DE102013202723B4

DE102013202723B4 - Befestigungsbaugruppe

Info

Publication number: DE102013202723B4
Application number: DE102013202723.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Beil; Lukasz Goldyn; Daniel Haupt-Schott; Thomas Hogger; Simon Spitzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2023-04-20
Anticipated expiration: 2033-02-21
Also published as: DE102013202723A1

Abstract

Befestigungsbaugruppe (12) mit einem Bauteil (18), insbesondere einem faserverstärken Kunststoff-Anbauteil für ein Fahrzeug, und einem Befestigungselement (10) zur Befestigung eines Anbauteils (28) an dem Bauteil (18), insbesondere zur Befestigung an faserverstärken Kunststoff-Bauteilen in Fahrzeugen, wobei zur Befestigung des Anbauteils (28) zumindest ein Befestigungsmittel (32) vorgesehen ist, das sich in das Befestigungselement (10) erstreckt, wobei das Befestigungselement (10) aus einem faserverstärkten Kunststoff mit insbesondere ungerichteten Fasern besteht und zumindest eine Aufnahme (20) für das Befestigungsmittel (32) aufweist, und wobei das Befestigungselement (10) rückseitig im Bereich der mindestens einen Aufnahme (20) eine zylinderförmige oder teilkegelförmige Verstärkung (22) aufweist, wobei sich längs und quer zu einer Längsrichtung (L) des Befestigungselements (10) Verstärkungsrippen (24, 26) von der Verstärkung (22) weg erstrecken, wobei das Befestigungselement (10) auf der Rückseite (16) des Bauteils (18) vorgesehen ist und im Bauteil (18) zumindest eine zur Aufnahme (20) korrespondierende Öffnung (30) vorgesehen ist und wobei das Befestigungselement (10) in dem Bauteil (18) durch eine Ausformung des dünnwandigen Bauteils (18) formschlüssig aufgenommen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsbaugruppe mit einem Befestigungselement zur Befestigung eines Anbauteils an einem Bauteil, insbesondere zur Befestigung von faserverstärken Kunststoff-Bauteilen in Fahrzeugen.
Aus Gewichtsgründen werden Bauteile in Fahrzeugen, beispielsweise Verkleidungsteile, immer dünner gefertigt. Die Befestigung von Anbauteilen an solchen dünnwandigen Bauteilen ist aber sehr aufwendig, da ein Befestigungsmittel, beispielsweise eine Schraube, in diesen Bauteilen keinen ausreichenden Halt findet oder ein Gewinde, in dem das Befestigungsmittel fixiert ist, leicht ausreißen kann.
Aus dem Stand der Technik sind deshalb beispielsweise separate Befestigungselemente aus Metall bekannt, die eine Aufnahme für das Befestigungsmittel aufweisen, und die hinter dem dünnwandigen Bauteil positioniert werden, sodass sich das Befestigungsmittel durch das dünnwandige Bauteil in das Befestigungselement erstrecken und in diesem verankert werden kann. Da das Befestigungselement eine breitere Auflagefläche am Anbauteil bereitstellt, ist eine bessere Lastverteilung und somit eine bessere Befestigung von Anbauteilen möglich, wodurch eine Beschädigung des dünnwandigen Bauteil zuverlässig verhindert ist. Alternativ werden Blindnietmuttern aus Metall verwendet, die in das dünnwandige Bauteil eingesetzt werden. Metallteile weisen allerdings ein sehr hohes Gewicht auf, sodass diese aus Gewichtsgründen nicht erwünscht sind. Alternativ wird das Bauteil im Bereich des zu befestigenden Anbauteils dicker ausgebildet, sodass eine ausreichende Bauteildicke vorhanden ist. Dies ist aber ebenfalls aus Gewichtsgründen nicht erwünscht. Zudem muss die genaue Position der Befestigungselemente bei der Herstellung des dünnwandigen Bauteils bekannt sein, sodass keine flexible Verschraubung von Bauteilen möglich ist. Verschraubungen in Reinharz bieten zudem keinen ausreichenden Halt für das Befestigungsmittel.
