DE102012214395A1 - Befestigungselement und Verfahren zu dessen Montage - Google Patents

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Dustin Flock
Jörg Jonas
Carina Laws
Axel Köver
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Johnson Controls GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft erfindungsgemäß ein Befestigungselement (1) zur form-, stoff-, und/oder kraftschlüssigen Anordnung an und/oder in einem Faserverbundbauteil (9), umfassend einen hülsenartigen Abschnitt (3), wobei an einem ersten Ende (4) des hülsenartigen Abschnitts (3) ein Halteabschnitt (5) ausgebildet ist, welcher vom hülsenartigen Abschnitt (3) derart abgewinkelt ist, dass ein Außendurchmesser des Befestigungselementes (1) durch den Halteabschnitt (5) vergrößert ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines derartigen Befestigungselementes (1) an und/oder in einem Faserverbundbauteil (9) und ein mittels des Verfahrens hergestelltes Faserverbundbauteil (9) mit zumindest einem derartigen Befestigungselement (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement zur form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Anordnung an und/oder in einem Faserverbundbauteil nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Montage eines Befestigungselementes an und/oder in einem Faserverbundbauteil nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 5 und ein Faserverbundbauteil mit zumindest einem Befestigungselement nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10.
  • Im Stand der Technik werden Anbindungselemente an Faserverbundbauteile mittels Verschraubung, Vernietung und/oder Verklebung angebracht. Solche Faserverbundbauteile sind beispielsweise faserverstärkte Thermoplastplatten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Befestigungselement zur form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Anordnung an und/oder in einem Faserverbundbauteil, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Montage eines Befestigungselementes an und/oder in einem Faserverbundbauteil und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Faserverbundbauteil mit zumindest einem Befestigungselement anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Befestigungselement zur form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Anordnung an und/oder in einem Faserverbundbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Montage eines Befestigungselementes an und/oder in einem Faserverbundbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und ein Faserverbundbauteil mit zumindest einem Befestigungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein erfindungsgemäßes Befestigungselement zur form-, stoff-, und/oder kraftschlüssigen Anordnung an und/oder in einem Faserverbundbauteil umfasst einen hülsenartigen Abschnitt, wobei an einem ersten Ende des hülsenartigen Abschnitts ein Halteabschnitt ausgebildet ist, welcher vom hülsenartigen Abschnitt derart abgewinkelt ist, dass ein Außendurchmesser des Befestigungselementes durch den Halteabschnitt vergrößert ist. Das heißt, der Halteabschnitt ist vom hülsenartigen Abschnitt derart abgewinkelt, dass er den Außendurchmesser des hülsenartigen Abschnitts überragt und dadurch vergrößert.
  • Das Befestigungselement ist in einem Montageverfahren in das Faserverbundbauteil einzudrücken oder einzupressen, bis eine zweite Anlagefläche des Halteabschnitts des Befestigungselementes an einer ersten Seite des Faserverbundbauteils anliegt, vorzugsweise plan anliegt. Das Eindrücken oder Einpressen erfolgt dabei zweckmäßigerweise, während das Befestigungselement und/oder das Faserverbundbauteil erhitzt ist, so dass eine thermoplastische Matrix des Faserverbundbauteils in einem Einpressbereich aufgeschmolzen und während des Eindrückens oder Einpressens des Befestigungselementes verdrängt wird. Mittels einer solchen Verbindung, welche durch das erfindungsgemäß ausgebildete Befestigungselement ermöglicht ist, können hohe Kräfte übertragen werden, welche beispielsweise an Fahrzeugsitzen im Crashfall auftreten. Herkömmliche Verbindungselemente müssen entweder aufwändig im Herstellprozess des Faserverbundbauteils in selbigem eingebettet werden oder schraubend unter Zerstörung der Fasern des Faserverbundbauteils durch einen Bohrungsprozess am Faserverbundbauteil angeordnet werden. Das erfindungsgemäße Befestigungselement ermöglicht einen faserzerstörungsfreien form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbund zwischen Befestigungselement und Faserverbundbauteil, wobei insbesondere eine Kraftleitung zwischen Befestigungselement und Faserverbundbauteil signifikant verbessert ist.
