DE102018127504A1

DE102018127504A1 - Verbindungssystem

Info

Publication number: DE102018127504A1
Application number: DE102018127504.8A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Bader; Julia Weimer; Michael Demes; Thomas Vietor; Klaus Dilger; Klaus Dröder
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-11-05
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2020-05-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbindungssystem (10) und ein zugehöriges Verfahren zu dessen Herstellung, wobei ein Metalleinleger (12) mit einer speziellen Oberflächenstrukturierung (24) an der Kontaktseite (22) zu einem Faserhalbzeug (28), das mit einem Metallelement (32) zu einem Hybridverbund kombiniert ist, in das Faserhalbzeug (28) eingebracht wird.Es ist vorgesehen, dass die Oberflächenstrukturierung (24) dabei so ausgelegt ist, dass diese sich an der Metallseite (42) des Faserhalbzeugs (28) im Prozess verformt und sich so formschlüssig mit dem Hybridverbund verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
Auf technischen Gebieten wie beispielsweise der Luft- und Raumfahrt, der Automobiltechnik oder auch Gebäudetechnik ist es bekannt, dass zur Herstellung bestimmter Schraubverbunde zusätzliche Gewindeeinleger verwendet werden müssen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine Komponente, die sich nicht selbst als Gewindeträger eignet, mit einer anderen Komponente verschraubt werden soll. Rein exemplarisch wäre hier ein organischer Werkstoff bzw. ein Teil aus einem solchen zu nennen, welches mit einem anderen Teil verschraubt werden soll und konstruktiv bedingt das Gewinde aufweisen muss. Dieselbe Anforderung stellt sich häufig auch bei organisch beschichteten Metallteilen, mit anderen Worten Hybridverbunden, sowie bei dünnen Teilen.
Bei einem Hybridverbund werden Metall und faserverstärkter Kunststoff in Form eines Faserverbund-Halbzeuges (Gewebe, Gelege, etc.), beispielsweise ein Tape-basierten Laminat mit thermoplastischer Matrix, konventionell übereinander geschichtet. Auf das Laminat wird ein metallischer Einleger mit einem Gewinde platziert, der durch den Hybridverbund mit einem Bauteil auf der Metall aufweisenden Seite des Hybridverbunds verschraubt wird.
Hierbei ergibt sich das Problem, dass der Metalleinleger bei der Verschraubung mit einem hohen Drehmoment belastet wird, wodurch eine unerwünschte Verdrehung des Metalleinlegers auftreten kann. Darüber hinaus wird durch die Verschraubung des Metalleinlegers mit dem Anbauteil der Hybridverbund zwischen den genannten Komponenten verklemmt. Über die Dauer können durch die Schwindung und das Kriechen des Matrixwerkstoffes im verarbeiteten Faserverbundhalbzeugs dabei Setzeffekte in der Schraubenverbindung hervorrufen werden. In Folge kann sich die Verbindung lösen und im Zweifelsfall versagen. Ist der Schraubenverbund zusätzlich noch Temperaturschwankungen ausgesetzt, beispielsweise zwischen -40 °C und +80 °C, so wird das beschriebene Problem noch verstärkt.
Aus der DE 10 2012 017 347 A1 ist eine Verbindungsvorrichtung bekannt. Diese umfasst ein faserverstärktes Kunststoffbauteil, welches über eine Durchgangsbohrung mit einem plattenförmigen Bauteil verbunden ist.
Weiterhin beschreibt die DE 20 2012 104 559 U1 ein Faserverbundhybridbauteil. Dieses umfasst in einer Kunststoffmatrix aufgenommene Verstärkungsfasern und ein metallisches Verbindungselement. Die Verstärkungsfasern sind dabei abschnittsweise um das Verbindungselement herum gelegt.
