DE102012210597A1 - Befestigungssatz - Google Patents

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Ulrich Macha
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Erfindungsgemäß lässt sich ein Befestigungssatz für ein duroplastisches Faserverbundbauteil (1) mit geringem Fertigungsaufwand und der Möglichkeit eines Toleranzausgleichs hochgradig lastsicher dadurch am Faserverbundbauteil anbringen, dass der Befestigungssatz zweiteilig mit einem thermoplastischen, in einer Durchgangsbohrung (7) des Faserverbundbauteils (1) lastfest montierbaren Basisteil (2) und einem getrennt von diesem ebenfalls aus thermoplastischem Material vorgefertigten, ein äußeres Befestigungselement (4) aufnehmenden Halteteil (3) ausgebildet ist, welches im montierten Zustand des Basisteils (2) mit diesem in einer innerhalb eines Toleranzbereichs variabel ausrichtbaren Relativlage lastfest verschweißbar ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Befestigungssatz für ein duroplastisches Kunststoff- und insbesondere Faserverbundbauteil, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus der EP 1 899 144 B1 ist ein Befestigungssatz dieser Art für ein duroplastisches Faserverbundbauteil bekannt, bei dem eine Trägerplatte aus Kunststoff unter Zwischenlage einer als Haftvermittler wirkenden thermoplastischen Beschichtung im Wege des Reib-, Ultraschall- oder Hochfrequenzschweißens mit dem Faserverbundbauteil verbunden und mit einem Befestigungselement in Form einer Gewindemutter bestückt wird, welche zum Zwecke eines Toleranzausgleichs über Federelemente in zueinander fluchtenden Durchgangsbohrungen der Trägerplatte und des Faserverbundbauteils in der Plattenebene zweidimensional verschieblich gehalten wird. Dieser bekannte Befestigungssatz besitzt jedoch eine begrenzte Haft- und demzufolge Lastfestigkeit im kritischen Fügebereich zwischen thermoplastischer Beschichtung und duroplastischem Faserverbundbauteil, und zusätzlich ist das Befestigungselement unter Federkraft mehr oder weniger lose und mit dem Risiko eines Verlustes, etwa beim Transport, am Faserverbundbauteil angebracht und wird erst in der endgültigen Einbaulage durch ein entsprechendes Gegenelement reibschlüssig mit der Trägerplatte verspannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Befestigungssatz der eingangs genannten Art so auszubilden, dass auf herstellungsmäßig einfache Weise eine hochlastfeste Verbindung zwischen einem duroplastischen und insbesondere faserverstärkten Kunststoffteil und einem äußeren Anbauteil ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Befestigungssatz gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird auf eine herstellungsmäßig aufwändige und lastanfällige thermoplastische Vorbeschichtung des duroplastischen Bauteils verzichtet und der Befestigungssatz stattdessen zweiteilig aus einem thermoplastischen Halteteil für das äußere Befestigungs- z. B. Schraubelement und einem ebenfalls thermoplastischen Basisteil angefertigt, welches formschlüssig in und beidseitig der Durchgangsbohrung des duroplastischen Bauteils hochgradig lastfest verankert und dann mit dem Halter durch lokale Erwärmung, etwa durch Reib- oder Ultraschallerhitzung, materialgleich derart verschweißt wird, dass dabei fertigungsbedingte Fehlpositionierungen durch entsprechende Ausrichtung des Halteteils im Bereich der miteinander verschweißten Fügeflächen korrigiert werden. Nach dem Verschweißen ist der Befestigungssatz im dauerhaft exakt toleranzausgeglichenen Zustand starr mit dem duroplastischen Bauteil verbunden.
  • Da zum Toleranzausgleich im Allgemeinen eine Parallelverschiebung des Halte- zum Basisteil ausreicht, besitzen das Basis- und das Halteteil vorzugsweise ein lediglich zweidimensionales Toleranzfeld in Form planarer, nach dem Ausrichten des Halteteils miteinander verschweißter Fügeflächen.