  • Zweckmäßigerweise ist der Halteabschnitt vom hülsenartigen Abschnitt im Wesentlichen rechtwinklig abgewinkelt. Auf diese Weise liegt der Halteabschnitt flach an der ersten Seite des Faserverbundbauteils an, zumindest dann, wenn das Befestigungselement ausgehend von der ersten Seite des Faserverbundbauteils senkrecht in dieses eingedrückt oder eingepresst wurde. Zweckmäßigerweise bildet der Halteabschnitt eine plane Anlagefläche aus, um das möglichst flache und vollflächige Anliegen an der ersten Seite des Faserverbundbauteils zu ermöglichen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der hülsenartige Abschnitt ein Innengewinde auf. Dadurch ist eine schraubende Befestigung zumindest eines weiteren Bauteils an dem Befestigungselement und über dieses am Faserverbundbauteil ermöglicht. Alternativ kann der hülsenartige Abschnitt auch eine Durchgangsöffnung ohne ein Innengewinde aufweisen, um beispielsweise eine Schraube, einen Bolzen oder eine Achse darin anzuordnen.
  • Das Befestigungselement ist bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff gebildet, wodurch es ausreichend stabil ausgebildet ist, um auftretenden Belastungen während der Montage im Faserverbundbauteil und während einer anschließenden Verwendung des Faserverbundbauteils standzuhalten. Des Weiteren ist dadurch die Erhitzung des Befestigungselementes auf eine Temperatur ermöglicht, welcher über der Schmelztemperatur der thermoplastischen Matrix des Faserverbundbauteils liegt, so dass auf diese Weise das Eindrücken oder Einpressen des Befestigungselementes in das Faserverbundbauteil ermöglicht ist. Alternativ sind auch andere insbesondere temperaturbeständige Materialien möglich, welche derartigen Temperaturen, welche zum Eindrücken oder Einpressen erforderlich sind, zumindest für die kurze Eindrückzeit oder Einpresszeit standhalten. Auch eine Kombination aus Metall und einem anderen Material ist möglich.
  • Zweckmäßigerweise weist das Befestigungselement im Bereich des hülsenartigen Abschnitts außenseitig eine Oberflächenstrukturierung auf. Dadurch ist eine besonders gute form-, stoff- und/oder kraftschlüssige Verbindung des Befestigungselementes mit dem Faserverbundbauteil ermöglicht, da die Fasern und die Matrix des Faserverbundbauteils den hülsenartigen Abschnitt außenseitig umschließen und sich dabei in der Oberflächenstrukturierung verklammern. Um eine möglichst gute derartige Verklammerung und form-, stoff- und/oder kraftschlüssige Verbindung des Befestigungselementes mit dem Faserverbundbauteil zu erreichen, ist die Oberflächenstrukturierung beispielsweise als eine Narbung und/oder Riffelung ausgebildet.
  • In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Montage eines derartigen Befestigungselementes an und/oder in einem Faserverbundbauteil wird das Befestigungselement derart auf ein zumindest bereichsweise korrespondierend ausgebildetes Fügewerkzeug, welches einen konus- oder kegelförmigen Abschnitt aufweist, formschlüssig aufgesetzt, dass der konus- oder kegelförmige Abschnitt ein vom Halteabschnitt abgewandtes zweites Ende des Befestigungselementes in axialer Richtung des hülsenartigen Abschnitt des Befestigungselementes überragt, das zweite Ende des Befestigungselementes an einer Grundfläche des konus- oder kegelförmigen Abschnitts anliegt und ein Durchmesser der Grundfläche des konus- oder kegelförmigen Abschnitts im Wesentlichen einem Außendurchmesser des hülsenartigen Abschnitts des Befestigungselementes entspricht. Das Befestigungselement und das beispielsweise als Fügedorn ausgebildete Fügewerkzeug werden dann erfindungsgemäß derart in das Faserverbundbauteil gedrückt oder gepresst, dass der konus- oder kegelförmige Abschnitt des Fügewerkzeugs das Faserverbundbauteil von einer ersten Seite zu einer zweiten Seite vollständig durchdringt und der hülsenartige Abschnitt des Befestigungselementes in das Faserverbundbauteil eindringt, bis eine zweite Anlagefläche des Halteabschnitts des Befestigungselementes an einer ersten Seite des Faserverbundbauteils anliegt, vorzugsweise plan anliegt.
