DE102015215673A1

DE102015215673A1 - Befestigungsanordnung mit Fahrzeugbauteil und damit verbundener Kühlmittelpumpe sowie Verfahren zum Herstellen einer Befestigungsanordnung

Info

Publication number: DE102015215673A1
Application number: DE102015215673.7A
Authority: DE
Inventors: Hoang Viet Bui; Helmut Schneeweiss
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2017-02-23

Abstract

Es wird eine Befestigungsanordnung (1) angegeben, die ein Fahrzeugbauteil (2), eine elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe ((1) und eine Verklebung (4) aufweist. Die Kühlmittelpumpe (3) und das Fahrzeugbauteil (2) sind durch die Verklebung (4), die mittels eines chemisch härtenden Klebstoffes gebildet ist, miteinander verbunden. Die Verklebung (4) weist in drei zueinander orthogonalen Richtungen, die als x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung bezeichnet werden, jeweils eine absolute Steifigkeit von kleiner oder gleich 3000 N/mm auf. Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen der Befestigungsanordnung angegeben.

Description

Es wird eine Befestigungsanordnung mit einem Fahrzeugbauteil und einer Kühlmittelpumpe angegeben, wobei das Fahrzeugbauteil und die Kühlmittelpumpe durch eine Verklebung miteinander verbunden sind. Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen einer Befestigungsanordnung angegeben.
In einigen Automobilmodellen wird eine Zusatzwasserpumpe verwendet um die benötigte Heizleistung, insbesondere auch als Teil der Standheizung, zu erbringen. Die Zusatzwasserpumpe kann insbesondere dazu dienen, einen hinteren Wärmetauscher für die Heizung mit warmem Wasser zu durchströmen. Neben dem Einsatz für den Heizungskreislauf oder für Standheizungssysteme kann die Zusatzwasserpumpe weiterhin für eine Nachlaufkühlung verwendet werden.
Derzeit wird die Zusatzwasserpumpe mittels Verschraubungen mit einem Karosseriestrukturbauteil verbunden. Weiterhin kommen zur Anbindung Gummilager und Halter zum Einsatz, um Schwingungsreduktionen zu erzielen. Die Druckschrift DE 10 2010 032 848 A1 zeigt weiterhin eine Möglichkeit einer Anbindung einer Zusatzwasserpumpe, bei welcher die Zusatzwasserpumpe durch Klemmmittel mit einem Auslass eines Kühlers verbunden ist.
Allerdings weisen die derzeit bekannten Anbindungskonzepte der Zusatzwasserpumpe aufgrund ihres ausgeprägten Schwingungsverhaltens noch ein großes Optimierungspotential hinsichtlich der akustischen Schwingungsentkopplung auf und sind ferner sehr aufwändig. Die bekannten Maßnahmen führen außerdem zu hohen Produktionskosten, einem hohen Montageaufwand und haben einen hohen Gewichtsnachteil zur Folge. Weiterhin ist der Impedanzsprung zwischen der Zusatzwasserpumpe und ihrer Halterung verbesserungswürdig.
Es ist daher eine zu lösende Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, eine Verbindung zwischen einem Fahrzeugbauteil und einer Kühlmittelpumpe anzugeben, mittels welcher eine verbesserte Schwingungsentkopplung sowie akustische Entkopplung erzielt und gleichzeitig der notwendige Aufwand beim Anbinden der Kühlmittelpumpe reduziert werden kann. Eine weitere Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Befestigungsanordnung anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstandes gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.
