DE102014007793A1

DE102014007793A1 - Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung und Verbindungsanordnung

Info

Publication number: DE102014007793A1
Application number: DE102014007793.4A
Authority: DE
Inventors: Asmir Salkic
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-05-24
Filing date: 2014-05-24
Publication date: 2014-12-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung (10), bei welchem ein metallisches Krafteinleitungselement (30) an einem Kunststoffbauteil (16) angebracht wird, indem das Krafteinleitungselement (30) teilweise durch eine Durchgangsöffnung (14) des Kunststoffbauteils (16) hindurchgeführt und an dieses angelegt wird, wobei das metallische Krafteinleitungselement (30) aus einer kragenförmigen Hülse (18) hergestellt wird, welche einen zylinderförmigen Abschnitt (20) und einen ersten kragenförmigen Abschnitt (22) umfasst; der zylinderförmige Abschnitt (20) soweit durch die Durchgangsöffnung (14) hindurchgeführt wird, bis der erste kragenförmige Abschnitt (22) auf einer Oberseite (24) des Kunststoffbauteils (16) aufliegt; der zylinderförmige Abschnitt (20) nach dem Hindurchführen durch die Durchgangsöffnung (14) derart umgeformt wird, dass ein zweiter kragenförmiger Abschnitt (26) ausgebildet und an eine Unterseite (28) des Kunststoffbauteils (16) angelegt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verbindungsanordnung (10) mit einem Kunststoffbauteil (16) und einem an diesem angebrachten metallischen Krafteinleitungselement (30).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung und eine Verbindungsanordnung der in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Art.
Kunststoffbauteile, insbesondere auch faserverstärkte Kunststoffbauteile, weisen eine ausgeprägte Kriechneigung im Vergleich zu metallischen Werkstoffen auf. Werden beispielsweise faserverstärkte Kunststoffbauteile in der Montage verbaut, können sie deswegen nicht direkt mit metallischen Bauteilen verschraubt werden. Das Kriechverhalten, besonders unter höherer Temperatur, würde zu einem nicht tolerierbaren Setzen einer entsprechenden Schraubverbindung und damit Kraftverlust führen. Aus diesem Grund werden häufig metallische Komponenten in Form von Inserts während des Herstellverfahrens eingesetzt, um eine Verschraubung durchführen zu können.
Ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung und eine gattungsgemäße Verbindungsanordnung sind in der DE 10 2011 012 938 A1 gezeigt. Die dort gezeigte Verbindungsanordnung umfasst ein Kunststoffbauteil und ein an diesem angebrachtes metallisches Krafteinleitungselement in Form eines Adapters, welcher teilweise innerhalb einer Durchgangsöffnung des Kunststoffbauteils angeordnet und an diesem angelegt ist. Der dort gezeigte Adapter dient zur Befestigung des Kunststoffbauteils an einem metallischen Bauteil. Der Adapter umfasst ein Hülsenelement und zwei Plattenelemente. Eines der Plattenelemente kann dabei einstückig mit dem Hülsenelement ausgebildet sein.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und kostengünstige Verbindungsanordnung zwischen einem Kunststoffbauteil, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoffbauteil, und einem metallischen Bauteil zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung sowie durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Um eine besonders einfache und kostengünstige Verbindungsanordnung zwischen einem Kunststoffbauteil, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoffbauteil, und einem metallischen Bauteil zu ermöglichen, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass das metallische Krafteinleitungselement aus einer kragenförmigen Hülse hergestellt wird, welche einen zylinderförmigen Abschnitt und einen ersten kragenförmigen Abschnitt umfasst. Der zylinderförmige Abschnitt wird dabei so weit durch die Durchgangsöffnung hindurchgeführt, bis der erste kragenförmige Abschnitt auf einer Oberseite des Kunststoffbauteils aufliegt. Schließlich wird der zylinderförmige Abschnitt nach dem Hindurchführen durch die Durchgangsöffnung derart umgeformt, dass ein zweiter kragenförmiger Abschnitt ausgebildet und an eine Unterseite des Kunststoffbauteils angelegt wird.
Im Gegensatz zu der in der DE 10 2011 012 938 A1 vorgeschlagenen Lösung, bei welcher nur ein einseitiger Formschluss zwischen dem metallischen Krafteinleitungselement und dem Kunststoffbauteil ermöglicht wird, wird bei der erfindungsgemäßen Lösung auf besonders einfache Weise ein beidseitiger Formschluss ermöglicht. Mit anderen Worten ist das Krafteinleitungselement aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens beidseitig an dem Kunststoffbauteil angelegt und somit fixiert.