  • Mittels einer solchen durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichten Verbindung können hohe Kräfte übertragen werden, welche beispielsweise an Fahrzeugsitzen im Crashfall auftreten. Herkömmliche Verbindungselemente müssen entweder aufwändig im Herstellprozess des Faserverbundbauteils in selbigem eingebettet werden oder schraubend unter Zerstörung der Fasern des Faserverbundbauteils durch einen Bohrungsprozess am Faserverbundbauteil angeordnet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen faserzerstörungsfreien form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbund zwischen Befestigungselement und Faserverbundbauteil, wobei insbesondere eine Kraftleitung zwischen Befestigungselement und Faserverbundbauteil signifikant verbessert ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform werden das Befestigungselement und das Fügewerkzeug vor dem Eindrücken oder Einpressen in das Faserverbundbauteil auf eine vorgebbare Temperatur erhitzt und in erhitztem Zustand derart in das Faserverbundbauteil gedrückt oder gepresst, dass der konus- oder kegelförmige Abschnitt des Fügewerkzeugs das Faserverbundbauteil von der ersten Seite zur zweiten Seite vollständig durchdringt und der hülsenartige Abschnitt des Befestigungselementes in das Faserverbundbauteil eindringt, bis die zweite Anlagefläche des Halteabschnitts des Befestigungselementes an der ersten Seite des Faserverbundbauteils anliegt, vorzugsweise plan anliegt. Dies ermöglicht das Eindrücken oder Einpressen des Befestigungselementes in das Faserverbundbauteil auch in einem kalten und daher starren, ausgehärteten Zustand des Faserverbundbauteils, welches dann durch das erhitzte Fügewerkzeug partiell erhitzt und dadurch aufgeschmolzen wird, um das Eindrücken oder Einpressen zunächst des Fügewerkzeugs und unmittelbar danach des Befestigungselementes zu ermöglichen.
  • Dazu wird die vorgebbare Temperatur, auf welche das Befestigungselement und das Fügewerkzeug erhitzt werden, zweckmäßigerweise derart vorgegeben, dass sie oberhalb einer Schmelztemperatur einer thermoplastischen Matrix des Faserverbundbauteils liegt. Dadurch wird diese thermoplastische Matrix im Verlauf des Durchdrückens des heißen Fügewerkzeugs mit dem heißen Befestigungselement aufgeschmolzen und bildet beim Erkalten eine form-, stoff- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit dem Befestigungselement aus.
