DE102013209634A1 - Fastening element and fiber composite component with fastening element - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement (1), das einen ersten Bereich (2), einen zweiten Bereich (4) und einen Warmumformbereich (3), der zwischen dem ersten Bereich (2) und dem zweiten Bereich (4) angeordnet ist, umfasst, wobei am ersten Bereich (2) eine Anlagefläche (5) zur Anordnung an einem Faserverbundbauteil (7) vorgesehen ist, und wobei der Warmumformbereich (3) einen thermoplastischen Werkstoff umfasst.The invention relates to a fastening element (1) comprising a first region (2), a second region (4) and a hot forming region (3) arranged between the first region (2) and the second region (4), wherein at the first region (2) a contact surface (5) for arrangement on a fiber composite component (7) is provided, and wherein the hot forming region (3) comprises a thermoplastic material.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Befestigungselement und ein Faserverbundbauteil mit einem Befestigungsmittel sowie dessen Verwendung und ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit einem Befestigungselement.The present invention relates to a fastening element and a fiber composite component with a fastening means and its use, and also to a method for producing a fiber composite component with a fastening element.

Faserverbundbauteile zeichnen sich durch exzellente mechanische Eigenschaften und zudem, gegenüber herkömmlichen metallischen Werkstoffen, durch ein sehr geringes Eigengewicht aus. Dadurch werden Faserverbundbauteile für diverse Anwendungen in Leichtbauweise verwendet, insbesondere im Automobilbau, wo eine Gewichtseinsparung der Bauteile bei sehr guter Festigkeit und Steifigkeit im Fokus steht. Durch vermehrten Einsatz von Faserverbundwerkstoffen und daraus gebildeten Faserverbundbauteilen als Leichtbaumaterialien, werden Verbindungselemente benötigt, die eine Befestigung sowohl am Faserverbundbauteil selbst eingehen als auch eine Befestigung eines Faserverbundbauteils an anderen Bauteilen ermöglichen. Aufgrund der strukturellen Gegebenheiten eines Faserverbundbauteils ist es jedoch zum einen nur bedingt möglich dieses mittels herkömmlicher Verschraubungselemente zu verschrauben. Zum anderen ist ein Anbringen von Befestigungselementen durch eine schwierige Klemmung des Faserverbundmaterials, und damit eine Beeinträchtigung des Setzungsverhaltens des Faserverbundbauteils, und auch aufgrund der Forderung von Kontaktkorrosion, schwer möglich. Andere Möglichkeiten zum Anbringen von Befestigungselementen, wie beispielsweise Verkleben, Nieten oder Nageln, scheitern an der schlechten dauerhaften Verankerung des Befestigungselements im Faserverbundbauteil.Fiber composite components are characterized by excellent mechanical properties and also, compared to conventional metallic materials, by a very low weight. As a result, fiber composite components are used for various applications in lightweight construction, especially in the automotive industry, where a weight saving of the components with very good strength and rigidity in the focus. Increased use of fiber composites and fiber composite components formed therefrom as lightweight materials, connecting elements are required, which are both a fixture on the fiber composite component itself as well as allow attachment of a fiber composite component to other components. Due to the structural conditions of a fiber composite component, however, it is only partially possible to screw this by means of conventional Verschraubungselemente. On the other hand attaching fasteners by a difficult clamping of the fiber composite material, and thus a deterioration of the settlement behavior of the fiber composite component, and also due to the requirement of contact corrosion, difficult. Other ways of attaching fasteners, such as gluing, riveting or nailing, fail because of poor permanent anchoring of the fastener in the fiber composite component.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Befestigungselement bereitzustellen, das einfach und stabil an einem Faserverbundbauteil anordenbar ist ohne dies nachteilig zu beeinträchtigen und über das ein weiteres Bauteil dauerhaft mit dem Faserverbundbauteil befestigbar ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Faserverbundbauteil mit einem Befestigungselement bereitzustellen, wobei das Befestigungselement auf einfache Weise stabil und dauerhaft mit dem Faserverbundbauteil verbunden ist und eine ebenso stabile und dauerhafte Befestigung weiterer Bauteile an dem Faserverbundbauteil ermöglicht, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, das einfach ohne großen technischen Aufwand und damit kostengünstig umsetzbar ist.Based on this prior art, it is therefore an object of the present invention to provide a fastener that can be easily and stably arranged on a fiber composite component without adversely affecting this and on the other component permanently with the fiber composite component can be fastened. It is another object of the invention to provide a fiber composite component with a fastener, wherein the fastener is connected in a simple manner stable and durable with the fiber composite component and allows a stable and permanent attachment of other components to the fiber composite component, and to provide a method for its production, the simply without great technical effort and thus cost feasible.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Befestigungselement gelöst, das einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich und einen Warmumformbereich umfasst, der zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnet ist, wobei am ersten Bereich eine Anlagefläche zur Anordnung an einem Faserverbundbauteil vorgesehen ist, und wobei der Warmumformbereich, und vorzugsweise auch die anderen Bestandteile des Befestigungselements, einen thermoplastischen Werkstoff umfassen. Das Befestigungselement kann leicht mit einem Faserverbundbauteil verbunden werden, beispielsweise über den ersten Bereich, indem dieser in einer im Faserverbundbauteil vorgesehenen Aussparung angeordnet wird. Die Anlagefläche ist ferner eingerichtet, auf einer Seite des Faserverbundbauteils anzuliegen, und somit eine Teilfixierung des Befestigungselements in oder an dem Faserverbundbauteil auszubilden und damit zur Befestigung des Befestigungselements in oder an einem Faserverbundbauteil beizutragen. Durch das Vorsehen eines Warmumformbereichs, der einen thermoplastischen Werkstoff umfasst, kann in diesem Bereich durch Warmumformen mindestens eine Schulter gebildet werden, die zur Ausbildung einer formschlüssigen, und vorzugsweise auch einer stoffschlüssigen, Verbindung mit dem Faserverbundbauteil vorgesehen ist. Zudem werden aufgrund der Verwendung eines thermoplastischen Werkstoffes Kontaktkorrosionen vermieden. Ein derart strukturiertes Befestigungselement kann dauerhaft stabil mit einem Faserverbundbauteil verbunden werden, ohne dass das Faserverbundbauteil eine Deformation erleidet, geklemmt wird, seine mechanischen Eigenschaften oder Setzungsverhalten beeinträchtigt werden. Ferner kann über das Befestigungselement ein weiteres Bauteil oder mehrere Bauteile mit dem Faserverbundbauteil stabil und dauerhaft, vorzugsweise auch lösbar, verbunden werden.According to the invention, the object is achieved by a fastening element which comprises a first region, a second region and a hot forming region which is arranged between the first region and the second region, wherein a contact surface for arrangement on a fiber composite component is provided on the first region, and the hot forming area, and preferably also the other constituents of the fastening element, comprise a thermoplastic material. The fastening element can be easily connected to a fiber composite component, for example over the first region, by being arranged in a recess provided in the fiber composite component. The contact surface is further configured to abut on one side of the fiber composite component, and thus to form a partial fixation of the fastening element in or on the fiber composite component and thus contribute to the attachment of the fastener in or on a fiber composite component. By providing a hot forming area which comprises a thermoplastic material, at least one shoulder can be formed in this area by hot forming, which is provided for forming a form-fitting, and preferably also a cohesive, connection with the fiber composite component. In addition, contact corrosion is avoided due to the use of a thermoplastic material. Such a structured fastener can permanently stable connected to a fiber composite component, without the fiber composite component undergoes deformation, is clamped, its mechanical properties or settlement behavior are impaired. Furthermore, a further component or a plurality of components can be connected to the fiber composite component stably and permanently, preferably also detachably, via the fastening element.

Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.The dependent claims contain advantageous developments and refinements of the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der erste Bereich des Befestigungselements nicht zylindrisch. Hierdurch kann ein Herausrutschen, Hineinrutschen und insbesondere ein Verdrehen des in einem Faserverbundbauteil angeordneten Befestigungselements, selbst bei einwirkenden Torsionskräften, effektiv verhindert werden.According to an advantageous development, the first region of the fastening element is not cylindrical. As a result, slipping out, slipping and, in particular, twisting of the fastening element arranged in a fiber composite component can be effectively prevented, even if torsional forces act.

Weiter vorteilhaft umfasst das Befestigungselement am zweiten Bereich eine Vorrichtung oder Struktur zur Befestigung eines weiteren Bauteils oder weiterer Bauteile, vorzugsweise einen Gewindebolzen, ein C-Clip, einen Schnapphaken, ein Kugel/Pfanne-System oder dergleichen. So kann das Befestigungselement als Bindeglied zwischen einem Faserverbundbauteil und einem oder mehreren weiteren Bauteilen dienen und eine dauerhafte und stabile, und vorzugsweise auch lösbare, Verbindung dieser Bauteile bereitstellen.Further advantageously, the fastening element on the second region comprises a device or structure for fastening a further component or further components, preferably a threaded bolt, a C-clip, a snap hook, a ball / socket system or the like. Thus, the fastener can serve as a link between a fiber composite component and one or more other components and provide a durable and stable, and preferably also releasable, connection of these components.

Ebenfalls erfindungsgemäß wird ein Faserverbundbauteil mit einem Befestigungselement beschrieben, das die vorstehende Aufgabe dadurch löst, dass das Befestigungselement einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich und mindestens eine zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnete Schulter umfasst, die mit dem Faserverbundbauteil eine formschlüssige, vorzugsweise auch eine stoffschlüssige, Verbindung bildet, wobei die Schulter einen thermoplastischen Werkstoff umfasst und wobei der erste Bereich des Befestigungselements zumindest teilweise in einer Aussparung in dem Faserverbundbauteil angeordnet ist.Also according to the invention, a fiber composite component is described with a fastener, which achieves the above object by solves that the fastening element comprises a first region, a second region and at least one arranged between the first region and the second region shoulder which forms a positive, preferably also a material-locking connection with the fiber composite component, wherein the shoulder comprises a thermoplastic material and wherein the first region of the fastener is at least partially disposed in a recess in the fiber composite component.