Dabei wird erfindungsgemäß ein direkter Umformprozess genutzt, um eine besonders belastbare Schraubverbindung zwischen dem Kunststoffbauteil und einem metallischen Bauteil zu ermöglichen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein scheibenförmiges Bauteil, beispielsweise ein metallisches Blech, im Bereich der Durchgangsöffnung auf das Kunststoffbauteil aufgelegt und dann zu der kragenförmigen Hülse umgeformt wird, wodurch der zylinderförmige Abschnitt durch die Bohrung hindurchgeführt wird. Dadurch kann in einem einzigen Arbeitsschritt sowohl die Herstellung der kragenförmigen Hülse als auch das Hindurchführen des zylinderförmigen Abschnitts durch die Durchgangsöffnung erfolgen. Infolgedessen kann das Herstellverfahren entsprechend beschleunigt werden.
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die kragenförmige Hülse vor dem Anordnen an dem Kunststoffbauteil aus einem scheibenförmigen Bauteil durch Umformen hergestellt wird. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass das Kunststoffbauteil selbst keine Belastung während des Umformvorgangs zur Herstellung der kragenförmigen Hülse erfährt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine im Wesentlichen zylinderförmige metallische Hülse in die Durchgangsöffnung eingebracht wird, durch welche erst anschließend der zylinderförmige Abschnitt der kragenförmigen Hülse hindurchgeführt wird. Dadurch kann eine besonders stabile Verbindungsanordnung erzielt werden.
Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung umfasst ein Kunststoffbauteil und ein an diesem angebrachtes metallisches Krafteinleitungselement, welches teilweise innerhalb einer Durchgangsöffnung des Kunststoffbauteils angeordnet und an diesem angelegt ist, wobei sich die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung dadurch auszeichnet, dass das metallische Krafteinleitungselement einen innerhalb der Durchgangsöffnung angeordneten zylinderförmigen Abschnitt sowie einen ersten und zweiten kragenförmigen Abschnitt umfasst, welche an einer die Durchgangsöffnung umgebenden Oberseite bzw. Unterseite des Kunststoffbauteils anliegen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dabei als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung anzusehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Kunststoffbauteil mittels einer durch den zylinderförmigen Abschnitt hindurch geführten Schraube mit einem metallischen Bauteil verbunden ist, wobei ein Schraubenkopf der Schraube außenseitig an dem ersten kragenförmigen Abschnitt und das metallische Bauteil außenseitig an dem zweiten kragenförmigen Abschnitt anliegt. Mit anderen Worten stützt sich der Schraubenkopf selbst ausschließlich auf dem ersten kragenförmigen Abschnitt ab, welcher einen metallischen Formschluss zwischen dem Schraubenkopf und dem kragenförmigen Abschnitt ausbildet. Das metallische Bauteil stützt sich wiederum ausschließlich auf dem zweiten kragenförmigen Abschnitt des Krafteinleitungselements ab.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer Abfolge von Verfahrensschritten zum Herstellen einer Verbindungsanordnung, bei welchem ein metallisches Krafteinleitungselement an einem Kunststoffbauteil angebracht wird; und
2 eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer Verbindungsanordnung, bei welchem ebenfalls ein metallisches Krafteinleitungselement an einem Kunststoffbauteil angebracht wird.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine schematische Darstellung einer Abfolge von Verfahrensschritten zum Herstellen einer Verbindungsanordnung 10 ist in 1 gezeigt. Ein scheibenförmiges Bauteil 12 wird im Bereich einer Durchgangsöffnung 14 auf ein faserverstärktes Kunststoffbauteil 16 aufgelegt. Davor wird die Durchgangsöffnung 14, beispielsweise mittels eines Bohrers, vorgebohrt.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird das scheibenförmige Bauteil 12 zu einer kragenförmigen Hülse 18 umgeformt, wodurch ein zylinderförmiger Abschnitt 20 durch die Durchgangsöffnung 14 hindurchgeführt wird. Dabei wird ein erster kragenförmiger Abschnitt 22 an eine Oberseite 24 des faserverstärkten Kunststoffbauteils 16 angelegt. Alternativ ist es auch möglich, dass die kragenförmige Hülse 18 vor dem Anordnen an dem faserverstärkten Kunststoffbauteil 16 aus dem scheibenförmigen Bauteil 12 durch Umformen hergestellt wird.
Nachdem der zylinderförmige Abschnitt 20 durch die Durchgangsöffnung 14 hindurchgeführt worden ist, wird dieser derart umgeformt, dass ein zweiter kragenförmiger Abschnitt 26 ausgebildet und an eine Unterseite 28 des faserverstärkten Kunststoffbauteils 16 angelegt wird. Dadurch wird ein metallisches Krafteinleitungselement 30 ausgebildet, welches den innerhalb der Durchgangsöffnung 14 angeordneten zylinderförmigen Abschnitt 20 sowie den ersten und zweiten kragenförmigen Abschnitt 22, 26 umfasst, welche an der die Durchgangsöffnung 14 umgebenden Oberseite 24 bzw. Unterseite 28 des faserverstärkten Kunststoffbauteils 16 anliegen.
