DE102012202045A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden eines Verbund- und Metall-Materials - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden eines Verbund- und Metall-Materials Download PDF

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbinden eines Verbundes und eines metallischen Materials offenbart, welche bzw. welches in stabiler Weise eine Verbund- und eine Metall-Platte verbinden kann, während die Verbindungsstärke davon verbessert ist. Die Vorrichtung umfasst ein Befestigungsende, welches in der Mitte der Endfläche des ersten Verbindungsendes des Verbundes gebildet ist, um sich in integraler Weise davon zu erstrecken, und einen Befestigungsschlitz, welcher in der Mitte der Endfläche des zweiten Verbindungsendes des metallischen Materials gebildet ist. Das Befestigungsende des Verbundes ist eingepasst in und befestigt mit dem Befestigungsschlitz des metallischen Materials, wobei eine Schraubenmutter entlang der Dickenrichtung eingefügt ist durch das eingepasste und befestigte Teil hindurch zwischen dem Befestigungsende und dem Befestigungsschlitz, und wobei ein Bolzengewinde eingepasst ist in und befestigt ist mit der Schraubenmutter.

Description

  • Hintergrund
  • (a) Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbinden eines Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbund- und eines Metall-Materials. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbinden eines Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbund- und eines Metall-Materials, welche bzw. welches in stabiler Weise eine Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbund- und eine Metall-Platte verbinden kann, während die Verbindungsstärke davon verbessert wird.
  • (b) Stand der Technik
  • Eine herkömmliche Verbindung zwischen einem Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbund- und einem Metall-Material kann unterteilt werden in i) einschnittig überlappte Verbindungen, ii) doppelt überlappte Verbindungen, und iii) Verbindungen mit Befestigungen oder dergleichen gemäß der Gestalt der Verbindung. Bei solchen Verbindungen wird ein Klebstoff- bzw. Klebemittel-Verbindungs-Verfahren sowie ein Hybrid-Verbindungsverfahren und eine Verwendung eines Klebstoffes und Befestigungsbolzen gleichermaßen angewendet.
  • Die einschnittig überlappte Verbindung ist ein Verfahren zum Überlappen eines Endes eines Kohlenstofffaser-Verbundmaterials und eines Endes eines metallischen Materials und dann Verbinden der Enden mit einem Klebstoff oder einem Befestigungsbolzen/einer Mutter, wie in 5 dargestellt ist. Die doppelt überlappte Verbindung ist ein Verfahren zum Anordnen eines Kohlenstofffaser-Verbundmaterials und eines metallischen Materials auf eine solche Art und Weise, dass die Enden davon einander gegenüberstehen, wobei Kohlenstoff-Verbundmaterialien an den oberen und unteren Enden davon hinzugefügt werden, wobei die Kohlenstoff-Verbundmaterialien mit den Enden mit Klebstoff verbunden werden, wie in 6 dargestellt ist. Die Verbindung mit Befestigungen ist ein Verfahren des Überlappens und Verbindens der Enden eines Kohlenstofffaser-Verbundmaterials und eines metallischen Materials mit einem Klebstoff, Hinzufügen von Verstärkungsplatten an den oberen und unteren Enden davon, und Verbinden der Verstärkungsplatten mit den Enden mit einem Klebstoff oder einem Befestigungsbolzen/einer Mutter, wie in 7 dargestellt ist.
  • Jedoch weisen die herkömmlichen oben beschriebenen Verbindungsverfahren allgemein einen Nachteil dahingehend auf, dass die Verbindungsstärke gering ist, da Spannungen an dem Verbindungspunkt zwischen den Enden des Kohlenstofffaser-Verbundmaterials und des metallischen Materials verstärkt auftreten bzw. konzentriert sind. Das heißt, wie anhand der umkreisten Teile in 8 und 9 gesehen werden kann, welche die mechanischen Spannungsverteilungs-Kurven von einschnittig überlappten und doppelt überlappten Verbindungsverfahren darstellen, die einschnittig überlappten und doppelt überlappten Verbindungsverfahren weisen jeweils eine Konzentration von Ablösespannungen auf, welche an dem Verbindungspunkt zwischen den Enden des Kohlenstofffaser-Verbundmaterials und des metallischen Materials vorhanden sind, wobei aufgrund einer solchen Spannungskonzentration die Verbindungsstärke der unterschiedlichen Materialien reduziert ist.
