DE102012202331A1

DE102012202331A1 - Buchse zur Lochverstärkung in einem Bauteil

Info

Publication number: DE102012202331A1
Application number: DE201210202331
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Lang; Wolfgang Gruber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2013-08-22

Abstract

Es wird eine Buchse zur Lochverstärkung in einem Bauteil bereitsgestellt, mit einem ersten Buchsenelement mit einem ersten Kopfabschnitt und einem ersten Verbindungsabschnitt, und einem zweiten Buchsenelement mit einem zweiten Kopfabschnitt und einem zweiten Verbindungsabschnitt, wobei das erste Buchsenelement und das zweite Buchsenelement mittels des ersten und des zweiten Verbindungsabschnitts formschlüssig miteinander verbindbar ausgebildet sind zum Bereitstellen eines Klemmbereichs zwischen dem ersten und dem zweiten Kopfabschnitt. Außerdem wird eine Bauteilanordnung mit einem Bauteil mit mindestens einem Loch und einer in dem mindestens einen Loch angeordneten entsprechenden Buchse vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Buchse zur Lochverstärkung in einem Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Bauteilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
Faserverstärkte Bauteile bieten eine hohe Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht und finden daher in zunehmendem Maße Einzug in Maschinen und Fahrzeugen aller Art. Speziell bei Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen besteht die Schwierigkeit, diese mit anderen Bauteilen zu verbinden.
Bei einer in der Regel vorgespannten Verbindung, wie beispielsweise einer Verschraubung oder Vernietung, tritt im Falle von Faserverbundbauteilen, aber auch bei anderen Werkstoffen, ein Setz- bzw. Kriechverhalten im Bereich der Verbindung bzw. einer Krafteinleitung auf, das dazu führt, dass Material durch die Vorspannkraft oder zusätzliche statische und dynamische Belastungen im Betrieb lokal komprimiert und/oder seitlich aus dem Bereich der Vorspannkraft weggedrückt wird und somit die definierte Vorspannkraft abnimmt bzw. sich die Verbindung und mit dieser das Bauteil lockern.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine sichere und beständige Verbindung eines Faserverbundbauteils mit anderen Bauteilen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst mittels einer Buchse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Bauteilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen.
Demnach wird eine Buchse zur Lochverstärkung in einem Bauteil vorgeschlagen, mit

– einem ersten Buchsenelement mit einem ersten Kopfabschnitt und einem ersten Verbindungsabschnitt, und
– einem zweiten Buchsenelement mit einem zweiten Kopfabschnitt und einem zweiten Verbindungsabschnitt,