Schließlich offenbart die DE 10 2015 202 037 A1 eine Anordnung, bei der ein Bauteil und ein Faserkunststoffverbundbauteil mit einem Befestigungsmittel aneinander verbunden werden. Zwischen den Bauteilen ist dabei ein den Reibwert erhöhendes Mittel angeordnet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein neues Verbindungssystem zu schaffen, mit dem Anbauteile an einen Hybridverbund angeschraubt werden können, ohne dass die zuvor beschriebenen Probleme auftreten.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 6 gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen sowie der Beschreibung genannten Merkmalen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verbindungssystem, umfassend:

- einen Gewindeeinleger mit einem Befestigungsabschnitt, der ein Gewinde aufweist und einem bundartigen Abschnitt, der eine Anlagefläche aufweist;
- ein auf die Anlagefläche aufgebrachtes Pufferelement, umfassend einen F aserverbu ndwerkstoff.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an der Anlagefläche eine Sicherungsstruktur vorgesehen ist, die das Pufferelement durchdringt, an einer der Anlagefläche abgewandten Stoßseite des Pufferelements plastisch deformiert ist und dadurch das Pufferelement unter Beteiligung von Formschluss sichert.
Mit anderen Worten durchragt die Sicherungsstruktur also das Pufferelement und bildet infolge der Deformation eine Wirkfläche aus, die mit dem Pufferelement eine Wirkflächenpaarung eingeht, wodurch der Formschluss erreicht wird.
Der Begriff der Sicherung ist hier in Hinblick auf eine Positionierung und Befestigung des Pufferelements an der Anlagefläche zu verstehen, insbesondere aber auch mit Hinblick auf eine Sicherung des Faserverbundwerkstoffs gegen Kriechvorgänge, Fließvorgänge und dergleichen. Infolgedessen meint die Sicherung also insbesondere auch eine Vermeidung von Setzvorgängen, ungewünschtem Verdrehen des Gewindeeinlegers oder Zerquetschen des Pufferelements.
Die Sicherungsstruktur ist vorzugsweise länglich ausgebildet und hinreichend formstabil, um das Pufferelement durchdringen zu können. Gleichzeitig ist die Sicherungsstruktur vorzugsweise hinreichend verformbar, um zur Sicherung des Pufferelements an der Anlagefläche bruchlos verformt werden zu können. Weiterhin bevorzugt ist die Sicherungsstruktur derart ausgestaltet, dass die das Pufferelement schädigungsarm durchdringt. Vorzugsweise ist die Sicherungsstruktur verteilt über die gesamte Anlagefläche vorgesehen.
Der Faserverbundwerkstoff umfasst vorzugsweise eine polymere Matrix, beispielsweise eine thermoplastische oder auch duroplastische Matrix, die mit Verstärkungsfasern versehen ist. Das Pufferelement ist vorzugsweise ausgebildet als Faserverbundkunststofflaminat. Vorzugsweise ist das Pufferelement auf die gesamte Anlagefläche des Gewindeeinlegers aufgebracht.
Der Gewindeeinleger selbst ist vorzugsweise einteilig ausgebildet, vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff. Der Befestigungsabschnitt und der bundartige Abschnitt können strukturell auch miteinander integriert sein, beispielsweis im Falle einer Platte mit Durchgangsloch. Das Durchgangsloch bildet dann beispielsweise den Befestigungsabschnitt und eine Stirnfläche der Platte beispielsweise den bundartigen Abschnitt. Entsprechend ist die Sicherungsstruktur vorzugsweise direkt an dem Gewindeeinleger ausgebildet. Der Befestigungsabschnitt ist vorzugsweise länglich ausgebildet, weiterhin vorzugsweise als hülsenartiger Abschnitt oder bolzenartiger Abschnitt. Der Gewindeeinleger kann sowohl ein Innengewinde, beispielsweise in dem hülsenartigen Abschnitt, als auch ein Außengewinde aufweisen, beispielsweise an dem bolzenartigen Abschnitt.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verbindungssystems der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sicherungsstruktur eine Vielzahl dornartiger Gebilde umfasst, die an der Stoßseite umgebogen oder gestaucht sind.
Auf diese Weise ist die Sicherungsstruktur besonders einfach gestaltet und dennoch sicher in ihrer Funktion. Da eine Vielzahl dornartiger Gebilde vorgesehen ist, können die dornartigen Gebilde im Einzelnen auch filigran ausgebildet sein, wobei sich in ihrer Gesamtheit dennoch eine erhebliche Belastbarkeit einstellt.
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Verbindungssystems der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungssystem weiterhin ein Stoßelement umfasst, das an der Stoßseite angeordnet ist.