  • Bei Betrachtung der oben erwähnten Nachteile ist es möglich, die Verbindungsstärke durch Hinzufügen von Verstärkungen, wie zum Beispiel eines Befestigungsbolzen/einer Mutter oder einer oder mehrerer Verstärkungsplatten, an den Verbindungsteilen zu erhöhen, welche durch die einschnittig überlappten und doppelt überlappten Verbindungsverfahren gebildet werden, in welchen die Verstärkungen als eine Art Sicherheitsmittel (eine Ausfallsicherung-Struktur) dient, welche abrupte Brüche verhindert. Jedoch verbessert das Anbringen der oben erwähnten Verstärkungen die Spannungskonzentration nicht in bedeutendem Maße.
  • Das heißt, die Kombination von Befestigungsbolzen/Mutter beispielsweise, welche eine Art von Verstärkung ist, hat einen Nachteil dahingehend, dass, da der Kopf und die Gewindegänge des Befestigungsbolzens in Kontakt mit dem Kohlenstofffaser-Verbundmaterial sind und keine übermäßig hohe Belastbarkeit bei Ausübung einer Druckkraft aufweisen, Brüche durch das Kohlenstofffaser-Verbundmaterial ausgelöst werden können.
  • Zusätzlich wird bei den oben erwähnten Verbindungsverfahren, da die Enden des Kohlenstofffaser-Verbundmaterials und des metallischen Materials miteinander bei verschiedenen Höhen überlappt sind, das Verbindungsteil nicht als etwas äußerlich natürliches betrachtet. Daher ist der ästhetische Anschein in bedeutendem Maße vermindert.
  • Die oben offenbarte Information in diesem Hintergrund-Abschnitt dient lediglich zur Erweiterung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und kann daher Information enthalten, welche nicht den Stand der Technik bildet, welcher einem lokalen durchschnittlichen Fachmann bereits bekannt ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbinden eines Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes und eines metallischen Materials bereit, welche bzw. welches eine Verbindungsstärke und -stabilität mit Hilfe eines wirksamen Verbindungs-Aufbaus zum Verbinden eines Verbundes erhöhen kann, zum Beispiel eine Kohlenstofffaser-/Polymer- sowie eine metallische Platte, und kann eine äußerlich natürlich aussehende Verbindungsform bereitstellen.
  • Unter einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Verbinden eines ersten Verbindungsendes bereit, welches ein Ende eines Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes ist, und zwar mit einem zweiten Verbindungsende, welches ein Ende eines metallischen Materials ist, wobei die Vorrichtung umfasst: Ein Befestigungsende, welches in der Mitte der Endfläche des ersten Verbindungsendes des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes gebildet ist, um sich in integraler Weise davon zu erstrecken; und einen Befestigungsschlitz, welcher in der Mitte der Endfläche des zweiten Verbindungsendes des metallischen Materials gebildet ist. Das Befestigungsende des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes wird eingebracht und befestigt in dem Befestigungsschlitz des metallischen Materials, eine Schraubenmutter wird entlang der Dickenrichtung durch das Verbindungsteil hindurch zwischen dem Befestigungsende und dem Befestigungsschlitz eingefügt, und ein Gewindebolzen wird in Eingriff gebracht und verbunden mit der Schraubenmutter.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform sind das Befestigungsende des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes und der Befestigungsschlitz miteinander durch einen Klebstoff verbunden.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Endfläche des ersten Verbindungsendes des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes mit einer Neigung unter einem vorgegebenen Winkel (ϑ) zu dem Befestigungsende ausgebildet, wobei die Endfläche des zweiten Verbindungsendes ebenso mit einer Neigung hin zu dem Befestigungsschlitz unter dem gleichen Winkel (ϑ) ausgebildet ist.