Die Buchse ist somit mindestens zweiteilig ausgestaltet, wobei die beiden Buchsenelemente derart miteinander verbunden werden können, dass zwischen diesen der Klemmbereich bereitgestellt wird, in welchem eine Klemmverbindung mit dem Bauteil vorgesehen werden kann. Vorzugsweise ist die Buchse zur Aufnahme eines Verbindungselements ausgebildet, mit dem das Bauteil mit anderen Bauteilen verbindbar ist. Die Buchse dient somit zur Einleitung von Kräften von dem Verbindungselement auf das Bauteil und umgekehrt, indem mittels des Klemmbereichs lokale Kraftspitzen verhindert und damit ein Setz- und Kriechverhalten zumindest reduziert werden.
Vorzugsweise sind das erste Buchsenelement und das zweite Buchsenelement zur formschlüssigen Verbindung miteinander verschraubbar oder verstemmbar ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist eine stoffschlüssige Verbindung der beiden Buchsenelemente durch Verkleben oder zumindest lokales Verschmelzen möglich.
Unter einer Verstemmung im Sinne der Beschreibung ist eine plastische Umformung eines oder beider Buchsenelemente im Bereich der jeweiligen Verbindungsabschnitte zu verstehen, um die formschlüssige Verbindung bereitzustellen. Beispielsweise kann diese durch Umbördeln mittels Druckbeaufschlagung erfolgen.
Eine Verschraubbarkeit kann derart bereitgestellt werden, dass der erste Verbindungsabschnitt einen Gewindeabschnitt mit einem Außengewinde und der zweite Verbindungsabschnitt einen Gewindeabschnitt mit einem Innengewinde zum Verschrauben mit dem Außengewinde des ersten Verbindungsabschnitts umfasst. Auf diese Weise können die beiden Buchsenelemente in ein Loch des Bauteils eingesetzt und soweit verschraubt werden, bis die beiden Buchsenelemente das Bauteil im Klemmbereich in gewünschter Form und Intensität einklemmen. Beispielsweise kann ein Verbindungsabschnitt bzw. dessen Gewindeabschnitt als im Wesentlichen zylinderförmiger Abschnitt ausgebildet sein, auf dessen äußerer Mantelfläche oder Inneren Oberfläche das entsprechende Gewinde ausgeformt ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Buchse eine Ausnehmung zum Aufnehmen des genannten Verbindungselements. Dies kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass die beiden Verbindungsabschnitte in einem eingebauten Zustand koaxial zueinander ausgerichtet sind und die Ausnehmung eine hierzu ebenfalls koaxial ausgerichtete Bohrung ist. In diese Bohrung kann ein Verbindungselement, wie beispielsweise eine Schraube, ein Bolzen, ein Niet oder andere Verbindungselemente aller Art, eingesetzt werden, um das Bauteil mit anderen Bauteilen zu verbinden.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform ist zumindest der jeweilige Kopfabschnitt des ersten und/oder des zweiten Buchsenelements im Wesentlichen scheibenförmig zur flächigen Auflage auf mindestens einer Bauteiloberfläche des Bauteils ausgestaltet. Auf diese Weise kann eine flächige Beaufschlagung der Bauteiloberfläche und somit eine flächige Krafteinleitung erzielt werden, um beispielsweise einem Setz- oder Kriechverhalten entgegenzuwirken und/oder eine breite Abstützung der Buchse auf dem Bauteil zu ermöglichen.
Sind beide Buchsenelemente mit einer derartigen Scheibenform ausgebildet, so kann sich der Klemmbereich entsprechend weit von dem Loch des Bauteils weg über das Bauteil erstrecken und somit eine flächige Abstützung sowie eine flächige Klemmung und somit eine flächige Krafteinleitung zur Verhinderung von Kraftspitzen ermöglichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kopfabschnitte jeweils scheibenförmig ausgestaltet und die Verbindungsabschnitte erstrecken sich hiervon weg, so dass die Buchsenelemente im Wesentlichen T-förmig ausgestaltet sind. Alternativ kann beispielsweise lediglich ein Buchsenelement entsprechend T-förmig mit einem sich von dem zugehörigen Kopfabschnitt weg erstreckenden Verbindungsabschnitt geformt sein, jedoch das andere Buchsenelement im Wesentlichen Mutter-förmig, insbesondere als Kontermutter, ausgeführt sein. Dies bedeutet, dass der Kopfabschnitt und der zugehörige Verbindungsabschnitt ineinander integriert sind und zusammen einen scheibenförmigen Körper bilden.
Vorzugsweise ist die beschriebene Buchse vollständig oder teilweise aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt.
Es wird außerdem eine Bauteilanordnung mit einem Bauteil mit mindestens einem Loch und einer in dem mindestens einen Loch angeordneten Buchse vorgeschlagen, wobei die Buchse gemäß der gegebenen Beschreibung ausgestaltet ist.
Vorzugsweise ist das Bauteil in dem Klemmbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Kopfabschnitt eingeklemmt. Dies sichert einerseits eine Position der Buchse innerhalb des Lochs des Bauteils gegen ein Verschieben oder ein unbeabsichtigtes Entfernen und stellt andererseits eine erste Verbindung zwischen der Buchse und dem Bauteil her, die, wie beschrieben, ein lokales Setz- und Kriechverhalten verhindert.
Des Weiteren kann die Buchse zusätzlich zumindest abschnittsweise stoffschlüssig mit dem Bauteil verbunden sein, insbesondere in dem Klemmbereich und/oder im Bereich der Kopfabschnitte. Die stoffschlüssige Verbindung kann insbesondere durch Einbringen von Klebstoff oder Kunstharz erzielt werden.
Wie ebenfalls bereits beschrieben, ist das Bauteil vorzugsweise ein Faserverbundbauteil. Grundsätzlich kann das Bauteil jedoch auch andere Werkstoffe umfassen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt eine Bauteilanordnung 10 mit einem Faserverbundbauteil 11, welches ein Loch 12 in Form einer Bohrung umfasst. In dieser Bohrung 12 ist eine Buchse 13 zur Lochverstärkung des Bauteils 11 vorgesehen. Die Buchse 13 umfasst ein erstes Buchsenelement 14 mit einem ersten Kopfabschnitt 14a und einem ersten Verbindungsabschnitt 14b, und ein zweites Buchsenelement 15 mit einem zweiten Kopfabschnitt 15a und einem zweiten Verbindungsabschnitt 15b. Vorzugsweise ist ein Durchmesser des Lochs 12 auf einen Außendurchmesser der Buchse 13, insbesondere auf einen Außendurchmesser des zweiten Verbindungsabschnitts 15b, abgestimmt. Ebenfalls vorzugsweise ist der Durchmesser des Lochs 12 gleich oder größer als der Außendurchmesser 18 des zweiten Verbindungsabschnitts 15b, jedoch kleiner als ein Außendurchmesser 19 des ersten 14a und/oder zweiten Kopfabschnitts 15a gewählt.
Das erste Buchsenelement 14 und das zweite Buchsenelement 15 sind mittels des ersten 14a und des zweiten Verbindungsabschnitts 15a verschraubbar miteinander verbunden, zum Bereitstellen eines Klemmbereichs K zwischen dem ersten 14a und dem zweiten Kopfabschnitt 15a. Hierzu umfasst der erste Verbindungsabschnitt 14b einen Gewindeabschnitt mit einem Außengewinde und der zweite Verbindungsabschnitt 15b einen Gewindeabschnitt mit einem Innengewinde zum Verschrauben mit dem Außengewinde des ersten Verbindungsabschnitts 14b. Hierzu sind die Verbindungsabschnitte 14b, 15b bzw. die Gewindeabschnitte im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet und in eingebautem Zustand koaxial zu einer Längsachse L zueinander angeordnet. Mittels der Verschraubung kann der Klemmbereich K individuell an eine jeweilige Dicke d des Bauteils 11 angepasst und auf eine gewünschte Vorspannkraft eingestellt werden.
Zusätzlich zu der beschriebenen Klemmung im Klemmbereich K kann eine optionale stoffschlüssige Verbindung 17 zwischen dem Bauteil 11 und der Buchse 13 vorgesehen werden. Diese stoffschlüssige Verbindung 17 kann beispielsweise durch Einbringung von Klebstoff zwischen die beiden beschriebenen Bauteile erfolgen und eine Verbindung insbesondere im Bereich der Verbindungsabschnitte 14b, 15b und/oder im Bereich der Kopfabschnitte 14a, 15a vorsehen.
Des Weiteren umfasst die Buchse 13 eine Ausnehmung 16 zur Aufnahme eines Verbindungselementes (nicht dargestellt). In der dargestellten Ausführungsform ist die Ausnehmung 16 eine koaxial zu den zylinderförmig ausgestalteten Verbindungsabschnitten 14b, 15b angeordnete Bohrung, welche sich durch die beiden Buchsenelemente 14, 15 und somit durch die gesamte Buchse 13 erstreckt. In dieser kann eine Schraube, ein Bolzen oder ein anderes Verbindungselement angeordnet und das Bauteil mit anderen Bauteilen verbunden werden. Gleichzeitig verhindert die Buchse 13 eine punktuelle Belastung des Bauteils 11 insbesondere in einem Randbereich des Lochs und verhindert somit ein Setz- oder Kriechverhalten des Faserverbundmaterials des Faserverbundbauteils 11 im Bereich des Verbindungselements insbesondere für eine sichere und dauerhafte Verbindung mit den weiteren Bauteilen.