Der thermoplastische Werkstoff ist im Einzelnen nicht beschränkt und kann einen thermoplastischen Werkstoff oder Mischungen aus mehreren solchen Werkstoffen und/oder etwaige übliche Zusätze umfassen. Ferner können auch die übrigen Bestandteile des Befestigungselements aus einem solchen thermoplastischen Werkstoff gebildet sein. Die Verwendung eines thermoplastischen Werkstoffes sichert eine gute Verträglichkeit mit gängigen Materialien von Faserverbundbauteilen, wodurch eine auf Dauer stabile Verbindung zwischen dem Befestigungselement und dem Faserverbundbauteil gebildet werden kann.The thermoplastic material is not limited in detail and may comprise a thermoplastic material or mixtures of several such materials and / or any conventional additives. Furthermore, the remaining components of the fastener may be formed from such a thermoplastic material. The use of a thermoplastic material ensures good compatibility with common materials of fiber composite components, whereby a permanently stable connection between the fastener and the fiber composite component can be formed.

Durch die Anordnung des ersten Bereichs des Befestigungselements in der Aussparung im Faserverbundbauteil, sowie durch die Schulter, die mit dem Faserverbundbauteil eine formschlüssige, und vorzugsweise auch stoffschlüssige, Verbindung eingeht, kann ohne großen technischen Aufwand und damit kostengünstig, eine stabile und mechanisch belastbare Verbindung zwischen dem Befestigungselement und dem Faserverbundbauteil hergestellt werden, die einer Klemmung des Faserverbundbauteils oder anderweitigen nachteiligen Beeinträchtigung der Struktur oder Eigenschaften des Faserverbundbauteils, vorbeugt. Zudem kann über das Befestigungselement mindestens ein weiteres Bauteil stabil und dauerhaft und vorzugsweise auch lösbar, mit dem Faserverbundbauteil verbunden werden.The arrangement of the first region of the fastening element in the recess in the fiber composite component, as well as through the shoulder, which enters into a positive, and preferably also cohesive, connection with the fiber composite component can, without great technical effort and thus cost, a stable and mechanically strong connection between the fastener and the fiber composite component are manufactured, which prevents a clamping of the fiber composite component or otherwise adversely affecting the structure or properties of the fiber composite component. In addition, at least one further component can be connected to the fiber composite component stably and permanently and preferably also detachably via the fastening element.

Die für das erfindungsgemäße Befestigungselement beschriebenen Weiterbildungen, Vorteile und erfindungsgemäßen Effekte finden auch Anwendung auf das erfindungsgemäße Faserverbundbauteil.The developments, advantages and effects according to the invention described for the fastening element according to the invention also find application to the fiber composite component according to the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Faserverbundbauteil dadurch gekennzeichnet, dass die Schulter durch Warmumformen und insbesondere durch Heißstemmen des thermoplastischen Werkstoffes gebildet ist. Durch Warmumformen und insbesondere durch Heißstemmen, kann das Befestigungselement unter Aufbringung lediglich geringer Umformkräfte sehr einfach verformt werden und eine ausgeprägte Schulter ausbilden, die eine dauerhaft stabile Verankerung in oder an dem Faserverbundbauteil sichert. Die Warmumformung bedingt ferner nur eine geringe Änderung von Festigkeit und Bruchdehnung am umgeformten Werkstoff und garantiert hohe Maßtoleranzen und eine gute Oberflächengüte, so dass eine sehr gute stoffschlüssige Verbindung zwischen Befestigungselement und Faserverbundbauteil erhalten wird.According to an advantageous development, the fiber composite component according to the invention is characterized in that the shoulder is formed by hot forming and in particular by hot-setting of the thermoplastic material. By hot forming and in particular by hot stamping, the fastener can be easily deformed by applying only small forming forces and form a pronounced shoulder, which ensures a permanently stable anchoring in or on the fiber composite component. The hot forming further requires only a small change in strength and elongation at break of the formed material and guarantees high dimensional tolerances and a good surface quality, so that a very good material bond between fastener and fiber composite component is obtained.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der in der Aussparung in dem Faserverbundbauteil angeordnete erste Bereich des Befestigungselements nicht zylindrisch, wodurch ein Verdrehen des Befestigungselements bei einwirkenden Torsionskräften verhindert wird.According to a further advantageous development, the first region of the fastening element arranged in the recess in the fiber composite component is not cylindrical, which prevents twisting of the fastening element when torsional forces act.