  • In einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Endfläche des ersten Verbindungsendes des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes mit einer Neigung hin zu dem Befestigungsende unter einem Winkel im Bereich von 45° ≤ ϑ < 90° ausgebildet, wobei die Endfläche des zweiten Verbindungsendes des metallischen Materials ebenso mit einer Neigung unter einem Winkel im Bereich von 45° ≤ ϑ < 90° ausgebildet ist.
  • Unter einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Verbindungsendes bereit, welches ein Ende eines Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes ist, und zwar mit einem zweiten Verbindungsende, welches ein Ende eines metallischen Materials ist, wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines Befestigungsendes in der Mitte der Endfläche des ersten Verbindungsendes des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes, um sich davon in integraler Weise zu erstrecken, und Bilden eines Befestigungsschlitzes in der Mitte der Endfläche des zweiten Verbindungsendes des metallischen Materials. Das erste Verbindungsende des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes einschließlich des Befestigungsendes, und das zweite Verbindungsende des metallischen Materials einschließlich des Befestigungsschlitzes werden dann gereinigt und ein Silan-Primer wird auf der Oberfläche des gereinigten Befestigungsschlitzes aufgebracht. Als Nächstes wird ein Klebstoff auf dem mit dem Silan-Primer bedeckten Befestigungsschlitz und dem Befestigungsende aufgebracht, und dann miteinander in Eingriff gebracht, um das Befestigungsende in dem Befestigungsschlitz zu befestigen. Eine Schraubenmutter wird entlang der Dickenrichtung durch das Verbindungsteil hindurch zwischen dem Befestigungsende und dem Befestigungsschlitz eingefügt. Schließlich wird ein Gewindebolzen in Eingriff mit der Schraubenmutter gebracht, und der Klebstoff wird in einem Ofen ausgehärtet.
  • In einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform wird der Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbund durch Mischen von sich kontinuierlich erstreckenden Kohlenstofffasern und einem Epoxidharz gebildet, wobei das metallische Material aus einem Aluminium-Material gebildet wird.
  • In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Klebstoff eine Mischung, welche durch Mischen eines DGEBA (Diglycidyl-Äther von Bisphenol-A)-Kunstharzes und eines Amin-Härters in einem Gewichtsverhältnis von 100:25 gebildet wird.
  • Durch die oben erwähnten Merkmale stellt die vorliegende Erfindung folgende Eigenschaften bereit.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind, um einen Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbund und ein metallisches Material zu verbinden, die Gestalt jedes Verbindungsendes des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes und des metallischen Materials als eine praktische Verbundstruktur ausgebildet, wobei die Verbindungsenden des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes und des metallischen Materials miteinander durch einen ersten Verbindungsschritt zum in Eingriffbringen und Befestigen der Verbindungsenden miteinander unter Verwendung eines Klebstoffes verbunden werden, und durch einen zweiten Verbindungsschritt unter Verwendung einer Schraubenmutter und eines Gewindebolzens, wodurch die Verbindungsstärke zwischen dem Verbund und dem metallischen Material in stabiler Weise verbessert werden kann, weshalb es möglich ist, die Verbindungsstärke zwischen dem Verbund und dem metallischen Material von einem aufgrund der Konzentration von durch Demontage bedingten Verschleiß und Scher-Spannungen abzuhalten.