Die DE 10 2011 009 682 B4 offenbart eine Schraubenaufnahmeeinrichtung mit einer Kunststoffhülse, die aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist.
Die DE 10 2006 007 244 A1 beschreibt ein Befestigungselement mit einem Gewindeabschnitt und einem Flanschabschnitt mit einer Abstützfläche zur Abstützung eines zu befestigenden Bauteils.
Die US 2003 / 0 094 804 A1 offenbart ein Versteifungselement mit einer Platte und einer an der Platte befestigten Mutter.
Die DE 197 12 180 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden von zwei Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff mit nietartigen Verbindungselementen.
Die DE 1 646 517 U offenbart eine in einer Kunststoffscheibe eingespritzte Mutter.
Die WO 2013 /003 873 A1 beschreibt Schraubenmuttern, die in einem Bauteil gehalten sind, indem sie mit einem Kunststoff umspritzt sind.
Die DE 11 2010 003 926 T5 beschreibt eine durch Umspritzen in einem Bauteil eingebettete Mutter.
Die DE 86 22 320 U1 offenbart die Befestigung einer Mutter an einem Körper durch Umschäumen der Mutter mittels des den Körper bildenden Schaumkunststoffes.
Die DE 79 09 460 U1 beschreibt ein Schaumteil mit eingeschäumtem Festigkeitsträger.
Die AT 11 420 U1 offenbart einen geschäumten Wandbaustein, in den eine Anschlussleitung eingebettet ist.
Die JP H06-137 315 A offenbart eine Befestigungsstruktur zum Halten eines zu befestigenden Elements an einem anderen Element, wobei an dem zu befestigenden Element ein Bolzen befestigt ist, der durch das andere Element hindurch ragt und auf den eine Kappe aufgesteckt ist.
Die DE 20 2008 009 055 U1 beschreibt einen Befestigungsdorn für einen Kunststoffträger zur Aufnahme eines Verbindungselements.
DE 44 33 588 A1 beschreibt ein Kunststoffschaumteil mit einer darin durch Umschäumen eingelagerten Verstärkungseinlage, die als Kunststoff-Spritzgussteil mit einem daran angeformten Schraubdom ausgebildet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Befestigungsbaugruppe bereitzustellen, die eine sichere Befestigung eines Anbauteils an einem Bauteil, insbesondere einem dünnwandigen Bauteil ermöglicht.
Zur Lösung der Aufgabe ist eine Befestigungsbaugruppe vorgesehen, mit einem Bauteil, insbesondere einem faserverstärken Kunststoff-Anbauteil in einem Fahrzeug, und einem Befestigungselement zur Befestigung eines Anbauteils an einem Bauteil, insbesondere zur Befestigung an faserverstärkten Kunststoffbauteilen in Fahrzeugen, bei dem zur Befestigung des Anbauteils zumindest ein Befestigungsmittel verwendet wird, das sich in das Befestigungselement erstreckt. Das Befestigungselement besteht aus einem faserverstärkten Kunststoff mit insbesondere ungerichteten Fasern und weist zumindest eine Aufnahme für das Befestigungsmittel auf. Das Befestigungselement weist rückseitig im Bereich der mindestens einen Aufnahme eine zylinderförmige oder teilkegelförmige Verstärkung auf, wobei sich längs und quer zu einer Längsrichtung des Befestigungselements Verstärkungsrippen von der Verstärkung weg erstrecken. Das Befestigungselement ist auf der Rückseite des Bauteils vorgesehen ist und im Bauteil ist zumindest eine zur Aufnahme korrespondierende Öffnung vorgesehen, wobei das Befestigungselement in dem Bauteil durch eine Ausformung des dünnwandigen Bauteils formschlüssig aufgenommen ist.