  • Im Verlauf des Durchdrückens des heißen Fügewerkzeugs mit dem heißen Befestigungselement durch das Faserverbundbauteil werden die Fasern des Faserverbundbauteils im betreffenden Abschnitt durch den konus- oder kegelförmigen Abschnitt des Fügewerkzeugs derart verdrängt, dass sie sich um den hülsenartigen Abschnitt des Befestigungselements legen und derart eine neue Faserorientierung, welche einen besonders vorteilhaften Kraftfluss ermöglicht, ausbilden. Dabei erfolgt diese Verdrängung der Fasern besonders vorteilhafterweise zerstörungsfrei.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann das Verfahren auch in einen Spritzgussprozess zur Ausformung des Faserverbundbauteils integriert werden, so dass das Fügewerkzeug ein bereits erwärmtes Faserverbundbauteil, beispielsweise ein so genanntes Organoblech, durchdringt und derart eine separate Temperierung des Fügewerkzeugs und/oder des Befestigungselementes nicht erforderlich ist. Auch in dieser Ausführungsform werden im Verlauf des Durchdrückens des Fügewerkzeugs mit dem Befestigungselement durch das im Spritzgusswerkzeug noch heiße Faserverbundbauteil die Fasern des Faserverbundbauteils im betreffenden Abschnitt durch den konus- oder kegelförmigen Abschnitt des Fügewerkzeugs derart verdrängt, dass sie sich um den hülsenartigen Abschnitt des Befestigungselements legen und derart eine neue Faserorientierung, welche einen besonders vorteilhaften Kraftfluss ermöglicht, ausbilden. Dabei erfolgt diese Verdrängung der Fasern ebenfalls besonders vorteilhafterweise zerstörungsfrei. Auch in dieser Ausführungsform des Verfahrens wird beim Erkalten des Faserverbundbauteils eine form-, stoff- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit dem Befestigungselement ausgebildet.
  • Vorzugsweise wird das Befestigungselement derart in das Faserverbundbauteil gedrückt oder gepresst, dass das vom Halteabschnitt abgewandte zweite Ende des Befestigungselementes das Faserverbundbauteil auf dessen zweiter Seite überragt. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise ermöglicht, einen das Faserverbundbauteil auf dessen zweiter Seite überragenden Abschnitt des Befestigungselementes mit einem entsprechenden Werkzeug, beispielsweise einem Dorn, derart umzuformen, dass dieser Abschnitt nach dem Umformen vom hülsenartigen Abschnitt abgewinkelt ist und einen Außendurchmesser des hülsenartigen Abschnitts überragt, d. h. den Außendurchmesser des hülsenartigen Abschnitts vergrößert. Auf diese Weise wird das Befestigungselement mit im Faserverbundbauteil fest verklammert, d. h. derartig formschlüssig befestigt, dass es sich nicht aus dem Faserverbundbauteil lösen kann. Vorzugsweise wird der Abschnitt durch dieses Umformen rechtwinklig vom hülsenartigen Abschnitt abgewinkelt, so dass er, zumindest wenn das Befestigungselement das Faserverbundbauteil rechtwinklig durchdringt, flach an der zweiten Seite des Faserverbundbauteils anliegt. Vorzugsweise bildet der Abschnitt nach dem Umformen zumindest eine plane Anlagefläche aus, so dass das flache und vollflächige Anliegen am Faserverbundbauteil ermöglicht wird.
  • Ein erfindungsgemäßes Faserverbundbauteil weist zumindest ein oben beschriebenes Befestigungselement auf und ist mittels des oben beschriebenen Verfahrens hergestellt. Mittels einer solchen Verbindung, mit welcher das Befestigungselement mit dem Faserverbundbauteil verbunden ist, können hohe Kräfte übertragen werden, welche beispielsweise an Fahrzeugsitzen im Crashfall auftreten. Das Faserverbundbauteil mit dem zumindest einen Befestigungselement ist in einer vorteilhaften Ausführungsform als ein Bestandteil eines derartigen Fahrzeugsitzes ausgebildet. Herkömmliche Verbindungselemente müssen entweder aufwändig im Herstellprozess des Faserverbundbauteils in selbigem eingebettet werden oder schraubend unter Zerstörung der Fasern des Faserverbundbauteils durch einen Bohrungsprozess am Faserverbundbauteil angeordnet werden.
  • Das erfindungsgemäße Faserverbundbauteil mit dem zumindest einen Befestigungselement weist einen faserzerstörungsfreien form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbund zwischen Befestigungselement und Faserverbundbauteil auf, wobei insbesondere eine Kraftleitung zwischen Befestigungselement und Faserverbundbauteil signifikant verbessert ist.