Eine Befestigungsanordnung gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Fahrzeugbauteil und eine Kühlmittelpumpe auf. Das Fahrzeugbauteil kann beispielsweise ein Motorgehäuse oder ein Getriebegehäuse eines Fahrzeugs sein. Beispielsweise kann das Fahrzeugbauteil als Motorblock ausgebildet sein. Weiterhin kann das Fahrzeugbauteil beispielsweise ein Karosseriestrukturbauteil eines Fahrzeugs sein. Insbesondere kann das Fahrzeugbauteil als Längsträger eines Fahrzeugs ausgebildet sein. Die Kühlmittelpumpe ist vorzugsweise eine elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe. Beispielsweise kann die Kühlmittelpumpe eine Wasserpumpe, insbesondere eine Zusatzwasserpumpe sein. Vorzugsweise sind das Fahrzeugbauteil und die Kühlmittelpumpe durch eine Verklebung miteinander verbunden. Die Verklebung stellt ein Verbindungselement dar, welches das Fahrzeugbauteil und die Kühlmittelpumpe direkt miteinander verbindet. Die Verklebung kann beispielsweise mittels eines chemisch härtenden Klebstoffes gebildet sein. Der Klebstoff kann insbesondere ein sogenannter 2-Komponenten-Klebstoff, insbesondere ein kalthärtender 2-Komponenten-Klebstoff sein. Der Klebstoff ist vorzugsweise weichelastisch. Nach dem Aushärten weist der Klebstoff gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen Elastizitätsmodul von größer oder gleich 1 MPa und kleiner oder gleich 100 MPa auf. Besonders bevorzugt weist der Klebstoff nach dem Aushärten einen Elastizitätsmodul von größer oder gleich 1 MPa und kleiner oder gleich 50 MPa auf.
Vorzugsweise weist die Verklebung in drei zueinander orthogonalen Richtungen, die als x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung bezeichnet werden, jeweils eine absolute Steifigkeit von kleiner oder gleich 10.000 N/mm auf. Die „absolute Steifigkeit” kann hier und im Folgenden auch lediglich mit „Steifigkeit” bezeichnet werden. Die Steifigkeit beschreibt den Widerstand eines Körpers gegen eine elastische Verformung durch eine Kraft und hängt nicht nur von den elastischen Eigenschaften des Werkstoffs des Körpers, sondern auch von der Geometrie des Körpers ab. Die absolute Steifigkeit wird, insbesondere bei Federn, auch als „Federkonstante”, „Federsteife” oder „Federsteifigkeit” bezeichnet. Besonders bevorzugt weist die Verklebung in x-Richtung, in y-Richtung und in z-Richtung jeweils eine absolute Steifigkeit von kleiner oder gleich 3.000 N/mm auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Verklebung in z-Richtung, welche eine Richtung senkrecht zu einer von der Verklebung bedeckten Oberfläche des Fahrzeugbauteils beschreibt, eine räumliche Ausdehnung bzw. Dicke von mindestens 5,0 mm auf. Beispielsweise weist die Verklebung in z-Richtung durchgehend eine Dicke zwischen 2,0 mm und 7,0 mm auf.
Mittels der Verklebung als Verbindungselement zwischen dem Fahrzeugbauteil und der Kühlmittelpumpe kann vorteilhafterweise eine feste und stabile Verbindung erreicht werden. Gleichzeitig kann aufgrund einer flächigen Verbindung eine flächige Schwingungsübertragung mit der Folge einer ausgezeichneten Schwingungsdämpfung und akustischen Entkopplung erreicht werden. Dies wird insbesondere auch durch die geringe Steifigkeit der Verklebung in x-, y- und z- Richtung ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Verklebung eine Steifigkeit in x-Richtung und in y-Richtung zwischen 500 und 3000 N/mm, und eine Steifigkeit in z-Richtung zwischen 100 und 1000 N/mm auf.
Für eine Bestimmung der Steifigkeiten der Verklebung in x-, y- und z-Richtung kann beispielsweise das Fahrzeugbauteil fixiert werden und die Kühlmittelpumpe mit einer vorgegebenen Kraft in eine der Richtungen beansprucht werden. Aufgrund der hohen Elastizitätsmoduln des Fahrzeugbauteils und der Kühlmittelpumpe können dabei die elastischen Verformungen dieser Bauteile vernachlässigt werden.
Des Weiteren kann die Verklebung Partikel enthalten, die ein Material aufweisen oder aus einem Material bestehen, welches sich vom Material des Klebstoffes unterscheidet. Die Partikel können z. B. ein Metall enthalten oder aus einem Metall bestehen. Mittels der in der Verklebung enthaltenen Partikel kann vorteilhafterweise die Steifigkeit der Verklebung beeinflusst werden. Insbesondere kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform durch die Partikel mittels äußerer Einwirkung die Steifigkeit der Verklebung auch nach dem Aushärten des Klebstoffes gezielt eingestellt bzw. verändert werden.
