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Die Erfindung betrifft ein Krafteinleitungsbauteil gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung von Composite-Rohrverbindungen mit einem Krafteinleitungsbauteil gemäß Anspruch 8.
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Die vorliegende Erfindung betrifft demnach ein Krafteinleitungsbauteil zur Verbindung mit einem hohlbauförmigen Faserverbundbauteil, insbesondere einem CFK-Laminat zur Aufnahme und/oder Übertragung von mechanischen Kräften auf ein Faserverbundrohr, wobei in dem Krafteinleitungsbauteil eine Öffnung für die Entnahme eines expandierbaren Elements vorgesehen ist, welches nach der Herstellung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Öffnung entnommen werden kann.
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Im Zuge aktueller Leichtbaubestrebungen im Fahrzeugbau werden zunehmend Teile aus Faserverbundwerkstoffen, wie beispielsweise glas- oder kohlefaserverstärkten Kunststoffen, insbesondere aus CFK-Laminat hergestellte Rohre eingesetzt. Derartige Werkstoffe finden ferner zunehmend Anwendung für strukturell bedeutsame, auch insbesondere tragende Bauteile von Kraftfahrzeugen und somit Bauteile, bei denen Kräfte eingeleitet werden. Die betreffenden Krafteinleitungspunkte der Faserverbundbauteile werden daher mit Krafteinleitungselementen gekoppelt. Solche Krafteinleitungselemente sind allgemein aus dem Stand der Technik bekannt.
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Nur beispielhaft ist die
DE 10 2006 058 377 B4 genannt, die auf eine Stange zur strukturellen Verstärkung gerichtet ist, welche aus zwei endseitig angeordneten formstabilen Bauteilelementen und einem hohlprofilierten Bauteilelement aus faserverstärktem Kunststoff, das von den zwei formstabilen Bauteilelementen eingefasst ist, gebildet ist. In der Umsetzung und in der Praxis haben sich solche Bauteile allerdings als nachteilig erwiesen, da deren Bauweise aufwendig ist, diese auch nicht ausreichend formstabil sind und ein verhältnismäßig großes Gewicht aufweisen und zudem keine hohen Kräfte und/oder Momente aufnehmen und/oder übertragen können.
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Aus der
DE 10 2011 053 480 A1 ist eine andere Ausgestaltung eines Bauteils zur Aufnahme und/oder Übertragung von mechanischen Kräften und/oder Momenten bekannt, umfassend ein formstabiles Bauteilelement mit zumindest einem hohlprofilierten Abschnitt und mindestens ein hohlprofiliertes Bauteilelement aus faserverstärktem Kunststoff, das teilweise von dem hohlprofilierten Abschnitt des formstabilen Bauteilelements aufnehmbar und in dem hohlprofilierten Abschnitt des formstabilen Bauteilelements über sich radial nach innen erstreckende Erhebungen und ohne sich radial nach außen erstreckende Vertiefungen, Ausnehmungen oder Durchbrüche formschlüssig anordenbar ist, wobei der Innenumfang des hohlprofilierten Abschnitts des formstabilen Bauteilelements und der Außenumfang des hohlprofilierten Bauteilelements aus faserverstärktem Kunststoff miteinander übereinstimmend oder korrespondierend ausgebildet sind.
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Herkömmliche aus dem Stand der Technik bekannte Bauteile bestehen demnach regelmäßig aus einem metallischen, hohlprofilierten Bauteilelement und aus einem hohlprofilierten Bauteilelement aus einem faserverstärkten Kunststoff, die miteinander verbunden sind. Bei der Herstellung eines solchen Bauteils wird das faserverstärkte Bauteilelement mit einem aufblasbaren Element z. B. einem expandierbaren Schlauch beschickt und anschließend formschlüssig an dessen Innenwandung angedrückt. Das aufblasbare Element, wie z. B. der zuvor genannte aufblasbare Schlauch wird hierzu expandiert. Dies kann z. B. durch Druckbeaufschlagung erfolgen. Nachteilig dabei ist, dass für die Herstellung einer solchen Composite-Rohrverbindung immer zwei Fertigungsschritte notwendig sind. In einem ersten Schritt erfolgt die Rohrherstellung mit Hilfe des expandierbaren Elements und in einem zweiten Schritt erfolgt die Montage an dem Krafteinleitungselement, jedoch erst nachdem das expandierbare Element zuvor aus dem Rohr entfernt wurde.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorbesagten Nachteile zu überwinden und ein vereinfachtes Verfahren sowie ein Krafteinleitungsbauteil zur Verbindung mit einem hohlbauförmigen Faserverbundbauteil bereitzustellen, das die Möglichkeit bietet, die Herstellung des Rohres und die Herstellung der Composite-Rohrverbindung in einem Schritt zu ermöglichen und demzufolge ein hierfür verwendetes expandierbares Element auf einfache Weise entfernen zu können.