Weiter vorteilhaft ist am ersten Bereich des Befestigungselements eine Anlagefläche angeordnet ist, die an dem Faserverbundbauteil anliegt. Hierdurch wird besonders effektiv einem Herausrutschen oder Hineinrutschen des Befestigungselements aus oder in das Faserverbundbauteil vorgebeugt.Further advantageously, a contact surface is arranged on the first region of the fastening element, which bears against the fiber composite component. As a result, slipping or slipping out of the fastening element from or into the fiber composite component is prevented in a particularly effective manner.

Weiter vorteilhaft umfasst der zweite Bereich des Befestigungselements eine Vorrichtung oder Struktur zur Befestigung mindestens eines weiteren Bauteils, wobei die Vorrichtung oder Struktur vorzugsweise einen Gewindebolzen, ein C-Clip, einen Schnapphaken, ein Kugel/Pfanne-System oder dergleichen, umfasst. Diese Befestigungsvorrichtungen sind universell zur dauerhaften und stabilen, aber auch lösbaren, Befestigung mindestens eines weiteren Bauteils an dem erfindungsgemäßen Faserverbundbauteil einsetzbar. Das entsprechende Befestigungselement wird je nach Funktion und geometrischer Anordnung der zu verbindenden Bauteile ausgewählt.Further advantageously, the second region of the fastening element comprises a device or structure for fastening at least one further component, wherein the device or structure preferably comprises a threaded bolt, a C-clip, a snap hook, a ball / socket system or the like. These fastening devices can be used universally for the permanent and stable, but also releasable, attachment of at least one further component to the fiber composite component according to the invention. The corresponding fastener is selected depending on the function and geometric arrangement of the components to be joined.

Aufgrund der außerordentlich guten mechanischen Eigenschaften, und insbesondere der Steifigkeit und Festigkeit von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen bei sehr geringem Eigengewicht, ist das Faserverbundbauteil vorzugsweise ein Kohlenstofffaserverbundbauteil.Due to the extremely good mechanical properties, and in particular the stiffness and strength of carbon fiber composites at very low weight, the fiber composite component is preferably a carbon fiber composite component.

Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils mit einem Befestigungselement beschrieben, das durch die Schritte:

  • – Formen einer Aussparung in einem Faserverbundbauteil,
  • – Bereitstellen eines Befestigungselements, das einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich und einen Warmumformbereich, der zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnet ist, umfasst, wobei der Warmumformbereich einen thermoplastischen Werkstoff umfasst,
  • – mindestens teilweises Einbringen des ersten Bereichs des Befestigungselements in die Aussparung und
  • – Bilden einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Befestigungselement und dem Faserverbundbauteil durch Formen einer Schulter mittels Warmumformen des Warmumformbereichs des Befestigungselements
gekennzeichnet ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist auf einfache und kostengünstige Weise ohne großen technischen Aufwand, ein Faserverbundbauteil mit einem Befestigungselement herstellbar, wobei über das Befestigungselement mit dem Faserverbundbauteile mindestens ein weiteres Bauteil, ebenfalls stabil und dauerhaft und vorzugsweise lösbar, verbindbar ist. Das mindestens teilweise Einbringen des Befestigungselements in eine entsprechend vorbereitete Aussparung in einem Faserverbundbauteil stellt hierbei eine Verankerung des Befestigungselements in dem Faserverbundbauteil bereit. Durch den Schritt des Warmumformens des Warmumformbereichs des Befestigungselements, der dadurch möglich ist, dass dieser Warmumformbereich, und vorzugsweise auch die übrigen Bestandteile des Befestigungselements, einen thermoplastischen Werkstoff, umfassen, wird mindestens eine Schulter ausgebildet. Die durch Warmumformen geformte Schulter bildet zudem mit dem umgebenden Faserverbundwerkstoff des Faserverbundbauteils eine auf Dauer stabile und mechanisch belastbare, formschlüssige, und vorzugsweise auch stoffschlüssige Verbindung. Bei dieser Art der Befestigung des Befestigungselements an dem Faserverbundbauteil wird das Faserverbundbauteil im Wesentlichen nicht deformiert oder in seinen strukturellen oder mechanischen Eigenschaften, beeinträchtigt, sondern bildet mit dem Befestigungselement eine stabile Einheit, was ein dauerhaftes Befestigen eines weiteren Bauteils an dem erfindungsgemäß hergestellten Faserverbundbauteil möglich macht.Likewise in accordance with the invention, a method is also described for producing a fiber composite component with a fastening element, which is characterized by the steps:
  • Forming a recess in a fiber composite component,
  • Providing a fastener comprising a first region, a second region, and a hot working region disposed between the first region and the second region, the hot working region comprising a thermoplastic material,
  • - At least partially introducing the first portion of the fastener into the recess and
  • Forming a positive connection between the fastener and the fiber composite member by forming a shoulder by hot working the hot working portion of the fastener
is marked. The inventive method can be produced in a simple and cost-effective manner without great technical effort, a fiber composite component with a fastener, via the fastener to the fiber composite components at least one other component, also stable and durable and preferably releasably connectable. The at least partial introduction of the fastening element into a correspondingly prepared recess in a fiber composite component hereby provides anchoring of the fastening element in the fiber composite component. By virtue of the step of hot-forming the hot-forming region of the fastening element, which is possible due to the fact that this hot-forming region, and preferably also the other constituents of the fastening element, comprise a thermoplastic material, at least one shoulder is formed. The shaped by hot forming shoulder also forms with the surrounding fiber composite material of the fiber composite component in the long term stable and mechanically strong, form-fitting, and preferably also cohesive connection. In this type of attachment of the fastener to the fiber composite component, the fiber composite component is substantially not deformed or impaired in its structural or mechanical properties, but forms a stable unit with the fastener, allowing a permanent attachment of another component to the fiber composite component produced according to the invention ,

