylindrisches Verbindungselement (3) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse eine Spann-Bundhülse (5) ist und in der Durchgangsbohrung (21) eine Isolator-Bundhülse (4) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff angeordnet ist, deren Bund (41) sich an der Oberseite (22) des FVK-Bauteils (2) abstützt und in der die Spann-Bundhülse (5) aufgenommen ist, wobei das Verbindungselement (3) einen Kopf (31) aufweist, der an einem Bund (51) der Spann-Bundhülse (5) abgestützt ist, und wobei die Spann-Bundhülse (5) ein Schaftende (52) hat, mit dem sie an einem Anschlag (52') des anderen Bauteils (2') abgestützt ist.
Korrosionsgeschützte Verbindungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (21') eine Durchgangsbohrung (21'), ein Durchgangsgewinde oder ein Gewindesackloch ist, wobei die Durchgangsbohrung (21) des FVK-Bauteils (2) und die Durchgangsbohrung (21'), das Durchgangsgewinde oder das Gewindesackloch des anderen Bauteils (2') konzentrisch ausgerichtet sind.
Korrosionsgeschützte Verbindungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolator-Bundhülse (4) in die Durchgangsbohrung (21) des FVK-Bauteils (2) eingepresst ist.
Korrosionsgeschützte Verbindungsvorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die Spann-Bundhülse (5) aus einem metallischen Werkstoff besteht, – das Verbindungselement (3) aus einem metallischen Werkstoff, bevorzugt einem korrosionsresistenten metallischen Werkstoff, besonders bevorzugt aus Titan oder einem Chrom-Nickel Stahl, besteht und/oder – die Isolator-Bundhülse (4) aus einem Kunststoff, der einen geringern Elastizitätsmodul als das FVK-Bauteil aufweist, bevorzugt aus PP, PE oder PTFE besteht.
Verbindungsvorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) durch die Durchgangsbohrungen (21, 21') des FVK-Bauteils (2) und des anderen Bauteils (2') ragt und mit einem Gegen-Verbindungselement (3') verbunden ist, das an einer dem FVK-Bauteil (2) abgewandten Oberfläche (22') des anderen Bauteils (2') anliegt.
Verbindungsvorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) zumindest mit einem endseitigen Abschnitt seines Schafts in die Bohrung (21') des anderen Bauteils eingesteckt ist, wobei das Verbindungselement (3) in der Bohrung (21') des anderen Bauteils (2') mit dem anderen Bauteil (2') verbunden ist.
Verbindungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass – der Anschlag (52') durch ein dem Schaftende (53) der Spann-Bundhülse (5) gegenüberliegendes Schaftende (53') einer anderen Spann-Bundhülse (5'), die von einer dem FVK-Bauteil (2) abgewandten Oberfläche (22') des anderen Bauteils (2') in die Durchgangsbohrung (21') des anderen Bauteils (2') gesteckt ist, gebildet ist und/oder – in der Durchgangsbohrung (21') des anderen Bauteils (2') eine andere Isolator-Bundhülse (4') vorliegt, die die andere Spann-Bundhülse (5') aufnimmt und die bevorzugt in die Durchgangsbohrung (21') des anderen Bauteils (2') eingepresst ist, wobei die Isolator-Bundhülse (4) und die andere Isolator-Bundhülse (4') an ihren schaftseitigen (42, 42') Enden aneinander stoßen.
Verbindungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (52') – durch einen dem FVK-Bauteil (2) zugewandten Oberflächenabschnitt des anderen Bauteils (2'), der radial in die Durchgangsbohrung (21) des FVK-Bauteils (2) einsteht, gebildet ist oder – durch eine dem anderen Bauteil (2') zugewandte Fläche des Gegen-Verbindungselements (3') gebildet sein, wobei sich die Spann-Bundhülse (5) über die komplette Länge der Durchgangsbohrungen (21, 21') des FVK-Bauteils (2) und des anderen Bauteils (2') erstreckt.
Verbindungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) bzw. das Gegen-Verbindungselement (3') – eine Schraube (3) bzw. Mutter (3'), – eine Niete bzw. ein Nietkopf, – eine Zugfeder bzw. ein Kopf, ist
Korrosionsgeschützte Verbindungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Bundes (51) der Spann-Bundhülse (5) größer als der Durchmesser des Kopfes (31) des Verbindungselements (3) ist und/oder der Durchmesser des Bundes (41) der Isolator-Bundhülse (4) kleiner ist als der Durchmesser des Bundes (51) der Spann-Bundhülse (5).