Anschließend kann das faserverstärkte Kunststoffbauteil 16 mittels einer durch den zylinderförmigen Abschnitt 20 hindurch geführten Schraube 32 mit einem hier nicht dargestellten metallischen Bauteil verbunden werden, wobei ein Schraubenkopf 34 der Schraube 32 außenseitig an dem ersten kragenförmigen Abschnitt 22 und das hier nicht dargestellte metallische Bauteil außenseitig an dem zweiten kragenförmigen Abschnitt 26 anliegt.
Aufgrund des beidseitig formschlüssig mit dem faserverstärkten Kunststoffbauteil 16 verbundenen Krafteinleitungselements 30 kann ein Kriechen des faserverstärkten Kunststoffbauteils 16 auch unter Krafteinwirkung – und somit ein Setzen – auf wirksame Weise vermieden werden.
In 2 ist eine alternative Verfahrensabfolge zum Herstellen einer Verbindungsanordnung gezeigt, bei welcher ebenfalls das metallische Krafteinleitungselement 30 und das faserverstärkte Kunststoffbauteil 16 miteinander verbunden werden.
Im Gegensatz zu der ersten, in 1 dargestellten Verfahrensabfolge, wird zusätzlich eine im Wesentlichen zylinderförmige metallische Hülse 36 in die Durchgangsöffnung 14 eingebracht, durch welche erst anschließend der zylinderförmige Abschnitt 20 der kragenförmigen Hülse 18 hindurchgeführt wird. Durch die zylinderförmige metallische Hülse 36 wird die Stabilität der Verbindungsanordnung 10 nochmals gesteigert, so dass die Kriechneigung des faserverstärkten Kunststoffbauteils 16 bei einer Schraubverbindung mit einem metallischen Bauteil nochmals reduziert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011012938 A1 [0003, 0007]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung (10), bei welchem ein metallisches Krafteinleitungselement (30) an einem Kunststoffbauteil (16) angebracht wird, indem das Krafteinleitungselement (30) teilweise durch eine Durchgangsöffnung (14) des Kunststoffbauteils (16) hindurchgeführt und an dieses angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass, – das metallische Krafteinleitungselement (30) aus einer kragenförmigen Hülse (18) hergestellt wird, welche einen zylinderförmigen Abschnitt (20) und einen ersten kragenförmigen Abschnitt (22) umfasst; – der zylinderförmige Abschnitt (20) soweit durch die Durchgangsöffnung (14) hindurchgeführt wird, bis der erste kragenförmige Abschnitt (22) auf einer Oberseite (24) des Kunststoffbauteils (16) aufliegt; – der zylinderförmige Abschnitt (20) nach dem Hindurchführen durch die Durchgangsöffnung (14) derart umgeformt wird, dass ein zweiter kragenförmiger Abschnitt (26) ausgebildet und an eine Unterseite (28) des Kunststoffbauteils (16) angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein scheibenförmiges Bauteil (12) im Bereich der Durchgangsöffnung (14) auf das Kunststoffbauteil (16) aufgelegt und dann zu der kragenförmigen Hülse (18) umgeformt wird, wodurch der zylinderförmige Abschnitt (20) durch die Durchgangsöffnung (14) hindurchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kragenförmige Hülse (18) vor dem Anordnen an dem Kunststoffbauteil (16) aus einem scheibenförmigen Bauteil (12) durch Umformen hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Wesentlichen zylinderförmige metallische Hülse (36) in die Durchgangsöffnung (14) eingebracht wird, durch welche erst anschließend der zylinderförmige Abschnitt (20) der kragenförmigen Hülse (18) hindurchgeführt wird.
Verbindungsanordnung (10) mit einem Kunststoffbauteil (16) und einem an diesem angebrachten metallischen Krafteinleitungselement (30), welches teilweise innerhalb einer Durchgangsöffnung (14) des Kunststoffbauteils (16) angeordnet und an diesem angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Krafteinleitungselement (30) einen innerhalb der Durchgangsöffnung (14) angeordneten zylinderförmigen Abschnitt (20) sowie einen ersten und zweiten kragenförmigen Abschnitt (22, 26) umfasst, welche an einer die Durchgangsöffnung (14) umgebenden Oberseite (24) beziehungsweise Unterseite (26) des Kunststoffbauteils (16) anliegen.
Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbauteil (16) mittels einer durch den zylinderförmigen Abschnitt (20) hindurch geführten Schraube (32) mit einem metallischen Bauteil verbunden ist, wobei ein Schraubenkopf (34) des Schraube (32) außenseitig an dem ersten kragenförmigen Abschnitt (22) und das metallische Bauteil (12) außenseitig an dem zweiten kragenförmigen Abschnitt (26) anliegt.