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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zum Verbinden eines ersten Bauteils aus Faserverbundwerkstoff mit einem zweiten Bauteil aus Metall, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Verbindungsanordnung.
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Aus der
DE 10 2013 002 365 B3 ist eine faserverstärkte Versteifungstrebe bekannt, die ein langgestrecktes Strebenprofil aus einem faserverstärkten Material und zumindest einem endseitigen Anbindungsabschnitt aufweist. In dem endseitigen Anbindungsabschnitt liegt wenigstens eine Durchtrittsöffnung senkrecht zur Längsachse des Strebenprofils vor. Zudem weist der Anbindungsabschnitt einen Anbindungsschuh mit einem geschlossenen Querschnitt auf, der über das Strebenprofil geschoben ist. Der Innenquerschnitt des Anbindungsschuhs korrespondiert dabei mit dem Außenquerschnitt des Strebenprofils, wobei der Anbindungsschuh zugleich eine Durchtrittsöffnung aufweist, die zumindest teilweise über der Durchtrittsöffnung des Strebenprofils liegt. Hierdurch soll insbesondere ein Kriechen der faserverstärkten Versteifungsstrebe im Anbindungsschnitt reduziert werden.
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Aus der
DE 10 2005 012 778 A1 ist eine Bauteilverbindung mit einem ersten Bauteil aus einem ersten Material und einem zweiten Bauteil bekannt, wobei das zweite Bauteil an mindestens zwei voneinander beabstandeten Stellen mit dem ersten Bauteil verbunden ist. Zwischen diesen beiden Stellen haben das erste und das zweite Bauteil einen vorgegebenen Abstand zueinander und bilden dadurch in diesem Bereich eine Tasche. Zusätzlich vorgesehen ist ein drittes Bauteil, das aus einem sich von dem ersten Material unterscheidenden zweiten Material besteht und in seinem Randbereich mindestens einen laschenartigen Fortsatz aufweist, der in die Tasche hineinragt, wobei die Dicke des laschenartigen Fortsatzes kleiner ist als der vorgegebene Abstand des ersten und zweiten Bauteils und wobei der laschenartige Fortsatz mit dem ersten und dem zweiten Bauteil derart verklebt ist, dass dieser durch eine erste Klebeschicht von dem ersten Bauteil und durch eine zweite Klebeschicht von dem zweiten Bauteil beabstandet ist. Hierdurch soll eine Bauteilverbindung geschaffen werden können, die eine hohe Festigkeit aufweist und zudem korrosionsbeständig ist.
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In modernen Kraftfahrzeugen werden zunehmend Faserverbundwerkstoffe, beispielsweise auch für Versteifungsstreben, eingesetzt, da diese den Vorteil aufweisen, einerseits eine hohe Festigkeit zu besitzen und andererseits lediglich ein geringes Gewicht. Schwierig ist dabei jedoch die Anbindung derartiger Faserverbundbauteile an die Karosserie, da Faserverbundbauteile, sofern diese eine Matrix aus Kunststoff aufweisen, zum Kriechen neigen. Werden solche faserverstärkten Kunststoffbauteile dann mittels herkömmlicher Schrauben an der Karosserie fixiert, so kann es aufgrund des Kriechens des Faserverbundwerkstoffes zu einem Verlust des Anzugsmoments an den Schrauben kommen. Hierdurch wird die Stabilität der Verbindung unter Umständen gefährdet.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Verbindungsanordnung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die die aus dem Stand der Technik beschriebenen Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Verbindungsanordnung zum Verbinden eines ersten Bauteils aus Faserverbundwerkstoff mit einem zweiten Bauteil aus Metall, das erste Bauteil derart einzuspannen, dass auf dieses lediglich eine flächige Krafteinleitung, im Wesentlichen gleichmäßig über den gesamten Umfang erzeugt wird, wodurch sowohl ein Kriechen als auch eine Relaxation zuverlässig vermieden werden können. Erfindungsgemäß ist hierzu ein Portalbauteil vorgesehen, welches über zumindest zwei Schrauben mit dem zweiten Bauteil verschraubt ist und das erste Bauteil im Wesentlichen formschlüssig zwischen sich und dem zweiten Bauteil derart fixiert, dass über zumindest vier Seitenflächen eine Krafteinleitung in das erste Bauteil erfolgt. Das Portalbauteil und das zweite Bauteil umschließen somit das zu fixierende erste Bauteil vollumfänglich und verhindern dadurch die zur Instabilität der Verbindung führende Kriechbewegung des ersten Bauteils. Von besonderem Vorteil ist darüber hinaus, dass mit der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung das erste Bauteil ohne Querschnittsschwächung, beispielsweise durch eine Durchtrittsöffnung, am zweiten Bauteil fixiert werden kann. Die verhinderte Querschnittsschwächung ermöglicht es, das erste Bauteil insgesamt mit kleinerem Querschnitt auszubilden, wodurch diese und damit zusammenhängend auch das Portalbauteil insgesamt kleiner gebaut werden können. Somit ist nicht nur eine Maximierung des Leichtbaus möglich, sondern das erste Bauteil kann auch kostengünstiger hergestellt werden. Außerdem bietet die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung einen vereinfachten Toleranzausgleich, da insbesondere kein Langloch mehr im ersten Bauteil erforderlich ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist das erste Bauteil einen rechteckförmigen Querschnitt mit Fasen an den Ecken auf. Darüber hinaus sind Dreiecksprofile vorgesehen, die bei montierter Verbindungsanordnung an den Fasen anliegen. Durch die am ersten Bauteil vorgesehenen Fasen und die Dreiecksprofile, welche beispielsweise mit dem Portalbauteil bzw. dem zweiten Bauteil verbunden sein können, weist das erste Bauteil insgesamt acht Seitenflächen auf, nämlich die normalen vier Seitenflächen und die vier Fasenflächen. Über das Portalbauteil und das zweite Bauteil wird dabei eine Krafteinleitung in die vier Seitenflächen des ersten Bauteils erreicht, wogegen über die vier Dreiecksprofile eine jeweilige Krafteinleitung in die zugehörigen Fasenflächen erfolgt. Hierdurch ist eine besonders gleichmäßige Krafteinleitung in das erste Bauteil möglich, die ein Kriechen desselben und damit verbunden eine Relaxation zuverlässig verhindert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das erste Bauteil aus mit Kohlefasern verstärktem Kunststoff ausgebildet.