Erfindungsgemäß wird ein faserverstärktes Kunststoffteil verwendet, das am Bauteil fixiert werden kann und das eine Aufnahme aufweist, in der ein Befestigungsmittel befestigt werden kann. Das Kunststoffbauteil kann beispielsweise auf der Rückseite des Bauteils angeordnet sein, sodass sich ein Befestigungsmittel durch eine Öffnung des Bauteils in das Befestigungselement erstrecken kann. Das Befestigungselement stellt eine größere Auflagefläche am Bauteil bereit, wodurch eine bessere Lastübertragung auf das Bauteil möglich ist und ein Ausreißen der Öffnung im Bauteil verhindert wird. Das Befestigungsmittel ist im Befestigungselement und nicht im Bauteil verankert, sodass eine Beschädigung des Bauteils verhindert wird. Durch die in das Kunststoffmaterial eingearbeiteten Fasern weist das Befestigungselement eine höhere Stabilität auf, sodass ein Ausreißen oder Lösen des Befestigungsmittels zuverlässig verhindert ist. Eine Ausrichtung der Fasern ist für die erforderliche Stabilität nicht erforderlich, sodass die Herstellungskosten für das erfindungsgemäße Befestigungselement reduziert werden können. Ein solches Befestigungsteil weist auch ein sehr geringes Gewicht auf.
Die Aufnahme kann beispielsweise ein Gewinde für ein als Schraube ausgebildetes Befestigungsmittel aufweisen, sodass ein leichtes Eindrehen des Befestigungsmittels in das Befestigungselement möglich ist. Es ist aber auch möglich, dass eine selbstschneidende Schraube verwendet wird, sodass keine besonderen Vorkehrungen an der Aufnahme des Befestigungselements getroffen werden müssen. Die Aufnahme kann auch durch die selbstschneidende Schraube vollständig oder teilweise geformt oder geschnitten werden.
Durch die Öffnung im Bauteil kann sich ein Befestigungsmittel, beispielsweise eine Schraube, vom zu befestigenden Anbauteil in das Befestigungselement erstrecken, sodass eine sichere Montage des Bauteils am Befestigungselement möglich ist.
Das Bauteil und das Befestigungselement sind formschlüssig verbunden. Dies kann beispielsweise erst beim Zusammenbau der Befestigungsbaugruppe erfolgen. Das Bauteil und das Befestigungselement werden getrennt angeliefert. In einen ersten Montageschritt wird das Befestigungselement am Bauteil fixiert, sodass dieses bei der nachfolgenden Montage eines Anbauteils bzw. eines Befestigungsmittels nicht gehalten werden muss.
Das Befestigungselement wird in einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform beispielsweise am Bauteil festgeklebt, sodass dieses nicht verrutschen kann und sich beispielsweise beim Eindrehen einer Schraube nicht mit dieser mitdrehen kann.
Das Befestigungselement kann in einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform aber auch bereit vor der Montage stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Bauteil verbunden sein. Es ist beispielsweise auch möglich, dass das Befestigungselement an das Bauteil angegossen ist und eine feste, stoffschlüssige Verbindung mit diesem eingeht.
Das Befestigungselement kann beispielsweise zumindest teilweise vom Bauteil umschlossen sein, sodass ein Verrutschen oder ein Verschieben des Befestigungselements zuverlässig verhindert ist. In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform ist es auch möglich, dass das Bauteil eine rückseitige Umschäumung aufweist und das Befestigungselement insbesondere zumindest teilweise von der Umschäumung umschlossen ist.
Die Herstellung des Bauteils mit einem eingegossenen Befestigungselement kann dadurch erfolgen, dass das Befestigungselement und das Bauteil gemeinsam im selben Werkzeug hergestellt werden. Das Befestigungselement wird beispielsweise in einem ersten Herstellungsschritt separat hergestellt und vor dem Einfüllen des Kunststoffes des Bauteils im Werkzeug angeordnet, sodass dieses teilweise oder vollständig bei der Herstellung des Bauteils vom Kunststoff umschlossen wird.
Das Befestigungsmittel kann beispielsweise eine selbstschneidende Schraube für eine Direktverschraubung in Kunststoff sein, für die kein separates Gewinde in der Aufnahme erforderlich ist, da sich eine solche Kunststoffschraube selbst ein Gewinde schneiden kann.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:

- 1 eine perspektivische Ansicht eines Befestigungselements,
- 2 einen Längsschnitt durch das Befestigungselement aus 1,
- 3 einen Querschnitt durch das Befestigungselement aus 1,
- 4 eine Draufsicht auf das Befestigungselement aus 1,
- 5 eine erfindungsgemäße Befestigungsbaugruppe mit einem Befestigungselement aus 1, teilweise im Längsschnitt, und
- 6 eine zweite, nicht erfindungsgemäße Ausführungsform einer Befestigungsbaugruppe in Draufsicht.

In den 1 bis 4 ist ein Befestigungselement 10 für eine in 5 gezeigte Befestigungsbaugruppe 12 gezeigt.
Das Befestigungselement 10 besteht aus einem faserverstärkten Kunststoff mit insbesondere ungerichteten Fasern, insbesondere Karbon- oder Glasfasern, und weist eine Anlagefläche 14 auf, mit der das Befestigungselement 10 flächig an die Rückseite 16 eines dünnwandigen Bauteils 18 anliegen kann (siehe auch 5).
An der zur Rückseite 16 korrespondierend geformten Anlagefläche 14 sind zwei Aufnahmen 20 vorgesehen, die, wie in den 2 und 3 zu sehen ist, Bohrungen sind, die sich von der Anlagefläche 14 in das Befestigungselement 10 erstrecken.
Im Bereich der Aufnahmen 20 weist das Befestigungselement 10 rückseitig zylinderförmige bzw. teilkegelförmige Verstärkungen 22 auf, sodass im Bereich um die Aufnahmen 20 eine ausreichende Materialdicke vorhanden ist.
Des Weiteren sind Verstärkungsrippen 24, 26 vorgesehen, die sich längs bzw. quer zur Längsrichtung L des Befestigungselements 10 von den Verstärkungen 22 weg erstrecken und ein Durchbiegen des Befestigungselements 10 verhindern.
Zur Befestigung eines Anbauteils 28 an einem dünnwandigen Bauteil 18 wird das Befestigungselement 10 auf der Rückseite 16 des dünnwandigen Bauteils 18 angeordnet (5).
Im dünnwandigen Bauteil 18 sind zu den Aufnahmen 20 korrespondierende Öffnungen 30 vorgesehen. Zur Befestigung eines Anbauteils 28 wird ein Befestigungsmittel 32, in der hier gezeigten Ausführungsform eine Kunststoffschraube, durch eine am Anbauteil 28 vorgesehene Öffnung 34 und durch die Öffnung 30 des dünnwandigen Bauteils 18 in die Aufnahme 20 des Befestigungselements 10 geführt und in dieser fixiert.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass in der Aufnahme 20 ein Gewinde für die Schraube bzw. das Befestigungsmittel 32 vorgesehen ist. Alternativ kann das Befestigungsmittel 32 auch eine selbstschneidende Schraube sein, die sich selbst ein Gewinde in die Aufnahme 20 schneidet. Insbesondere kann bei einer selbstschneidenden Schraube die Aufnahme 20 erst durch die Schraube geformt bzw. geschnitten werden, so dass eine einfachere Herstellung des Befestigungselements 10 möglich ist.
Durch das Befestigungsmittel 32 werden das Befestigungselement an die Rückseite 16 und das Anbauteil an die Vorderseite 36 des Bauteils gezogen, bis diese flächig am Bauteil 18 anliegen und an diesem fixiert sind. Durch die große Auflagefläche 14 des Befestigungselements 10 kann die Belastung auf das dünnwandige Bauteil 18 reduziert werden, sodass ein Ausreißen der Befestigungsmittel 32 aus der Öffnung 30 zuverlässig verhindert ist. Somit ist eine sichere Befestigung des Anbauteils 28 am dünnwandigen Bauteil 18 möglich.
In der hier gezeigten Ausführungsform sind zwei Aufnahmen 20 vorgesehen, sodass durch die Verwendung von zwei Befestigungsmitteln 32 ein Mitdrehen des Befestigungselements 10 beim Eindrehen einer Schraube bzw. eines Befestigungsmittels 32 verhindert ist. Optional kann das Befestigungselement 10 aber auch stoffschlüssig oder formschlüssig mit dem Bauteil 18 verbunden werden, sodass bei der anschließenden Montage des Anbauteils 28 das Befestigungselement 10 nicht festgehalten werden muss.
Die formschlüssige Anbringung kann beispielsweise durch eine entsprechende Ausformung des dünnwandigen Bauteils 18 erfolgen, sodass das Befestigungselement 10 formschlüssig im Bauteil 18 aufgenommen oder an diesem gehalten ist oder dass lediglich ein Drehen des Befestigungselements 10 verhindert wird. Es ist aber auch möglich, dass das Befestigungselement 10 auf der Rückseite 16 des Bauteils 18 verklebt wird. Dies kann beispielsweise erst bei der Montage der Befestigungsbaugruppe 12 erfolgen. Es ist aber auch denkbar, dass das Befestigungselement 10 bereits bei der Anlieferung am dünnwandigen Bauteil 18 fixiert ist.
Eine zweite, nicht erfindungsgemäße Ausführungsform einer Befestigungsbaugruppe 12 ist in 6 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist das Befestigungselement 10 stoff- und formschlüssig mit dem Bauteil 18 verbunden.
Das Bauteil 18 weist eine Oberfläche aus einem faserverstärkten Kunststoff sowie ein Umschäumung 38 auf. Das Befestigungselement 10 ist teilweise von dieser Umschäumung 38 umschlossen und somit formschlüssig am Bauteil 18 fixiert. Somit ist das Befestigungselement 10 sicher am Bauteil 18 gehalten. Es ist beispielsweise möglich, dass das Befestigungselement 10 bereits bei der Herstellung des Bauteils 18 in einem Werkzeug positioniert wird und anschließend von der Umschäumung 38 umschlossen wird.