  • Zusätzlich kann, da das Verbindungsteil zwischen dem Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbund und dem metallischen Material einen linearen Aufbau bildet, das Verbindungsteil in einfacher Weise gebildet werden, wodurch es hinsichtlich seiner ästhetischen äußeren Erscheinung verbessert wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die obigen und weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun detailliert mit Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon erläutert, welche in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind, welche hiernach lediglich der Veranschaulichung dienen, und deshalb die vorliegende Erfindung nicht beschränken sollen, und wobei:
  • 1 eine Querschnittsansicht ist, welche eine Vorrichtung zum Verbinden eines Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes und eines metallischen Materials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2A und 2B Querschnittsansichten sind, welche eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer herkömmlichen Verbindungsvorrichtung im Vergleich zeigen;
  • 3 und 4 Kurven sind, welche Ergebnisse von Spannungs-Konzentrations- und Scher-Spannungs-Tests der erfindungsgemäßen Vorrichtung und einer Vergleichs-Verbindungsvorrichtung zeigen;
  • 5 bis 7 schematische Ansichten sind, welche herkömmliche Verbindungsvorrichtungen zeigen; und
  • 8 und 9 Kurven sind, welche die Spannungs-Verteilungen für herkömmliche Verbindungsvorrichtungen beschreiben.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, so dass der Fachmann die Erfindung in einfacher Weise ausführen kann.
  • Wie in 1 gezeigt ist, bringt die vorliegende Erfindung in Eingriff mit und befestigt einen Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbund mit einer metallischen Platte, um einen linearen Aufbau beim Verbinden eines Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes mit einer metallischen Platte zu bilden. Das heißt, durch Anwenden eines Verfahrens zum In-Eingriffbringen und Befestigen eines ersten Befestigungsendes 12, welches ein Ende des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes 10 ist, mit einem zweiten Verbindungsende 22, welches ein Ende des metallischen Materials 20 ist, erhöht die vorliegende Erfindung die Verbindungsstärke des Verbundes und des metallischen Materials, wobei durch Herstellen des Verbindungsteiles ein linearer Aufbau gebildet wird. Die vorliegende Erfindung verbessert ebenso die ästhetische äußere Erscheinung des Verbindungsteiles.
  • Zu diesem Zweck wird ein Design von optimierter Größe zum In-Eingriffbringen und Befestigen des ersten Verbindungsendes 12 hergestellt, welches ein Ende des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes 10 ist, und zwar mit dem zweiten Verbindungsende 22, welches ein Ende des metallischen Materials 20 ist, wobei das erste und zweite Verbindungsende mit genauem Maß maschinell auf der Basis des Größendesigns derart hergestellt sind, dass ein Befestigungsende 14 gebildet ist, welches sich in integraler Weise von der Mitte der Endfläche des ersten Verbindungsendes 12 des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes 10 erstreckt, und dass ein Befestigungsschlitz 24 in der Mitte der Endfläche des zweiten Verbindungsendes 22 des metallischen Materials 20 gebildet wird, um das Befestigungsende 14 aufzunehmen.
  • Zum Zwecke der Erläuterung wird der Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbund 10 durch Mischen von sich kontinuierlich erstreckenden Kohlenstofffasern und einem Epoxidharz gebildet, wobei das metallische Material 20 aus einem Aluminium-6061-T6-Material hergestellt ist.
  • Insbesondere ist, um die Klebstoff-Beschichtungs-Fläche zwischen dem ersten Verbindungsende 12 des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes 10 und dem zweiten Verbindungsende 22 des metallischen Materials 20 zu vergrößern, und um die Spannungs-Ansammlung in der Klebstoffschicht zu vermindern, wodurch die Verbindungsstärke erhöht wird, die Endfläche des ersten Verbindungsendes 12 des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes 10 derart gebildet, um unter einem vorgegebenen Winkel (ϑ) hin zu dem Befestigungsende 14 geneigt zu sein, wobei die Endfläche des zweiten Verbindungsendes 22 des metallischen Materials 20 ebenso gebildet ist, um unter dem gleichen Winkel (ϑ) hin zu dem Befestigungsschlitz 24 geneigt zu sein.