Die für das erfindungsgemäße Befestigungselement sowie Faserverbundbauteil beschriebenen Weiterbildungen, Vorteile und erfindungsgemäßen Effekte finden auch Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils.The developments, advantages and effects according to the invention described for the fastening element according to the invention and the fiber composite component are also applicable to the method according to the invention for producing a fiber composite component.

Vorzugsweise umfasst das Warmumformen einen Heißstemmvorgang, da hierdurch die Schulter in dem Befestigungselement mit hoher geometrischer Präzision ohne großen technischen Aufwand ausbildbar ist.Preferably, the hot forming includes a Heißstemmvorgang, as this is the shoulder in the fastener with high geometric precision without great technical effort can be formed.

Dadurch, dass der in die Aussparung einzubringende erste Bereich des Befestigungselements vorzugsweise nicht zylindrisch ist, wird insbesondere bei einwirkenden Torsionskräften eine dauerhaft stabile Verankerung in dem Faserverbundbauteil gefördert.Due to the fact that the first region of the fastening element to be introduced into the recess is preferably not cylindrical, a permanently stable anchoring in the fiber composite component is promoted, especially when torsional forces act.

Weiter vorteilhaft ist am ersten Bereich des Befestigungselements eine Anlagefläche vorgesehen, die an dem Faserverbundbauteil angeordnet wird und somit einem Herausrutschen oder Hineinrutschen des Befestigungselements aus oder in das Faserverbundbauteil, besonders effektiv verhindert.Further advantageously, a contact surface is provided on the first region of the fastening element, which is arranged on the fiber composite component and thus a slipping or slipping out of the fastener from or into the fiber composite component, particularly effectively prevented.

Aus den oben für das erfindungsgemäße Faserverbundbauteil genannten Gründen umfasst der zweite Bereich des Befestigungselements vorzugsweise einen Gewindebolzen, ein C-Clip, einen Schnapphaken, ein Kugel/Pfanne-System oder dergleichen und/oder ist das Faserverbundbauteil ein Kohlenstofffaserverbundbauteil.For the reasons given above for the fiber composite component according to the invention, the second region of the fastening element preferably comprises a threaded bolt, a C-clip, a snap hook, a ball / socket system or the like and / or the fiber composite component is a carbon fiber composite component.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung sowie den erfindungsgemäßen Weiterbildungen ergeben sich folgende Vorteile:

  • – Es wird ein Befestigungselement bereitgestellt, das auf einfache Art und Weise mit einem Faserverbundbauteil verbunden werden kann und über das eine auf Dauer stabile Verbindung des Faserverbundbauteils mit einem weiteren Bauteil herstellbar ist.
  • – Es wird ein Faserverbundbauteil mit integriertem, dauerhaft stabil angebrachtem Befestigungselement bereitgestellt.
  • – Durch die spezifische Struktur und Anordnung des Befestigungselements wird die Stabilität, insbesondere die Festigkeit und Steifigkeit des Faserverbundbauteils im Wesentlichen nicht beeinträchtigt.
  • – Das Faserverbundbauteil zeigt trotz des Anbringens eines Befestigungselements ein optimiertes Setzungsverhalten, eine hohe Deformationsstabilität und gute Korrosionsstabilität.
  • – Das Faserverbundbauteil kann über das vorgesehene Befestigungselement einfach mit weiteren Bauteilen verbunden werden.
  • – Die Verbindung mit weiteren Bauteilen kann lösbar ausgeführt werden.
  • – Ebenfalls lässt sich das erfindungsgemäße Faserverbundbauteil mit Standardprozessen ohne hohen technischen Aufwand kostengünstig herstellen.
Due to the solution according to the invention and the developments according to the invention, the following advantages result:
  • A fastening element is provided which can be connected in a simple manner to a fiber composite component and via which a permanently stable connection of the fiber composite component to another component can be produced.
  • - There is provided a fiber composite component with integrated, permanently stable attached fastener.
  • - Due to the specific structure and arrangement of the fastener stability, in particular the strength and rigidity of the fiber composite component is not substantially impaired.
  • - The fiber composite component shows, despite the attachment of a fastener optimized settlement behavior, high deformation stability and good corrosion resistance.
  • - The fiber composite component can be easily connected via the provided fastener with other components.
  • - The connection with other components can be carried out detachable.
  • - Likewise, the fiber composite component according to the invention can be produced inexpensively with standard processes without high technical complexity.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Figuren. Es zeigen:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:

1 eine schematische Schnittansicht eines Befestigungselements gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung und 1 a schematic sectional view of a fastener according to an advantageous embodiment of the invention and

2 eine schematische Schnittansicht eines Faserverbundbauteils gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mit dem Befestigungselement aus 1. 2 a schematic sectional view of a fiber composite component according to an advantageous embodiment of the invention with the fastener from 1 ,

In den Figuren sind nur die hier interessierenden Teile des Fasenrerbundbauteils und dessen Komponenten dargestellt, alle übrigen Elemente sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. In den Figuren beziffern gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile. In the figures, only the parts of interest here Fasenrerbundbauteils and its components are shown, all other elements are omitted for clarity. In the figures, like reference numerals designate like components.

1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Befestigungselements 1 vor dem Einbringen in ein Faserverbundbauteil. Das Befestigungselement 1 weist einen ersten Bereich 2, einen zweiten Bereich 4 und einen dazwischen liegenden Warmumformbereich 3 auf. 1 shows a schematic sectional view of a fastener 1 before introduction into a fiber composite component. The fastener 1 has a first area 2 , a second area 4 and an intermediate hot working area 3 on.

Der erste Bereich 2 ist vorgesehen, in eine Aussparung in einem Faserverbundbauteil angeordnet zu werden, um eine Verankerung des Befestigungselements 1 in dem Faserverbundbauteil zu sichern.The first area 2 is intended to be placed in a recess in a fiber composite component to an anchorage of the fastener 1 secure in the fiber composite component.

Am unteren Ende des ersten Bereichs 2 ist eine Anlagefläche 5 angeordnet, die vorgesehen ist, an einem Faserverbundbauteil anzuliegen. Die Anlagefläche 5, die auch als Flansch bezeichnet werden kann, zeichnet sich durch einen gegenüber dem restlichen Befestigungselement 1 verbreiterten Durchmesser aus, wodurch das Befestigungselement 1 vor einem Hineinrutschen oder Durchrutschen in bzw. durch ein Faserverbundbauteil gesichert wird.At the bottom of the first area 2 is a contact surface 5 arranged, which is intended to abut against a fiber composite component. The contact surface 5 , which can also be referred to as a flange, is characterized by a relative to the rest of the fastener 1 widened diameter, causing the fastener 1 is secured against slipping or slipping in or through a fiber composite component.

Der Warmumformbereich 3, und vorzugsweise alle Bestandteile des Befestigungselements, 1 sind aus einem thermoplastischen Material gebildet. Der Warmumformbereich 3 ist zur Ausbildung einer Schulter durch Warmumformen des Befestigungselements 1 in diesem Bereich, vorgesehen, wodurch eine formschlüssige und vorzugsweise auch stoffschlüssige Verbindung mit einem Faserverbundbauteil bereitgestellt werden kann, die eine dauerhafte Fixierung des Befestigungselements 1 an dem Faserverbundbauteil sichert.The hot forming area 3 , and preferably all components of the fastener, 1 are formed of a thermoplastic material. The hot forming area 3 is to form a shoulder by hot forming the fastener 1 provided in this area, whereby a positive and preferably also cohesive connection can be provided with a fiber composite component, the permanent fixation of the fastener 1 secured to the fiber composite component.

An den Warmumformbereich 3 schließt sich der zweite Bereich 4 an, der eine Vorrichtung oder Struktur zur Befestigung eines weiteren Bauteils aufweist, die vorzugsweise als Gewinde, C-Clip, Schnapphaken oder dergleichen, ausgebildet ist. Hierüber kann eine dauerhaft stabile und vorzugsweise lösbare Verbindung und Befestigung des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils mit einem weiteren Bauteil erfolgen.To the hot forming area 3 closes the second area 4 on, which has a device or structure for fixing a further component, which is preferably designed as a thread, C-clip, snap hook or the like. This can be done with a further component a permanently stable and preferably detachable connection and attachment of the fiber composite component according to the invention.

2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Faserverbundbauteils 7 gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, das das Befestigungselement 1 aus 1 enthält. Im Detail gezeigt ist ein Faserverbundbauteil 7, das vorzugsweise als Kohlenstofffaserverbundbauteil ausgebildet ist, und hier beispielhaft eine Faserverbundschicht 6 enthält. 2 shows a schematic sectional view of a fiber composite component 7 According to an advantageous embodiment of the invention, the fastener 1 out 1 contains. Shown in detail is a fiber composite component 7 , which is preferably formed as a carbon fiber composite component, and here by way of example a fiber composite layer 6 contains.