Das Stoßelement umfasst vorzugsweise einen gegenüber dem Werkstoff des Pufferelements artfremden Werkstoff, wie beispielsweise Metall, Stein, Beton, Holz, Keramik oder andere Werkstoffe. Das Stoßelement kann beispielsweise ein Strukturelement sein, das den Gewindeeinleger mit dem Pufferelement trägt und mit einem Anbauteil verschraubt werden soll.
Vorzugsweise ist das Stoßelement mit dem Pufferelement als Hybridverbund ausgebildet.
Es ist vorteilhaft, gegebenenfalls in dem Pufferelement und dem Stoßelement eine Durchgangsöffnung vorzusehen, um die Zugänglichkeit des Gewindes, insbesondere bei einem Innendgewinde des Gewindeeinlegers zu verbessern. Insbesondere bei einem Außengewinde kann dieses durch die Durchgangsöffnung geführt werden.
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Verbindungssystems der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stoßelement unter Beteiligung von Kraft- oder Stoffschluss an der Stoßseite anhaftet.
Vorzugsweise sind das Stoßelement und das Pufferelement auf Dauer angelegt miteinander verbunden.
Das Stoßelement kann zu diesem Zweck, beispielsweise bei artfremden Werkstoffen, mit einem Haftvermittler versehen sein. Beispiele sind hierfür Pulver, Folie oder auch Kleber. Das Stoßelement kann beispielsweise ein beschichtetes Metallblech sein. Je nach Matrixwerkstoff des Pufferelements, beispielsweise bei duroplastischen Systemen, kann auf eine Beschichtung, beispielsweise eine organische Beschichtung, auf dem Stoßelement auch verzichtet werden, selbst wenn es sich um ein Metallteil handelt. Denn die Matrix des Faserverbundwerkstoffs umfasst bei Duromeren bereits beispielsweise Klebstoff, wie beispielsweise Epoxidharz.
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Verbindungssystems der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungssystem weiterhin ein Gewindeelement und ein Anbauteil umfasst, das mit dem Gewindeelement in Richtung der Anlagefläche gegen den Gewindeeinleger verspannt ist.
Das Gewindeelement kann ein Innen- oder auch ein Außengewinde umfassen. Beispielsweise kann das Gewindeelement eine Schraube umfassen, aber auch eine Mutter. Es ist vorzugsweise auf das Gewinde des Gewindeeinlegers abgestimmt.
Das Anbauteil kann gegen das Stoßelement oder aber auch direkt gegen das Pufferelement verspannt sein.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungssystems, wobei es sich insbesondere um ein erfindungsgemäßes Verbindungssystem gemäß der vorhergehenden Beschreibung handeln kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:

- Bereitstellen eines Gewindeeinlegers mit einem Befestigungsabschnitt, der ein Gewinde aufweist und einem bundartigen Abschnitt, der eine Anlagefläche aufweist;
- Aufbringen eines Pufferelements auf die Anlagefläche, das einen Faserverbundwerkstoff umfasst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an der Anlagefläche eine Sicherungsstruktur vorgesehen ist, die das Pufferelement im Wege des Aufbringens durchdringt und dass dann von einer der Anlagefläche abgewandten Stoßseite des Pufferelements her eine Deformationskraft auf die Sicherungsstruktur ausgeübt wird, die dadurch plastisch deformiert wird und dadurch das Pufferelement unter Beteiligung von Formschluss sichert.
Sofern für das Pufferelement ein entsprechend großflächiges Halbzeug verwendet wird, so wird vorzugsweise vor dem Aufbringen des Pufferelements eine Durchgangsöffnung in diesem hergestellt. Die Durchgangsöffnung dient der Durchführung eines Gewindeelements zu dem Gewinde des Gewindeeinlegers oder Durchführung des Gewindes des Gewindeeinlegers durch die Durchgangsöffnung zu dem Gewindeelement.
Die Deformationskraft auf die Sicherungsstruktur kann beispielsweise mit einem Presswerkzeug ausgeübt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auf Grund seiner geringen Komplexität auch besonders für eine Großserienproduktion.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sicherungsstruktur an der Anlagefläche hergestellt wird, in einem Verfahren ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Fügen, Trennen, Urformen, Umformen, Wärmebehandlung.