Des Weiteren ist die Verbindung zwischen dem Fahrzeugbauteil und der Kühlmittelpumpe frei von Gummilagern, d. h. zwischen dem Fahrzeugbauteil und der Kühlmittelpumpe ist kein Gummilager angeordnet. Dadurch können vorteilhafterweise Kosten, insbesondere auch beim Einbau, eingespart werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind neben der Verklebung bzw. Verklebungen keine weiteren Verbindungselemente zwischen dem Fahrzeugbauteil und der Kühlmittelpumpe vorhanden. In anderen Worten stellt die Verklebung das einzige Verbindungselement zwischen dem Fahrzeugbauteil und der Kühlmittelpumpe dar, d. h. es sind keine Schraubverbindungen oder dergleichen zwischen dem Fahrzeugbauteil und der Kühlmittelpumpe vorgesehen. Allein mittels der Verklebung bzw. der Verklebungen wird eine ausreichend feste und stabile Verbindung zwischen dem Fahrzeugbauteil und der Kühlmittelpumpe erreicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Kühlmittelpumpe ein Gehäuse auf, welches mittels der Verklebung direkt mit dem Fahrzeugbauteil verbunden ist. Weiterhin kann die Kühlmittelpumpe ein Pumpenlaufrad aufweisen, welches vorzugsweise im Gehäuse angeordnet ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Kühlmittelpumpe als Zusatzwasserpumpe eines Fahrzeugs ausgebildet. Insbesondere kann die Kühlmittelpumpe einen Heizungskreislauf, für ein Standheizungssystem und/oder für eine Nachlaufkühlung ausgebildet sein.
Durch eine weiche stoffschlüssige Anbindung über die Verklebung, bei der die Steifigkeiten in die drei Richtungen x-, y- und z- nach Wunsch eingestellt werden können, wird vorteilhafterweise eine kostengünstige Alternative in integraler Bauweise zu einer konventionellen elastischen Lagerung über ein Gummilager realisiert.
Die stoffschlüssige Ausführung der Anbindung der Kühlmittelpumpe wirkt als Dämpfer auf dem Kraftpfad. Dadurch wird die Übertragung von Kräften, Momenten und Schwingungen über die Verbindung neutralisiert und die Störgeräusche werden vermieden. Die Verwendung eines kalthärtenden 2K-Klebstoffes benötigt keine zusätzliche Energie für die Aushärtung und hat den Vorteil der Einstellbarkeit der Steifigkeiten, in Analogie zu den Steifigkeitseigenschaften eines Gummilagers. Mit den gerichteten Steifigkeiten können die Schwingungen und die Akustik von der Quelle optimal entkoppelt werden. Eine optimale Schwingungs- und Akustikentkopplung wird ferner auch durch die Anordnung der Kühlmittelpumpe an eine steife Struktur erreicht, da hierbei ein optimaler Impedanzsprung erlangt werden kann. Dadurch ergibt sich ein erhöhter Fahrkomfort mit besserer Fahrzeugakustik.
Aus dem Wegfall aufwändiger Maßnahmen resultiert eine Gewichtseinsparung, eine Reduzierung in Material- und Montageaufwand und infolge dessen auch eine Verringerung von Material-, Montage- und Produktionskosten. Ferner ist ein geringerer Bauraum notwendig und ein flexibler Einsatz der Anbindung ist realisierbar.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Befestigungsanordnung angegeben. Die dadurch herstellbare oder hergestellte Befestigungsanordnung kann eines oder mehrere Merkmale der vorgenannten Ausführungsformen aufweisen. Die vorher und im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen gelten gleichermaßen für die Befestigungsanordnung wie auch für das Verfahren zur Herstellung der Befestigungsanordnung.
