DE102017106878A1 - Anbindungsstruktur zur Anbindung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils an ein Anbindungsbauteil und Anordnung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils an mindestens einem Anbindungsbauteil - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anbindungsstruktur (1) zur Anbindung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (2) an ein Anbindungsbauteil, umfassend einen Grundkörper (3), der aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist und einen Anbindungsabschnitt (4) aufweist, der so ausgebildet und geformt ist, dass eine Befestigungsschraube durch den Anbindungsabschnitt (4) hindurchführbar ist, die mit dem Anbindungsteil verschraubbar ist, wobei der Anbindungsabschnitt (4) zwei einander gegenüberliegende Stirnseiten aufweist und wobei zwischen den beiden Stirnseiten des Anbindungsabschnitts (4) ein faserverstärktes Gelege (7) ausgebildet ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anbindungsstruktur zur Anbindung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils an ein Anbindungsbauteil, umfassend einen Grundkörper, der aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist und einen Anbindungsabschnitt aufweist, der so ausgebildet und geformt ist, dass eine Befestigungsschraube durch den Anbindungsabschnitt hindurchführbar ist, die mit dem Anbindungsteil verschraubbar ist, wobei der Anbindungsabschnitt zwei einander gegenüberliegende Stirnseiten aufweist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils an mindestens einem Anbindungsbauteil, wobei das faserverstärkte Kunststoffbauteil mittels mindestens einer Anbindungsstruktur, die einen Anbindungsabschnitt aufweist und mittels einer Befestigungsschraube, die durch den Anbindungsabschnitt hindurchgeführt ist, an dem Anbindungsbauteil befestigt ist.
- Bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugen spielen konstruktive Maßnahmen zur Verringerung der Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs eine wichtige Rolle. So ist es aus dem Stand der Technik zum Beispiel bekannt, Teile einer Fahrzeugkarosserie aus einem Faserverbundwerkstoff herzustellen. Aus der
DE 10 2010 053 850 A1 ist eine Anbindungsstruktur für eine aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellte Versteifungsstrebe bekannt, bei der ein gesamter Anbindungsabschnitt oder zumindest eine Fügestelle eine Verstärkungsstruktur aufweist. Diese Verstärkungsstruktur kann zum Beispiel durch einen innenliegenden Metallkern, einen Metalleinsatz oder eine Metallverkleidung der Fügestelle oder des Anbindungsabschnitts gebildet sein. - Es hat sich gezeigt, dass bei der Anbindung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils an ein Anbindungsbauteil das Vorsehen eines oder mehrerer Metalleinsätze in einer ebenfalls aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellten Anbindungsstruktur nicht ausreichend ist, um bei einer Verschraubung der Anbindungsstruktur mit dem Anbindungsbauteil eine ausreichend hohe Druckfestigkeit und Drucksteifigkeit zu erhalten.
- Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine Anbindungsstruktur der eingangs genannten Art zur Anbindung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils an ein Anbindungsbauteil sowie eine gattungsgemäße Anordnung zur Verfügung zu stellen, mittels derer die Druckfestigkeit und die Drucksteifigkeit im Bereich der Verschraubung vergrößert werden können.
- Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Anbindungsstruktur der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Anordnung wird diese Aufgabe durch eine Anordnung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 8 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
- Eine erfindungsgemäße Anbindungsstruktur zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen den beiden Stirnseiten des Anbindungsabschnitts ein faserverstärktes Gelege ausgebildet ist. Durch das in die Anbindungsstruktur integrierte und zwischen den beiden Stirnseiten vorgesehene faserverstärkte Gelege, das integral mit dem Grundkörper ausgebildet ist, kann der Verschraubungsbereich der Anbindungsstruktur in vorteilhafter Weise höheren Druckbelastungen ausgesetzt werden. Die Gesamtmasse der Anbindungsstruktur wird dabei durch das Vorsehen des faserverstärkten Geleges nicht beziehungsweise allenfalls nicht signifikant vergrößert.
- In einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass an jeder der beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Anbindungsabschnitts jeweils ein Metalleinsatz angeordnet ist. Diese stirnseitig vorgesehenen Metalleinsätze, die wie das faserverstärkte Gelege integral mit dem Grundkörper ausgebildet sind, werden insbesondere aufgrund der maximal zulässigen Grenzflächenpressung eingesetzt, damit in vorteilhafter Weise stirnseitig im faserverstärkten Kunststoffbauteil keine Abzeichnungen durch die Verschraubung sichtbar sind.