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Diese Aufgabe wird gelost mit einem Krafteinleitungsbauteil gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie einem Verfahren zur Herstellung von Composite-Rohrverbindungen gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 8.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, das Krafteinleitungselement mit einer geeigneten Öffnung zu versehen und einen Durchgang auszubilden, durch den nach dem Herstellungsprozess ein während des Herstellungsprozesses verwendetes expandierbares Element wie z. B. ein aufblasbarer Schlauch, wieder entfernt werden kann. Das Krafteinleitungsbauteil wird vorzugsweise als Insert oder Einleger ausgebildet und zwar mit einer konstruktiv vorgesehenen Öffnung in einem Basisteil. Der Insert bzw. das Krafteinleitungsbauteil dient hierbei gezielt als Krafteinleitungspunkt für die Faserverbundrohre.
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Erfindungsgemäß wird daher ein Krafteinleitungsbauteil zur Verbindung mit einem hohlbauförmigen Faserverbundteil, insbesondere einem Faserverbundbauteil aus einem CFK-Laminat zur Aufnahme und/oder Übertragung von mechanischen Kräften bereitgestellt, umfassend ein formstabiles Basisteil mit wenigstens einem hohlraumförmigen Anbindungsabschnitt für das Faserverbundbauteil, wobei der hohlraumförmige Anbindungsabschnitt durch eine von dem Basisteil hervorstehende und umfangsgeschlossene Wand gebildet wird und eine beidseitig offene Kammer umschließt, wobei sich die eine Öffnung der Kammer am stirnseitigen Ende der Wand befindet und die andere Öffnung als eine durch das Basisteil hindurchgehende Ausnehmung oder einen Durchbruch ausgebildet ist.
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Hierdurch wird gezielt ein Krafteinleitungsbauteil bereitgestellt, das über einen Anbindungsabschnitt verfügt, durch den ein expandierbares Element, wie z. B. ein aufblasbarer Schlauch, hindurch eingebracht und auch wieder hindurch entfernt werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Krafteinleitungsbauteil als ein metallisches Bauteil aus einem geeigneten Metall bereitgestellt. Alternativ kann auch ein anderer geeigneter Werkstoff verwendet werden (z. B. Kunststoff oder ein Verbundpressteil).
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In einer ebenfalls vorteilhaften Ausbildung der Erfindung verfügt das Basisteil des Krafteinleitungsbauteils über einen umfangsgeschlossenen zentralen Ringabschnitt. Weiter vorteilhaft ist es, wenn die zuvor genannte Öffnung zur Entnahme eines expandierbaren Elements im Zentrum des Ringabschnitts ausgebildet ist.
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In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Anbindungsabschnitt am Außenumfang mit einer Struktur versehen ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Struktur als eine gestufte Schäftung vorzugsweise als eine mehrfach gestufte Schäftung ausgebildet ist.
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In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Basisteil derart ausgebildet, dass sich am Basisteil ein Befestigungsabschnitt zur Befestigung befindet, wie z. B. zur Verschraubung an einem externen Bauteil. Hierfür kann vorgesehen sein, dass der Befestigungsabschnitt über eine Öffnung verfügt oder ein Gewinde und/oder dergleichen zur Befestigung aufweist.
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Der Befestigungsabschnitt erstreckt sich vorzugsweise unmittelbar vom Basisteil weg oder wird unmittelbar am Basisteil des Krafteinleitungsbauteils ausgebildet.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Composite-Rohrverbindungen mit einem wie zuvor beschriebenen Krafteinleitungsbauteil mit den folgenden Schritten:
- a) Aufbringen eines aushärtbaren Faserverbundwerkstoffes zumindest teilweise auf den Anbindungsabschnitt des Krafteinleitungsbauteils zur Ausbildung einer Hohlform vorzugsweise einer Rohrform um einen expandierbaren Schlauch oder ein expandierbares Element herum, wobei das expandierbare Element vor oder auch nach dem Aufbringen des Faserverbundwerkstoffs in dem Bereich der herzustellenden Rohrform eingebracht wird;
- b) Expandieren des expandierbaren Elements bzw. des Schlauchs zur Ausbildung eines stützenden Gegenlagers gegen die Innenwand der aus dem Faserverbundwerkstoff gebildeten Rohrform während des Aushärtungsprozesses des Faserverbundwerkstoffes;
- c) Entfernen des expandierbaren Elements bzw. des Schlauchs aus der Rohrform durch die Öffnung durch das Basisteil hindurch.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Schritt a) ein CFK-Laminat oder ein CFK-Laminat-Bauteil umfangsgeschlossen auf den Anbindungsabschnitt des Basisteils aufgebracht unter Ausbildung einer Rohrform. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das expandierbare Element als ein aufblasbarer Schlauch ausgebildet ist und das Expandieren in Schritt b) des zuvor beschriebenen Verfahrens durch Aufblasen des Schlauches erfolgt.