Exemplarisch für die genannten Verfahren seien hier das 3D-Drucken, Auftragsschweißen, das Trennen zur Herstellung eines nicht vollständig abgetrennten Spans und Biegen des Spans zu dessen Ausrichtung und weiterhin die Laserstrukturierung genannt.
Die Sicherungsstruktur des erfindungsgemäßen Verbindungssystems ist also auf äußerst vielseitige Art und Weise herstellbar und auf die Anforderungen im Zusammenhang mit dem verwendeten Pufferelement flexibel anpassbar.
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass der Faserverbundwerkstoff des Pufferelements eine thermoplastische Matrix umfasst und vor dem Aufbringen erwärmt wird oder dass der Faserverbundwerkstoff eine duroplastische Matrix umfasst und nach dem Aufbringen erwärmt und/oder für eine Aushärtezeit zwischengelagert wird.
Im Falle der thermoplastischen Matrix ermöglicht das Erwärmen ein Erweichen des Faserverbundwerkstoffs, so dass die Sicherungsstruktur das Pufferelement leichter und dadurch auch besonders schädigungsarm durchdringen kann. Im Falle der duroplastischen Matrix ist diese im kalten Zustand sehr gut durchdringbar und kann im Nachhinein durch Einwirkung von Temperatur oder auch Gewährung einer benötigten Zeit zum Ablauf einer chemischen Reaktion aushärten.
Die Erwärmung kann beispielsweise mit einem temperierten Presswerkzeug erfolgen.
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass die Deformationskraft aufgebracht wird, indem ein Stoßelement an die Stoßseite angepresst wird.
Mit anderen Worten ausgedrückt wird die Sicherungsstruktur also vorzugsweise über das Stoßelement deformiert. Dieses kann beispielsweise mit einem Haftvermittler versehen sein, mit dem Presswerkzeug auf die Stoßseite aufgepresst werden und sich so mit dem Pufferelement zu einem Hybridverbund verbinden.
Das Verfahren der Erfindung ist somit äußerst effizient.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass die Deformationskraft aufgebracht wird, indem ein Anbauteil an die Stoßseite angepresst oder gegen die Stoßseite verspannt wird.
Beispielsweise kann das Anbauteil an die Stoßseite angepresst werden, dabei die Sicherungsstruktur deformieren und dann mit einem Gewindeelement gesichert werden. Es ist aber auch möglich, dass das Anbauteil mit dem Gewindeelement an dem Gewindeeinleger befestigt wird, und dabei gegen die Stoßseite verspannt wird, was die Deformierung der Sicherungsstruktur hervorruft.
Auch diese Ausführungsformen stellen eine besonders effiziente Weise dar, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Nochmals mit anderen Worten ausgedrückt, betrifft die Erfindung ein Verbindungssystem und ein zugehöriges Verfahren zu dessen Herstellung, wobei ein Metalleinleger mit einer speziellen Oberflächenstrukturierung an der Kontaktseite zu einem Faserhalbzeug, das mit einem Metallelement zu einem Hybridverbund kombiniert ist, in das Faserhalbzeug eingebracht wird. Es ist vorgesehen, dass die Oberflächenstrukturierung dabei so ausgelegt ist, dass diese sich an der Metallseite des Faserhalbzeugs im Prozess verformt und sich so formschlüssig mit dem Hybridverbund verbindet. Diese Verbindung verhindert zudem durch das Abstützen der verformten Oberflächenstrukturierung an der Metallseite des Hybridverbundes ein Zerquetschen des Faserverbundhalbzeugs bei Anzug der Verschraubung. Dadurch wird ein Lösen beziehungsweise Setzen der Verbindung durch Kriechen beziehungsweise Ausweichen der thermoplastischen oder auch duroplastischen Matrix vermieden.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems;
2 exemplarische Sicherungsstrukturen, hergestellt in unterschiedlichen Verfahren;
3 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems in einer weiteren Ausführungsform; und
4 unterschiedliche Gestaltungen eines Gewindeeinlegers.

1 zeigt in den Teilabbildungen a) bis d) den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems 10.