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Kohlefaserverstärkter Kunststoff bietet die Möglichkeit, Bauteile mit vergleichsweise geringem Gewicht und überdurchschnittlicher Festigkeit herzustellen, was insbesondere dann von Vorteil ist, sofern das erste Bauteil beispielsweise als Aussteifungselement, insbesondere als Aussteifungsstrebe, in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Über das Portalbauteil mit den zumindest zwei Schrauben ist dann eine Anbindung an eine Karosserie des Kraftfahrzeugs möglich. Selbstverständlich können auch andere Fasern zum Herstellen des Faserverbundwerkstoffs verwendet werden, wie beispielsweise Glasfasern oder Aramidfasern.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftfahrzeug mit einem als Versteifungsstrebe ausgebildeten ersten Bauteil auszustatten, welches über eine gemäß den vorherigen Absätzen beschriebene Verbindungsanordnung an eine Karosserie angebunden ist. Mit der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung kann dabei ein langfristiges zuverlässiges und insbesondere relaxationfreies Fixieren der Versteifungsstrebe an der Karosserie erzielt werden, wobei aufgrund der durch die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung vermiedenen Querschnittsschwächung die Versteifungsstrebe sogar kleiner und damit kostengünstiger ausgelegt werden kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die einzige 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung.
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Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung 1 zum Verbinden eines ersten Bauteils 2 aus Faserverbundwerkstoff, beispielsweise Faserverbundkunststoff, mit einem zweiten Bauteil 3 aus Metall zusätzlich ein Portalbauteil 4 auf, welches über zumindest zwei Schrauben 5 mit dem zweiten Bauteil 3 verschraubt ist und das erste Bauteil 2 im Wesentlichen formschlüssig zwischen sich und dem zweiten Bauteil 3 derart fixiert, dass über zumindest vier Seitenflächen 6 eine Krafteinleitung in das erste Bauteil 2 erfolgt.
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Das erste Bauteil 2 besitzt dabei einen rechteckförmigen Querschnitt mit Fasen 7 an den Ecken. Zudem sind Dreiecksprofile 8 vorgesehen, die bei montierter Verbindungsanordnung 1 an den Fasen 7 bzw. den Fasenflächen anliegen.
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Durch die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung 1 ist es somit möglich, das erste Bauteil 2 aus Faserverbundkunststoff derart zwischen dem Portalbauteil 4 und dem zweiten Bauteil 3 einzuklemmen, dass dieses über seinen Umfang ausschließlich Druckkräfte erfährt, jedoch keinen Freiraum besitzt, über welchen es durch Kriechen ausweichen könnte. Hierdurch kann somit eine Verbindung zwischen dem ersten Bauteil 2 und dem zweiten Bauteil 3 geschaffen werden, die relaxationsfrei gestaltet werden kann. Dies war bei einer Montage von Faserverbundbauteilen bisher beispielsweise lediglich über entsprechende Hülsen möglich, welche jedoch eine Durchgangsöffnung im ersten Bauteil 2 erforderten und dieses dadurch hinsichtlich seines Querschnitts schwächten.
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Das erste Bauteil 2 kann beispielsweise aus mit Kohlefasern verstärktem Kunststoff ausgebildet, insbesondere als Aussteifungsstrebe bzw. Versteifungsstrebe ausgebildet sein. Das zweite Bauteil 3, das Portalbauteil 4 und/oder die Dreiecksprofile 8 können aus Metall ausgebildet sein.
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Mit der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 1 ist ein Durchbohren des ersten Bauteils 2 nun nicht mehr erforderlich, wodurch auch keine Querschnittsschwächung mehr in das erste Bauteil 2 eingebracht wird und dieses dadurch insgesamt kleiner ausgebildet werden kann. Die kleinere Ausbildung wiederum ermöglicht eine günstigere Fertigung. Mit der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 1 ist darüber hinaus auch ein Toleranzausgleich möglich, was bisher nur mit entsprechenden Langlöchern möglich war.
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Eingesetzt wird die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung 1 beispielsweise in einem Kraftfahrzeug 9, wobei in diesem Fall das erste Bauteil 2 beispielsweise als Versteifungsstrebe und das zweite Bauteil 3 als Karosserie ausgebildet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013002365 B3 [0002]
- DE 102005012778 A1 [0003]