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Mit Vorteil wird der Schlauch vor der Entnahme in Schritt c) durch die Öffnung im Basisteil hindurch wieder in seine ursprüngliche nicht expandierte Form gebracht, um die Entnahme zu erleichtern. Dies kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass die Luft aus dem Schlauch wieder abgelassen wird.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht durch eine beispielhafte Ausführungsform eines Krafteinleitungsbauteils gemäß der vorliegenden Erfindung und
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2 ein Flussdiagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Composite-Rohrverbindungen mit einem Krafteinleitungsbauteil gemäß der 1.
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In 1 wird eine Schnittansicht durch eine Verbindung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Krafteinleitungsbauteils 1 mit einem rohrförmigen Faserverbundbauteil aus einem CFK-Laminat dargestellt. Das Krafteinleitungsbauteil 1 umfasst ein formstabiles Basisteil 2 aus einem geeigneten, z. B. metallischen Werkstoff. Am Basisteil 2 ist ein hohlraumförmiger Anbindungsabschnitt 3 zur Anbindung des Faserverbundbauteils 10 vorhanden. Der hohlraumförmige Anbindungsabschnitt 3 wird durch eine von dem Basisteil 2 hervorstehende umfangsgeschlossene Wand 4 gebildet. Die Wand 4 umschließt eine beidseitig offene Kammer 5, in die ein expandierbarer Schlauch 20 eingebracht ist.
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Die beidseitig offene Kammer 5 weist eine Öffnung 6 am stirnseitigen Ende 4a an der Wand 4 auf, aus der heraus sich der zuvor genannte Schlauch 20 in dem Hohlraum des CFK Faserverbundbauteils 10 hinein erstreckt. Am anderen Ende der Kammer 5 befindet sich eine zweite Öffnung 6b, die im Basisteil 2 als hindurchgehende Ausnehmung ausgebildet ist. Wie weiter in 1 zu erkennen ist, reicht ein Schlauchabschnitt 21 durch die Öffnung 6b nach außen zugänglich hindurch, um mittels eines geeigneten Mediums – wie z. B. Luft – den Schlauch 20 aufblasen zu können.
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Das hier gezeigte metallische Krafteinleitungsbauteil 1 kann in einer alternativen Ausführungsform auch aus einem formstabilen ausreichend festen Kunststoffmaterial bestehen.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verfügt das Basisteil 2 über einen umfangsgeschlossenen zentralen Ringabschnitt 2a, in dem die zuvor genannte Öffnung 6b unmittelbar angeordnet ist. An den Ringabschnitt 2a schließt sich einseitig der Anbindungsabschnitt 3 an, sowie auf der gegenüberliegenden Seite ein Befestigungsabschnitt 9. Im Befestigungsabschnitt 9 ist eine Öffnung 9a ausgebildet, die z. B. einer Verschraubung mit einem externen Bauteil dient.
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Wie ferner in 1 zu erkennen ist, ist die Wand 4 des Anbindungsabschnitts 3 an ihrem Außenumfang 7 mit einer Struktur 8 versehen, und zwar mit einer gestuften Schäftung. Aufgrund der gestuften Schäftung kann eine besonders gute Composite-Verbindung mit dem CFK-Laminat des Faserverbundbauteils 10 erzielt werden.
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Eine wie in 1 dargestellte Composite-Rohrverbindung wird mit einem wie in 2 schematisch dargestellten Verfahrensablauf hergestellt.
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Die 2 stellt insofern ein vereinfachtes Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zur Herstellung einer Composite-Rohrverbindung dar.
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In einem ersten Schritt wird ein geeigneter Faserverbundwerkstoff z. B. ein rohrförmiges CFK-Verbundlaminat bereitgestellt, sowie ein Krafteinleitungsbauteil gemäß 1. Wie in 2 ersichtlich, wird in einem Schritt a) zunächst das Aufbringen des aushärtbaren Faserverbundwerkstoffs auf den Anbindungsabschnitt 3 des Krafteinleitungsbauteils 1 zur Ausbildung einer Rohrform um einen expandierbaren Schlauch herum dargestellt. Der Schlauch wird in vorteilhafter Weise wie in 1 gezeigt im Inneren 11 des CFK Laminat-Faserverbundrohres eingebracht.
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In einem Schritt b) wird der expandierbare Schlauch expandiert und zwar durch Aufblasen und Einbringen von Luft durch den Schlauchabschnitt 21 in den Schlauch 20 hinein. Das Expandieren des Schlauches dient zur Ausbildung eines stützenden Gegenlagers gegen die Innenwand der aus dem Faserverbundwerkstoff gebildeten Rohrform und zwar während des Aushärtungsprozesses des CFK-Faserverbundwerkstoffes. Sobald die Aushärtung so weit fortgeschritten ist, dass eine formstabile Verbindung zwischen dem CFK Laminat und dem als Insert ausgebildeten Krafteinleitungsbauteil erfolgt ist, kann der Schlauch in einem Schritt c) wieder aus der so hergestellten Composite-Rohrverbindung durch die Öffnung 6b im Basisteil 2 hindurch entfernt werden.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006058377 B4 [0004]
- DE 102011053480 A1 [0005]