Zunächst ist in 1a gezeigt, dass ein Gewindeeinleger 12 bereitgestellt wird. Der Gewindeeinleger 12 umfasst einen Befestigungsabschnitt 14, der hier exemplarisch als hülsenartiger Abschnitt 15 ausgebildet ist, sowie einen bundartigen Abschnitt 16. Der Gewindeeinleger 12 ist vorliegend ein metallisches Bauteil. Der Gewindeeinleger 12 weist an einem Innendurchmesser 18 ein Gewinde 20 auf. Darüber hinaus weist der Gewindeeinleger 12 an seinem bundartigen Abschnitt 16 eine Anlagefläche 22 auf.
Die Anlagefläche 22 weist eine Sicherungsstruktur 24 auf, welche eine Vielzahl dornartiger Gebilde 26 umfasst.
An dieser Stelle wird zwischenzeitlich Bezug auf 2 genommen.
2 zeigt exemplarische Sicherungsstrukturen 24, die in unterschiedlichen Verfahren hergestellt sind.
So zeigt 2a beispielsweise eine Sicherungsstruktur 24, die im Wege eines 3D-Druckverfahrens hergestellt worden ist.
2b zeigt beispielsweise eine Sicherungsstruktur 24, die durch Auftragsschweißen hergestellt worden ist.
Weiterhin zeigt 2c eine Sicherungsstruktur 24, welche durch ein trennendes Verfahren hergestellt worden ist, bei dem ein Span teilweise abgehoben und umgebogen worden ist.
2d zeigt weiterhin eine Sicherungsstruktur 24, die im Wege einer Laserstrukturierung hergestellt worden ist.
Im Folgenden wird wieder auf 1, zunächst 1a bezuggenommen. Dort ist gezeigt, dass ein Pufferelement 28 bereitgestellt wird. Das Pufferelement 28 besteht vorliegend aus einem Faserverbundwerkstoff, der in diesem Beispiel eine thermoplastische Matrix umfasst.
Weiterhin ist in 1a ersichtlich, dass ein Presswerkzeug 30 bereitgestellt wird.
Des Weiteren ist ein Stoßelement 32 vorgesehen. Das Stoßelement 32 ist in dem in 1a gezeigten Verfahrensstadium an dem Presswerkzeug 30 positioniert und darüber hinaus mit einem Haftvermittler 34 beschichtet. Bei dem Stoßelement 32 handelt es sich exemplarisch um ein beschichtetes Metallblech 36.
Sowohl in dem Pufferelement 28, als auch in dem beschichteten Metallblech 36 ist bereits vorab ein Ausschnitt 38 hergestellt worden, und mit dem Innendurchmesser 18 konzentrisch angeordnet worden.
In einem nächsten Schritt, der in 1b dargestellt ist, wird das Pufferelement 28 auf die Anlagefläche 22 des Gewindeeinlegers 12 aufgebracht.
Während dieses Vorgangs durchdringen die dornartigen Gebilde 26 der Sicherungsstruktur 24 das Pufferelement 28 und treten an einer Stoßseite 42 des Pufferelements 28 aus diesem wieder aus.
Zum Erweichen des Faserverbundwerkstoffs des Pufferelements 28 und damit zum Erleichtern des Durchdringens desselbigen mit den dornartigen Gebilden 26 ist in 1a gezeigt, dass das Pufferelement 28 vor dem in 1b gezeigten Schritt erwärmt worden ist, angedeutet durch Wärmezufuhr Q.
In 1c ist nun ein weiterer Schritt gezeigt, in dem von der Stoßseite 42 des Pufferelements 28 her eine Deformationskraft F auf die dornartigen Gebilde 26 ausgeübt wird. Dies erfolgt mit dem Presswerkzeug 30, welches das beschichtete Metallblech 36 trägt, in dem das beschichtete Metallblech 36 an die Stoßseite 42 angepresst wird.
Hierbei verbindet sich das beschichtete Metallblech 36 zum einen durch den Haftvermittler 34 mit der Stoßseite 42 und zum anderen werden die dornartigen Gebilde 26 an der Stoßseite 42 umgebogen. Dadurch gehen die dornartigen Gebilde 26 eine Wirkflächenpaarung mit der Stoßseite 42 ein. Dies führt zu einer formschlüssigen Verbindung. Infolge des Formschlusses wird das Pufferelement 28 gegen Umformungs- oder Umlagerungsvorgänge seines Faserverbundwerkstoff gesichert.