Gemäß einer Ausführungsform werden zur Herstellung der Befestigungsanordnung ein Fahrzeugbauteil und eine Kühlmittelpumpe bereitgestellt. Anschließend wird die Kühlmittelpumpe mit dem Fahrzeugbauteil mittels einer Verklebung verbunden. Vorzugsweise ist die Verklebung durch einen chemisch härtenden Klebstoffes gebildet und weist in drei zueinander orthogonalen Richtungen, die als x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung bezeichnet werden, jeweils eine absolute Steifigkeit von kleiner oder gleich 3000 N/mm auf. Beispielsweise kann der Klebstoff flächig oder in Raupen auf die Kühlmittelpumpe und/oder auf das Fahrzeugbauteil aufgetragen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Klebstoff in einem automatisierten Prozess auf die Kühlmittelpumpe und/oder das Fahrzeugbauteil aufgebracht. Beispielsweise kann der Klebstoff, der nach einem Aushärten die Verklebung bildet, mittels eines Roboters oder mittels mehrerer Roboter auf die Kühlmittelpumpe und/oder das Fahrzeugbauteil aufgebracht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Verbinden der Kühlmittelpumpe mit dem Fahrzeugbauteil in einem automatisierten Prozess. Dabei kann die Kühlmittelpumpe mittels eines Roboters mit dem Fahrzeugbauteil verbunden werden.
Mittels der Verklebung zur Verbindung der Kühlmittelpumpe mit dem Fahrzeugbauteil kann der Konstruktions- und Fertigungsaufwand verringert werden. Durch ein automatisiertes Auftragen des Klebstoffs sowie ein automatisiertes verbinden der Kühlmittelpumpe durch Industrieroboter können vorteilhafterweise Belastungen für Mitarbeiter verringert werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der hier beschriebenen Befestigungsanordnung ergeben sich aus der im Folgenden in Verbindung mit der 1 beschriebenen Ausführungsform.
Die in der Figur dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Befestigungsanordnung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Befestigungsanordnung 1 weist ein Fahrzeugbauteil 2 und eine Kühlmittelpumpe 3 auf, wobei die Kühlmittelpumpe 3 mit dem Fahrzeugbauteil 2 mittels einer Verklebung 4 fest verbunden ist.
Bei der Kühlmittelpumpe kann es sich insbesondere um eine elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe handeln. Beispielsweise kann die Kühlmittelpumpe eine in einem Kühlkreislauf installierte Zusatzwasserpumpe sein. Das Fahrzeugbauteil kann beispielsweise als Motorgehäuse oder als Getriebegehäuse ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Fahrzeugbauteil um einen Motorblock handeln. Alternativ kann das Fahrzeugbauteil auch als Karosseriestrukturbauteil ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Fahrzeugbauteil ein Längsträger eines Fahrzeugs sein.
Die Verklebung 4 ist mittels eines chemisch härtenden Klebstoffes, insbesondere mittels eines kalthärtenden 2-Komponenten-Klebstoffs gebildet. Beispielsweise kann zumindest einer der Klebstoffe Körapop 225-2K, Teroson PU 860 ME, LI-Klebstoff 2816L oder SikaForce 7550 als Klebstoff zum Einsatz kommen.
Die Verklebung 4 weist in drei zueinander orthogonalen Richtungen, d. h. in x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung, jeweils eine absolute Steifigkeit von kleiner oder gleich 3000 N/mm auf. Als z-Richtung wird dabei eine Richtung bezeichnet, die sich senkrecht zu einer Oberfläche des Fahrzeugbauteils 2, welche von der Verklebung 4 bedeckt ist, erstreckt. In dieser Richtung, d. h. in z-Richtung, weist die Verklebung 4 vorzugsweise eine räumliche Ausdehnung, die auch als „Dicke” bezeichnet werden kann, von mindestens 5,0 mm auf.
Zwischen dem Fahrzeugbauteil 2 und der Kühlmittelpumpe 3 sind keinerlei weitere Verbindungen, z. B. Schraubenverbindungen oder dergleichen, vorgesehen. Weiterhin sind auch keine Gummilager zwischen dem Fahrzeugbauteil und der Kühlmittelpumpe 3 vorgesehen.
Alternativ oder zusätzlich kann das in der Figur gezeigte Ausführungsbeispiel weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Befestigungssystem
2: Fahrzeugbauteil
3: Kühlmittelpumpe
4: Verklebung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010032848 A1 [0003]