  • Vorzugsweise ist die Endfläche des ersten Verbindungsendes 12 des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes 10 gebildet, um unter einem Winkel im Bereich von 45° ≤ ϑ < 90° hin zu dem Befestigungsende 14 geneigt zu sein, wobei die Endfläche des zweiten Verbindungsendes 22 des metallischen Materials 20 ebenso gebildet ist, um unter einem Winkel im Bereich von 45° ≤ ϑ < 90° geneigt zu sein. Ein Beispiel für das Größendesign des ersten Verbindungsendes 12 des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes 10 und des zweiten Verbindungsendes 22 des metallischen Materials 20 ist in 2 dargestellt.
  • Als Nächstes werden, vor dem Aufbringen eines Klebstoffes 34 auf der Endfläche des ersten Verbindungsendes 12 einschließlich des Befestigungsendes 14 des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes 10 und auf der Endfläche des zweiten Verbindungsendes 22 einschließlich des Befestigungsschlitzes 24 des metallischen Materials 20, ein Reinigungsschritt und ein Silan-Primer-Aufbring-Schritt durchgeführt, um die Verbindung durch den Klebstoff 34 zu ermöglichen.
  • Das heißt, vor dem Aufbringen des Klebstoffes werden die Endfläche des ersten Verbindungsendes 12 einschließlich des Befestigungsendes 14 des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes 10 und die Endfläche des zweiten Verbindungsendes 22 einschließlich des Befestigungsschlitzes 24 unter Verwendung eines Lösemittels gereinigt, wobei die gereinigte Oberfläche des Befestigungsschlitzes 24 mit einem Silan-Primer (eine Lösung, welche durch Hinzufügen von 1%-Silanflüssigkeit zu neutralem gereinigten Wasser gebildet wird) beschichtet wird.
  • Als Nächstes wird der Klebstoff 34 auf der Endfläche des ersten Verbindungsendes 12 einschließlich des gereinigten Befestigungsendes 14 und der Endfläche des zweiten Verbindungsendes 22 einschließlich des mit Silan-Primer bedeckten Befestigungsschlitzes 24 aufgebracht. Das Befestigungsende 14 wird in Eingriff gebracht mit und mit dem Befestigungsschlitz 24 verbunden.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird eine Mischung, welche durch Mischen von beispielsweise einem DGEBA (Diglycidyl-Äther von Bisphenol-A)-Kunstharz mit einem Amin-Härter in einem Gewichtsverhältnis von 100:25 hergestellt ist, als der Klebstoff 34 verwendet und entsprechend auf der Endfläche des ersten Verbindungsendes 12 einschließlich des gereinigten Befestigungsendes 14 und auf der Endfläche des zweiten Verbindungsendes 22 einschließlich des mit Silan-Primer bedeckten Befestigungsschlitzes 24 aufgebracht. Im Ergebnis sind das erste Verbindungsende 12 des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes 10 und das zweite Verbindungsende 22 des metallischen Materials 20 zunächst durch den Klebstoff 34 miteinander verbunden. Das heißt, das Befestigungsende 14 und der Befestigungsschlitz 24 sind zunächst durch den Klebstoff 34 gleichzeitig miteinander verbunden, wenn das Befestigungsende 14 des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes 17 in Eingriff mit dem Befestigungsschlitz 24 gebracht wird.
  • Wenn die Endfläche des ersten Verbindungselements 12 und die Endfläche des zweiten Verbindungsendes 22 mit einer Neigung im Bereich von 45° ≤ ϑ < 90° gebildet sind, ist die Spannungs-Konzentration in dem Klebstoff vermindert, und die Klebstoff-Überdeckungs-Fläche ist vergrößert, wodurch die Verbindungsstärke verbessert werden kann.