  • Das Faserverbundbauteil weist, um die Herstellung mittels des oben beschriebenen Verfahrens zu ermöglichen, zweckmäßigerweise eine thermoplastische Matrix auf. Die Fasern des Faserverbundbauteils können beispielsweise Kohlenstofffasern, Glasfasern und/oder Naturfasern sein.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Befestigungselements während eines Fügevorgangs mit einem Fügedorn,
  • 2 schematisch eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Befestigungselements nach Beendigung eines Fügevorgangs,
  • 3 schematisch eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Befestigungselements nach Beendigung eines Umformvorgangs eines das Faserverbundbauteil überragenden Abschnitts mit einem Dorn und
  • 4 schematisch eine Schnittdarstellung eines in einem Faserverbundbauteil form-, stoff- und/oder kraftschlüssig angeordneten Befestigungselements.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist schematisch eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Befestigungselements 1 während eines Fügevorgangs mit einem Fügewerkzeug 2, welches beispielsweise als Fügedorn ausgebildet ist, dargestellt. Das Fügewerkzeug 2 wird im Weiteren als Fügedorn 2 bezeichnet.
  • Das erfindungsgemäße Befestigungselement 1 weist in seinem zentralen Bereich einen hülsenartigen Abschnitt 3 auf. In diesem hülsenartigen Abschnitt 3 ist ein nicht näher dargestelltes, herkömmliches Innengewinde ausgeformt.
  • An einem ersten Ende 4 des hülsenartigen Abschnitts 3 ist ein Halteabschnitt 5 angeordnet, welcher rechtwinklig vom hülsenartigen Abschnitt 3 abgewinkelt ist und derart einen Außendurchmesser des hülsenartigen Abschnitts 3 vergrößert und plane Anlageflächen 6, 7 ausbildet.
  • Dabei ist eine erste Anlagefläche 6 vom hülsenartigen Abschnitt 3 abgewandt, während die zweite Anlagefläche 7 in Richtung des hülsenartigen Abschnitts 3 weist.
  • Der Halteabschnitt 5 ist bevorzugt rund ausgebildet und kann in alternativen Ausführungsvarianten vieleckig oder oval ausgebildet sein.
  • Das Befestigungselement 1 ist bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff gebildet und kann im Bereich des hülsenartigen Abschnitts 3 außenseitig eine Oberflächenstrukturierung 8 aufweisen. Eine solche Oberflächenstrukturierung 8 kann beispielweise durch eine Narbung oder Riffelung gebildet werden.
  • Das Befestigungselement 1 wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens form-, stoff- und/oder kraftschlüssig in einem Faserverbundbauteil 9 angeordnet. Das Faserverbundbauteil 9 ist bevorzugt als ein flächiges Halbzeug aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet, in welchem ein Gewebe aus Glas-, Carbon- und/oder Aramidfasern oder einer Mischform aus diesen derart eingebracht ist, dass die Fasern vollständig mit thermoplastischem Kunststoff benetzt sind.
  • Ein solches Faserverbundbauteil 9 kann beispielsweise eine Sitzstruktur eines Fahrzeugsitzes, insbesondere eine Sitzlehnenrückwand aus einem sogenannten Organoblech, sein.
  • Zur form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Anordnung des Befestigungselements 1 in dem Faserverbundbauteil 9 wird ein erfindungsgemäß ausgeformtes Befestigungselement 1 auf einen korrespondierend ausgeformten Fügedorn 2 formschlüssig aufgesetzt und Fügedorn 2 und Befestigungselement 1 werden auf eine vorgebbare Temperatur erhitzt. Dabei weist der Fügedorn 2 einen konus- oder kegelförmigen Abschnitt 10 auf, welcher ein vom Halteabschnitt 5 abgewandtes zweites Ende 11 des Befestigungselements 1 überragt.