- In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das faserverstärkte Gelege eine Querschnittsform aufweist, die mit einer Querschnittsform des Anbindungsabschnitts korrespondiert. Das faserverstärkte Gelege und der Anbindungsabschnitt können zum Beispiel einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Andere Querschnittsformen des faserverstärkten Geleges und des Anbindungsabschnitts, die nicht beziehungsweise nur teilweise miteinander korrespondieren, sind grundsätzlich ebenfalls möglich.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die Metalleinsätze eine Querschnittsform aufweisen, die mit einer Querschnittsform des Anbindungsabschnitts korrespondiert. Beispielsweise können die Metalleinsätze und der Anbindungsabschnitt einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Andere Querschnittsformen der beiden Metalleinsätze und des Anbindungsabschnitts sind aber grundsätzlich ebenfalls möglich.
- In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Gelege unidirektional-faserverstärkt ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme können die Druckfestigkeit und die Drucksteifigkeit der Verschraubung weiter erhöht werden.
- Vorzugsweise kann das unidirektional-faserverstärkte Gelege eine Faserrichtung aufweisen, die sich in axialer Richtung des Anbindungsabschnitts erstreckt. Die Faserrichtung korrespondiert somit in vorteilhafter Weise mit der Verschraubungsrichtung der Befestigungsschraube, die bei der Montage durch den Anbindungsabschnitt hindurchgeführt wird. Dieses wirkt sich ebenfalls positiv auf die Druckfestigkeit und die Drucksteifigkeit der Verschraubung aus.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Grundkörper aus einem C-Sheet Molding Compound (kurz: C-SMC) hergestellt ist. Dabei handelt es sich um ein flächiges Halbzeug aus einem Reaktionsharz als Matrix sowie geschnittenen Kohlenstofffasern, die zur Verstärkung vorgesehen sind. Ein C-Sheet Molding Compound zeichnet sich insbesondere durch relativ große Faserlängen aus, so dass ein Grundkörper mit hoher mechanischer Steifigkeit und Festigkeit erhalten werden kann.
- Eine erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Anbindungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgeführt ist. Durch die besondere Ausgestaltung der Anbindungsstruktur mit dem faserverstärkten Gelege zwischen den beiden Stirnseiten können die Druckfestigkeit und die Drucksteifigkeit im Bereich der Verschraubung wesentlich erhöht werden.
- In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das faserverstärkte Kunststoffbauteil eine Domstrebe eines Kraftfahrzeugs ist, die mittels zweier Anbindungsstrukturen und zweier Befestigungsschrauben, die jeweils durch den Anbindungsabschnitt einer der beiden Anbindungsstrukturen hindurchgeführt sind, an zwei Federbeinaufnahmen in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs, welche die Anbindungsteile bilden, befestigt ist, wobei zumindest eine der Anbindungsstrukturen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist. Eine derartige Domstrebe, die aus einem faserverstärkten Kunststoff (vorzugsweise aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff) hergestellt ist, bildet eine vorteilhafte Leichtbauvariante einer herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Domstrebe, die aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff, hergestellt ist.
- Vorzugsweise können beide Anbindungsstrukturen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet sein. Dadurch können die Druckfestigkeit sowie die Drucksteifigkeit im Bereich beider Verschraubungen erheblich vergrößert werden.
- Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen
-
1 eine perspektivische Ansicht einer Anbindungsstruktur zur Anbindung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils an ein Anbindungsbauteil, wobei das faserverstärkte Kunststoffbauteil lediglich teilweise dargestellt ist, -
2 eine Seitenansicht der Anbindungsstruktur gemäß Fig.l, -
3 einen Schnitt durch die Anbindungsstruktur entlang einer Linie III-III in2 . - Unter Bezugnahme auf
1 bis3 umfasst eine Anbindungsstruktur1 zur Anbindung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils2 an ein hier nicht explizit dargestelltes Anbindungsteil einen Grundkörper3 , der aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist. Vorzugsweise ist der Grundkörper3 aus einem C-Sheet Molding Compound (kurz: C-SMC) hergestellt. Dabei handelt es sich um ein flächiges Halbzeug aus einem Reaktionsharz als Matrix sowie geschnittenen Kohlenstofffasern, die zur Verstärkung vorgesehen sind. Ein C-Sheet Molding Compound hat den Vorteil, dass es relativ große Faserlängen aufweist. Dadurch wird erreicht, dass der Grundkörper3 eine hohe Steifigkeit und Festigkeit erhält. Das faserverstärkte Kunststoffbauteil2 kann insbesondere aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (kurz: CFK) hergestellt sein. Wie in3 zu erkennen, weist der Grundkörper3 einen hohlen Aufnahmeabschnitt30 auf, in dem ein freies Ende20 des faserverstärkten Kunststoffbauteils2 formschlüssig aufgenommen ist. Da das faserverstärkte Kunststoffbauteil2 vorliegend bei der Herstellung auch mit dem C-Sheet Molding Compound umpresst wird, entsteht darüber hinaus in diesem Bereich eine stoffschlüssige Fügeverbindung des freien Endes20 des faserverstärkten Kunststoffbauteils2 mit dem Grundkörper3 . - Der Grundkörper
3 umfasst ferner einen Anbindungsabschnitt4 , der in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist. Der Anbindungsabschnitt4 ist so geformt und dimensioniert, dass bei der Montage eine Befestigungsschraube durch diesen hindurchgeführt werden kann, um die Anbindungsstruktur1 zusammen mit dem faserverstärkten Kunststoffbauteil2 mit dem Anbindungsteil zu verschrauben. Der Anbindungsabschnitt4 weist an seinen einander gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils einen Metalleinsatz5 ,6 auf, der an die Querschnittsform des Anbindungsabschnitts4 angepasst ist und somit in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist. Diese beiden Metalleinsätze5 ,6 werden aufgrund der maximal zulässigen Grenzflächenpressung eingesetzt, damit stirnseitig im faserverstärkten Kunststoffbauteil2 keine Abzeichnungen aufgrund der Verschraubung sichtbar sind. - Die Außenflächen der beiden einander gegenüberliegenden Metalleinsätze
5 ,6 bilden zwei Anlageflächen, mit denen die Anbindungsstruktur1 an dem Anbindungsteil anliegt. In diesem Zusammenhang ist es erforderlich, dass der Anbindungsabschnitt4 eine hohe Druckfestigkeit und Drucksteifigkeit sowie ein geringes Setzverhalten aufweist, um eine stabile Verschraubung der Anbindungsstruktur1 mit dem Anbindungsteil zu erhalten. Es hat sich gezeigt, dass der Faserverbundwerkstoff C-SMC, aus dem der Grundkörper3 der Anbindungsstruktur1 hergestellt ist, der Schraubverbindung im Bereich des Anbindungsabschnitts4 keine ausreichend hohe Festigkeit und Steifigkeit zur Verfügung stellen kann. - Um diesem vorstehend genannten Problem abzuhelfen, könnte ein auf den ersten Blick vielleicht naheliegender Ansatz darin bestehen, den Anbindungsabschnitt
4 vollständig aus einem metallischen Werkstoff herzustellen. Dieser Ansatz würde jedoch dem Leichtbauansatz der vorliegenden Konstruktion der Anbindungsstruktur1 mit dem damit verbundenen faserverstärkten Kunststoffbauteil2 nachteilig entgegenstehen. - Um der Schraubverbindung im Bereich des Anbindungsabschnitts
4 eine hohe mechanische Festigkeit und Steifigkeit zur Verfügung zu stellen, wird daher vorgeschlagen, bei der Herstellung des Grundkörpers3 zwischen den beiden an den Stirnseiten des Anbindungsabschnitts4 ausgebildeten Metalleinsätzen5 ,6 ein unidirektional-faserverstärktes Gelege7 vorzusehen. Dadurch werden in vorteilhafter Weise die Druckfestigkeit und die Drucksteifigkeit im Bereich des Anbindungsabschnitts4 der Anbindungsstruktur1 erhöht, ohne dass dabei die Gesamtmasse der Anbindungsstruktur1 (wenn überhaupt) nennenswert vergrößert wird. Die Faserrichtung8 , die in2 durch einen Doppelpfeil symbolisiert wurde, erstreckt sich in axialer Richtung des Anbindungsabschnitts4 und somit entlang der Verschraubungsrichtung der Befestigungsschraube. Die Wahl dieser Faserrichtung wirkt sich positiv auf die Druckfestigkeit sowie die Drucksteifigkeit der Verschraubung aus. - Die hier beschriebene Anbindungsstruktur