Die Faserverbundschicht 6 weist eine Aussparung 8 auf, die hier beispielhaft als Durchbohrung dargestellt ist, in die der erste Bereich 2 des Befestigungselements 1 eingebracht ist, so dass das Befestigungselement 1 stabil mit der Faserverbundschicht 6 und damit mit dem Faserverbundbauteil 7 verbunden ist.The fiber composite layer 6 has a recess 8th on, which is exemplified here as a perforation, in which the first area 2 of the fastener 1 is introduced so that the fastener 1 stable with the fiber composite layer 6 and thus with the fiber composite component 7 connected is.

Am unteren Ende des Faserverbundbauteils 7 ist die Anlagefläche 5 des Befestigungselements 1 angeordnet, die ein Hineinrutschen oder Durchrutschen des Befestigungselements 1 in oder durch das Faserverbundbauteil 7, verhindert.At the lower end of the fiber composite component 7 is the contact surface 5 of the fastener 1 arranged, which is a slipping or slipping of the fastener 1 in or through the fiber composite component 7 , prevented.

Durch Warmumformen, vorzugsweise durch Heißstemmen, ist am oberen Ende des Faserverbundbauteils 7 aus dem Warmumformbereich 3 des Befestigungselements 1 eine Schulter 9 entstanden, die eine dauerhafte Verankerung des Befestigungselements 1 in dem Faserverbundbauteil 7 durch Ausbildung einer formschlüssigen, und vorzugsweise auch einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Faserverbundbauteil 7, sichert.By hot forming, preferably by hot stamping, is at the upper end of the fiber composite component 7 from the hot forming area 3 of the fastener 1 one shoulder 9 emerged, which is a permanent anchorage of the fastener 1 in the fiber composite component 7 by forming a form-fitting, and preferably also a material connection with the fiber composite component 7 , secures.

Durch das Einbringen des ersten Bereichs 2 des Befestigungselements in die Aussparung 8 am Faserverbundbauteil 7 und den Vorgang des Warmumformens, wird somit eine stabile Verbindung zwischen dem Befestigungselement 1 und dem Faserverbundbauteil 7 hergestellt, wobei einer Deformation, partiellen Zerstörung oder anderweitigen Beeinträchtigung der Eigenschaften des Faserverbundbauteils 7, wie z. B. Veränderung dessen Setzungsverhalten, vorgebeugt wird. Dadurch wird ein mechanisch sehr stabiles Faserverbundbauteil 7 mit integriertem Befestigungselement 1 bereitgestellt, das zur dauerhaft stabilen Verbindung oder Befestigung eines weiteren Bauteils bzw. weiterer Bauteile geeignet ist.By introducing the first area 2 of the fastener in the recess 8th at the fiber composite component 7 and the process of hot forming, thus, a stable connection between the fastener 1 and the fiber composite component 7 produced, wherein a deformation, partial destruction or otherwise affecting the properties of the fiber composite component 7 , such as B. change whose settlement behavior, is prevented. This is a mechanically very stable fiber composite component 7 with integrated fastening element 1 provided, which is suitable for permanent stable connection or attachment of another component or other components.

Das vorbeschriebene Faserverbundbauteil findet vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug Verwendung.The above-described fiber composite component is preferably used in a motor vehicle.

Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Befestigungselementfastener
22
erster Bereichfirst area
33
WarmumformbereichWarmumformbereich
44
zweiter Bereichsecond area
55
Anlageflächecontact surface
66
Zwischenbereichintermediate area
77
FaserverbundbauteilFiber composite component
88th
Aussparungrecess
99
Schultershoulder

Claims (10)