  • Fügedorn 2 und Befestigungselement 1 werden in erhitztem Zustand beginnend mit dem konus- oder kegelförmigen Abschnitt 10 des Fügedorns 2 durch das Faserverbundbauteil 9 gedrückt oder gepresst. Dabei liegt die vorgebbare Temperatur oberhalb einer Schmelztemperatur der thermoplastischen Matrix des Faserverbundbauteils 9, so dass diese thermoplastische Matrix im Verlauf des Durchdrückens des heißen Befestigungselements 1 aufgeschmolzen wird und beim Erkalten eine form-, stoff- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit dem Befestigungselement 1, insbesondere mit dessen Oberflächenstrukturierung 8, ausbildet.
  • Dadurch ist zwischen Befestigungselement 1 und Faserverbundbauteil 9 eine besonders robuste und widerstandsfähige form-, stoff- und/oder kraftschlüssige Verbindung ausgebildet, mittels der große Kräfte in das Faserverbundbauteil 9 einleitbar sind.
  • Dabei wird das Befestigungselement 1 derart in das Faserverbundbauteil 9 gedrückt, dass die zweite Anlagefläche 7 des Halteabschnitts 5 des Befestigungselements 1 an einer ersten Seite 12 des Faserverbundbauteils 9 plan anliegt.
  • Eine Länge des Befestigungselements 1 ist dabei derart ausgebildet, dass es das Faserverbundbauteil 9 in einem gefügten Zustand auf dessen zweiter Seite 13 um einen vorgebbaren Betrag überragt.
  • Im Verlauf des Durchdrückens des heißen Fügedorns 2 mit dem heißen Befestigungselement 1 durch das Faserverbundbauteil 9 werden die Fasern des Faserverbundbauteils 9 im betreffenden Abschnitt durch den konus- oder kegelförmigen Abschnitt 10 des Fügedorns 2 derart verdrängt, dass sie sich um den hülsenartigen Abschnitt 3 des Befestigungselements 1 legen und derart eine neue Faserorientierung, welchen einen besonders vorteilhaften Kraftfluss ermöglicht, ausbilden. Dabei erfolgt diese Verdrängung der Fasern besonders vorteilhafterweise zerstörungsfrei.
  • 2 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Befestigungselement 1 nach Beendigung eines solchen Fügevorgangs. Der Fügedorn 2 ist hier bereits aus dem Befestigungselement 1 entfernt, d. h. er wurde nach vorn und damit in der während des Durchdrückens oder Durchpressens des Fügedorns 2 durch das Faserverbundbauteil 9 verwendeten Pressrichtung aus dem Befestigungselement 1 herausgezogen, denn ein Herausziehen in entgegengesetzter Richtung, d. h. nach hinten, ist nicht möglich, da ein Durchmesser einer Grundfläche des konus- oder kegelförmigen Abschnitts 10 des Fügedorns 2 so groß ist wie ein Außendurchmesser des hülsenartigen Abschnitts 3 des Befestigungselementes 1, wodurch dieses formschlüssig auf den Fügedorn 2 aufgesetzt ist.
  • Anschließend, d. h. nachdem der Fügedorn 2 entfernt ist, wird ein das Faserverbundbauteil 9 überragender Abschnitt 14 des Befestigungselements 1 mit einem entsprechenden Umformwerkzeug 15, beispielsweise einem Dorn oder einem Umformstempel, derart umgeformt, bis der Abschnitt 14 rechtwinklig vom hülsenartigen Abschnitt 3 abgewinkelt ist und derart einen Hinterschnitt ausbildet und einen Außendurchmesser des hülsenartigen Abschnitts 3 vergrößert sowie plane Anlageflächen 16, 17 ausbildet.
  • Dabei ist die erste Anlagefläche 16 vom hülsenartigen Abschnitt 3 abgewandt, während die zweite Anlagefläche 17 in Richtung des hülsenartigen Abschnitts 3 weist.