  • Als Nächstes wird ein zweiter Befestigungsschritt ausgeführt, in welchem das erste Verbindungsende 12 des Kunststofffaser-/Polymer-Verbundes 10 und das zweite Verbindungsende 22 des metallischen Materials 20 miteinander durch eine Schraubenmutter 30 und einen Gewindebolzen 32 verbunden werden. Insbesondere wird die Schraubenmutter 30 in Eingriff gebracht mit einer Seite des zweiten Verbindungsendes 22, welche mit dem Befestigungsschlitz 24 des metallischen Materials 20 an der gegenüberliegenden Seite des zweiten Verbindungsendes 22 durch das Verbindungsende 14 gebildet ist, wobei dann der Gewindebolzen 32 in Eingriff gebracht wird und verbunden wird mit der Schraubenmutter 30 in der Richtung entgegengesetzt zu der Befestigungsrichtung der Schraubenmutter, wodurch der zweite Verbindungsschritt zum erneuten Befestigen des ersten Verbindungsendes 12 des Kunststofffaser-/Polymer-Verbundes 10 mit dem zweiten Verbindungsende 22 des metallischen Materials 20 miteinander durch die Schraubenmutter 30 und den Gewindebolzen 32 vollendet wird.
  • Schließlich werden der Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbund 10 und das metallische Material 20, welche miteinander durch den Klebstoff 34, die Schraubenmutter 30 und den Gewindebolzen 32 verbunden sind, in einen Ofen verbracht, um den Klebstoff 34 auszuhärten.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung detaillierter anhand einer Ausführungsform und eines Vergleichsbeispiels beschrieben.
  • Beispiel
  • Wie oben beschrieben, ist das Befestigungsende 14 des ersten Verbindungsendes 12 des Kohlenstofffaser-/Polymer-Verbundes 10 zunächst in Eingriff gebracht und verbunden mit dem Befestigungsschlitz 24 des zweiten Verbindungsendes 22 des metallischen Materials 20 unter Verwendung eines Klebstoffes, und dann nochmals miteinander unter Verwendung der Schraubenmutter 30 und des Gewindebolzens 32 verbunden, wobei wie in 2A dargestellt ist, die bevorzugten Größen für die Verbindung wie folgt sind: t = 10 mm, tm = 5 mm, tc = 2,5 mm, lb = 20 mm, lh = 0 mm, db = 0 mm und ϑ = 45°.
  • Vergleichsbeispiel
  • Ein Vergleichsbeispiel ist nach der herkömmlichen doppelt-überlappten Verbindungsart hergestellt, wobei, wie in 2B dargestellt ist, die bevorzugten Größen für die Verbindung wie folgt sind: t = 10 mm, tm = 5 mm, tc = 2,5 mm, lb = 20 mm, lh = 0, db = 0 und ϑ = 90°.
  • Testbeispiel
  • Es wurden die Konzentrations-Ausmaße der Ablöse-Spannungen und Scher-Spannungen für die erfindungsgemäßen Verbindungsstrukturen und die doppeltüberlappten Verbindungsstrukturen, das heißt die Konzentrations-Ausmaße der Ablöse-Spannungen und Scher-Spannungen, welche in den Klebstoffschichten unter einer Belastung erzeugt wurden, gemessen, wobei die Testergebnisse in 8 und 9 dargestellt sind.
  • Wie aus 8 und 9 ersichtlich ist, zeigen die erfindungsgemäßen Verbindungsstrukturen ein Konzentrations-Ausmaß der Ablöse-Spannungen um etwa einen Faktor 10 erniedrigt an, und ein Konzentrations-Ausmaß der Scher-Spannungen um etwa einen Faktor 5 erniedrigt, und zwar im Vergleich zu denen des Vergleichsbeispiels.
  • Es wird bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Verbindungsstruktur wesentlich erniedrigte Konzentrationen von Ablöse-Spannungen und Scher-Spannungen aufweisen, da mechanische Druckkräfte aufgrund der Befestigung durch die Schraubenmutter und den Gewindebolzen hinzugefügt sind und folglich, aufgrund der durch den Klebstoff und die Schraubenmutter und den Gewindebolzen bereitgestellten Verbindungsstärke die erfindungsgemäße Verbindungsstruktur hinsichtlich der gesamten Verbindungsstärke und Befestigungsstärke im Vergleich zu der herkömmlichen Verbindungsstruktur nach dem Vergleichsbeispiel verbessert ist.