Schließlich ist in 1d weiterhin gezeigt, dass das Presswerkzeug 30 zurückgefahren worden ist und stattdessen ein Anbauteil 44 mit einem Gewindeelement 46 mit dem Gewindeeinleger 12 verschraubt worden ist.
In anderen Ausführungsbeispielen kann die Deformation der Sicherungsstruktur 24, anstelle mit dem Presswerkzeug 30, beispielsweise auch mit dem Anbauteil 44 selbst erfolgen, welches über das Gewindeelement 46 in Richtung der Anlagefläche 22 gegen den Gewindeeinleger 12 verspannt wird.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems 10 in einer weiteren Ausführungsform. Diese unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Variante vor allem in der Gestaltung des Gewindeeinlegers 12 und der Zusammensetzung des Faserverbundwerkstoffs.
Zunächst ist in 3a wiederum gezeigt, dass der Gewindeeinleger 12 bereitgestellt wird. Der Befestigungsabschnitt 14 ist in diesem Beispiel aber als bolzenartiger Abschnitt 48 ausgebildet, der von dem bundartigen Abschnitt 16 her auskragt. Hier weist der Gewindeeinleger 12 an einem Außendurchmesser 50 des bolzenartigen Abschnitts 48 das Gewinde 20 auf.
An dem bundartigen Abschnitt 16 ist wiederum die Anlagefläche 22 mit der Sicherungsstruktur 24 vorgesehen.
Das Pufferelement 28 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten dadurch, dass sein Faserverbundwerkstoff in diesem Beispiel eine duroplastische Matrix umfasst. Dabei kann es sich beispielsweise um Fasern handeln, die in einem Epoxidharz getränkt sind, das noch nicht ausgehärtet ist. Somit ist der Faserverbundwerkstoff leicht mit der Sicherungsstruktur 24 durchdringbar (was in 3b gezeigt ist).
An dem in 3a gezeigten Presswerkzeug 30 wird auch hier das Stoßelement 32 bereitgestellt. Allerdings kann hier auf den in 1 verwendeten Haftvermittler 34 verzichtet werden, da das Epoxidharz des Faserverbundwerkstoffs selbst haftvermittelnd ist. Bei dem Stoßelement 32 handelt es sich hier daher exemplarisch lediglich um ein Metallblech 52.
Sowohl in dem Pufferelement 28, als auch in dem Metallblech 52 ist bereits vorab der Ausschnitt 38 hergestellt worden, um in diesem Beispiel den bolzenartigen Abschnitt 48 hindurchführen zu können.
Im nächsten Schritt, der in 3b dargestellt ist, wird das Pufferelement 28 auf die Anlagefläche 22 des Gewindeeinlegers 12 aufgebracht, wobei die dornartigen Gebilde 26 der Sicherungsstruktur 24 das Pufferelement 28 einfach durchdringen.
In 3c ist wiederum gezeigt, dass von der Stoßseite 42 des Pufferelements 28 her die Deformationskraft F auf die dornartigen Gebilde 26 mit dem Presswerkzeug 30 über das Metallblech 52 ausgeübt wird. Das Metallblech 52 wird dabei an die Stoßseite 42 angepresst und haftet an der duroplastischen Matrix an.
In dieser Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung erfolgt auch wiederum die Wärmezufuhr Q, allerdings zum Aushärten des Faserverbundwerkstoffs des Pufferelements 28. Es ist auch möglich, auf anderem Wege eine chemische Reaktion im Faserverbundwerkstoff zu initiieren. Zur Aushärtung kann dem Faserverbundwerkstoff eine Aushärtezeit t eingeräumt werden.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel gehen die dornartigen Gebilde 26 die Wirkflächenpaarung mit der Stoßseite 42 in Folge ihrer Deformation ein. Zusätzlich werden sie von dem aushärtenden Faserverbundwerkstoff besonders fest umschlossen.
Schließlich ist in 3d gezeigt, wie das Anbauteil 44 über das Gewindeelement 46 mit dem Gewindeeinleger 12 verschraubt worden ist.
4 zeigt noch einmal unterschiedliche Gestaltungen eines des Gewindeeinlegers 12, wie er in dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Verbindungssystem 10 bevorzugt verwendet wird.
Die linke Ausgestaltung entspricht dabei der aus 3 und die mittlere der aus 1.