  • Während des Umformens liegt ein Gegenlager 18 an der ersten Anlagefläche 6 des Halteabschnitts 5 an, so dass das Befestigungselement 1 während des Umformens im Faserverbundbauteil 9 gehalten wird und nicht zurückrutscht. Dieses Gegenlager 18 kann auch dazu verwendet werden, um bei dem in 1 dargestellten Verfahrensschritt das Befestigungselement 1 und zweckmäßigerweise auch den mit seinem konus- oder kegelförmigen Abschnitt 10 am Befestigungselement 1 anliegenden Fügedorn 2 in das Faserverbundbauteil 9 zu drücken oder zu pressen. Daher liegt das Gegenlager auch bereits in 1 am Befestigungselement 1 an. Auf den Fügedorn 2 kann alternativ oder zusätzlich auch eine separate Presskraft ausgeübt werden. Beispielsweise kann der Fügedorn 2 während des Eindrückens oder Einpressens in das Faserverbundbauteil 9 über im Fügedorn 2 ausgebildete Ausformungen auch mit dem Gegenlager 18 gekoppelt werden, so dass die Presskraft sowohl auf das Befestigungselement 1 als auch auf den Fügedorn 2 einwirkt. Zum Herausziehen des Fügedorns 2 aus dem im Faserverbundbauteil 9 angeordneten Befestigungselement 1 muss der Fügedorn 2 dann zunächst vom Gegenlager 18 gelöst werden.
  • 3 zeigt schematisch eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Befestigungselement 1 nach Beendigung eines solchen Umformvorgangs eines das Faserverbundbauteil 9 überragenden Abschnitts 14 mit einem Dorn.
  • 4 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung eines in einem Faserverbundbauteil 9 form-, stoff- und/oder kraftschlüssig angeordneten Befestigungselements 1.
  • Mittels einer solchen Verbindung zwischen Befestigungselement 1 und Faserverbundbauteil 9 können hohe Kräfte übertragen werden, welche beispielsweise an Autositzen im Crashfall auftreten. Herkömmliche Verbindungselemente müssen entweder aufwändig im Herstellprozess des Faserverbundbauteils 9 in selbigem eingebettet werden oder schraubend unter Zerstörung der Fasern des Faserverbundbauteils 9 durch einen Bohrungsprozess am Faserverbundbauteil 9 angeordnet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen faserzerstörungsfreien form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbund zwischen Befestigungselement 1 und Faserverbundbauteil 9, wobei insbesondere eine Kraftleitung zwischen Befestigungselement 1 und Faserverbundbauteil 9 signifikant verbessert ist.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das Umformwerkzeug 15 in ein Spritzgießwerkzeug zur Ausformung des Faserverbundbauteils 9 integriert werden, so dass das Umformwerkzeug 15 ein bereits erwärmtes Faserverbundbauteil 9 durchdringt und derart eine separate Temperierung des Umformwerkzeugs 15 vermieden ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Befestigungselement
    2
    Fügedorn
    3
    hülsenartiger Abschnitt
    4
    erstes Ende
    5
    Halteabschnitt
    6
    erste Anlagefläche
    7
    zweite Anlagefläche
    8
    Oberflächenstrukturierung
    9
    Faserverbundbauteil
    10
    konus- oder kegelförmiger Abschnitt
    11
    zweites Ende
    12
    erste Seite
    13
    zweite Seite
    14
    Abschnitt
    15
    Umformwerkzeug
    16
    erste Anlagefläche
    17
    zweite Anlagefläche
    18
    Gegenlager

Claims (10)

  1. Befestigungselement (1) zur form-, stoff-, und/oder kraftschlüssigen Anordnung an und/oder in einem Faserverbundbauteil (9), umfassend einen hülsenartigen Abschnitt (3), wobei an einem ersten Ende (4) des hülsenartigen Abschnitts (3) ein Halteabschnitt (5) ausgebildet ist, welcher vom hülsenartigen Abschnitt (3) derart abgewinkelt ist, dass ein Außendurchmesser des Befestigungselementes (1) durch den Halteabschnitt (5) vergrößert ist.