Claims

Befestigungsanordnung (1), aufweisend ein Fahrzeugbauteil (2), eine elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe (3) und eine Verklebung (4), wobei – die Kühlmittelpumpe (3) und das Fahrzeugbauteil (2) durch die Verklebung (4) miteinander verbunden sind, – die Verklebung (4) mittels eines chemisch härtenden Klebstoffes gebildet ist, und – die Verklebung (4) in drei zueinander orthogonalen Richtungen, die als x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung bezeichnet werden, jeweils eine absolute Steifigkeit von kleiner oder gleich 3000 N/mm aufweist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Verklebung (4) in z-Richtung, welche sich senkrecht zu einer mit der Verklebung bedeckten Oberfläche des Fahrzeugbauteils (2) erstreckt, eine Dicke von mindestens 5 mm aufweist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 2, wobei die Verklebung (4) in z-Richtung eine absolute Steifigkeit zwischen 100 und 1000 N/mm aufweist.
Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Verklebung (4) in z-Richtung eine absolute Steifigkeit zwischen 100 und 1000 N/mm aufweist.
Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Klebstoff nach dem Aushärten einen Elastizitätsmodul von größer oder gleich 1 MPa und kleiner oder gleich 50 MPa aufweist.
Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeugbauteil als Karosseriestrukturbauteil ausgebildet ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 6, wobei das Fahrzeugbauteil als Längsträger ausgebildet ist.
Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Fahrzeugbauteil als Motorgehäuse oder als Getriebegehäuse ausgebildet ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 8, wobei das Fahrzeugbauteil als Motorblock ausgebildet ist.
Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlmittelpumpe (3) ein Kühlmittelpumpengehäuse aufweist und wobei das eine Kühlmittelpumpengehäuse mittels der Verklebung (4) direkt mit dem Fahrzeugbauteil (2) verbunden ist.
Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei neben der Verklebung (4) bzw. Verklebungen keine weiteren Verbindungselemente zwischen dem Fahrzeugbauteil (2) und der Kühlmittelpumpe (3) vorhanden sind.
Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Klebstoff ein 2-Komponenten-Klebstoff, insbesondere ein kalthärtender 2-Komponenten-Klebstoff, ist.
Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlmittelpumpe (3) eine Zusatzwasserpumpe eines Fahrzeugs ist, die insbesondere für einen Heizungskreislauf, für ein Standheizungssystem und/oder für eine Nachlaufkühlung ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Befestigungsanordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, aufweisend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Fahrzeugbauteils (2) und einer elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (3), – Verbinden der Kühlmittelpumpe (3) mit dem Fahrzeugbauteil (2) mittels einer Verklebung (4), die durch einen chemisch härtenden Klebstoffes gebildet ist, wobei – der Klebstoff in einem automatisierten Prozess auf das Fahrzeugbauteil (2) und/oder die Kühlmittelpumpe (3) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Verbinden der Kühlmittelpumpe (3) mit dem Fahrzeugbauteil (2) in einem automatisierten Prozess erfolgt.