Die rechte Ausgestaltung zeigt einen Gewindeeinleger 12, dessen Befestigungsabschnitt 14 mit dem bundartigen Abschnitt 16 in Form einer Platte 54 strukturell integriert ist. Der Befestigungsabschnitt 14 ist dabei an dem Innendurchmesser 18 ausgebildet, der mit einem Durchgangsloch in der Platte 54 gebildet ist.
Bezugszeichenliste

10: Verbindungssystem
12: Gewindeeinleger
14: Befestigungsabschnitt
15: hülsenförmiger Abschnitt
16: bundartiger Abschnitt
18: Innendurchmesser
20: Gewinde
22: Anlagefläche
24: Sicherungsstruktur
26: dornartige Gebilde
28: Pufferelement
30: Presswerkzeug
32: Stoßelement
34: Haftvermittler
36: beschichtetes Metallblech
38: Ausschnitt
42: Stoßseite
44: Anbauteil
46: Gewindeelement
48: bolzenartiger Abschnitt
50: Außendurchmesser
52: Metallblech
54: Platte
F: Deformationskraft
Q: Wärmezufuhr
t: Aushärtezeit

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 102012017347 A1 [0005]
DE 202012104559 U1 [0006]
DE 102015202037 A1 [0007]

Claims

Verbindungssystem (10), umfassend: - einen Gewindeeinleger (12) mit einem Befestigungsabschnitt (14), der ein Gewinde (20) aufweist und einem bundartigen Abschnitt (16), der eine Anlagefläche (22) aufweist; - ein auf die Anlagefläche (22) aufgebrachtes Pufferelement (28), umfassend einen Faserverbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass an der Anlagefläche (22) eine Sicherungsstruktur (24) vorgesehen ist, die das Pufferelement (28) durchdringt, an einer der Anlagefläche (22) abgewandten Stoßseite (42) des Pufferelements (28) plastisch deformiert ist und dadurch das Pufferelement (28) unter Beteiligung von Formschluss sichert.
Verbindungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsstruktur (24) eine Vielzahl dornartiger Gebilde (26) umfasst, die an der Stoßseite (42) umgebogen oder gestaucht sind.
Verbindungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungssystem (10) weiterhin ein Stoßelement (32) umfasst, das an der Stoßseite (42) angeordnet ist.
Verbindungssystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoßelement (32) unter Beteiligung von Kraft- oder Stoffschluss an der Stoßseite (42) anhaftet.
Verbindungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungssystem (10) weiterhin ein Gewindeelement (46) und ein Anbauteil (44) umfasst, das mit dem Gewindeelement (46) in Richtung der Anlagefläche (22) gegen den Gewindeeinleger (12) verspannt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Verbindungssystems (10), umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Gewindeeinlegers (12) mit einem Befestigungsabschnitt (14), der ein Gewinde (20) aufweist und einem bundartigen Abschnitt (16), der eine Anlagefläche (22) aufweist; - Aufbringen eines Pufferelements (28) auf die Anlagefläche (22), das einen Faserverbundwerkstoff umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass an der Anlagefläche (22) eine Sicherungsstruktur (24) vorgesehen ist, die das Pufferelement (28) im Wege des Aufbringens durchdringt und dass dann von einer der Anlagefläche (22) abgewandten Stoßseite (42) des Pufferelements (28) her eine Deformationskraft (F) auf die Sicherungsstruktur (24) ausgeübt wird, die dadurch plastisch deformiert wird und dadurch das Pufferelement (28) unter Beteiligung von Formschluss sichert.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsstruktur (24) an der Anlagefläche (22) hergestellt wird, in einem Verfahren ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Fügen, Trennen, Urformen, Umformen, Wärmebehandlung.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundwerkstoff des Pufferelements (28) eine thermoplastische Matrix umfasst und vor dem Aufbringen erwärmt wird (Q) oder dass der Faserverbundwerkstoff eine duroplastische Matrix umfasst und nach dem Aufbringen erwärmt und/oder für eine Aushärtezeit (t) zwischengelagert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Deformationskraft (F) aufgebracht wird, indem ein Stoßelement (32) an die Stoßseite (42) angepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Deformationskraft (F) aufgebracht wird, indem ein Anbauteil (44) an die Stoßseite (42) angepresst oder gegen die Stoßseite (42) verspannt wird.