  2. Befestigungselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenartige Abschnitt (3) ein Innengewinde aufweist.
  3. Befestigungselement (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Ausbildung aus einem metallischen Werkstoff.
  4. Befestigungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenartige Abschnitt (3) außenseitig eine Oberflächenstrukturierung (8) aufweist.
  5. Verfahren zur Montage eines Befestigungselementes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 an und/oder in einem Faserverbundbauteil (9), wobei das Befestigungselement (1) derart auf ein Fügewerkzeug (2), welches einen konus- oder kegelförmigen Abschnitt (10) aufweist, formschlüssig aufgesetzt wird, dass der konus- oder kegelförmige Abschnitt (10) ein vom Halteabschnitt (5) abgewandtes zweites Ende (11) des Befestigungselementes (1) in axialer Richtung des hülsenartigen Abschnitt (3) des Befestigungselementes (1) überragt, das zweite Ende (11) des Befestigungselementes (1) an einer Grundfläche des konus- oder kegelförmigen Abschnitts (10) anliegt und ein Durchmesser der Grundfläche des konus- oder kegelförmigen Abschnitts (10) im Wesentlichen einem Außendurchmesser des hülsenartigen Abschnitts (3) des Befestigungselementes (1) entspricht, wobei das Befestigungselement (1) und das Fügewerkzeug (2) derart in das Faserverbundbauteil (9) gedrückt oder gepresst werden, dass der konus- oder kegelförmige Abschnitt (10) des Fügewerkzeugs (2) das Faserverbundbauteil (9) von einer ersten Seite (12) zu einer zweiten Seite (13) vollständig durchdringt und der hülsenartige Abschnitt (3) des Befestigungselementes (1) in das Faserverbundbauteil (9) eindringt, bis eine zweite Anlagefläche (7) des Halteabschnitts (5) des Befestigungselementes (1) an der ersten Seite (12) des Faserverbundbauteils (9) anliegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (1) und das Fügewerkzeug (2) vor dem Eindrücken oder Einpressen in das Faserverbundbauteil (9) auf eine vorgebbare Temperatur erhitzt werden und in erhitztem Zustand derart in das Faserverbundbauteil (9) gedrückt oder gepresst werden, dass der konus- oder kegelförmige Abschnitt (10) des Fügewerkzeugs (2) das Faserverbundbauteil (9) von der ersten Seite (12) zur zweiten Seite (13) vollständig durchdringt und der hülsenartige Abschnitt (3) des Befestigungselementes (1) in das Faserverbundbauteil (9) eindringt, bis die zweite Anlagefläche (7) des Halteabschnitts (5) des Befestigungselementes (1) an der ersten Seite (12) des Faserverbundbauteils (9) anliegt.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (1) derart in das Faserverbundbauteil (9) gedrückt oder gepresst wird, dass das vom Halteabschnitt (5) abgewandte zweite Ende (11) des Befestigungselementes (1) das Faserverbundbauteil (9) auf dessen zweiter Seite (13) überragt.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur, auf welche das Befestigungselement (1) und das Fügewerkzeug (2) erhitzt werden, derart vorgegeben wird, dass sie oberhalb einer Schmelztemperatur einer thermoplastischen Matrix des Faserverbundbauteils (9) liegt.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Faserverbundbauteil (9) auf dessen zweiter Seite (13) überragender Abschnitt (14) des Befestigungselementes (1) derart umgeformt wird, dass dieser Abschnitt (14) nach dem Umformen vom hülsenartigen Abschnitt (3) abgewinkelt ist und einen Außendurchmesser des hülsenartigen Abschnitts (3) überragt.
  10. Faserverbundbauteil (9) mit zumindest einem Befestigungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 9.
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