  • Die Erfindung wurde detailliert mit Bezug auf die beispielhaften Ausführungsformen davon beschrieben. Jedoch wird der Fachmann bevorzugen, dass Änderungen in diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne die Grundzüge und den Gedanken der Erfindung, das heißt den Umfang, welcher in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, und ihrer Äquivalente zu verlassen.

Claims (16)

  1. Vorrichtung zum Verbinden eines ersten Verbindungsendes, welches ein Ende eines Verbundes ist, und eines zweiten Verbindungsendes, welches ein Ende eines metallischen Materials ist, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Befestigungsende, welches in der Mitte einer Endfläche des ersten Verbindungsendes des Verbundes ausgebildet ist, um sich davon in integraler Weise zu erstrecken; und einen Befestigungsschlitz, welcher in der Mitte einer Endfläche des zweiten Verbindungsendes des metallischen Materials ausgebildet ist, wobei das Befestigungsende des Verbundes eingepasst ist in und befestigt ist mit dem Befestigungsschlitz des metallischen Materials, wobei eine Schraubenmutter entlang der Dickenrichtung eingefügt ist durch das Verbindungsteil hindurch zwischen dem Befestigungsende und dem Befestigungsschlitz, und wobei ein Gewindebolzen eingepasst und befestigt ist mit der Schraubenmutter.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Befestigungsende des Verbundes und der Befestigungsschlitz durch ein Klebemittel miteinander verbunden sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Endfläche des ersten Verbindungsendes des Verbundes derart ausgebildet ist, um zu dem Befestigungsende unter einem vorbestimmten Winkel (ϑ) geneigt zu sein, wobei die Endfläche des zweiten Verbindungsendes ebenso derart ausgebildet ist, um unter dem gleichen Winkel (ϑ) zu dem Befestigungsschlitz geneigt zu sein.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Endfläche des ersten Verbindungsendes des Verbundes derart ausgebildet ist, um unter einem Winkel im Bereich von 45° ≤ ϑ < 90° zu dem Befestigungsende hin geneigt zu sein, wobei die Endfläche des zweiten Verbindungsendes des metallischen Materials ebenso derart ausgebildet ist, um unter einem Winkel im Bereich von 45° ≤ ϑ < 90° hin geneigt zu sein.
  5. Verfahren zum Verbinden eines ersten Verbindungsendes, welches ein Ende eines Verbundes ist, und eines zweiten Verbindungsendes, welches ein Ende eines metallischen Materials ist, wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines Befestigungsendes in der Mitte einer Endfläche des ersten Verbindungsendes des Verbundes, um sich in integraler Weise davon zu erstrecken, und Bilden eines Befestigungsschlitzes in der Mitte einer Endfläche des zweiten Verbindungsendes des metallischen Materials; Säubern des ersten Verbindungsendes des Verbundes einschließlich des Befestigungsendes, und der zweiten Verbindung des metallischen Materials einschließlich des Befestigungsschlitzes; Beschichten mit einem Silan-Primer auf der Oberfläche des gesäuberten Befestigungsschlitzes; Beschichten mit einem Klebstoff auf dem mit dem Silan-Primer beschichteten Befestigungsschlitz und dann Einpassen und Befestigen des Befestigungsendes in dem Befestigungsschlitz; Einfügen einer Schraubenmutter entlang der Dickenrichtung durch das eingepasste und befestigte Teil hindurch zwischen dem Befestigungsende und dem Befestigungsschlitz; Einpassen und Befestigen eines Gewindebolzens in der Schraubenmutter; und Aushärten des Klebstoffes in einem Ofen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Verbund durch Mischen von kontinuierlich sich erstreckenden Kohlenstofffasern und Epoxidharz gebildet wird, wobei das metallische Material aus einem Aluminiummaterial gebildet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Klebstoff eine Mischung ist, welche durch Mischen eines DGEBA (Diglycidyl-Äther von Bisphenol-A)-Kunstharzes und eines Amin-Härters in einem Gewichtsverhältnis von 100:25 gebildet wird.