Befestigungselement (1) umfassend einen ersten Bereich (2), einen zweiten Bereich (4) und einen Warmumformbereich (3), der zwischen dem ersten Bereich (2) und dem zweiten Bereich (4) angeordnet ist, wobei am ersten Bereich (2) eine Anlagefläche (5) zur Anordnung an einem Faserverbundbauteil (7) vorgesehen ist, und wobei der Warmumformbereich (3) einen thermoplastischen Werkstoff umfasst.Fastening element ( 1 ) comprising a first area ( 2 ), a second area ( 4 ) and a hot forming area ( 3 ) between the first area ( 2 ) and the second area ( 4 ), wherein at the first area ( 2 ) a contact surface ( 5 ) for arrangement on a fiber composite component ( 7 ), and wherein the hot forming area ( 3 ) comprises a thermoplastic material. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (2) nicht zylindrisch ist und/oder dass der zweite Bereich (4) einen Gewindebolzen, ein C-Clip, einen Schnapphaken, ein Kugel/Pfanne-System oder dergleichen umfasst.Fastening element according to claim 1, characterized in that the first region ( 2 ) is not cylindrical and / or that the second area ( 4 ) comprises a threaded bolt, a C-clip, a snap hook, a ball / socket system or the like. Faserverbundbauteil umfassend ein Befestigungselement (1), das einen ersten Bereich (2), einen zweiten Bereich (4) und mindestens eine zwischen dem ersten Bereich (2) und dem zweiten Bereich (4) angeordnete Schulter (9) umfasst, die mit dem Faserverbundbauteil (7) eine formschlüssige Verbindung bildet, wobei die Schulter (9) einen thermoplastischen Werkstoff umfasst und wobei der erste Bereich (2) des Befestigungselements (1) zumindest teilweise in einer Aussparung (8) in dem Faserverbundbauteil (7) angeordnet ist.Fiber composite component comprising a fastening element ( 1 ), a first area ( 2 ), a second area ( 4 ) and at least one between the first area ( 2 ) and the second area ( 4 ) arranged shoulder ( 9 ) associated with the fiber composite component ( 7 ) forms a positive connection, wherein the shoulder ( 9 ) comprises a thermoplastic material and wherein the first region ( 2 ) of the fastener ( 1 ) at least partially in a recess ( 8th ) in the fiber composite component ( 7 ) is arranged. Faserverbundbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulter (9) durch Warmumformen und insbesondere durch Heißstemmen des thermoplastischen Werkstoffes gebildet ist.Fiber composite component according to claim 3, characterized in that the shoulder ( 9 ) is formed by hot forming and in particular by hot-setting of the thermoplastic material. Faserverbundbauteil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Aussparung (8) in dem Faserverbundbauteil (7) angeordnete erste Bereich (2) des Befestigungselements (1) nicht zylindrisch ist und/oder dass am ersten Bereich (2) eine Anlagefläche (5) angeordnet ist, die an dem Faserverbundbauteil (7) anliegt.Fiber composite component according to claim 3 or 4, characterized in that the (in the recess 8th ) in the fiber composite component ( 7 ) arranged first area ( 2 ) of the fastener ( 1 ) is not cylindrical and / or that at the first area ( 2 ) a contact surface ( 5 ) arranged on the fiber composite component ( 7 ) is present. Faserverbundbauteil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (4) des Befestigungselements (1) einen Gewindebolzen, ein C-Clip, einen Schnapphaken, ein Kugel/Pfanne-System oder dergleichen umfasst und/oder dass das Faserverbundbauteil (7) ein Kohlenstofffaserverbundbauteil ist.Fiber composite component according to one of claims 3 to 5, characterized in that the second region ( 4 ) of the fastener ( 1 ) comprises a threaded bolt, a C-clip, a snap hook, a ball / socket system or the like and / or that the fiber composite component ( 7 ) is a carbon fiber composite component. Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils (7) mit einem Befestigungselement (1), gekennzeichnet durch die Schritte: – Formen einer Aussparung (8) in einem Faserverbundbauteil (1), – Bereitstellen eines Befestigungselements (1), das einen ersten Bereich (2), einen zweiten Bereich (4) und einen Warmumformbereich (3), der zwischen dem ersten Bereich (2) und dem zweiten Bereich (4) angeordnet ist, umfasst, wobei der Warmumformbereich (3) einen thermoplastischen Werkstoff umfasst, – mindestens teilweises Einbringen des ersten Bereichs (2) des Befestigungselements (1) in die Aussparung (8) und – Bilden einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Befestigungselement (1) und dem Faserverbundbauteil (7) durch Formen einer Schulter (9) mittels Warmumformen des Warmumformbereichs (3) des Befestigungselements (1).Method for producing a fiber composite component ( 7 ) with a fastening element ( 1 ), characterized by the steps: - forming a recess ( 8th ) in a fiber composite component ( 1 ), - providing a fastener ( 1 ), a first area ( 2 ), a second area ( 4 ) and a hot forming area ( 3 ) between the first area ( 2 ) and the second area ( 4 ), wherein the hot forming area ( 3 ) comprises a thermoplastic material, - at least partially introducing the first region ( 2 ) of the fastener ( 1 ) in the recess ( 8th ) and - forming a positive connection between the fastener ( 1 ) and the fiber composite component ( 7 ) by shaping a shoulder ( 9 ) by hot forming the hot forming area ( 3 ) of the fastener ( 1 ). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmumformen einen Heißstemmvorgang umfasst.A method according to claim 7, characterized in that the hot forming comprises a Heißstemmvorgang. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Aussparung (8) einzubringende erste Bereich (2) des Befestigungselements (1) nicht zylindrisch ist und/oder dass am ersten Bereich (2) eine Anlagefläche (5) vorgesehen ist, die an dem Faserverbundbauteil (7) angeordnet wird.A method according to claim 7 or 8, characterized in that in the recess ( 8th ) to be introduced first area ( 2 ) of the fastener ( 1 ) is not cylindrical and / or that at the first area ( 2 ) a contact surface ( 5 ) provided on the fiber composite component ( 7 ) is arranged. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (4) des Befestigungselements (1) einen Gewindebolzen, ein C-Clip, einen Schnapphaken, ein Kugel/Pfanne-System oder dergleichen umfasst und/oder dass das Faserverbundbauteil (7) ein Kohlenstofffaserverbundbauteil ist.Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the second area ( 4 ) of the fastener ( 1 ) comprises a threaded bolt, a C-clip, a snap hook, a ball / socket system or the like and / or that the fiber composite component ( 7 ) is a carbon fiber composite component.
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