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Basisteil mit einstückig angeformten, im montierten Zustand an der Bauteilrückseite verrasteten und gegen ein Zurückfedern gesicherten Schnapphaken versehen, so dass das Basisteil, insbesondere für den Fall, dass das (Faserverbund-)Bauteil nicht von der Rückseite aus zugänglich ist, problemlos allein von der Bauteilvorderseite aus sicher montierbar ist.
  • Im Hinblick auf eine konstruktiv einfache Verdrehsicherung sind die Durchgangsbohrung des (Faserverbund-)Bauteils und der diese formgleich durchgreifende Schaftabschnitt des Basisteils zweckmäßigerweise mit einer nicht-kreisförmigen Querschnittsgeometrie versehen.
  • Aus Herstellungsgründen ist das Halteteil vorzugsweise mit einem gemeinsam mit diesem vergossenen Befestigungselement, also etwa einem Gewindebolzen oder einem Passstift, vorgefertigt.
  • Die Erfindung wird nunmehr anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:
  • 1a, b einen Befestigungssatz nach der Erfindung für ein duroplastisches, von der Rückseite aus unzugängliches Faserverbundbauteil vor dem Verschweißen des Halte- mit dem Basisteil im Längs- (a) und im Querschnitt (b);
  • 2 eine der 1a entsprechende Darstellung eines erfindungsgemäßen Befestigungssatzes im toleranzausgeglichenen, verschweißten Zustand und mit einer modifizierten Verankerung des Basisteils an einem von der Bauteilrückseite aus zugänglichen Faserverbundbauteil; und
  • 3 eine der 2 entsprechende Darstellung eines erfindungsgemäßen Befestigungssatzes im toleranzausgeglichenen, verschweißten Zustand und mit einer nochmals abgewandelten Verankerung des Basisteils auf der Rückseite des Faserverbundbauteils.
  • Der in 1 gezeigte Befestigungssatz dient zur Montage an einem duroplastischen Faserverbundbauteil 1 und besteht aus zwei getrennt vorgefertigten Einzelteilen, nämlich einem Basisteil 2 aus einem thermoplastischen Kunststoff, z. B. Polyamid, und einem materialgleichen, also ebenfalls z. B. aus Polyamid hergestellten Halteteil 3, in welches ein Gewindebolzen 4 eingegossen ist, aber auch ein anderes äußeres Befestigungselement, etwa ein Passstift, eine Gewindemutter oder eine Gewindebohrung, implantiert sein kann.
  • Das Basisteil 2 enthält einen erweiterten, an die Vorderseite 5 des Faserverbundbauteils 1 ansetzbaren Flanschabschnitt 6 und einen eine Durchgangsbohrung 7 des Faserverbundbauteils 1 engsitzend durchgreifenden Schaftabschnitt 8 mit am unteren Schaftende angeformten Schnapphaken 9. Aus Gründen einer Verdrehsicherung besitzen die Durchgangsbohrung 7 des Faserverbundbauteils 1 und der Schaftabschnitt 8 des Basisteils 2 eine nicht-kreisförmige, gemäß 1b quadratische Querschnittsgeometrie.
  • Montiert wird das Basisteil 2 von der Vorderseite 5 des Faserverbundbauteils 1 aus, während die Bauteilrückseite 10 unzugänglich sein kann. Dabei wird das Basisteil 2 in die Durchgangsbohrung 7 eingeführt, bis der Flanschabschnitt 6 an der Bauteilvorderseite 5 aufsitzt und die Schnapphaken 9 an der Bauteilrückseite 10 einrasten. Zur Sicherung der Schnapphakenverbindung kann noch ein Kunststoffdorn 11 oder eine Sicherungsschraube in eine zentrale Bohrung 12 des Schaftabschnitts 8 eingesetzt und/oder dieser nach Art eines Dübels (nicht gezeigt) mit der Durchgangsbohrung 7 verspreizt werden. In diesem Zustand ist das Basisteil 2 durch den innigen Formschluss in und beidseitig der Durchgangsbohrung 7 positions- und lastsicher am Faserverbundbauteil 1 verankert.