Claims

Befestigungsbaugruppe (12) mit einem Bauteil (18), insbesondere einem faserverstärken Kunststoff-Anbauteil für ein Fahrzeug, und einem Befestigungselement (10) zur Befestigung eines Anbauteils (28) an dem Bauteil (18), insbesondere zur Befestigung an faserverstärken Kunststoff-Bauteilen in Fahrzeugen, wobei zur Befestigung des Anbauteils (28) zumindest ein Befestigungsmittel (32) vorgesehen ist, das sich in das Befestigungselement (10) erstreckt, wobei das Befestigungselement (10) aus einem faserverstärkten Kunststoff mit insbesondere ungerichteten Fasern besteht und zumindest eine Aufnahme (20) für das Befestigungsmittel (32) aufweist, und wobei das Befestigungselement (10) rückseitig im Bereich der mindestens einen Aufnahme (20) eine zylinderförmige oder teilkegelförmige Verstärkung (22) aufweist, wobei sich längs und quer zu einer Längsrichtung (L) des Befestigungselements (10) Verstärkungsrippen (24, 26) von der Verstärkung (22) weg erstrecken, wobei das Befestigungselement (10) auf der Rückseite (16) des Bauteils (18) vorgesehen ist und im Bauteil (18) zumindest eine zur Aufnahme (20) korrespondierende Öffnung (30) vorgesehen ist und wobei das Befestigungselement (10) in dem Bauteil (18) durch eine Ausformung des dünnwandigen Bauteils (18) formschlüssig aufgenommen ist.
Befestigungsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (32) eine selbstschneidende Schraube zur Direktverschraubung in Kunststoff ist.
Befestigungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (20) ein Gewinde für das als Schraube ausgebildete Befestigungsmittel (32) aufweist.