1 kann in ganz unterschiedlichen Anbindungsbereichen faserverstärkter Kunststoffbauteile2 eingesetzt werden. Durch das integrierte unidirektional-faserverstärkte Gelege7 kann der Verschraubungsbereich in vorteilhafter Weise höheren Druckbelastungen ausgesetzt werden, ohne dass die Gesamtmasse der Anbindungsstruktur1 vergrößert wird. - Das in
1 lediglich teilweise dargestellte faserverstärkte Kunststoffbauteil2 kann zum Beispiel eine Domstrebe eines Kraftfahrzeugs sein und vorzugsweise aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff hergestellt sein. Die Domstrebe ist mit Hilfe zweier Anbindungsstrukturen1 der vorstehend beschriebenen Art an zwei einander gegenüberliegenden Federbeinaufnahmen, die in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind und die Anbindungsteile im oben beschriebenen Sinne bilden, befestigt. Eine Domstrebe aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff weist in vorteilhafter Weise eine geringere Masse auf als eine Domstrebe, die in herkömmlicher Weise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff, hergestellt ist. - 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
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- DE 102010053850 A1 [0002]
Claims (10)
- Anbindungsstruktur (1) zur Anbindung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (2) an ein Anbindungsbauteil, umfassend einen Grundkörper (3), der aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist und einen Anbindungsabschnitt (4) aufweist, der so ausgebildet und geformt ist, dass eine Befestigungsschraube durch den Anbindungsabschnitt (4) hindurchführbar ist, die mit dem Anbindungsteil verschraubbar ist, wobei der Anbindungsabschnitt (4) zwei einander gegenüberliegende Stirnseiten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Stirnseiten des Anbindungsabschnitts (4) ein faserverstärktes Gelege (7) ausgebildet ist.
- Anbindungsstruktur (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das faserverstärkte Gelege (7) eine Querschnittsform aufweist, die mit einer Querschnittsform des Anbindungsabschnitts (4) korrespondiert. - Anbindungsstruktur (1) nach einem der
Ansprüche 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass an jeder der beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Anbindungsabschnitts (4) jeweils ein Metalleinsatz (5, 6) angeordnet ist. - Anbindungsstruktur (1) nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Metalleinsätze (5, 6) eine Querschnittsform aufweisen, die mit einer Querschnittsform des Anbindungsabschnitts (4) korrespondiert. - Anbindungsstruktur (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gelege (7) unidirektional-faserverstärkt ausgebildet ist. - Anbindungsstruktur (1) nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass das unidirektional-faserverstärkte Gelege (7) eine Faserrichtung (8) aufweist, die sich in axialer Richtung des Anbindungsabschnitts (4) erstreckt. - Anbindungsstruktur (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) aus einem C-Sheet Molding Compound hergestellt ist. - Anordnung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (2) an mindestens einem Anbindungsbauteil, wobei das faserverstärkte Kunststoffbauteil (2) mittels mindestens einer Anbindungsstruktur (1), die einen Anbindungsabschnitt (4) aufweist und mittels einer Befestigungsschraube, die durch den Anbindungsabschnitt (4) hindurchgeführt ist, an dem Anbindungsbauteil befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsstruktur (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis7 ausgeführt ist. - Anordnung nach
Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass das faserverstärkte Kunststoffbauteil (2) eine Domstrebe eines Kraftfahrzeugs ist, die mittels zweier Anbindungsstrukturen (1) und zweier Befestigungsschrauben, die jeweils durch den Anbindungsabschnitt (4) einer der beiden Anbindungsstrukturen (1) hindurchgeführt sind, an zwei Federbeinaufnahmen in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs, welche die Anbindungsteile bilden, befestigt ist, wobei zumindest eine der Anbindungsstrukturen (1) nach einem derAnsprüche 1 bis7 ausgebildet ist. - Anbindungsstruktur (1) nach
Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, dass beide Anbindungsstrukturen (1) nach einem derAnsprüche 1 bis7 ausgebildet sind.
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