  8. Vorrichtung zum Verbinden eines ersten Verbindungsendes, welches ein Ende eines Verbundes ist, und eines zweiten Verbindungsendes, welches ein Ende eines metallischen Materials ist, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Befestigungsende, welches in der Mitte einer Endfläche des ersten Befestigungsendes des Verbundes gebildet ist, um sich in integraler Weise davon zu erstrecken; und ein Befestigungsschlitz, welcher in der Mitte einer Endfläche des zweiten Verbindungsendes des metallischen Materials gebildet ist, wobei das Befestigungsende des Verbundes eingepasst ist und befestigt ist mit dem Befestigungsschlitz des metallischen Materials.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei eine Schraubenmutter entlang der Dickenrichtung eingefügt ist durch das Verbindungsteil hindurch zwischen dem Befestigungsende und dem Befestigungsschlitz, und wobei ein Bolzengewinde eingepasst ist in und befestigt ist mit der Schraubenmutter.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Befestigungsende des Verbundes und der Befestigungsschlitz miteinander durch einen Klebstoff verbunden sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Endfläche des ersten Verbindungsendes des Verbundes derart ausgebildet ist, um unter einem vorbestimmten Winkel (ϑ) zu dem Befestigungsende hin geneigt zu sein, und wobei die Endfläche des zweiten Verbindungsendes ebenso derart ausgebildet ist, um unter dem gleichen Winkel (ϑ) hin zu dem Befestigungsschlitz geneigt zu sein.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Endfläche des ersten Verbindungsendes des Verbundes ausgebildet ist, um unter einem Winkel im Bereich von 45° ≤ ϑ < 90° hin zu dem Befestigungsende geneigt zu sein, und wobei die Endfläche des zweiten Verbindungsendes des metallischen Materials ebenso derart ausgebildet ist, um unter einem Winkel im Bereich von 45° ≤ ϑ < 90° geneigt zu sein.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Verbund ein Kohlenstofffaser- oder Polymer-Verbund ist.
  14. Verfahren zum Verbinden eines ersten Verbindungsendes, welches ein Ende eines Verbundes ist, und eines zweiten Verbindungsendes, welches ein Ende eines metallischen Materials ist, wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines Befestigungsendes in der Mitte einer Endfläche des ersten Verbindungsendes des Verbundes, um sich davon in integraler Weise zu erstrecken, und Bilden eines Befestigungsschlitzes in der Mitte einer Endfläche des zweiten Verbindungsendes des metallischen Materials; Beschichten der Oberfläche des Befestigungsschlitzes mit einem Primer; Beschichten des mit einem Primer beschichteten Befestigungsschlitzes mit einem Klebstoff und dann Einpassen und Befestigen des Befestigungsendes in dem Befestigungsschlitz; Einfügen einer Schraubenmutter entlang der Dickenrichtung durch das eingepasste und befestigte Teil hindurch zwischen dem Befestigungsende und dem Befestigungsschlitz; Einpassen und Befestigen eines Bolzengewindes in der Schraubenmutter; und Aushärten des Klebstoffes in einem Ofen.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Verbund durch Mischen von kontinuierlich sich erstreckenden Kohlenstofffasern und einem Epoxidharz gebildet wird, wobei das metallische Material aus einem Aluminium-Material gebildet wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Klebstoff eine Mischung ist, welche durch Mischen eines DGEBA (Diglycidyl-Äther von Bisphenol-A)-Kunstharzes und eines Amin-Härters in einem Gewichtsverhältnis von 100:25 gebildet wird.
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