  • Anschließend wird das Halte- mit dem Basisteil 2, 3 über miteinander korrespondierende, planare Fügeflächen 13.1 und 13.2 verbunden, von denen die Fügefläche 13.1 des Basisteils 2 um ein Toleranzfeld T (= t1 + t2, siehe 3) größer als die Fügefläche 13.2 des Halteteils 3 bemessen ist, so dass dieses zum Zwecke einer Fehlerkorrektur innerhalb des Toleranzfeldes T bezüglich des Basisteils 2 variabel positionierbar ist. In der toleranzausgeglichenen Lage des Halteteils 3 wird dieses durch lokale Erwärmung des thermoplastischen Grundwerkstoffs im Fügeflächenbereich, etwa durch Rotationsreibung oder Ultraschalleinwirkung, materialgleich mit dem Basisteil 2 verschweißt und auf diese Weise eine hochgradig lastsichere und exakt toleranzausgeglichene Verbindung eines äußeren Befestigungselements 4 an einem duroplastischen Faserverbundbauteil 1 garantiert.
  • Der in 2 gezeigte Befestigungssatz, bei dem die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Komponenten durch das gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet und das Basis- und das Halteteil 2, 3 im miteinander verschweißten Zustand mit einer die fertigungsbedingten Sollmaßabweichungen ausgleichenden Achsexzentrizität e dargestellt sind, ist für ein duroplastisches Faserverbundbauteil 1 konzipiert, welches von der Bauteilrückseite 10 aus zugänglich ist. In diesem Fall ist die Schnapphakenverbindung durch eine Verschraubung, bestehend aus einer Gewindemutter 14 und einer Beilagscheibe 15, ersetzt. Im Übrigen ist die Bau- und Funktionsweise diese Befestigungssatzes die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels.
  • Der Befestigungssatz nach 3, welcher wiederum für ein von der Bauteilrückseite 10 aus zugängliches duroplastisches Faserverbundbauteil 1 verwendet wird und bei dem die dem Ausführungsbeispiel nach 2 entsprechenden Komponenten durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind, unterscheidet sich von diesem dadurch, dass das Basisteil 2 am unteren Schaftende nicht mit dem Faserverbundbauteil 1 verschraubt, sondern durch lokale Erwärmung des thermoplastischen Grundmaterials wulstförmig am unteren Randbereich der Durchgangsbohrung 7 verankert ist. Im Übrigen ist die Bau- und Funktionsweise auch bei diesem Befestigungssatz die gleiche wie die der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1899144 B1 [0002]

Claims (6)

  1. Befestigungssatz für ein duroplastisches Kunststoff- und insbesondere Faserverbundbauteil (1), gekennzeichnet durch ein thermoplastisches, in einer Durchgangsbohrung (7) des Kunststoffteils (1) lastfest montierbares Basisteil (2) und ein getrennt von diesem ebenfalls aus thermoplastischem Material vorgefertigtes, ein äußeres Befestigungselement (4) aufnehmendes Halteteil (3), welches im montierten Zustand des Basisteils mit diesem in einer innerhalb eines Toleranzbereichs (T) variabel ausrichtbaren Relativlage lastfest verschweißbar ist.
  2. Befestigungssatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basis- und das Halteteil (2, 3) ein zweidimensionales Toleranzfeld (T) in Form planarer, nach dem Ausrichten des Halteteils (3) miteinander verschweißter Fügeflächen (13.1, 13.2) aufweisen.
  3. Befestigungssatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (2) am Kunststoffteil (1) durch eine dieses beidseitig im Bereich der Durchgangsbohrung (7) übergreifende und im montierten Zustand des Basisteils verspannte Formschlussverbindung (6, 9) befestigt ist.
  4. Befestigungssatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (2) mit einstückig angeformten, im montierten Zustand an der Bauteilrückseite (10) formschlüssig verrasteten und gegen ein Zurückfedern gesicherten Schnapphaken (9) versehen ist.
  5. Befestigungssatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (2) in der Durchgangsbohrung (7) des Kunststoffteils (1) formschlüssig verdrehsicher angeordnet ist.
  6. Befestigungssatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil (3) mit einem gemeinsam mit diesem vergossenen Befestigungselement in Form eines Gewindebolzens (4) vorgefertigt ist.
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