Claims

Buchse zur Lochverstärkung in einem Bauteil, mit – einem ersten Buchsenelement (14) mit einem ersten Kopfabschnitt (14a) und einem ersten Verbindungsabschnitt (14b), und – einem zweiten Buchsenelement (15) mit einem zweiten Kopfabschnitt (15a) und einem zweiten Verbindungsabschnitt (15b), dadurch gekennzeichnet, dass das erste Buchsenelement (14) und das zweite Buchsenelement (15) mittels des ersten (14b) und des zweiten Verbindungsabschnitts (15b) formschlüssig miteinander verbindbar ausgebildet sind zum Bereitstellen eines Klemmbereichs (K) zwischen dem ersten (14a) und dem zweiten Kopfabschnitt (15a).
Buchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Buchsenelement (14) und das zweite Buchsenelement (15) zur formschlüssigen Verbindung miteinander verschraubbar oder verstemmbar ausgebildet sind.
Buchse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsabschnitt (14b) einen Gewindeabschnitt mit einem Außengewinde und der zweite Verbindungsabschnitt (15b) einen Gewindeabschnitt mit einem Innengewinde zum Verschrauben mit dem Außengewinde des ersten Verbindungsabschnitts (14b) umfasst.
Buchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (13) eine Ausnehmung (16) zum Aufnehmen eines Verbindungselements umfasst.
Buchse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der jeweilige Kopfabschnitt (14a, 15a) des ersten (14) und/oder des zweiten Buchsenelements (15) im Wesentlichen scheibenförmig zur flächigen Auflage auf mindestens einer Bauteiloberfläche des Bauteils (11) ausgestaltet ist.
Bauteilanordnung mit einem Bauteil mit mindestens einem Loch und einer in dem mindestens einen Loch angeordneten Buchse, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgestaltet ist.
Bauteilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (11) in dem Klemmbereich (K) zwischen dem ersten (14a) und dem zweiten Kopfabschnitt (15a) eingeklemmt ist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (13) zusätzlich zumindest abschnittsweise stoffschlüssig mit dem Bauteil (11) verbunden ist, insbesondere in dem Klemmbereich (K) und/oder im Bereich der Kopfabschnitte (14a, 15a).
Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (11) ein Faserverbundbauteil ist.